SE434652B - Forfarande for explosionsdefibrering av cellulosafibrer fran vextmaterial samt utmatningsmunstycke for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

l0 l5 20 25 30 35 40 7801i57k~7 2 liknande cellulosamaterial under tryck medelst ånga, varvid trycket kan vara så högt som 6,9 MPa. Vid snabb avtappning av blandningen av flis/vatten/ånga från tryckkärlet överföres det i hålrummen i flisen infångade vattnet till ånga och alstrar den nödvändiga energin för erhållande av en väldefibrerad trämassa. Denna massa har funnit stor användning vid framställning av byggnadsplattor men betraktas allmänt som olämplig för pappersframställning. De höga temperaturer, som uppträder i samband med den insprutade ångan (mättad ånga vid ett tryck av 6,9 MPa har exempelvis en temperatur av 285°C) är markant högre än de temperaturer, som mot- svarar mjukningsomrâdet för cellulosa (bestämt av Goring till mellan 223°C och 25300 - se D.A.I. Goring, Pulp and Paper Mag. of Canada, sid. Tšl7-T527, december l963). Då således cellullosan upphettas till 28500 och bringas att explodera skadas de mjukgjorda cellulosafibrerna väsentligt och uppdelas i fragment under inverkan av explosionskraften. De höga temperaturerna vid Masonite-förfarandet i nducerar även hydrolytisk påverkan av cellulosan och orsakar ytterligare mjukgöring och ned- brytning av fibrerna. Den hydrolytiska påverkan kan delvis förbättras genom för- impregnering av flisen med alkali före explosionen, såsom beskrivits i de amerikanska patentskrifterna 1.872.996 och 2.234.l88. Emellertid kvarstår mjukgöring under in- verkan av värme och efterföljande skada beroende på explosion på cellulosafibrerna som ett oundvikligt drag hos förfarandet och vidare erfordras liknande temperaturer och tryck för att bringa alkalibehandlade flis att explodera under inverkan av ånga som då obehandlade flis bringas att explodera.

Andra sätt vid framställning av pappersmassa medelst explosion under inverkan av flyktig vätska har gått ut på att kringgå de ofördelaktiga temperatur/tryckegen- skaperna i vatten/ângsystemet genom användning av huvudsakligen icke-vattenhaltiga arbetsvätskor. Vätskeformig ammoniak (jämför den amerikanska patentskriften 3.707.436) och vätskeformig svaveldioxid (jämför H. Mamers, N.C. Grave; C.S.I.R.0. Division of Chemical Engineering Memorandum nr. CE/M34, juni l973) har båda visat sig ge effektiv defibrering och ge massor av sådan kvalitet, som är lämplig för pappers- framställning då de används som explosionsmedel. Emellertid har de tekniska problem, som står i samband med återcirkulering av stora volymmängder vätskeformig gas för- hindrat den allmänna tillämpningen av sådana förfaranden.

Inom den 'andra kategorin av explosionsförfaranden, nämligen de förfaranden, där gas används som hjälpmedel, undviks de ofördelaktiga termodynamiska egenskaperna för ånga/vattensystemet genom att sörja för att temperatur och tryck är oberoende processvariabler. Förfarandena genomföras allmänt vid sådana temperaturer, att endast ângtrycket skulle vara otillräckligt för att defibrera flisen vid explosion, men gas under högt tryck införes i uppslutningsanordningen före explosion och gasen under högt tryck åstadkommer den energi, som är nödvändig för frigöring av fibrerna.

Förut kända explosionsförfaranden, där gas används som hjälpmedel, har innefattat defibreringen av ångbehandlad träflis, som uttagits från uppslutningsanordningar, 10 15 20 25 30 35 40 s '78Gli57l+~'? och som vidare försatts under tryck mede1st ädeigaser (se de amerikanska patent- skrifterna 1.578.609 och 1.586.159) och defibreringen av kemiskt fórbehand1ade fiis, där systemet ytter1igare försattes under tryck medeist gasformig koidiokid, ammoniak e11er svaveldioxid (jämför den amerikanska patentskriften 2.977.275).

Tota1t sett har de förut kända expiosionsförfarandena, där gas används som hjä1pmede1, icke varit så effektiva vid defibrering av kokfiis och andra ce11u1osa- materia1 som exp1osionsförfarandena, där f1yktig vätska kommer ti1i användning.

S1itsarna (jämför den amerikanska patentskriften 1.824.221) och de cirkuiära häien (jämför den amerikanska patentskriften 3.707.436) som används som avtappningsmun- stycken i kokaren vid de expiosionsförfaranden, där f1yktig vätska kommer tiil an- vändning, har visat sig ineffektiva då det gä11er att på ett riktigt sätt omvandia tryckgasens potentie11a energi ti11 nyttigt arbete, som utövas på fiisen. A1terna- tiva konstruktioner av avtappningsmunstyckena, som föres1agits, har innefattat ett spjä11 av venturityp (jämför den amerikanska patentskriften 3.667.433) och kraftiga stråiar (jämför den amerikanska patentskriften 2.977.275) men ingen av dessa kon- struktioner har funnit bred ti11ämpning. A11mänt har det varit frånvaron av ett effektivt sätt att omvandla den potentie11a energin i gasen ti11 defibreringsarbete, som har hindrat den vidare utveck1ingen av exp1osionsdefibrering, där gas används som hjäipmedei, ti11 ett framgångsrikt, a1ternativt förfarande för framstäiïning av massa av sådan kvaiitet, som är iämpad för pappersframstäiining.

Sàiedes avser uppfinningen en förbättring av ett förfarande för expiosionsdefi- brering av ceiiuiosafibrer från växtmateriai, varvid växtmateria1et utsattes för en omgivning av högt tryck följt av snabb överföring ti11 en omgivning under iägre tryck.

