NO163630B - Fremgangsmaate og anordning for raffinering av fibermateriale. - Google Patents

Description

Nærværende oppfinnelse vedrører raffinering av fibermateriale

i anordninger med maleflater som er bevegelige i forhold til hverandre. I første rekke dreier det seg om raffinering av stykkformet fibermateriale, f.eks. flis til masse ifølge TMP, CTMP, CMP eller andre metoder for fremstilling av høyutbytte-masser eller såkalte mekanisk masse.-

Fremgangsmåten og anordningen ifølge nærværende oppfinnelse har som hovedsakelig formål å senke energiforbruket ved slik raffinering, da energiforbruket ved nåværende metoder og apparater er meget stor, og i en raffinør kan det være av størrelsesorden ca. 1000 kWh per tonn masse. Av denne energi-mengde forbrukes bare en liten del til selve defibreringsar-beidet, mens den overveiende største delen medgår til å om-danne fukten i fibermaterialet og eventuelt tilsatt væske til damp.

Den damp som dannes i malespalten opptar et volum som i og for seg ikke er ønskelig, da dampen ved det trykk som råder i malespalten vanskeliggjør fibermaterialets naturlige passasje gjennom malespalten og i vesentlig grad minsker fibermaterialets oppholdstid i malesonen.

I søkerens egne norske patentsøknad nr. 8 70248 er det beskre-vet en fremgangsmåte for å senke energiforbruket ved raffinering av fibermateriale i en raffinør ved delvis å senke male-frekvensen gjennom å minske antallet skjæreelementer på male-flåtene, delvis ved øke fibermaterialets oppholdstid mellom maleflatene ved at disse utføres sylindrisk eller konisk, og delvis ved ytterligere å øke fibermaterialets oppholdstid i malespalten ved at i alt vesentlig den del av dampen som pro-duseres ved raffineringen fjernes fra malespalten.

Nærværende oppfinnelse beskriver en fremgangsmåte og en anordning for i en raffinør med sylindrisk eller fortrinnsvis konisk anordnet malespalte å øke fibermaterialtes oppholdstid i malespalten ved at det fjernes så mye som mulig av dén ved raffineringen produserte dampen fra selve malespalten, og ved at nevnte damp ledes bort fra anordningen. Da det dreier seg om store dampmengder som under fibermaterialets korte oppholdstid i malespalten må fjernes, vil mye av fiberraaterialet følge med dampen, og av denne grunn er det nødvendig med en flertrinns separaring av damp og fibermateriale, hvilken separering ifølge oppfinnelsen er løst på enkel og effektiv måte.

Det er således et hovedsakelig mål med oppfinnelsen å frem-bringe en fremgangsmåte og en anordning med hvis hjelp det er mulig å bidra til å senke energiforbruket ved raffinering av fibermateriale. Det som derved søkes beskyttet fremgår av de etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares under hen-visning til figurene 1-4, hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en anordning som represen-terer et eksempel og en egnet utførelsesform; Fig. 2 viser et snitt gjennom anordningen ifølge Fig. 1 ved

linjen A-A, og

Fig. 3 og 4 viser eksempler på malesegmenter med forskjellige

malemønstere.

Huset til anordningen består i alt vesentlig av tre deler, nemlig en konisk og konsentrisk framdel 1, en bakdel 2 og en inn-løpsdel 3. Framdelen 1 er forbundet med innløpsdelen 3 ved en glideflate 4, som er forsynt med hensiktsmessige pakninger eller tetninger, f.eks. O-ringer 5,6. På samme måte er husets framdel 1 ved sin største diameter som er sammenkoblet med bakdelen 2 ved en glideflate 7, forsynt med pakninger eller tetninger 8, 9. Innløpsdelen 3 har ved sin venstre side en åpning, slik at fibermateriale, som er antydet med pilen 10, kan komme inn i anordningen. Ved sin øvre høyre ende har bakdelen 2 et utløp 11 med festeflens 12 for tilslutning til et rør eller lignende, gjennom hvilket ferdigbehandlet fibermateriale, slik som antydet med pilen 13, forlater anordningen. Utløpet 11 kan hensiktsmessig være anordnet tangentielt i forhold til rotorens aksel. På tegningen er det bare vist et utløp, men i praksis kan det være hensiktsmessig å ha flere, f.eks. to som er anordnet i hver sin retning.

