SE461134B - Foerfarande och anordning foer inblandning av kemikalier i fibermassa - Google Patents

Description

461 134 2 hög temperatur, vilket kan resultera i sönderfall av kemi- kalier. Fördelen med hög torrsubstanshalt gär med andra ord förlorad. Ännu mera allvarligt är att det även erhålles en förkortning av fibrerna i cellulosamaterialet. En annan nackdel med befintliga blandningsanordningar är att de är komplicerade till sin funktion och dessutom är det ofta svårt att byta ut förslitna maskindelar. Detta medför långa kostsamma produktionsstopp som fördyrar slutprodukten.

Medelst föreliggande uppfinning har ovannämnda problem kunnat elimineras eller åtminstone väsentligt reduceras.

Medelst uppfinningen erhålles en effektiv inblandning av kemikalier med cellulosa eller annan substans. Medelst uppfinningen erhålles vidare en mycket homogen fördelning av kemikalierna i det material varmed de skall blandas.

Dessutom undvikes onödig temperaturhöjning vilket gör att kemikalierförbrukningen kan hållas på låg nivå. Slutligen kan nämnas att förkortning av fibrerna i cellulosamaterial undvikes.

Det som härvid kännetecknar ett förfarande och en anord- ning enligt uppfinningen framgâr av efterföljande patent- krav.

Uppfinningen är i det följande närmare beskriven i ett utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritningar, varvid fig. 1 visar en vald utföringsform av en anordning enligt uppfinningen i sidovy och delvis uppskuren, fig. 2 visar i större skala ett behandlingssteg i inbland- nings- och bearbetningsprocessen utförd i anordningen vi- sad i fig. J, fig. 3 visar ett snitt A-A i fig. 2, 3 461 154 fig. 4 visar delvis i snitt ett annat steg i bearbetnings- processen utförd i anordningen enligt fig. 1, fig. S visar en variant av bearbetningssteget enligt fig. 2, och fig. 6 visar olika snitt genom anordningen visad i fig. 5.

Den i fig. 1 visade anordningen är uppstödd av ett funda- ment 1 som uppbär lager 2 och 3 med axeltappar 4 resp 5.

Fundamentet ppnbär vidare tillsammans med en stödbock 6 och tätningskavlar 7, 8 ett fast anordnat trâg eller rör- mantel 12 som vid ena änden är försett med ett inmatnings- stup eller inlopp 13 för den massa som skall behandlas och i motsatta änden med ett utlopp 21 (se fig. 4) för behand- lad massa. Med ett genomgående mellanrum till mantelns 12 insida är anordnade roterbara delar, vilka via axeltapparna 4, 5 drives på konventionellt sätt av motor via växellåda 14.

Av dessa roterbara delar är i fig. 1 visad en inmatnings- eller transportskruv 9 bestående av röraxel 10 och skruv- gänga 11. Slutligen visar fig. 1 en rörstuds 26 för till- förande av kemikalier. Mer än en dylik rörstuds kan vara anordnad.

Under behandlingsprocessen transnorteras massan i nämnda mellanrum mellan den fastauentehxoch de nämnda rörliga delarna från inloppet 13 genom olika bearbetningszoner E-F, F-G och G-H fram till utloppet êâs Fig. 2 och 3 visar den sista delen av zonen E-F men åskåd- liggör framförallt en föredragen utföringsform av bearbet- ningszonen F-G. Såsom visat i denna utföringsform är den fasta manteln 12 försedd med fasta radiella ringformade element 15-med i huvudsak triangulärt tvärsnitt och dessa ringformade element 15 är förenade med axiellt gående men radiellt riktade fasta ledskivor 16. På transportskruvens 9 förlängda röraxel 10 är anordnade axiellt gående men 461 134 4 radiellt riktade ledskivor 17 och på röraxeln 10 är även anbringade radiella ringformade element 18 med samma tvär- snitt som de ringformade elementen 15. De fasta ledskivorna 16 är till antalet färre än de roterbara ledskivorna 17.

Pig. 2 och 3 åskådliggör även medelst pilar de rörelse- riktningar massan erhåller i bearbetningszonen F-G.

Fig. 4 illustrerar den sista bearbetningszonen G-H i den visade anordningen. Manteln 12 är ansluten till en fast yttre stympad dubbelkonisk kåpa 19 och röraxeln 10 är ansluten till en inre stympad dubbelkonisk kåpa 23, kon- centriskt anordnad i förhållande till den yttre kåpan 19.

Kâpan 19 är ansluten eller försedd med ett rörformat ut- loppshus 20 med utloppet 21. Kåpan 19 är invändigt och kåpan 23 utvändigt försedda med halvsfäriska element 22 som skjuter in i mellanrummet mellan kåporna.

