SE409476B - Sett for fraffinering av lignocellulosahaltigt material - Google Patents

Description

20 '~ ;25 30 35 40 28501877 -7 2 att malspalten blir lagom stor vid den önskade effektinsatsen och bearbetningen av fibermaterialet. En för trång malspalt ger svårigheter vid transporten av massan genom spalten och medför ofta att massakvaliteten blir dålig p g a att många fibrer klipps av eller förstöres på annat sätt under passagen mellan ski- vorna. En alltför stor malspalt orsakar å andra sidan problem med höga spet- halter i massan; raffineringen blir med andra ord inte fullgod.

Massakoncentrationen påverkar malspalten för en viss energiinsats på föl- jande sött. I med åtföljande energiförbrukning vid en viss malspalt. nell raffíneringsteknik skall nå samma bearbetning av fibermaterialet eller samma energiförbrukning vid låg massakoncentration måste malspalten minskas.

Orsaken till dessa förhållanden torde vara dels att massafibrerna bildar en tjockare bädd vid högre koncentration, dels att fibrernas uppehållstid mellan raffinörskivorna blir längre p g a ökat transportmotstånd när koncentrationen Vid lägre massakoncentrationer transporteras materialet snabbare genom Vill man då fortfarande nå samma bearbetningsgrad av fibrerna Detta medförxökad intensi- Vid hög massakoncentration nås en viss bearbetning av materialet Om man med konventio- ökas. malspalten. (samma energiförbrukning), måste malspalten minskas. tet i energiöverföringen från malsegment till fibrer och därmed större risk för fiberskador. ' _ Vid tillämpning av dagens processteknik tvingas man därför arbeta med relativt höga massakoncentrationer i raffinören, vanligen över 20% räknat som utloppskoncentration, för att hamna i rött malspaltsintervall så att man får tillfredsställande massakvalitet och undviker fiberskador. Detta gäller för alla typer av processer där man arbetar i det högsta utbytesintervallet (7>85%), -t ex termomekaniska eller kemimekaniska processer. Vid dessa höga massakoncent- rationer blir emellertid ångutvecklingen hög, vilket leder till en rad svårbe- mästrade problem, när flis-, fiber-, vatten- och ångflödena genom raffinören var för sig skall regleras så att de förlöper störningsfritt. Massafibrerna blir dessutom i sig flödesmässigt svårhanterliga och energiförbrukningen vid bearbetningen blir hög. _ Huvuddelen av den ånga, som bildas under processen lämnar raffinören till- sammans med fibermaterialet och ej förångat vatten genom malspalten och strömmar ut i det omgivande malhuset. Ãngmängden är stor och ånghastigheterna genom spalten blir mycket stora. Detta begränsar naturligtvis energíinsatsen, i fle- ra fall så pass kraftigt att man ej uppnår önskad bearbetning av fibermateria- let under en enda passage utan tvingas tillgripa förnyad raffinering en eller flera gånger på hela massamängden eller del därav, d v s raffineringen måste ut- föras i flera steg. Ãngan upptar dessutom en mycket stor del av utrymmet i spalten mellan de bearbetande malskivorna, vilket tillsammans med det förhål--_ landet, att fibermaterialet vid höga koncentrationer ör ojämnt fördelat i mal- spalten och över malsegmenten, leder till att man inte kan utnyttja alla de möj- ligheter till bearbetning av fibermaterialet, som malsegmenten erbjuder. 10 15 20 i25 30 35 40 7801877-7 Även om större delen av den bildade ångan strömmar ut vid malsegmentens periferi är det likväl en icke föraktlig del därav, som vill gå bakåt och lämna raffinären, där flisen matas in. Detta hindrar i många fall inmatningen av densamma och orsakar därmed allvarliga effektvariationer. Ett sådant varie- I rande fiberflöde genom raffinören inverkar naturligtvis menligt på massakvali- teten. När fiberflödet är för stort blir bearbetningen därav otillräcklig, när det är för litet, blir den alltför intensiv.

