SE469634B - Apparat och process foer delignifiering av cellulosamassa - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 469 654 2 under längre än den önskade uppehållstiden. Dessa ojämna strömnings- och uppehållstider för massauppslamningen resulterar i en ojämn kvalitet hos den resulterande delignifierade cellulosamassan.

För att förhindra denna ojämna strömning av den blandade massauppslam- ningen görs många försök att anordna en fördelare för att mata en blandad massauppslamning och reglera strömningen av den matade uppslamningen i när- heten av den blandade massauppslamningens matningsinlopp i behandlingsappa- raten och att placera en uttömmare för att uttömma (avskrapa) den blandade massauppslamningen i närheten av den blandade massauppslamningens uttömnings- utlopp.

Arrangemanget och användningen av ovannämnda fördelare och uttömmare medför emellertid ökade utrustningskostnader och kostnaderna för att handha dessa anordningar. Dessutom blir tryckförlusten hos den blandade massaupp- slamningen i apparaten stor och således ökas underhållskostnaden för appa- raten.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en appa- rat och process för delignifiering av cellulosamassa genom att låta en cellulosamassauppslamning strömma likformigt genom apparaten medan en likformig delignifieringsbehandling utövas på cellulosamassauppslamningen utan att anordna och använda någon konventionell fördelare och uttömmare. Ûvannämnda ändamål kan uppnås med apparaten och processen enligt före- liggande uppfinning för delignifiering av cellulosamassa.

Apparaten enligt föreliggande uppfinning innefattar en cylindrisk tunn- formig kammare som sträcker sig i den vertikala riktningen; en väsentligen konformad nedre kammare kopplad till den nedre änden av den tunnformiga kammaren och som sträcker sig och konvergerar nedåt och är försedd med ett cirkulärt inlopp för matning av cellulosamassauppslamning som skall deligni- fíeras därigenom, bildat i ett nedre ändparti av den nedre kammaren; och en väsentligen konformad övre kammare som är kopplad till den övre änden av den tunnformiga kammaren och som sträcker sig och konvergerar uppåt och är för- sedd med ett cirkulärt utlopp för uttömning av den delignifierade cellulosa- massan därigenom, bildat i ett övre ändparti av den övre kammaren, varvid den konformade nedre kammaren och den konformade övre kammaren konvergerar med en konvergeringsvinkel om 600 eller mindre genom omkretsarna för respektive cirkulära inlopp och cirkulära utlopp.

Processen enligt föreliggande uppfinning som utnyttjar ovannämnda appa- rat innefattar stegen: inmatning av en cellulosamassauppslamning som innehåller en alkali och 469 654 3 syre och som har en massakonsistens om 8-15 % vid en temperatur om 70-140°C i den konformiga nedre kammaren genom det cirkulära inloppet; och uttömning av den delignifierade cellulosamassauppslamningen från den konformiga övre kammaren genom det cirkulära utloppet, medan flödeshastig- heten hos cellulosamassauppslamningen i den cylindriska, tunnformiga kammaren regleras till en nivå om 0,4 m/min eller högre.

KURTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 och 2 är respektive vyer framifrån som illustrerar en utförings- form av apparaten enligt föreliggande uppfinning för delignifiering av en cellulosamassa; fig. 3 är ett schema som illustrerar ett exempel på behandlingsapparat- systemet innefattande apparaten enligt föreliggande uppfinning; fig. 4 är ett schema som illustrerar behandlingsapparatsystemet inklu- sive apparaten enligt föreliggande uppfinning och den jämförande behand- lingsapparaten använd i exempel 1; fig. 5 är ett diagram som illustrerar förhållandet mellan flödeshastig- heten hos cellulosamassauppslamningen i den tunnformiga kammaren hos behand- lingsapparaten vid delignifieringen av cellulosamassan och skillnaden mellan den teoretiska tiden som krävs för detektering av LiCl och den faktiskt upp- mätta detekteringstiden för LiCl; och fig. 6 är ett diagram som illustrerar förhållandet mellan flödeshastig- heten hos cellulosamassauppslamningen i behandlingsapparatens tunnformiga kammare och kanaliseringskvoten.

