NO179017B - Framgangsmåte og apparat for satsvis koking av celluloseholdig materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en forbedret framgangsmåte og apparat for satsvis koking av celluloseholdig materiale slik som treflis, slik det framgår av den innledende del av henholdsvis patentkrav 1 og 6.

Bakgrunn

I vanlige satsvise prosesser for koking av treflis, fylles kokeren med flis, og kokeren blir deretter satset med et kokekjemikalium som i en sodaprosess hovedsakelig omfatter ei løsning av natriumhydroksid, og som i en kraftprosess ei tilsvarende løsning med et ytterligere innhold av svovelforbindelser. Kokeren blir deretter forseglet, og temperaturen i kokeren bringes deretter opp til koketemperatur med damp, hvorved temperaturen opprettholdes i et visst tidsrom. Ved slutten av kokinga blir en utblåsningsventil i kokeren åpnet, og innholdet i kokeren ledes ut i en utblåsningstank i kraft av at den varme luten ekspanderes til damp og tvinger den de-lignifiserte massen ut av kokeren.

Mye av varme-energien som oppnås i kokerinnholdet i løpet av prosessen ledes ut gjennom utblåsningstanken med avdamp. For å gjenvinne slik varmeenergi er det gjort forsøk på å føre slik damp gjennom ulike former for varmegjenvinningssystemer. Mange av disse gjenvinningssystemene har ikke vært effektive, og for å spare energikostnader har noen papirmasseprodusenter valgt å installere kontinuerlige kokeprosesser. En kontinuerlig prosess er ganske forskjellig fra en satsvis kokeprosess, men har vanligvis en mere effektiv varmeutnyttelse enn hva som oppnås med en vanlig satsvis prosess. Kostnadene for utstyret som kreves i en kontinuerlig prosess er imidlertid normalt vesentlig høyere enn kostnadene for utstyr som kreves i en satsvis prosess, og karakteristikken ved den oppnådde fibermassen kan variere.

Ulike arrangementer har blitt foreslått ved anvendelse av satsvise prosesser som påvirker en energisparing slik som foreslått i US patentskrifter 4.578.149 og 4.601.787. I den modifiserte satsvise prosessen blir kokeren ved slutten av et kok hold under trykk, og fortrengningsvæsker anvendes for å fortrenge den varme kokeluten under trykk og hovedsakelig ved koketemperaturen. To eller flere akkumulatorer anvendes for å lagre de fortrengte kalde, hete og varme væskene i tre akkumulatorsystemer.Under etterfølgende oppfylling av kokeren blir væskene i akkumulatorene pumpet til kokeren for å fortrenge luft og for å forvarme flisene. All væskeoppfylling utføres ved fortrengning. Ved tidligere kjente fortrengningsteknikker blir fortrengningsvæsken pumpet inn til bunnen av kokeren og den

fortrengte væsken strømmer ut fra toppen av kokeren.

Formål

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å framskaffe en forbedret framgangsmåte og et apparat som anvender fordelene ved en satsvis prosess og som bevirker en økning i sparing av varmeenergi sammenliknet med ordinære satsvise prosesser.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å framskaffe et forbedret satsvis kokesystem som anvender et fortrengningskonsept ved uttømming av den brukte svartluten ved slutten av kokeprosessen og som bevirker en tidsbesparelse ved fjerning av luten ved slutten av prosessen.

Nok et formål med oppfinnelsen er å framskaffe en prosess der en satsbasert koking anvendes og der svartluten fjernes ved slutten av kokeprosessen ved tilførsel av en fortrengningsvæske der sammenblanding av fortrengningsvæske og het svartlut minimaliseres for å konservere den høye temperaturen i den brukte luten.

Oppfinnelsen

Disse formål oppnås med en framgangsmåte og et apparat i henhold til den karakteriserende del av henholdsvis patentkrav 1 og 6. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige krav.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen anvendes en framgangsmåte og et apparat der en koker fylles med treflis og med kokelut, og ved slutten av kokeprosessen blir den brukte svartluten fjernet og opptatt i et reservoar ved høy temperatur og et overatmosfærisk trykk og deretter brukt til oppvarming av og forbehandling av flisene i en andre koker for å konservere den følbare varme og resterende kjemikalier i svartluten. Svartluten fjernes og overføres til reservoaret under trykk ved pumping i en lavere temperert fortrengningsvæske både i bunnen av og i toppen av kokeren. Den brukte høytempererte svartluten fjernes ved en midtre seksjon av kokeren ved utpressing fra de to søylene med lavtemperert lut som nærmer seg fra toppen og fra bunnen. Fortrengning under etterfølgende kokerfyllinger håndteres på tilsvarende måte.

