NO159107B - Fremgangsmaate for fremstilling av praktisk talt harpiksfri mekanisk cellulosemasse. - Google Patents

Description

Blekede mekaniske masser av typen slipemasse, raffinørmasse

og termomekanisk masse (såkalt TMP), samt kjemisk modifisert termomekanisk masse (såkalt CTMP), det vil si masser med utbytter over 90%, er blitt introdusert for mer kvalifiserte hygienepro-dukter som fluff og tissue. For oppnåelse av gode absorpsjons-egenskaper kreves lavt harpiksinnhold. For de beste kvaliteter bør således massens DKM ekstraktinnhold underskride 0,2%.

Dette oppnås relativt lett i et åpent system hvor massen på

en eller annen måte vaskes med betydelige mengder vann mellom hvert prosesstrinn og hvor massen blekes med peroksyd. Har man tilstrekkelig vanntilførsel, kan man til og med arbeide med et felles bakvanns-system, som av praktiske grunner er ganske vanlig.

Harpiksen løser seg ikke i vaskevæsken, men dispergeres i kolloidal form eller som grovere partikler i væsken, hvorved alkaliske forhold foretrekkes. Alvorlige betenkeligheter har gjort seg gjeldende med hensyn til muligheten for i noe høyere grad å gjenanvende bakvannet annet enn ved lave harpikskonsentra-sjoner. Industriell praksis har derfor for de aktuelle produkter vært ikke å lukke vannsystemene hårdere enn at det ialt forbrukes minst 15-20 m<3> vann ptm . Åpenbart har man ved lavere vann-forbruksnivå ikke kunnet bibeholde det lave harpiksinnhold.

Et lavere vannforbruk er imidlertid interessant, først og fremst når det gjelder rensemetoder for avløpsvannet, men også

når det gjelder varmegjenvinning fra.prosessen. Interessante effekter erholdes or. man kan trimme seg ned under et vannforbruk på 10 m<3> ptm •

Motstrømsvaskning er velkjent og anvendes gjennomgående

for utvinning av konsentrerte avluter fra forskjellige kokemetoder. Det dreier seg da i det vesentlige om helt oppløst substans som egentlig ikke innebærer noen spesielle vanskeligheter ved vaskningen. For sulfatmasser fra harpiksrike vedslag kan dog kolloidal harpiks under visse forhold saltes ut og vanskeliggjøre vaskningen. Dette problem løses dog i alminnelighet ved at gjenværende harpiks vaskes ut i en hensiktsmessig avpasset flertrinnsblekning etterpå, idet det anvendes vaskninger med relativt stort vann-

forbruk. Noen direkte kobling mellom teknikken ved fremstilling av mekaniske masser og lignende og motstrømsvaskningsmetodene for utvinning av avluter fra forskjellige kokemetoder har ikke vært

ansett naturlig, ettersom det har vært vanskelig å forutsi hvordan den ganske grovt dispergerte harpiksen ved mekanisk massetilvirkning oppfører seg ved en gjentatt filtrering gjennom en massebane.

Det har imidlertid nå vist seg at en slik sammenkobling

er mulig, forutsatt at man avpasser betingelsene etter harpiksens spesielle krav i tilfellet av mekanisk masse.

De mekaniske masser defibreres i alminnelighet

i svakt surt eller nøytralt miljø, hvilket ikke gir noen stabil dispersjon av harpiks selv om den mekaniske bearbeidelse i forbindelse med fiberfrilegningen kan være ideell for dette. Om eksem-pelvis en peroksydblekning i alkalisk miljø følger etter, letter det alkaliske miljø harpiksdispergeringen.

