SE433232B - Sett for framstellning av en mekanisk massa - Google Patents

Description

7713762-8 ringar i tryckteknologi, t.ex. den växande användningen av offset- -tryckning. Ett sådant problem är dammning, dvs att fibrer dras ur arket under tryckningen och ackumuleras i tryckpressen. Besläktade fenomen är avskavning och vanlig dammning och även nappning i både våta och torra banor och med termen dammning avses i de flesta fall alla dessa fenomen. En hög dammningsbenägenhet hos papperet eller tidningspapperet är till besvär för tryckaren och kan i vissa fall leda till att papperet icke accepteras av kunden.

Dammningsbenägenheten och andra därmed förbundna brister hos pappe- ret är huvudsakligen ett ytfenomen och beror på den relativt svaga bindningen av och mellan vissa fibrer på eller nära pappersytan.

Som sådant är fenomenet i viss mån förknippat med typ av pappers- maskin, bildningsbetingelserna, avvattning och så vidare. Men på varje given maskin är det fortfarande skillnad mellan papper som erhållits vid olika tidpunkter och dessa skillnader beror primärt på skillnader mellan de använda massorna.

Det har föreslagits att reducera pappersdammningen genom pålägg- ning av bindemedel på pappersytan, men denna procedur ökar avsevärt kostnaderna och är icke alltid effektiv. Det är naturligtvis känt att förbättra bindningsegenskaperna hos fibrer genom malning eller raffinering med den åtföljande minskningen av massans malningstill- stånd, nedan även benämnt "freeness". Denna metod att förbättra bindningsegenskaperna löser emellertid icke alltid dammningsproble- met. Dessutom försämrar överdriven raffinering massans egenskaper och förlänger också dräneringstiden utöver vad som är acceptabelt i pappersframställningsprocessen. Det är också känt att bindnings- egenskaperna hos en mekanisk massa är förknippade med massans spe- cifika yta på ett positivt sätt och i motsats härtill att freeness- -talet påverkas i negativ riktning med massans specifika yta, en egenskap som är mätbar och som uttrycker förhållandet mellan fiber- ytan och fibervikten, exempelvis uttryckt i kvadratmeter per gram.

Emellertid har massor med ungefär samma genomsnittliga specifika yta ofta olika dammningsegenskaper och vissa massor med relativt låg freeness ger papper, som trots detta dammar avsevärt.

Den specifika ytan kan variera med den metod, med vilken den bestäm- mes. Den specifika yta, som avses här, erhålles med användning av metoden enligt Robertson & Mason, vilken beskrivits i "Specific Surface of Cellulose Fibres by Liquid Permeability Method", Pulp 7713762-8 & Paper Magazine of Canada, sid. 103, 19 december 1949.

Det är också känt, att från en massa separera en rejekt-fraktion med hjälp av en hydrocyklon, vilken fraktion i allmänhet är mycket liten och består av relativt oraffinerade partiklar, och att un- derkasta denna rejekt-fraktion ytterligare raffinering.

Det har visat sig att dammningstendensen, när den beror på massa- egenskaperna och icke på pappersmaskinen, är förknippad inte med det totala eller genomsnittliga värdet på massans specifika yta utan med den fraktionella fördelningen av fibrer med olika specifik yta-i massan, vilket är en mycket viktig distinktion. Detta genom- snittliga värde kan resultera från en summering av värden, som alla , ligger mycket nära genomsnittet, men också av värden sanskiljer sig avsevärt från genomsnittet mot båda ytterlighetsvärdena. En massa som har en hög genomsnittlig specifik yta kommer fortfarande att ge upphov till dammning om den innehåller en väsentlig fraktion med låg specifik yta. För att övervinna dammningsbenägenheten är det nödvän- digt, att massan innehåller en så liten fraktion som möjligt med låg specifik yta.

Föreliggande uppfinning avser sålunda ett förfarande för minskning av dammningsbenägenheten hos en mekanisk massa och dammningen hos därav tillverkat papper, vid vilket massan fraktioneras i minst två fraktioner, varav en fraktion har en specifik yta som är lägre än för den andra fraktionen, varvid fraktionen med lägre specifik yta frân- skiljes och underkastas mekanisk behandling för att därigenom öka dess specifika yta, varefter den behandlade fraktionen återförenas med den andra fraktionen.

