NO833688L - Fremgangsmaate og anordning til fremstilling av fibermasser av lignocelluloseholdig materiale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

og en anordning til fremstilling av fibermasse av lignocelluloseholdig råmateriale, hvor materialet forvarmes med damp i en forvarmer hvoretter det forvarmede materiale slipes under øket damp-eller gasstrykk, mellom innbyrdes roterende slipedeler i et slipeaggregat, til en fibermasse som ved hjelp av damp eller gass fremføres til en separatoranordning som likeledes befinner seg under damptrykk og hvori dampen utskilles fra massen. Råmaterialet består av flis av bar- eller løvtrær, bambus, halm, bagas-

se etc. som kan være kjemisk behandlet eller ubehandlet under sønderdelingen. Slipeaggregatet omfatter minst to innbyrdes drei-bare slipedeler, eksempelvis av skivetype, med plane eller ko-niske slipeflater eller en kombinasjon av disse.

Avhengig av fibermassetypen som fremstilles vil det kreves varierende mengder av strøm- eller dampenergi (50-2000 kWh/tonn) ved en behandlingstemperatur av 250°-100°C. Det gjelder generelt at den nødvendige energimengde for sønderdelingen vil minske med økende temperatur av materialet som tilføres slipeaggregatet. Dette forklares ved den kjensgjerning at det arbeid som kreves for fibersepareringen, er avhengig av den temperatur hvortil fibermaterialet som sammenholder, og fibre som omslutter midtlamellene, oppvarmes under slipeprosessen og særlig under prosessens innledningsfase. Midtlamellene består i hovedsak av lignin som oppmykes gradvis ved oppvarming og stigende temperatur, og overgår jevnt fra fast til relativt flytende tilstand. Dette forhold utnyttes i flere massefremstillingsprosesser, med henblikk på redusering av det'nødvendige strømforbruk, idet materialet oppvarmes før sønderdelingen ved hjelp av direkte tilført friskdamp eller damp som utvikles under sønderdelingsprosessen.

Da slipeaggregatet er omgitt av et trykktett hus, kan søn-derdelingen eller slipingen av tilført og på forhånd oppvarmet materiale gjennomføres under opprettholdelse av forhøyede trykk-og temperaturbetingelser som begunstiger prosessen. Fibermassen som dannes ved slipingen, strømmer fra slipeaggregathuset som befinner seg under trykk, til en mottakerinnretning hvori det likeledes opprettholdes et overtrykk av samme høyde, eller noe lavere, enn overtrykket i slipeaggregathusets utløpssone. Mottakerinnretningen hvori fibermassen separeres fra den medfølgende damp fra slipeaggregatet, innbefatter en anordning for avleding av fibermassen fra mottakerinnretningen under opprettholdelse av overtrykket i innretningen, uten at det samtidig utstrømmer større dampmengder sammen med fibermaterialet.

Dampen som er utskilt i mottakerinnretningen, er tidligere blitt anvendt til forvarming av materialet ved atmosfæriske be-tingelser opp til ca. 100°C, innen materialet innmates under trykktette forhold i forvarmeren som drives under trykk og er direkte forbundet med slipeaggregatet. Materialet oppvarmes med frisk trykkdamp som overføres til forvarmeren eller, ved sønder-delingsprosesser som krever større mengder av elektrisk energi, med damp som tilbakeføres fra slipeaggregatets innløpssone.

Formålet med oppfinnelsen er at slipingen, i forbindelse med en kjent slipemetode av den ovennevnte, kjente type (se eksempelvis svensk patentskrift 413.601), skal kunne gjennomføres under gunstig, høyt trykk og høy temperatur under samtidig gjen-vinning av den i dette øyemed tilførte strøm- eller dampenergi, for forvarming av materialet til høyest mulig temperatur i forvarmeren. Dette vil oppnås hovedsakelig ved at materialoverfør-ingen, ikke bare til forvarmeren men også fra denne og til slipeaggregatet, foregår gjennom en trykktett transportør og at i slipeaggregatet opprettes et høyere damp- eller gasstrykk enn i forvarmeren, ved at dampen som strømmer fra slipeaggregatet til mottakerinnretningen, overføres videre, under utnyttelse av dette høyere trykk, til forvarmeren hvori den bevirker at materialet forvarmes til over 100°C. Videre omfatter oppfinnelsen en anordning som er egnet for utøvelse av fremgangsmåten.