En1igt uppfinningen bringas materia1et att passera från omgivningen under högt tryck ti11 omgivningen under iägre tryck med hjä1p av ett utmatningsmunstycke, i vi1ket ett f1erta1 stänger uppvisande avrundade framkanter i f1ödesriktningen är uppspända diametra1t över munstycket på ett sådant sätt att växtmateriaiet som passerar där- igenom bringas att vikas över pä varandra fö1jande stänger för att utsätta det vikta växtmaterialet för skjuv- och sträckningskrafter, vi1ka a1stras av den àtföijande passagen av kraftigt turbu1enta fiuider som gör att materia1et successivt sönder- de1as ti11 individue11a fibrer och fiberbuntar. Stängerna är anordnade med oiika vinkiar i förhäiiande ti11 varandra iängs den 1ängsgående axe1n av munstycket och det minsta antai stänger och dess uppstä11ning i munstycket är sådan att då mun- stycket betraktas i riktningen för växtmateria1ets bana saknar munstycket varje fri passage genom viiken ett fragment av växtmateriai kan iöpa utan att vikas över en stång.

Uppfinningen avser också ett utmatningsmunstycke med en kana1 genom vilken ce11u1osamateria1 kan exp1osionsdefibreras från en massakokare under högt tryck tiil en behå11are under iägre tryck. Munstycket innefattar ett f1erta1 stänger, uppspända diametra1t med avrundade framkanter i f1ödesriktningen och vi1ka sträcker sig över l0 l5 20 25 30 35 'lâßlßllirl 4 kanalen vid olika ställen längs dess längdaxel för att ge upphov till en serie stänger som är arrangerade på så sätt att varje passerande växtmaterial successivt vikes över stängerna och sönderdelas till individuella fibrer och små fiberbuntar, varvid vinklarna, som stängernas axlar bildar med varandra, är slumpmässigt valda.

Det minsta antalet stänger och deras uppställning i kanalen är sådan att då kanalen betraktas i riktningen för växtmaterialets bana saknar kanalen varje fri passage genom vilken ett fragment av växtmaterialet kan löpa utan att vikas över en stång.

Föredragna utföringsformer av utmatningsmunstycket återfinns nedan: l) Stängerna i munstycket bör i det ideala fallet icke uppvisa några skarpa kanter, som vetter mot flödesriktningen för cellulosamaterialet, eftersom det då skulle föreligga en tendens för fibrerna att skäras. Stänger, som uppfyller detta ideala fall, är sådana, som har en tvärsektion, som är cirkulär, oval, rektangulär med en böjd ytterkant eller triangulär med en böjd ytterkant. Emellertid inses att praktiskt taget vilken geometrisk tvärsektionsform som helst kan vara lämplig under förutsättning att det icke föreligger nâgra skarpa kanter, som vetter mot flödet. 2) Diametern eller den minsta tjockleken för stängerna bör i det ideala fallet vara större än 2 mm och icke mer än l3 mm, eftersom vid en diameter understigande 2 mm själva stängerna verkar som knivar och alltför stor skada på fibrerna er- hålles, medan vid en tjocklek överstigande l3 mm blir den yta, över vilken de genom munstycket utmatade flisen vikes alltför stor för effektiv defibrering. 3) Avståndet mellan stängerna längs munstyckets längd bestämmes av de fysikaliska dimensionerna för det material, som behandlas. För träflis med en medellängd upp- gående till x,exempelvis,bör avståndet mellan pâ varandra följande stänger i det ideala fallet vara icke mindre än x/2 och företrädesvis större. Anordnandet av stängerna alltför nära varandra medför att de inbördes interfererar med varandra under den vikning, som materialet undergâr under passage genom munstycket. 4) Det minsta antalet stänger och deras anordnande i munstycket bör företrädesvis vara sådant att då munstycket betraktas uppifrån föreligger icke någon tydlig vertikal kanal, genom vilken ett fragment av lignocellulosamaterialet kan passera utan att träffa en stång.

I fall av en cirkulär öppning eller kanal, som överspännes av diametralt anordnade stänger, såsom visas i fig. 2, kan det minsta antalet stänger, som er- fordras för erhållande av fullständig täckning av kanalen (sedd uppifrån) fram- räknas medelst ekvationen: _ l80 "BM-f" 2 sin (t/2r) 10 15 20 25 30 35 40 s 7804-374-7 där NB = minsta antal stänger t = tjocklek eller diameter för stängerna sedda utmed munstyckets axel r = radien för munstycksöppningen.

Om ovannämnda ekvation ger NB som en del av ett helt tal, bör NB avrundas uppåt till närmaste heltal. Om exempelvis det beräknade värdet NB är 8,2 blir därvid det minsta antal stänger med lika tjocklek, som erfordras för att åstadkomma fullständig täckning av munstycket, 9.

I fall av konstruktioner, då ett antal stänger överspänner munstycksöppningen i samma plan eller då munstycksöppningen är icke~cirkulär, kan man snabbt beräkna antalet stänger eller skikt av stänger, som erfordras för huvudsakligen fullständig täckning av öppningen under användning av följande ekvation. _ A NL ' ÃÉ + l b där NL = antalet stänger eller skikt av stänger AC = munstycksöppningens area Ab = projicerad area för stängerna eller skikt av stänger sedda i mun- styckets axiella riktning.

Dä NL antar en del av ett heltal bör värdet avrundas uppåt till närmaste heltal.

NB eller NL representerar det minsta antalet stänger eller skikt av stänger, som erfordras för fullständig täckning av munstycksöppningen. Munstycken kan kon- strueras med mindre än detta antal stänger men munstyckets verkningsgrad minskas eftersom en del av lignocellulosamaterialet kommer att passera genom munstycket utan beröring med en stäng och kommer att defibreras på ett olämpligt sätt.

Antalet stänger kan vara större än NB eller NL, om så erfordras, varvid NB eller NL representerar det minsta antalet stänger i stället för det maximala antalet.

Med ett större antal stänger erhålles mera fullständig defibrering fastän ett motsvarande högre, minsta pàfört gastryck erfordras för att tvinga lignocellulosa- materialet genom munstycket utan blockering.

Det pàförda tryck, som erfordras för att på ett tillfredsställande sätt fâ munstyckena att fungera utan blockering beror på naturen av det ursprungliga ligno- cellulosamaterialet och graden av ligninavlägsnande och mjukgöring under kokprocessen.

