NO178348B - Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av cellulosemasse med forbedrede kvalitetsegenskaper - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og anordning for behandling av suspensjoner av cellulosefiber, som skal renses og konsentreres, idet rensingen også omfatter eliminering av lette forurensninger.

Rensing av cellulosesuspensjoner fra tunge forurensninger, så som sand, bark og kort flis, foregår nå normalt ved hjelp av hydrocykloner, der forurensninger fjernes i spissfraksjon og renset suspensjon i basisfraksjon. Slik rensing forutsetter lavt fiberinnhold, 0,1-3%, fortrinnsvis 0,2-2%.

Utrensing av lette forurensninger ved hjelp av hydrocykloner er også tidligere kjent, særlig når det gjelder behandling av returpapir som ofte inneholder betydelige mengder plastavfåll samt trykkfargerester m.m. De hydrocykloner som normalt anvendes til dette, dimensjoneres og anordnes slik at basisfraksjonen inneholder lette forurensninger og spissfrak-sjonen den vesentlige del av tilført cellulosefiber. Hydrocykloner til dette formål er også kjent, hvor begge fraksjoner fjernes ved en og samme ende i forhold til utløp.

Den førstnevnte type av hydrocykloner betegnes i det følgende som A-cykloner, mens den senere betegnes som B-cykloner.

Ettersom hydrocykloner ikke er perfekte separatorer, kreves av økonomiske grunner alltid gjenvinningsenheter som gjenvinner cellulosefiber fra rejektmengden. Slik gjenvinning er tidligere kjent. Når det gjelder gjenvinning ved B-cykloner henvises til svensk patentsøknad 8802580-4 av 8. juli 1988, i hvilken er beskrevet hydrocykloner som er særlig egnet for slik gjenvinning.

I nåværende anlegg egnet for fremstilling av papir og markedsmasse, er det vanlig at den på en eller annen måte

(koking, defibrering, bleking, nedmaling av returpapir)

fremstilte suspensjon først spees for å kunne siles og/eller cyklonrenses, hvoretter den rensede suspensjon avvannes for å kunne mellomlagres. Denne awanning skjer normalt i åpne awannere. For siden å kunne føre massen til en opptakermaskin må den spees ennå en gang, riktignok som regel til en konsen-trasjon som er høyere enn den som anvendes ved rensetrinnet. Denne fortykking, mellomlagring og speing medfører en ekstra-

omkostning som kan elimineres ved å fortykke massen direkte fra cyklonrensetrinnet og lede den til opptakermaskinen, særlig ved å anvende en og samme pumpe for cyklonrensningens primærtrinn og en under trykk arbeidende, sluttet fortykker/avvanner, som angitt i svensk utlegningsskrift 8305036-9.

Imidlertid foreligger det som nevnt et stadig større behov for fjerning av lette forurensninger, i første rekke plast. At dette behov foreligger ved gjenvinningspapir er selvsagt, men også ved-råmateriale særlig fra befolkede trakter, inneholder stadig mer av slike forurensninger av plast. Plastpartikler kommer dessuten inn internt i produksjonen. Ved papirfremstilling medfører disse forurensninger også i små mengder vanskelig-heter, f.eks. ved bestrykning, da det kan oppstå striper i papirbanen.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret system for fremstilling av papirmasse med god kvalitet, særlig med hensyn til eliminering av forurensninger, både i form av tunge og lette partikler (med lette partikler forstås da ikke bare partikler med lav densitet, men også slike som, på grunn av sin form, i hydrocykloner opptrer som lettere enn cellulosefibre).

Det er et annet formål å tilveiebringe et system der man unngår å fortykke allerede renset massesuspensjon med sikte på mellomlagring, og isteden i en i det vesentlige kontinuerlig prosess i rekkefølge gjennomfører rensing, fortykking og sluttbehandling i opptakermaskin eller papirmaskin.

Disse og andre formål og fordeler oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte ifølge krav 1 og ved en anordning ifølge krav 9.

En særlig fordel med oppfinnelsen er at man oppnår en synergieffekt ved en kombinasjon av funksjonene fortykking og rensing fra lette forurensninger, helst under samtidig eliminering av et mellomlagringstrinn og et speingstrinn.

Det som muliggjør oppfinnelsen er at en suspensjonsfraksjon som kommer ut fra spisis.en i en for eliminering av lette forurensninger anordnet og konstruert hydrocyklon, har en i forhold til den tilførte suspensjon forhøyet konsistens, ettersom mye vann medfølger de lette forurensninger i basisfraksjonen.

