WO2020038823A1 - Faserstoffaufbereitung - Google Patents

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WO2020038823A1
WO2020038823A1 PCT/EP2019/071920 EP2019071920W WO2020038823A1 WO 2020038823 A1 WO2020038823 A1 WO 2020038823A1 EP 2019071920 W EP2019071920 W EP 2019071920W WO 2020038823 A1 WO2020038823 A1 WO 2020038823A1
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fibers
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Christian Marconato
Thomas RÜHL
Falk Albrecht
Jacob Zittlow
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Voith Patent Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/66—Pulp catching, de-watering, or recovering; Re-use of pulp-water

Definitions

  • the invention relates to a process for the formation and treatment of a pulp suspension from pulp and water suitable for the production of paper webs, the pulp suspension being fed from a pulp chest over several treatment stages to a plurality of storage stores.
  • the pulp suspension is mainly fed directly from an adjacent pulp mill into the pulp tub. If necessary, however, the pulp can only be dissolved in the chest. This is followed by several process steps for treating the fiber suspension until the fiber suspension fulfills the required parameters and can be transferred to a machine for producing a fiber web.
  • kraft pulp sulfate pulp
  • cover paper for corrugated cardboard cover paper for corrugated cardboard
  • the object of the invention is therefore to enable a high strength of the paper web at the lowest possible cost.
  • the invention enables the cost-effective use of hardwood-based, unbleached short fiber pulp.
  • the strength disadvantage can be compensated by an optimal combination of the process steps.
  • the focus in the specific energy input to increase strength is particularly on the long fiber fraction. Furthermore, a method is used with the dispersion which, with a comparable increase in strength, causes a significantly lower increase in the degree of grinding, which is the sheet formation process is advantageous because of the lower drainage effort.
  • fibrous material is only processed as far as is suitable for the largest possible application of starch.
  • the figure shows a system diagram for the pulp processing of pulp, which consists of more than 95% (preferably entirely) of unbleached hardwood short fiber pulp (floch yield hardwood sulfate pulp), in particular unbleached eucalyptus short fiber pulp and at most 5% of recycled fibers.
  • At least one paper web layer with in particular mechanical properties similar to the previously known kraft liner i.e. a cover layer for corrugated or solid cardboard.
  • this kraft liner should have the required, relatively high strength properties.
  • the pulp digested with the sulfate process should have a kappa between 75 and 100 and a length-weighted fiber length (according to the Kajaani method) between 0.6 and 0.9 mm.
  • the pulp suspension 1 arrives directly from a pulp factory into a pulp chest 2. From the pulp chest 2, the pulp suspension 1 is then led to a cleaning stage 5 for cleaning, which is formed by several flydrocyclones.
  • the fiber suspension 1 is divided in a subsequent fraction ier stage 6 into a short fiber fraction 7 with a high proportion of short fibers and a long fiber fraction 8 with a high proportion of long fibers.
  • the fraction ier stage 6 is formed here in two stages by two slot sorters, which have a sieve element with sieve openings in the form of slots with a slot width of at most 0.25 mm, in particular a maximum of 0, that is rotationally symmetrical around a sieve axis , 15 mm.
  • the short fiber fraction 7 thus produced is of good quality and provides an ideal surface for printing.
  • the long fibers collected in the long fiber fraction 8 can subsequently be treated specifically with a view to increasing the strength.
  • the splinters that are also contained are simultaneously defibrated.
  • fractionation stage 6 is set such that between 50 and 80% of the fiber suspension 1 are transferred to the short fiber fraction 7.
  • both fractions 7,8 are passed through two dewatering stages 9, 10, 1, 12.
  • the first dewatering stage 9, 10 is formed by a disc filter, which can increase the consistency up to 15%.
  • a common disc filter can also be used, which has separate chambers for the thickening of both fractions 7,8, but the filtrate is preferably discharged together.
  • the second dewatering stage 11, 12 of the fractions 7,8 each consists of a screw press, which can increase the consistency to over 30%.
  • the clear filtrate of the dewatering stages 9, 10, 1, 12 can often be reused in the fiber preparation without separation of the fines.
