SE466550B - Foerfarande foer torkning av material i fiber- eller partikelform - Google Patents

Description

466 550 , För optimering av densiteten är det ej önskvärt att utgå från ett material med hög initial densitet och starka bindningskrafter. I den våta formningsmetoden är den initiala densiteten hög efter den mekaniska pressningen. Därför utvecklas redan vid låga torrhalter starka vätebindningar mellan fibrema. Hög densitet leder bl.a. till till dålig luftgenomsläpplighet och hög hållfasthet i rnaterialstrukturen. Detta försvårar både mekanisk avvattning och torkning. Det avgörande argumentet för att ha hög initial densitet i torkningsdelen är att det anses som energioptimalt att mekaniskt avvattna massan.

Teknisk lösning Nackdelarna med känd teknik reduceras med tillämpning av föreliggande uppfinning.

Detta beror bl.a. på att uppfinningen utgör en kombination av torr-och våtformning.

Detta resulterar i bättre energiutbyte vid torkning och produktion av produkter med specifika egenskaper. ' Våtformat men ej torkat material t.ex. massafibrer med en torrhalt varierande från 20 % upp till 65 96 defibreras mekaniskt så att fibrer erhålles frilagda utan samtidig förkortning av fibrerna. Defibreringen utföres med hjälp av en speciell typ av hammarkvarn som tillverkas av ROTOM AB, Sundsvall, Sverige. Även modifierade skivraffmörer kan användas. I speciella fall kan det vara lärnpligt att kombinera hammarkvarn och skiv- raffmör. Fibrer och/eller partiklar dispergeras, transporteras och torkas partiellt i en gasström som lärnpligtvis består av luft. Även andra gaser t. ex. överhettad vattenånga kan nyttjas. Gasens temperatur behöver ej vara högre än 20-50 °C. Inget hindrar användning av högre temperaturer. Huvudsaken är att gasen häller låg fukthalt. Det i gasen dispergerade materialet passerar ett uppläggningssystem i vilket en del av den löst bundna fukten avdrives med den del av gasen som avskiljes ur uppläggningssystemet.

Enligt uppfmningen är det möjligt att formera breda skikt. En fibermatta med en bredd av av 1 till 6 m ligger således inom ramen för uppfinningen. Detta frarnsteg uppnås b1.a genom att använda en s.k. tvär-eller spiralfomerare och som finns beskriven i svenska patentet 82 07097. Genom nyttjande av denna speciella apparat undvikes flockning av fibrerna. Dessutom erhålles en utdrivning av fukt från materialet som uppgår till 5-25 % av den ursprungliga torrhalten. Graden av fuktavgång beror på typen av gods, densitet och torrhalten vid fibrernas ingång till anordningen.

Frilagda fibrer upplägges på en rörlig gasgenomsläpplig viraduk som kan vara tillverkad av olika material och kan dessutom bestå av flera skikt. Fibrerna eller partiklarna bildar en matta som har en ytvikt inom intervallet 10 gram per kvadratmeter upp till 1500 gram per kvadratmeter. Den genom uppfinningen erhållna materialbanan genomblåses med en gas, lämpligen konditionerad till en viss torrhalt, varvid fukt avdrives utan att energitillsättes för att förånga fukten. Detta gasflöde avledes via ett centralfilter.Beroende på den torrhalt som uppnås tillsättes därefter uppvärmd gas i ett delvis slutet och kombinerat genomströmnings-och yttorkiiingssystem. Uttorkningen blir mera dominerande med ökad kompripering av materialmattan. För att uppnå hög densitet utsättes materialet för succesiv komprimering och tillsats av fukt. Presstryck upp till 250 bar kan användas fór att erhålla önskad densitet och hållfasthet. Även andra egenskaper som ytstyrka och jämnhet påverkas av betingelserna vid komprimeringen. 3 466 550 Fördelar Enligt föreliggande uppfinning drives den mekaniska avvattriíngen till en torrhalt som är optimal för processen med avseende på ekonomi och produktens kvalitet. Genom att nyttja gasdynamiska effekter vid defibreringen av t.ex. fibrer vid uppläggnigen av fibrerna på viraduken erhålles en avdrivning av fukt utan tillförsel av extra för- ångningsenergi. Energin i gasflödet är tillräcklig. Erhållen avvattning inom torrhaltsområdet upp till fibermättriadspunkten för massafibrer, d.v.s. 60-75 % , är till och med stönre än den fórångning som kan erhållas med enbart den motoreffekt som finns installerat i systemet. Dessutom kan med denna teknik användas genomströrrniings- torkning under optimala betingelser. Tack vare att gas nyttjas som uppläggningsmedium är det lätt att styra densitet och ytvikt ( vikt per kvadratmeter). Vidare kan luftgenom- släppligheten under torkning och presssning regleras. Uppfmningen är mycket flexibel vad avser processen och möjligheten av att påverka den färdiga produktens egenskaper.Metoden underlättar att blanda olika material med varandra. Exempel på blandningar utgör massafibrer och syntetiska fibrer. Sådan blandning kan förses med lim- ämnen eller kemikalier vilka gör produkten motståndskraftig mot exempelvis eld och/eller vatten.

