SE468356B - Saett och apparat foer raffinering av cellulosahaltigt fibermaterial foer framstaellning av mekanisk massa, samt mekanisk massa framstaelld enligt saettet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 468 556 2 till en förvärmningstransportör, som arbetar med ett tryck som är jämförbart med det hos raffinören, och i andra situationer, där det är önskvärt att framkalla en plugg av flis som väsentligen förhindrar genomströmning av ånga eller andra gaser som finns i raffinörerna (se t.ex. patenten US-4 457 804 och US-3 327 952). En plugg- skruv omfattar en axel, som har koniskt avsmalnande vingar, som är roterbara i en genomströmningsväg som är koniskt avsmalnad i överensstämmelse med den koniska avsmalningen hos vingarna så att, då det cellulosahaltiga fibermaterialet transporteras av den roterande skruven, utdrives luft därifrån och materialet komprimeras.

Vid sättet enligt föreliggande uppfinning raffineras cellulosahaltigt fibermaterial för framställning av mekanisk massa under användning av en mekanisk raffinör som har en given transportkapacitet. Sättet omfattar stegen att (a) raffinören tvångsmatas (t.ex. med en progressivt komprimerande pluggskruv) med cellulosahal- tigt fibermaterial med en hastighet som är större än raffinörens transportkapacitet. Det är önskvärt att mata raffinören med en matarskruv som har en transportkapaci- tet som är omkring 10-40% större än den för själva raffinören. Företrädesvis utföres även den åtgärden att massaproduktionen regleras genom att avkänna den axiella kraften på raffinörens rotoraxel och reglera mellanrummet mellan raffinörelementen i beroende av avkänningen.

Skruvkomprimeringen uppnås både genom skruvens konicitet och materialets framåtgående rörelse i skruven. Komprime- ringsförhållandet bör vara minst 3/l för träflis och 6/l för massa. Skruvens rotationshastighet bör vara minst 1/100 av raffinörens varvtal (t.ex. 6-10%).

De fördelar som uppnås enligt uppfinningen förbättras, när den använda raffinören är en konisk raffinör, sär- skilt en konisk làgfrekvensraffinör, såsom visas i patentet US-4 754 935. En dylik raffinör har ångeva- 10 15 20 25) 30 35 kueringsorgan inom ett aktuellt malningsområde mellan raffinörelementen och en centrifugalseparator, som är förbunden med rotoraxeln för att genom centrifugal- kraft separera ånga och fibrer, och raffinören medger effektiv lágenergikrävande framställning av mekanisk massa. När tvångsmatningen enligt föreliggande uppfinning utföres på lämpligt sätt så att en plugg av flis (cellu- losahaltigt fibermaterial) bildas som förhindrar passage av ånga ut ur raffinörens inlopp, kommer den framställda massan att ha en lägre freeness, större ljusspridnings- koefficient, större_dragstyrka och -- inom en rad olika energinivåer -- större rivhållfasthet än massa som framställts utan tvångsmatning av raffinören för en given energimängd.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning fram- ställes en mekanisk massa av cellulosahaltigt fibermate- rial, som har goda freeness-, ljusspridnings-, dragstyr- ke- och rivhållfasthetegenskaper, för en given tillförd energimängd under utnyttjande av en mekanisk raffinör.

Massan framställes genom tvångsmatning av raffinören med cellulosahaltigt fibermaterial med en hastighet omkring 10-40% större än transportkapaciteten hos raffinören.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning åstad- kommes en apparat för framställning av massa av cellulo- sahaltigt fibermaterial. Apparaten omfattar: (a) En mekanisk raffinör, som har minst två i förhållande till varandra rörliga raffineringselement och en rotoraxel som där förbunden med ett av elementen, ett materialinlopp och ett massautlopp samt en given transportkapacitet samt (b) organ för tvångsmatning av raffinörens inlopp med mate- rial med en hastighet större än transportkapaciteten hos raffinören. Organen (b) omfattar företrädesvis en pro- gressivt komprimerande pluggskruv. Raffinören (a) utgöres företrädesvis av en konisk raffinör med organ för in- ställning av mellanrummet mellan raffineringselementen, 10 15 20 25 30 468 356 4 ångevakueringsorgan och en centrifugalseparator -- t.ex. en lågfrekvensraffinör. Organ är anordnade för att avkänna den axiella kraften på rotoraxeln och som svar på den avkända kraften påverka organet för inställning av mellanrummet mellan de koniska raffineringselementen för att reglera produktionen.

