PL192736B1

PL192736B1 - Sposób wytwarzania papieru lub tektury

Info

Publication number: PL192736B1
Application number: PL350849A
Authority: PL
Inventors: Mats Fredlung; Anders Moberg; Frank Peng; Fredrik Werner
Original assignee: Stora Enso Ab
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2006-12-29
Also published as: SE9900607D0; SE9900607L; CA2360223C; DE60022212D1; NZ513669A; SE513596E; WO2000050695A8; RU2219297C2; CN1160501C; ATE302877T1; PL350849A1; AU2141300A; EP1218590B1; US6517680B1; CA2360223A1; ES2248040T3; BR0008414B1; SE513596C2; JP2002538320A; DE60022212T2

Abstract

1. Sposób wytwarzania papieru lub tektu- ry o jednej lub wiekszej liczbie warstw majacy na celu uzyskanie papieru lub tektury o jedno- rodnej i wysokiej jakosci, znamienny tym, ze wyznacza sie (4) sklad wlóknisty odpadu papie- ru lub tektury, tak zwanego braku wlasnego (7), po czym brak wlasny frakcjonuje sie (5, 6) i przynajmniej jedna uzyskana frakcje (8, 9, 10) przenosi sie do danej warstwy papieru lub tek- tury, przy czym frakcjonowanie (5, 6) steruje sie tak, aby sklad wlóknisty w uzyskanej frakcji wlókien (8, 9, 10) dostosowac do skladu wlók- nistego wejsciowej masy papierniczej (1, 2, ,3) przeznaczonej do wytworzenia danej warstwy. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania papieru lub tektury. Sposób ten ma na celu wyrównanie wahań jakości oraz poprawę poziomu jakości przez powtórne skierowanie do produkcji materiału odpadowego, tak zwanego braku własnego. Przekształcony brak własny wprowadzany jest powtórnie do papieru lub tektury w lepiej kontrolowany sposób w porównaniu z konwencjonalnymi technikami.

W procesie wytwarzania papieru i tektury z włókien celulozowych, kładzie się wielki nacisk na skład włóknisty przeznaczonych do wytworzenia różnych wyrobów, w celu optymalnego wykorzystania właściwości tych włókien. Papier i tektura wytwarzane są na przykład z różnych zestawów surowców zawierających różne proporcje różnych rodzajów włókien i masy papierniczej zależnie od pożądanych własności ostatecznego produktu. Nawet jeżeli dany gatunek papieru czy tektury posiada pewien własny nominalny skład włókien, istnieją naturalne wahania w surowcach włókna, ponieważ różne gatunki drewna odznaczają się różnymi właściwościami włókien, patrz tabela 1, i istnieją ponadto naturalne różnice właściwości włókien drewna, jeśli chodzi o długość, szerokość, grubość ścian włókien, i tym podobne. Rozkład długości włókien w ścierze szwedzkiego drewna miękkiego rozciąga się od ułamków milimetrów aż do 6-7 mm. Dla ścieru drewna brzozowego odpowiednie wartości wynoszą od ułamków milimetrów do około 3-4 mm. Oznacza to, że świeże masy celulozowe wykazują duże niejednorodności w rozkładzie właściwości włókien.

Tabela 1.

Rozmiary włókien dla kilku różnych rodzajów drewna.

	sosna południowych stanów USA, sosna Loblolly	sosna szwedzka	eukaliptus	brzoza
	drewno wiosenne	drewno letnie	drewno wiosenne	drewno letnie
średnia długość, mm	3,0	3,5	2,7	3,0	1,0	1,1
średnia szerokość, mm	45	35	35	25	16	2,2
średnica otworu, mm	32	12	30	10	10	16
liczba włókien na gram drewna, x10⁷	1	1,5	13	8

Źródło: (Norman B., „Pappersteknik”, 1991, Sztokholm, Institutefor Paper Engineering, Kunliga Tekniska Hogskolan)

W procesie produkcji papieru i tektury zawsze powstaje pewna ilość odpadów, tak zwanego braku własnego. Brak własny może zawierać pasma krawędziowe, szerokości na zwojach gotowego produktu, co powoduje, że cała szerokość maszyny nie może być w pełni przeznaczona na gatunek drugiej jakości, i tym podobne. Z wymienionych przykładów czynników powodujących powstanie braku własnego, zrozumiałe jest, że ilość braku własnego zmienia się w czasie. Gdy wytwarzany jest produkt spełniający wymagania jakościowe przy wykorzystaniu całej szerokości maszyny, występują niewielkie ilości braku własnego. Jeżeli jednak, z pewnych przyczyn, istnieją problemy z zachowaniem parametrów jakościowych, na przykład przy zmianie jakości maszyny, a pełna szerokość maszyny nie może być wykorzystana, ilości braku własnego stają się większe.

Tabela 2 ukazuje przykład obliczeń tego, jak zmieniająca się ilość braku własnego zmienia kompozycję włókien w trzywarstwowym produkcie dla różnych mieszanin braku własnego. Przykład oparty jest na braku własnym zwróconym bezpośrednio do warstwy wewnętrznej.

PL 192 736 B1

T ab el a 2.