BESKRIVNING AV DE FÜREDRAGNA UTFÜRINGSFÛRMERNA Konstruktionen av apparaten enligt föreliggande uppfinning för delignifiering av cellulosamassa kommer nu att förklaras med hänvisning till fig. 1 och 2.

Med hänvisning till fig. 1 innefattar en delignifieringsapparat (kolonn) en cylindriskt tunnformig kammare 2 som sträcker sig i den vertikala rikt- ningen, en väsentligen konformig nedre kammare 3 som är kopplad till den nedre änden av den tunnformiga kammaren 2 och sträcker sig och konvergerar nedåt, och en väsentligen konformig övre kammare 4 som är kopplad till den övre änden av den tunnformiga kammaren 2 och som sträcker sig och konverge- rar uppåt.

Den konformiga, nedre kammaren 3 har ett cirkulärt matningsinlopp 5 som mynnar vid dess nedre ändparti och är i form av en stympad kon.

Den konformiga övre kammaren 4 har också ett cirkulärt uttömningsutlopp 6 som mynnar vid dess övre ändparti och är i form av en stympad kon. 10 15 20 25 30 35 40 469 634 4 Vardera av konvergensvinkeln d.för den konformiga,-nedre kammaren 3 genom omkretsen 7 hos dess cirkulära matningsinlopp 5 och konvergensvinkeln É för den konformiga, övre kammaren 4 genom omkretsen 8 hos dess cirkulära ut- matningsutlopp 6 är 600 eller mindre, företrädesvis 20-600. 0m åtminstone en av konvergensvinklarna d och ß överstiger 600 blir flödet av cellulosamassauppslamningen i behandlingsapparaten ojämnt och så- ledes blir den resulterade delignifierade massans kvalitet inte likformig.

För att undvika en alltför stor längd för reaktionsapparaten är företrädesvis ingendera av konvergensvinklarna d och Å mindre än 200.

Konvergensvinklarna d-och ß kan beräknas enligt följande formler: 1 ”'11 a = ztan- I 1 l llA och D - d _.____2._.] 60 -l Ztan [ 2L 2 'm l| II A där D representerar innerdiametern av den tunnformiga kammaren, d1 representerar innerdiametern av den nedre kammarens matningsöppning, dz representerar innerdiametern av den övre kammarens uttömningsöppning, L1 representerar den nedre kammarens längd och L2 representerar den övre kammarens längd.

Vidare representerar L3 i fig. 1 den tunnformiga kammarens 2 längd.

De inre väggytorna av den nedre och den övre kammaren hos behandlings- apparaten enligt föreliggande uppfinning kan bukta något utåt och inåt över den koniska ytan, såsom anges med den streckade linjen i fig. 2, så länge som föreliggande uppfinnings tilltänkta ändamål kan uppnås. Icke desto mindre måste konvergensvinklarna d och ß vara 600 eller mindre.

Eftersom behandlingsapparaten enligt föreliggande uppfinning har kon- formiga, nedre och övre kammare, var och en med en speciell konvergensvinkel, strömmar den cellulosamassainnehållande uppslamningen matad i behandlings- apparaten och stiger likformigt genom behandlingsapparaten, dvs. det finns ingen eller mycket liten flödesojämnhet, och följaktligen behandlas cellu- losamassauppslamningen likformigt i behandlingsapparaten. Tack vare dessa karaktäristiska särdrag finns det inget behov att anordna en mekanisk mat- nings- och flödesreglerande anordning i den nedre kammaren hos behandlings- apparaten enligt föreliggande uppfinning, eller en mekanisk uttömningsanord- ning i den övre kammaren av behandlingsapparaten enligt föreliggande upp- finning. Följaktligen är behandlingsapparaten enligt föreliggande uppfinning fördelaktig i det att utrustningskostnaden och handhavandekostnaden är låga 10 15 20 25 30 35 40 469 634 5 och underhållskostnaderna kan minskas.

