NO811328L - Fremgangsmaate og apparat for kontrollering av raffinering av masse. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG APPARAT FOR KONTROLLERING AV RAFFINERING AV MASSE

Foreliggende oppfinnelse vedrører et raffineringsapparat, spes-ielt for raffinering av et massemateriale avledet fra en vege-tabilsk lignocellulosebestanddel for fremstilling av papirpro-dukter og lignende. Hvis utgangsmaterialet er tre så reduseres dette til en flismasse før det underkastes en eller flere be-handlinger til å gi et råmateriale eller uraffinert masse som ennå ikke er i en egnet tilstand for fremstilling av papir. Dette råmaterialet omfatter en blanding av trefibere og/eller andre vegetabilske fibere og vann og omtales generelt som grovmasse (grist)..

I raffinører av trommeltypen som foreliggende oppfinnelse ved-rører, blir den pastalignende grovmasse som skal raffineres mellom arbeidsover f låtene av trommelen og vingene beveget på en bølgelignende måte med raskt påhverandre følgende pulseringer samtidig med at den utsettes for en bøyevirkning når den akse-lereres av sentrifugalkreftene som utvirkes av vingene, som normalt roterer med en lineær hastighet i området 15-100 m/s langs den indre overflate av trommelen. Disse vinger utvirker en kraft i lineær retning på grovmassen når denne skyves langs vingenes forkant, hvilken kraft kan være i størrelsesorden 5-10 kp/cm 2, hvilket forårsaker at grovmassen'blir kompaktert til kileformede klumper med en slik densitet at friksjonskrefter induseres inne i grovmasseklumpene. De induserte friksjonskrefter når en slik størrelse at et skjærplan dannes i en liten avstand fra vingenes forkant slik at de kileformede fiberbunter ikke bare brytes opp men også at det primære trakide-lag i det vesentlige gnides av og således blottlegger det sek-undære lag med den følge at det oppnås en bedre fiber-til-fiber adhesjon ved hydrogenbindinger i det ferdige papir.

Til nå har oppbrytning av fiberbunter og etterfølgende fibril-lering av fibere blitt utført med en fastlagt avstand mellom de terminale kanter på vingene.og skjærelementene uten noen vesen-tlig direkte kontakt mellom de individuelle fibere og de metal-liske skjæroverflater.

|Det skal bemerkes at slike fibere har en diameter på kun noen |

hundredels mm. I skiveraffinører eller skivemaleapparater må avstanden mellom maleelementene være meget smal, såsom noen få tiendedels mm slik at disse hårlignende fibere kan fastgripes mellom maleoverflåtene, med en derav følgende risiko for for-øket slitasje og ødeleggelse av maleelementene. Denne risiko unngås i det vesentlige med en trommeltyperaffinør, som foreliggende oppfinnelse vedrører, hvori gapet mellom kantene på vingene og skjærelementene kan ligge i. et område på 1-2 mm og allikevel gi en tilfredsstillende skjærvirkning og fibril-lering av fiberene.

Foreliggende oppfinnelse- vedrører en forbedring av en trommel-raffinør av den type som er beskrevet i US patent nr. 3.547. 3 56. For en mere detaljert forklaring av fundamentale trekk ved en trommeltyperaffinør så henvises det til det ovenfor nevnte patent. Imidlertid i henhold til dette patent var gapet mellom bladene og de bølgede formasjoner på den indre overflate av trommelen konstruert for å forbli i en fiksert avstand under raffineringsbehandlingen og hvor ideen var at klaringen i gapet kunne justeres ved kun å skifte rotorer med forskjellige vinger lengder for å kompensere for forskjellige innmatningshastig-heter, konsentrasjon av grovmasse, motorhastighet og andre variable knyttet til raffineringsprosessen. Det henvises også til US patent.nr. 4.119.114, i forhold til hvilken foreliggende gjenstand representerer en forbedring. I henhold til dette patent er bladene eller skovlene fjernbart og justerbart forankret i spor i periferiveggen av trommelen for å variere gapklaringen. Behovet for å tilveiebringe en justering av bred-den av gapet mellom maleoverflåtene i skiveraffinører er aner-kjent, slik som det vil fremgå av US patentene nr.. 4 . 073 .442, 3.717.308 og 3.212.721. Imidlertid som forklart er gapklaringen i skiveraffinører kun ca. en tiendedels mm eller mindre og problemet med angrepsvinkelen og den resulterende skive-dannelse av grovmassen er fraværende.