Samtidig som slipeprosessen ifølge oppfinnelsen kan gjennom-føres under de gunstigste trykk- og temperaturbetingelser, vil dampenergien som utvikles under slipingen eller tilføres, tilbake-føres i forvarmeren, hvorved energiforbruket under gjennomførel-sen av prosessen vil reduseres i vesentlig grad. Fibermaterialet utsettes for en relativt høy temperatur og av denne grunn er oppfinnelsen særlig egnet for anvendelse ved tilvirkning av porøse og harde fiberplater, såkalt board, hvor det stilles lavere krav til fibermassens hvithet. Det er dessuten unødvendig at sønderdelingen av fibrene, for frilegging av fibriller, blir gjennomført i samme utstrekning ved slike produkter, og prosessen vil i sin helhet kreve mindre energiforbruk i slipeaggregatet. Igjen vil det kreves tilskudd av energi i form av frisk trykkdamp i slipeaggregatet, for å oppnå den ønskete trykkfordeling for dampoverføringen i systemet og den høye forvarmingstemperatur i forvarmeren. Ifølge oppfinnelsen vil den kostbare damptilførsel reduseres til et minimum, ved fullstendig eller delvis utnyttelse av trykkdampen som kan gjenvinnes fra mottakerinnretningen.

Det vil innses at til tross for motstand og trykktap i ledninger, ventiler og regulatorer, kan trykket fra slipeaggregatets utløpssone, med eller uten tilsetning av en mindre frisk-dampmengde ved innløpssonen i det separate slipeaggregat, bringes til et slikt nivå, på grunn av slipeaggregatets turboeffekt og den elektriske energi som tilføres for sønderdelingen, at tem-peraturen og behandlingsgraden for materialet som overføres til slipeaggregatet fra forvarmeren, er den samme eller bare avviker ubetydelig fra det som tidligere er oppnådd ved tilførsel av friskdamp til forvarmere som er direkte (åpen) forbundet med slipeaggregatet.

Oppfinnelsen kjennetegnes videre ved at råmaterialet, innen det ved hjelp av en i prinsippet trykkfølsom materinnretning overføres til slipeaggregatet som drives under forhøyet trykk og temperatur, forvarmes til en temperatur som er over 100°C

men ikke overstiger den opprettholdte temperatur i slipeaggregatets utløpssone, idet den nødvendige dampmengde for denne forvarming i hovedsak tilføres fra slipeaggregatets utløpssone, gjennom en fiberutskiller som drives under trykk.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser, mer eller mindre skjematisk, et sideriss, delvis i snitt, av et anlegg for utøvelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser, i forstørret målestokk, et vertikalsnitt

av et slipeaggregat som inngår i anlegget, og en tilkoplet, trykk-følsom transportør.

Tegningene viser en innløpstrakt 10 for råmaterialet, såsom treflis, som ved hjelp av en skruetransportør 11 innmates i en forvarmer 15. Materialet som komprimeres av transportørskruen 12 som drives av en rotor 19, danner derved en materialpropp som er ugjennomtrengelig for damp. Kompresjonsgraden reguleres av en pneumatisk mottrykksanordning 13 som virker gjennom en ventilkjegle 14 i anlegg mot den inntrengende materialpropp.

