NO335139B1 - Forbehandlet treflis med høy defibrering - Google Patents

Abstract

2004 -03- l 8 28 S a m m e n d r a g En treflis-forbehandlingsprosess som omfatter at utgangsmaterialet føres gjennom en komprimeringsskrueinnretning med en atmosfære av mettet vanndamp ved et trykk som er over ca. 34,5 kPa overtrykk (ca. 5 psig), dekomprimering og utføring av det komprimerte materialet fra skrueinnretningen inn i et dekomprimeringsområde, innføring av det dekomprimerte materialet fra dekompresjonsområdet inn i en fibreringsanordning, så som en lavintensitets skiveraffinør, hvor minst ca. 30% av fiberbuntene og fibrene adskilles aksialt, uten vesentlig fibrillering av fibrene. l en mer spesifikk form angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av mekanisk masse, inkludert trinnene for fibrering av treflisutgangsmateriale i en lavintensitets skiveraffinør inntil minst ca. 30% av fibrene er aksialt adskilt med mindre enn ca. 5% fibrillering, og påfølgende raffinering av det fibrerte materialet i en høyintensitets skiveraffinør inntil minst ca. 90% av fibrene er fibrillert. I en annen form kombinerer oppfinnelsen treflisfibrering med kjemiske behandlinger, for forbedring av sammenhengen mellom masseegenskaper og energi.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av masse for papirfremstilling fra treflis-utgangsmateriale, og spesielt mekanisk raffinering og kjemi-mekanisk raffinering. Oppfinnelsen vedrører også apparatur for forbehandling av treflismateriale.

Det har i flere tiår vært gjort anstrengelser for å forbedre mekaniske raffine-ringsteknikker (inkludert kjemi-mekanisk raffinering) for å produsere masse for papirfremstilling fra treflis-utgangsmateriale med mindre krav til spesifikk energi. Det ble gjort et betydelig fremskritt i denne retningen av foreliggende oppfinner i midten av 90-årene ved utviklingen av "RTS"-prosessen, som beskrevet i US-pa-tent nr. 5 776 305, meddelt 7. juli, 1998, for "Low-Resident, High-Temperature, High-Speed Chip Refining" (raffinering av treflis med liten oppholdstid, ved høy temperatur og høy hastighet). Denne utviklingen tok utgangspunkt i forholdet mellom miljø med forhåndsoppvarming av treflis og primære raffinørbetingelser med høy konsistens, hvorved et vindu av forvarmet oppholdstid, forvarmet mettet damp-temperatur (trykk) og høy skive-raffineringshastighet produserte en bemerkelsesverdig reduksjon i spesifikk energi som kreves for å oppnå kommer-sielle styrkeegenskaper, samtidig som tilfredsstillende optiske egenskaper opprettholdes.

En vesentlig ytterligere utvikling av foreliggende oppfinner er "RT Pressafiner"-forbehandlingen, oppstrøms for forvarming og primær raffinering, som beskrevet i internasjonal patentsøknad nr. PCT/US98/14710, inngitt 16. juli, 1998, for "Method of Pretreating Lignocellulose-Containing Feed Material". I samsvar med RT Pressafiner-utviklingen kondisjoneres treflis-utgangsmateriale som mottas f.eks. fra et atmosfærisk kar for forbehandling med vanndamp, først ved forhøyet temperatur og trykk i en regulert tidsperiode, og komprimeres deretter i høy grad ved forhøyet temperatur og trykk, hvoretter de forbehandlede sponene kan føres direkte inn i forvarmingsdelen av en primær raffinør, eller holdes tilbake i en atmosfærisk beholder inntil påfølgende innføring i forvarmeren til en primær raffinør.

Kombinasjonen av RT Pressafiner-forbehandlingen med RTS primær raffinering, produserer et usedvanlig energieffektivt mekanisk raffineringssystem, noe som stort sett skyldes den betydelige graden av aksial skilling av fibrene i sponet som tilføres til den primære raffinør. Selv om RT Pressafiner-forbehandlingsmeto-den og apparaturen har vært i høy grad effektiv når det gjelder produksjon av aksialt separerte fibrer (dvs. skilt langs fibrene), så viser det seg at det er en øvre

grense på aksial separasjon på ca. 25-30% av den samlede treflismasse.

Det er således et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe apparatur og fremgangsmåte for å produsere minst ca. 30% aksialt separerte fibrer i treflis-utgangsmaterialet under forbehandling oppstrøms fra den forvarmede seksjonen av et mekanisk raffineringssystem.

Det er et ytterligere formål at denne høye grad av aksialt separerte fibrer kan tilveiebringes samtidig som fordelene ved apparaturen og fremgangsmåten beskrevet i internasjonal søknad PCT/US98/14710 opprettholdes, dvs. maserering av treflisstruktur med minimal skade under trykksatte inngangs-betingelser, reduksjon av raffinør-energiforbruk, god ekstraktfjerning, forbedret treflis-størrelsesfordeling for raffinørstabilitet og forbedret impregnering av kjemikalier, samtidig som det oppnås betydelig ytterlige reduksjon i den nødvendige spesifikke energi for produksjon av papirfabrikasjonsmasse av tilfredsstillende kvalitet.

Dette formålet oppnås i en treflis-forbehandlingsprosess som omfatter føring av utgangsmaterialet gjennom en komprimeringsskrueinnretning med en atmosfære av mettet vanndamp ved et overtrykk som er over ca. 34,5 kPa (ca. 5 psig), dekomprimering og føring av det komprimerte materialet fra skrueinnretningen inn i et dekomprimeringsområde, innføring av det dekomprimerte materialet fra dekompresjonsområdet og inn i en fibreringsinnretning med en atmosfære av mettet vanndamp, så som en lavintensitets skiveraffinør, hvor minst ca. 30% av fiberbuntene og fibrene er aksialt separert, med mindre enn ca. 5 prosent fibrillering av fibrene, og føring av det fibrerte materialet inn i minst en primær fibrilleringsanordning for å fremstille papirfabrikasjonsmasse .

I en mer spesifikk form angår oppfinnelsen en prosess for fremstilling av mekanisk masse, inkludert trinnet med å defibrere eller fibrere treflis-utgangsmaterialet i en lavintensitets skiveraffinør inntil minst ca. 30% av fibrene er aksialt separert med mindre enn ca. 5% fibrillasjon, og deretter raffinering av det fibrerte materialet i en høyintensitets skiveraffinør inntil minst ca. 90% av fibrene fibrilleres.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en apparatur for forbehandling av treflismateriale som inkluderer et trykkhus med inngang ved en inngangsende og en utførsel ved en utgangsende, en skruepresse formet i huset, hvor skruepressen mottar materiale fra husinngangen, og har en aksling som er roterbar rundt en skrueakslingsakse for å transportere og komprimere materiale langs skrueaksen mot utgangsenden, en mekanisk raffineringsrotor i huset, hvor raffineringsrotoren mottar materiale fra skruepressen, har en rotoraksling som er ko-aksial med skrueakslingsaksen og fibrerer materialet mellom én raffineringsoverflate på rotoren og en annen raffineringsoverflate i en avstand fra rotoren i huset før utførsel fra utgangsenden, hvori skruen gir utførsel inn i et område hvor sponet dekomprimeres, og nevnte område også er inngangen for raffinøren, hvori skrueakslingen er forbundet med rotorakslingen Fortrinnsvis er skrueakslingen aksialt tilsluttet rotorakslingen, og skrueakslingen roterer ved en lavere hastighet enn rotorakslingen. For eksempel kan skrueakslingen rotere ved en hastighet i området fra ca. 70 til 100 omdr./min., idet rotorakslingen drives ved en hastighet i området fra ca. 800 til 1800 omdr./min..