En vaskning mellom disse to prosesstrinn kan være av stor in-teresse, fordi det lavere harpiksinnhold-nivå i den i og for seg gunstige peroksydløsning minsker risikoen for koagulering av harpikspartikler og dermed gjør harpiks fjerningen mer stabil. Om man imidlertid samtidig resirkulerer blekeavlut innen bleketrinnet, hvilket er interessant både for å presse vannforbruket og for å utnytte blekekjemikaliene mer effektivt, synes utsaltningskonsen-trasjon å bli oppnådd uventet hurtig. Det er da viktig at den således avsaltede harpiks vaskes relativt hurtig med vaskevann av suksessivt avtagende ionestyrke ned til rent vann. Vaskningen skal skje i hovedsak gjennom fortrengning og bør drives til en høy for-trengningsgrad for oppløst substans. For lavest mulig vannforbruk bør en vaskning før peroksydtrinnet drives i serie med vaskning etter peroksydtrinnet, og vaskevæsken føres i en konsekvent motstrøm.

Det har helt uventet vist seg at man med en slik fremgangsmåte kan fremstille masser med akseptabelt lave harpiksinnhold enndog ved meget lavt vannforbruk. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er angitt i kravet, og det vises til dette.

Ubleket CTMP-masse ble tilvirket i et forsøksanlegg ved at granflis inneholdende ca. 1,2 % harpiks ble impregnert med natrium-sulfittløsning, hvorved flisen suget opp ca. 20 kc; Na^O^/tonn tørr-tenkt flis. Flisen ble forvarmet med vanndamp til 110 C og ble deretter raffinert i en flisraffinør. Massekonsentrasjonen etter flisraffinøren ble målt til ca. 30 vekt%. Massen ble fortynnet til ca. 4 % massekonsentrasjon og ble deretter avvannet i en presse til ca. 30 % massekonsentrasjon. Massens harpiksinnhold

etter pressen ble analysert.

Flere eksperimenter ble utført hvor massen etter raffinøren, men før pressen ble fortynnet med vann eller med en blanding av vann og bakvann. Ved å anvende mindre og mindre ferskvann og mer og mer bakvann for fortynningen av massen kunne man øke systemets lukningsgrad.

Analysene av massens harpiksinnhold gav den på fig. 1 viste sammenheng mellom harpiksinnhold i massen og mengde tilført ferskvann til systemet, angitt som m<3> ferskvann/tonn masse.

Ved å opprette materialbalanse for harpiks ved hvert ekspe-riment kunne man beregne hvor meget harpiks som finnes dispergert i bakvannet etter raffinering, og som kan fjernes ved avvanning og vaskning, respektive hvor meget harpiks som ikke kan fjernes på denne måte. Nedenstående resultat ble oppnådd.

Resultatene på fig. 1 belyser en av de iakttagelser som ligger til grunn for foreliggende oppfinnelse. Ved tilvirkning av ublekede CTMP-masser innebærer øket lukning at stadig mindre av vedens harpiks går i oppløsning eller dispergeres, og massenes harpiksinnhold øker. Lignende undersøkelser ved tilvirkning av termomekaniske masser har gitt lignende resultater. Man kan tolke resultatene slik at det med øket lukning erholdes en øket utsalt-ning av harpiks som utløses eller dispergeres ved raffineringen. Ved tilvirkning av ublekede mekaniske masser med anvendelsesom-råder hvor massene må ha lavt harpiksinnhold, har man tidligere ikke kunnet lukke systemene hårdt.

Masser fra det tidligere nevnte forsøksanlegg ble deretter underkastet alkalisk peroksydblekning. Den alkaliske peroksyd— blekning tjener bl.a. følgende formål:

- den forhøyer massens lyshet

- den senker massens harpiksinnhold.

Eksperimentene ble utført på den måte at ublekte TMP- og CTMP-masser etter pressen ble fortynnet med ferskvann eller bakvann fra bleketrinnet. Blekekjemikalier ble blandet inn i massesuspensjonen ved ca. 12% massekonsentrasjon, hvoretter massesuspensjonen ble ført til et bleketårn. Etter blekningen ble massene fortynnet til 4% massekonsentrasjon med ferskvann eller bakvann, hvoretter massene ble presset til en ca. 35% massekon-sentras jon. Masseprøvens harpiksinnhold ble bestemt etter pressen.

Nedenstående tabell gir noen eksempler på masser som ble anvendt ved blekeforsøkene. Kjemikalietilsetningene i bleketrinnet er angitt.