Udział w całkowitej masie składu włóknistego dla warstwy wierzchniej, warstwy środkowej oraz warstwy dolnej w gotowym produkcie, nominalnie oraz dla trzech różnych mieszanin braku własnego.

		mieszanina braku własnego, % masy całkowitej
	nominalnie	0	10	20
warstwa wierzchnia, (%)	25	25	27,5	30
warstwa wewnętrzna, (%)	50	50	45	40
warstwa dolna, (%)	25	25	27,5	30

Wszystkie gatunki papieru i tektury zawierają większe lub mniejsze ilości braku własnego. Jedynie w przypadkach, gdy cała ilość braku własnego może zostać użyta bezpośrednio, z lub bez następującej kolejno obróbki, wahania jakości wynikające z nominalnego składu włókien wytwarzanego papieru lub tektury są do uniknięcia, to jest wtedy, gdy, przykładowo, powstaje 15% braku własnego przy jednoczesnej produkcji gatunku, którego nominalna zawartość braku własnego przy wytwarzaniu wynosi 15%. We wszystkich innych przypadkach brak własny przyczynia się do wahań jakości poprzez zmianę składu włókien, który odbiega od nominalnego składu włóknistego w wyniku faktu, iż istnieje nadwyżka braku własnego, który musi być przechowany, brak braku własnego, zapas braku własnego o innym składzie włóknistym niż gatunek, który jest aktualnie wytwarzany, i tym podobnie. Ilości braku własnego zmieniające się w czasie prędzej, czy później powodują wahania jakości wszystkich gatunków papieru i tektury.

Zgodnie ze znaną techniką, brak własny może być zarządzany na różne sposoby zależnie od jego ilości. Konwencjonalnie, rozdrobniony brak własny poddawany jest powtórnej obróbce, albo bezpośrednio po przechowaniu w kadzi/kolumnie, albo po przechowaniu w postaci zwoju, w celu wytworzenia papieru lub wewnętrznej warstwy wielowarstwowego papieru lub wielowarstwowej tektury. W idealnym przypadku, brak własny poddawany jest rozdrabnianiu w wodzie, gdzie podlega odpowiedniej obróbce poprzez mielenie lub oczyszczanie, i ponownie wykorzystywany bezpośrednio do produkcji wraz z pierwotną masą celulozową. Zmieniające się ilości braku własnego powodują jednakże często konieczność jego przechowywania. Przechowywanie to może być prowadzone na dwa sposoby. Jeden sposób polega na przechowywaniu rozdrobnionego braku własnego w kadzi/kolumnie po rozdrobnieniu i możliwej po tym obróbce. Drugi sposób polega na przechowywaniu zwojów poza klasowego gatunku w magazynie, które to zwoje są rozdrabniane i przetwarzane w miarę zachodzącej potrzeby.

W przypadku papieru lub tektury wielowarstwowej, problemy powodowane są nie tylko przez zmienne ilości braku własnego. Poprzez powtórne skierowanie braku własnego do wewnętrznej warstwy tektury, owa wewnętrzna warstwa tektury, do której dodano rozdrobniony brak własny będzie zawierała miazgę z włóknami, które miały swój początek w warstwie zewnętrznej. Wielowarstwowy papier lub tektura będzie zatem zawierać, w swej masie całkowitej, większą część włókien przeznaczonych do użycia w warstwie zewnętrznej papieru lub tektury, a mniejszą część włókien przeznaczonych do użycia w warstwie wewnętrznej, niż wynoszą wartości nominalne, patrz przykłady w tabeli 2.

Wiadomo, że włókna mogą być frakcjonowane przy użyciu sita lub hydrocyklonu, przy czym sito takie używane jest do frakcjonowania włókien w głównej mierze pod względem ich długości podczas, gdy hydrocyklon wykorzystywany jest do frakcjonowania włókien pod względem różnej grubości, a przez to ich różnej giętkości. Badania pokazują, że przy pomocy frakcjonowania wymiarów (sito), możliwe jest wydzielenie dużej części krótkich włókien ze strumienia włókien: Fredlund M. i inni, „Forbattrade kvalitetsegenskaper hos kartong genom fraktionering”, raport STFI, TF 23, 1996, Sztokholm, STFI; Grundstrom K-J, „STFIs silteknik hojer kvaliteten vid kommersiell drift”, STFI Industrikontakt, 1995, nr 1, s. 7-8. Udokumentowano również, że poprzez użycie hydrocyklonu można odseparować elastyczne włókna z większej ilości sztywnych włókien: Wood J. R. i Karnis A., „Distribution of fiber specific surface of papermaking pulps”, Pulp & Paper Canada 80 (1979): 4, s. 73-78; Bliss T., „Secondary fiber fractionation using centrifugal cleaners”, Tappi Pulping Conference, 1984, s. 217,;

Paavilainen L., „The possibility of fractionating softwood sulphate pulp according to cell wali thickness”, Appita 45 (1992): 5, s. 319-326. W zgłoszeniu USA nr 5 002 633 opisano proces frakcjonowania, którego celem jest wydzielenie najdłuższych włókien spośród włókien krótkich, wypełniaczy, za4

PL 192 736 B1 nieczyszczeń, i tym podobnych, z masy w celu powtórnego użycia najdłuższych włókien do produkcji papieru.

Ponadto znane jest łączenie różnych urządzeń frakcjonujących w systemach frakcjonujących przeznaczonych do różnych celów. W zgłoszeniu US 5 403 445 włókna powtórnie przetwarzane w produkcji papieru o zawartości włókien powtórnie przetwarzanych powyżej 70% podlegają frakcjonowaniu, a w zgłoszeniu US 5 061 345 wykorzystuje się szereg sit w celu wydzielenia włókien z wypełniacza. W niektórych systemach frakcjonowania celem jest wydzielenie włókien o różnych właściwościach w celu uzyskania możliwości użycia frakcji włókien w różnych warstwach. Opisano to w zgłoszeniu US 5 147 505, gdzie włókna w masie rozdzielane są pod względem grubości i grubsze włókna stosowane są w jednej warstwie, a włókna smuklejsze stosowane są w innej warstwie. W zgłoszeniu EP 0653516 A1 wskazuje się podobnie, że włókna drewna miękkiego rozdzielane są na frakcję włókien o grubych ścianach, które są stosowane w jednej warstwie oraz frakcję włókien cienkościennych, które stosowane są w innej warstwie.