Oppfinnelsen tilveiebringer også en alternativ apparatur for forbehandling av treflismateriale, som omfatter: et trykkhus med en inngang ved en inngangsende og en utførsel ved en utgangsende, en skruepresse formet i huset, hvor skruepressen mottar materiale fra husinngangen, og har en aksling som er roterbar rundt en skrueakslingsakse for å transportere og komprimere materiale langs skrueaksen mot utgangsenden, en mekanisk raffineringsrotor i huset, hvor raffineringsrotoren mottar materiale fra skruepressen, har en rotoraksling som er ko-aksial med skrueakslingsaksen og fibrerer materialet mellom én raffineringsoverflate på rotoren og en annen raffineringsoverflate i en avstand fra rotoren i huset før utførsel fra utgangsenden, hvori skruen gir utførsel inn i et område hvor sponet dekomprimeres, og nevnte område også er inngangen for raffinøren, hvori rotorakslingen har en forlengelse i nevnte område, og midler derpå for å føre materiale fra området og til rotoren.

I en alternativ utførelse behøver skrueakslingen og rotorakslingen ikke å være koaksiale, eller endog i det samme horisontale planet. Videre kan skruen og rotoren være i adskilte hus, slik at sponet i dekompresjonsområdet ledes gjennom en gliderenne eller lignende eller føres inn i inngangen til fibreringsraffinøren.

Fortrinnsvis holdes det enkelte huset eller de flere husene ved et mettet vanndamp-overtrykk trykk i området fra ca. 34,5 til 207 kPa (ca. 5 til 30 psig).

Materialet som føres ut fra fibreringsanordningen har faktisk blitt "omformet" fra spon til korte, gresslignede strenger som er blitt separert langs sine fiberakser til mindre, fibrøse partikler.

Det skal forstås at selv om anvendelse av en trykksatt forbehandlings-anordning, så som en trykksatt skrue, er kjent fra RT Pressafiner-metoden, og fibrillering av tresponmateriale i en primær eller sekundær raffinør er selvsagt kjent, så er et nytt og viktig aspekt av foreliggende oppfinnelse inter-posisjone-ringen av en svært effektiv fibreringsanordning som har lavt energiforbruk i forbehandlingsprosessen, f.eks. i form av en mekanisk raffinør, som tilveiebringer høy fibrering uten å bruke den energien som kreves for betydelig fibrillering. En premiss for oppfinnelsen er å maksimere separasjon av fibrerings- og fibrillerings-trinnet i den termomekaniske raffineringsprosessen. Det sistnevnte trinnet er det mest energikrevende, og krever effektiv energioverføring ved høye intensitets-betingelser for å minimalisere samlet energiforbruk.

Foreliggende oppfinnelse er svært effektiv når det gjelder å oppnå energireduksjon. Dersom det er ønskelig med en endelig hovedsakelig 100% fibrillering via konvensjonell mekanisk raffinering, og utgangsmaterialet er forbehandlet i samsvar med det som er kjent, f.eks. RT Pressafiner-metoden, så må den primære mekaniske raffineringen først fibrere treflismaterialet og deretter sette igang fibrillering av fibrene, under anvendelse av designparametere som er spesielt tilpasset den vanskeligere fibrilleringen av fibrene. Med foreliggende oppfinnelse separeres godt over 30% av fibrene, og i de fleste tilfellene minst ca. 75% av fibrene, aksialt (fibreres) med, fortrinnsvis, en lavintensitets raffinør eller lignende som er i høy grad effektiv for fibrering (men ikke fibrillering). Det fibrerte materialet har således ingen målbar freeness. Når det fibrerte materialet så bearbeides med høyintensitets raffinøren, er den høyere intensiteten (og således det høye energi-nivået) ikke bortkastet på fibreringen, men kan i stedet helt rettes mot fibrillering av fibrene.

Foreliggende oppfinnelse oppnår et mye høyere nivå av aksial fiberadskillelse sammenlignet med konvensjonelle treflispresser, selv med forbedring ved hjelp av RT Pressafiner-forbehandlingen. Fibrering i en forbehandlings-fibreringsanordning tillater fiberorientering mens fibrene gjennomgår de spennings/belast-nings-syklusene som er nødvendige for aksialt å adskille fibrene. Trykksetting gjør det mulig å redusere treflisstørrelsen i pressings- og fibreringssonene med minimal skade på flisstrukturen. Det finner sted en jevn overgang fra pressesonen til primær raffinering, og dette tilveiebringer aksial fiberadskillelse på en kontrollert måte. Videre kan det oppnås høyere nivåer av ekstraktiv fjerning, noe som skyldes både det trykksatte miljøet og en redusert størrelsesfordeling. Videre forbed-res impregnering med vann eller kjemisk væske.

Primær raffinering (fibrillering) i produksjons-subsystemet er forbedret, ved at betydelig lavere spesifikk energi kreves for en gitt freeness, på grunn av det høye nivå av aksialt separerte fibrer som mates til den primære raffinør. Dette tillater det laveste installerte energikrav for en gitt anleggskapasitet. Videre kan øket primærraffinørkapasitet resultere fra høyere tilgjengelig plateoverflateareal, dvs. at bryterstavsonen kan bli betydelig redusert eller eliminert fordi et fibermate-riale i stedet for treflismateriale sendes til den primære raffinør. I tillegg blir lad-ningsstabiliteten for den primære raffinør forbedret på grunn av reduksjonen av utgangsmaterialets massedensitet. Sammenhengen masseegenskap/spesifikk energi kan justeres ved nivået av flisfibrering som oppnås i forbehandlingen. Til sist kan parametervinduene for den primære RTS raffineringsprosess ytterligere justeres for å optimalisere raffinering for fibrert inngangsmateriale i stedet for bare størrelsesredusert eller intakt trespon.

Generelt kan foreliggende oppfinnelse alternativt formuleres til å omfatte, bestå av, eller hovedsakelig bestå av, hvilke som helst passende trinn eller komponenter beskrevet heri. Foreliggende oppfinnelse kan dessuten, eller alternativt, formuleres slik at den er blottet for, eller i hovedsak fri for, noen som helst trinn, komponenter, materialer, bestanddeler eller andeler som anvendes i blandinger i henhold til tidligere teknikk eller som ellers ikke er nødvendige for å oppnå funk-sjonen til og/eller formålene med foreliggende oppfinnelse.