Energiförbrukningen blir med förfarandet enligt uppfinningen relativt låg och anläggn- ingen och dänned processen är lätt att starta upp. Dessutom krävs liten bemanning. En ytterligare fördel är att förfarandet är synnerligen miljövänligt beroende på låg energiförbrukning och inga utsläpp av rniljöstörande ämnen.

Utfóringsexempel I det följande skall med hjälp av flödesschemati figur 1 demostreras tillämpning av uppfinnigen.

Exemrgl 1 Till försöken uttogs från en fabrik kemimekanisk granmassa som används för tillverkning av bl.a. kartong. Massans torrhalt uppmättes till 47 % och dess dräneringsegenskaper enligt Canadian Standard Freeness ( enligt SCAN-C 21:65 ) uppmättes till 415 ml.

Samtidigt uttogs från samma fabrik kemimekanisk granmassa som hade torkats till en torrhalt av 88 % i en konventionell flingtork. Denna massas freeness var också 415 C.S.F. ml. Den flingtorkade massan betecknas som referensprov l:A. Uttagna massor transporterades till fórsöksanläggningen för formning och torkning i enlighet med förfar- andet enligt uppfinningen.

I fórsöksanläggninen defibrerades den våta massan i en speciellt modifierad hammarkvarn 1.

De frilagda fibrema fördes via ledningen 2 till en cyklonliknande anordning 3. Från an- ordningen 3 fördes massafibrema medelst ledningen 4 till tvärforrneraren 5, vilken desintegrerar flockar, dispergerar fiberströmmen och avyttrar transportluften under upp- läggningen av fibrerna. Från tvärformeraren rnatades fibrerna till en ändlös kontnuerli gt rörlig viraduk 6.

Från viran uttogs prov 1:B vilket analyserades med avseende på torrhalt, se tabell l. Vid visuell bedömning av provet visade det sig att provets innehåll av fiberknutar ( fiberkrrippen ) praktiskt 466 550 taget var noll vilket var mycket överraskande med tanke på att massans torrhalt var så hög som 47 96. Torrhalten hade uppnåtts medelst mekanisk pressning av fiberrrnaterialet.

Pâ viran upplades en en drygt 10 mm tjock bädd av porös och fluffig fibermatta. Ytvikten blev 708 g/mz räknat som absolut torr massa.Den så bildade mattan fördes med hjälp av viran till ett dubbelviraparti 7 vari mattan genomblåstes, partiellt torkades och avluftades både i botten-och toppskiktetDärefter transporterades mattan vidare in i en plåtbandpress 8 där den volurninösa mattan komprimerades för höjning av densiteten. Vid försöket uppmättes anliggningstrycket till 5 MPa. Temperaturen på plåtbandpressens ytor 9 uppmättes till 160 °C. Passagen genom plåtbandpressen varade under 8 sekimder och hastigheten uppgick till 15 m/min. Det skall betonas att angivna prestanda gäller för denna experimentanläggning.

Under passagen gnom plåtbandpressen ehölls en viss torlcningseffektEfter behandlingen i bandpressen uttogs ett prov 1:C, som analyserades med avseende på freeness, torrhalt och densitet, se tabell 1.