Husets framdel 1 er på sin koniske indre flate utstyrt med et hensiktsmessig antall, i alt vesentlig i aksial retning anordnede maleribber 20, som i snitt tydelig vises i fig. 2.Maleribbene 20 er i sin tur festet til eller utgjør deler av et malesegment 21, som er antydet med mørk farge. I figur 1 og figur 2 er malesegmentet 21 vist som en konisk enhet som passer inn i og på hensiktsmessig måte er fastgjort i husdel-ens 1 innvendige koniske flate 22. Malesegmentet kan imidler-tid være utført i deler, hvilket skal forklares nedenfor.

Husets bakdel 2 har en indre konisk flate 14 og en sylindrisk del 15, som omgir en aksel 30. Videre har husets bakdel 2 en utløpsdel 16 for damp som forlater anordningen, og som er antydet med pilen 17. Utløpsdelen 16 har forbindelse med anordningens indre rom gjennom åpningen 18. I praksis kan det også være hensiktsmessig med to eller flere damputløp på omtrent samme avstand fra akselen, og da fordelt rundt denne. Til akselen 30 er det festet en rotor med en akselomgivende sylindrisk del 31, en konisk mantel 3 2 som har omtrent samme konisitet som husdelen 1, samt en konisk del 33 med omtrent samme konisitet som husets bakdel 2 på sin innvendige flate 14. Rotoren er i sin fremre del forsynt med en innløpsdel 34, videre forsynt med et antall vinger 3 5 som er fordelt rundt omkretsen, og festet til akselen 30 ved hjelp av en skrue 36.

Rotorens koniske mantel 3 2 er på utsiden forsynt med et hensiktsmessig antall maleribber 37, som i sin tur er festet til et helt eller delt malesegment 38, som er antydet med mørkere farger i figuren.

Akselen 3 0 er i sin høyre del forsynt med en lager- og driv-anordning 50, som under driftgir roterende bevegelse.

Rotoren har på siden av maleribbene 3 7 et antall gjennomgående hull 39, som munner i rotorens indre hulrom 40. Hullene ligger fortrinnsvis.inntil rotorens maleribber på den måten at de med hensyn til rotasjonsretningen 41 ligger i ribbenes rota-s jons skygge./., d.v.s. ligger inntil ribbenes høyre side hvor trykket i suspensjonen er lavest. Mantelen 32 er i hulrommet 40 eventuelt forsynt, med langsgående ribber 42, som er antydet med den brutte linjen 43 i figur 1, og som ellers er prikket i figur 2. Der rotorens mantel 32 og vegg 33 møtes er rotoren forsynt med et antall åpninger 44, og der veggene 31 og 33 møtes forsynt med et antall åpninger 45. Ved veggens 33 utside er det festet et antall ribber 46, som strekker seg fra området ved akselen forbi åpningene 45 og utad forbi åpningene 44 i den ringformede kanalen 47, hvorfra utløpet 11 strekker seg fortrinnsvis tagentielt i forhold til rotasjonen.

Malesegmentet 21 i huset og på rotoren 38 kan som nevnt være delt, hvilket gjør utbyttbarheten smidigere. Hver del kan da hensiktsmessig ha samme lengde som huset resp. rotoren, men f.eks. ha bare 1/6 av resp. omkrets. To eksempler på slike elementer er vist i fig. 3 og fig. 4. Malesegmentdelene kan slik som det vanligvis gjøres i konvensjonelle skiveraffinører med 12 deler som festes til rotormantelen ved hjelp av skruer. På samme måte som for andre måleapparater kan også selve malemønsteret variere beroende på anvendelse og ønsket resul-tat. Mønstret i fig. 3 utgjøres av forsenkte felt 71, som er avgrenset av forhøyde ribber 72. Med rotasjonsretningen, slik som antydet med pilen 73^er åpninger 74, hvilke tilsvarer åpningene 39 i mantelen 32 i fig. 1, anordnet på lesiden av de aksiale ribbene der trykket er lavest for å slippe gjennom damp under malingen. På tilsvarende måte er ribber 8 2 og åpninger 84 vist i fig. 4 med rotasjonsretning 83.

På framsiden av ribbene, sett i rotasjonsretningen, er trykket større enn trykket på baksiden, som i sin tur er større enn trykket inne i rotoren i hulrommet 4 0 i fig. 1. Størrelsen på og antallet dampåpninger 74, 84 tilpasses hensiktsmessig be-hovet av dampbortledning på den måten at det kan være nød-vendig med større eller flere åpninger i et område av raffi-neringssonen hvor dampdannelsen er størst. I vanlige tilfeller bør. det bli ved den delen av rotoren som har den største dia-meteren, d.v.s. der hvor periferihastigheten er større og som regel også avstanden mellom maleribbene er mindre.

