SE461103B - Framstaellning av mekanisk och kemimekanisk massa i tvaa steg - Google Patents

Description

461 105 1 10 15 20 25 30 35 att ändra den kemiska miljön kring fibrerna genom tillsats av kemikalier. Genom tillsats av natríumhydroxid har energiförbrukningen kunnat minskas med 30 %, men den totala 1300 kWh/ton. Vid dessa_ försök försämrades dock utbytet något och ljusheten förbrukningen ligger ändå på ca väsentligt.

I Svensk Papperstidning, 1982,sid. R 132-139 (P.Axelson och R. Simonsen) diskuteras inverkan av sulfitimpregnering av flisen på raffineringsförloppet,bl.a. energiförbrukningen.

Vid en viss mängd upptagen sulfit uppvisade energiförbrukningsdíagrammet ett minimum. Totalt sett låg dock energiupptagningen på en hög nivå av 2000 kWh/ton.

Det har tidigare utförts försök att behandla termomekanisk massa med fibermodifierande kemikalier. Det har då visat sig att man genom behandling av den defibrerade massan med ozon före raffineringen i ett tvâstegsförfarande har kunnat reducera energiförbrukniningen med upptill 30%. Detta har emellertid endast kunnat ske på bekostnad av utbytet.

Enligt föreliggande uppfinning har det visat sig möjligt att framställa mekanisk pappersmassa genom en väsentligt reducerad energíinsats. _Enligt uppfinningen sker detta genom att vedmaterialet i ett första steg grovsönderdelas vid en koncentration av över 20%. Energiinsatsen skall härvid uppgå till högst 800 kWh/ton vedmaterial. De i vedmaterialet ingående sura grupperna skall sedan helt eller delvis neutralieeras och materialet utspädes medelst vatten av en temperatur motsvarande ligninets mjukningstemperatur. Spädvattnet skall ha en jonstyrka av högst 0.05 mol per liter. Det grovsönderdelade materialet skall sedan malas vid en med en energíinsats av totalt högst 500 kWh per ton material. koncentration av 1-10 % 10 15 20 25 30 35 461 103 Tanken bakom föreliggande uppfinning består i att det föreligger ett samband mellan vedmaterialets nedbrytning till fibrer och det sätt, på vilket energipulserna överföres till materialet, dvs om energipulserna överföras i vätskèfas eller ångfas. Vidare måste man beakta i vilket termiskt och fysikalist tillstånd vedmaterialet befinner sig när energipulserna överföras.

Man har tidigare inte lyckats att genom malning vid låg koncentration defibrera vedpaket för att minska energiförbrukningen vid framställning av mekaniska massor.

Anledningen till detta är att man inte känt till hur fiberklippningen och därmed alltför lågt drag- och rivindex hos den resulterande mekaniska massan skall kunna undvikas och samtidigt åstadkomma förbättrade bindningsegenskaper hos ITIQSSHÜ.

För att åstadkomma detta är det viktigt att noggrannt styra fibersuspensionens temperatur och kemiska miljö i samband med malníngen.

För att få insatsen i Det första atmosfërtryck eller trycksatt och det kan utföras genom en låg total energiförbrukning måste energi- det första grovdefibreringssteget vara låg. högkoncentrationssteget kan vara under rivning (shredding), flispressning, pluggskruvning (typ Impressafiner eller PREX) eller genom defibrering i en raffinör.

Slutmalningen sker sedan i ett eller flera steg vid låg massakoncentration, dvs vid en koncentration av 1-10%.

Vid denna malning måste det beaktas att den specifika kantbelastningen är tillräckligt låg och att fibersuspensionens temperatur och kemiska miljö anpassats till vedpolymerernas mjuknings- och svällningstillstånd.

Detta innebär enligt uppfinningen att temperaturen vid malningen skall vara minst lika hög som 3 461 103 h; 1 10 15 20 25 30 35 mjukningstemperaturen hos den styvaate amorfa vedpolymeren, att vedpolymerernas sura grupper i huvudsak är joniserade samt att processvattnets jonstyrka är tillräckligt låg.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas medelst några utföringsexempel samt med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. l visar ett flödesschema över en utföringsform av sättet enligt uppfinningen, Fig. 2-4 diagram över egenskaper och energiförbrukning hos en massa 1, 5 ett flödesschema över en annan framställd enl. fig.

Fig. utföringsform av uppfinningen, samt Fig. 6-8 egenskaper och energiförbrukning vid sättet enl. denna utföringsform.

E X E M P E L 1 Flödesschemat enligt fig.l visar framställning av termomekanisk massa för tidningspapper.