En særlig høy konsistens kan oppnås, med meget god frasiling av lette forurensninger, dersom man aksepterer at en del cellulosefibre går ut i basisfraksjonen, idet gjenvinningen lettes ved at antallet gjenvinningstrinn kan bringes ned ved i disse å anvende hydrocykloner av den type som er beskrevet i svensk patentsøknad 8802580-4, som ennå ikke er ålment tilgjenge-lig.

Ifølge oppfinnelsen er det, etter kombinert rensing fra lette forurensninger og fortykking, mulig å oppnå en konsistens mellom f.eks. 1 og 3%, dvs. for mange typer av opptakermaskiner og papirmaskiner egnet inngangskonsistens. Hydrocykloner må i samsvar med sin natur drives med en i det vesentlige konstant væskestrøm, samtidig som utgangskonsistensen bestemmes av konsistensen i den tilførte massestrøm. Strømmen til opptaker-/papirmaskinen kan senere ytterligere varieres gjennom en returledning som fører tilbake til en innstillbar eller regulerbar del av utgangsstrømmen til rensesystemets inngangs-side.

Det er hensiktsmessig å la opptaker- eller papirmaskinens bakvannsilo være forsynt med et overløp for å holde nivået konstant, samt derfra å hente nødvendig utspeingsvann for prosessen.

Hydrocyklonanlegg virker som regel best under forutsetning av at væskestrømmene og trykkforhoIdene holdes ganske konstante ved sine merkeverdier. Imidlertid kan det foreligge et behov for, ved ulike driftstilfeller, å variere tilstrømmingen til en tilkoplet opptakermaskin eller papirmaskin. Det er derfor hensiktsmessig å anordne en avledning av den behandlede suspensjon, som tilbakefører slik uforbrukt, men renset og konsentrert suspensjon. Denne tilbakeføring kan skje til et punkt umiddelbart foran hovedpumpen, uten at fiberstrømmen til opptakermaskinen eller papirmaskinen blir forandret, men med det resultat at konsistensen i suspensjonen til innløpskassen blir forhøyet. Alternativt kan tilbakeføringen skje til et punkt foran den konsentrasjonsregulering som skjer i forbindelse med en første utspeing, idet konsistensen på suspensjon i innløps-kassen blir konstant, og strømmen til innløpskassen blir minsket.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ut i fra et ikke-begrensende utføringseksempel som er skjematisk vist i diagramform i tegningsf iguren.

Den skjematiske figuren viser et eksempel på et anlegg som virker i samsvar med oppfinnelsen. Hoveddelen av det fiberma-terialet som passerer gjennom går fra en konvensjonell silo 1 til en opptakermaskin eller papirmaskin 9 i en med tykk linje opptrukket hovedvei. Masse med en konsistens på 10-12% spees i underdelen av siloen 1 til ca. 3,5%, spees ved inngangen til en pumpe 103 til en regulert konsistens på 3% samt ledes til en silo 2 med nivå som holdes konstant. Spevann hentes via en pumpe 12 fra opptaks- eller papirmaskinens bakvann. Hvorledes reguleringen av nivå og konsistens for siloen 2 ordnes, innsees av fagmannen, hvorfor det er tilstrekkelig å angi at speingen reguleres gjennom påvirkning av ventilene 100 og 101 av giveren 102 og nivået gjennom nivågiveren 2 00 som påvirker turtall-regulatoren 104 til pumpen 103. 105 er reguleringsmidler som parallelt åpner ventilene 100 og 101 og styrer strømmen gjennom disse i et kvotert forhold. I siloen 2 opprettholdes derved et konstant nivå og en konstant konsistens for suspensjonen.

Pumpens 3 sugeside er tilkoplet siloen 2, og for videre spevann fra pumpen 12 via ventilen 300 som er styrt av giveren 301 som avføler konsistensen for den suspensjon som kommer ut på pumpens 3 trykkside. Konsistensen reguleres derved til 2,5%. Gjennom en ventil 400 under styring av en strømningsgiver 401 styres strømmen hos den tilførte suspensjon til en ønsket verdi. Derved holdes strømmen av fibre gjennom ventilen 400 konstant.