Vid processen enligt föreliggande uppfinning för delignifiering av cellulosamassa med användning av ovannämnda apparat förblandas en vatten- uppslamning innehållande en cellulosamassa med medelhög massakonsistens om 8-15 % med förutbestämda mängder av en alkali, syre och uppvärmningsånga, blandningen upphettas vid en temperatur av 70-14000 och den sålunda be- redda massauppslamningen matas in i behandlingsapparaten genom matningsin- loppet i den nedre kammaren och uttöms genom uttömningsutloppet i den övre kammaren. Vid denna behandling regleras flödeshastigheten av cellulosamassa- uppslamningen i den tunnformiga kammaren av behandlingsapparaten till en nivå vid 0,4 m/min eller högre, företrädesvis 0,6 m/min eller högre, speciellt föredraget' 0,7 m/min eller högre.

Cellulosamassauppslamningens flödeshastighet i den tunnformiga kammaren kan beräknas enligt följande ekvation: W_ a-(i-x) - 4 " 2 1440 ^ 0.01 P C xD > 0I4 där W representerar flödeshastigheten (m/min) för cellulosamassaupp- slamningen genom den tunnformiga kammaren, P representerar den lufttorkade vikten i ton (1000 kg/dag) av massa matad per dag till behandlingsapparaten, x representerar vatteninnehållet hos den lufttorkade massan, C representerar konsistensen (%) av massan i cellulosamassauppslamningen, och D representerar innerdiametern (m) av den tunnformiga kammaren.

När x = 0,1 representeras matningshastigheten W som följer: W = Ph.. 0.9 of' 1440 ' 0.01 " G WD -3-2- (m/min) > 0.4 CWD = 0m flödeshastigheten av cellulosamassauppslamningen genom den tunn- formiga kammaren i behandlingsapparaten är mindre än 0,4 m/min blir lik- formigheten av det stigande flödet av cellulosamassauppslamning i behand- lingskammaren dålig och således blir den resulterande delignifierade massans kvalitet ojämn.

Vid processen enligt föreliggande uppfinning är åtgärden att mekaniskt mata cellulosamassauppslamningen och reglera uppslamningens flöde vid den nedre kammaren av behandlíngsapparaten onödig och åtgärden att mekaniskt uttöma cellulosamassauppslamningen vid den övre kammaren av behandlingsappa- raten är också onödig.

Processen enligt föreliggande uppfinning kommer att beskrivas i detalj 10 15 20 25 30 35 40 469 634 med hänvisning till fig. 3.

Med hänvisning till fig. 3 matas en vattenuppslamning som innehåller en cellulosamassa med en förutbestämd massakonsistens (8-15 %) in i en lagrings- tank 11 och en förutbestämd mängd (exempelvis 1,0-3,5 kg/kappatalsreduktion av 1 ton absolut torr massa) av en alkali, exempelvis kaustiksoda, blandas in i vattenuppslamningen.

Den alkaliinnehållande massauppslamningen matas in i en blandare 13 från lagringstanken 11 genom en pump 12 och en förutbestämd mängd (t.ex. 0,7-3,0 kg syre/kappatalsreduktion av 1 ton absolut torr massa) av en syreinne- hållande gas (exempelvis ren syrgas eller luft) blandas in i uppslamningen i blandaren 13 och uppvärmningsånga blåses in i uppslamningen. Uppslamningen upphettas vid en förutbestämd temperatur (t.ex. 70-14006).

Den sålunda beredda massauppslamningen matas under ett förutbestämt tryck (0-15 kg/cmzg) in i en första behandlingskolonn 14 via en matnings- öppning vid dess botten och bringas att strömma och stiga genom behandlings- apparaten. Vid detta steg är det föredraget att trycket i den övre kammaren i den första behandlingskolonnen 14 är 0-7 kg/cmzg. Det är också föredraget att uppehållstiden för massa uppslamningen i den första behandlingsapparaten 14 är 5-90 min. Massauppslamningen uttömd genom uttömningsöppningen i den övre kammaren i den första behandlingskolonnen 14 transporteras till en blandare 15 och vid behov blandas förutbestämda mängder av syreinnehållande gas och en alkali in i uppslamningen i blandaren 15. Massauppslamningen matas från blandaren 15 in i en andra behandlingskolonn genom matningsinloppet vid dess botten och uttöms genom uttömningsöppningen vid den övre delen av den andra behandlingskolonnen 16. Vid detta steg är det föredraget att trycket i den övre kammaren av den andra behandlingskolonnen 16 är U-7 kg/cmzg. Det är också föredraget att uppehållstiden för massauppslamningen i den andra be- handlingskolonnen 16 är 5-90 min.