  • At least one, preferably both fractions 7, 8 should pass through before and / or after the respective storage store 3, 4 at least one treatment step which increases the strength of the fibers is carried out.
  • At least the long fiber fraction 8 is treated in a dispersion stage 14, but if possible also the short fiber fraction 7 in a separate dispersion stage 13.
  • the strength is increased via the dispersion without a large increase in the freeness.
  • components of the FIC grinding can also be used.
  • the screw press of this fraction 7 can also be omitted.
  • the dispersion forms the foundation of the increase in strength and should, if possible, take place at a constant specific output between 50 and 150, preferably between 100 and 150 kWh / t.
  • Fractions 7,8 are stored for several hours at a consistency of approx. 12% and are used for latency treatment (fiber relaxation).
  • Both fractions 7, 8 are passed from the storage 3.4 to a separate grinding stage 15, 16.
  • LC grinding takes place in these with a low, constant output of between 30 and 80 kWh / t per grinding stage 15, 16 and a low intensity of maximum 0.7 J / m.
  • the goal is to increase the strength while increasing the degree of grinding as little as possible.
  • a further fraction 20 in the form of a long fiber fraction from softwood can be provided in a separate storage container 19. After a Treatment in a separate grinding stage 21 can be fed to the mixing tubs 17, 18 in a controlled manner to increase the strength.
  • the fibers of the pulp should have a high tear strength of up to 8 km, in particular between 6 and 8 km tear length in the mixing tubs 17, 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung und Behandlung einer, zur Herstellung von Papierbahnen oder Papierbahnschichten geeigneten Faserstoffsuspension (1) aus Zellstoff und Wasser, wobei die Faserstoffsuspension (1) von einer Zellstoff-Bütte (2) über mehrere Behandlungs-Stufen zu mehreren Vorratsspeichern (3,4) geführt wird. Dabei soll eine hohe Festigkeit der Papierbahn bei möglichst geringen Kosten dadurch 10 ermöglicht werden, dass die Faserstoffsuspension (1) nach der Zellstoff-Bütte (2) in einer Reinigung-Stufe (5) gereinigt und in einer darauf folgenden Fraktionier-Stufe (6) in eine Kurzfaserfraktion (7) mit einem hohen Anteil an kurzen Fasern und eine Langfaserfraktion (8) mit einem hohen Anteil an langen Fasern aufgeteilt wird und beide Fraktionen (7,8) anschließend jeweils durch mehrere Entwässerungs-Stufen (9,10,11,12) in jeweils 15 wenigstens einen Vorratsspeicher (3,4) geführt werden.

Description

Faserstoffaufbereitunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung und Behandlung einer, zur Herstellung von Papierbahnen geeigneten Faserstoffsuspension aus Zellstoff und Wasser, wobei die Faserstoffsuspension von einer Zellstoff-Bütte über mehrere Behandlungs-Stufen zu mehreren Vorratsspeichern geführt wird.
In die Zellstoff-Bütte wird die Zellstoffsuspension überwiegend direkt aus einer angrenzenden Zellstofffabrik geleitet. Bei Bedarf kann der Zellstoff jedoch auch erst in der Bütte aufgelöst werden. Daran schließen sich mehrere Prozessschritte zur Behandlung der Faserstoffsuspension an, bis die Faserstoffsuspension die geforderten Parameter erfüllt und an eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn übergeben werden kann.
Bei der Herstellung von Kraftpapieren und Kraftlinern (Deckpapier für Well-Pappe) kommt zur Gewährleistung einer hohen Festigkeit in der Regel Kraftzellstoff (Sulfatzellstoff) mit einem hohen Anteil an langen Fasern zum Einsatz.
Langfaserzellstoffe sind jedoch relativ teuer und Faserstoffe mit recyceltem Anteil unterliegen Qualitätsschwankungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine hohe Festigkeit der Papierbahn bei möglichst geringen Kosten zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung ermöglicht den kostengünstigen Einsatz von laubholzbasiertem, ungebleichtem Kurzfaserzellstoff. Durch eine optimale Kombination der Prozessschritte kann dabei der Festigkeitsnachteil kompensiert werden.