I konvensjonelle ho1lenderma1ere og jordanmøller er også behovet for justering av gapet mellom garnit yret også anerkj ent.. Imidlertid i disse måleapparater passerer(grovmassesuspensjonen. mellom malevalsens staver og stavene.i.i måleapparatets bunnplateL. I Avstanden mellom de respektive staver kan nøye justeres i hen- | hold til den ønskede malegrad, som forøvrig oppstår som følge av knusing eller kuttevirkning, i motsetning til skjærvirkningen som dannes ved de indre friksjonskrefter som induseres av angrepsvinkelen på grovmassen når denne presses mellom gapet i en trommelraffinør. Således kan raffineririgsvirkningen i en trommelraffinør betegnes som en klemmevirkning sammenlignet med malevirkningen i en skiveraffinør.

Det bør også forstås at det foreligger distinkte forskjeller i virkemåte og resultat mellom den malevirkning som oppnås i en skiveraffinør éllér malevirkningen som oppnås i en hollender-eller jordanmølle og skjærvirkningen i en trommelraffinør.

Alle tre raffinørtyper anvendes i masse- og papirindustrien og deres anvendelse og utnyttelse er relatert til den aktuelle masseprosess og det ønskede sluttprodukt..

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og apparat for å kontrollere raffineringsprosessen i en trommelraffinør av den type som er vist i US patent nr. 3.547.3 56 ved å koordinere angrepsvinkelen for vingene på grovmassen og den korresponder-ende gapklaring med energibehovene som kan variere avhengig av flere variable knyttet til raffineringsprosessen. Det må forstås at når gapklaringen forandres må også vingenes angrepsvinkel på grovmassen også forandres for å gi en kilevirknings-grad som er nødvendig for å indusere i grovmassen de interne skjærkrefter som er nødvendig for å bryte opp fiberbuntene og avdekke fiberveggene. En riktig justering av vinkelen mellom vingene og tangenten til kontaktpunktet er således viktig. Med andre ord er klaringen koordinert med angrepsvinkelen på massen av den førende overflate av vingen for å gi det ønskede resultat .

Justeringen ,- av gapklaringen og angrepsvinkelen kan oppnås mekanisk eller hydraulisk. I begge tilfeller kan energibehovet

lett reguleres ved å koordinere angrepsvinkelen og gapklaringen med flere variabler knyttet til raffineringsprosessen. Således kan varmeenergien som genereres ved å forøke innmatningshastig-heten, massekonsentrasjon etc. omdannes til nyttig mekanisk

energi i forhold til den innførte energi kun ved å justere gap-Iklaringen hvilket også forandrer angrepsvinkelen med derav føl-|

gende innsparing i energiforbruket.

Fig. 1 viser skjematisk et bilde av en trommelraffinør ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et lengdesnitt av apparatet ifølge linjene II-II i fig. 1, avbildet i forstørret skala. Fig. 3 er et snitt tatt langs linjen III-III i fig. 2 og gjen-gitt i forstørret skala, og Fig. 4 viser et delvis, detaljert snitt av trommelen og rotoren vist i fig. 3, i forstørret skala, Fig. 5 viser et tilsvarende snitt som det.ifølge fig. 3 av en variant av denne, Fig. 6 viser et snitt tilsvarende det i fig. 2 av en ytterligere utførelsesform.

