SE451202B - Forfarande for framstellning av kemimekanisk massa - Google Patents

Description

451 202 satsningsnivåer vilka väsentligt överstiger de enligt förelig- gande uppfinning föreskrivna värdena. Hittills publicerade resultat visar att med ökad kemikaliesatsning erhålles ökad draghàllfashet hos papperet vid konstant avvattningsförmåga (ml CSF), men på bekostnad av en ökad total malenergiinsats.

Ytterligare en negativ effekt av ökad kemikaliesatsning har rapporterats, nämligen en markant sänkning av den ljus- spridande förmågan (opaciteten). Hög ljusspridningskoefficient är ett väsentligt krav för en tryckpappersmassa förutom vissa styrkeegenskaper; den kemiska, styrkehöjande behandlingen har därför måst begränsas så att de optiska egenskaperna inte skall försämras i alltför hög grad.

För att kunna tillverka en mekanisk massa med goda styrkeegenskaper och med maximal ljusspridningskoef- ficient fordras en mer välavvägd kombination av kemisk och termisk behandling av fiberråvaran före defibrering följd av en därtill anpassad mekanisk bearbetning än vad som hittills varit känt.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är således att under ett förfarande av ovan angivet slag vid framställning i fabriksskala av mekanisk massa av hög kvalitet från lignocellulosahaltigt fibermaterial, som förbe- handlats pà kemisk och termisk väg före defibrering, tillvara- taga de gynnsamma effekter, som en mycket låg kemikalisatsning ger och att framställa en massa med högt utbyte (295%) och med optimala styrke- och optiska egenskaper vid en förhållande- vis låg malenergiinsats.

Sagda ändamål uppnås med ett förfarande enligt föreliggande uppfinning, som kännetecknas därav, att den ligninmjukgörande kemikalien tillföres i form av en utspädd vattenlösning i en sådan mängd, att den efter genomförd defibrering absorberade och vid massans fibrer bundna kemika- liemängden, räknat som Na2SO representerar en punkt inom , området ABCD vid raffinering3i en ej trycksatt raffinör, vars malhustryck är i huvudsak atmosfärstryck, och represen- terar en punkt inom området EFGH i fig 1 vid raffinering i en trycksatt raffinör, vars malhustryck motsvarar ett övertryck av ca 140 kPa. 451 202 Uppfinningen beskrives i det följande med hänvis- ning till de bifogade ritningarna, på vilka fig. 1 är ett diagram, som visar sammanställningen av fyra olika utföringsexempel och som visar svavelhalten i massan som funktion av granvedshalten i vedràvaran, fig. 2 visar en anordning, som lämpar sig att an- vända för framställning av fibermassa pà sättet enligt uppfin- ningen vid en ej trycksatt raffinör, fig. 3-9 visar resultat vid ett första utförings- exempel, fig. 10-12 visar resultat vid ett andra utförings- exempel, fig. 13-16 visar resultat vid ett tredje utförings- exempel, och fig. 17 visar slutligen resultatet vid ett fjärde utföringsexempel.

Av sökandena utförda undersökningar har visat, att en effektiv kemikaliebehandling av fibermaterialet, vanligtvis vedflis, àstadkommes genom impregnering av flisen med lígnin- mjukgörande kemikalier i form av sulfit, företrädesvis natrium- sulfit, i sådan omfattning, att absorberad och bunden form därav efter defibrering utgör endast bràkdelar av procent räknat som Naz genom neddoppning av vedflisen i förhållandevis kall sulfit- SO3 pà ahsolut torr ved. Impregneringen utföres lämpligen lösning, företrädesvis 20-6OOC, vid atmosfärtryck och under kort tid, vanligtvis ca 10 min. Till följd av den önskvärda laga ~ halten av sulfit i vedmaterialet kan impregneringslösningens halt hållas lág och pà ett värde som med hänsyn till vätske- upptagningen vid impregneringen ger önskad halt i flis, och, med hänsyn till utnyttjandegraden, i defibrerad produkt. Impreg- neringen föregås lämpligen av en basning av vedflisen med vatten- ånga vid atmosfärtryck under ca 10 min, varvid vedmaterialet lämp- ligen uppnår en temperatur av 90-l00oC. Impregneringen efterföljs av en förvärmning under ca 3 min vid en temperatur av företrädes- vis ll5-l26oC. Defibreringen utföres i en företrädesvis öppen skivkvarn.