W pracy Vollmer H., „Simulering av fraktioneringssystem”, STFI Report TF 81, 1997 STFI, Sztokholm opisuje się jakimi cechami odznaczają się urządzenia frakcjonujące pracujące w różnych warunkach i w jaki sposób rozprowadzają one włókna o różnych własnościach różnych frakcjach dla danych parametrów roboczych. Możliwe jest dzięki temu przewidzenie zestawu własności włókien w powstałych frakcjach włókien, gdy znane są parametry robocze dla układów danych urządzeń frakcjonujących o znanych cechach, a także, gdy znany jest zestaw właściwości włókien na wejściu strumienia masy włókien.

Znane jest również wyznaczanie właściwości włókien w trybie na bieżąco. Systemy takie opisane są na przykład w pracach: Fransson P.-I., „Matningar med. STFI FiberMaster i ett kartonbruk”, STFI Report TF 74, 1997, STFI, Sztokholm; Karlsson H. i inni, „STFI FiberMaster STFI Report TF 70, 1997, STFI, Sztokholm; Thomsson L. i inni, „Uppskattning av andelen CTMP i centerskikt vid kartongtillverkning”, STFI Report TF 78, 1997, Sztokholm, STFI.

W wyniku naturalnych wahań surowca włóknistego, zmieniającej się ilości braku własnego oraz zmieniającego się składu braku własnego niemożliwe jest całkowite wyeliminowanie wahań jakości. Niemniej jednak, wahania te stanowią problem w związku ze wzrastającymi wymaganiami stawianymi jakości papieru i tektury. Przy zwiększonych wymaganiach dotyczących wydajności produkcji i niższych kosztów produkcji, kładzie się nacisk na optymalne wykorzystanie materiału włóknistego. Pociąga to za sobą konieczność wykorzystania całego surowca włóknistego przeznaczonego do produkcji papieru i tektury w najlepszy możliwy sposób, to znaczy włókna te winny być użyte do wytworzenia takiego produktu, dla którego są najbardziej odpowiednie. Żaden z powyżej przytoczonych dokumentów nie omawia problemu zarządzania brakiem własnym w wytwarzaniu papieru lub tektury oraz realizacji frakcjonowania braku własnego podczas, gdy frakcjonowanie to może być prowadzone w sposób kontrolowany tak, żeby różne rodzaje włókien w materiale braku własnego mogły być ulokowane w najbardziej odpowiedniej warstwie/warstwach, w kontrolowanych proporcjach, w trakcie produkcji papieru lub tektury.

Sposób wytwarzania papieru lub tektury według wynalazku polega na tym, że wyznacza się skład włóknisty odpadu papieru lub tektury, tak zwanego braku własnego i brak własny frakcjonuje się. Przynajmniej jedną uzyskaną frakcję przenosi się do danej warstwy papieru lub tektury, przy czym frakcjonowanie steruje się tak, aby skład włóknisty w uzyskanej frakcji włókien dostosować do składu włóknistego wejściowej masy papierniczej przeznaczonej do wytworzenia danej warstwy.

Skład włóknisty braku własnego określa się przez charakteryzację prowadzoną ciągle dla jednego lub większej liczby parametrów: długości włókien, szerokości włókien, grubości włókien, kształtu włókien oraz elastyczności włókien. Skład włóknisty w otrzymanej frakcji (frakcjach) włókien określa się w taki sam sposób lub oblicza, a skład włóknisty w wejściowej masie papierniczej dla danej warstwy określa się przy użyciu przerywanej charakteryzacji jednego lub więcej ze wspomnianych parametrów.

Frakcjonowanie steruje się w oparciu o jeden lub więcej parametrów: skład włóknisty wejściowej masy papierniczej dla danej warstwy, skład włóknisty braku własnego oraz skład włóknisty w przynajmniej jednej z otrzymanych frakcji włókien.

Wyposażenie frakcjonujące użyte do frakcjonowania charakteryzuje się w trybie przerywanym pod względem wydajności frakcjonowania dla różnych wejściowych składów włóknistych w urządzeniu frakcjonującym oraz parametrów roboczych, przy czym parametry robocze odnosi się do strumienia wejściowego napływającego do wyposażenia frakcjonującego, relacji pomiędzy strumieniem wejścioPL 192 736 B1 wym, a strumieniem zatrzymanym, koncentracji strumienia wejściowego lub podobnych parametrów roboczych, która to charakteryzacja tworzy podstawę dla sterowania frakcjonowaniem. Frakcjonowanie steruje się, korzystnie ciągle, poprzez zmianę przynajmniej jednego parametru roboczego wyposażenia frakcjonującego, które to parametry robocze zawierają strumień wejściowy do urządzenia frakcjonującego, stosunek pomiędzy strumieniem wejściowym, a strumieniem zatrzymanym, koncentrację strumienia wejściowego lub podobne parametry robocze.

Przed procesem frakcjonowania brak własny rozdrabnia się do włóknistej zawiesiny, którą następnie obrabia się w miarę potrzeby przez mielenie lub czyszczenie.

Frakcjonowanie braku własnego dokonuje się w przynajmniej jednym etapie, w celu wytworzenia pierwszej frakcji włókien, składającej się głównie z włókien pierwszego rodzaju, których skład włóknisty przypomina wejściową masę papierniczą przeznaczoną do wytworzenia pierwszej warstwy oraz drugiej frakcji włókien, składającej się głównie z włókien drugiego rodzaju, których skład włóknisty przypomina wejściową masę papierniczą przeznaczoną do wytworzenia drugiej warstwy, po czym pierwszą frakcję włókien doprowadza się do pierwszej warstwy, a drugą frakcję włókien doprowadza się jest do drugiej warstwy.