Med dette arrangementet utføres fortrengningene i løpet av et minimalt tidsrom. Ved fronten av en framstrømmende fortrengningsvæske, der den skyver den fortrengte væsken foran seg, finner det sted en viss grad av sammenblanding. Dybden av denne grenseflata eller graden av sammenblanding er minimal, siden avstanden som grenseflata passerer langs reduseres ved ordinære fortrengningsteknikker, og ved å skyve den fortrengte væsken fra begge retninger blir det totale tidsbehovet for fortrengning redusert. Siden det er to grenseflater mellom den fortrengte og fortrengnings-væskene blir dybden av grenseflatene redusert.

Utblåsning kan utføres ved å fjerne all svartlut og tømme innholdet på vanlig måte slik ved damptrykk fra toppen, ved anvendelse av luft tilført toppen av kokeren for å blåse ut den de-lignifiserte fibermassen ut gjennom bunnen, eller fortrinnsvis ved å pumpe innholdet ut av kokeren.

Der fortrengningsvæsken tilføres fra begge ender, vil fibermassen ved både den øvre og den nedre enden motta hovedsakelig samme grad av vasking i kokeren, og det finner sted en jevnere vasking i kokeren, også totalt sett.

Andre formål, fordeler og trekk vil framgå i lys av den etterfølgende beskrivelse av de foretrukne utførelsesformene, av kravene og figuren,

der figuren viser en skjematisk illustrasjon av et kokersystem konstruert og drevet i henhold til prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen.

I en satsvis prosess er det typisk å satse en koker med treflis for deretter å introdusere en reaktiv væske som omfatter et reaktivt kjemikalium. I tilfellet med sodaprosessen, er den reaktive væsken kjent som kvitlut hovedsakelig ei vannbasert løsning av lut som inneholder en svovelforbindelse. Kokinga finner sted med innholdet i kokeren ved høy temperatur og høyt trykk, der temperaturen i kokeren typisk ligger i området fra 165° til 177°C. Ved slutten av en kokesyklus blir den reaktive væsken referert til som svartlut eller brukt lut, og har en temperatur lik kokerens, og som fremdeles inneholder resterende aktive kjemikalier.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen blir en fortrengningsvæske, som fortrinnsvis er filtrat fra en fibermasse-vaskesyklus, pumpet inn i begge ender av kokeren ved slutten av en kokesyklus og ved opprettholdelse av trykket i kokeren. Et første volum av denne lavtempererte væsken pumpes inn til toppen og et andre volum av lavtemperert væske pumpes inn i bunnen av kokeren for å fortrenge den hete svartluten. Den hete svartluten forlater kokeren gjennom et utløp ved sentrum av kokeren og føres over til et reservoar eller en akkumulator ved kokerens trykk og temperatur. Ytterligere fortrengning kan utføres for videre koking og vasking av flisene. Det totalte volumet av hver fortrengningsvæske trenger ikke være lik volumet av svartluten. For eksempel kan tredje og fjerde volum pumpes inn i henholdsvis toppen og bunnen og resultere i fortrengning av ytterligere het svartlut ut fra kokeren.

Når en koker fylles deretter, blir flis tilsatt kokeren med passende pakking slik som med damp eller luftdyser orientert for å avgi trykksatt luft mot flisene som kommer inn i kokeren. Ved avslutning av innfyllingen blir kokeren pumpet hydraulisk full med lavtemperert vaskefiltrat som typisk er anvendt som fortrengningsvæske i en tidligere kokesyklus. Denne fyllingen tvinger luft fra kokeren, og gir flisene en førstehånds behandling og lett oppvarming. I en tre-trinns fortrengnings-varmeprosess vil denne fyllingen utføres med væske fra en avkjølt svartlut-akkumulator. Den kalde svartluten fortrenges fra kokeren ved anvendelse av varm svartlut fra en annen væskeakkumulator, der en etterfølgende fortrengning finner sted med het svartlut og deretter kokelut. I hver av fortrengningene, enten ved starten eller ved slutten av en kokesyklus, blir fortrengningsvæsken pumpet inn til både toppen og bunnen av kokeren, der den fortrengte væsken fjernes mellom endene av kokeren. Normalt utføres de atskilte fortrengningene fra toppen og fra bunnen på tilnærmet samme tid; i noen situasjoner kan det imidlertid være ønskelig å forsinke den ene eller den andre.