Vid defibrering/raffinering i tryàksatt skivkvarn med normalt högre medeltemperatur i malzonen än vad som är fallet vid företrädesvis öppen malning fordras en lägre grad av kemisk 451 202 ligninmjukgöring för att erhålla optimala betingelser med avseende pà massaegenskaper och energibehov. I annat fall erhålles lätt ett tillstànd, där malningen sker vid en tempe- ratur över ligninets mjukningstemperatur, vilket leder till försämrad produkt och/eller försämrade malningsbetingelser.

Vid defibrering/raffinering av gran/tallbland- ning erhålles optimala betingelser vid något högre kemikalie- insats än vad som erfordras för ren granved. Kemikalieinsatsens storlek bestäms av granhalten i vedrâvaran.

Fig. l visar svavelhalt i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 på absolut torr massa, a.t.m.) vid maximalt dragindex (se fig. 6, 12, 14 och 17) som funktion av gran- vedshalten (vikts-%) i vedràvara.

Streckprickad linje avser företrädesvis öppen raffinör. Heldragen linje avser trycksatt raffinör, malhusöver- tryck ca 140 kPa.

Tunna linjer AB, CD, EF resp. GH anger för res- pektive fall föreliggande intervall medan tjock linje anger företrädesvisa läget av respektive maximum.

Ett exakt fastställande av optimal kemisk lignin- mjukgöring fordrar med hänsyn till varje anläggnings specifika utformning och ràvarusammansättning en noggrann utprovning. Vid malning i företrädesvis öppen raffinör i ett eller tvá steg skall beroende på vedràvara svavelhalten i fiberhaltig massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3) ligga inom området ABCD (Fig. l). Vid mal- ning i trycksatt raffinör i ett eller tvá steg, varvid steg 2 alternativt kan ske i företrädesvis öppen raffinör, skall svavel- halten ligga inom området EFGH (Fig. 1).

Med gran förstås i föreliggande uppfinning gran- ved eller lignocellulosahaltigt material med granvedsliknande karaktär. Vid raffinering av vedblandning kan minoritetsandelen utgöras av tall- eller aspved.

Användningen av sulfitbehandling vid låg sulfit- nivà är ej begränsad till det fall, då utgàngsfibermaterialet utgöres av färsk eller lagrad ved, utan är tillämpbar även vid defibrering/raffinering av rejekt från mekanisk massaframställ- ning. 451 202 E X E M P E L Exemgel 1: Flis av granved förbehandlades och raffinerades enligt förfarande och i anordning som schematiskt presenteras i Pig. 2. För att erhålla olika sulfitinnehåll i veden användes impregneringslösningar med olika halt av natriumsulfit. pH- värdet för lösningarna làg inom intervallet 8.2-9.0.

Sàllad flis av konventionell storlek basades först i 10 min med vattenånga vid atmosfärtryck (IOOOC). Där- efter nedsänktes flisen omedelbart i impregneringslösningen.

Impregneringstiden var 10 min och lösningens temperatur var från början Ca 20OC. Efter dränering förvärmedes den impreg- nerade flisen genom àngbehandling i 3 min vid 12600. Den efter- följande raffineringen utfördes i tvâ steg i en öppen skiv- raffinör vid en temperatur något över lO0oC, Utgående massa- koncentrationen var efter första steget 30% och efter andra steget 20%. Massautbytet var 97% vid làg sulfitsatsning och sjönk till 95% vid högsta sulfitsatsningen.

Framställda massors svavelinneháll (uttryckt som vikts-% Na2SO3 räknat pà absolut torr massa, a.t.m.), egen- skaper och malenergibehov framgår av Fig. 3-9.

Fig. 3 visar svavelinnehàll i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.) som funktion av.satsad sulfit (uttryckt som vikts-% Na2SO3 på absolut torr ved, a.t.v.).

Av i massan efter raffinering áterfunnet svavel var 90-98% kemiskt bundet till massan, varvid det högre procenttalet gäller vid låg, optimal satsning.

Fig. 4 visar spethalt (mätt som Sommerville-spet, %) i massor med olika svavelinnehàll (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.) som funktion av avvattningsförmágan (ml CSF, Canadian Standard Freeness).