W sposobie według wynalazku pierwszą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie krótkie włókna, a drugą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna.

Pierwszą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie korzystnie włókna elastyczne, a drugą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie włókna sztywne. Frakcjonowanie wykonuje się w przynajmniej dwóch etapach przy czym pierwszą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie włókna krótkie, drugą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna elastyczne, a trzecią frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna sztywne, po czym frakcje pierwszą i/lub drugą i/lub trzecią rozprowadza się w pożądanych ilościach do danej warstwy lub kilku warstw w procesie wytwarzania papieru lub tektury.

Rozprowadza się pożądaną ilość poprzez porównanie obliczonego składu włóknistego w danej warstwie po wymieszaniu z frakcją/frakcjami włókien z nominalnym składem włóknistym danej warstwy.

Drugą frakcję włókien dodatkowo mieli się i/lub frakcjonuje, przed doprowadzeniem w pożądanej proporcji do jednej lub większej liczby danych warstw.

Przechowuje się czasowo a gdy jest to wskazane, dodatkowo mieli lub poddaje rafinacji jedną, kilka lub wszystkie frakcje włókien.

Niniejszy wynalazek przedstawia sposób wytwarzania papieru lub tektury, w trakcie którego nadmiarowy materiał powstały w produkcji, tak zwany brak własny zużywany jest ponownie w optymalny sposób. Dzięki wynalazkowi kontrolowana może być jakość produktu, udoskonalone mogą być właściwości obsługi produktu, a także zniwelowane mogą być wahania jakości wytworzonego papieru lub tektury.

Te i inne cele wynalazku osiągane są przy użyciu sposobu według wynalazku.

W jednym aspekcie wynalazku skład włóknisty braku własnego określany jest poprzez prowadzoną w trybie ciągłym charakteryzację jednego lub więcej spośród wymienionych parametrów: długości włókien, szerokości włókien, grubości włókien, kształtu włókien oraz elastyczności włókien podczas, gdy w ten sam sposób określany jest skład włóknisty w wytworzonej (wytworzonych) frakcji (frakcjach) lub jest on obliczany, a skład włóknisty wejściowej masy papierniczej przeznaczonej dla tej samej warstwy określany jest przy użyciu charakteryzacji nieciągłej jednego lub więcej ze wspomnianych parametrów. Ponadto, frakcjonowanie to kontrolowane jest pod względem jednego lub więcej spośród następujących parametrów: składu włóknistego wejściowej masy papierniczej przeznaczonej na wspomnianą warstwę, składu włóknistego materiał braku własnego oraz składu włóknistego przynajmniej jednej z wytworzonych frakcji włókien.

Według innego aspektu wynalazku urządzenia frakcjonujące użyte do frakcjonowania charakteryzowane są w sposób nieciągły pod względem wyniku frakcjonowania dla różnych mieszanin włóknistych dostarczonych do urządzenia frakcjonującego oraz różnych parametrów roboczych, przez co parametry robocze odnoszą się do strumienia wejściowego docierającego do urządzenia, relacji między strumieniem wejściowym, a odrzuceniem, koncentracji strumienia wejściowego lub podobnych parametrów roboczych, których charakteryzacja tworzy podstawę dla wspomnianej kontroli frakcjonowania. Frakcjonowanie jest kontrolowane, korzystnie w trybie ciągłym, poprzez zmianę przynajmniej jednego z parametrów roboczych urządzenia frakcjonującego, do których to parametrów roboczych należą: strumień wejściowy do urządzenia, stosunek pomiędzy strumieniem wejściowym i materiałem odrzuconym lub też im podobne parametry robocze.

PL 192 736 B1

Zgodnie z innym aspektem wynalazku, frakcjonowanie odbywa się w przynajmniej dwóch etapach, w których pierwsza frakcja kontrolowana jest w pierwszym rzędzie na zawartość krótkich włókien, a inna frakcja kontrolowana jest głównie na zawartość włókien długich. Frakcja z długimi włóknami kontrolowana jest podczas frakcjonowania w drugim etapie na zawartość drugiej frakcji zawierającej głównie długie elastyczne włókna oraz trzeciej frakcji zawierającej głównie długie sztywne włókna, po czym wspomniane frakcje pierwsza i/lub druga i/lub trzecia rozprowadzane są w pożądanych proporcjach do danej warstwy lub kilku warstw w procesie wytwarzania papieru lub tektury.

Zgodnie z kolejnym aspektem wynalazku, frakcjonowanie pod względem długości włókien prowadzone jest korzystnie z użyciem sita podczas, gdy frakcjonowanie pod względem grubości włókien, a przez to ich elastyczności, prowadzone jest korzystnie przy użyciu hydrocyklonu.

Wykorzystując sposób według wynalazku, brak własny w istniejącej chemicznej masie papierniczej o krótkich włóknach (korzystnie w wymienionej powyżej pierwszej frakcji), chemicznej masie papierniczej o długich włóknach (korzystnie w wymienionej powyżej drugiej frakcji, która zawiera długie elastyczne włókna) oraz ścierze drzewnym (korzystnie w wymienionej powyżej trzeciej frakcji, która zawiera długie sztywne włókna) może być skierowany w pożądanej proporcji do pożądanej warstwy, co daje wyższą i bardziej wyrównaną jakość produktu, ponieważ mimo zmieniającej się ilości braku własnego i jego składu, możliwe jest kontrolowanie produktu prowadzące do uzyskania nominalnego składu włóknistego w warstwie/warstwach.