I det spesielle apparatet som anvendes for gjennomføring av framgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, viser figuren en koker 10. Ved starten av kokesyklusen blir de forbehandlede flisene ført inn i kokeren ved 11 og pakket for eksempel med damp eller luft for maksimalt volum. Ved den nedre enden av kokeren finnes en åpning 12 med en ventil 12a som åpnes ved avslutning av kokinga og fortrengningsprosessen for utblåsing eller pumping av fibermassen inn til et blåsekammer 13.

For å sette i gang kokeprosessen kan en forvarming oppnås med kald, varm og het svarlut fra en tankpark 16. Tankparken 16 omfatter et flertall akkumulatorer. Som fagmannen vil innse, vil passende akkumulatorer forsynes for den kalde og hete svartluten og kanskje i tillegg for den varme svartluten. Passende ventilsyrings-enheter 17 og 18 er forsynt slik at all fortrengningsvæske forsynes kontrollert til både toppen og bunnen av kokeren. Styringsenhetene kan typisk være reguleringsventiler, som tillater regulering av starten, avslutningen og fortrengningshastigheten i hver ende separat. Etter ferdigstillelse av fortrengningene blir flisene underlagt kokeprosessen for å forvarme og forbehandle flisene, der kokeren forsegles og opprettholdes ved den forutbestemte koketemperaturen i et forutbestemt tidsrom. En fagmann vil raskt innse at ytterligere varmeinnretninger, slik som varmevekslere, kan forsynes.

Ved avslutning av kokesyklusen blir trykket og temperaturen i kokeren opprettholdt, og kald fortrengningsvæske pumpes inn i toppen og bunnen av kokeren, der den lavtempererte væsken framskaffes fra en lavtemperatur-tank 19 og tvinges inn i kokeren med ei pumpe 20 gjennom rør med ventiler 21 og 22. Ettersom den lavtempererte væsken, som fortrinnsvis er framskaffet fra fibermasse-vaskingen, pumpes inn i kokeren, fortsetter den oppover fra bunnen og nedover fra toppen av kokeren 10, for derved å tvinge den hete brukte svartluten ut gjennom et rør og en ventil 23 inn til en høytemperatur-akkumulator i tankparken 16. Den høytempererte svartluten anvendes deretter til forvarming av flis i en annen koker som indikert skjematisk ved 27. Fra en fagmanns synspunkt vil kokeren 27 typisk ha lik størrelse og drift som kokeren 10. Mens separate innløp er vist for væsken fra lavtemperaturtanken 19 og tankparken 16 ved både topp og bunn av kokeren, kan imidlertid separate rør med ventiler fra hver bruke et felles innløp til kokeren, slik at enkle væskeinnløp forsynes ved toppen og ved bunnen av kokeren.

Kokeren 10 har et filter 25 ved den midtre del mellom toppen og bunnen av kokeren. Den hete svartluten eller annen væske som fortrenges i kokeren, forlater sistnevnte gjennom filteret 25, slik at filteret hindrer at fibermasse unnslipper. Ettersom fortrengningsvæsken føres gjennom kokeren, oppover fra bunnen av kokeren og nedover fra toppen mot filteret 25 og den fortrengte væsken ledes ut, vil det dannes ei grenseflate mellom de framskridende frontene av den fortrengte væsken, som kan være separat samlet fra den hete svartlutresten.

Blåsing av kokeren ved slutten av koket kan gjennomføres ved innføring av trykksatt damp, luft eller annet fluidum ved et innløp 31 i toppen. Tilførselen av fluidum vil fortsette inntil all fibermasse har blitt tvunget inn i blåsekammeret 13. Alternativt kan det brukes ei pumpe i tilknytning til ventil 12a og blåsekammer 13 for å evakuere kokeren. Fibrene i blåsekammeret vil føres til en vasker 29 som tilføres vaskevann 30. Vaskevæsken, som har opptatt noe varme fra de hete fibrene, ledes til en lavtemperaturtank 19 for anvendelse som fortrengningsvæske i den neste etterfølgende satsvise kokeprosessen. Lavtemperaturtanken 19 kan være en del av en tankpark 16. Vanligvis vil det brukes flere kokere som drives i sekvensielle sats-kokeprosesser, slik at vaskevæsken fra en koker vil brukes i etterfølgende kokere som tilfellet var ved bruk av den hete svartluten fra akkumulatorene i tankparken 16 for etterfølgende kokere slik som illustrert ved 27.