Bei der Faseraufbereitung wird der Schwerpunkt beim spezifischen Energieeintrag zur Festigkeitssteigerung besonders auf die Langfaserfraktion gelegt. Des Weiteren wird mit der Dispergierung ein Verfahren eingesetzt, welches bei vergleichbarer Festigkeitssteigerung eine deutlich geringere Mahlgradsteigerung verursacht, was für den Blattbildungsprozess wegen des geringeren Entwässerungsaufwandes von Vorteil ist.
Außerdem wird der Faserstoff nur soweit aufbereitet wie dies für einen möglichst großen Stärkeauftrag geeignet ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
Die Figur zeigt hierzu ein Anlagenschema zur Faserstoffaufbereitung von Zellstoff, welcher zu mehr als 95% (vorzugsweise gänzlich) aus ungebleichtem Laubholz- Kurzfaserzellstoff(Flochausbeute-Laubholz-Sulfatzellstoff), insbesondere ungebleichtem Eukalyptus-Kurzfaserzellstoff und zu höchstens 5% aus recycelten Fasern besteht.
Mit der aus diesem Zellstoff und Wasser gebildeten Faserstoffsuspension 1 soll in einer folgenden Papiermaschine zumindest eine Papierbahnschicht mit insbesondere mechanischen Eigenschaften ähnlich dem bisher bekannten Kraftliner, d.h. einer Deckschicht für Well- oder Vollpappe hergestellt werden.
Trotz des eingesetzten Kurzfaserzellstoffs soll dieser Kraftliner dabei die erforderlichen, relativ hohen Festigkeitseigenschaften aufweisen.
Flierzu sollte der mit dem Sulfatverfahren aufgeschlossene Zellstoff ein Kappa zwischen 75 und 100 sowie eine längengewichtete Faserlänge (nach Kajaani-Methode) zwischen 0,6 und 0,9 mm haben.
Aus einer Zellstofffabrik gelangt die Faserstoffsuspension 1 direkt in eine Zellstoff-Bütte 2. Von der Zellstoff-Bütte 2 wird die Faserstoffsuspension 1 dann zur Reinigung in eine Reinigungs-Stufe 5 geführt, welche von mehreren Flydrozyklonen gebildet wird.
Bei Flydrozyklonen erfolgt die Reinigung, d.h. insbesondere eine effektive Ausschleusung von Schwerteilen, z.B Sand unter Nutzung eines Zentrifugalfeldes hier bei niedrigen Stoffdichten zwischen 1 ,5 und 2,5 %. Möglich wird dies wegen der nachfolgenden Entwässerungs-Stufen 9,10,1 1 ,12.
Statt Flydrozyklonen können allerdings auch Dickstoffreiniger zum Einsatz kommen. Nach der Reinigung wird die Faserstoffsuspension 1 in einer darauf folgenden Fraktion ier-Stufe 6 in eine Kurzfaserfraktion 7 mit einem hohen Anteil an kurzen Fasern und eine Langfaserfraktion 8 mit einem hohen Anteil an langen Fasern aufgeteilt.
Wegen der hohen Qualitätsanforderungen sowie der hohen Belastbarkeit wird die Fraktion ier-Stufe 6 hier zweistufig von zwei Schlitzsortierern gebildet, die ein, um eine Siebachse rotationssymmetrisch ausgebildetes Siebelement mit Sieböffnungen in Form von Schlitzen mit einer Schlitzbreite von höchstens 0,25 mm, insbesondere maximal 0,15 mm besitzen.
Die damit erzeugte Kurzfaserfraktion 7 hat eine gute Qualität und ergibt eine ideale Oberfläche zum Bedrucken.
Die in der Langfaserfraktion 8 gesammelten Langfasern können nachfolgend gezielt hinsichtlich Festigkeitssteigerung behandelt werden. Die ebenfalls enthaltenen Splitter werden dabei gleichzeitig zerfasert.