I fall av kokning av kokflis under erhållande av högt utbyte i ett koksystem, där volymen för behållaren avsedd för gas under högt tryck är lika med kokarens volym är ett approximativt krav l MPa gastryck per stång eller skikt av stänger. Ett munstycke omfattande åtta stänger, såsom visas i fig. 3 (jämför följande beskrivning) skulle således erfordra ett minsta tryck av 8 MPa för defibrering av högutbytes- flisen. Drift av kokaren vid ett tryck överstigande 8 MPa ger en proportionell ökning i defibrering. Detta äskädliggöres i Exempel 3 nedan. 5) Orienteringen av stängerna (eller skikten av stänger) i munstycket bör vara l0 l5 20 25 30 35 40 iaoasiëai 6 sådant att en labyrint för det lignocellulosamaterial, som passerar genom mun- stycket, utbildas. De vinklar, som stängernas axlar bildar med munstyckets längd- axel bör företrädesvis vara så slumpmässigt valda som möjligt. Om de på varandra följande stängerna inbördes befinner sig på ett regelbundet avstånd från varandra, åstadkommas en spiral. Detta regelbundna spiralarrangemang bör undvikas eftersom den yttre konturen av spiralen representerar en bana, genom vilken en del av ligno- cellulosamaterialet kan förflytta sig utan att detta berör en stäng och således undgâr riktig defibrering.

Vid slumpmässigt val av nämnda vinklar bör vinklarna mellan pâ varandra följande stänger i munstycket göras så stora som möjligt och den situation bör undvikas där en stång huvudsakligen täcker nästföljande stäng i munstycket.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l är en schematisk vy av ett system för separering av cellulosamaterial, i vilket system ingår utmatningsmunstycket enligt uppfinningen, fig. 2 är en tvärsektionsvy av ett utmatningsmunstycke enligt uppfinningen, fig. 3 är en sche- matisk planvy av det i fig. l visade munstycket, som visar det relativa arrangemanget av stängerna inuti munstycket, fig. 4 är en tvärsektionsvy av ett cirkulärt spjäll- munstycke av den typ, som beskrives i den amerikanska patentskriften 3.707.436, fig. 5 är en tvärsektionsvy av ett venturimunstycke av den typ, som beskrives i den amerikanska patentskriften 2.889.242 och fig. 6 är en tvärsektionsvy av ett dubbel venturimunstycke, som är en förfinad utföringsform av det i fig. 5 visade munstycket.

Med hänvisning till fig. l inträder det dellulosamaterial, som skall uppslutas eller kokas, i systemet vid l. Flishuggmaskinen 2 minskar materialets storlek till dimensioner, som allmänt betraktas som lämpliga för kemisk uppslutning, dvs. kokning.

För mäldar innebär detta att materialet finfördelas till flis med en ungefärlig längd av 20-50 mm, en bredd av l0-30 mm och en tjocklek av 30-8 mm. För ârsväxter och snabbväxande växtmaterial, såsom jute, bagasse och halm, minskas materialets storlek i flishuggmaskinen till en sådan, som är lämplig för efterföljande behandling.

Frân flishuggmaskinen 2 passerar det finfördelade lignocellulosamaterialet in i impregneringskärlet 3. I impregneringskärlet 3 tvingas kokningskemikalier in i lignocellulosamaterialet medelst kända anordningar. Dessa kan exempelvis innefatta en i förväg företagen ângbehandling av lignocellulosamaterialet och därefter nedföring av det ângbehandlade materialet i kall koklut. Alternativt kan lignocellulosamaterialet neddoppas i kokluten och utsättas för successiva tryck- och vakuumcykler.

Naturen och koncentrationen av kokkemikalierna i impregneringsluten bestämmas av de egenskaper, som önskas i den pappersmassa, som framställes medelst förfarandet.

Luten kan vara sur, alkalisk eller huvudsakligen neutral. Sura lutar, såsom sådana innehållande upplöst svaveldioxid, exempelvis, åstadkommer massor av syra-sulfittyp.

Alkaliska lutar, såsom natriumhydroxidlösningar, åstadkommer massor av sodatyp osv. 10 15 20 25 35 40 78045711-7 Koncentrationen av kokkemika1ierna 1 1utarna och mängden kemikaiier, som införes 1 11gnoce11u1osamateria1et genom impregnering bestämmes av det avsedda utbytet av massaprodukt per enhet 1ignoce11u1osamateria1, som införes i förfarandet. För hög» utbytesmassor, dvs. massor med ett utbyte av 80% e11er högre, kan mängden kemikalier, som genom impregnering införes 1 1ignoce11u1osamateria1et uppgå ti11 10% e11er mindre (räknat på torrvikt). För massor med 1ägre utbyte, där en större de1 av det 1ignin~ bindande materia1et måste av1ägsnas genom kemisk inverkan, införes en motsvarande större mängd kokkemika1ier genom impregnering i 11gnoce11u1osamä1den.

Efter impregneringskär1et 3 avski1jes 1ignoce11u1osamateria1et från impregnerings- 1uten och satsas 1 kokaren 9.

En1igt en annan utföringsform kan impregneringskäriet 30 förbigås och 1igno- ce11u1osamater1a1et kan direkt införas från f1ishuggmaskinen 2 ti11 kokaren 9 t111sammans med den riktiga mängden kok1ut från 1agringsbehä11aren 6 för kokiut.

I fig. 1 visas kokaren 9 som en kokare av satstyp fastän de a11männa principerna och förfarandet en1igt uppfinningen även kan ti11ämpas pâ kokare av kontinueriig typ.

Vid satsvis drift har kokaren 9 i a11mänhet, fastän icke nödvändigtvis cirkuiär tvärsektion med konisk bas. Under den koniska basytan förefinns ett stä11e för injicering av ånga och under detta är defibreringsmunstycket 16 anordnat. Under mun» stycket 16 är en snabböppnande venti1 17 anordnad. Ventiien 17 kan vara en ku1venti1 e11er en p1uggventi1 e11er av vaifri konstruktion och av sådan typ, som fu11ständ1gt kan öppnas från ett fu11ständigt stängt iäge inom en tidsperiod, som företrädesvis icke överskrider en sekund. Kokaren är vid sitt topparti ans1uten via venti1en 10 ti11 behà11aren 11, som innehä11er gas under högt tryck.