Tabell 1 Provbeteckning Refrensprov l:A Prov l:B Prov 1:C Torrhalt, % 88,0 69,0 89,5 Freeness,CSF,rnl 415 --- 415 Densitet, kg/ m3 505 --- 690 Av resultaten framgår att massafibrema vilka pålades viran, prov l:B, hade överraskande hög torrhalt med tanke på att den enda energi som upplagrades i transportströmmen bestod av energi från installerade motorer och entalpiirmehâlleti uteluften. Även om all installerad motoreffekt exklusive uppvärmningseffekt omsättes i förångningseffekt så motsvarar detta ej den totala avvattningsgrad som erhållits vid förfarandet enlit uppfinningenDen överraskande effekten kan möjligen förklaras av att löst bundet vatten avdrivits med hjälp av starka strömningslcrafter vilka uppstår i zonen för uppläggning .av fibrerna och där avluflzningen sker.

Synnerligen positivt och överraskande är den höga densitet som uppnåddes hos torkad masa. På prov 1:C mättes sprängindex enligt SCAN P 24:77 till 0,15 kPa m2 vilket är ett extremt lågt värde i relation till det torkade och pressade arkets densitet. Våtformat ark av samma massa fick ett sprängindex av 1,4 kPa/ g. En förklaring till den stora differensen torde vara att etableringen av vätebindningar är betydligt större vid våtformning än vid tonformning.

Prov 1:A och prov 1:C defibrerades i en vanlig hammarkvam till s.k. fluff. Vid defibreringen konstaterades att elenergifórbrulmingen uppgick till endast 29 kWh per ton medan den konventionellt torkade massan fordrade en elenergiförbrukrring av 37 kWh per ton massa.

Erhâllen fluff testades med avseende pâ bulk och absorptionsegenskaper. Resultat tabell 2.

TABELL2 Referensprov Enligt uppfinning l:A 1:C Bulk , cmS/g 14,2 15,1 Absorbtionshastighet, sekxmder 5,3 5,6 Absorbtionskapacitet ,g/g 9,1 9,1 466 550 Av värdena i tabell 2 framgår att massan framställd enligt uppfinningen har givit högre bulk och i övrigt samma egenskaper som referensmassan.

EXEMPEL 2 Försök utfördes med samma typ av massa som användes i exempel 1.Vid detta fösök nyttjades två stycken tvärforrnerare (5) för uppläggning av fibrerna på viran (6). Detta resulterade i att vikten av massabädden blev hög eller 1248 g/mz. I avsikt att höja torkningskapaciteten ökades det cirkulerande gasflödet. Vidare höjdes temperaturen i bandpresen (8) till 180 °C. I övrigt genomfördes försöket enligt vad som har beskrivits under exempel 1. Erhållen massa, Prov 2A, analyserades med avseende på torrhalt och densitet. Efter defibrering mättes bulk och absorbtionsegenskaper. Egenskapema har jämförts med konventionellt formad och torkad massa. 3 tabell 1 återfmns resultaten.

TABELL 3 Referensprov Enligt uppfinning l:A 2:A Torrhalt % 88,0 90,1 Densitet kg/m3 505 921 Fluffad massa Bulk cm3/ g 14,2 15,3 Absorbtionshastighet sektmder 5,3 5,4 Absorbtionskapacitet g/g 9,1 9,3 Av resultaten framgår att massan framtagen enligt uppfinningen har likvärdiga eller till och med bättre egenskaper än massa formad och torkad enligt känd teknik. Särskilt överraskande är den höga densiteten hos prov 2:A före defibreringen.

EXEMPEL 3 Vid detta tredje försök användes samma typ av massa som vid tidigare försök. Massan torkades till en torrhalt av 88 % och uttogs före bandpressen (8) varefter den defibrerades i en konventionell hammarkvarn till flingor. Flingoma fördes till en plattpress som nyttjas vid flingtorkning. Erhållna plattor komprimerades ytterligare i en balpress som används vid konventionell flingtorkning. Efter plattpressen uttogs Prov 3:A som defibrerades i en vanlig hammarkvarn för att erhålla fluffFluffmassans egenskaper har sammanställts i tabell 4.

