NO792759L - Fremgangsmaate og maskin til fremstilling av papirmasse - Google Patents

Description

"Fremgangsmåte og maskin til fremstilling av papirmasse"

Den foreliggende oppfinnelse angår forbedringer ved slike fremgangsmåter og maskiner som er beskrevet i norsk patentsøknad 76 2626/til kontinuerlig fremstilling av papirmasse ut fra ligno-celluloseholdig utgangsmaterialer (ved, ettårige planter, gammelt papir m.v.) egnet for produksjon av en hvilken som helst vanlig papirmasse.

Fremstillingsmåten for papirmasse består i å bringe utgangs-materialene i en tilstand med isolerte fibre og inneholdende en større eller mindre andel av cellulose, alt etter de egenskaper man ønsker å meddele de fremkommende masser.

Som påpekt i innledningen til den eldre patentsøknads beskrivelse, fås papirmasse ved hovedsakelig mekaniske defibrerings-behandlinger, eventuelt kombinert med mer eller mindre vidtdrevne kjemiske deligniseringsbehandlinger. Alt etter omfanget av disse to behandlingstyper - mekaniske og kjemiske - sondrer man generelt mellom mekaniske, termomekaniske, mekanisk-kjemiske, halvkjemiske og kjemiske masser*

Uansett hvilken prosess som anvendes, blir den oppnådde

masse mer eller mindre sterkt farvet og, for visse papirkvaliteters vedkommende, underkastet en blekeoperasjon.

Denne operasjon består i å underkaste massen en kjemisk behandling som gjør det mulig ved hjelp av passende reagenser å bleke eller eliminere de forskjellige farvende komponenter som inneholdes i massen, og særlig ligninet.

Der er kjent flere former for blekebehandlinger hvor der benyttes forskjellige reagenser, som f.eks. soda, oksygenert vann eller kloreringsmidler.

I alle tilfeller blir blekebehandlingen utført etter fremstillingen av massen.

Ved konvensjonelle metoder befinner fibrene seg etter defibreringen i suspensjon i en betydelig vannmengde, idet tørr-stoffinnholdet utgjør 5 til 15 %. For ikke å fortynne blekereagenset for sterkt lar man massen derfor innledningsvis dryppe av, men bare opp til et tørrstoffinnhold av 20 %, for bare i et forholdsvis fortynnet miljø skjer reaksjonen på ensartet måte.

På den annen side er det vanskelig av prishensyn å høyne konsentra-sjonen av reagenset. I alminnelighet ligger andelen av reagens i størrelsesorden 4 vektprosent av tørrstoffet.

Av den grunn blir reaksjonen langsom, og der behøves f.eks.

en behandling i minst en time for å oppnå en vinning i bleknings-indeks av størrelsesorden 15 punkter.

Imidlertid har man oppdaget at særegenhetene ved den fremgangsmåte og den maskin til defibrering som er beskrevet i den nevte eldre patentsøknad, gjør det mulig å utføre blekningen under helt andre betingelser og i løpet av noen sekunder å oppnå en meget mer betydelig vinning i blekningindeks.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse gjennomfører man blekningen av massen i løpet av defibreringsprosessen ved innføring av et blekereagens i defibreringsmaskinen.

Som bekjent gjennomfører man ved fremgangsmåten og maskinen ifølge den eldre søknad sekvensen av behandlinger til defibrering og/eller delignisering ved å la det til stykker reduserte utgangsmateriale passere en maskin som omfatter minst to i hinannen inngripende skrueflater som drives synkront i rotasjon innenfor en mantel, ved hvis utgang der fås en temmelig tykk og godt defibrert masse.

De nevnte skrueflater som materialet forskyves langs,

setter seg sammen av soner med forskjellige gjenger som i skiftende rekkefølge bevirker først en medføring av materialet fremover og deretter en avbremsning som innebærer en suksessiv trykkstigning ved enden av nedføringssonen. Egenskapene hos bremsesonen fast-legges slik at de muliggjør en selektiv transport fremover av materiale som har nådd en viss defibreringsgrad, mens utilstrekkelig defibrert materiale holdes foran bremsesonen.