Kokaren 9 och därti11 ti11hörande utrustning är konstruerade av materiaï, som är fören11ga med de tryck- och temperaturbetinge1ser 1iksom kemiska bet1nge1ser, som före11gger vid kokningsoperationerna.

Vid satsvis drift, efter satsning av kokaren 9 med 1ignoce11u1osamateria1et (och kokiut, om sä erfordras) försiutes kokaren och upphettning påbörjas.

Den föredragna upphettningsmetoden innebär direkt injicering av ånga från kär1et 14 via ventiien 15 in 1 kokarens 9 botten. Den maxima1a koktemperaturen, som uppnås genom införande av ånga, bör icke överskrida 220°C, viiket motsvarar ett mättat ångtryck av 2,2 MPa. Vid temperaturer överskridande 22006 kan mjukgöring av ce11u1osa inträffa, såsom vid masonite-förfarandet med àtfö1jande skada pä fibrerna vid exp1osion. Injektionshastigheten för ånga bör vara sa hög som möjiigt, varvid en upphettningstid av några minuter föredras framför ett mera för1ängt närmande ti11 driftstemperaturen.

Sedan den erforder1iga koktemperaturen uppnåtts avbrytes införandet av ånga mede1st avstängningsvent11en 15 och kokaren försättes ytteriigare under tryck genom att gas under högt tryck införes från behà11aren 11 via ventiien 10. Såvida icke en specifik eftertraktas är ett krav på gasen, som há11es under högt tryck, att gasen l0 l5 20 25 30 35 40 'lfiülišlkel 8 skall vara relativt inert mot de kokningskemikalier, som tillföres tillsammans med lignocellulosamaterialet. Den föredragna gasen utgöres av kvävgas, fastän i många fall renad bränslegas på ett tillfredsställande sätt kan användas. Andra potentiellt lämpliga gaser utgöres av koldioxid och luft. Vid användning av luft måste emeller- tid försiktighet vidtagas sâ att partialtrycket för syrgasen förblir under ett värde där oreglerad oxidation och explosion skulle kunna inträffa i kokarsystemet.

Den tidsperiod under vilken innehåller i kokaren hålles under gastryck, bestämmes av kokarens drifttemperatur och det önskade produktutbytet. För högutbytesmassor, som framställts vid relativt höga temperaturer (exempelvis 20006 eller högre) kommer processtiderna att uppgå till endast några minuter. För massor med lägre utbyte, som framställts vid lägre koktemperaturer kommer kokningsperioderna att vara mera utdragna men i samtliga fall är det osannolikt att kokningsperioden överskrider en timme.

Med de kortare kokningsperioderna erfordras icke ytterligare upphettning förutom det ursprungliga införandet av ånga under förutsättning att kokarsystemet är iso- lerat på lämpligt sätt. För mera utdragna kokningsperioder erfordras en viss form av yttre upphettning för kokaren för att hålla processtemperaturen. Extern elektrisk motståndsupphettning motsvarande ungefär l kw per m2 kokaryta har visat sig lämpligt för detta ändamål förutsatt att kokaren är väl isolerad.

Det erforderliga gastrycket och gasbehällarens ll volym i förhållande till kokaren 9 bestämmes av egenskaperna hos det lignocellulosamaterial, som skall be- handlas.

Volymen och trycket för gasen i behållaren ll representerar mängden av poten- tiellt arbete, som är tillgängligt i systemet för defibrering av det behandlade lignocellulosamaterialet vid avtappning vid slutet av kokningsperioden. Flis, som kokats till högt utbyte, exempelvis, erfordrar mer energi för defibrering än flis, som kokats till ett lägre utbyte. Med en viss bestämd behållare och en viss bestämd utformning av kokaren erfordras ett högre tryck för att på ett riktigt sätt de- fibrera högutbytesmassor än vad som erfordras för att defibrera massor av lägre utbyte. Även med massor av högsta utbyte erhållna från material, som är svårast att defibrera, kommer det maximala driftsstycket att osannolikt överskrida 25 MPa och i de flesta fall är trycket väsentligt mindre.

Avtappning från kokaren vid slutet av kokningsperioden initieras genom att snabbt öppna ventilen l7. Gastrycket i kokaren tvingar det behandlade lignocellulosa- materialet genom munstycket l6 och den så erhållna massan avtappas in i cyklonerna l8. I cyklonen l8 separeras gasen och ångan från massan och förbrukad lut. Massa- produkten förflyttas för ytterligare behandling 2 medan den avtappade gasen antingen går ut i atmosfären eller återcirkuleras för återkompression och återföring till behållaren ll.

Den ledning, som förbinder kokaren 9 och gasbehâllaren ll bör vara av sådan 10 15 20 25 30 35 40 9 isonsvn-7 diameter att ett fritt flöde av gas medges meïian de båda kärien under avtappnings~ perioden. Ventilen 10 kan hâiias öppen under heia avtappningen eiier kan stängas då innehâiiet i kokaren avtappats. Den senare driftmetoden är mera ekonomisk med avseende pâ använd gasmängd än den förra metoden.

Bortsett från de ailmänna variabierna temperatur, tid, gastryck, reiativ gas- voiym och kemiska tiiisatser är den mest kritiska faktorn vid bestämning av den erhàiina defibreringsgraden under givna processbetingelser utformningen elier konstruktionen av kokarmunstycket.

Med hänvisning nu tiii fig. 2, som visar en föredragen utföringsform av mun- stycket eniigt uppfinningen, innefattar detta ett rör med Tikformig tvärsektions- diameter med ett 18 mm inre håi. Innanför detta rör är anordnade åtta cyiindriska stänger med en diameter av 4,8 mm, varvid stängerna befinner sig diametraït över röret. Varje stång befinner sig på ett avstånd av 12,5 mm från närmast beiägna stäng.

I pianvy, jämför fig. 3, är varje stäng förskjuten fràn de omedeibart intiii belägna stängerna för att få det ceiluiosamateriaï, som uttas, att anta en bana av maximai buktighet e11er krokighet.