Ved hjelp av material- og harpiksbalanser over bleketrinnet var det også her mulig å beregne hvor meget av de:a inngående harpiks som var dispergert og dermed utvaskbar, rssp. hvor meget harpiks som ikke er utvaskbar. De i ovenstående tabell studerte masser gav følgende resultater.

Ved blekningen utløses hoveddelen av den gjenværende harpiks. Den alkaliske peroksyd blekning overfører derved harpiksen i en slik form at den ikke faller ut ved øket lukning,

i det minste om lukningen holdes innenfor rimelige grenser. Vannforbruket ved lukningsforsøket med CTMP 1 tilsvarer ca.

6-10 m~Vtonn masse.

De eksperimentelle undersøkelser av tilvirkning av bleket mekanisk masse har gitt følgende resultater. 1. Ved tilvirkning av ublekte mekaniske, termomekaniske og kjemisk modifiserte termomekaniske masser oppløses eller dispergeres en del av harpiksen i veden. Den dispergerte harpiks kan fjernes ved vaskning. 2. Ved lukning av bakvanns-systemet for ubleket masse vil en stadig mindre del bli dispergert. Den ublekte massens innhold øker med øket bakvannslukning. 3. Ved blekning av disse masser overføres harpiksen i en sådan form at hoveddelen av harpiksen dispergeres. Harpiksen er ved blekningen blitt modifisert slik at den ikke lenger faller ut ved øket lukning. 4. Den ikke-dispergerbare harpiksmengde i peroksydbleket mekanisk masse utgjør bare 0,05-0,15% av massemengden.

Disse oppdagelser gjør det mulig å fremstille bleket mekanisk masse med meget lavt harpiksinnhold ved lavt vannforbruk om massen vaskes før og etter blekningen samt om bakvannet føres motstrøms massen.

En utførelsesform av oppfinnelsen er vist på fig. 2, men oppfinnelsen er naturlig nok ikke begrenset til denne utførelsesform.

Systemet omfatter et raffinørtrinn 1, et avvanningstrinn eller vasketrinn 2, et bleketrinn 3, et vasketrinn 4, et avvannings-og/eller vasketrinn 5 og et tørketrinn 6, hvor den blekte masse tørkes.

Flis tilføres raffinørtrinnet 1 og kan være ubehandlet, baset og/eller impregnert med kjemikalier. Massen blir etter raffinøren 1 ført til vasketrinnet 2, som kan være et vaskefilter eller hensiktsmessig en avvannings- eller vaskepresse. Før vasketrinnet blir massesuspensjonen fortynnet med bakvann fra bleketrinnet og om nødvendig med bakvann fra vasketrinn 2.

Den ublekte masse etter vasketrinn 2 tilføres blekekjemikalier samt fortynningsvann som kommer fra vasketrinn 4 og ledes til bleketårnet 3.

Etter blekningen fortynnes massen med bakvann fra vasketrinn 4 og vaskes i vasketrinn 4. Som fortrengning£;væske anvendes bakvann fra vaske- og avvanningstrinn 5. Massen avvannes før tørken 6 i avvanningstrinn 5,som hensiktsmessig kan være en avvannings- eller vaskepresse. Bakvannet forlater systemet via vasketrinn 2. Vaskevæsken tilføres i tilslutning til vasketrinn 5.

Den oppnådde effekt kan belyses på følgende måte. CTMP-flis raffineres i trinn 1, hvorved massekonsentrasjonen etter raffi-nøren er 30%. Massen avvannes til 48% massekonsentrasjon i av-vanningspressen 2. Massen blekes deretter ved 12% nassekonsen-trasjon, vaskes på vaskefilteret 4 og avvannes til £;lutt på av-vanningspresse 5 til 48% massekonsentrasjon før tørken 6.

Ved hjelp av en automatisk modell og oppnådde forsøksresul-tater ble harpiksbalanser for systemet ved forskjellige luknings-grader beregnet.