Uppfinningen avser närmare bestämt ett sätt för framställning av en mekanisk massa, vilket är kännetecknat av att man åstadkommer en mekanisk massa av trämaterial, silar den mekaniska massan till en genomgående fraktion och en kvarhållen fraktion, medelst en hydro- cyklonanordning delar upp väsentligen hela den genomgående fraktio- nen i en bottenflödesfraktion, som innehåller mellan ca 15 och 70% av den genomgående fraktioner och har en genomsnittlig specifik yta understigande det förutbestämda värdet mellan 1,2 och 4 m2/g, och en överströmningsfraktion, som har en genomsnittlig specifik yta överstigande bottenflödesfraktionens, underkastar bottenflödesfrak- tionen en mekanisk behandling, så att det bildas en behandlad frak- 7713762-8 tion med en ökad genomsnittlig specifik yta av mellan 4 och 10 m2/g, kombinerar den behandlade fraktionen och överströmningsfraktionen till kombinerad massa med en betydligt lägre dammningsbenägenhet än den åstadkomna mekaniska massan.

Den specifika fiberytfördelningen i en mekanisk massa kan bestämmas genom fraktionering i ett hydrocyklonsystem, så att ett flertal överströmnings- och bottenflödesfraktioner erhålles och analysering av åtminstone några av dessa fraktioner för bestämning av den spe- cifika ytan hos de utvalda fraktionerna.

Uppfinningen ska nu belysas närmare med hjälp av bifogade ritning- ar, där fig. 1 är ett schematiskt flödesschema av en utföringsform av upp- finningen integrerad med en raffinatormassanläggning, fig. 2 visar fördelningen av den specifika fiberytan i en massa, där den specifika ytan uppritats mot viktfraktionen i procent av total massa, fig. 3 visar förhållandet mellan dammningsbenägenheten för en massa och närvaron i massan av en fraktion med låg specifik yta, fig. 4 visar en jämförelse mellan fördelningen av den specifika ytan i en termomekanisk massa före och efter behandling enligt förelig- gande uppfinning och fig. SA, 5B cch 5C illustrerar schematiska metoder för fraktionering på basis av specifik yta med hjälp av hydrocyklonsystem. ' Enligt uppfinningen uppdelas en mekanisk massa, som exempelvis kan ha framställts i en raffinator, nedan även benämnd raffinör, av träflis, i minst tvâ fraktioner varav den ena karakteriseras av en låg specifik yta, vilken fraktion köres genom en annan raffinör.

Fraktioneringen av massan på basis av specifik yta genomföres lämp- I ligen med hydrocykloner. Dessa är välkända apparater inom massa- och pappersindustrin, där de i många år använts för att från massa avlägsna en "rejekt"-fraktion, vanligen bestående av spetor, fiber- knippen_och tunga partiklar. Vanligen hålles rejekt-fraktionen från cyklonerna så liten som möjligt, och i mekanisk massa översti- ger den sällan ca 10% av massan. Normalt uppgår den genomsnittliga specifika ytan hos materialet, som avlägsnas i reningsapparaterna, i ett konventionellt system till ca 0,8 - 1, och överstiger ej 1,2 m2/g. '7713762-8 LH Fraktioneringen med hjälp av hydrocykloner äger rum på basis av olika fysikaliska_och geometriska egenskaper hos fibrerna, men det har visat sig; att för mekaniska massor är den specifika ytan den dominerande mätbara egenskapen, som skiljer överströmningsfraktio- nen från bottenflödesfraktionen från en hydrocyklon. Med "botten- flödesfraktion" menas den fraktion, som kommer ut från hydrocyklo- nens apex. Enligt föreliggande uppfinning tillföres sålunda massan till en hydrogyklon eller till ett antal hydrocykloner som är av- passade så att de ger en bottenflödesfraktion med en specifik yta som icke överstiger ett visst värde, varvid överströmningsfraktio- nen då kommer att ha ett värde, som överstiger detta förutbestämda värde. Det värde på specifik yta som sålunda väljes som kriterium kan variera, beroende på hur noggranna specifikationerna är för papperet, vilket i sin tur bl.a. beror på den tryckmetod, som skall användas, färgtypen osv. Vid studium av dammet från en filt på en kommersiell offset-tryckpress från ett medelsvårt tryckningsarbete, (tvåfärgad, medelstarkt fästande tryckfärg) visade det sig att damm- fibrerna hade en genomsnittlig specifik yta av ungefär 2,5 m2/g.