Under henvisning til tegningene viser henvisningstallet 10 en stasjonær sylindrisk trommel som bæres a<y>en ramme 11 som er forankret til en plattform 12. Ved en ende av trommelen er det anordnet en innløpskrave 13 med en flens 14 for tilknytning til en tilførselskanal for masse eller grovmasse som innføres i trommelen i lineær retning ved hjelp av en mateskruetransportør 15.

Den motsatte ende av trommelen er forsynt med en utløpskrave 16 med en flens 17 for en ikke vist avløpskanal som eksempelvis kontrolleres av en konvensjonell utløpsventil av den art som er vist i US patentet nr. 3.388.037.

En rotor 18 er montert på en aksel 19 som drives av en motor 20. Akselen utstrekker seg koaksialt inne i den stasjonære trommel 10 og er lagret i lagrene 21 og 22. Rotoren omfatter et antall vinger 23 som er justerbart bårede blader 24 (fig. 4).. I den nyeste utførelsesform omfatter rotoren en sylindrisk tromme som på hver side er forsynt med muffere 25 som bærer trommen på akselen 19. Det bør forstås at rotoren kan anvendes visse andre konstruksjoner for å tilveiebringe rotasjon av vingene 23, hvilket vil være åpenbart for en fagmann.

Vingene 23 er fortrinnsvis rette og utstrekker seg i det vesen-Itlige tangensialt fra omkretsen av rotoren 18 til hvilken de kan være festet på en hvilken som helst egnet måte. For å sikre stabilitet kan vingene være forbundet slik som vist i figurene 3 og 4. I den hensikt å lette sammensetning og demon-tering av rotoren kan den stasjonære trommel bestå av to halv-sirkulære deler som er boltet sammen ved hjelp av boltene 26. Antall vinger kan variere i henhold til raffinørens kapasitet og i den viste utførelsesform omfatter rotoren 8.vinger.

Bladene 24 ligger flatt langs den etterfølgende overflate av vingen når en maksimal gapklaring er ønsket. For å kompensere for en viss fleksibilitet i bladene som følge av sentrifugalkraften som vil ha en tendens til å bøye dem motsatt av rota-sjonsretningen så kan graden av bøyning begrenses av en bolt 27 eller annen stoppanordning som tilveiebringer et -tilstrekkelig spillerom mellom vingen og bladet men likevel tilstrekkelig til å bibeholde den forhåndsbestemte angrepsvinkel.

Skjærmidler 28 er anordnet rundt den indre overflate av den stasjonære trommel 10 langs dens lengde, og som sammen med de avsluttende kanter av bladene 24 definerer skjærgapet. Disse skjæranordninger møter og danner en kortvarig bremseeffekt på grovmassen når denne fremføres i en lineær retning gjennom den stasjonære trommel 10.

Som vist i US patent nr. 4.199.144 er skjærmidlene 28 fremstilt av et meget slitemotstandsdyktig materiale såsom silisium, kar-bid eller karborundum som er maskinert inn i den indre perifere vegg av trommelen. Disse skjærmidler dekker i det vesentlige hele innsiden av veggen i trommelen og utstrekker seg fra denne i en avstand som kan variere i området 1-2 mm for å definere sterke skjærlinjer i den bevegelige grovmasse. Grovmassen inn-føres gjennom :innløpet 14 og transporteres inn av mateskruen 15 (fig. 3).. Grovmassen skyves frem foran bladene 24 og akselere-res åv disse til en høy periferihastighet mot gapet. Således

vil massepartiklene bli tiltagende og intenst kompaktert av sentrifugalkraften når de kastes utover av bladene, slik som vist i US patent nr. 3.547.356. I patentet er det også fore-slått tilsetning av vann eller andre kjølemidler for å kompensere for den høye temperaturstigning som oppstår som følge av I friksjonsenergien som massen utsettes for under dens pulserendej

fremføring gjennom apparatet. Dette representerer et visst energitap. Det bør forstås at rundt 1967 når oppfinnelsen som er beskrevet i US patent nr. 3.547.356 ble gjort var energi-sparing for raffinørformål ikke av den samme betydning som idag. Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å bevare kostbar mekanisk energi ved å justere angrepsvinkelen på grovmassen og tilsvarende variasjoner i gapklaringen avhengig av variasjonene i energigenereringen under raffineringsprosessen.