Vid beskrivning av stängernas inbördes anordnande harföijande system antagits.

Ovanifrân sett (fig. 3) har orienteringen av axeïn för den första stången i munstycket bestämts vara 00 och denna stång benämns stäng 1. Axein för den näst- föijande stången (stäng 2) beskrivas därefter som förskjuten ett antai grader an- tingen tiii höger eiier tili vänster om den ursprungiiga orienteringen av OG. Dä såiedes den nästföijande stången (stång 2) befinner sig 900 förskjuten i förhåiiande tiii stången 1 beskrives orienteringen av stången 2 som “90° höger" osv.

Tiiiämpning av detta system på det i fig. 2 och 3 visade munstycket ger föijandez Vinkeiförskjutning av stängaxei 0 Stäng nr. 1 0 900 höger 450 höger 450 vänster 22,s° höger 65,50 vänster 67,50 höger 22,50 vänster OÛQÜWÉTI-DLON) Med hänvisning tili fig. 4 visas ett av de enkiaste och minst effektiva, förut kända avtappningsmunstyckena, nämligen ett spjäii med cirkuiär, iikformig tvärsektion. För defibreringen föriitar sig detta spjäii pà komprimering eiier sammanpressning av det inkommande ceiïuiosamateriaiet och efterföijande avïastning av komprimeringskrafterna då materiaiet utstötes från spjäiiet. l0 l5 20 25 30 35 40 ?580~'li57¿i=? w En nâgot mera effektiv konstruktion är det munstycke av venturityp, som finns beskrivet i den amerikanska patentskriften 2.889.242. I sin enklaste utformning omfattar munstycket ett enda venturirör, såsom visas i fig. 5. Ett dubbelt venturi- system kan även användas (fig. 6). Återigen förlitar sig dessa venturi- eller stryp- munstycken på sammanpressning av flis som huvudmekanismen för defibrering.

Venturimunstyckena är inpassade i kokarens botten på samma sätt som det cirku- lära munstycke av spjälltyp, som visas i fig. 4.

Funktionen hos avtappningsmunstycket enligt föreliggande uppfinning skiljer sig från dessa förut kända munstycken genom att förutom att viss initialkompression eller sammanpressning av materialet, som inträder i munstycket erhålles, stängerna i munstycket utsätter cellulosamaterialet för successiva dragkrafter under materia- lets passage genom munstycket.

Följande exempel visar den förbättrade defibrering, som erhålles genom använd- .ning av munstycket enligt uppfinningen i jämförelse med förut kända konstruktioner.

EXEMPEL l Detta exempel hänför sig till kokning av träflis av Pinus elliottii. 880 g flis (ugnstorkat) satsades i en kokaren tillsammans med fyra lit lut innehållande 50 g/l natriumsulfitlösning. Flisen och luten upphettades till 200°C genom direkt insprutning av ånga och kokaren försattes ytterligare under tryck till l0,3 MPa medelst kvävgas. Innehållet i kokaren hölls under tryck vid 20006 under l0 minuter före avtappning. Detta förfarande upprepades 4 gånger, varvid varje gäng de kokta flisen avtappades genom ett munstycke av annorlunda utformning.

I Tabell l (nedan) motsvarar kok A de flis, som avtappades eller uttogs genom det i fig. 4 visade munstycket. I kok B uttogs flisen genom det munstycke av venturi- typ, som visas i fig. 5 och i kok C uttogs flisen genom det munstycke av dubbel venturityp, som visas i fig. 6. Kok D motsvarar de flis, som uttogs genom munstycket enligt uppfinningen omfattande åtta stänger, som visas i fig. 2.

TABELL l Verkan av munstyckskonstruktion på defibrering av flis av typen Pinus elliottii kgk Munstyckstyp Defibrering % A Cirkulärt spjäll l4,7 B Enstegs venturityp l6,2 C Dubellstegs venturityp 22,2 D Munstycke med åtta stänger 63,8 Värdena på defibreringen i Tabell l motsvarar mängden massa uttryckt i vikts-% som uttagits från kokaren och som passerat genom en 0,25 mm snedställd sikt.

Resultaten i Tabell l visar tydligt de fördelar, som uppnås vad gäller de- fibreringen vid användning av ett munstycke enligt uppfinningen jämfört med förut kända munstycken av cirkulär spjälltyp och av venturityp. 10 15 20 25 30 35 40 '7804574-7 11 Följande exempe1 áskàd1iggör o1ika andra aspekter av uppfinningen.

EXEMPEL Q Detta exempe1 visar verkan av anta1et munstycksstänger på den defibrering, som erhå11es med f1is av typen Pinus radiata. 850 g (ugnstorkade) träf1is satsades i kokaren ti11sammans med 4 1it 50 g/1it natriumsu1fit1ösning, innehå11er i kokaren upphettades ti11 200°C genom direkt införande av ånga, kokaren försattes under ytter1igare tryck ti11 13,8 MPa med kvävgas och f1isen hö11s under tryck vid 20006 under 10 min före avtappning.

Pâ varandra följande kok uttogs genom munstycken uppvisande 2 stänger, 8 stänger respektive 12 stänger. Munstycksstängerna hade i samt1iga fa11 en diameter av 4,8 mm och kana1diametern var 18 mm. Avståndet me11an stängerna var 85 mm i fa11 av munstycket uppvisande 2 stänger och 12,5 mm i fa11 av munstyckena upp- visande 8 stänger och 12 stänger.

Med användning av det ovan visade systemet var stängerna i de tre munstyckena anordnade på fö1jande sätt: Stäng nr munstycke med 2 stänger munstycke med 8 stänger munstycke med 12 stänger 1 o° o° o° 2 9o° höger 9o° höger 900 höger s 4s° höger 450 höger 4 450 vänster 450 vänster s 22 ,5° höger 22,5” höger 6 67,50 vänster 67,50 vänster 7 67,50 höger 22,59 vänster s 22.,s° vänster ö7,s° iiöger- 9 d” 10 900 höger n 45° höger 12 450 vänster Den defibreringsgrad, som erhâ11es med munstyckena återfinns i Tabe11 2 nedan.