Avgjørende for den såkalte malefrekvenseh er rotorens turtall og antall ribber eller skjæreelementer. Normalt anvendes rotorturtall på 1500 - 1000 omdreininger per minutt som mul-tiplisert med et konvensjonelt antall ribber gir frekvenser i størrelsesorden 6000 - 20000 Hz. I nærværende tilfelle er hen-sikten å kombinere rotorturtallet og antall ribber slik at frekvenser på 300 - 800 Hz oppnås, og da i hovdesak ved å minske husets og rotorens antall av skjæreelementer eller ribber fra vanligvis 400 - 600 til 20 - 30.

Ved bortledning av en stor del av den produserte dampen fra fibermaterialet i malesonen og ved en drastisk senkning av male-frekvensen, kan man oppnå en gjennomsnittlig fiberoppholdstid i malesonen på opp til ca. 1,2 sekunder, hvilket i gjennom-snitt er ca. 200 ganger så lenge som det som er tilfelle med en konvensjonell skiveraffinør. Energiforbruket for å oppnå

en viss malingsgrad på fibbermassen kan således ved hjelp av oppfinnelsen nesten halveres per tonn fibermasseproduksjon.

Den ovenfor som eksempel beskrevne anordningen fungerer på følgende måte. Fibermaterialet, f.eks. vedflis 10, mates inn i det lukkede huset gjennom innløpsdelen 3, f.eks. ved hjelp av en ikke vist mateskrue, og fordeler seg rundt den med hensiktsmessig turtall og ved hjelp av drivanordningen 50 roterende rotoren. Delvis på grunn av mateskruens innmatingstrykk og delvis på grunn av sentrifugalkraften i den koniske malespalten beveger fibermaterialet seg fra innløpet mot høyre i figuren mot utløpet 11 for fibermateriale. Ved passasjen gjennom malespalten utsettes fibermaterialet for maling, hvilket i dette tilfelle vil si oppdeling av flisbitene ved hjelp av rotasjonen til rotoren og påvirkning av de med rotoren bevegelige maleribbene 37 samt de i huset stasjonære ribbene 20. Ved malingen utvikles varme som forårsaker at avnnet eller væsken i flisen omdannes til damp. Denne damp vil oppta den i alt vesentlig største delen av det i malespalten tigjenge-lige volum hvis den ikke tillates å forlate malespalten. Teo-retisk opptar dampen i størrelsesorden 90% av det tigjengeli-ge volum i malesonen. Det er derfor viktig at en så stor del damp som mulig på en effektiv måte skilles fra fibermassen i malespalten.

Ved hjelp av oppfinnelsen får dampen mulighet til å forlate malespalten radialt innad fra denne gjennom åpningene 39. Selv om rotorens separasjonsvirkning på fibermaterialet og damp effektivt medvirker til at dampen søker seg innad i rotoren gjennom åpningene og fibermaterialet utover i malespalten, kommer en del av fibermaterialet, og da spesielt, mindre partikler, sammen med dampen å følge med radialt innover. Det er derfor av betydning at størrelsen av og antallet hull 39 tilpasses slik at dampnes hastighet innad gjennom hullene ikke blir for stor, slik at uhensiktsmessig store mengder fibermateriale følger med dampen.

Hoveddelen av fibermaterialet beveger seg som nevnt under malingen utad i malespalten og forlater anordningen gjennom utlø-pet 11. Hoveddelen av den produserte damp med eventuelt med-følgende fibermaterialdeler samles i rotorens hulrom 40, hvor det på grunn av rotorens rotasjon finner sted en første reparasjon av fibermateriale fra damp, og da på den måten at fibermaterialet som er tyngre kastes utad langs rotorens indre koniske flate, eventuelt med hjelp av ribbene 42, mot åpningene 44, og hvor de kommer ut i kanalen 4 7 ved rotorens bakre del. Dampen på sin tur søker seg innad og kan forlate rotorens hulrom 40 gjennom åpningene 45. Det er denne sammen-heng av betydning at dampen etter passasjen gjennom hullene 39 kommer inn i et relativt stort ...hulrom 4 0 inne i rotoren for å redusere dampens strømningshastighet. Det er således et typ-isk karakteristisk trekk ved oppfinnelsen at dampen etter bortledning fra malesonen gjennom åpningene 39 ikke ledes videre innad gjennom trange kanaler i rotorens indre deler, men strømmer ut i et større hulrom med betydelig hastighets-reduksjon, hvilket ytterligere i positiv retning bidrar til en

effektiv separeringsmulighet av fibermateriale fra damp.