De foretrukne utførelsene vil bli beskrevet i det følgende med referanse til de medfølgende tegningene, hvor: - Fig. 1 er en skjematisk skisse av et mekanisk (inkludert kjemi-mekanisk) raffineringssystem inkludert for-bearbeiding-, forbehandlings- og produksjons-subsystemer, og viser forbehandlings-subsystemet med kondisjone-ring, komprimering, dekomprimering og fibreringsfunksjonalitet i samsvar med oppfinnelsen; fig. 2 er en stilisert illustrasjon av en forbehandlings-subsystemapparatur i samsvar med én utførelse av oppfinnelsen, hvor en skruepresse og skiveraffinør roterer på en felles aksling; - fig. 3 er en stilisert illustrasjon av en annen utførelse av oppfinnelsen, hvor skruepressen og en konisk raffinør er anordnet koaksialt, men hver har en tilhørende driftsmotor eller giring som tillater forskjellige rotasjonshastig-heter; - figurer 4a og 4b viser skjematisk hvordan akslingen på skruepressen og akslingen på skiveraffinøren fortrinnsvis er inter-koblet for implementering av utførelsen vist på fig. 3; - fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av en tredje utførelse, hvor skrueakslin gen og skiveraffinørakslingen ikke er ko-planare; fig. 6 er en grafisk sammenligning av freeness kontra spesifikk energi, mel lom en referanse RT-RTS-prosess (RT Pressafiner-forbehandling fulgt av RTS primær raffinering) og to variasjoner av RTF-RTS-prosessen i henhold til oppfinnelsen (RT Fiberizer forbehandling fulgt av RTS primær raffinering; - fig. 7 er et søylediagram som viser kravene til spesifikk energi for de tre prosessene som er sammenlignet på figurer 6-8; fig. 8 er en sammenligning av prosessene på fig. 6 for strekkindeks kontra freeness; - fig. 9 er et søylediagram som sammenligner kravene til spesifikk energi til et freenessnivå på 200 ml, for referanseprosessen (RT-RTS) og (RTF-RTS)-prosesser i henhold til oppfinnelsen, hvor den primære raffinør drives ved to forskjellige hastigheter; fig. 10 illustrerer riveindeks kontra freenessresultater for referanseproses sen og prosessene i henhold til oppfinnelsen på fig. 9; - fig. 11 er en grafisk sammenligning av den spesifikke energien for referanseprosessen (RT-RTS) og (RTF-RTS)-prosessene i henhold til oppfinnelsen, hvor virkningen av anvendelse av høyintensitets kontra lavintensitets raffinørplater i fibreringsskiven er vist; - fig. 12 illustrerer riveindeks kontra freenessresultater for referanseprosessen og prosessene i henhold til oppfinnelsen på fig. 11; - fig. 13 illustrerer strekkindeks kontra freenessresultater for referanseprosessen og prosessene i henhold til oppfinnelsen på fig. 11; - fig. 14 er en grafisk sammenligning av freeness kontra spesifikk energi i avhengighet av hvor kjemikalier føres inn i prosessen i henhold til oppfinnelsen; - fig. 15 er en grafisk sammenligning av strekkindeks kontra spesifikk energi i avhengighet av hvor kjemikalier føres inn i prosessen i henhold til oppfinnelsen; - fig. 16 is en sammenligning av lyshet kontra freeness i avhengighet av hvor kjemikalier føres inn i prosessen i henhold til oppfinnelsen; - fig. 17 er en grafisk sammenligning av freeness kontra spesifikk energi for utvalgte kjemi-mekaniske masser produsert med forbehandling i henhold til referanseprosessen og prosessen i henhold til oppfinnelsen; - figurer 18-19 viser strekkindeksen og riveindeksen kontra freenessresultater for referanseprosessen og prosessen i henhold til oppfinnelsen på fig. 17; - fig. 20 er et fotografi av flismateriale etter forbehandling i samsvar med en kjent teknikk, hvor mindre enn 25% av fibrene er aksialt separerte; og - Fig. 21 er et fotografi av treflismaterialet etter forbehandling i samsvar med foreliggende oppfinnelse, hvor materialet er omformet med nesten alle fibrene aksialt separerte.

Fig. 1 viser et mekanisk raffineringssystem 10 (som for formålene med foreliggende beskrivelse inkluderer kjemi-mekaniske systemer) med tre hoved-subsystemer: Forbearbeiding 12, forbehandling 14 og produksjon eller primær raffinering 16. Forbearbeidings-subsystemet 12 er konvensjonelt ved at et utgangsmateriale som omfatter trespon vaskes, hvoretter det holdes i en for-strøm-ningsbeholder eller lignende ved atmosfæriske betingelser i en tidsperiode som typisk er i området fra 10 minutter til 1 time før det føres til forbehandlingssubsystemet 14.

Forbehandlings-subsystemet 14 i samsvar med oppfinnelsen inkluderer en trykksatt rotasjonsventil 20 for å opprettholde trykkadskillelse mellom forbearbeidings-subsystemet 12 og resten av forbehandlings-subsystemet 14, en trykksatt komprimeringsanordning 22, så som a skruepresse, en dekomprimeringssone eller et dekomprimeringsområde 24 som kan være en del av skruepressen eller forbundet med utgangen av skruepressen, og en fibreringsinnretning 26, så som en skiveraffinør eller konisk raffinør.

I samsvar med den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen så holdes miljøet i komprimeringsanordningen 22, dekompresjonssonen 24 og fibrøren 26 alle ved en mettet vanndampatmosfære i området fra ca. 34,5 til 207 kPa overtrykk (ca. 5 til 30 psig). Som et minimum opererer imidlertid komprimeringsanordningen 22 i dette miljøet. Fortrinnsvis, som vist på fig. 2, er en overføringsskrue 28 anordnet mellom den trykksatte rotasjonsventilen 20 og komprimeringsanordningen 22, drevet av en motor med variabet hastighet 30, hvorved den tidsperioden hvor sponene i overføringsskruen 28 eksponeres for betingelsene med forhøyet trykk og temperatur, før de går inn i skruepressen 22, kan reguleres. Som et minimum bør sponene kondisjoneres i en periode på 5 sekunder i en mettet vanndampatmosfære ved et overtrykk på 34,5 kPa (5 psig).

For formålene med foreliggende oppfinnelse skal det forstås at sponet vil gjennomgå en volumetrisk komprimering i et forhold på ca. 2:1 til ca. 4:1 i komprimeringsinnretningen 22. Denne økningen i densiteten for utgangsmaterialet rever-seres deretter hurtig ved dekomprimering i dekompresjonssonen 24 som betyr frigivning av spon ved utgangen med en reduksjon i densiteten for utgangsmaterialet tilnærmet densiteten for utgangsmaterialet før det kommer inn i forbehandlings-subsystemet 14.

Fig. 2 viser en utførelse av oppfinnelsen hvor komprimeringsinnretningen 22, dekompresjonsområdet 24 og fibreringsraffinøren 26 er konfigurert i et enkelt trykkhus 34. Skruepressen 22 og fibreringsrotoren 32 roterer koaksialt rundt en felles aksling 36 som drives ved hjelp av en enkelt motor 38. Den trykksatte rotasjonsventilen 20 mottar for-vanndampbehandlede spon ved atmosfærisk

trykk, og slipper sponene ut i et miljø med forhøyet temperatur og trykk som fore-kommer i overføringsskruen 28, huset for komprimeringsinnretningen 34, dekompresjonsområdet 24 og fibreringsanordningen 26. Overføringsskruen 28 opererer ved en variabel hastighet hvorved sponene, før de kommer inn i inngangen 42 til skruepressen 22, eksponeres for den forhøyede temperaturen og miljøet i en variabel retensjonstid. Temperaturen og trykket reguleres ved hjelp av vanndamp-trykkregulering 44 ved den ene eller begge inngangene til skruepressen og fibreringshuset. I utførelsen som er illustrert på fig. 2 er der ingen hindring for fluidstrømning fra inngangen 42 til skruepressen 22, gjennom dekompresjonsområdet 24 og raffinørhuset 26, bortsett fra at rent praktisk så kan komprimerin-gen av treflismaterialet umiddelbart oppstrøms for utgangen av skruepressen være en barriere for vanndampstrømning i aksial retning og følgelig er det fore-trukket å tilveiebringe en regulert kilde for vanndamp på begge sider av dette området og således opprettholde de ønskede temperaturbetingelsene i huset 34.

I utførelsen på fig. 2 er den energien som anvendes for skruepressen 22 og fibrereren 24 nært forbundet med hverandre ettersom skruepresseakslingen og raffinørakslingen er mekanisk forbundet i tett nærhet for å rotere med de samme fibreringshastighetene. Rotasjonshastigheten for akslingen kan være variabel for å optimalisere prosessen i forhold til produksjons-subsystemet.

I utførelsen vist på fig. 2 er dekompresjonsområdet 24 hovedsakelig sylin-drisk og danner både utgangen av skruepressen og inngangen til raffinøren 26. Skruepressen 22 har en aksial forlengelse 46 mot raffinøren 26, og raffinørakslin-gen har en aksial forlengelse 48 mot skruepressen, hvor akslingene er koblet sammen (inter-engaged) for relativ rotasjon med forskjellige hastigheter. Det skal forstås at treflismaterialet, som er blitt svært komprimert i komprimeringssonen i skruepressen 22, kommer ut i et større tilgjengelig volum og ekspanderer hurtig i dette, hvor det føres med skruegjenger (by flights) i dekompresjonsområdet 24 slik at dekompresjonsområdet også tjener som inngang for raffinøren 26. På fig. 2 er forlengelsesdelen av skrueakslingen 46 gjenget (flighted) og forlengelsesdelen av raffinørakslingen 48 er gjenget, for å opprettholde en kontinuerlig strømning med kort varighet av materialet fra dekompresjonssonen 24 inn i raffinøren 26.