Den delignifierade uppslamningen som uttömmes från den andra behand- lingskolonnen 16 matas till en avluftare (ej visad) och avluftas och matas in i en filtrerings- och tvättningsapparat (ej visad), där massan separeras från behandlingsvätskan, tvättas och utvinnes.

Delignifieringsbehandlingssystemet visat i fig. 3 innefattar två behand- lingskolonner 14 och 16 kopplade till varandra i serie. Märk att antalet be- handlingskolonner som användes kan vara en, tre eller flera, och ett flertal , behandlingskolonner kan vara anordnade i serie.

I fig. 3 används ventilerna 17 och 18 för att insamla prov från massa- uppslamningarna som uttömmes från behandlingskolonnerna 14 respektive 16.

Flödestillstånden för massauppslamningen i behandlingsapparaten enligt föreliggande uppfinning kan utvärderas genom att tillsätta litiumklorid 10 15 20 25 30 35 40 7 469 634 (LiCl) som ett spårämne till massauppslamningen som skall matas in i behand- lingsapparaten, faktiskt mäta tiden från steget där den spårämnesinnehållande massauppslamningen matas in i behandlingsapparaten till steget där spårämnet detekteras från massauppslamningen uttömd från behandlingsapparatens ut- tömningsöppning och att jämföra den faktiskt uppmätta tiden med den teore- tiska tiden beräknad ur apparatens kapacitet (inklusive tanken, rörled- ningar, behandlingskolonn och liknande) och massauppslamningens flödeshastig- het. Um den faktiskt uppmätta tiden överensstämmer med den teoretiska tiden innebär detta nämligen att massauppslamningen i behandlingsapparaten har en idealt likformig strömning. Um den faktiskt uppmätta tiden är kortare än den teoretiska tiden innebär detta att kanalisering har alstrats i behandlings- apparaten och en del av massauppslamningen matad i behandlingsapparaten strömmar snabbare och uttömmes snabbare.

EXEMPEL Föreliggande uppfinning kommer att illustreras ytterligare i detalj med följande exempel.

Exempel 1 Delignifieringsapparatsystemet såsom visas i fig. 4 användes. I samma apparatsystem såsom visas i fig. 3 var alltså behandlingskolonnen 16 enligt föreliggande uppfinning utbytt mot en konventionell behandlingskolonn 21.

I fig. 4 hade den tunnformiga delen av den jämförande behandlings- kolonnen 21 en innerdiameter om 4 m och en längd av 23,5 m; konvergensvin- keln vid den nedre delen var ca 1200 och konvergensvinkeln vid den övre delen var ca 1200. En fördelare (6 varv per min, 15 kW) 22 var anordnad i den nedre delen och drevs av en motor 23 och en uttömmare (2 varv per min, 45 kW) 24 var anordnad i den övre delen och drevs av en motor 25.

I fig. 4 var behandlingskolonnen 14 enligt föreliggande uppfinning inte utrustad med fördelaren och uttömmaren och denna behandlingskolonn hade följande dimensioner och konvergensvinklar.

Tunnformig kammare --- innerdiameter: 2,25 m, längd: 13,3 m konvergensvinkel 4.: 440 0 Nedre kammare --- Övre kammare --- konvergensvinkel ß : 44 Ett spårämne bestående av litiumklorid tillsattes till massauppslam- ningen och behandlingsbetingelserna var som följer.