W przypadku papieru lub tektury wielowarstwowej, wykorzystując wynalazek, w istniejącym materiale braku własnego może nastąpić co wyszczególniono:

- chemiczne krótkie włókna mogą zostać skierowane korzystnie do ich pierwotnej warstwy zewnętrznej, dla której nałożone są ścisłe wymagania co do właściwości powierzchniowych,

- włókna ścieru drzewnego mogą być skierowane korzystnie do swej pierwotnej warstwy wewnętrznej, dla której nałożone są wymagania dotyczące wypełnienia,

- opcjonalnie użyte mogą być długie włókna chemiczne, po możliwym mieleniu i/lub frakcjonowaniu, w zewnętrznej warstwie i/lub jako wzmocnienie w warstwie wewnętrznej. Jeśli frakcja zawierająca głównie długie włókna chemiczne przechodzi dalsze frakcjonowanie, drobna frakcja może być przeniesiona do warstwy zewnętrznej, a frakcja gruba może być przeniesiona do warstwy wewnętrznej jako wzmocnienie, po mieleniu.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że poprzez separację różnych składników włóknistych w braku własnym można sterować umieszczeniem pożądanej proporcji danego składnika włóknistego w danej warstwie, w danej proporcji względem całego produktu. W szczególności, charakteryzacja włókien w trybie ciągłym, charakteryzacja urządzeń frakcjonujących i obliczenie zestawu właściwości włókien różnych frakcji umożliwia wykorzystanie frakcjonowania, wrazz pomocą odpowiednich zestawów urządzeń frakcjonujących, w celu uzyskania możliwości optymalnego sterowania frakcjonowaniem na każdym etapie. Kilka kolejnych etapów frakcjonowania może utworzyć wspólnie system frakcjonowania w celu wytwarzania ściśle pożądanych frakcji o pożądanym zestawie właściwości włókien. Pożądany zestaw właściwości włókien w danej frakcji może zatem być utrzymywany w pożądanej proporcji, na poziomie nominalnego zestawu właściwości włókien, w celu jego zastosowania w pożądanej warstwie. Produkt, to jest papier lub tektura, osiągnie dzięki temu dobrą jakość oraz stabilność tej jakości, pomimo włączenia do procesu braku własnego.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat proponowanego przykładu wykonania według wynalazku, fig. 2A przedstawia wykres stanowiący przykład stopnia akceptacji włókna jako funkcję długości włókna dla danego sita, fig. 2B przedstawia wykres stanowiący przykład stopnia akceptacji włókna jako funkcję długości włókna dla danego cyklonu, fig. 3 przedstawia zmianę linii z fig. 2A wraz ze wzrostem współczynnika zatrzymywania i przepuszczania przez sito, fig. 4 przedstawia wynik porównania pomiędzy indeksem sztywności zginania dla tektury według wynalazku i tektury odniesienia.

Proponowany przykład wykonania wynalazku przedstawiony jest na fig. 1. W oparciu o fig. 1 jeden aspekt wynalazku może być opisany w pewnej liczbie etapów.

Etap 1. Charakteryzacja masy.

Każda masa 1,2, 3, która przeznaczona jest dla odpowiedniej warstwy w wytworzonej tekturze lub papierze, analizowana jest w trybie ciągłym przy użyciu urządzenia charakteryzującego 4. Dzięki temu, masa ta charakteryzowana jest w zakresie różnych właściwości włókien/różnego składuwłóknistego, na przykład długości włókien, szerokości włókien, grubości włókien (masy włókna na jednostkę długości), kształtu włókien, elastyczności włókien, i tym podobnych. W celu otrzymania rozkładu różPL 192 736 B1 nych właściwości dla każdej masy analizowana jest wystarczająca ilość włókien. Te właściwości włókien/składy włókniste używane są jako odniesienie w następującej dalej charakteryzacji frakcjonowania.

Po wykonaniu charakteryzacji masy/mas 1, 2, 3 wyjaśniany/wyjaśniane jest/są rozkład(-y) właściwości włókien masy/mas.

Etap 2. Charakteryzacja urządzenia frakcjonującego.

Urządzenie lub urządzenia frakcjonujące 5, 6, które podlegają charakteryzacji zaopatrywane są w masę, która, została scharakteryzowana pod względem właściwości włókien zgodnie z etapem 1. Parametry robocze i wyposażenie urządzenia frakcjonującego zmieniane są systematycznie w trakcie eksperymentu charakteryzacji. Wyposażenie odnosi się na przykład do rodzaju użytego kosza sita, jeśli urządzeniem frakcjonującym jest sito lub rodzaju dyszy wylotowej, jeśli urządzeniem frakcjonującym jest cyklon 6, to jest wyposażenie to określa związane z projektowaniem ograniczenia dla urządzenia frakcjonującego. Parametry robocze odnoszą się na przykład do strumienia napływającego, stosunku strumienia wtryskiwanego i strumienia zatrzymanego, koncentracji masy wtryskiwanej, to jest parametrów, które określają jak działa dane urządzenie frakcjonujące według danego projektu.

Podczas systematycznych zmian parametrów roboczych i wyposażenia, strumienie zatrzymania iakceptacjicharakteryzowane są w taki sam sposób, co strumień wtryskiwany według etapu 1. Jeżeli wyposażenie to nie jest przeznaczone do modyfikacji, wystarczające są systematyczne zmiany parametrów roboczych. Po wyznaczeniu rozkładu właściwości dla wtryskiwania, zatrzymywania i akceptacji, obliczane są krzywe akceptacji lub zatrzymywania dla każdego punktu parametrów roboczych urządzenia frakcjonującego. Schematyczny przykład pokazano na fig. 2A i 2B.