TABELL 4 Referensprov !:A Prov 3:A Densitet kg/m3 505 570 Bulk cm3/g 14,2 15,2 Absorbtionshastighet sekunder 5,3 5,5 Absorbtionskapacitet g/ g 9,1 9,2 466 550 6 Trots att massoma pressats på samma sätt har massan enligt uppfmningen högre densitet än referensprovet. Det är därför synnerligen överraskande att Prov 3:A erhållit lika bra egenskaper som referensprovet.

EXENIPEL 5 Vid detta försök defibrerades tallsulfatrnassa vars torrhalt uppmättes till 42 % . Efter passage genom tvärformeraren hade torrhalten stigit till 58 % när fibrerna applicerades på viraduken.

Medelst ytterligare en tvärformerare matades polypropenfibrer vars andel av totala vikten massafibrer och polypropenfibrer uppgick till 10 %. Efter formning och torkning av fiber- blandningen erhölls en fibennatta med hög hållfasthet.

EXEMPEL 6 Avsikten med detta exempel var att demonstrera möjligheten av att blanda in kemiska bindemedel.Vid försöket användes massafibrer av tallsulfatmssa vilka defibrerades i den specialbyggda hammarkvamen och fördes därefter till tvärformeraren. I formeraren tillsattes dessutom bindemedlet vattenglas (natrimnsilikat ) i en mängd av 3 % räknat på massans torra vikt. För att höja produktens flambeständighet tillsattes även 0,5 % kaliumdivätefosfat.

Produkten erhöll en torrhalt av 92 %.

Vid test av produktens resistens mot eld visade det sig att den var helt motståndskraftig mot elden så tillvida att den inte fattade eld utan endast glödde mycket långsamt.

Förutom i exemplen nämnda fibrer kan nämnas polyeten, polyamid och polyester. Av bindemedel kan nämnas fenollim, benlim, stärkelse och urea. Vad beträffar massafibrer kan med fördel användas fibrer vilka erhållits medelst s.k. fiberfraktionering. Vid denna metodik separeras korta fibrer från långa fibrer. Vid tillämpning av föreliggande uppfinning kan korta respektive långa fibrer uppläggas på viran i olika skikt. Således kan på botten av viran uppläggas ett första skikt av långa fibrer och nästa skikt kan utgöras av korta fibrer. Ovanpå dessa skikt kan läggas ett tredje skikt bestående av långa fibrer. Fibrerna i respektive skikt kan givetvis bestå av blandningar innehållande syntetiska fibrer eller torvfibrer. fll

Claims (1)

1. 466 550 PATENTKRAV

1. Förfarande avseende forrmiing och torkning av material i form av fibrer och/eller partiklar k ä n n e te c k n a t därav att materialet finfördelas vid en torrhalt av 20-75 % , dispergeras, torkas partiellt och transporteras i en gasström så att torrhalten stiger med minst 5 % (uttryckt i faktiska termer) innan det pâlägges en gasgenomsläpplig viraduk för formning av en sammanhängande enhet under samtidig gasdynamisk utdrivning av fukt samt torkning med hjälp av konvektionsvärme och att den bildade enheten mekaniskt komprimeras till högre densitet. Förfarande enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t därav att materialet som bildar den torkade enheten utgöres av massafibrer av typen kemisk massa eller mekanisk massa eller mellantyper av nämnda massor. Förfarande enligt krav 1 och 2 k ä n n e t e c k n a t därav att syntetiska fibrer blandas med massafibrema. i Förfarande enligt krav l-3 k ä n n e t e c k n a t därav att bindemedel tillsättes vid forrnningen av fibrerna till en sammanhängande enhet. Förfarande enligt krav 1-4 k ä n n e t e c k n a t därav att materialet avfuktas i en cyklonliknande anordning i vilket materialet har en hastighet som uppgår till minst 15 m per sekimd. Förfarande enligt krav 1-5 k ä n n e t e c k n a t därav att materialet avfuktas till en torrhalt av 50-90 96 irman den formade enheten komprimeras. Förfarande enligt krav 1-6 k ä n n e t e c k nat därav att den efter formning och torkning bildade enheten komprimeras till högre densitet. Förfarande enligt krav 1-7 k ä n n e t e c k n a t därav att ett eller flera material pålâgges viran i flera skikt. Förfarande enligt krav 1-8 k ä n n e t e ck n a t därav att flarnskyddande kemi- kalier det defibrerade materialet.