Als optimal hat es sich erwiesen, wenn die Fraktionier-Stufe 6 so eingestellt ist, dass zwischen 50 und 80% der Faserstoffsuspension 1 in die Kurzfaserfraktion 7 überführt werden.
Nach der Fraktionierung werden beide Fraktionen 7,8 durch je zwei Entwässerungs- Stufen 9,10,1 1 ,12 geführt. Dabei wird die jeweils erste Entwässerungs-Stufe 9,10 von einem Scheibenfilter gebildet, der die Stoffdichte auf bis zu 15% erhöhen kann.
Neben separaten Scheibenfiltern für jede Fraktion 7,8 kann auch ein gemeinsamer Scheibenfilter genutzt werden, der separate Kammern zur Eindickung beider Fraktionen 7,8 besitzt, wobei das Filtrat aber vorzugsweise gemeinsam abgeführt wird.
Die jeweils zweite Entwässerungs-Stufe 1 1 ,12 der Fraktionen 7,8 besteht aus je einer Schneckenpresse, welche die Stoffdichte auf über 30% erhöhen kann.
Die hohe Stoffdichte führt bei den folgenden Behandlungs-Stufen zu einer verbesserten Effizienz.
Das Klarfiltrat der Entwässerungs-Stufen 9,10,1 1 ,12 kann oft auch ohne Feinstoffabscheidung in der Faseraufbereitung wiederverwendet werden.
Zur Gewährleistung der erforderlichen Festigkeit sollten mindestens eine, vorzugsweise beiden Fraktionen 7,8 vor und/oder nach dem jeweiligen Vorratsspeicher 3,4 durch wenigstens jeweils eine, die Festigkeit der Fasern steigernde Behandlungsstufe geführt werden.
Zur Verbesserung der Flomogenität und der Festigkeitseigenschaften wird hierzu zumindest die Langfaserfraktion 8 in einer Dispergier-Stufe 14, möglichst aber auch die Kurzfaserfraktion 7 in einer separaten Dispergier-Stufe 13 behandelt. Über die Dispergierung wird die Festigkeit ohne großen Anstieg des Mahlgrades gesteigert.
Statt der Dispergierung können auch Komponenten der FIC-Mahlung zum Einsatz kommen.
Sollte die Kurzfaserfraktion 7 nicht dispergiert werden, so kann auch die Schneckenpresse dieser Fraktion 7 entfallen.
Die Dispergierung bildet das Fundament der Festigkeitssteigerung und sollte möglichst bei konstanter spezifischer Leistung zwischen 50 und 150, vorzugsweise zwischen 100 und 150 kWh/t erfolgen.
Nach Entwässerung und Dispergierung werden die Fraktionen 7,8 in je einen eigenen Vorratsspeicher 3,4 geführt.
Die Speicherung der Fraktionen 7,8 erfolgt über mehrere Stunden bei einer Stoffdichte von ca. 12% und dient der Latenzbehandlung (Faserentspannung).
Beide Fraktionen 7,8 werden vom Vorratsspeicher 3,4 zu einer separaten Mahl-Stufe 15,16 geleitet. In diesen erfolgt eine LC-Mahlung bei einer geringen, konstanten Leistung zwischen 30 und 80 kWh/t je Mahl-Stufe 15,16 und einer niedrigen Intensität von maximal 0,7 J/m. Auch hier ist das Ziel eine Festigkeitssteigerung bei möglichst geringem Anstieg des Mahlgrades.
Das Vorhandensein von Dispergierung und LC-Mahlung bietet eine hohe Flexibilität zur Erfüllung spezifischer Qualitätsanforderungen, insbesondere der Festigkeit.
Nach den Mahl-Stufen 15,16 werden die Fraktionen 7,8 mit einstellbarem
Mischungsverhältnis mehreren Mischbütten 17,18 zugeleitet, die jeweils einer Lage oder Schicht der Papierbahn zugeordnet sind.