Denne hensikt kan oppnås ved å avbøye bladene fra de bærende vinger i en vinkel i forhold til disse som korresponderer med den ønskede angrepsvinkel og gapklaring.

Justeringen kan utføres manuelt ved hjelp av bolter 27 som også tjener til å forbinde platene til vingene, men dette kan også utføres hydraulisk ved å forsynécakselen 19 med kanaler for en hydraulisk væske som pumpes inn i hydrauliske sylindere anordnet på vingene, slik som eksempelvis, vist i .tegningene.

En ytterligere måte å variere angrepsvinkelen på og den kiledannende virkning er eksempelvis vist i fig. 5.

Det kan også gis muligheter for å tilføre hydrauliske fluida med forskjellige trykk langs massens lineære rute avhengig av lokale betingelser i raffinøren. Et slikt eksempel er vist i fig. 6.

Som det vil fremgå av figurene 1 og 2 pumpes et hydraulisk fluidum gjennom tilførselskanalen 30 til en kanalspindel 31 på akselen 19. Kanalene i spindelen kommuniserer med kanalen .3 2 i aksélen 19. Det hydrauliske fluidum fordeles gjennom kanalene 33 til konvensjonelle hydrauliske sylindere 34 som i lengde-retningen er adskilt langs vingene 23 for å aktivere hydrauliske stempler 35 deri. De hydrauliske stempler 35 er ført gjennom en åpning i vingene 23 for å ligge an mot bladet 24. Ved å regulere strømmen av hydraulisk væske i sylindrene kan bladene 24 avbøyes langs en bane.som i det vesentlige er tan-gensiell i forhold til kontaktpunktet for grovmassen mellom de terminale kanter av vingene 23 og tilstøtende skjærmidler 28 I for derved å variere deres angrepsvinkel mellom en maksimal gapklarering d.v.s. når bladene i det vesentlige ligger flatt med et lite spillerom mellom overflaten av vingen og en for-håndsbestemt minimal gapklaring som kan sies å representere vingens stoppvinkel. For praktiske formål kan gapklaringen varieres innen 7-1. mm med en tilsvarende variasjon i angrepsvinkelen avhengig av energibehovet eller effekttilførsel.

Som vist i fig. 5 kan angrepsvinkelen ytterligere varieres ved å bøye den ytre ende av vingen 23 som.bærer de hydrauliske sylindere 3 4 for .å gi den ønskede kiledannende virkning. Dette arrangement muliggjør en større fleksibilitet i valg av rotor-dimensjon.

I modifikasjonen.; vist i fig. 6 er rotoren oppdelt i tre seksjoner a, bog c hvor hver seksjon tilføres hydraulisk væske med tre forskjellige trykk. Dette nødvendiggjør tre separate kanaler a, b og c i kanalsvivelen.31 som hver kommuniserer med tilsvarende kanaler i akselen 1.9.. Det bør imidlertid forstås at rotoren kan oppdeles i så mange seksjoner, som vil være for-målstjenlig for den spesielle isolasjon.