Til dette formål er gjengene utført med åpninger eller vinduer som tillater en viss materialmengde å passere fremover og dermed gjør det mulig å regulere trykkstigningen ved slutten av medføringssonen og dessuten å regulere materialets defibreringsgrad. Således kan bare de partikler og materialer som hår nådd en tilstrekkelig defibreringsgrad, passere gjennom vinduene for å gå videre fremover. Utilstrekkkelig defibrert flis skal holdes foran, hvor den fortsetter å undergå en opprivningsbehandling. Denne tilbakeholdelse av tilstrekkelig defibrerte deler like foran bremsesonen forårsaker hovedparten av defibreringsarbeidet.

Det er å foretrekke å gjennomføre defibreringen fremad-skridende i flere suksessive trinn, hvert omfattende å la materialet passere en medføringssone og en bremsesone som regulerer den selektive gjennomgang til neste trinn, av materiale som har nådd en valgt defibreringsgrad. Denne defibreringsgrad avhenger, som man har sett, av vinduenes dimensjoner, og disse avtar derfor i retning fremover fra en bremsesone til den neste.

Maskinen ifølge den eldre søknad oppviser således fordelen

av å kunne gjennomføre defibreringen kontinuerlig i suksessive trinn i det indre av en eneste maskin, hvor hver bremsesone kontrollerer defibreringsgraden av det materiale som tillates å passere til neste trinn. I alminnelighet benyttes tre eller fire defibreringstrinn, og maskinen omfatter da tre eller fire partier som er anbragt i forlengelsen av hverandre og hvert setter seg sammen av en medførings- og en bremsesone.

Disse særegenheter ved maskinen ifølge den eldre søknad

er særlig gunstige for gjennomførelse av blekningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i løpet av defibreringsprosessen og ikke etter at denne er gjennomført. For i og med at defibreringen gjennomføres suksessivt i på hinannen følgende soner av maskinen, blir det mulig å innføre blekereagenset i maskinen på

et valgt stadium, og spesielt så snart defibreringen takket være den mekaniske opprivningsvirkning og den kjemiske virkning av det innførte deligniseringsreagens, vil ha nådd en grad hvor blekereagenset vil kunne være efféktiv.

Således har man funnet at det var særlig gunstig å la reagenset virke under opprivningen, dvs. fra det tidspunkt av da de produkter som innvirker på massens farve, løser seg direkte eller ved kontakten med skruene eller mantelen. Imidlertid vil det være å gå for langt å la blekereagenset virke i et stadium hvor defibreringsprosessen bare såvidt er begynt. Forøvrig er det ved begynnelsen av defibreringen nyttigere å bringe utgangs-materialet i kontakt med de reagenser som fremmer denne operasjon. Derfor vil man i det vanligste tilfelle hvor defibreringen

utføres i tre eller fire etapper, innføre blékereagenset i tredje defibreringssone. Det er i virkeligheten på dette stadium at

effektiviteten av blekningen vil være størst.

Det har vært fastslått at man ved således å gjennomføre blekningen i løpet av defibreringsbehandlingen kan oppnå en høyning av blekningsindeksen større enn den som fås ved konvensjonelle metoder.

Denne økning i effektiviteten av blekningen kan bl.a. til-skrives de betingelser hvorunder defibreringen gjennomføres ved den fremgangsmåte og den maskin til behandling som er beskrevet i den eldre søknad.