Fig. 5 och 6 slutligen illustrerar en annan utföringsform av bearbetningszonen F-G. Transportskruven 9, bestående av röraxeln 10 och skruvgängan 11, är här förlängd till att även innefatta bearbetningszonen F-G, varvid emellertid skruvgängans 11 stigning inom denna bearbetningszon succes- sivt minskas, normalt mellan 20-30%. Vidare är skruvgängan försedd med nära tangentíellt eller radiellt riktade stavar 25, företrädesvis med halvovalt tvärsnitt. Stavarnas 25 an- tal är succcessivt ökade från normalt två stavar vid ingången till bearbetningszonen till normalt åtta stavar vid ut- gången.

Den visade anordníngen enligt uppfinningen grundar sig såle- des på användning av en i huvudsak horisontell transport- eller inmatningsskruv 9, 10, 11 innesluten i ett trâg 12 med två därpå följande behandlingssteg F-G och G-H, var- vid inmatningsskruven är avsedd att mottaga den via ett in- lopp 13 inmatade massan för att transportera och ge massan lämpligt presstryck mot anordningens efterföljande behand- lingssteg. Massan kan tillföras inmatningsskruven med över- 5 461 134 tryck eller med atmosfärstryck.

Den visade anordningens första massabehandlingssteg består av minst tre mot anordningens längdaxel radiella i träg- manteln 12 fästade ringformade element 15 med i huvudsak triangulärt tvärsnitt och förenade med i längdaxelns rikt- ning gående men radiellt riktade fasta ledskivor 16. Den med transportskruvens axel fast förenade rörliga delen 10 i behandlingssteget är likaledes försedd med motsvarande radiella element 18 med i huvudsak triangulärt tvärsnitt, till antalet minst tvâ och anordnade mellan de vid manteln 12 anordnade fasta ringformade elementen 15 och likaledes försedda med radiellt riktade med axeln parallella längs- gående ledskivor 17, såväl mellan de ringformade elementen 18 som vid inträde i och utträde ur behandlingssteget. Led- skivorna 15 vid manteln 12 är till antalet färre än antalet roterande ledskivor 17 men så arrangerade att minst två dia- metralt motsatta ledskivor 15 kommer att sammanfalla med minst två diametralt motsatta ledskivor 18 under korta tids- intervall. Detta inträffar med en periodicitet bestämd av vinkelskillnaden mellan två vid manteln fästade ledskivor 15 och vinkelskillnaden mellan tvâ roterande ledskivor 18.

Om t ex antalet vid manteln 12 fasta ledskivor 15 är tio och antalet roterande ledskivor 18 är tolv blir vinkeln mellan de fasta ledskivorna 36° och mellan de roterande ledskivorna 300. Vinkelskillnaden blir i exemplet 60 och periodiciteten således lika med 60 gånger per varv. Massan kan vid dessa ledskiveinställningar passera radiellt mel- lan roterande och fasta delen endast i det smala spaltut- rymme som i detta läge finns mellan närmast bakomvarande fasta ledskiva 15 och närmast bakomvarande roterande led- skiva 18, likaså vid närmast framförvarande. Detta innebär att hastighetsgradienterna i massan kommer att genomgå snabba upprepade förändringar i behandlingsstegets hela 5 tvärsnitt, ytterligare förstärkt av ökande och minskande genomströmningsarea i behandlingssteget, eftersom massan 461 134 6 ' vandrar växelvis utåt mot manteln 12 och inåt mot behand- lingsstegets axel vid genomströmningen, därtill styrd medelst de med triangulärt tvärsnitt formade radiella ringformade elementen 15 och 18. Avståndet mellan de ringformade elementen är i det visade föredragna utfö- randet konstant. Den genom detta behandlingssteg passeran- de massan påverkas således av inre skjuvkrafter mellan fiberlagren och knàdning, åstadkommet genom växlande hastighetsgradienter i fiberskikten och massans oscille- rande rörelse i såväl axiell som radiell led. Anordningen arbetar normalt inom varvtalsområdet 200 - 1500 varv/minut, vilket innebär att massans oscillerande rörelse kan fâ frekvens 12,000 - 90.000 gånger/minut.

Efter behandling i anordningens behandlingssteg F-G för- skjutes massan till det slutliga behandlingssteget G-H i den visade anordningen. I det slutliga behandlingssteget G-H retarderas massans genomloppshastighet under vägen från inloppet till behandlingssteget till dubbelkonernas 19, 23 bas samtidigt som den roterande konans periferi- hastighet successivt ökas med konans ökande diameter.