Bei Bedarf kann noch eine weitere Fraktion 20 in Form einer Langfaserfraktion aus Nadelholz in einem eigenen Vorratsbehälter 19 bereitgestellt werden. Nach einer Behandlung in einer eigenen Mahl-Stufe 21 kann diese gesteuert zur Festigkeitssteigerung den Mischbütten 17,18 zugeführt werden.
Die Fasern des Zellstoffs sollte in den Mischbütten 17,18 eine hohe Reißfestigkeit von bis zu 8 km, insbesondere zwischen 6 und 8 km Reißlänge aufweisen.
Im Ergebnis fallen bei dem erfindungsgemäßen Prozess nur bei der Reinigungsstufe 5 Rejekte an.

Claims

1. Verfahren zur Bildung und Behandlung einer, zur Herstellung von Papierbahnen oder Papierbahnschichten geeigneten Faserstoffsuspension (1 ) aus Zellstoff und Wasser, wobei die Faserstoffsuspension (1 ) von einer Zellstoff-Bütte (2) über mehrere Behandlungs-Stufen zu mehreren Vorratsspeichern (3,4) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstoff zumindest überwiegend aus ungebleichtem Kurzfaserzellstoff gebildet wird , die Faserstoffsuspension (1 ) nach der Zellstoff-Bütte (2) in einer Reinigung-Stufe (5) gereinigt und in einer darauf folgenden Fraktionier-Stufe (6) in eine Kurzfaserfraktion (7) mit einem hohen Anteil an kurzen Fasern und eine Langfaserfraktion (8) mit einem hohen Anteil an langen Fasern aufgeteilt wird und beide Fraktionen (7,8) anschließend jeweils durch eine oder mehrere Entwässerungs-Stufen (9,10,11 ,12) in jeweils wenigstens einen Vorratsspeicher (3,4) geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Papierbahn oder die Papierbahnschicht ähnlich Kraftpapier oder Kraftliner ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
die Papierbahn oder die Papierbahnschicht höchstens 5 % recycelte Fasern enthält.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Zellstoffs eine Reißfestigkeit zwischen 6 und 8 km Reißlänge aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zellstoff ausschließlich aus ungebleichtem Kurzfaserzellstoff besteht.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zellstoff aus Laubholz, vorzugsweise aus Eukalyptus gewonnen wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zellstoff ein Kappa zwischen 75 und 150 aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zellstoff eine längengewichtete Faserlänge (Kajaani-Methode) zwischen 0,6 und 0,9 mm hat.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fraktionier-Stufe (6) als Schlitzfraktionierung ausgebildet ist, wobei die Schlitzbreite vorzugsweise kleiner als 0,25 mm, insbesondere kleiner als 0,15 mm ist.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fraktionier-Stufe (6) so eingestellt ist, dass zwischen 50 und 80% der Faserstoffsuspension (1 ) in die Kurzfaserfraktion (7) überführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Entwässerungs-Stufen (9,10,11 ,12) zumindest der Langfaserfraktion (8) wenigstens einen Scheibenfilter und mindestens eine Schneckenpresse umfassen.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine, vorzugsweise beiden Fraktionen (7,8) vor und/oder nach dem jeweiligen Vorratsspeicher (3,4) durch jeweils wenigstens eine, die Festigkeit der Fasern steigernde Behandlungsstufe geführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Langfaserfraktion (8) nach den Entwässerungs-Stufen (10,12) und vor dem Vorratsspeicher (4) dispergiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzfaserfraktion (7) nach den Entwässerungs-Stufen (9,11 ) und vor dem Vorratsspeicher (3) dispergiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Dispergierung eine Energie zwischen 50 und 100 kWh/t eingesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stoffdichte in den Vorratsspeichern (3,4) zwischen 10 und 14% liegt.
17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine, vorzugsweise beide Fraktionen (7,8) nach dem jeweiligen Vorratsspeicher (3,4) durch eine separate Mahl-Stufe (15,16) geführt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für die Mahl-Stufe (15,16) eingesetzte Energie zwischen 30 und 80 kWh/t liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mahlung mit einer geringen Intensität von maximal 0,7 J/m erfolgt.
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