Flis från gran basades i ett första steg och förvärmdes Den förvärmda flisen sönderdelades sedan i en trycksatt raffinör med en energiförbrukning av 700 kWh/ton. Vid denna grovdefíbreríng tillsattes 3 kg Na0H i raffinörens malzon för neutralisering av i vedmaterialet ingående sura grupper.

Det defibrerade materialet tillfördes spädvatten med en temperatur av Bfloc och en jonstyrka av 2.0 mmol/1 för erhållande av en massakoncentration av 3".

Vid denna koncentration maldes sedan massan i fem på varandra följande steg vid en specifik kantbelastning av 0.3-0.5 ws/m och en total nettoenergiförbrukning av 150 kWh per ton massa motsvarande en bruttoenergiförbrukníng av 250 10 15 20 461 103 kWh per ton massa till en freeness av 150 ml CSF och en medelfiberlängd (PML) av 1.8 mm , dvs ungefär lika som en på konventionellt sätt framställd TMP- massa med en energiförbrukning av 1750 kWh per ton massa.

Den totala energiförbrukningen vid sättet enligt uppfinningen har således sänkts från 1750 till 950 kWh per ton massa.

Utbytet uppgick till ca 97%.

En jämförelse mellan egenskaperna för en konventionellt framställd TMP-massa och en framställd enligt uppfinningen framgår av tabell l.

I sammanhanget bör nämnas att som konventionell TMP-process användes det minst elenergikrävande raffineringssystem som är känt hittills, dsv trycksatt dubbelskíveraffinör kombinerat med kort uppehållstíd vid den trycksatta förvärmningen.

Vid tillämpning av tvâstegsprocesser med enkelskiveraffínering krävs oftast mer än 2000 kWh/ton för att erhålla massa med 150 m/CSF. 5 461 10 15 20 25 30 35 105 LAÄíi-.ii T M P konventionell uppfinningen Energiförbrukning, kWh/ton 1750 950 Freeness,ml CSF 150 150 PML X), mm 1.9 1.9 Spethalt, Sommervílle % 1.3 0.5 Dragindex, kNm/kg 32.0 32.0 Dragstyvhetsindex 3.4 3.4 Brottöjníng, % 2.0 1.9 Rivindex, Nmz/kg 6.5 5.5 Densitet, kg/m3 380 380 s, mz/kg 58.0 58.0 Ljushet, %ISO 60 60 x) PML= partikelmedellängd uppmätt enligt STFI:s massamätsystem Tillverkning av TMP enligt uppfinningen jämförs i fig 2 3 och 4 med konventionellt framställd TMP med enstegs- raffinering i dubbelskiveraffinör, vilket är den energisnålaste TMP-process som förekommer med dagens teknik.

Fig. 2 visar dragindex som funktion av elenergiförbrukningen. Av figuren framgår tydligt att dragindexökningen vid viss elenergiförbrukning är avsevärt större för TMP framställd enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar rivíndex som funktion av dragindex för TMP enligt uppfinningen och konventionell THP. Det framgår att rívíndexutvecklingen hos respektiven TMP är ungefär densamma , dvs vid optimering av lågkoncentrationsmalningen enligt uppfinningen undviks i det närmaste helt den fiberklippníng och därmed den allvarlilga rivindexminskning som är vanlig vid konventionell lågkoncentrationsmalning av mekaniska massor. 10 15 20 25 30 35 461 103 Fig. à visar hur ljusspridningskoefficienten (s) utvecklas hos konventionell TMP och TMP framställd enligt uppfinningen. Det framgår att s-utvecklingen kräver lika låg elenergiinsats som dragindexutvecklingen, dvs elenergibesparingen till visst s-värde är lika stor som elenergibesparingen till viss dragindex-värde.

E X E M P E L 2 Föreliggande exempel avser framställning av kemimekanisk massa (CTMP eller CMP) enligt det flödesschema som visas i fig. 5.

Behandlingen med impregneringskemikalier, som kan vara sulfiter,peroxid, syrgas, ozon och/eller lut, kan ske före det första defibreringssteget, efter detta steg men före slutmalningen, efter slutmalningen eller kombinationer av dessa. I det visade flödesschemat utföres impregneríngen före det första defíbreringssteget.

Det första defibreringssteget vid hög koncentration utföres pâ samma sätt som i exempel 1.

Vid tillverkning av kemimekanisk massa är tvättsteget mycket väsentligt för att enligt uppfinningen malningen skall ske vid låg jonstyrka. Tvättningen sker därför före slutmalningen. I de fall då kemikaliebehandlingen utföres som sista process-steg sker tvättning även efter detta steg.