Därefter accelereras massan under dess väg från dubbel- konernas_bas mot behandlingsstegets utgång, medan den roterande konans periferihastighet minskar. Massans re- tardations- och accelerationsrörelse förstärks medelst de halvsfäriska elementen 22 till en oscillerande massarörelse, varvid massan i behandlingssteget utsätts för en kraftigt skjuvande behandling, ytterligare förstärkt av den knåd- ning som âstadkommes medelst de halvsfäriska elementen 22.

I ett annat utförande kan de halvsfäriska elementen 22 er- sättas med ribbor eller stavar med exempelvis triangulärt eller halvovalt tvärsnitt. För skonsam behandling av massa- fibrerna bör alla hörn och kanter vara väl rundade.

För kemikalieinblandningen är rörstudsar 26 placerade pâ lämpliga ställen efter anordningens mantel 12. | 7 461 134 I en icke visad utföringsform kan behandlingsstegen vara omvänt placerade, dvs behandlingssteget G-H vara i massans transportriktning placerad före behandlingssteget F-G.

Det skall inses, att för erhållande av de eftersträvade behandlingarna av en massa kan såväl de fasta elementen som de roterande elementen i anordningen vara utformade på annat sätt. I vissa fall, t ex för vissa massakoncentra- tioner, kan den knâdning som erhålles i den visade anord- ningen undvaras, dvs exempelvis knâdningen erhâllen medelst de halvsfäriska elementen 22 i behandlingssteget G-H.

I en försöksanläggning för framställning av slipmassa blektes massan med 3% väteperoxid och vid en massakoncentra- tion av 16%. Förutom väteperoxid satsades 5% natriumvatten- glas och 1,8% natriumhydroxid. Vid dessa betingelser upp- nåddes efter två timmars blekning en ljushet av 79,5% enligt SCAN-C 11:75. Kemikalierna blandades in med hjälp av en vanlig pinnmixer. Vid demonstrationsförsöket ersat- tes den konventionella inblandningsanordningen med en anord- ning enligt föreliggande uppfinning. Slipmassan tillfördes anordningens inlopp 13 och transporterades vidare med hjälp av inmatningsskruven 9-11 till behandlingssteget F-G.

Slipmassans torrsubstanshalt uppmättes till 26% och dess temperatur till 6300. I behandlingssteget F-G utsattes massan för hastigt pulserande behandling. Frekvensen beräknades till 24,000 gånger/minut. Samtidigt med denna högfrekventa behandling utsattes massan i behandlingsste- get F-G för skjuvande och komprimerande behandling. Efter passagen genom detta behandlingssteg pressades massan in i behandlingssteget G-H, i vilket massan utsattes för mycket kraftig skjuvning beroende på uppkomna hastighets- gradienter i detta behandlingssteg. Således var periferi- hastigheten i början av behandlingssteget G-H vid axeln 10 endast en fjärdedel av periferihastigheten vid den roterande dubbelkonens 23 bas. Samma förhållande gällde för de halvsfäriska elementen 22. Efter att massan passe- 461 134 a rat de rörliga dubbelkonernas gemensamma bas ändrades periferihastigheten ånyo, denna gång i motsatt riktning.

Samtidigt med den beskrivna skjuvrörelsen uppnåddes även en pulserande behandling beroende på de halvsfäriska ele- mentens 22 inverkan i behandlingssteget G-H.

Till blandningsanordningen satsades blekkemikalier in i anordningen via rörstudsarna 26. Satsen av peroxid uppgick till 2,3%, natriumsilikat (vattenglas) 4,5% och natrium- hydroxid 1,7%. Mängden kemikalier är beräknad på torrtänkt mängd slipmassa. Genom utspädningen med kemikalierna och medföljande vatten sänktes massakoncentrationen från 26% till 24%.

Den med kemikalierna blandade massan lämnade blandnings- anordningen via dess utlopp 21. Efter tvättning av massan med vatten skedde analys med avseende på ljushet och papperstekníska egenskaper. Erhållna värden jämfördes med vad som erhölls för massa som behandlats i den konventio- nella blandningsanordningen. Resultaten har sammanställts i följande tabell.

Tabell Skqmassa behandlad i Anordning konventionell enligt bhnmnügsæxmdmüg yppfimnflmæn Ljushet ISO% 79,5 81,2 Dragindex Nm/g 35,7 39,8 Rivindex mNm2.g 3,4 3,9 Ljusheten bestämd enligt SCAN-C 11:75.

Som framgår av tabellen har erhållits överraskande bra resultat med användning av anordningen enligt uppfinningen. 'a 461 134 Särskilt överraskande är den höga ljusheten som uppnåtts.