Det er framskaffet en forbedret og forenklet relativt raskt opererbar prosess som er i stand

til å redusere tapet av varmeenergi og redusere luftforurensning ved fjerning av svartluten fra fibermassen før den blåses.

Claims (9)

1. Framgangsmåte for satsvis koking av cellulosemasse der en koker (10) satses med en masse av celluloseholdig materiale og kokelut, hvoretter satsen kokes ved høy temperatur og overatmosfærisk trykk for å framskaffe en søyle av delignifisert fibermasse og het svartlutrest i kokeren (10), hvorved det etter koking av det celluloseholdige materiale og ved opprettholdelse av søyla av delignifisert fibermasse hovedsakelig intakt, utføres en kvantitativ fortrengning av den brukte svartluten under trykk ved å pumpe en væske med lavere temperatur inn i kokeren (10) for å tvinge het svartlut ut av kokeren mens svartluten holdes ved nevnte temperatur og overatmosfærisk trykk, og den fortrengte svartluten overføres under trykk til en andre masse av cellulseholdig materiale (27) for derved å konservere og anvende den følbare varme i svartluten for å forvarme den andre massen av celluloseholdig materiale, karakterisert ved at en første volumdel av den lavtempererte væsken pumpes inn i kokeren ved toppen av søylen for å fortrenge den brukte svartlutresten nedover i kokeren og en andre volumdel av den lavtempererte væsken pumpes inn i kokeren ved bunnen av søylen for å fortrenge den brukte svartlutresten oppover i kokeren, hvorved den fortrengte hete svartlutresten tvinges ut av kokeren ved en posisjon mellom endene av kokeren.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første og andre volumet av lavtemperert væske pumpes i et volum som er mindre enn totalvolumet av het svartlutrest i kokeren (10).

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tredje og fjerde volum av fortrengningsvæske pumpes inn i henholdsvis toppen og bunnen av kokeren, hvorved totalvolumet av det første, andre, tredje og fjerde volumet er hovesakelig likt volumet av het svartlutrest i kokeren (10), slik at praktisk talt all het svartlutrest fjernes ved fortrengning.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første volumet av lavtemperert væske og det andre volumet av lavtemperert væske pumpes inn i henholdsvis toppen og bunnen av kokeren (10) på samme tid.

5. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringen av den fortrengte hete svartlutresten under trykk til en andre masse av celluloseholdig materiale utføres ved å pumpe den fortrengte hete svartlutresten i separate volumfraksjoner til toppen og til bunnen av en masse av ukokt flis opptatt i en satsvis koker (27).

6. Apparat for koking av en masse av cellulosemasse med en kokevæske i en satsvis kokeprosess, omfattende en koker (10) for opptak av en sats av cellulose under høy temperatur og trykk i en forutbestemt koketid hvorved cellulosen delignifiseres, og kokeren (10) har en øvre og en nedre ende, en tank (19) for fortrengningsvæske i strømningsmessig forbindelse med det indre av kokeren, ei pumpe (20) og reguleringsventiler (21,22) for å lede fortrengningsvæske fra tanken (19) under trykk for å fortrenge væsken i kokeren (10), et utløp (23) for mottak av væske fortrengt av fortrengningsvæsken, og akkumulator (16) i strømningsmessig forbindelse med utløpet (23) for mottak av væske fra sistnevnte, karakterisert ved at innløp for fortrengningsvæske fra tanken (19) er anordnet ved den øvre enden og den nedre enden av kokeren (10) og at utløpet (23) for fortrengt væske er anbrakt ved den midtre del av kokeren (10).

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det omfatter en andre koker og organ som forbinder akkumulatoren med den andre kokeren, slik at fortrengt væske kan føres gjennom celluloseflis i den andre kokeren for utnyttelse av den følbare varmen og resterende kjemikalier i den fortrengte væsken for å heve temperaturen i flisen og forbehandle denne.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at separate væskerør er forbundet med den andre kokeren ved toppen og bunnen av kokeren, og et utløp ved en midtre del av den andre kokeren for opptak av væske fortrengt i den andre kokeren.

9. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at et filter (25) er anordnet ved den midtre del av kokeren, slik at fortrengt væske som føres ut gjennom utløpet føres gjennom filteret når den forlater kokeren.