Slutmalningen sker på samma sätt som enligt exempel l, men processtemperatur och kemisk miljö måste anpassas till de speciella egenskaper som vedpolymererna erhållit genom behandling med impregneringskemikalier. Väsentligt är att ta hänsyn till antalet sulfonsyragrupper som införts genom en evt. sulfítbehandling. Eftersom en ökande mängd sulfonsyra- grupper processvattnets temperatur vara lägre än vid framställning minskar ligninets mjukningstemperatur kan 7 461 1 10 15 20 25 30 35 103 av TMP-massa enligt exemplet l. En tillräckligt hög temperatur vid CTMP-tillverkning är 40 C. Att anväda lägsta möjliga temperatur är fördelaktigt ur ljushetssynpunkt.

Genom en natriumsulfitbehandling är såväl sulfonsyragrupperna som karboxylsyragrupperna joniserade från början.

Om man vid CTMP-tillverkningen väljer att modifiera veden med peroxid, syre eller ozon erhålles visserligen inte sulfonsyragrupper, men vedmateríalets, främst ligninets, innehåll av karboxylsyragrupper ökas väsentligt, vilket medför en sänkning av lígninets mjukningstemperatur.

I exemplet enligt fig. S basades flis från gran och impregnerades med en natriumsulfitlösning i en mängd motsvarande en 2"-ig satsning, varefter den förvärmdes vid en temperatur av 130 C i 3 min. Materialet grov- sönderdelades sedan med en energiförbrukning av ca 600 kWh per ton i en trycksatt flisraffinör vid hög koncentration(ca 35%). Det erhållna utbytet uppgick till ca 96% Det erhållna grovdefibrerade materialet utspäddes till ca 3% och latencybehandlades vid 80 C i 20-30 min. Massan pressades till en koncentration av 45-50 % och utspäddes ånyo till 3% vid en temperatur av 70 C. Vid denna koncentration maldes massan sedan med en specifik kantbelastning av 0.3-0.5 Ws/m i fem på varandra följande steg med en nettoenergiförbrukning av 150 kWh per ton motsvarande en bruttoenergiförbrukning av 250 kWh per ton för erhållande av en massa med en freeness av 250 ml CSF och en medelfiberlängd (PML) av 1.7 mm, dvs som en konventionellt framställd CTMP-massa tillverkad i ett steg med en energiförbrukning av 1750 kWh per ton.

Genom sättet enligt uppfinningen hade man således sänkt energiförbrukningen från det konventionella l750 till 850 kWh per ton.

:RI 10 15 20 25 30 35 461 103 Den erhållna CTMP-massans egenskaper jämfört med konventionell CTMP- massa framgår av tabell 2.

T A B E L L 2 Konventionell Enligt uppfinningen Energiförbrukning, kWh/ton 1750 850 CSF ml 250 250 PML, mm - 1.7 Dragindex, kNm/kg 40 40 Dragstyvhetsindex - 4.6 Brottöjning, % 1.9 1.6 Rivindex Nmz/kg 6.7 5.5 Densitet, kg/m3 420 450 S, m2/kg 43 45 Ljushet, %I50 60 60 Tillverkningen av CTMP enligt uppfinningen jämföres i figurerna 6,7 och 8 med tillverkning enligt konventionell teknik.

I fig.6 visas dragindex som funktion av energiförbrukningen för en CTMP-massa framställd enligt uppfinningen och för en konventionellt framställd massa. Jämfört vid ett visst dragindex,t.ex. 40 kNm/kg, förbrukar konventionell raffinering ca 1750 kWh per ton massa medan det vid sättet enligt uppfinningen endast åtgår ca 850 kWh per ton.

Vid jämförelse av sättet enligt uppfinningen med konventionell metod i ett samband med rivindex som funktion av dragíndex framgår att sambanden är likartade, dvs man undviker den vid lågkoncentrationsmalningen vanliga fiberklippníngen som ger upphov till ett kraftigt reducerat rivindex. Detta framgår av diagrammet i fíg. 7. 'i 10 Delnogiligt uppfinningen framställda CTMP-massans 10 15 20 25 30 ljusspridningskoeficient som funktion av energiförbrukningen visas i diagrammet i fig. 8, jämfört med konventionellt framställd massa. Det framgår här att man enligt uppfinningen erhåller en väsentlig lägre energiförbrukning till visst ljusspridningsindex.

E X E M P E L 3 Föreliggande exempel avser framställning av högsulfonerad CTMP eller CMP, dvs massa som innehåller mera än 4 g bundet svavel per kg vedmaterial.