Typ av massa: Douglas-gran framställd i Nordamerika W Cellulosamassans konsistens: 1 m Cellulosamassauppslamningens flödeshastighet; 3,67 m3/min 10 15 20 25 30 35 40 469 654 8 Kappatal för obehandlad massa: 30 Kappatal för behandlad massa: 14 Temperatur i behandlingskolonn 14 och 21: 11000 Tryck vid överdelen av behandlingskolonn 14: 7 kg/cmzg Tryck vid överdelen av jämförande behandlingskolonn 21: 4 kg/cmzg Mängd syre: 30 kg/ton absolut torr massa Mängd alkali (Na0H): 25 kg/ton helt torr massa Vid vardera behandling i behandlingskolonnen 14 och den jämförande be- handlingskolonnen 21 uppmättes den faktiska flödestiden för massauppslam- ningen genom detektering av LiCl och jämfördes med den teoretiska flödes- tiden.

Resultaten visas i tabell 1.

Tabell 1 Behandlings- Behandlings- Typ av behand- apparat 14 apparat 21 Storhet lingskolonn (föreliggande uppfinning) (jämförelse) Flödeshastighet H (m/min) 0,905 0,286 för cellulosamassauppslam- ningen genom tunnformig kammare Teoretisk flödestid 16 77 (A)(min) Faktisk flödestid (B)(min) 16 67 genom LíCl-detekterings- metoden skillnad [(A) - (B17 o 10 Kanaliserings vot (%) 0 13 (= [(11) - (B) / Såsom tydligt framgår ur resultaten visade i tabell 1, med behandlings- kolonnen 14 enligt föreliggande uppfinning, överensstämde den faktiska flödestiden genom LiCl-detekteringsmetoden vid behandling av cellulosamassan tillfredsställande med den teoretiska flödestiden och strömningen av cellu- losamassauppsamlingen i behandlingskolonnen 14 var likformig och kanalisering uppträdde inte. Således bekräftades det att en kort väg inte bildades för en del av massauppslamningen.

Med den jämförande behandlingskolonnen 21 var däremot den faktiska fy r c 10 15 20 25 30 35 40 9 469 654 flödestiden för behandlingen av massauppslamningen 10 min kortare än den teoretiska flödestiden. Detta innebär att, med den jämförande behandlings- kolonnen 21, även om fördelaren 22 och uttömmaren 24 var anordnade, blev strömningen av massauppslamningen ojämn och kanalisering alstrades och följ- aktligen uttömdes en del av massauppslamningen tidigare än en annan del.

Exempel 2 Genom att använda behandlingskolonnen 14 använd i exempel 1 utfördes samma moment såsom har beskrivits i exempel 1 utom att flödeshastigheten W för cellulosamassauppslamningen genom den tunnformiga kammaren i behandlings- kolonnen 14 ändrades till 0,750, 0,630, 0,400 eller 0,350 m/min. Vid varje flödeshastighet bestämdes den faktiska flödestiden och den teoretiska flödes- tiden genom LiCl-detekteringsmetoden.

Resultaten visas i tabell 2.

Tabell 2 Körning 1 Körning 2 Körning 3 Körning 4 (före- (före- (före- liggande liggande liggande uppfinning) uppfinning) uppfinning) (jämförelse) Flöde (m3/min) av oellu- 2,98 2,50 1,59 1,39 losamassauppslamningen Flödeshastighet W (m/min) 0,750 0,630 0,400 0,350 av cellulosamassaupp- slamningen genom tunn- formig kammare Faktisk flödestid 19,0 22,5 35,0 36,0 (B) (min) Teoretisk flödestid 19,0 23,0 36,0 41,0 (A) (min) Skillnad 0 0,5 1,0 5,0 [gm - m] (man Kanaliserin skvot (%) 0 2,2 2,8 12,1 [(11) - (B) /(A) ><1oo Baserat på uppgifterna visade i tabell 2 visas förhållandet mellan flödeshastigheten W av cellulosamassauppslamningen genom den tunnformiga kammaren och skillnaden mellan den teoretiska flödestiden (A) och den faktiska flödestiden (B) i fig. 5 och förhållandet mellan flödeshastigheten W 10 15 20 25 30 35 40 469 654 m och kanaliseringskvoten visas i fig. 6.