Det skal innledningsvis påpekes at den flis som benyttes

som utgangsmateriale for papirfremstilling, normalt er impregnert med en viss væskemengde. Således er det vanlig før den mekaniske behandling å vaske flisen med vann og dermed øke dens naturlige fuktighetsinnhold, som er av størrelsesorden 40 %. Likeledes lar man i tilfellet av termomekanisk eller mekanisk-kjemisk behandling stykkene - for å bløte dem - undergå en tørkebehandling med damp eller en forbehandling som f.eks. en kokning med ammonium-monosulfid eller soda.

I alle disse tilfeller vil de stykker som vanligvis benyttes som utgangsmateriale, derfor før inngangen i maskinen inneholde en vannmengde som er tilstrekkelig til å sikre deres fremføring gjennom maskinen.

Således har man iakttatt at man, sagt generelt, i maskinen kunne behandle et utgangsmateriale med et tørrstoffinnhold over 30 %.

Imidlertid kan utgangsmaterialets gjennomgang i bremsesonen bevirke en senkning av væskeinnholdet. Således har væskefasen etterhvert som gjengene fyller seg foran bremsesonen og trykket stiger, tendens til å bli evakuert og trenge tilbake i sonene med lavere kompresjon. Mates maskinen med flis som akkurat inne-holder den nødvendige væskemengde, vil denne inntørring vanskelig-gjøre fremføringen av materialet og forringe kvaliteten av den oppnådde masse.

Det kan således bli nødvendig å sprøyte inn en væske i massen for å kompensere inntørringen i kompresjonssonene og ved-likeholde en fuktighetsgrad som er gunstig for en god fremføring. Imidlertid kan blekereagenset utgjøre en del av denne væske. Således vil man kunne benytte den vanlige mengde blekereagens, altså av størrelsesorden 2 til 4 % av tørrstoffet, og blande det med en væske, f.eks. vann, i tilstrekkelig mengde til at materialets tørrstoffinnhold holder seg under en verdi av fortrinnsvis 50 %.

Følgelig vil reagenset, selv når en tar hensyn til den fuktighetsgrad som skal til for fremføringen av materialet, virke på et produkt som er langt mer konsentrert enn i de vanlige prosesser, og en gitt mengde reagens i forhold til tørrstoffvekt vil bli mer effektiv.

Videre er det som påpekt i den eldre søknads beskrivelse, mulig ved maskinen ifølge oppfinnelsen å velge den mest passende temperatur, takket være de kamre til temperaturregulering som omgir mantelen, og som gjør det mulig å kjøle eller varme denne for å holde temperaturen av materialet på ønsket høyde. Det blir dermed mulig å gjennomføre blekningen ved en optimal, temperatur som i alminnelighet er høyere enn den vanligvis anvendte, og som uten dog å risikere å denaturere reagenset, vil meddele dette en større effektivitet.

Men det forhold at blekningen gjennomføres under defibreringsbehandlingen, medfører i tillegg også fordeler som er spesifikke for den måte som denne behandling gjennomføres på.

Således virker betingelsene under opprivningen av materialet

i behandlingssonen likeledes fremmende på reagensets virkning. For tendens til å trenge seg tilbake til den sone hvor gjengene ikke er fullstendig fylt, eller hvor materialet dermed befinner seg i et tynt lag og derfor har øket overflate til kontakt med reagenset.

Som påpekt stiger trykket suksessivt, og gjengene fyller seg mer og mer ved slutten av nedføringssonen etterhvert som man nærmer seg bremsesonen. Ved hver overgang fra den ene skrue til den annen undergår følgelig en viss, mer og mer betydelig del av materialet en kompresjons- og klippevirkning foran overlapningsområdet og deretter en ekspansjon bak dette område, og omfanget av kompresjonssonene tiltar etter hvert som man nærmer seg bremsesonen og gjengene fyller seg.

Denne veksling av kompresjon og ekspansjon begunstiger likeledes impregneringen med reagenset og påskynder dermed bleknings-reaksjonen.

Siden blekningen skjer under defibreringen, bør blekereagenset selvsagt velges avhengig av de betingelser som defibreringen gjennomføres under, og som farvingen av massen avhenger av.