Med referanse igjen til fig. 2, som en valgfri utførelse, så kan kjemiske væsker så som alkaliperoksid, sulfitt og lignende som er velkjent, føres inn i dekompresjonsområdet ved utgangen 52 i skruepressen 22, ved inngangen 54 for fibreringsraffinør 26, eller ved utgangen 56 i fibreringsraffinøren 26.

Fortrinnsvis føres treflisutgangsmateriale til komprimeringsskruen 22 med en konsistens i området fra ca. 30 til 50%, de dekomprimerte spon føres til defib-reringsinnretningen 26 med en konsistens i området fra ca. 30 til 50%, og materialet fibreres ved en konsistens i området fra ca. 30 til 40%.

Fig. 3 viser en annen utførelse av forbehandlings-subsystemet 14 hvor en separat motor 62 er anordnet for skruepressen 22, og en respektiv separat motor 64 for fibreringsraffinøren 26, slik at akslingene 66, 68 roterer ved forskjellige hastigheter, og eventuelt med varierende hastighetsforhold. For eksempel kan skrue-rotasjonshastigheten være i området fra ca. 70 til 100 omdr./min., mens fibrerer-rotasjonshastigheten fortrinnsvis er i området fra ca. 800 til 1800 omdr./ min. Fig. 3 viser også fibreringsinnretningen 26 i form av en konisk raffinør hvor huset inkluderer et raffinørhus 72 som har en generelt konisk del med en stasjonær plate som definerer én raffineringsoverflate, og den roterende delen 76 har også en konisk seksjon med plate som vender mot den stasjonære platen, slik at de avgrenser et konisk raffineringsgap derimellom.

Det skal forstås at mange forskjellige skiveraffinører og koniske raffinører er velkjente innenfor fagområdet for mekanisk raffinering med både lav og høy intensitet, og at ytterligere detaljer vedrørende orientering av de motsatt liggende raffineringsoverflater, og mønstret av staver, furer eller overflateirregulariteter formet derpå, kan velges i samsvar med kjente parametere. Ytterligere utvikling av foreliggende oppfinnelse med fokus på bestemmelse av subtile sammenhen-ger mellom fibreringsbetingelsene og komprimeringsskruen, eller mellom fibrereren og den primære raffinør, kan imidlertid føre til oppdagelse av spesielt effek-tive raffinørfibreringskarakteristikker som for tiden ikke er kjent av oppfinneren. Figurer 4a og 4b tilveiebringer en skjematisk fremstilling av én teknikk for skrueakslingens 66 forlengelse og raffinørrotorakslingens 66 forlengelse for sam-menkobling med hverandre og begge støtter hverandre via et lager 50 og en tet-ting 49 i dekompresjonssonen 24, og tillater forskjellige relative rotasjonshastig-heter. Fig. 5 illustrerer en annen utførelse, hvor rotasjonsakslingen for skruepressen 22 og rotasjonsakslingen for fibrererens 26 rotor er ikke ko-planar. I denne utførelsen utfører dekompresjonsområdet 24 de samme funksjonene som er beskrevet når det gjelder figurer 2 og 3, ved at sponene når de kommer ut fra skruepressen 22 ekspanderer hurtig, og straks etter denne ekspansjonen føres sponene til inngangen av fibreringsraffinøren 26. I dette tilfelle kan imidlertid sponene falle vertikalt eller skrått, idet dekompresjonsområdet 24 tildels virker som nedløpskanal til mateskruen eller skruegjengene for raffinøren 26. Spesielt i denne utførelsen behøver ikke skruepressen 22 og raffinøren 26 å være i det samme hus. Selv om utførelsene på figurer 2 og 3 sannsynligvis vil oppta den minste gulvplass i en fabrikk, så kan utførelsen på fig. 5 ha fordeler i forbindelse med driftsvedlikehold eller i en ettermonteringssituasjon hvor eventuelt tilgjengelig plass mellom forbearbeiding 12 og produksjonsraffinering 16 ikke er designet med tanke på forbehandlingsutstyret i henhold til oppfinnelsen.

Utførelsen på fig. 5 kan også anvendes for å opprettholde forskjellige trykk

i skruepressen 22 og i fibreringsraffinøren 26. Videre kan det i enkelte situasjoner være ønskelig å drive fibreringsraffinør 26 ved en atmosfærisk, dvs. ikke-trykksatt, betingelse, med eller uten kjemisk tilsetning.

Det er videre velkjent at for en skiveraffinør føres utgangsmaterialet aksialt til senteret av skiven, eller "øyet" hvor materialet så omdirigeres radialt utover gjennom mellomrommet mellom vertikale, eller i hovedsak vertikale skiver. For koniske raffinører føres materialet utelukkende til "spissen" ("apex") av konen, hvor det lett kan følge den skrå veien definert ved den økende diameteren av den koniske seksjonen.

Designere av mekaniske raffineringssystemer kan lett implementere de forskjellige utførelsene av forbehandlings-subsystemet i henhold til oppfinnelsen med kjent teknologi for valget av ett eller flere hus, én eller flere drivakslinger (enten de er eller ikke er forbundet med hverandre), én eller flere driftsmotorer, og/eller ett eller flere trykk.

Essensen av oppfinnelsen er at treflismaterialet oppstrøms for den primære raffinør 82 defibreres eller fibreres uten vesentlig fibrillering. I denne sammenheng angir fibrering betingelsen hvor fiberbunter (shives) og fibrer adskilles aksialt, men ikke nok energi overføres til å skalle av fiberveggmateriale. Fjerningen av fiberveggmateriale angis som fibrillering. I samsvar med oppfinnelsen absorberer de tidligere tre- og senere trekomponenter energi (for det meste tidlig tre under de første trinn av raffinering), og den absorberte energien er tilstrekkelig til å starte aksial adskillelse av trefibrene, men utilstrekkelig for noen merkbar avskalling av fiberveggmateriale.

Således, i samsvar med oppfinnelsen, fibreres treflismaterialet i den grad at minst 30%, typisk i området fra ca. 40 til 90%, av fiberbuntene og fibrene adskilles aksialt, med ingen eller svært lite (dvs. mindre enn ca. 5%) fibrillering.

Slik fibrering uten fibrillering tilveiebringes fortrinnsvis i en lavintensitetsraf-finør 26, som vanligvis i industrien forstås som refererende til skiverotasjonshas-tigheter på ikke mer enn 1800 omdr./min. for enkeltskiver og ikke mer enn 1500 omdr./min. for doble skiveraffinører, og ca. 800 til ikke mer enn 1800 omdr./min. for koniske raffinører. Kvalitativt er intensitet en konsekvens av energien som bibringes fiberen pr. slag med en stavstruktur på platen i raffineringssonen. En slik energi defineres typisk teoretisk i enheter av GJ/t pr. slag, men en rekke andre parametere kommer på tale, og for foreliggende formål vil derfor skiveraffinerings-hastighetene være tilstrekkelige indikatorer på intensitetsgraden. En ekstruder-skrueanordning kan også være egnet for fibrering av treflismateriale uten betydelig fibrillering.

Graden av fiberseparering og graden av fibrillering kan måles ved hjelp av mikroskopisk analyse, så som optisk eller skanning-elektronmikroskopi (SEM) på en måte som er velkjent innenfor dette teknologiområdet.