Mot pumpens 4 sugeside ledes altså en regulert strøm av suspensjon med regulert konsistens (fiberkonsentrasjon).

Man kan for øyeblikket se bort fra ledningen 13 som gjelder et særskilt aspekt ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Pumpen 4, en sentrifugalpumpe, gir en vesentlig konstant strøm, og trykket på sugesiden er bestemt av nivået av bakvannbeholderen 10, hvilket nivå holdes konstant på kjent måte. Pumpen 4 avgir så lenge dens mottrykk er stabilt en bestemt strøm, med en konsistens som bestemmes av den mengde fiber som pr. tidsenhet passerer gjennom ventilen 400. Med verdiene ifølge eksempelet oppnås på trykksiden av pumpen 400 en konsistens på 0,5%, hvilket er en hensiktsmessig verdi for cyklonrensing, selv om både lavere og høyere konsistens er mulig å arbeide med. Den således utspedde suspensjon ledes via en sil 5, som i første rekke er beregnet til å eliminere skrotpartikler og andre grovere partikler som ville kunne skade cyklonene, til et multihydrocyklonaggregat 6 med A-cykloner hvis basisfraksjon ledes videre. Konsistensen i basisfraksjonen blir 0,45%, altså noe lavere enn den tilførte suspensjonen. Denne basisfraksjonen ledes videre uten mellompumping til et multihydrocyklonaggregat 7 med B-cykloner, der fiberen tas ut som spissfraksjon, mens lederpartikler går i basisfraksjonen.

I denne spissfraksjon anrikes cellulosefibrene til høyere konsistens, i eksempeltilfellet til 1,5%, altså med en faktor på 3,33. Denne konsistens er egnet for den etterfølgende opptaker- eller papirmaskin 9 til hvis innløpskasse 8 suspensjonen ledes via en ventil 800, styrt av en giver 801, i dette tilfelle en trykkgiver. Innløpskassen får derved suspensjonen med regulert trykk. Dersom det er mer hensiktsmessig, kan giveren 801 være en nivågiver eller en strømningsgiver.

Til de to multihydrocyklonaggregater 6 og 7 hører gjenvinningsenheter, her vist med skadekoplede aggregater med hver sine pumper på innløpet, og deres sugesider tilkoplet et felles nivå i siloen 10. Selv om bare to trinn i hver enhet er vist, bestemmes trinnenes antall under hensyn til ønsket grad av gjenvinning og rensing. Gjenvinningsenhetene til aggregatet 6 består av aggregat av A-cykloner, mens de til aggregatet 7 er aggregat av B-cykloner. Antallet trinn i gjenvinningen fra aggregatet 7 påvirkes fordelaktig, i likhet med de enkelte cykloner i aggregatene, dersom sistnevnte er konstruert i samsvar med svensk patentsøknad 8802580-4.

I eksempelet foregår det gjennom aggregatet 7 både en rensing fra lette forurensninger og en fortykking av den således rensede suspensjon, hvilken kombinasjon er oppfinnelsens store fortjeneste. Denne fortykking kan anordnes i ulik grad beroende på cyklondimensjoner, trykkfall og fordeling av spiss-og basisstrømmen av inngående suspensjon. Fortykkingsgraden, som alltid overstiger 1, og i eksempeltilfellet er 3,33, kan drives vesentlig høyere opp, f.eks. til 5, om nødvendig, og dette uten at separasjonseffekten for lette forurensninger minsker: tvert i mot tenderer den til ytterligere å øke. Derved kan basisfraksjonens fiberinnhold øke, slik at opparbeidings-arbeidet i gjenvinningstrinnene øker, noe som likevel kan mestres ved i disse å anvende hydrocykloner ifølge svensk patentsøknad 8802580-4.

Den nevnte fortykking er resultatet av separering mellom vann og fibre. Graden av fortykking i en hydrocyklon bestemmes av denne separeringseffektivitet. For oppnåelse av høy fortykkingsgrad dimensjoneres hydrocyklonen med mindre basisåpning enn spissåpning. Når det gjelder dette separerings-arbeide bør videre det koniske separeringsrommet ha en største diameter på mindre enn 125 mm og helst mindre enn 100 mm.

Videre bør basisåpningens diameter være mindre enn en femtedel av separeringsrommets største diameter.