Det är ett huvudändamål med föreliggande uppfinning att framställa mekanisk massa som har förbättrade egenskaper vid ett givet värde på energiineffekten genom tvångsmat- ning av raffinören. Detta och andra ändamål med uppfin- ningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen av uppfinningen och av efterföljande patentkrav.

Kort beskrivning av ritningarna Figur l är en sidovy, delvis i tvärsnitt och delvis sedd från sidan av en som exempel lämnad apparat enligt föreliggande uppfinning; Figur 2 är en grafisk framställning av inprickningen av energi mot freeness, jämförande massa som framställts enligt uppfinningen med massa som framställts utan användning av någon tvångsmatning av raffinören; och Figurerna 3-5 är grafiska framställningar av energin mot spridningskoefficienten, rivhållfastheten respektive dragstyrkan, jämförande framställningen av massa enligt uppfinningen med liknande massa som framställts utan tvångsmatning av raffinören.

Detaljerad beskrivning av ritningarna Den i figur 1 som exempel visade apparaten enligt före- liggande uppfinning omfattar en mekanisk raffinör 10 och ett matningsorgan 12 för matning av cellulosahaltigt 10 15 20 25 30 35 5 468 556 fibermaterial (t.ex. träflis) till raffinören 10. Raf- finören har malningsytor på i förhållande till varandra roterbara malningselement, som användes för att reducera träflisen till mekanisk massa, och företrädesvis utgöres den av en konisk lågfrekvensraffinör, såsom den som visas i patentet US-4 754 935 (vars innehåll härigenom införli- vas genom hänvisning).

Raffinören 10 innefattar ett hölje 14, som har ett flisinlopp 15 och ett massautlopp 16. Vid den specifika utföringsform som visas är det koniska malningselementet 18 roterbart i förhållande till det stationära koniska malningselementet 19, varvid elementet 18 är förbundet med en roterbar axel 20. Båda elementen 18, 19 kan emellertid roteras, eller kan det yttre elementet rote- ras, medan det inre elementet är stationärt, eller kan fler än två malningselement anordnas. En malningszon 21 bildas mellan elementen 18, 19, och organ är anordnade -- såsom genomströmningsvägar 22 -- för avlägsnande av ånga direkt från malningszonen 21. En centrifugalseparator 24 är också företrädesvis anordnad, allt i enlighet med vad som beskrives i nämnda patent US-4 754 935.

Organ är också anordnade för inställning av mellanrummet mellan elementen 18, 19. Detta åstadkommes företrädesvis genom att montera det yttre elementet 26 av höljet så att detta är förflyttbart fram och tillbaka i de med pilar 27 angivna riktningarna medelst en hydraulcylinder 28 eller liknande för att förflytta läget på elementet 19 i förhållande till det roterande elementet 18. Axeln 20 roteras medelst en konventionell motor 30. För att reglera produktionen är det önskvärt att anordna en konventionell sensor 32 för avkänning av den axiella kraften på axeln 20 och för att mata den avkända informa- tionen till ett reglerdon 33, som sedan styr cylindern 28 för att inställa mellanrummet mellan elementen 18, 19 för reglering av produktionen. 10 15 20 25 30 35 4:.

Enligt föreliggande uppfinning tvångsmatas träflisen till det axiellt centrala inloppet 15 hos raffinören 10. Detta åstadkommes genom att utnyttja den konventionella plugg- skruv som betecknas som elementet 12 i figur 1. Denna komprimerande pluggskruv omfattar ett hus 40, som har ett materialinlopp 41 och ett utlopp 42, varvid utloppet 42 är direkt i linje med och i kommunicering med flisinlop- pet 15 till raffinören 10. Huset 40 är så utformat att det finns en yta 44, som är konisk och avsmalnar allmänt från inloppet 41 till utloppet 42 för att minska i diameter i riktning från inloppet till utloppet. Inloppet 41 är på typiskt sätt förbundet med ett förbasningskärl.

En roterbar axel 46 med vingar 48 är monterad medelst konventionella lager eller liknande för rotation i huset 40. vingarna är så utformade att de har en konstant minskande höjd då de rör sig i spiral från inloppet 41 mot utloppet 42, varvid den konstant minskande höjden överensstämmer med den koniska avsmalningen hos ytan 44.