Det bør være klårt at dette arrangement muliggjør justering av gapklaringen og angrepsvinkelen langs flere lokale steder for grovmassens lineære bane gjennom trommelraffinøren. Under raffinering kan forstyrrelse i massens strømningshastighet oppstå hvilket umiddelbart bør justeres for å spare energi. Eksempelvis hvis en ikke forutsatt gjentetning skulle finne sted langs massens lineære bane kan den gjéntettede del av banen raskt åpnes ved kun å forøke gapklaringen. På den annen side hvis strømningshastigheten skulle tilta for meget langs en seksjon av denne bane kan klaringen automatisk justeres. For eksempel hvis matehastigheten av mass.ematerialet skulle forøke utover en forprogrammert hastighet uten en tilsvarende forøkning i raffinørmotorens belastning vil temperaturen falle med en derav følgende senkning i energitilførselen pr. vektenhet. På den annen side hvis tilførselen av grovmasse skulle avbrytes full-stendig, eksempelvis ved plugging av raffinøren langs en seksjon av den lineære bane vil arrangementet vist i fig. 6 umiddelbart tilveiebringe en forøket gapklaring, eventuelt med en [ytterligere tilførsel av vann for å spyle ut de gjentet.tede

raffinørseksjoner.

På denne måte kan angrepsvinkelen og den tilsvarende gapklaring koordineres med varmekvotienten for den mekaniske energitil-førsel i henhold til en programmert raffinørprosess, eksempelvis som vist i US patentene nr. 3.717.308, 3.212.721 og 4.073. 442.

Selv om de nevnte patenter vedrører justering av skiveklaringen ved hjelp av hydrauliske midler i skiveraffinører vil det være åpenbart for en fagmann å anvende tilsvarende midler for å regulere strømmen av hydraulisk væske til de hydrauliske sylindere på vingene 23 for derved å justere gapklaringen og den tilsvarende angrepsvinkel i henhold til den programmerte fremgangsmåte. Et annet system for å regulere den mekaniske energitil-førsel til skiveraffinører er vist i US patent nr. 4.148.439, også dette system kan lett-:modifiseres for anvendelse i foreliggende oppfinnelse.

Det må forstås at den herved gitté.beskrivelse og eksempler ikke på noen måte begrenser oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan utøves på mange forskjellige måter innenfor kravenes ramme.

Claims (5)

1. Trommelraf f inør....for raffinering av masse hvor grovmassen transporteres inn i en stasjonær sylindrisk trommel X10) og drives i lineær retning deri av en koaksial rotor(18) omfattende et antall vinger (23) med en førende forkant og en bakkant som angriper grovmassen med en vinkel med en kiledannende virkning når massen føres frem av vingens forkant på en pulserende måte for å indusere indre friksjonsskjærkrefter i massen når denne treffes gjennom en gapklaring definert av den frie ende av vingene (23) og skjærmidler (28) anordnet aksielt langs det indre av den sylindriske veggs overflate i den stasjonære trommel, k a:.r akterisert ved at bladmidler (24). er montert justerbart langs overflaten av vingene (23) slik at disse kan avbøyes i en vinkel i forhold til vingene for effek-tivt samtidig å koordinere angrépsvinkelen på massen og gapklaringen i henhold til variasjoner i energibehovet under raf-finer ingsprosessen.

2. Trommelraf f inør ifølge krav 1, karakterisert ved at bladmidlene (24) er montert på vingene (.23) for å muliggjøre at de frie ender derav avbøyes i en vinkel i forhold til vingene.

3. Trommelraffinør ifølge krav 1, karakterisert ved at bladmidlene (24) avbøyes ved hjelp av hydrauliske anordninger (34) som bæres av vingene (23). og som kontrolleres i henhold til variasjoner i energibehovet under raffineringsprosessen.

4. Trommelraffinør ifølge krav 1, karakterisert ved at vingene (23). omfatter en indre del og en ytre del som utstrekker seg i en vinkel i forhold til den indre del og hvor den ytre del bærer bladmidlene (24).

5. Trommelraffinør ifølge krav 3, karakterisert ved at rotoren(I8). omfatter et antall med vinger forsynte seksjoner hvor hver seksjon separat kontrolleres av hydrauliske midler (34) avhengig av lokale variasjoner i energibehovet J langs massens lineære bane gjennom trommelen (10)..