F.eks. kan farvingen ved fremstilling av en termodynamisk masse skyldes ikke alene produkter innholdt i veden, men også deres virkning på de forskjellige metalliske organer i maskinen. I dette tilfelle vil man fortrinnsvis benytte et oksyderende

agens som hydrogen peroksyd. Ved halvkjemiske prosesser bør blekereagenset derimot selvsagt tilpasses arten av det eller de reagenser som benyttes for defibreringen, og av de resulterende produkter.

Blekemetoden ifølge oppfinnelsen har tallrike fordeler.

Den fullstendiggjør den defibreringsmetode som er beskrevet i den nevnte eldre patentsøknad, og systemet gjør det mulig på meget økonomisk måte å oppnå en masse med endelige egenskaper med hensyn til kvalitet og hvithet meget nær dem man oppnår med konvensjonelle metoder, med mindre energiforbruk og meget lite vannforbruk.

Det er likeledes å bemerke at man ved å gjennomføre blekningen under defibreringen sparer ikke bare installasjoner til oppkonsentrering av massen, men også blekekar som behøves i de konvensjonelle prosesser. Videre utmerker fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen seg ved kontinuiteten av behandlingsoperasjonene,

og det er dette forhold som gjør det mulig å henlegge blekningen til det stadium som passer best.

Sluttelig er det selvsagt av interesse å kunne gjennom-

føre blekningen i løpet av noen sekunder, mens der ved de konvensjonelle prosesser i alminnelighet trengtes flere timer og i alle fall flere titalls minutter om man arbeidet på en konsentrert masse.

Denne raskhet av behandlingen medfører også en annen fordel. Således tillater det langvarige opphold av massene i behandlings-karene ved den konvensjonelle blekning utvikling av biprodukter som begrenser hvithetsgraden. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forhindrer derimot hurtigheten av blekereaksjonen utvikling av sekundære reaksjoner, og denne virkning kan også forklare den overraskende høyning av hvithetsindeksen som man oppnår med oppfinnelsen .

De ..forbedringer ved oppfinnelsen ifølge den eldre søknaden

som der-nettopp har vært gjort rede for, vil bli forklart mer detaljert under henvisning til tegningen, som rent eksempelvis anskueliggjør spesielle utførelsesformer for oppfinnelsen. Fig. 1 viser et vertikalt lengdesnitt av en maskin som er utrustet i samsvar med oppfinnelsen for gjennomførelse av blekningen, med den ene skrue utelatt.

Fig. 2 viser tverrsnitt etter linjen II-II på fig. 1.

Maskinen er av den type som er vist på den eldre søknads tegning. Den har to aksler 1 og 2 med påsittende. skrueflater 3

og 4 som griper inn mellom hverandre, og det hele er anbragt innenfor en mantel 5. Skrueflåtene utgjøres av gjenger med forskjellig stigning som definerer suksessive soner. I den viste foretrukne utførelsesform har maskinen tre behandlingspartier I, II, III. Hvert behandlingsparti setter seg sammen av en behandlingssone A med vide gjenger og en etterfølgende bremsesone B som normalt har gjenger med motsatt stigningsretning.

Som det ses i nedre del av tverrsnittet på fig. 2, er gjengene med motsatt stigningsretning utført med vinduer 30 som har en bredde 1 og strekker seg fra en sentral kjerne til omkretsen av skruen.

Som beskrevet i den eldre søknad, blir materialet som inn-føres ved inngangen, først tatt med fremover i sone A med en hastighet som avhenger av matningen, stigehøyden og dybden av gjengene samt omdreiningstallet. Skruene har like gjenger og drives i rotasjon i samme retning. Omdreiningstallet kan reguleres med et reduksjonsdrev, f.eks. mellom 50 og 350 omdr./min.