Fig. 5 visar avvattningsförmàga (ml CSF) vid olika malenergiinsatser som funktion av svavelinnehàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.).

Fig. 6 visar dragindex (Nm/g) vid olika malenergi- insatser som funktion av svavelinnehállet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pá a.t.m.). 451 202 Fig. 7 visar malenergiinsats (kwh/t) för att erhålla ett dragindex av 45 Nm/g som funktion av svavelinne- hàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pá a.t.m.).

Fig. 8 visar malenergiinsats (kWh/t) för att erhålla en avvattningsförmága av 100 resp. 130 ml CSF som funktion av svavelinnehàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a;t.m.).

Pig. 9 visar ljusspridningskoefficient (m2/kg) vid olika malenergiinsatser som funktion av svavelinnehàllet i massa (uttryckt som vikts~% Na2SO3 på a.t.m.).

Exemgel 2: En blandning av gran- och tallvedsflis med sam- mansättningen 80 vikts-% gran och 20 vikts-% tall förbehandlades och raffinerades enligt beskrivning angiven i Exempel l. Fram- ställda massors svavelinnehàll och egenskaper framgår av Pig. 10-12.

Fig. 10 visar svavelinnehàll i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 på a.t.m.) som funktion av satsad sulfit (uttryckt som vikts-% Na25O3 på a.t.v.).

Fig. ll visar spethalt (mätt som Sommerville-spet, %) i massor med olika svavelinnehàll (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.) som funktion av avvattningsförmàgan (ml CSF).

Pig. 12 visar dragindex (Nm/g) vid olika mal- energiinsats som funktion av svavelinnehàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.).

Exemgel 3: Flis av gran- och tallvcd med förhållandet 85 vikts-% gran och 15 vikts-% tall behandlades med natriumsulfit- lösningar med olika halt av sulfit och pH-värde 8.2-9.5.

Flisen basades i 10 min med vattenånga vid atmos- färtryck (IOOOC). Sulfitlösningen pàspritsades flisen i inloppet till basningskärlet. Efter basning föll flisen ned i en flis- tvätt, dränerades och förvärmdes genom àngbehandling i 3 min vid l26OC. Den efterföljande raffineringen utfördes i en tryck- satt förstastegsraffinör vid en temperatur av eller strax över l26OC och i en öppen andrastegsraffinör vid en temperatur strax över l00OC. Massakoncentrationen var efter första steget 40% och efter andra steget 20%.

Fig. 13 visar svavelinnehàll i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 på a.t.m.) som funktion av satsad sulfit (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pá a.t.v.). 451 202 Fig. 14 visar dragindex (Nm/g) vid Qlika mal- energiinsats som funktion av svavelinnchàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.).

Fig. 15 visar malenergiinsats (kwh/t) för att erhålla ett dragindex av 25 resp. 28 Nm/g som funktion av svavelinnehàllet i massa (uttryckt som vikts-% Na2SO3 pà a.t.m.). rig. 16 visar ijussprianingskøefficienten (mz/kg) vid en avvattningsförmàga av 200 ml CSF som funktion av svavel- 2803 pà a.t.m.).

En blandning av gran- och tallvedsflis med sam- innehállet i massa (uttryckt som vikts-% Na Exemgel 4: mansättningen 75 vikts-% gran och 25 vikts-% tall förbehandlades och raffinerades enligt beskrivning angiven i Exempel 3. 17 visar framställda massors dragindex (Nm/g) vid olika malenergiinsats som funktion av svavelinnehàllet i Fig. massa (uttryckt som vikts-% Na2S03 pà a.t.m.).