Att ångan på detta sätt strömmar dels framåt, dels bakåt beror på att trycket i spalten mellan malsegmenten blir större med ökad energiöverföring i riktning mot periferien och når ett maximum någonstans i den yttre delen.

Energiöverföring och ångutveckling når här sina maxima och området blir en na- turlig delare för ångflödet framåt/bakåt.

Stora och svårbemästrade ångmängder bildas alltså, när man tvingas utföra raffinering av fibermaterial vid höga fiberkoncentrationer. Bestämd omedelbart efter raffineringen ligger fiberkoncentrationerna oftast i området 25-35%. I avsevärd grad kommer därför ångproblemen att bestämma utformningen av malseg- menten, som utgör de instrument med vilka fibermaterialet bearbetas. Sålunda måste spår och bommar utformas så, att spåren blir tillräckligt breda och djupa, så att ångtransporten inte hindras. Ã andra sidan skulle ett smalare spår och * en bredare bomyta ofta vara fördelaktigare med tanke på fibrernas bearbetning, något som hänsynen till ångtransporten alltså förhindrar. Vidare är det önsk- värt att så mycket som möjligt hålla fibermaterialet uppe kring bomytor och eggar, så att materialet är åtkomligt för den bearbetning, som åstadkommes av bommornas eggar och ytor. Djupa spår försvårar detta. En effektiv bearbet- ning av fibermaterialet kräver vidare enligt nya malteorier en ständig och snabb omfördelning av materialet, vilket även detta försvåras av alltför djupa spår och hög fiberkoncentrotion. _ Åv vad som nu sagts framgår att det vore i hög grad önskvärt att utföra raffinering av fibermaterial vid lägre fiberkoncentrationer än vad dagens tek- nik tillåter. När koncentrationen sänks minskarlångutvecklingen och fiberflö- det genom raffinören underlättas. Fibermaterialet fördelas jämnare över de be- arbetande ytorna, omfördelningen av materialet i spåren sker lättare och snab- bare och möjligheterna till bearbetning av fiber och flis utnyttjas bättre. Den starkt minskade ångutvecklingen medger förnuftigare utformning av malsegmenten.

Dessa fördelar med låg massakoncentration under raffineringen ger sig till känna så, att när massakoncentrationen sänkts under 15% kan man konsta- tera en påtaglig minskning av energiförbrukningen för en viss bearbetningsgrad av fibermaterialet mätt som avvattningsmotstånd. Denna effekt är emellertid svår att utnyttja med dagens teknik, då samtidigt malspalten minskar så kraftigt vid raffinering vid dessa låga koncentrationer, att massans styrkeegenskaper ' försämras p g a fiberskador, se ovan.

Med föreliggande uppfinning kan man få tillräcklig uppehållstid för fiber- 10 15 20 1 '25 30 35 40 4 7801877-7 materialet i raffinören, så att den specifika effektinsatsen kan hållas på en nivå där fiberskador undviks, trpts att raffineringen utföres i koncentrations- intervallet 8-15%, räknat som utloppskoncentration. Detta innebär att energi- förbrukningen vid raffineringen kan minskas väsentligt samtidigt som den fram- ställda massans kvalitet upprätthålls eller t o m förbättras. Detta är möjligt genom att massaflödet genom raffinören enligt uppfinningen bromsas effektivt.

Uppfinningens kännetecken framgår av patentkraven.

I det följande skall uppfinningen beskrivas närmare med hänvisning till figuren som schematiskt visar en raffinör för utförande av sättet enligt upp- finningen.

Den visade raffinören är en skivraffinör där båda malskivorna roterar i förhållande till varandra, men uppfinningen är också tillämplig på en raffinör med en fast och en roterande malskiva.