Nå igjen med referanse til fig. 1, etter forbehandlingssubsystemet 14, blir det forbehandlede spon ført til det primære raffinerings- eller produksjons-subsy-stem 16 som eventuelt kan omfatte en atmosfærisk lagringsbinge for det forbehandlede sponet. Når det føres direkte fra forbehandlings-subsystemet 14 eller fra lagringsbeholderen, så føres det forbehandlede sponet til en forvarmer 84 hvor sponet eksponeres for en atmosfære av vanndamp ved forhøyet temperatur og trykk i en fastsatt tidsperiode, og føres deretter inn i inngangen av en høykonsi-stens, høyintensitets raffinør 82, dvs. at den drives ved en skivehastighet på mer enn 1800 omdr./min. for en enkelt skiveraffinør og mer enn 1500 omdr./min. for en dobbeltskiveraffinør. Denne primære raffinøren 82 fibrillerer materialet til masse, dvs. fibrene avskalles og fiberveggmateriale oppløses. Fibrering av treflis-utgangsmaterialet under forbehandling 14 ved milde betingelser med lav intensitet resulterer i en høyere prosentandel av intakte fibrer som føres til den primære raffineringsprosessen 16. Dette kan resultere i masse med høyere innhold av lange fibrer og høyere riveindeks. Eventuelt fortsetter en sekundær raffinør som følger etter den primære raffinøren (ikke vist) opptrevling eller avskalling av fiberveggmateriale inntil ønskede masseegenskaper er oppnådd. I enkelte situasjoner så oppnås tilstrekkelige masseegenskaper etter ett trinn med primær raffinering.

Som registrert i det foregående, så dannes det umiddelbart før utgangen av skruepressen 22 en svært høy densitet av treflis-utgangsmaterialet i den begren-sede annulus og dette kan danne en plugg som etablerer en barriere mellom komprimeringsskruen 22 og utgangsområdet 24, og som ikke bare er ugjennom-trengelig for fluidstrøm, men også for vanndamptrykk. Av denne grunn kan det med et høyt komprimeringsforhold i skruepressen 22 opprettholdes en trykkfor-skjell som mellom skruepressen 22 og fibreringsraffinøren 26. For eksempel kan trykk på 1,0 bar (ca. 15 psig) opprettholdes ved skrueinngangen 42, og 1,5 bar (ca. 22 psig) i fibreringsraffinøren 26, likesom betingelsen drøftet i det ovenstå-ende, hvor skrueinngangen 42 holdes i området fra 5 til 30 psig og fibreringsraffi-nøren 26 drives ved atmosfærisk trykk. Denne opsjonen for drift ved forskjellige trykk kan anvendes som et annet hjelpemiddel for optimalisering av treflis-myk-ningsbetingelsene under forbehandling.

I denne sammenheng skal det forstås at mykningen av tresponet ved for-høyet temperatur og trykk og tilhørende høy komprimering med forbehandlings-subsystemet 14 tilveiebringer bare beskjeden defibrering. Hovedformålet med denne delen av forbehandlingen er å unngå skade på fibrene mens fibrene gjennomgår én eller begge av delvis fibrering (under 25%), fjerning av ekstrakter og forbedret mottagelighet for innføringen av kjemikalier oppstrøms for fibreringsraffi-nøren 26. Som registrert i det foregående, så er essensen av oppfinnelsen tilveie-bringelse av en høy grad av fibrering fra ca. 30% til i nærheten 90%, uten betydelig fibrillering før innføring av det fibrerte tresponet i en høyintensitets primær raffi-nør 82.

Det skal forstås at følgende eksempler er inkludert for illustrasjonsformål slik at oppfinnelsen lettere kan forstås, og er ikke på noen måte ment å begrense rammen for oppfinnelsen om ikke annet er spesielt angitt.

EKSEMPEL 1

Figurer 6-13 viser grafisk resultatene av en undersøkelse i et pilotanlegg av en masse i et papirfremstillingssystem som generelt avbildet på fig. 1. Treet som ble levert var sort gran (Black Spruce). Referansesystemet benyttet RT Pressafiner-forbehandling av den typen som er beskrevet i International Applica-tion PCT/US98/14710, som ble kondisjonert og komprimert ved forhøyet temperatur og trykk hvor mindre enn 25% av fibrene adskilles aksialt, hvoretter disse forbehandlede sponene ble ført inn i en primær raffinør av RTS-type, drevet ved 2300 omdr./min. Denne referansekonfigurasjonen er angitt som "RT-RTS".

Pilotsystemet i samsvar med foreliggende oppfinnelse er representert ved RTF-RTS, hvor forbearbeidingen 12 og den primære raffineringen 16 var i det samme utstyret som for referanse-RT-RTS-forsøkene. Tallet som angis som suffiks til "RTF" angir rotasjonshastigheten for fibreringsskiven i samsvar med oppfinnelsen. For begge referanseforsøkene og forsøkene i samsvar med oppfinnelsen angir tallet i parentes som et suffiks til "RTS" rotasjonshastigheten for den primære raffinørskiven. Fig. 6 er en grafisk fremstilling som viser freeness som en funksjon av spesifikk energi som kreves for å oppnå denne freeness for referanseforsøket, et forsøk i samsvar med oppfinnelsen hvor fibreringsraffinøren ble drevet ved 1000 omdr./min., og et andre forsøk i samsvar med oppfinnelsen hvor fibreringsraffi-nøren ble drevet ved 1800 omdr./min. Det fremgår fra fig. 6 at for hvilken som helst ønsket freeness, så er den krevde spesifikke energi som forbrukes for å bearbeide utgangsmateriale i samsvar med oppfinnelsen betydelig mindre enn den spesifikke energien som kreves for å bearbeide utgangsmateriale i referanse-forsøket. Verdiene for spesifikk energi som angis omfatter energien som anvendes i forbehandlingen og fibrilleringsraffineringstrinnene. Fig. 7 viser i form av søylediagram en sammenligning av spesifikk energi for å oppnå en freeness på 200 ml, i samsvar med referanseforsøket og de to forsøksvariasjoner i samsvar med oppfinnelsen. Referanseforsøket forbrukte 2277 KWH/ODMT, det første forsøk i samsvar med oppfinnelsen forbrukte 1970 KWH/ODMT, og det andre forsøk i samsvar med oppfinnelsen forbrukte 1856 KWH/ODMT. Den prosentvise energireduksjonen for det første forsøk i samsvar med oppfinnelsen var 13,5% i forhold til referanseforsøket, og energireduksjonen for det andre forsøket i samsvar med oppfinnelsen var 18,5% i forhold til referan-seforsøket. Fig. 8 er en grafisk fremstilling som viser strekkindeksen som en funksjon av freeness for de samme forsøk som de som er representert på figurer 6 og 7. Resultatene er presentert etter sekundær raffinering. Dette forholdet ligger svært nært en rett linje, noe som betyr at dette forholdet er hovedsakelig likt for referan-seforsøkene og forsøkene i samsvar med oppfinnelsen.

EKSEMPEL 2

Fig. 9 er et søylediagram som viser en sammenligning av virkningen på spesifikk energi for å oppnå en freeness på 200 ml når skive-rotasjonshastigheten på den primære raffinøren med høy intensitet endres. Den første søylen er for referanseforsøket RT-RTS med hvor den primære raffinør har 2300 omdr./min., den krevde energien er 2277 KWH/ODMT. Gjennomføring av foreliggende oppfinnelse for forbehandling av treflis-utgangsmateriale når det bearbeides ytterligere med den primære raffinøren med 2300 omdr./min., krevde 1970 KWH/ODMT. Med referanseforsøket RT-RTS med en primær raffinør ved 2600 omdr./min., er den nødvendige energien 2023 KWH/ODMT, mens når forbehandlingen i henhold til oppfinnelsen anvendes oppstrøms for den primære raffinøren som løper med 2600 omdr./min., så er den krevde energien 1830 KWH/ODMT. Disse dataene bekrefter at den fordelaktige virkningen av forbehandlingen i samsvar med oppfinnelsen kan oppnås over et område av hastigheter for høyintensitets primær raffinering. Fig. 10 sammenligner riveindeksresultatene for raffineringsserien presentert på fig. 9. Riveresultatene er angitt etter sekundær raffinering, og freenessver-diene for den primære raffinøren er angitt på tegnforklaringen på fig. 10. Riveindeksen for masser produsert i samsvar med oppfinnelsen var uendret.