Når det således fremmatede materiale ankommer i bremsesonen Bl, har gjengene med motsatt stigningsretning tilbøyelighet til

å skyve det tilbake igjen. Der inntrer følgelig en trykkstigning etter medføringssonen A,og gjengene fyller seg,mens de ved begynnelsen av medføringssonen bare kunne fylles delvis dersom matningsmengden var mindre enn skruenes transportkapasitet.

Allerede i den eldre patentsøknad ble det vist at gjengene

i bremsesonen for å lette retur av en viss materialmengde bakover gjennom denne sone, var forsynt med åpningen 30 som blir betegnet som vinduer, og som er jevnt fordelt rundt aksen. Pga. trykkstigningen kan en viss materialmengde oppsamlet i gjengene med motsatt stigningsretning passere gjennom.åpningene 30 fra den ene til den annen side av gjengen på samme skrue.

Denne overgang kan lettes ved at skruene 1 og 2 er

slik synkronisert at vinduene i dem samtidig passerer overlapningssonen hvor de griper inn i hverandre. De korresponderende vinduer forårsaker dermed at der i denne sone periodisk åpnes og lukkes en passasje som skaffer forbindelse til en sone som følger etter, og hvor materialet derfor er minder komprimert.

. Valget av bredden av vinduene gjør det mulig å regulere transportmengde og defibreringsgrad i den del av materialet som

man tillater å passere fremover, mens de utilstrekkelig defibrerte deler holder seg foran, hvor de fortsetter å rives opp som følge av skruenes rotasjon.

Maskinen omfatter fortrinnsvis tre eller fire suksessive behandlingssoner, og bredden av vinduene avtar fra sone til sone. F.eks. vil vinduene i en maskin med tre behandlingspartier kunne ha en bredde av 20 til 10 mm i sone Bl, 12 til 6 mm i sone B2

og 8 til 4 mm i sone B3.

Som vist på fig. 2 blir materialet i det indre av hver gjenge ført med mot overlapningssonen 35 som markert ved pil 35 og blir tilbøyelig til å samle seg på forsiden, hvor trykket stiger. Imidlertid kan det materialet som f.eks. kommer fra skrue 3, unnvike til skrue 4, og så snart det har forlatt overlapningssonen, tiltar det frie tverrsnitt av gjengene så materialet kan ekspandere.

Den samme prosess avvikler seg på den annen side av skruenes midtplan, idet materialet som tas med i retningen for pilen 36, kan gå over fra skrue 4 til skrue 3.

Denne veksling av kompresjon- og ekspansjonsfaser forsterker opprivningsvirkningen som forårsaker defibreringen, og begunstiger på den annen side også impregneringen med det nye reagens og avgivelsen av væskerester.

I hver bremsesone kan trykket stige til en verdi av 150 bar, og siden skruene roterer i samme retning, blir gjengene fullstendig fylt, slik at hver bremsesone danner en sammenhengende propp, egnet til å gjøre det mulig å innføre reagensene under trykk i de soner som dermed forblir avstengt.fra hverandre, noe som gjør det mulig å benytte forskjellige reagenser.

Til dette formål er mantelen 5 forsynt med et visst antall åpninger for innføring av væske- eller gassformede reagenser. Siden maskinen omfatter tre defibreringspartier I, II, III, plas-serer man en åpning 54 for innføring av et blekereagens litt foran tredje bremsesone B3. Dermed kan reagenset presses inn under et trykk som er lavere enn det som hersker i bremsesonen, og allikevel føres med i denne. Men som nevnt tidligere går også en del av reagenset bakover inn i sone A3.