Raffinören innefattar ett stativ 1 är lag- i vilket två axlar 2, 3 5 och är i sin ena rade. Axlarna drivs i motsatta riktningar av motorer 4, ände försedda med malsegmenthñllare 6, 7 på vilka malsegmenten 8, 9 är fästade. Mellan malsegmenten 8, 9 bildas en malspalt 10 som kan regleras 2 och tillhörande segmenthâllare 6. Den andra segmenthâllaren för tillförsel av material, vilka står i förbindelse med en inmatningsanordning 12. Till materialinloppet är en tillförselledning 13 för spädvatten ansluten. Tillförd genom axiell förskjutning av den ena axeln 7 är försedd med öppningar 11 mängd spädvatten regleras med en ventil 14. 7 omges av ett slutet malhus 15. Till malhuset 16 för spädvatten ansluten, lämpligen till nedre För avledning Segmenthöllarna 6, 15 är en tillförselledning delen av malhuset. Med en ventil 17 kan tillförseln regleras. av det raffinerade materialet är en utloppsledning 18 ansluten till malhuset, lämpligen till dess övre del. Trycket i malhuset regleras med en ventil 19.

Det lignocellulosahaltiga materialet som skall raffineras förvärms med ånga och/eller behandlas med lígninuppmjukande kemikalier, exempelvis Na2$O3 Materialet matas fram av en skruvinmatare 7 och ut genom före raffineringen på känt sätt. 12 och passerar in genom öppningarna 11 i segmenthàllaren malspalten 10. Trycket i'inmatningszonen, d v s där materialet införes genom öppningarna 11, hålls vanligtvis mellan 10 och 260 kPa, lämpligen mellan 20 och 140 kPa. Detta motsvarar en temperatur av ungefär 100 - 140°C, lämpligen 105 _ 12s°c. _ ' Materialkoncentrationen vid raffineringen hålls inom 8-15%, räknat som utloppskoncentration, d v s koncentrationen när materialet lämnar malspalten.

Denna koncentration regleras genom tillförsel av spädvatten av lämplig tempe-1 ratur via ledningen 13.

Genom kontinuerlig och reglerad tillförsel av spädvatten, lämpligen fab- rikens bakvatten, via ledningen 16 utspädes massan efter raffineringen till lätt pumpbar koncentration, lämpligen 1 - 6 % och företrädesvis 2 - 5 %, så 10 15 20 25 30 35 40 78-0187? - 7 5 att malhuset 15 hålls fyllt av fibersuspensionen. Därigenom bildar fibersus- pensionen i malhuset en vägg runt malspaltens utloppsöppning och bromsar fiber- materialets acceleration genom malspalten. Materialets uppehållstid i malspal- ten ökar och den låga koncentrationen medger en jämnare fördelning av materia- let. Flödet genom spalten antar karaktär av pluggflöde.

'Materialets uppehållstid i malspalten påverkas även av malsegmentens möns- ter. *I föreliggande fall är således ett tätt mönster önskvärt, d v s spårens djup och bredd skall utföras med små dimensioner. Exempelvis kan malsegmenten utformas med en bearbetningszon där spårbredden understiger 2 mm och spårdju- pet understiger 4 mm. Dessutom bör malsegmentens spår förses med ett stort antal dammar. Såsom tidigare framhållits ger sådana mönster också en effek- tivare bearbetning av fibrerna.

I malhuset 15 upprätthålls utanför malskivorna ett tryck som ungefär motsvarar trycket i inmatningszonen. Under vissa förhållanden kan det dock vara lämpligt att upprätthålla ett högre tryck i malhuset än i inmatningszonen.

Materialets uppehållstid i malspalten kan därigenom förlängas ytterligare.

Trycket i malhuset regleras med ventilen 19 i utloppsledningen 18 från mal- Den låga koncentrationen i malhuset ger ett jämnt flöde genom malhuset. 19 blir huset.

Vidare innebär den låga koncentrationen att tryckfallet över ventilen > lättare att kontrollera och därmed även trycket i malhuset och hela raffine- ringsoperationen.

Genom att koncentrationen vid raffineringen hålls på en låg nivå (8-15%), bildas avsevärt mindre ånga än normaltf Ingen eller mycket litet ånga ström- mar bakåt mot den inkommande flisen, och den ånga, som strömmar ut genom spal- ten har låg hastighet och kondenserar så gott som omedelbart i den fibersuspen- sion, som omger segmenthållarna.Ått malhuset är fyllt av e1fibersuspension av låg koncentration medför dessutom att värme leds bort från raffineringszonen mycket effektivare. Detta bidrar till att ytterligare begränsa ångutvecklingen i raffineringszonen.