EKSEMPEL 3

Fig. 11 representerer resultater av en ytterligere undersøkelse hvor den spesifikke energien som ble anvendt for fibreringsraffinøren ble redusert med omtrent 40%. Fibrerings-skivehastigheten forforbehandlingssystemet ble holdt på 1500 omdr./min. og den primære raffinøren med høy intensitet ble holdt på 2300 omdr./min., men hvor platemønsterintensitet i den primære raffinøren ble variert. Med henvisning til fig. 11, viser suffikset (hb) til primærraffinørplater som drives i hindringsretning (holdback direction) (lav intensitet), og suffikset (ex) viser til pri-mærraffinørplater som drives i bortledende (expelling) retning (høy intensitet). Hver av de fire raffinørseriene produsert i samsvar med oppfinnelsen (RTF-) hadde et lavere energibehov enn referansen (RT-), uten hensyn til drift med lav-eller høyintensitetsplater. Massene som ble produsert med høyintensitetsplatene (ex) hadde de laveste energibehovene.

Fig. 12 sammenligner riveindeksresultatene for raffinørseriene vist på fig. 11. De tre raffinørseriene som produseres i samsvar med oppfinnelsen (RTF) med lavintensitets primærraffinørplater (hb) hadde en høyere riveindeks enn referansemassene. Massene som ble produsert med høyintensitetsplater (ex) hadde lignende riveforhold som referansemassene.

Fig. 13 sammenligner strekkindeksresultatene for raffinørseriene vist på fig. 11. Sammenhengen strekk kontra freeness er tilsvarende for referansemassen og masser produsert i henhold til oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse ble også funnet å være usedvanlig effektiv for forbedring av kjemi-mekanisk raffinering, f.eks. med tilsetning av sulfitt eller alkaliperoksid. Spesielt gir for en gitt mengde av sulfitt-tilsetning til den samlede kjemimekaniske prosessen, gjennomføring av oppfinnelsen med omtrent halvparten av kjemikaliene innført i fibreringsanordningen og omtrent halvparten i den regulære primære raffinøren, bedre resultater enn gjennomføring av oppfinnelsen med alle kjemikaliene innført i den primære raffinøren. God penetrering av kjemikalier inn i det fibrerte materialet under den regulerte retensjonstiden før primær raffinering forbedrer reaksjonen av kjemikaliene med trebestanddelene. I denne sammenheng er ikke bare nærværet av en fibreringsanordning i forbehandlings-trinnet et betydelig fremskritt innenfor fagområdet, men i tillegg er fordelene øket i enda større grad med innføringen av kjemiske reagenser i fibreringsanordningen, spesielt dersom det er en forsinkelse (retensjonstid) mellom fibrererens utmating og den primære raffineringen. Impregnering av kjemikalier i det fibrerte materialet forbedrer virkningen i forhold til impregnering av trespon eller bløtede spon, noe som skyldes det høyere eksponerte overflatearealet av det fibrerte materialet for kjemisk penetrering.

EKSEMPEL 4

Effekt av å kombinere RTF-forbehandling med kjemisk middel

Det ble gjennomført en undersøkelse på en kilde av hvitgran-spon for å evaluere effekten av å kombinere utvidet treflisdefibrering med en kjemisk behandling med surt sulfat. En kontroll-RTF-RTS-raffineringsserie ble først produsert. To serier ble så produsert med den kjemiske behandlingen gjennomført på fibreringsraffinøren. Den første RTFc-RTS-serien ble produsert med fibrerings-raffinøren trykksatt på 1,5 bar og den sistnevnte serien med fibreringsraffinøren ved atmosfæriske betingelser. En endelig TMP-serie ble produsert for sammenligning ved konvensjonelle raffineringsbetingelser. Retensjonstiden og raffine-ringstrykket for TMP-serien var 3 minutter og 2,8 bar; sponet ble destrukturert under anvendelse av RT-treflisforbehandling før raffinering. Tabell 3 viser resultater for det spesifikke energiforbruket, riveindeksen og strekkindeksen.

Tilsetning av den kjemiske behandlingen til fibreringsraffinøren resulterte i en energireduksjon på omtrent 8% sammenlignet med kontrollserien. Den kjemiske behandlingen hadde ikke innvirkning på masse-styrkeegenskapene. Et formål med treflisfibrering er å forbedre impregneringsvirkningen av kjemitermo-mekanisk massedannelse. Fibrert spon har mer overflater som lett eksponeres for diffusjon av kjemikalier inn i trestrukturen, som så kan forbedre virkningen av tre-impregnering.

RTFc-RTS raffinørseriene produsert med fibreringsraffinøren ved atmosfæriske betingelser, 0 bar, hadde betydelig lavere styrkeegenskaper. Dette skyldtes sannsynligvis utilstrekkelig oppvarming og mykgjøring under treflisdefibrering, noe som resulterte i fiberbrekkasje og lavere innhold av lange fibre.

RT-TMP raffinørserien hadde de høyeste spesifikke energikrav, omtrent 16% høyere enn kontroll-RTF-RTS-serien. RT-TMP-seriene krevde over 500 kWh/odmt ytterligere energi sammenlignet med RTFc-RTS-serien produsert ved en tilsvarende freeness og massestyrke.

EKSEMPEL 5

Effekt av forbehandlingstrykk på furumasseegenskaper

Det ble gjennomført en undersøkelse for å evaluere betydningen av defibreringstemperatur på rødfuruspon. To RTF-RS-serier ble produsert ved ekviva-lente driftsbetingelser, med unntak av defibreringstemperatur. Den første serien ble produsert med fibrereren drevet ved et trykk på 1,5 bar og den andre med fibrereren ved atmosfæriske betingelser. En tilførsel av 3,1% sulfitt ble anvendt for begge seriene i fibreringsraffinøren. Tabell 4 viser resultatene for de to raffinør-seriene.

Furumassene produsert med fibrereren ved atmosfæriske betingelser hadde betydelig lavere innhold av lange fibre og styrkeegenskaper. Rødfuruen var derfor mer følsom for termisk oppvarming under tredefibrering enn gran.

Shive-innholdet av materialet som var fibrert ved 1,5 bar og 0 bar var hhv. 49,1 og 64,0%. Mikroskopisk analyse av det fibrerte sponet produsert ved atmosfæriske betingelser viste betydelig fiberbrekkasje.

EKSEMPEL 6

Effekt av forbehandling på alkaliperoksid (AP) termomekanisk massedannelse

Det ble gjennomført en undersøkelse for å evaluere effekten av treflisfor-behandlingen på gran-AP-TMP masseegenskaper. To AP-TMP-raffinørserier ble produsert, med og uten RTF-treflisforbehandling. Den primære raffinørskivehas-tigheten og driftstrykket for begge seriene var hhv. 2300 omdr./min. og 2,8 bar. Tabell 5 viser anvendelsesnivåene av alkaliperoksid og masseegenskapsresul-tatene for de to raffinørseriene.

De forbehandlede RTF AP-TMP-massene hadde omtrent 2 mNm<2>/g høy-ere riveindeks og 10% høyere innhold av lange fibrer. Strekkfastheten var nesten den samme for begge seriene ved en gitt freeness. Kontroll-AP-TMP-serien hadde 2,5 punkter høyere lyshet og lavere spredningskoeffisient, noe som hovedsakelig skyldtes høyere anvendelse av alkaliperoksid. Det registreres også at fibreringsraffinøren ble drevet ved 1,5 bar. Drift av fibreringsraffinøren ved lavere trykk og endog atmosfærisk er fordelaktig for maksimering av blekingsresponsen; slike betingelser er mulig uten nedbryting av styrke hvis sponet er delvis impreg-nert i treflispressen før fibrering.