TABELL _2_ Verkan av anta1et stänger på defibreringen av f1is av Pinus radiata Egg Munstyckstyp Defibrering % E 2 stänger 57,8 F 8 stänger 70,1 G 12 stänger 82,1 lO 15 20 25 30 35 'Pöüiišflefll l2 Munstycket innefattande åtta stänger representerade det minsta antal stänger med en diameter av 4,8 mm som erfordrades för att ge fullständig axiell täckning av munstycket av spjälltyp med en diameter av l8 mm. Ett bättre resultat erhölls med munstycket omfattande åtta stänger i jämförelse med munstycket omfattande tvâ stänger, varvid det senare endast âstadkom en täckning av ungefär 25% av munstyckets tvärsektionsarea. Ytterligare en förbättring i defibrering erhölls med munstycket omfattande tolv stänger jämfört med munstycket med åtta stänger, varvid munstycket med tolv stänger säkerställde att en del av lignocellulosamaterialet träffade minst tvâ stänger inuti munstycket före avtappning.

EXEMPEL 3__ Med ett bestämt munstycke och en bestämd kokare jämte bestämda kokningsbetingel- ser avseende träslag, kokkemikalier, koktid och koktemperatur är defibreringsgraden, som erhölls vid avtappning direkt proportionell mot det pâförda kokartrycket; det l högre trycket åstadkommer den bättre defibreringen.

Kok H (Tabell 3 nedan) var ett kok omfattande flis av Pinus radiata, som avtappades eller uttogs genom det i Exempel 2 beskrivna munstycket omfattande åtta stänger. Kokningsförfarandet för kok H var det i Exempel 2 beskrivna med undantag av att kokaren försattes under tryck medelst kvävgas till l0,3 MPa istället för l3,8 MPa såsom i motsvarande kok F.

TABELL 3 Inverkan av kokartryck på defibreringen av träflis av Pinus radiata kok Kokartryck §MPa)_ Defibrering §%) F 13,8 70,l H l0,3 53,9 Såsom framgår av Tabell 3 erhölls en förbättring av defibreringen av träflisen från 53,9% till 70,l% då kokartrycket ökades från l0,3 MPa till 13,8 MPa.

EXEMPEL 4 - Förutom antalet stänger spelar anordnandet av stängerna en viktig roll vid fastställande av munstyckets effektivitet. Ett munstycke omfattande åtta stänger, med en stàngdiameter av 4,8 mm, en munstycksdiameter av l8 mm, och ett avstånd mellan stängerna av l2,5 mm konstruerades, varvid varje stång var vriden 22,50 med avseende pâ den omedelbart ovan belägna stången under bildning av en regelbunden spiral. Bortsett från anordnandet av stängerna motsvarade detta munstycke exakt det munstycke med åtta stänger, som beskrivits i Exemplen l och 2.

Vid ett jämförelseförsök kokades flis av Pinus elliottii i enlighet med de betingelser, som beskrivits i Exempel l och uttogs genom munstycket omfattande åtta stänger anordnade i spiral för erhållande av massan J. De värden på defibreringen, som erhölls under dessa betingelser med munstycket omfattande åtta stänger anordnade l0 l5 20 '780457¿v~7 13 i spiral och munstycket med åtta stänger anordnade slumpmässigt återfinns i Tabell 4.

TABELL 4 Verkan av anordnandet av stänger på defibreringen av flis av Pinus elliottii. kok Munstycke Defibrering §%} D Munstycke omfattande 8 stänger 63,8 slumpmässigt anordnade J Munstycke omfattande 8 stänger 34,l anordnade i spiral Det viktiga i att ha munstycksstängerna anordnade på ett oregelbundet sätt framgår av den förbättrade defibrering, som erhålles med de slumpmässigt anordnade stängerna i kok D jämfört med de i spiral anordnade stängerna enligt kok J.

EXEMPEL 5 Detta Exempel belyser ytterligare de resultat, som erhålles medelst förfarandet enligt uppfinningen vid kokning och defibrering av träflis av eucalyptus (mountain ash).

Koken försattes samtliga under ett tryck av 13,8 MPa med kvävgas och uttogs genom det munstycke med 12 stänger, som beskrivits i Exempel 2. I övrigt var drifts- betingelserna de, som i detalj beskrives i Tabell 5A nedan. lä ?8Ûå57ë-7 Pnmß ~.@ß Om mw_ momwflz pv_\m vw Ü Q_m Q moQ~m= ~m_\m ~.@ w.Nw ~.«N om mm, «ow-Z pw.\@ m.o~ Ü o_m Z ~oQ-z ~T_\@ @,@ m,æß w,°N ON mw_ momwmz p@_\@ @.- Q o_m 2 MOQNQZ pW_\@ @,o_ ~,@w m.~ß OP Nm, mowwflz »?.\@ ,.«« m“~ ¶=.@ J MOQNQZ #W_\m m.m m.m@ ..w@ cm CQF mowwmz @V.\m m“o« q mom g Apæpv ^§V ^§V =wE UG @=_ uflwpwm ^@v @L~x°x w Ußmßflw mv~» m=?L@>n@»w= wpznpzmwwmz wwpxox .aswpxox m;v=p»mm=mssmwß=4 um=wsws>~o> ^w@¥Lo»m=m=v wm=wsm»1w> xoz Agmw =w~»==oev w=pQä_mu=w >m mW~»m>p >~ m=?>w;n«»@u guo mçwzxox Amy m 44wm 10 15 20 25 30 35 40 is 7804574-'7 Efter ytterligare raffinering var egenskaperna för massorna enligt koken K-0 de i Tabell 5 (b) angivna. I denna Tabell motsvarar benämningen på respektive massa det kok, som återfinns i Tabell 5 (a).