På utsiden av åpningene 4 5 møtes dampen og eventuelt medføl-gende fiberpartikler av vingene 46, hvorved damp og fiberpartikler gjennomgår en andre separering, slik at partiklene ledes skrått utad i det koniske rom mellom rotoren og husets bakre del, og til slutt møter den del av fibermaterialet som kommer ut gjennom åpningene 44 for sammen med dette å bli kastet ut i husets ytre kanal 47, hvor de sammen med det malte fibermaterialet forlater anordningen gjennom utløpet'11. Dampen på sin side fortsetter gjennom åpningene 4 5 ut gjennom åpningen 18, og forlater anordningen vesentlig fri for fiberpartikler gjennom utløpet 16, og ledes til et for formålet hensiktsmessig sted.

For innstilling av passende avstand mellom ribbene 20 i huset og ribbene 3 7 på rotoren, og da i den hensikt å oppnå ønsket malingseffekt, kan innstillingen med den i figuren skjematisk viste oppbygde anordning skje på følgende måte. Det forutsettes at husets innløpsdel 3 og bakdel 2 er fast forankret i under-laget mens framdelen 1 ved glideflatene 4 og 7 er bevegelige i aksial retning, f.eks. ved hjelp av. en hydraulisk sylinder 60. Med denne konstruksjon oppnås det at rørledningen eller alternativt innmatingsskruen ved innløpsdelen 3 og bakdelen 2 med fibermaterialutløp, damputløp, aksel, rotor, lagring og drift 50 ikke behøver å flyttes ved justering av malespalten. Videre oppnås den fordel at spalten mellom husets bakdel 2 og rotorens vinger 46 holder seg konstant selv ved omstilling av malespalten. Derved endres ikke vingenes 46 muligheter med hensyn til å sikre en effektiv separering av damp og fibermateriale.

Ved hjelp av nærværende oppfinnelse er det således vist at det er mulig på en effektiv og relativ enkel måte å øke fibermaterialets oppholdstid betydelig og dermed anordningens produk-sjonskapasitet av malt fibermateriale, nemlig ved å lede.bort så meget som mulig av produsert damp i malespalten, slik at det i malespalten tilgjengelige volumrommet utnyttes for fibermaterialet, og slik at volumet som opptas av dampem begrenses til et minimum. Samtidig har man på en effektiv måte avsted-kommet en flertrinns separering av fibermaterialdeler som eventuelt medfølger dampen, slik at dampen som separeres fra anordningen kan forlate denne relativt ren og derved anvendes til formål som ellers krever ytterligere rensing ved hjelp av et komplisert separasjonsapparat i form av sykloner og lignende. For å oppnå passende balanse mellom mengdene av behandlet fibermateriale og damp kan hensiktsmessig trykkdifferensen i fibermaterialutløpet 11 og damputløpet 16 måles og styres slik at gunstigst mulig driftsresultat oppnås.