Wykresy z fig. 2A i 2B interpretuje się tak, że ze wszystkich włókien w danej populacji o pewnej długości pewna część zostaje przepuszczona, a pozostała część zatrzymana. Dla przykładu, dla włókien o długości x1, y1% zostaje przepuszczona. W konsekwencji, 100-y1% zostaje zatrzymana. Z włókien o długości x2, y2% zostaje przepuszczona, a 100-y2% zostaje zatrzymana. Obydwa wykresy na tej figurze ilustrująfakt, który został opisany uprzednio, iż sito 5 dokonuje segregacji pod względem długości włókien podczas, gdy cyklon 6 frakcjonuje pod względem innych właściwości włókien (taki sam stopień akceptacji włókien niezależnie od ich długości). Przy zmianie jakiegoś parametru roboczego sita lub cyklonu krzywa na odpowiednim wykresie ulega przesunięciu, jakpokazano na fig. 2A i 2B. Figura3 przedstawia schematycznie, co się dzieje, gdy współczynnik przepływu pomiędzy strumieniem zatrzymanym, a strumieniem wtryskiwanym do sita ulega zmianie. Rosnący współczynnik przepływu prowadzi do zmniejszenia udziału włókien o pewnej długości klasyfikowanych jako akceptowalne.

Po zakończeniu charakteryzacji danego urządzenia frakcjonującego wyjaśnione zostało w jaki sposób urządzenie frakcjonujące winno zostać zaprojektowane i jak powinno pracować w celu osiągnięcia, przy danym poziomie wtryskiwania z charakterystycznymi rozkładami właściwości włókien, pożądanego stopnia akceptacji i zatrzymywania pod względem rozkładów właściwości włókien.

Etapy 1 i 2 opisane powyżej nie muszą być prowadzone w trybie ciągłym w realizacji wynalazku, w szczególności dotyczy to charakteryzacji urządzenia frakcjonującego. Z drugiej strony może być pożądane posiadanie możliwości ciągłego uaktualniania właściwości mas wejściowych. Charakteryzacja urządzenia frakcjonującego pozostaje właściwa tak długo, jak urządzenie frakcjonujące pozostaje nienaruszone, ale musi być powtórzona, jeśli zmianie uległo wyposażenie lub parametry robocze tak, że różnią się one od zakresów w jakich zmieniane były różne parametry podczas charakteryzacji. Charakteryzacja masy wejściowej może być powtórzona, jeśli nie jest wykonywana w trybie ciągłym, gdy proces produkcji masy uległ modyfikacji, zmianie uległ obszar pochodzenia drewna, istnieją duże wahania sezonowe, i tym podobnie.

Etap 3. Charakteryzacja braku własnego.

Część wytworzonego papieru lub tektury, która zwracana jest jako brak własny 7, charakteryzowana jest tak samo jak masy wejściowe w etapie 1. Brak własny jest następnie rozdrabniany i, wmiarępotrzeby,mielonylubpoddany rafinacji.

Po zakończeniu charakteryzacji braku własnego otrzymuje się, wykorzystując rozkłady właściwości włókien uzyskane dla braku własnego, podstawę dla sposobu w jaki urządzenie frakcjonujące winno być sterowane, aby osiągnąć pożądane wielkości akceptacji i zatrzymania pod względem rozkładów właściwości włókien.

Etap 4. Sterowanie urządzeniem frakcjonującym.

Wraz z wiedzą pochodzącą z etapu 2 o tym, jak każde urządzenie frakcjonujące 5, 6 działa dla danego rozkładu właściwości włókien, rozkłady właściwości włókien braku własnego 7 pochodzące

PL 192 736 B1 z etapu 3 tworzą podstawę sterowania parametrami roboczymi urządzenia frakcjonującego 5, 6 tak, żeby rozkłady właściwości włókien dla frakcji braku własnego były zbliżone tak, jak to tylko możliwe, do rozkładów właściwości włókien mas wejściowych 1, 2, 3. Gdy znane są rozkłady właściwości włókien pierwotnych mas wejściowych 1, 2, 3 z etapu 1, w oparciu o rozkład właściwości włókien braku własnego 7, można obliczyć skład włóknisty braku własnego. Obliczony skład włóknisty określa parametry robocze urządzenia frakcjonującego tak, aby parametry te dały pożądaną separację włókien. Proces frakcjonowania jest dzięki temu kontrolowany tak, aby, na przykład, wytworzyć pierwszą frakcję 8 zawierającą głównie włókna pierwszego rodzaju, które przypominają masę wejściową 1, drugą frakcję 9 zawierającą głównie włókna drugiego rodzaju, które przypominają masę wejściową 2 oraz trzecią frakcję 10 zawierającą głównie włókna trzeciego rodzaju, które przypominają masę wejściową 3, po czym różne frakcje kierowane są do odpowiedniej warstwy. Przez pojęcie „przypominają” rozumie się tutaj podobieństwo składu włóknistego.

W celu weryfikacji dokładności prowadzonego sterowania, frakcje 8, 9, 10charakteryzowane są 4 w taki sam sposób co masy wejściowe 1, 2, 3 w etapie 1. Porównanie pomiędzy rozkładami właściwości włókien mas wejściowych i rozkładami właściwości włókien frakcji pokazuje, czy niezbędne jest dostosowanie parametrów roboczych, które jest następnie wykonywane automatycznie. Fizyczne sterowanieurządzeniami frakcjonującymi 5, 6 wykonywane jest poprzez zebranie danych dotyczących charakteryzacji włókien w komputerze procesowym, gdzie odbywa się cała niezbędna obróbka danych. Zależnie od wyników przetwarzania tych danych, komputer procesowy wysyła następnie sygnał skierowany do wyposażenia procesowego, na przykład reguluje zawory, pompy i tym podobne, w celu wysterowania parametrów roboczych lub zgłoszenia alarmu, jeśli wyposażenie urządzeń frakcjonujących 5, 6powinno być zmodyfikowane.

Etapy 3 i 4 winny być wykonywane w trybie ciągłym podczas pracy, aby niniejszy wynalazek realizowany był optymalnie.