Idet den passerer denne ventilkjegle oppløses materialproppen, og materialet faller ned i den vertikale forvarmer 15 hvori det opprettholdes et materialnivå som gir ønsket oppholdstid i forvarmerbeholderen. Materialnivået opprettholdes ved hjelp av en nivåregulator 16 som innvirker på det omdreiningstall som materskruen 12 bibringes av drivrotoren 19. Det oppvarmede materiale i forvarmerbeholderen 15 utmates i forvarmerbunnen ved hjelp av en transportør 18 og gjennom et avtettet overføringsrør 20 til innløpet av en materialkomprimerende transportør 22, for oppnåelse av en i prinsippet damptett overføring av materialet fra forvarmeren 15 til slipeaggregatet eller skiveraffinøren 24.

I likhet med matertransportøren 11 omfatter transportøren 22 i det viste eksempel et innerrør som avsmalner konisk i materialstrømmens bevegelsesretning og som opptar en drivskrue 26 av samme form. Hvis det er nødvendig av hensyn til prosessens gjennomførelse forbindes rørets utløpsside med en mottrykksanordning 27, f.eks. i form av en rørstuss, hvori det er opplagret klaffer 28 som under påvirkning av stempelservomotorer 30 kan innsvinges i rørstussens innerkanal 32 som danner en egnet, sylindrisk fortsettelse av den materialkomprimerende skruetrans-portørs utløpssone, hvorved kanalens gjennomløpstverrsnitt reduseres .

På denne måte kan kompresjonsgraden av det forvarmede materiale som fremføres til slipeaggregatet 24, varieres i ønsket grad mens det samtidig fra materialet utpresses medført væske (vann) gjennom perforeringer 31 i kompresjonsrøret og inn i en mantel 35 som er trykktett forbundet med røret og hvorifra den utpressete væske avledes gjennom en rørledning 90 til en beholder 92 som gjennom en rørledning 94 er forbundet med tilførselses-røret 20 slik at det i beholderen 92 opprettholdes et overtrykk som er likt eller tilnærmelsesvis likt det damptrykk som råder i tilførselsesrøret 20. Væskenivået i beholderen 92 kontrolleres av en nivåføler 100 som styrer en regulator 98 for en ventil 97 som er innkoplet i avløpsledningen 96 fra beholderen.

Slipeaggregatet eller defibrøren 24 omfatter slipeskiver som er omgitt av et hus 3 6 og som i det viste eksempel består av en stasjonær slipeskive 38 som er fast forbundet med huset,

og en slipeskive 40 som er opplagret på en aksel 44 som drives av en motor 42.

Etter å være komprimert i transportøren 22 eller i mot-trykksanordningen 27 videreføres utgangsmaterialet gjennom et rør 70 fortrinnsvis med sylindrisk innerkanal hvis frie ende befinner seg nær den roterende slipeskive 40. Røret er derved ekssentrisk plassert i forhold til slipeskivens 40 rotasjonsakse, for at materialproppen som er komprimert i høy grad, lettere skal kunne oppbrytes innen materialet innføres i spalten 48 mellom slipeskivene. Proppen kan hensiktsmessig sønderdeles mot én eller flere vinger 72 som er anordnet på slipeskiven 40 rett overfor munningen av det ekssentriske rør 70. Til materialet som innføres i slipespalten 48, kan det gjennom en ledning 74 tilføres vann som erstatning for det vann som er utpresset i transportøren. En transportør av den her beskrevne type er kjent fra svensk patentskrift 419.659.

Mellom motoren 42 og den roterende slipeskive 40 er det

på kjent måte anbrakt en servomotor 4 5 som, slik det eksempelvis fremgår av patentskrift 179.337, ved hjelp av et aksialt forskyv-bart men ikke roterbart trykkstempel, overførertrykk fra et hyd-raulisk medium gjennom aksellager til den roterende aksel 44,

for opprettelse av det høye trykk som er nødvendig for sliping av materialet som passerer radialt utad i slipespalten 48 mellom de to innbyrdes motvendte slipeskiver. Slipeaggregathuset 36 er forbundet med en avløpsledning 50 hvorigjennom fibermassen som er fremstilt i slipeaggregatet, overføres eller blåses, ved opprettholdt overtrykk, til en mottakerbeholder 80, fortrinnsvis av syklontype, hvori fiber og damp atskilles fra hverandre. I det viste eksempel utmates det separerte fibermateriale fra en i prinsippet trykktett, dreibar ventil 82 til en mottakertrans-portør 84, hvor fuktighet som ledsager fibermassen fordampes og avledes gjennom en samlekappe 89, for eventuell gjenanvendelse i en annen del av de enheter i anlegget, som drives ved atmos-færestrykk.