Det blekereagens som innføres gjennom åpningen 54, vil f.eks. være oksygenert vann av vanlig konsentrasjon, altså omtrent 2.til 4 % av tørrstoffet. Da denne væskemengde vil kunne være tilstrekkelig til å sikre den ønskede fuktighetsgrad av materialet, vil man kunne spe opp det oksygenerte vann i en større mengde væske, f.eks. vann, for å gi den tilsiktede fuktighetsgrad. Selvsagt kan blekereagenset likeledes blandes med andre vanlig anvendte reagenser, som f.eks. natriumsilikat. Reagenset trenges dermed bakover gjennom de ufullstendig fylte soner til foran medføringssonen A3. Forøvrig har det allerede vært antydet at forreste del av medføringssonen kunne utføres med større stigehøyde. I denne sone er det av interesse å anordne en åpning 56 for utslipp av brukt reagens. Takket være denne anordning blir reagenset til stadighet fornyet og beholder dermed sin effektivitet.

I annet defibreringsparti II innfører man i alminnelighet

et deligniseringsreagens, men det behøver ikke bestandig å gjøres, idet behovet avhenger av den massetype man ønsker å fremstille.

Av den grunn vil det i visse tilfeller kunne være av interesse også å føre inn blekereagenset gjennom en åpning 540 foran annen bremsesone B2. En slik anordning vil særlig kunne treffes hvis man ønsker å gjennomføre en blekning i flere trinn med forskjellige reagenser.

Det viser seg i virkeligheten at de nettopp beskrevne anordninger ikke avhenger av arten av det valgte blekningsreagens, og det derfor er mulig ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen å anvende adskillige kjente blekningsreagenser. De forskjellige trekk ved maskinen ifølge oppfinnelsen vil gjøre det mulig å ut-føre blekningen under optimale betingelser med hensyn til konent-rasjon, temperatur og trykk.

F.eks. har det med et materiale bestående av granflis som har unngått forutgående industriell kokning og har et tørrstoff-innhold av 40 %, vist seg mulig å behandle en mengde av 450 kg tørrstoff pr. time i én maksin med tre defibreringspartier og med en effektiv innvendig lengde av 2 m, hvor skruene ble drevet med omtrent 300 omdr./min.

Under slike forhold ville man med fremgangsmåten ifølge den eldre søknad få en masse med en hvithetsindeks på 28. Det sier seg selv den meget moderate indeks ville kunne bedres. Imidlertid har det vært nok å gjennomføre blekningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse under defibreringen, for i løpet av noen sekunder å konstatere hvithetsindeks opptil 72.

Dette resultat er sammenlignbart med resultatet av en normal blekebehandling, som f.eks. på en masse som etter defibrering har en hvithetsindeks på 48f gjør det mulig å høyne denne indeks med 15 punkter og dermed få en endelig indeks på 63 etter flere titalls

minutter.

Det sier seg selv at oppfinnelsen ikke er begrenset til enkelthetene ved de utførelsesformer som har vært beskrevet, men tvert imot dekker alle varianter. Spesielt vil modifikasjoner som man kunne foreta ved den fremgangsmåte og den maskin som nettopp er beskrevet, f i eks. for å tilpasse den etter forskjellige massetyper eller etter andre reagenser, stadig ligge innen oppfinnelsens ramme forsåvidt de realiserer det samme behandlingsprinsipp.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til behandling av et utgangsmateriale inneholdende cellulosefibre, for fremstilling av papirmasse i samsvar med et av kravene i patentsøknad 76 2626, karakterisert ved at man gjennomfører blekningen av massen i løpet av defibreringsprosessen ved innpresning av et blekningsreagens i behandlingsmaskinen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at defibreringen gjennomføres i minst to suksessive trinn, hvert omfattende transport av materialet i en med-føringssone og en bremsesone som styrer selektiv overgang til det følgende trinn av materiale som har nådd en valgt defibreringsgrad, og at blekningsreagenset innføres bak første bremsesone etter minst ett defibreringstrinn.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at mengden av innført blekningsreagens utgjør minst to vektprosent av behandlet tørrstoff, og at dette reagens blandes med en væskeformet fase i tilstrekkelig mengde til at materialets tørrstoffinnhold holder seg under 50 %.