Cztery opisane etapy stanowią system służący separacji braku własnego 7 tak, aby poprzez wykorzystanie znajomości rozkładów właściwości włókien mas wejściowych 1, 2, 3 (etap 1) oraz metodę działania stosowaną przez urządzenia frakcjonujące 5, 6 (etap 2), analizę braku własnego (etap 3), a także sterowanie urządzeniem frakcjonującym (etap 4), z braku własnego otrzymane zostały frakcje włókien, których właściwości przypominają cechy mas wejściowych.

Gdy brak własny podzielony zostanie na pewną liczbę frakcji, których rozkłady właściwości włókien w dużym stopniu odpowiadają pierwotnym masom papierniczym, pojawia się możliwość podniesienia poziomu jakości oraz uzyskania bardziej jednorodnej jakości poprzez zdolność do powtórnego skierowania pożądanych, kontrolowanych ilości różnych frakcji do procesu wytwarzania papieru lub tektury. W przypadku produktu wielowarstwowego powstaje również możliwość zawrócenia pożądanej i kontrolowanej ilości danej frakcji do danej warstwy. Jeśli wymagane jest, tym sposobem, posiadanie pewnej stałej, powtórnie przerabianej ilości pewnej frakcji w danej warstwie, zależnie od nominalnego składu włóknistego w papierze lub tekturze, może być wymagane, aby różne frakcje podlegały czasowemu przechowywaniu w odpowiedniej kadzi lub kolumnie. W celu optymalnego wykorzystania frakcji może być również korzystne poddanie frakcji kolejnej obróbce poprzez mielenie lub oczyszczanie. Może to być wykonane w trybie ciągłym, jeśli frakcje nie podlegają czasowemu przechowaniu, lub też w powiązaniu z czasowym przechowywaniem frakcji.

Czasowe przechowanie jest szczególnie korzystne, jeśli wytwarzany papier lub tektura składa się wyłącznie z jednej warstwy. Według wynalazku, istnieje wtedy możliwość przeniesienia pewnej frakcji braku własnego z wcześniej wytworzonego papieru lub tektury do tej warstwy, dla której frakcja ta odznacza się podobnym składem włóknistym, podobnym do składu włóknistego w owym jednowarstwowym produkcie. Ta sama zasada stosuje się również naturalnie do sytuacji czasowego przechowywania przy wytwarzaniu produktów wielowarstwowych. Czasowe przechowywanie daje dodatkową możliwość osiągnięcia stabilności produktów. Zastosowanie tego wynalazku jest szczególnie korzystne przy wytwarzaniu papieru lub tektury o dwóch lub większej liczbie warstw.

Przykład

Następujący przykład oparty jest na wynikach próby w skali pilotowej. Podczas próby wytworzono trzywarstwową tekturę o nominalnej gramaturze 200 g/m² na pilotowej maszynie papierniczej. Zewnętrzne warstwy posiadały nominalne gramatury po 40 g/m² każda, a środkowa warstwa posiadała nominalną gramaturę 120 g/m². W tekturze odniesienia zewnętrzne warstwy zawierały mieszaninę krótkich włókien chemicznych/długich włókien chemicznych w stosunku 50/50, a warstwa centralna zawierała mieszaninę włókien ścieru drzewnego/braku własnego w stosunku 50/50. Tektura odniesiePL 192 736 B1 nia porównywana była z tekturą próbną, która miała takie same nominalne gramatury warstw oraz takie same pierwotne masy papiernicze. Różnica polegała na tym, że brak własny był frakcjonowany w trzech etapach. W pierwszym etapie frakcjonowania, wykonanym na sicie, wyseparowano frakcję, którą oznaczono jako krótkie włókna chemiczne brak własny. Wdrugim etapie frakcjonowania długie włókna zostały rozdzielona na frakcję włókien elastycznych, długie włókna chemiczne brak własny, oraz na frakcję włókien sztywnych, włókna mechaniczne brak własny. Frakcja długich włókien chemicznych braku własnego frakcjonowana była w trzecim etapie na materiał akceptowany składający się z krótszych, smuklejszych włókiendługie włókna chemiczne brak własny, nie mieloneoraz na materiał nieakceptowany składający się z dłuższych, grubszych włókien, długie włókna chemiczne brak własny, mielone. Materiał nie zaakceptowany był intensywnie mielony w celu zastosowania wcharakterze masy wzmacniającej. Mieszaniną zewnętrznych warstw tektury próbnej była mieszanina: (krótkie włóknachemiczne + krótkie włókna chemiczne brak własny) / (długie włókna chemiczne + długie włókna chemiczne brak własny, nie mielone) w proporcji 50/50, mieszaniną warstwy centralnej była mieszanina w proporcji 55/45: włókna mechaniczne/(włókna mechaniczne brak własny + długie włókna chemiczne brak własny, mielone). Poprzez zawrócenie włókien chemicznych, które w tekturze odniesienia znajdowały się w warstwie centralnej, do warstw zewnętrznych tektury próbnej osiągnięto znaczący wzrost sztywności zginania, ponieważ włókna chemiczne usunięte z warstwy centralnej mogły być zastąpione większą ilością włókien mechanicznych. Figura 4 przedstawia zwiększoną sztywność zginania wyrażoną w postaci indeksu sztywności zginania. Próba w skali pilotowej mogła być zweryfikowana eksperymentalnie, gdzie trzywarstwowe arkusze laboratoryjne wytworzone zostały z tego samych zapasów co użyte w próbie pilotowej. Tektura próbna odznaczała się około 25% wyższym indeksem sztywności zginania w porównaniu z tekturą odniesienia. Oznacza to, że możliwe jest wytworzenie tektury o takim samym indeksie sztywności zginania przy gramaturze niższej o 8%. Taka oszczędność gramatury pociąga za sobą zmniejszenie kosztów surowca, a przez to zmniejszenie kosztu wytwarzania.