SAMMANFATTANDE KOMMENTARER En làg, optimerad satsning av sulfit enligt figur l ger följande fördelar jämfört med idag normalt använda sats- ningar: 1. Högt massautbyte Den milda kemikaliebehandlingen leder till högt massautbyte (>95%). 2. Hög utnyttjandegrad av satsad sulfit 3, 10, 15) Ca 98% av satsad sulfit föreligger efter raffine- (se fig. ring i kemiskt bunden form i massan, vilket ger ingen eller ytterst liten halt av fri sulfit i massan. Detta är fördelaktigt med hän- syn till förbrukningen av väteperoxid i ett efterföljande blek- ningssteg och eliminerar behovet av ett mellanliggande tvättsteg, liksom behovet av ett särskilt kemikalieàtervinningssystem för sulfit. 3. Låg kemikaliekostnad Främst vid raffinering, men även vid väteperoxid- blekning till följd av ytterst låg eller ingen halt av fri sulfit i massan. -kan användas. 451 202 4. åêg installationskostnad för förbehandlingssteg Basning med vattenånga vid atmosfärtryck liksom trycklös impregnering med sulfitlösning medför att enkel apparatur Investeríngskostnaden blir därför lág både vid ny- byggnad och vid komplettering av äldre utrustning. 5. Låg spethalt Även lág sulfitsatsning ger en påtaglig minskning av spethalten (se fig. 4, ll). 6. Låg energiinsats Vid malning till konstant avvattningsförmàga (se fig. 8) alternativt konstant dragindex (se fig. 7, 15) erfordras vid làg, optimerad sulfitsatsning en väsentligt lägre malenergi- insats än eljest. Energivinster av storleksordningen 20% kan således göras. 7. Goda styrkeegenskaper Vid konstant malenergiinsats erhålles vid lag, optimerad sulfitsatsning ett maximum i dragindex (se fig. 6, 12, 14, 17). sulfitsatsningar av 22% (se fig.

Ett motsvarande dragindexvärde erhålles ej förrän vid 3 och 6), varvid dock massaut- bytet påverkas negativt. 8. Maximal ljusspridningskoefficient Vid lág, maximum i ljusspridningskoefficient (se fig. 9, 16). optimerad sulfitsatsning erhålles ett ökas sulfit- satsningen sker en snabb försämring av den ljusspridande förmågan.

Vid användning av mekanisk massa i olika tryckpapper utgör en hög ljusspridningskoefficient ett väsentligt kvalitetskrav.

Vid ovan angivna exempel har som kemikalie angivits sulfit, företrädesvis natriumsulfit (Na2SO3). Det är även möjligt att tillämpa vätesulfit och/eller sulfit.

Intervallen inom vilken materialet förvärmes kan Lämpligt men företrädesvis inom inter- även väljas vidare än vad som ovan angivits i eremplen. sàdant intervall är ca ll0-l30°C, vallen 115-l26oC. 451 202 Uppfinningen är ej begränsad till de på rit- ningarna visade och de ovan beskrivna utföringscxemplen, utan kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (4)

10 15 20 25 30 451 202 10 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för framställning av fibermassa frán lignocellulosahaltigt material, som utgöres av gran eller uppvisar granvedskaraktär, innefattande ett impreg- neringssteg, vid vilket ligninmjukgörande kemikalie i form av vätesulfit och/eller sulfit, företrädesvis natriumsulfit (Na2SO3), tillföres materialet före defibre- ringen av detsamma, i syfte att främst mjukgöra materialet, k ä n n e t e C k n a t därav, att den ligninmjukgörande kemikalien tillföres i form av en utspädd vattenlösning i sådan mängd, att den efter genomförd defibrering absorbe- rade och vid massans fibrer bundna kemikaliemängden, räknat som Na2SO3, representerar en punkt inom omrâdet ABCD vid raffinering i en ej trycksatt raffinör, vars malhustryck är i huvudsak atmosfärstryck, och represen- terar en punkt inom området EFGH i fig l vid raffinering i en trycksatt raffinör, vars malhustryck motsvarar ett övertryck av ca 140 kPa.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e ~ t e c k n a t därav, att den absorberade och bundna mängden svavel, uttryckt som viktprocent Na SO 2 3' till granvedshalten i utgàngsmaterialet och atmosfäriska avpassas defibreringsförhállanden för att representera en punkt utmed den mellersta tjockare prickstreckade linjen i fig 1.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den absorberade och bundna mängden svavel, uttryckt som viktprocent Na SO 2 3' till utgángsmaterialets granvedshalt och förhållandena avpassas vid raffinering i en trycksatt defibrator vid defibre- ringstrycket ungefär 140 kPa för att representera en punkt utmed den mellersta tjocka heldragna linjen i fig 1. V

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att Na2SO3-inblandningen utföres 451 202 ll vid atmosfärstryck under en tid av ca 10 min efter en basning av materialet under ca 10 min, företrädesvis vid atmosfärstryck, och följt av en förvärmning vid ca 110-130°C, företrädesvis 115-126°C, under ca 3 min före defibrering i exempelvis företrädesvis öppen skiv- kvarn.