Flis från gran impregnerades med en natriumsulfitlösning innehållande ca 120 g natriumsulfít per liter i en mängd motsvarande en satsning av ca 12%. Flisen förvärmdes vid en temperatur av 140 C under 10 min, varefter den grovsönderdelades med en energiförbrukning av ca 400 kWh per ton ved. Defibreringen utfördes i en trycksatt flisraffinör och man erhöll härvid ett utbyte av 93-94 Efter en latencybehandlíng vid 60 C i 20-30 min vid en %. massakoncentration av 3%, maldes massan i 3 steg vid en kantbelastning av 0.3 till 0.5 Ws/m och en nettoenergi- förbrukning av 100 kWh per ton motsvarande en brutto- energiförbrukning av 160 kWh per ton.

Den erhållna massans egenskaper bestämdes och i tabell 3 nedan har de erhållna värdena angivit i jämförelse med en på konventionellt sätt i ett enstegsförfarande framställd CTHP med en energiinsats av 1500 kWh per ton 10 15 20 25 30 35 11 1{)3 4ɧ1 T A B E L L 3 Konventionell Enligt uppfinningen Energiförbrukning, kWh/ton 1500 560 CSF, ml 400 400 PML,mm 1.9 1.9 Dragindex, kNm/kg 65 65 Brouöjning, x 2.0 1.8 Rivindex, Nmz/kg 8.0 8.0 Densitet, kg/m3 440 450 S, m2/kg 34 36 Ljushet, :Iso 59 59 E X E M P E L 4 Denna utföringsform utgör ett exempel på hur man i det första steget kan använda extruder för grovsönderdelning av vedmateríalet. Enligt exemplet användes en extruder av typ Bívis.

Granflis basades på vanligt sätt vid 100 C i 10 min, varefter den matades in i en Bivis-maskin. Vid defíbreringen i maskinen satsades 2-3% natriumsulfitlösning så att materialets sulfoneringsgrad uppgick till 1.5 g svavel per kg ved. Elenergíförbrukningen var ca 400 kWh per ton ved då materialet passerade genom dubbelskruvens fyra kompressionszoner. Efter utmatningen späddes fibermaterialet till ca 5% 70 C, varefter suspensionen pumpades till malning i sju steg i en lågkon- massakoncentration vid ca centrationsraffinör. Efter det femte malsteget var massans freeness ca 250 ml CSF, dragindex 55 kNm/kg och rivindex 6Nm2/kg vid en nettoenergíförbrukning av 150 kWh per ton, och en bruttoenergíförbrukning av 250 kWh/ton.

Den totala energiförbrukningen för framställning av kemimekanisk massa (CTMP) till ett freenessvärde av 250 ml 461 103 1 10 15 12 CSF genom sättet enligt uppfinningen uppgår således till 650 kWh/ton, vilket skall jämföras med ca 1750 kWh per ton enligt bästa konventionell teknik till samma freenessvärde.

Genom att mala i sju lâgkoncentrationssteg enligt uppfinningen kan man nå ett freenesavärde av 50 ml CSF och erhåller då en CTMP-massa lämplig för användning i journal- och LHC-papper. Den totala energiförbrukningen kan ändå hållas under ca 850 kWh/ton. Massa av denna sistnämnda typ kan inte tillverkas med konventionell teknik eftersom man då inte kan erhålla tillräckligt god ytjämnhet.

Uppfinningen är inte begränsad till de beskrivna utförínngsformerna, utan kan varieras inom uppfinninge- tankens ram. l; L\

Claims (4)

10 15 20 25 /3 461 103 P a t e n t k r a v

1. Sätt att med låg energi-insats framställa mekanisk och kemimekanisk pappersmassa genom sönderdelning och malning av vedmaterial i åtminstone två steg, k ä n n e t e c k n a t a v att materialet grovsönderdelas i det första steget vid en koncentration över 20% med en energi-insats av högst 800 kWh per ton vedmaterial, att i vedpolymererna förekommande sura grupper helt eller delvis neutraliseras genom tillsats av Na0H i en mängd av högst 9 kg per ton, att materialet utspädes medelst vatten med en temperatur motsvarande ligninets mjukningstemperatur, dvs 40-95OC, och med en jonstyrka av högst 0.05 mol per liter samt att materialet sedan males i ett eller flera steg vid en koncentration av 1-10 % med en energi-insats av totalt högst 500 kWh per ton material.

2. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone 25% av den totala energi-insatsen tillföras vid malningen.

3. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t a v det grovsönderdelade materialet efter det första steget tvättas för att reducera jonstyrkan.

4. Sätt enligt något av de Föregående kraven, k ä n n e t e- c k n a t till 50-150 kWh per ton massa. a v att energi-insatsen i varje malsteg uppgår