Ettersom nå hovedstrømmen av fiber er forklart, kan det bemerkes at gjenvinningsstrømmene fra gjenvinningstrinnene via ledningen 11' går tilbake til pumpens 4 sugeside, og dette innebærer, dersom ledningen 13 ikke fantes, at under stabilitets-forhold vil hele den fiberstrøm som kommer inn via ventilen 400 bli utmatet til innløpskassen 8. Strømmen bestemmes da av kapasiteten til pumpen 4 samt de av de normalt konstante trykk-forhold bestemte avstrømninger i aggregatets 6 spissfraksjon og i aggregatets 7 basisfraksjon.

Hydrocykloner bør, for å arbeide optimalt, arbeide med forutbestemte væskestrømmer. Imidlertid er det ikke selvsagt at så er forholdet med innløpskassen til en opptaker- eller papirmaskin, der det kan være nødvendig å variere både volumstrøm, trykk og konsistens. Konsistensen kan ved konstant strøm reguleres ved å regulere strømning og konsistens hos den suspensjon som tilføres via ventilen 400. Volumstrømmen til innløpskassen 8 reguleres derimot gjennom en shuntledning 13

med ventil 13 0, styrt av en trykkføler 131. Denne shuntledning 13 kan i samsvar med den første utføringsform munne ut ved sugesiden av pumpen 4, hvilket innebærer at fiberstrømmen til

innløpskassen 8 blir uforandret, men konsistensen blir endret.

I samsvar med en andre utføringsform, vist med brutt linje i figuren, går denne tilbakeledningstrøm via ledningen 13' tilbake til et punkt foran pumpen 3, i dette tilfelle foran den speings-styrende ventilen 300, men i hvert tilfelle til et punkt foran den konsistens- og strømningsregulering som bestemmer den fiberstrøm som tilføres pumpens 4 sugeside. En regulering av væskestrømmen til innløpskassen 8 ved hjelp av ventilen 130 påvirker da ikke den tilførte suspensjonens konsistens.

Oppfinnelsen er nå beskrevet ut fra et ikke-begrensende utføringseksempel. Av eksempelet fremgår det tydelig at et slikt anlegg kan reguleres innen vide grenser. Selv om kapasiteten i strømmen for cyklon-utrustningen er gitt av konstruksjonen, er det mulig innenfor vide grenser å variere kapasiteten i massestrømmen og den utmatede suspensjonens konsistens.

Som nevnt kan man også gjennom konstruksjons- og reguler-ingstiltak innenfor oppfinnelsens ramme variere f.eks. fortykkingsgraden i anlegget.

Man kan i anlegget, som vist, særlig legge merke til at en eneste hovedpumpe 4 fører den utspedde suspensjon til de serie-koplede aggregater 6 og 7 og videre til innløpskassen 8. I et representativt eksempel er trykkfallet mellom innløp og basis i en A-cyklon 1 bar, og trykkfallet i en B-cyklon mellom innløp og spiss 1,5 bar. Disse trykkfall er i det vesentlig en funksjon av strømningen. Pumpen 4 dimensjoneres slik at den kan både kompensere disse trykkfall og gi nødvendig trykk til innløpskassen 8.