Resultater fra denne undersøkelsen viser at en økning i delvis defibrerte trefibrer kan forbedre massestyrkeegenskaper og virkningen av raffinering. Denne virkningen antas å hovedsakelig være et resultat av separasjon av mer sentre (latewood) fibrer, ettersom denne komponenten defibreres lettere i de tidligere trinnene. Graden av defibrering av tidligtre (earlywood) under anvendelse av foreliggende metode ble ikke undersøkt.

Forbedret adskillelse av defibrerings- og fibrilleringstrinnene viser seg å være en bedre tilnærming enn kombinering av begge mekanismene i et enkelt raffineringstrinn. En adskillelsesstrategi ble presentert som orienterer og defibre-rer fibrer forsiktig for maksimering av fiberadskillelse uten brekkasje, fulgt av fibrillering ved høyintensitets betingelser for å minimalisere energiforbruk.

EKSEMPEL 7

En pilotanleggsanalyse ble gjennomført for å sammenligne utførelse av oppfinnelsen med og uten sulfitt-tilsetning på loblolly furutrespon. Den anvendte løsningen var sur sulfitt med en pH på 4,9. Lavenergi-prosesskonfigurasjonen (RT Fiberizer) bestod av komprimering og bløting av tresponet i en trykksatt treflis-presse, fulgt av fibrering av tresponet i en skiveraffinør med omtrent 120-130 kWh/MT påført. Driftstrykket og skivehastigheten for defibreringsraffinøren var hhv. 1,5 bar og 1800 omdr./min. Forbehandlingsprosessen er betegnet med prefiks RTF. I denne undersøkelsen ble virkningen av den nye forbehandlingen evaluert i kombinasjon med kjemisk forbehandling.

Det fibrerte sponet ble deretter raffinert i en trykksatt enkeltskive primær raffinør (36-1 CP) med en diameter på 91 cm, drevet ved RTS-betingelser. Retensjonstiden, trykket og skivehastigheten var omtrent hhv. 10 sekunder, 5,2 bar og 2300 omdr./min. Et trykk på 5,2 bar ble anvendt i stedet for 6 bar i det primære raffineringstrinnet fordi sulfitt ble tilsatt som en kjemisk behandling. Dette reduse-rer glassomvandlingstemperaturen for lignin, hvorved det nødvendige raffinerings-trykket blir mindre. De anvendte raffinørplatene var Durametal 36604 drevet i matings (expelling) -retning for å minimere energiforbruk. De primære massene ble så sekundærraffinert i den trykksatte enkeltskiveraffinøren ved et trykk på 2,8 bar og skivehastighet på 1800 omdr./min. De anvendte raffinørplatene i den se-kundære posisjonen var Durametal 36604 drevet i hindringsretningen. Hver sekundær-raffinert masse ble tertiær-raffinert i en atmosfærisk dobbel skiveraffinør (91 cm diameter) til lavere freenessnivåer. En kurve fortre eller fire energianven-delser ble anvendt i det tertiære raffineringstrinnet.

Figurer 14-16 illustrerer masseegenskaper og spesifikt energibehov for raffinørserier produsert med og uten sulfittbehandling. Tresponene i hver av de tre seriene ble bearbeidet under anvendelse av RT Fiberizer-metoden beskrevet i det foregående. RTF-prefikset anvendes for å betegne forbehandlingen i samsvar med oppfinnelsen med en ytterligere betegnelse F, G, eller H som indikerer de tre seriene raffinert ved lignende nivåer av primær, sekundær og tertiær spesifikk energi. Nomenklaturen som anvendes for figurer 14 -16 er som følger:

Betegelsen "i raffinør" angir sulfitt-tilsetning bare i raffineringstrinnene. Betegnelsen "i fibrerer" angir sulfitt-tilsetning ved både den første defibrerings (fibrerer) -behandling og hovedlinje (mainline) (primær) -raffinering.

Testene i serie H, hvor omtrent 2% av den samlede 3,9% sulfitt-tilsetning er i fibrereren, har de laveste energibehovene (se fig. 14), og de har en høyere strekkindeks sammenlignet med serien uten noen sulfitt-tilsetning (serie G). Tilsvarende hadde forsøkene i serie H den høyeste strekkindeksen ved en gitt påført energi (se fig. 15). Forsøkene i serie H hadde også den høyeste lysheten ved en gitt freeness (se fig. 16), likesom den beste spredningskoeffisient kontra freeness.

EKSEMPEL 8

Det ble også gjort sammenligninger av foreliggende oppfinnelse med kjemisk tilsetning i fibrereren, kontra kjemisk tilsetning i raffinøren etter RT Pressafiner-forbehandlingen i samsvar med internasjonal patentsøknad nr. PCT/US98/14710. Disse seriene ble primær-raffinert til den samme freeness.

Figurer 17-19 illustrerer sammenligningen av RT-cRTS- og RTF-cRTS-raffi-nørseriene. Den anvendte nomenklaturen i disse figurene er angitt under:

Det skal forstås at forbehandlingen i samsvar med oppfinnelsen hadde et lavere energiforbruk for en gitt freeness. Forskjellen i energiforbruk var omtrent 200 KWH/MT ved freeness på 150 ml. Den RTF-forbehandlede serien hadde også en høyere strekkindeks enn den RT-forbehandlede serien ved en gitt freeness eller spesifikk energi (fig. 18).

Den RTF-forbehandlede serien hadde også en høyere riveindeks sammenlignet med den RT-forbehandlede serien ved en gitt freeness eller strekkindeks (se fig. 19). Lyshet kontra freeness, spredningskoeffisient kontra strekkindeks og freeness og opasitet kontra freeness var generelt ganske like.

Figurene 20 og 21 er fotografier som først viser representativ spon forbehandlet i samsvar med en tidligere teknikk som gir mindre enn 25% fiberadskillelse, og som så viser representativ spon som er forbehandlet i samsvar med oppfinnelsen. Prosessen i henhold til oppfinnelsen gir en betydelig omforming av materialet, idet nesten alle fibrene er aksialt separerte og foreligger som korte, gressformige strenger.

Claims (40)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av masse for papirfremstilling fra treflis-utgangsmateriale, karakterisert vedat den omfatter (a) føring av nevnte utgangsmateriale gjennom en komprimeringsskrueinnretning med en atmosfære av mettet vanndamp ved et overtrykk på over ca. 34,5 kPa; (b) dekomprimering og føring av det komprimerte materialet fra skrueinnretningen inn i et dekomprimeringsområde; (c) innføring av det dekomprimerte materialet fra dekomprimeringsområdet inn i en fibreringsinnretning med en atmosfære av mettet vanndamp, hvor minst ca. 30% av fiberbuntene og fibrene separeres aksialt med mindre enn ca. 5% fibrillering av fibrene; og (d) føring av det fibrerte materialet inn i minst en primær fibrilleringsanordning for å fremstille papirfabrikasjonsmasse.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat i trinn (c) føres det dekomprimerte materialet fra dekompresjonsområdet til en inngang i fibreringsinnretningen.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat i trinn (c) gjennomføres fibreringen i en skiveraffinør.

4. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i trinn (d) gjennomføres fibrilleringen i minst én skiveraffinør.

5. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i trinn (d) gjennomføres fibrilleringen i en kjemi-mekanisk massedannelsesprosess.

6. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat mellom trinn (b) og (c) føres en kjemisk væske inn i det dekomprimerte materialet.

7. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat mellom tilførselen i (c) og tilførselen i trinn (d) føres en kjemisk væske inn i det fibrerte materialet.

8. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i trinn (c) gjennomføres fibreringen med relativt lav intensitet i en første skiveraffinør; og i trinn (d) gjennomføres fibrilleringen med relativt høy intensitet i en andre skiveraffinør, og fibrillering fortsettes eventuelt i en tredje skiveraffinør.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat i trinn (c) gjennomføres fibreringen i en lavintensitets skiveraffinør; og i trinn (d) gjennomføres fibrilleringen i kjemi-mekanisk prosess.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat mellom tilførselen i trinn (c) og tilførselen i trinn (d) føres kjemisk væske inn i det fibrerte materialet.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert vedat konsentrasjonen av den kjemiske væsken som føres inn mellom trinn (b) og (c) er høyere enn konsentrasjonen av den kjemiske væsken som føres inn mellom trinn (c) og (d).

12. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 11,karakterisert vedat fibreringsinnretningen er en skiveraffinør som drives ved et overtrykk mellom ca. 103,5 og 207 kPa, og det tilføres spesifikk energi til det dekomprimerte materiale i området fra ca. 100 til 200 kWh/MT.

13. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 11,karakterisert vedat fibreringsanordningen er en mekanisk raffinør som tilfører en spesifikk energi til det dekomprimerte materiale i området fra ca. 100 til 200 kWh/MT.

14. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat utgangsmaterialet føres til komprimeringsskrueinnretningen ved en konsistens i området fra ca. 30 til 50%, det dekomprimerte materiale føres til fibreringsanordningen ved en konsistens i området fra ca. 30 til 50%, og det dekomprimerte materiale fibreres ved en konsistens i området fra ca. 30 til 40%.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat i trinn (c) det dekomprimerte materialet føres til en mekanisk raffinør med lav intensitet som opererer i en atmosfære av mettet vanndamp ved et overtrykk på over ca. 34,5 kPa for å defibrere materialet uten vesentlig fibrillering; og hvori det defibrerte materialet føres til en mekanisk raffinør med høy intensitet for å fibrillere materialet til masse.

16. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat lavintensitetsraffinøren bibringer en spesifikk energi mellom ca. 100 og 200 kWh/MT til det dekomprimerte materialet.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 15 eller 16, karakterisert vedat mellom trinn (c) og (d) føres det defibrerte materialet til en lagringsbeholder hvorfra materialet føres inn i en raffinør med høy intensitet i samsvar med trinn (d).

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 17, karakterisert vedat en kjemisk væske føres inn i det defibrerte materialet mellom trinn (b) og (c).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den omfatter defibrering av treflis-utgangsmateriale i en mekanisk raffinør med lav inten sitet inntil minst ca. 30% av fibrene er aksialt separert med mindre enn ca. 5% fibrillering; og raffinering av det defibrerte materialet i mekanisk raffinør med høy intensitet inntil minst ca. 90% av fibrene er fibrillert.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, karakterisert vedat lavintensitetsraffinøren gir en spesifikk energi mellom ca. 100 og 200 kWh/MT til treflis-utgangsmaterialet.

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert vedat raffineringen ved høy intensitet gir en spesifikk energi på minst ca. 800 kWh/MT.

22. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 19 til 21,karakterisert vedat før defibreringen eksponeres treflis-utgangsmaterialet for et miljø av vanndamp ved et mettet overtrykk på minst ca. 34,5 kPa i minst ca. 5 sekunder og mekanisk bløting av treflis-utgangsmaterialet i et miljø av vanndamp ved et metningsovertrykk på minst ca. 34,5 kPa.

23. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den omfatter føring av sponet fra en lagringsbeholder ved atmosfærisk trykk inn i en overføringsanordning med en brukerkontrollert variabel transport-tidsperiode under hvilken sponet eksponeres for et miljø av mettet vanndamp ved et overtrykk på over 34,5 kPa; og komprimering og så dekomprimering av sponet i et miljø av mettet vanndamp ved et overtrykk på over 34,5 kPa .

24. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert vedat trinn (c) gjennomføres i en mekanisk raffinør som bibringer en spesifikk energi mellom ca. 100 og 200 kWh/MT til sponet.

25. Fremgangsmåte i henhold til krav 23 eller 24, karakterisert vedat den variable transport-tidsperiode er i området fra ca. 5 til 60 sekunder.

26. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 14,karakterisert vedat i trinn (c) ca. 40 til 90 prosent av fiberbuntene og fibrene separeres aksialt uten noen vesentlig fibrillering av fibrene.

27. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert vedat i trinn (c) i det minste ca. 75 prosent av fibrene separeres aksialt uten noen vesentlig fibrillering av fibrene.

28. Apparatur for forbehandling av treflismateriale, karakterisert vedat den omfatter et trykkhus med en inngang ved en inngangsende og en utførsel ved en utgangsende; en skruepresse formet i huset, hvor skruepressen mottar materiale fra hus inngangen, og har en aksling som er roterbar rundt en skrueakslingsakse for å transportere og komprimere materiale langs skrueaksen mot utgangsenden; en mekanisk raffineringsrotor i huset, hvor raffineringsrotoren mottar materiale fra skruepressen, har en rotoraksling som er ko-aksial med skrueakslingsaksen og fibrerer materialet mellom én raffineringsoverflate på rotoren og en annen raffineringsoverflate i en avstand fra rotoren i huset før utførsel fra utgangsenden, hvori skruen gir utførsel inn i et område hvor sponet dekomprimeres, og nevnte område også er inngangen for raffinøren, hvori skrueakslingen er forbundet med rotorakslingen.

29. Apparatur i henhold til krav 28, karakterisert vedat skrueakslingen roterer ved en lavere hastighet enn rotorakslingen.

30. Apparatur i henhold til krav 29, karakterisert vedat skrueakslingen roterer ved en hastighet i området fra ca. 70 til 100 omdr./min., og rotorakslingen drives ved en hastighet i området fra ca. 800 til 1800 omdr./min..

31. Apparatur i henhold til krav 29, karakterisert vedat rotorakslingen drives ved en hastighet som er minst ca. ti ganger skrueakslingens rotasjonshastighet.

32. Apparatur i henhold til krav 28, karakterisert vedat den omfatter en vanndamp-rørledning i fluidkom-munikasjon med huset slik at huset holdes ved et mettet damptrykk på over ca.

34,5 kPa overtrykk.

33. Apparatur i henhold til krav 28, karakterisert vedat rotoren er en skive.

34. Apparatur i henhold til krav 28, karakterisert vedat rotoren er en kjegle.

35. Apparatur i henhold til krav 28, karakterisert vedat huset inkluderer et raffinørhus med en stasjonær plate som avgrenser nevnte andre raffineringsoverflate.

36. Apparatur for forbehandling av treflismateriale, karakterisert vedat den omfatter: et trykkhus med en inngang ved en inngangsende og en utførsel ved en utgangsende; en skruepresse formet i huset, hvor skruepressen mottar materiale fra hus inngangen, og har en aksling som er roterbar rundt en skrueakslingsakse for å transportere og komprimere materiale langs skrueaksen mot utgangsenden; en mekanisk raffineringsrotor i huset, hvor raffineringsrotoren mottar mate riale fra skruepressen, har en rotoraksling som er ko-aksial med skrueakslingsaksen og fibrerer materialet mellom én raffineringsoverflate på rotoren og en annen raffineringsoverflate i en avstand fra rotoren i huset før utførsel fra utgangsenden, hvori skruen gir utførsel inn i et område hvor sponet dekomprimeres, og nevnte område også er inngangen for raffinøren, hvori rotorakslingen har en forlengelse i nevnte område, og midler derpå for å føre materiale fra området og til rotoren.

37. Apparatur i henhold til krav 36, karakterisert vedat en første motor driver skrueakslingen og en andre motor driver rotorakslingen.

38. Apparatur i henhold til krav 37, karakterisert vedat huset holdes ved et mettet vanndamptrykk i området fra ca. 34,5 til 207 kPa overtrykk.

39. Apparatur i henhold til krav 38, karakterisert vedat skrueakslingen roterer ved en hastighet i området fra ca. 70 til 100 omdr./min., og rotorakslingen drives ved en hastighet i området fra ca. 800 til 1800 omdr./min..

40. Apparatur i henhold til krav 39, karakterisert vedat skruen gir utførsel inn i et område hvor sponet dekomprimeres, og nevnte område er også inngangen til raffinøren.