Vid änden av axeln 47 vid utloppet 42 finns inga vingar anordnade och vid detta område bildas en plugg av flis genom den sammanpressande inverkan från vingarna 48 som roterar i utrymmet som avgränsas av ytan 44 så att ånga och gaser inte lätt kan -- om överhuvudtaget -- passera genom flispluggen ut genom flisinloppet 15 till raffinö- ren l0. Axeln 46 roteras medelst en konventionell motor 50 (t.ex. en 50-periods växelströmsmotor).

Den komprimerande matningsskruven 12 bör ha en transport- kapacitet av omkring 10-40% högre än den för raffinören 10 (beräknat som centrifugalkraft minus friktionsförlus- ter för en given spaltinställning mellan rotor och stator). Skruven bör ha en rotationshastighet av minst 1/100 av raffinörens varvtal, t.ex. omkring 6-10%. Om exempelvis raffinörens rotor 18 roterar med 1500 rpm är matningsskruvens hastighet mest lämpligt omkring 100-150 rpm. Den relativa rotationsriktningen av axlarna 46 och 20 är inte viktig (de kan ha samma eller motsatta rikt- ff» 10 15 20 25 30 7 4 468 356 ningar). Det är viktigt, att en lämpligt ångtätad plugg bildas av skruven 12. Detta innebär att skruvkomprime- ringsförhållandet bör vara minst 3/1 för träflis och minst 6/1 för massa. Skruvkomprimering erhålles både genom koniciteten hos skruven och förflyttningen framåt i skruven. Exempelvis en konicitet av 3/1 och skruvprogres- sivitet av 2/l ger en skruvkomprimering av 6/1.

För att uppnå bra pluggbildning är det även viktigt att ha en "vinglös" sektionslängd vid änden 47 av skruven som är lika med den minsta diametern av den koniska ytan 44 såsom visas i figur 1.

Alternativt kan matningsorganet 12 vara en snedställd skruv, som bildar en flisplugg.

Under användning av apparaten enligt figur 1 kan massa framställas som har förbättrade egenskaper för en given tillförd energimängd. Figurerna 2-5 visar inritade kurvor för ett antal olika önskvärda massaegenskaper i förhål- lande till energiineffekt, varvid figur 2 visar kurvor för freeness i förhållande till energiineffekt, figur 3 ljusspridningskoefficient, figur 4 rivhållfasthet och figur 5 dragstyrka. I vardera fallet framställdes massa enligt uppfinningen under användning av en apparat såsom den som visas i figur 1 och sedan användning av samma lågfrekvensraffinör som endast matades på ett icke tvångsmässigt sätt under användning av en konventionell skruvtransportör med konstant höjd på vingarna som roterade i ett rör med konstant diameter, och samma råmaterial (träflis) utnyttjades. När den icke komprime- rande konventionella skruvtransportören utnyttjades var trycket i ångkärlet för flisen (anslutet till inloppet till skruvtransportören) 0,5 bar högre än i raffinören.

Målning utfördes vid 2,5 bar övertryck. Då apparaten enligt uppfinningen, såsom visad i figur 1, utnyttjades var trycket i basningskärlet 2,0 bar under malnings- 10 15 20 25 30 468 556 8 trycket. Malningsfrekvensen för samtliga försökskör- ningar, vid användning av både komprimeringsskruven enligt uppfinningen och den konventionella icke kompri- merande skruven, var 600 Hz vid rotorn (1200 H2 vid statorn) och den under körningarna använda massans f; konsistens var identisk.

I figur 2 visas inprickningen av massa som framställts enligt uppfinningen genom kurvan 54, medan de värden som erhölls vid användningen av den konventionella matningen till lågfrekvensraffinören visas genom kurvan 55. I figur 3 markeras massan enligt uppfinningen genom kurven 58 och den konventionellt framställda massan genom kurven 59. I figur 4 visas massan enligt uppfinningen genom kurvan 62, medan den konventionellt framställda massan visas genom kurvan 63. I figur 5 visas massan som framställts enligt uppfinningen genom kurvan 66, medan den konventionellt framställda massan visas genom kurvan 67.

En granskning av kurvorna visar klart att massa som framställts enligt uppfinningen -- för en given energiin-0 effekt -- hade en lägre freeness, högre ljusspridnings- koefficient och större dragstyrka än massa som fram- ställts på konventionellt sätt. Rivhållfastheten är även högre över huvuddelen av området för energiineffekten.

Det framgår således att enligt föreliggande uppfinning är, det inte bara möjligt att framställa massa som har bättre egenskaper vid en given energiineffekt, utan det är även möjligt att framställa massa, som har samma egenskaper som konventionell mekanisk massa, med en lägre energiin- effekt.