Genom tabell 2 och fig. 5 och 6 inses det att när behandlingsapparaten enligt föreliggande uppfinning används kan man, genom att reglera flödes- hastigheten för cellulosamassauppslamningen genom den tunnformiga kammaren hos behandlingsapparaten till en nivå på 0,4 m/min eller högre, göra ström- ningen av massauppslamningen likformig och alstring av kanalisering kan för- hindras eller minskas.

Exempel 3, 4 och 5 I vardera av exemplen 3, 4 och 5 utfördes samma moment som i exempel 2 utom att den tunnformiga kammarens innerdiameter, den nedre kammarens kon- vergensvinkel d och den övre kammarens konvergensvinkel fi»för behandlings- kolonnnen 14 och cellulosamassauppslamningens flödeshastighet genom den tunn- formiga kammaren ändras till dem som visas i tabell 3.

Det befanns att kanalisering inte alstrades i något av exemplen 3, 4 eller 5.

Tabell 3 Storhet Tunn- Nedre Övre Cellulosa- formig kammares kammares massaupp- kammares konver- konver- slamningens Före- inner- gens- gens- flödes- Massa- komst av Exempel diameter vinkel vinkel hastighet konsi- kanali- nr D (m) 4 (°) ß (°) genom den stens sering tunnformiga (%) kammaren (m/min) 3 2,5 36 36 0,64 10 Nej 3,0 36 36 0,72 10 Nej 5 3,2 36 36 0,64 10 Nej Såsom tydligt framgår ur tabellerna 1-3, tack vare användningen av apparaten och processen enligt föreliggande uppfinning, strömmade en cellulosamassauppslamning likformigt genom apparaten och delignifierades jämnt utan någon alstring av kanalisering. Det bekräftades även att apparaten och processen enligt föreliggande uppfinning inte behöver arrangemanget och användningen av en fördelare för att mekaniskt mata cellulosamassauppslam- ningen och reglera uppslamningens strömning eller en uttömmare för att mekaniskt uttöma uppslamningen.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 40 469 634 11 PATENTKRAV

1. Apparat för delignifiering av cellulosamassa, innefattande: en cylindrisk tunnformig kammare som sträcker sig i en vertikal rikt- ning; en väsentligen konformig nedre kammare som är kopplad till den nedre änden av den tunnformiga kammaren, sträcker sig och konvergerar nedåt och är försedd med ett cirkulärt inlopp för matning av en cellulosamassauppslam- ning som skall delignifieras därigenom, bildat i ett nedre ändparti av den nedre kammaren; och en väsentligen konformig övre kammare som är kopplad till den övre änden av den tunnformiga kammaren, sträcker sig och konvergerar uppåt och är för- sedd med ett cirkulärt utlopp för uttömning av den delignifierade cellulosa- massan därigenom, bildat i ett övre ändparti av den övre kammaren, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda konformíga nedre kammare och nedre konformiga övre kammare konvergerar med en konvergeringsvinkel om 600 eller mindre genom respektive omkretser av det cirkulära inloppet och det cirkulära utloppet.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det cirkulära inloppet i den konformiga nedre kammaren inte är försett med en fördelare för att mekaniskt mata cellulosamassauppslamningen som skall delignifieras och för att reglera uppslamningens strömning och att det cirkulära utloppet i den konformiga övre kammaren inte är försett med en uttömmare för att mekaniskt uttömma den delignifierade cellulosamassauppslamningen.

3. Process för delignifiering av cellulosamassa med användning av apparaten enligt krav 1, innefattande stegen: matning av en cellulosamassauppslamning som innehåller en alkali och syre och som har en massakonsistens om 8-15 % vid en temperatur av 70-14000 in i den konformiga, nedre kammaren genom det cirkulära inloppet; och uttömning av den delignifierade cellulosamassauppslamningen från den konformiga, övre kammaren genom det cirkulära utloppet medan cellulosamassa- uppslamningens flödeshastighet i den cylindriska, tunnformiga kammaren regle- ras till en nivå på 0,4 m/min eller mera.

4. Process enligt krav 3, varvid matningssteget utföres utan någon meka- nisk matning av cellulosamassauppslamningen eller reglering av uppslamningens strömning och uttömningen utföres utan mekanisk uttömning av cellulosamassa- uppslamningen.