IABELL 5 {b1 Egenskaper för massor av eucalyptus (typ mountain ash) Massa malgradx rivindex slitlängd (km) sprängindex "Condora Crush N K 300 8,4 7,0 4,6 415 200 8,3 7,8 5 3 430 L 300 7,8 6,2 3,4 375 200 7,8 6,6 3,7 390 M 300 7,3 5,7 2,4 330 200 7,4 6,0 2,5 360 N 300 8,1 6,3 3,6 350 200 7,8 6,6 3,9 365 0 300 8,0 6,4 3,8 370 200 7,7 7,1 4,1 380 X Canadian standard freeness EXEMPEL 6 Detta exempel hänför sig till de resultat, som erhölls då träflis av typen mountain ash eucalyptus förimpregnerades med kemikalier före satsning i kokaren, varvid de impregnerade flisen separerades från impregneringsluten och flisen där- efter satsades i kokaren utan ytterligare tillsats av kemikalier.

De här exemplifierade koken hade samtliga en uppehâllstid av 3 min vid den angivna koktemperaturen. Hastigheten för den i kokaren införda ångan var sådan att den angivna koktemperaturen uppnâddes efter en upphettningsperiod av 5 min.

Sedan koktemperaturen uppnåtts försattes kokaren ytterligare under tryck till 13,8 MPa medelst kvävgas. Vid slutet av kokperioden uttogs flisen genum det mun- stycke omfattande åtta stänger, som beskrivits i Exemplen 1 och 2.

TABELL 6 ga) Kokning och defibrering av impregnerad flis av eucalyptus av typen "mountain ash" Kok Viktsmängd kemikalier med vilka trä- šok temp Massa- Defibrering flis impregnerats (räknat på ugnstorkad ( C ) utbyte (%) flis) (%) P l0,0% Na2S03 200 80,5 74,9 Q 5,6% Na0H + 4,4% Na2S03 200 69,9 83,5 R 5,7% Na2S03 + 1,3% Na2C03 205 78,0 75,1 l0 l5 20 25 30 78016711-7 is Efter raffinering var egenskaperna för de massor, som framställts enligt kok P, Q och R de i Tabell 6 (b) angivna. Benämningen för respektive massa i Tabell 6 (b) motsvarar det respektive kok, som anges i Tabell 6 (a).

TABELL 6 (b) Egenskaper för massor, som framställts utgående frân kemiskt impregnerade flis av eucalyptus av typen “mountain ash".

Massa Malgrad Rivindex Sliplängd (km) Sprängindex P i 457 5,6 4,8 2,1 Q 228 8,5 6,4 3,8 R 6 352 7,4 6,7 3,7 EXEMPEL 7 Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är speciellt fördelaktigt vid defibreringen av snabbväxande växter och årsväxter.

Dessa material skiljer sig från träflis genom att de uppvisar en högre halt parenkymceller än träflis. Dessa parenkymceller har tunnare väggar och i allmänhet mindre längd än de önskade cellulosafiberkomponenterna i växterna. Vid konventionell uppslutning (kokning) gär parenkymcellerna lätt sönder och förblir associerade med massan under bildning av en slutprodukt med dàliga urvattningsegenskaper.

Dä snabbväxande växter eller ârsväxter defibreras genom munstyckena enligt uppfinningen fungerar stängerna i munstycket så att parenkymcellerna sönderdelas till små fragment medan cellulosafibrerna förblir oskadade. Följaktligen är den massa, som framställts enligt uppfinningen utgående frân snabbväxande växter och ârsväxter en blandning av parenkymcellfragment och intakta fibrer. Vid tvättning och siktning av denna massa medelst kända metoder kan parenkymcellfragmenten lätt avlägsnas under bildning av en fritt avvattningsbar massa, som huvudsakligen består av växternas cellulosafibrer.

I Tabell 7 (a) återfinns resultaten från behandling av den yttre barkfraktionen av jute (kok S) och bagasse, som fortfarande innehåller parenkymceller (kok T) medelst förfarandet enligt uppfinningen. Koken försattes ytterligare under tryck medelst kvävgas. 7804574-7 mm @.wm Aæv m=wLwLp~+mo mm Axv @p>@ |v=mmw~z m.o~ Lwmcwvw w w.mF »w@=w~w NP mm: xuzgp |Lßxo¥ näuwxuæumczz Lw-wuE>x=m;mn wu=m-«;w=:« wu=mL~»»»øm wmwwmmn zuo xgøpwvzw >m m=«~u=m=wm Pom N Q m UT> :wa OF om az pW_\@ om p?_ Q Q m@_ flw> =w§ m wommmz @@_\m Om HTF q wav vømuøm mgwxog FFW» Lmm~mm:«w nmngox Nav R 44wm Lw-wuE>x=w>mQ mw=~P~w;w=:w ww:m>mw xpgom mwmmmmn m owe xamnmuuw m www Åmv wßmxcx V wmmpmw ~ø?»w~me Awvmmn vøxßop |w=w= wav um=wEmpxw> Max l0 l5 20 25 30 35 40 78014570-'7 l8 Utbytena i Tabell 7 (a) hänför sig till det utbyte, som erhållits sedan massan tvättats och siktats genom en sikt med 0,105 mm masköppningar för att avlägsna de fragmenterade parenkymcellerna.

Egenskaperna hos den tvättade och siktade massa, som erhållits utgående från bagasse (massa T) återfinns i Tabell 7 (b).

TABELL 7 lb) Egenskaper hos massa erhâllen från bagasse fortfarande innehållande parenkymceller Massa nr. Malning Malgrad Avvattningstid Rivindex Slitlängd Sprängindex (B.F,I. (C.s.f.) (sek.) (km) varv) T i 1000 isa 21,2 5,5 6,4 3,0 Malgraden 138 C.s.f. (Canadian Standard freeness) och avvattningstiden 2l,2 sek. efter l000 varv matning i P.F.I.-kvarnen (3,33 N/mm belastning) representerar en massa, som kan finna tillämpning i ett flertal massablandningar innefattande sådana, som används för framställning av tidningspapper.

Då bagasse, som fortfarande innehåller parenkymceller, uppslutes pâ konven- tionellt sätt, såsom under användning av sodametoden, är avvattningstider uppgående till åtskilliga minuter vanliga på grund av de blockeringseffekter, som de sönder- delade parenkymcellerna orsakar i den slutliga massaprodukten. Detta är icke godtag- bart för papperstillverkningstillämpningar och väsentliga åtgärder vidtas vanligt- vis för att avlägsna parenkymcellerna innan bagassen införes i kokaren. Förfarandet enligt föreliggande uppfinning erfordrar icke något i förväg företaget avlägsnande av parenkymcellerna och representerar en markant fördel vid behandlingen av material med hög halt parenkymceller.