W Även om uppfinningen har beskrivits särskilt med avseende på en lågfrekvensraffinör, såsom den som visas i patentet US-4 754 935, är inte uppfinningen begränsad till denna.

Uppfinningen är tillämpbar på konventionella raffinörer, 9 L 468 556 fastän en förbättrad effekt noteras när komprimerings- skruven utnyttjas med en lågfrekvensraffinör.

Det framgår således att det enligt uppfinningen är möjligt att framställa mekanisk massa som har bättre egenskaper vid en given energinivå eller samma egenskaper vid en lägre energiineffekt i jämförelse med konventio- nellt framställd massa genom att utnyttja en enkel prooessändring vid en kommersiellt tillgänglig apparat.

Claims (10)

10 15 20 25 468 556 lo P A T E N T K R A V

1. Sätt att raffinera cellulosahaltigt fibermaterial för framställning av mekanisk massa under använding av en mekanisk raffinör (10), som har ett inlopp (15) och en given transportkapacitet, k ä n n e t e c k n a t a v den åtgärden att: 4 (a) raffinören (med 12) tvångsmatas med cellulosa- haltigt fibermaterial med en hastighet som är större än transportkapaciteten hos raffinören, innefattande matning av materialet in i inloppet så att genomströmning av ånga ut ur raffinören genom inloppet i huvudsak förhindras.

2. Sätt enligt krav 1, vid vilket raffinören har en rotoraxel (20) och minst två raffineringselement (18, 19), av vilka ett är förbundet med rotoraxeln, k ä n - n e t e c k n a t a v den ytterligare åtgärden att: (b) produktionen av mekanisk massa regleras genom avkänning av den axiella kraften på rotoraxeln och reglering av mellanrummet (21) mellan raffineringselemen- ten som svar på denna avkänning.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att åtgärden (a) utföres genom att mata raffinören med en progressivt komprimerande pluggskruv (46, 48).

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att åtgärden (a) utföres genom att mata raffinören vid en hastighet som är omkring 10-40% större än transportkapa- citeten hos raffinören. .

5. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v S att åtgärden (a) utföres under användning av en skruv som har ett komprimeringsförhållande av minst 3/l för träflis och minst 6/1 för massa. 10 15 20 25 30 468 556 ll

6. Sätt enligt krav 4, vid vilket raffinören har en rotor (18, 20), raffinören matas med en skruv (12), som roteras med k ä n n e t e c k n a t a v att omkring 6-10% av rotationshastigheten hos raffinörens rotor.

7. Mekanisk massa av cellulosahaltigt fibermaterial med goda freeness-, ljusspridnings- och dragstyrkeegen- skaper för en given energiineffekt, vilken massa fram- ställes under användning av en mekanisk raffinör (10) med ett inlopp (15) och en given massatransportkapacitet, k ä n n e t e c k n a d a v att den är framställd genom tvångsmatning av raffinören med cellulosahaltigt fiber- material med en hastighet omkring 10-40% större än transportkapaciteten hos raffinören, innefattande matning av materialet in i inloppet så att genomströmning av ånga ut ur raffinören genom inloppet i huvudsak förhindras.

8. Apparat för framställning av massa ur cellulosahal- tigt fibermaterial omfattande: (a) en mekanisk raffinör (10), som har minst två relativt varandra rörliga raffi- neringselement (18, 19) och en rotoraxel (20) som är förbunden med en av nämnda element, ett materialinlopp (15) och ett massautlopp (16) och en given transport- (b) organ (12) för tvångsmatning av nämnda raffinörinlopp med material kapacitet, k ä n n e t e c k n a d a v med en hastighet större än transportkapaciteten hos nämnda raffinör och bildning av en plugg av material vid raffinörinloppet som i huvudsak förhindrar genomströmning av ånga därigenom.

9. Apparat enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda organ (b) omfattar en progressivt kompri- merande pluggskruv (46, 48), som har en vinglös del (nära 47) på skruven vid den smalaste delen av det omgivande huset (40) omedelbart intill raffinören. 468 556 12

10. Apparat enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v (c) organ (28) för inställning av mellanrummet mellan nämnda raffineringselement, (d) organ (32) för avkänning av den axiella kraften på nämnda rotoraxel och (e) organ (33) för reglering (c) som svar på den avkända 'J kraft som användes (d).