Det är även möjligt att utnyttja defibrerad flis som utgångsmaterial.

Skruvinmataren 12 kan då utbytas mot en massapump, vars utloppsledning di- rekt anslutes till raffinörens inmatningszon.> Med defibrerad flis avses här ett fibermateriol som i en föregående operation partiellt defibrerats med mycket liten energiinsats. Defibreringen kan föregås av förvärmning och/eller behandling med ligninmjukgörande kemikalier. Malspalten vid denna operation är star och fiberskadorna obetydliga.Raffineringen, insatsen av energi sker sedan på sätt som beskrivs ovan.

Raffinering av fibermaterial vid låg koncentration, företrädesvis i om- Då är det dock fråga om fiber- d v s den huvudsakliga rådet 2-5%, har i och för sig länge tillämpats. material i lågt utbyte, vanligast omkring 50%, s k kemiska massor, eller i ut- byten upp till 8Q%, s k halvkemiska massor. I båda fallen har fibrerna en helt annan karaktär än i det utbytesområde, som uppfinningen gäller ( >*85%) 10 7801877-7 6 Dessa låga utbyten, under 80%, ger flexibla fibrer, som kan malas vid låg kon- centrotion och små spalter utan fiberförstöring. Det är dessutom aldrig eller mycket sällan fråga om större energiinsatser ön 400-500 Hüh/ton, vilket är ungefär hälften till en tredjedel av den energimöngd, som behövs för fullgod raffinering av högutbytesfíber enligt uppfinningen. Vidare är att mörka att fiberkoncentrationen i dessa fall (2-5%) är densamma i såväl malspalt som mal- hus. Ett fibermaterial som efter raffinering kan karakteriseras som mekanisk eller kemimekanisk massa, raffineros enligt konventionell teknik, från råmate- rial till färdig massa vid hög koncentration, 20 - 4Q%.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de beskrivna utföringsfor- merna utan kan varieras inom ramen-för uppfinningstanken.

Claims (5)

7801877~7 ~: P a t e n t k r a v

1. Sött för raffinering av lignacellulosahaltigt material varvid materialet först förvdrmes och/eller behandlas med ligninuppmiukande kemikalier samt -eventuellt defibreras och därefter införas i en skivraffinör och raffineras under passage ut genom spalten (10) mellan raffinörens malskivor (6, 7) till ett omgivande hus (15), k ö n n e t e c k n a't av att raffineringen ut- föres vid så låg koncentration av materialet att koncentrationen vid mate- rialets utträde ur malspalten (10) blir 8-15%, att vatten kontinuerligt till- föres malhuset (15) utanför malskivorna (6, 7) för att utspöda det raffinerade materialet till en fibersuspension med lätt pumpbar koncentration, lämpligen 1-6%, samt att malhuset (15) hålls fyllt av denna suspension.

2. Sött enligt kravet 1, k ö n n e t e c k n a t av att ett övertryck upprötthålles vid materialets inträde i mellanrummet mellan malskivorna (6, 7) samt att“huvudsakligen samma övertryck upprötthålles i malhuset (15) utanför malskivorna.

3. Sött enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att övertrycket hålls mellan 20 och 140 kPa.

4. Sött enligt något av föregående krav, k H n n e t e c k n a t av att materialkoncentratianen vid raffineringen upprätthålls genom reglerad till- försel av spödvatten vid materialets inträde i mellanrummet mellan malski- vorna (6, 7),

5. Sött enligt något av föregående krav, k 8 n n e t e c k n a t av att vattnet för utspädning av materialet i malhuset (15) tillföras till malhusets nedre del och att materialet avledes från malhusets övre del. ÅNFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige 213 691 (55 a:1/45), 215 084 (SO c:18/01) Frankrike 972 042, 1 229 884 '