Følgende forbindelse erholdtes mellom mengde av utgående bakvann fra systemet, vaskevirkningsgrad av i bleketrinnet utløst eller dispergert harpiks, samt harpiksinnhold i bleket masse. Det ikke-dispergerbare harpiksinnhold i massen etter bleketrinnet anslås til 0,13%. Harpiksinnholdet i massen etter raffineringen anslås til 0,9%.

Beregningen viser at det er mulig, med hård lukning, å fremstille bleket mekanisk masse med lavt harpiksinnhold, forutsatt at massen vaskes i motstrøm.

Peroksydblekning av mekanisk masse gir under normale forhold en meget stor restkjemikaliemengde, som ikke

enkelt kan utnyttes gjennom en skjerpning av blekebe-tingelsene, men som i mer eller mindre høy grad kar. utnyttes

om restløsningen av kjemikaliene etter blekningen returneres til ubleket masse. Å utføre en sådan tilbakeføring krever bedre apparatur enn normalt anvendt og en bedre kontroll av vannsystemene. Relativt fremgangsrike forsøk er blitt utført med sådan tilbakeføring, men virkningsgraden har vært lav, sannsynligvis fordi fortynningsfenomener og andre forstyrrende virkninger har påvirket forløpet på en relativt irrasjonell måte.

Det har nå helt uventet vist seg at man med omsorgsfullt utarbeidede betingelser kan få en tilnærmet 100%-ig .virknings-

grad for blekningen med disse restkjemikalier. Forutsetningen er at de returneres med bare ubetydelig fortynning, og at bak-

vann fra raffineringstrinnet før blekningen bare i liten utstrek-ning tillates å gi sådan fortynning. Dette krever i sin tur et nøye balansert bakvanns-system hvor raffinørtrinnets bakvann og bleketrinnets er effektivt adskilt.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av cellulosemasse i et ut-bytte overstigende ca. 90% for oppnåelse av en masse som i hovedsak er fri for harpiks, ved mekanisk defibrering av ved-materialet fulgt av blekning av det defibrerte materiale, hvor fremgangsmåten utføres i et lukket system tilsvarende en mengde avløpsvann på høyst 15 m^ pr. tonn masse, og at fremgangsmåten utføres i minst ett defibreringstrinn (1), minst ett vasketrinn (2), i hvilket massen presses og vaskes etter defibreringen, minst ett bleketrinn (3) og minst ett vasketrinn (4) for den blekte masse, karakterisert ved at vasketrinnet (4) etter blekningen tilføres en vaskevæske, bakvann fra vasketrinnet (4) etter blekningen anvendes delvis for fortynning av massen etter vasketrinnet (2) og delvis for fortynning og vaskning av massen fra defibreringstrinnet (1), bakvann fra defibreringstrinnet (1) og fra bleketrinnet (3) opprettholdes adskilt fra hverandre, slik at bakvann fra defibreringstrinnet (1) ikke overføres til bleketrinnets bakvannssystem, bakvann som skal fjernes fra prosessen, uttas i vasketrinnet (2) anordnet etter def ibreringstrinnet 1.1), og at vaskeeffekten for prosessen holdes ved minst 70%.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bleketrinnet består avet alkalisk bleketrinn, fortrinnsvis peroksydblekning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at defibreringstrinnet utgjøres av et raffinørtrinn.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bakvann fra defibreringstrinn og bleketrinn opprettholdes adskilt ved anordning av et mellomliggende vasketrinn, fortrinnsvis i form av en vaskepresse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at vasketrinnene før resp. etter bleketrinnene er anordnet i serie, og at vaskevannet ledes i en konsekvent motstrøm mot massen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at blekningen utføres ved en temperatur over 60°C, fortrinnsvis ved 70-85°C.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at massen etter den mekaniske defibrering presses til en massekonsentrasjon på 25-50%, fortrinnsvis 30-45%, hvoretter massen fortynnes i hovedsak med restoppløsning fra bleketrinnet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at overskudd av blekevæske fra bleketrinnet benyttes i konsentrert form i et vasketrinn etter bleketrinnet, hvorved fortynnings vann i vasketrinnet begrenses til 0-2 m pr. tonn masse, fortrinnsvis til 0,5-1,5 m<3> pr. tonn masse.