Resultatet är ännu mera anmärkningsvärt om hänsyn tages till att satsen av blekkemikalier var lägre vid blekningen enligt uppfinningen.

Claims (10)

461 134 1° PATENTKRAV:

1. Förfarande för inblandning av kemikalier i fibermassa, speciellt lignocellulosamaterial, varvid massan i mellan- rum mellan roterande anordning och fast anordning trans- porteras genom inblandnings- och behandlingszoner i efter varandra följande steg i transportriktningen, och varvid massan i ett första steg bibringas ett tryck i transport- riktningen före dess inträde i ettdera av två efterföljande steg (F-G resp G-H), k ä n n e t e c k n a t av att i det ena (F-G) av nämnda efterföljande steg âstadkommes skjuvning mellan massans fiberlager medelst växlande hastighetsgradienter och samtidig oscillerande rörelse för massan, och att i det andra (G-H) av nämnda efter- följande steg bibringas massan först retarderande hastig- het och därefter accelererande hastighet under samtidig oscillerande rörelse och under skjuvning mellan fiber- lager.

2. Förfarandeßniigt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att i åtminstone det andra (G-H) av nämnda efterföljande steg utsättes massan för en knâdningsbehandling.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att det nämnda ena efterföljande steget (F-G) genomföras i transportriktningen före det nämnda andra steget (G-H).

4. Anordning för inblandning av kemikalier i fibermassa, _speciellt lignocellulosamaterial, innefattande en fast anordnad i huvudsak horisontell mantel (12,19), en inuti manteln med omgivande mellanrum till denna anord- nad roterbar anordning (9,10,11,23), ett inlopp (13) vid mantelns ena ände för den massa som skall behandlas i nämnda mellanrum, ett utlopp (21) för behandlad massa anordnat vid mantelns motsatta ände, och inlopp (26) till 11 461 154 nämnda mellanrum för kemikalietillsats, varvid mellan nämnda inlopp (13) och utlopp (21) för massan förefinnes åtminstone tre skilda behandlingssektioner, och varvid i den första behandlingssektionen belägen närmast nämnda inlopp (13) för massan utgöres den roterbara anordningen av en transportanordning (9-11) för transport av massan fram till endera av de efterföljande behandlingssektioner- na med ett ökat tryck, k ä n n e t e c k n a d av att utefter den ena (F-G) av nämnda efterföljande behandlings- sektioner förefinnes i nämnda mellanrum styrelement (15-18, 25) som är utformade och anordnade att vid den roterbara anordningens (9,10) rotation bilda strömningskanal för massan som mellan behandlingssektionens ingång och utgång växelvis förlöper utåt mot manteln (12) och inåt mot den roterande anordningen, och att den andra (G-H) av nämnda efterföljande behandlingssektioner består av strömnings- mässigt en dubbelkonisk del, som först bibringar massan re- tarderande hastighet med påföljande accelererande hastighet vid samtidig högfrekvent oscillerande rörelse åstadkommen medelst kalotter, som tillsammans med i dubbelkonorna till- förda växlande hastighetsgradienter åstadkommer höggradig skjuvning mellan fiberlagren under samtidig knâdning.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda styrelement (15-18) i nämnda ena (F-G) efter- följande behandlingssektion är anordnadeoch utformade att öka och minska strömningskanalens genomströmningsarea.

6. Anordning enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att styrelementen (15-18) utgöres av vid manteln (12) och vid den roterbara anordningen (9,10) fästade runt- omgående element (15 resp 18), vilka från manteln respek-- tive den roterbara anordningen inskjuter ett stycke in i mellanrummet växelvis på avstånd från varandra utefter mellanrummets utsträckning, och av mellan närliggande runtomgående element (15 resp 18) hos manteln (12) resp 461 134 i .12 den roterbara anordningen (9,10) fästade skivliknande ele- ment (16 resp 17) anordnade på avstånd från varandra utef- ter de runtomgående elementen och utsträckande sig i mel- V;- lanrummets utsträckning.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att antalet skivliknande element (17) anordnade vid den roterbara anordningen (9,10) är större än antalet skiv- liknande element (16) anordnade vid manteln (12).

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d av att de runtomgående elementen (15 resp 18) är i tvärsnitt i huvudsak likbent triangelformade med tri- angelspetsen inskjutande i mellanrummet.

9. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att i mellanrummet utefter den andra (G-H) av nämnda efter- följande behandlingssektioner är anordnade element (22) för knâdning av massan.

10. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den andra (G-H) av nämnda efterföljande behandlings- sektíoner utgöres av stympade dubbelkoner med baserna anliggande mot varandra, varvid manteln utgöres av en yttre dubbelkon (19) och den roterbara anordningen av en inre dubbelkon (23).