Det som eksempel i figurene og beskrivelsen viste apparat kan naturligvis modifiseres med hensyn til teknisk oppbygning innen-for rammen av patentkravene. I visse tilfeller kan det f.eks. vise seg å være fordelaktig å utføre damphullene 39 skråstilt i stedenfor radiale. Naturligvis kan de også ha annen form, f.eks. koniske i retning innad eller utad, hvis dette anses å ha en positiv virkning i forbindelse med det fibermateriale som behandles, størrelsen på dette etc, uten at dette på noen måte kommer i konflikt med oppfinnelsenstanken.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for raffinering av fibermateriale i en anordning som i alt vesentlig består av et med innvendig maleflate forsynt hus (1, 2, 3) og en i denne anordnet med utven-dig maleflate forsynt rotor (31, 32, 33), mellom hvilke det er anordnet en utad konisk malespalte, fra hvilken en del av dampen, som dannes ved raffineringen, ledes bort gjennom innad rettede åpninger (39) i rotorens maleflate, slik at damp under ekspansjon kan ledes gjennom åpningene inn i et i rotorens indre anordnet hulrom (40), karakterisert ved at eventuelt med dampen medfølgende deler av fibermaterialet ved hjelp av sentrifugalkraft gjennomgår to separa-sjonstrinn i anordningen, d.v.s. et første trinn i rotorrommet og et andre trinn mellom rotoren og huset, og at dampen etter i alt vesentlig å ha blitt frigjort for fibermateriale i to trinn ledes bort fra anordningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første separasjonstrinnet skjer ved at det tyngre fibermaterialet ledes utad mot utløpsåpninger (44) ved enden av en konisk utvidende, innvendig flate (32) i rotorens indre hulrom (4 0), mens dampen og eventuelt med-følgende fibermateriale ledes ut av hulrommet gjennom utløps-åpninger (45). nærmest rotorakselen (30) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det andre separasjonstrinnet skjer i et område på utsiden av rotoren mellom denne og huset i en utad-rettet spalte, hvor rotoren er forsynt med et antall i alt vesentlig radiale ribber (46), hvilke leder det tyngre fibermaterialet utad langs husets indre vegg til den del (47) hvor utløpet (11) for den hovedsaklige mengden fibermateriale ér anordnet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at fibermaterialet, som separeres fra dampen ved såvel det første som det andre separasjonstrinnet sammen-føres inne i huset med den hovedsakelige mengden behandlet fibermateriale, og forlater huset sammen med dette.

5. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge foregående krav 1-4, og som i alt vesentlig består av et med innvendig maleflate forsynt lukket hus (1, 2, 3), hvilken maleflate er delt ved hjelp av en maiespalte fra en rotor (31, 32, 33), som er forsynt med en ytre maleflate, som er gjennombrutt av en i hovedsak i radial retning innad mot rotasjonsakselen anordnede åpninger (39), som danner forbindelse mellom malespalten og rommet (4 0), som er anordnet inne i rotoren, et innløp (3) for fibermateriale, og som er anordnet i huset, og sett i retningen til fibermaterialets strøm etter malespalten et utløp (11) for behandlet fibermateriale såvel som et utløp for damp, karakterisert ved at mantelen (32) til rotorrommet har en utad konisk utstrekning og som ved sin lengst ut beliggende ende har et før-ste sett åpninger (44) for bortledning av eventuelt innkommen-de fibermateriale, og som ved sin nærmest akselen beliggende utstrekning har et andre sett åpninger (4 5) for bortledning av damp, at rotoren på sin utside ved det andre settet åpninger, (45), som leder bort dampen, er forsynt med et antall hovedsakelig radiale vinger (46) mellom rotorens bakre del (43) og det omgitte huset (2), hvilke vinger strekker seg ut til en ringformet kanal (4 7) ved rotorens største maledia-meter, hvor også utløpet (11) for behandlet fibermateriale er anordnet, og at det andre settet åpninger (4 5) ved vingenes innerste ende ved akselen står i forbindelse med husets utløp (18, 16) for damp.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at rotorens mantel såvel som dens malesegmenter (38) er gjennombrutt av i hovedsak i radial retning innad mot rotasjonsakselen anordnede åpninger (39, 74, 84).

7. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at rotorrommet (40) på innsiden av mantelen er utstyrt med i hovedsak i aksial retning anordnede ribber eller vinger (42) for å fremme rotasjon og videretransport av fibermateriale som trenger inn i dampen.

8. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at åpningene (39, 74, 84) i rotorens malesegment og mantel er anordnet mellom maleflatens opphøyde ribber (37, 72, 82), fortrinnsvis i disses "rotasjons-skygge".

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at antallet åpninger (39, 74, 84) per lengdeenhet langs rotoren er forskjellig ved at den aksiale avstanden mellom åpningene er forskjellig.

10. Anordning ifølge krav 9 y. karakterisert ved at åpningenes åpne areal i rotorens lengderetning er ulik på den måte at det åpne arealet nærmest, fibermaterialut-løpet (11) er større enn nærmere fibermaterialinnløpet (3).

11. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det lukkede huset omfatter tre i hverandre ved hjelp av glideflater passende deler (1, 2, 3), hvorav en inn-løpsdel (3) og en bakre del (2) er ubevegelig, og hvorav en midtre del (1), som omfatter husets maleribber (20), er aksialt bevegelig for innstilling av ønsket spalte mellom huset og rotorens maleribber.