Reguleringen av ventilene 800 og 130 må skje på slik måte at arbeidsforholdene for multihydrocykloaggregatene ikke påvirkes ugunstig. Hovedpumpen 4 er en sentrifugalpumpe, drevet med i det vesentlige konstant turtall, med fallende trykkhøyde ved økende strømning. Konstruksjonen er slik anordnet at ved merkestrømning er trykkhøyden tilstrekkelig for trykkfallet i multihydrocyklonaggregatene 6 og 7 samt ventilen 800 ved et normalt arbeidspunkt, og en regulering innen rimelige grenser av strømmen gjennom ventilen 800 for å holde trykk eller nivå i innløpskassen 8 medfører ingen nevneverdig forstyrrelse. Større endringer i trykkfallet over ventilen 800 kan imidlertid ikke tolereres, ettersom arbeidsforholdene for aggregatene 6 og 7 da påvirkes ugunstig. For å gjøre betydelige endringer i tilførselsstrømmen til kassen 8 kreves derfor en avledning via shuntventilen 130, slik at trykket på suspensjonen kan holdes rimelig konstant. Shuntventilen 130 kan da enten reguleres for hånd mot et manometer eller trykkreguleres på den i figuren viste måte. De ulike reguleringene i figuren er vist som innbyrdes uavhengige, lokale reguleringer. Imidlertid vil det innsees at slik regulering kan skje under felles datastyring.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av cellulosemasse med forbedrete kvalitetsegenskaper, særlig med hensyn til innholdet av lette, faste forurensninger såsom plastpartikler o.l., og hvor en fibersuspensjon med lav konsistens under påvirkning av en hovedpumpe (4) bringes til å passere et første multihydrocyklonaggregat (6) for fraskilling av tunge partikler og gjennom middel for heving av massekonsistensen, idet i det minste en del av den således behandlete massesuspensjon direkte uten mellomkommende pumping deretter ledes til innløpskassen (8) i en opptakermaskin eller papirmaskin, karakterisert ved at et andre multihydrocyklonaggregat (7) inngår i samme pumpekrets for fraskilling av lette partikler, hvorved samtidig nevnte middels funksjon for heving av massekonsistensen oppfylles.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den til opptakermaskinen eller papirmaskinen ledete suspensjon passerer igjennom en styrbar ventil (800) som styres av en føler (801) for trykk, strømning eller nivå i inn-løpskassen (8) til opptaker- eller papirmaskinen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en del av den strøm som renset kommer ut fra det andre multihydrocyklonaggregatet (7) føres tilbake for å gjen-inntas oppstrøms for pumpen (4).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den tilbakeførte strøm styres ved hjelp av en ventil (130), for å oppnå ønsket trykk for den rensete suspensjon som kommer fra det andre multihydrocyklonaggregat.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at gjeninntagingen anordnes ved hovedpumpens (4) sugeside.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at gjeninntagingen anordnes til en foran hovedpumpens (4) sugeside anordnet utspeingsanordning (300).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det til den nevnte hovedpumpens (4) sugeside ved hjelp av en andre pumpe (3) ledes en med hensyn til dens strømningshastighet og konsistens styrt suspensjon, idet hovedpumpens (4) sugeside er forbundet med en nivåregulert silo (10) som inngår i opptakermaskinens eller papirmaskinens bakvannsystem, hvorved utspeing skjer med bakvann derfra.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre multihydrocyklonaggregat oppbygges av hydrocykloner med konisk separeringsrom med en største diameter mindre enn 125 mm og fortrinnsvis mindre enn 100 mm, samt med en basisåpningsdiameter mindre enn en femtedel av separeringsrommets største diameter og en spissåpning som er større enn basisåpningen.

9. Anordning for fremstilling av cellulosemasse med forbedrete kvalitetsegenskaper, særlig med hensyn til innholdet av lette, faste forurensninger, såsom plastpartikler o.l. av en fibersuspensjon med lav konsistens, omfattende i kombinasjon en pumpe (4), et multihydrocyklonaggregat (6) for fraskilling av tunge partikler, midler for fortykking av den rensete suspensjon og innløpskassen (8) til en opptaker- eller papirmaskin (9) forbundet i rekkefølge etter hverandre, karakterisert ved at anordningen omfatter et andre multihydrocyklonaggregat (7) for fraskilling av lette partikler, idet det andre multihydrocyklonaggregat samtidig utgjør middelet for fortykking av den rensete suspensjon.

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved en styrbar ventil (800) som er innkoplet mellom det andre multihydrocyklonaggregat (7) og innløpskassen, samt middel (801) for å avføle og gjennom påvirkning av ventilen (800) regulerer trykk, strømning eller nivå i innløpskassen.

11. Anordning ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at en shuntledning (13, 13') for avledning av suspensjon er tilkoplet i et avledningspunkt mellom det andre multihydrocyklonaggregat (7) og innløpskassen (8) samt leder til et tilførselspunkt som er beliggende oppstrøms for den nevnte pumpen (4).

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at det i shuntledningen (13, 13') finnes en ventil (130).

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved en reguleringsanordning (131) som er innrettet til å styre ventilen (13 0) i avhengighet av trykket ved det nevnte avledningspunkt.

14. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at den nevnte shuntledning (13, 13') leder til en oppstrøms for pumpen (4) anordnet utspeingsanordning.

15. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at det andre multihydrocyklonaggregat er bygget opp av hydrocykloner med konisk separeringsrom med den største diameter på høyst 125 mm, fortrinnsvis høyst 100 mm, og med en basisåpning og en spissåpning der basisåpnings-diameteren er mindre enn en femtedel av separeringsrommets største diameter, og spissåpningen er større enn basisåpningen.