Trykknivået i mottakerbeholderen 80 reguleres til ønsket verdi ved hjelp av en differensialregulator 85 som ved hjelp av følere 54 og 55 og gjennom ledninger 81 og 83 avføler trykket i slipeaggregathuset 36 og i mottakerbeholderen 80 og automatisk opprettholder en trykkdifferanse mellom disse, som i det viste tilfelle normalt utgjør 0,1-0,7 kg/cm 2. Damptrykket i slipeaggregathuset kan oppgå, til 7-12 kg/cm 2. Ved utløpet fra slipeaggregathuset kan dampen ha en temperatur av 115 å 125 til 150 å 170°C, og til denne temperatur blir følgelig materialet i forvarmeren oppvarmet, bortsett fra de uunngåelige trykk- og temperaturfall som oppstår underveis til forvarmeren.

En ventil 52 kan være innkoplet i ledningen 50 mellom slipeaggregatet 24 og mottakerbeholderen 80. Med denne ventil kan fibermaterialets utgangshastighet fra slipeaggregathuset reguleres med henblikk på ledningens 50 totallengde.

Materialet som tilføres forvarmeren 15, oppvarmes med damp som er avledet fra mottakerbeholderen gjennom en ledning 86 og hvis trykknivå understiger trykket i slipeaggregathuset bare med den trykkfallsverdi, vanligvis 0,1-2,0 kg/cm 2, som er nød-vendig for overføring av det behandlete fibermateriale fra slipeaggregathuset 36, gjennom mottakerbeholderen 80 og frem til forvarmeren 15.

Gjennom ledninger henholdsvis 120, 124 og 122 overføres friskdamp til slipeaggregathuset 36 før og eventuelt etter at slipematerialet har passert gjennom slipespalten 48 mellom slipeskivene. Friskdampen har som oppgave å opprettholde det nødven-dige trykk for prosessen i slipeaggregathuset. Dette trykk av-veies ved hjelp av en regulator 110 som påvirker en ventil 112 som er innkoplet i ledningen 12 2 og avføler trykket ved aggregat-husets utløp gjennom en ledning 114. Den tilførte friskdamp over-føres sammen med damp som er utviklet under slipingen ved til-førsel av elektrisk kraft, til forvarmeren 15 med bare et mini-malt tap av trykk og temperatur.

Fordelingen av damptilførselen gjennom de to ledninger

122 og 124 reguleres ved hjelp av ventiler 123 og 125. Ledningen 122 behøver bare å innkoples ved ekstremt lav damputvikling mellom slipeskivene, for derved å kunne opprettholde ønsket trykk eller forvarmingstemperatur i forvarmeren 15. Ledningen 122 kan i mange tilfeller utelates.

Grunnet systemet med atskilte trykktanker, dvs. forvarmeren 15, slipeaggregathuset 36 og mottakerbeholderen 80, vil således materialet som overføres til behandling, kunne oppvarmes i forvarmeren 15 til en temperatur som tilnærmelsesvis sammenfaller med den temperatur som opprettholdes i slipeaggregathuset, f.eks. i dets innløp, utelukkende under utnyttelse av tilbakeført trykkdamp fra prosessen.

Ved utnyttelse av slipeskivens 40 turboeffekt, i forening med den elektriske energi som overføres under sønderdelingspro-sessen, er det mulig å øke trykket som opprettholdes i utløpet fra slipeaggregathuset 36, til et nivå som gjør det mulig å bi-bringe dampen som tilbakeføres til forvarmeren 15, et trykk som er høyere enn det damptrykk som opprettholdes i forvarmeren.