Wynalazek ten nie jest ograniczony do przedstawionych wyżej przykładów wykonania, ale może być modyfikowany w zakresie następujących zastrzeżeń. Rozumie się, że szczególnie separacja na frakcje i ich przenoszenie, włączając w to etap przechowania pośredniego, mogą być modyfikowane na różne nieuchwytne sposoby, przy czym każdy młyn posiada unikalną możliwość dostosowania swego procesu wytwarzania. Gdy młyny leżą w stosunkowo niewielkiej odległości od siebie, może być także korzystne przetransportowanie frakcji pomiędzy tymi młynami.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzaniapapierulubtekturyo jednej lub większej liczbie warstw mający na celu uzyskanie papieru lub tektury o jednorodnej i wysokiej jakości, znamienny tym, że wyznacza się (4) skład włóknisty odpadu papieru lub tektury, tak zwanego braku własnego (7), po czym brak własny frakcjonuje się (5, 6) i przynajmniej jedną uzyskaną frakcję (8, 9, 10) przenosi się do danej warstwy papieru lub tektury, przy czym frakcjonowanie (5, 6) steruje się tak, aby skład włóknisty w uzyskanej frakcji włókien (8, 9, 10) dostosować do składu włóknistego wejściowej masy papierniczej (1, 2, ,3) przeznaczonejdowytworzeniadanejwarstwy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym,żeskładwłóknistybrakuwłasnego(7)określasię przez charakteryzację (4) prowadzoną ciągle dla jednego lub większej liczby parametrów: długości włókien, szerokości włókien, grubości włókien, kształtu włókien oraz elastyczności włókien, gdy skład włóknisty w otrzymanej frakcji (frakcjach) włókien (8, 9, 10) określa się w taki sam sposób lub oblicza, a skład włóknisty w wejściowej masie papierniczej (1, 2, 3) dla danej warstwy określa się przy użyciu przerywanej charakteryzacji jednego lub więcej ze wspomnianych parametrów.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że frakcjonowanie (5, 6) steruje się w oparciu, o jeden lub więcej parametrów: skład włóknisty wejściowej masy papierniczej (1, 2, 3) dla danej warstwy, skład włóknisty braku własnego (7) oraz skład włóknisty w przynajmniej jednej z otrzymanych frakcji włókien (8, 9, 10).
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyposażenie frakcjonujące użyte do frakcjonowania (5, 6) charakteryzuje się w trybie przerywanym pod względem wydajności frakcjonowania dla różnych wejściowych składów włóknistych w urządzeniu frakcjonującym oraz parametrów roboczych, przy czym parametry robocze odnosi się do strumienia wejściowego napływającego do wyposażenia frakcjonującego, relacji pomiędzy strumieniem wejściowym, a strumieniem zatrzymanym, koncentracji

PL 192 736 B1 strumienia wejściowego lub podobnych parametrów roboczych, która to charakteryzacja tworzy podstawę dla sterowania frakcjonowaniem (5, 6).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcjonowanie (5, 6) steruje się, korzystnie ciągle, poprzez zmianę przynajmniej jednego parametru roboczego wyposażenia frakcjonującego, które to parametry robocze zawierają strumień wejściowy do urządzenia frakcjonującego, stosunek pomiędzy strumieniem wejściowym, a strumieniem zatrzymanym, koncentrację strumienia wejściowego lub podobne parametry robocze.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed procesem frakcjonowania (5, 6), brak własny (7) rozdrabnia się do włóknistej zawiesiny, którą następnie obrabia się w miarę potrzeby przez mielenie lub czyszczenie.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcjonowanie (5, 6) braku własnego (7) dokonuje się w przynajmniej jednym etapie, w celu wytworzenia pierwszej frakcji włókien, składającej się głównie z włókien pierwszego rodzaju, których skład włóknisty przypomina wejściową masę papierniczą przeznaczoną do wytworzenia pierwszej warstwy, oraz drugiej frakcji włókien, składającej się głównie z włókien drugiego rodzaju, których skład włóknisty przypomina wejściową masę papierniczą przeznaczoną do wytworzenia drugiej warstwy, po czym pierwszą frakcję włókien doprowadza się do pierwszej warstwy, a drugą frakcję włókien doprowadza się jest do drugiej warstwy.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że pierwszą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie krótkie włókna, a drugą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że pierwszą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie włókna elastyczne, a drugą frakcję włókien steruje się tak, aby zawierała głównie włókna sztywne.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że frakcjonowanie wykonuje się w przynajmniej dwóch etapach (5, 6), przy czym pierwszą frakcję włókien (8) steruje się tak, aby zawierała głównie włókna krótkie, drugą frakcję włókien (9) steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna elastyczne, a trzecią frakcję włókien (10) steruje się tak, aby zawierała głównie długie włókna sztywne, po czym frakcje pierwszą i/lub drugą i/lub trzecią rozprowadza się w pożądanych ilościach do danej warstwy lub kilku warstw (1, 2, 3) w procesie wytwarzania papieru lub tektury.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że rozprowadza się pożądaną ilość poprzez porównanie obliczonego składu włóknistego w danej warstwie (1, 2, 3) po wymieszaniu z frakcją/frakcjami włókien (8, 9, 10) z nominalnym składem włóknistym danej warstwy.
12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że drugą frakcję włókien (9) dodatkowo mieli się i/lub frakcjonuje, przed doprowadzeniem w pożądanej proporcji do jednej lub większej liczby danych warstw (1, 2, 3).
13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że czasowo przechowuje się, a gdy jest to wskazane, dodatkowo mieli lub poddaje rafinacji jedną, kilka lub wszystkie frakcje włókien (8, 9, 10).