EXEMPEL 8 En egenskap hos vissa vedarter med stor täthet, särskilt lövved, är att vid lufttorkning vissa delar av veden blir praktiskt taget fuktogenomträngliga vid âtervätning. Dessa fuktogenomträngliga delar har den fysikaliska formen av långa stickor och representerar en meld uppvisande väsentlig styvhet och hög beständighet mot fukt för den efterföljande framställningen av byggnadsplattor.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan användas för framställning av en blandning av sådana stickor tillsammans med pappersmassa då förfarandet tillämpas på flis av lövved, som dessförinnan lufttorkas. Produkten från kokaren kan därefter separeras medelst känd siktningsteknik för erhållande av en massaproduktsfraktion, som är lämplig för framställning av papper och en fraktion, som huvudsakligen består av ogenomträngliga stickor, som är lämpliga för framställning av skivor eller plattor.

Det allmänna förfarandet enligt uppfinningen innebär att de hög täthet uppvisande, lufttorkade flisen utsättes för en relativt mild uppslutningsbehandling. Under denna milda behandling mjukgöres de åtkomliga partierna av flisen medan de ogenomträngliga 10 15 20 25 30 19 78Ûle5'?='+"7 partierna förblir relativt opåverkade. Vid avtappning av de uppslutna träflisen de- fibreras de mjukgjorda delarna av flisen lätt under bildning av en massa av pappers- tillverkningskvalitet, medan de ogenomträngliga delarna av flisen passerar genom munstycket i ett relativt oskadat tillstånd.

Kok U i Tabell 8 hänför sig till flis av Eucalyptus hemiphloia som behandlats medelst förfarandet enligt uppfinningen. Eucalyptus hemiphloia är en lövvedsart, som förekommer i östra Australien. 879 g (pà ugnstorkad basis) lufttorkad flis av Eucalyptus hemiphloia impreg- nerades, under vakuum, med 4 lit 50 g/lit natriumsulfitlösning. Efter impregnering satsades de kvarvarande flisen tillsammans med den kvarvarande fria luten i kokaren och upphettades inom 5,25 min medelst införande av ånga till l62°C. Kokaren försattes under ytterligare tryck till l3,8 MPa medelst kvävgas. Sedan temperaturen hållits vid l62°C under lO min uttogs flisen genom ett munstycke omfattande 8 stänger.

TABELL 8 Behandling av lufttorkade flis av Eucalyptus hemiphloia Kok Utbyte (%) Defibrering (%) U 74,2 58,5 Dä produkten siktades genom en 0,25 mm snedställd sikt passerade 58,5% av produkten genom sikten och 4l,5% av produkten kvarblev på sikten.

Den del, som passerade genom sikten, representerade den massafraktion, som var lämplig för papperstillverkning och den andra delen, nämligen 4l,5% av produkten, som kvarblev på sikten representerade den ogenomträngliga del, som är lämplig för framställning av plattor eller skivor av byggnadskvalitet.

Fackmannen inser att den häri beskrivna uppfinningen medger variationer och modifikationer förutom de ovan speciellt beskrivna. Det inses vidare, att upp- finningen omfattar alla sådana variationer och modifikationer, som faller inom dess ram.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 'Wüfišwrf-a? ILO i i* PATENTkRAv

1. Förfarande för explosionsdefibrering av cellulosafibrer från växtmaterial, varvid växtmaterialet utsättes för en omgivning (9) av högt tryck följt av snabb överföring till en omgivning (18) under lägre tryck, k ä n n e t e c k n a t av att materialet bringas att passera från omgivningen under högt tryek till omgiv- ningen under lägre tryck med hjälp av ett utmatningsmunstycke (16), i vilket ett flertal stänger uppvisande avrundade framkanter i flödesriktningen är uppspända diametralt över munstycket på ett sådant sätt att växtmaterialet som passerar där- igenom bringas att vikas över på varandra följande stänger för att utsätta det vikta växtmaterialet för skjuv- och sträckningskrafter, vilka alstras av den åt- följande passagen av kraftigt turbulenta fluider som gör att materialet successivt sönderdelas till individuella fibrer och fiberbuntar, varvid stängerna är anordnade med olika vinklar i förhållande till varandra längs den längsgående axeln av mun- stycket och att det minsta antal stänger och dess uppställning i munstycket är sådan att då munstycket betraktas i riktningen för växtmaterialets bana munstycket saknar varje fri passage genom vilken ett fragment av växtmaterial kan löpa utan att vikas över en stång.

2. Utmatningsmunstycke (16) med en kanal genom vilken cellulosamaterial kan explosionsdefibreras från en massakokare (9) under högt tryck till en behållare (18) under lägre tryck, k ä n n e t e c k n a t av ett flertal stänger, uppspända dia- metralt med avrundade framkanter i flödesriktningen och vilka sträcker sig över kanalen vid olika ställen längs dess längdaxel för att ge upphov till en serie stänger som är arrangerade på så sätt att varje passerande växtmaterial successivt vikes över stängerna och sönderdelas till individuella fibrer och små fiberbuntar, varvid vinklarna, som stängernas axlar bildar med varandra, är slumpmässigt valda och att det minsta antalet stänger och deras uppställning i kanalen är sådan att då kanalen betraktas i riktningen för växtmaterialets bana kanalen saknar varje fri passage genom vilken ett fragment av växtmaterialet kan löpa utan att vikas över en stång

3. Utmatningsmunstycke enligt krav 2, tvärsnittet för varje stång är cirkulärt. k ä n n e t e c k n a t av att

4. Utmatningsmunstycke enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att varje stång har en diameter som är större än 2 mm men inte överstiger 13 mm.

5. Utmatningsmunstycke enligt något av kraven 2, 3 eller 4, t e c k n a t .av att avståndet mellan på varandra följande stänger är åtminstone x/2, där "x" är medellängden för cellulosamaterialet. " k ä n n e -