Materialet som tilføres slipeaggregatet 24, kan på denne måte bibringes en temperatur som ved tidligere utførelsesformer bare kunne oppnås ved tilførsel av friskdamp til forvarmeren,

og dette vil medføre betydelig innsparing (40-80%) av varmeenergi for materialets varmebehandling.

Eventuelt overskudd av tilført eller utviklet damp avledes gjennom en dampledning 88, og damptrykket i systemet kan derved opprettholdes konstant, samtidig som den nødvendige, mindre trykkdifferanse mellom slipeaggregathuset 36 og mottakerbeholderen 80 opprettholdes på ønsket nivå. I ledningen 88 er det innkoplet en ventil 99, hvis innstilling kan overvåkes av regulatoren 85.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke begrenset til det viste ut-førelseseksempel, men kan varieres i utstrakt grad innenfor ram-men av det grunnleggende prinsipp. Det kan således innblandes en gass, f.eks. luft, i dampatmosfæren, for opprettelse av de ønskete trykk- og temperaturfordelinger i det lukkete system.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av fibermasse av lignocelluloseholdig råmateriale, hvorved materialet forvarmes med damp i en forvarmer, hvoretter det forvarmede materiale slipes under forhøyet damp- eller gasstrykk, mellom innbyrdes roterende slipedeler i et slipeaggregat, til fibermasse som ved hjelp av dampen eller gassen blåses fra aggregathuset til en separatorinnretning som likeledes befinner seg under damptrykk og hvori dampen utskilles fra massen, karakterisert ved at overføringen av materialet, ikke bare til forvarmeren men også fra denne til slipeaggregatet, foregår ved hjelp av en damptett transportør og at det i slipeaggregatet opprettholdes et damp-eller gasstrykk som er høyere enn i forvarmeren, slik at dampen som utstrømmer fra slipeaggregatet til mottakerinnretningen, overføres videre til forvarmeren på grunn av dette høyere trykk, og der bevirker at materialet forvarmes til over 100°C.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det til materialet i aggregathuset overføres friskdamp eller gass før og eventuelt etter at materialet har passert mellom slipedelene, hvorved friskdampen eller gassen bibringes et trykk og en temperatur som sikrer at materialet i forvarmeren oppvarmes til over 100°C, fortrinnsvis 125-150°C.

3. Anordning for utøvelse av fremgangsmåten i samsvar med krav 1 for fremstilling av fibermasse av lignocelluloseholdig råmateriale, som omfatter en forvarmer hvortil det, gjennom en damptett overføringsanordning, overføres råmateriale samt damp til forvarming av materialet, en transportør for overføring av det forvarmede materiale til et slipeaggregat med innbyrdes roterbare slipedeler som er innmontert i et aggregathus, og en utad avtettet mottakerinnretning hvori den ferdigslipte fibermasse innblåses ved hjelp av damp som er til stede i slipeaggregathuset og som separeres fra fibermassen i mottakerinnretningen, karakterisert ved at transportøren er utformet for damptett overføring av materialet fra forvarmeren til slipeaggregatet, og at mottakerinnretningen er forbundet med forvarmeren gjennom en ledning, slik at når det i slipeaggregatet ut vikles eller tilføres damp eller gass av høyere trykk og temperatur enn i mottakerinnretningen og forvarmeren, vil denne damp eller gass overføres gjennom ledningen til forvarmeren og der bevirke at materialet oppvarmes til over 100°C.

4. Anordning i samsvar med krav 3, karakterisert ved at slipeaggregatet er innrettet for å tilføres friskdamp eller gass av tilstrekkelig overtrykk og temperatur til at den, i hvert fall delvis, er årsak til at materialet forvarmes til ønsket temperatur i forvarmeren innen det overføres til slipeaggregatet .