Denna genomsnittliga specifika yta för dammfibrer kan variera bero- ende på tryckningsarbetets svårighetsgrad, men ligger normalt inom området ca 1-4 m2/g. Alltid när individuella dammfibrer är närva- rande med specifika ytor över och under genomsnittsvärdet, kan damm- materialet emellertid inte förväntas innehålla något större antal fibrer med specifika ytor på mer än ca 1 m2/g över den genomsnitt- liga specifika ytan hos dammaterialet.för en given pappersmaskin och tryckmetod, eftersom material med denna ökade specifika yta skulle ha en tendens att bindas i arket. Baserat på dessa rön fast- ställdes det, att för att förbättra dammegenskaperna hos ett papper eller en massa skall fibrer med den lägre specifika ytan bearbetas ytterligare genom mekanisk raffinering, så att mängden potentiellt dammaterial i massan vid den specifika, avsedda pappersanvändningen skulle reduceras till en acceptabel nivå.

Hydrocykloner är i allmänhet inställda för fraktionering av en mas- sa i fraktioner enligt ett förhållande mellan bottenflödes- och över- flödesfraktioner, vilket förhållande bestämmes av hydrocyklonens geometriska särdrag (relativa storlekar på inlopps- och utloppsöpp- ningarna, konvinkel etc.) liksom av driftsbetingelserna (tryck, konsistens). Vid föreliggande uppfinning inställes hydrocyklonerna 771376248 till att ge en bottenflödesfraktion med en genomsnittlig specifik yta i storleksordningen 1,2 - 4 m2/g, företrädesvis 1,5 - 4 m2/g.

Storleken på denna fraktion kommer nödvändigtvis att variera med massaframställningsbetingelserna, typ av trä etc. För raffinörslip- massa och inom det freeness-område, inom vilket de flesta raffinö- rer arbetar, uppgår bottenflödesfraktionen till 15-70%, och före- trädesvis 25-50% av den totala massan. Den önskade storleken på bot- tenflödesfraktionen kan bestämmas d kvarnen genom att variera re- jekt-hastigheten och bestämma dammningen hos det framställda pappe- ret eller genom preliminära tester i laboratoriet, exempelvis genom multipelfraktionering av ett massaprov med en hydrocyklon och upp- mätning av den genomsnittliga specifika ytan hos varje fraktion för att erhålla den specifika ytans fördelning hos fibrerna i provet.

Ett sätt för bestämning av den fraktionella fördelningen av speci- fik fiberyta i en mekanisk massa beskrives mer i detalj nedan.

Bottenflödesfraktionen får passera genom en raffinator, där den ut- sättcs för tillräcklig raffinering för att öka den genomsnittliga specifika ytan till mellan 4 och 10 m2/g och företrädesvis för att bringa dess specifika yta till ett värde, som är åtminstone lika stort som för den ursprungliga massan och ännu hellre till ett värde som är lika stort som eller större än för överströmningsfraktionen.

Den raffinerade bottenflödesfraktionen återförenas sedan med över- strömningsfraktionen och den återförenade massan med förbättrade egenskaper behandlas vidare på konventionellt sätt och föres till pappersmaskinen.

Med hänvisning till fig. 1 tillföres träflis eller annat sänder- delat cellulosaråmaterial genom ledningen 11 till raffinören 10, i vilken flisen mekaniskt sönderdelas så att en massa bildas. Raffi- nören 10 utgöres av en raffineringsanläggning, vilken kan drivas på vilket som helst känt sätt och således kan innefatta kännetecken som inte särskilt visas i figuren men som är kända inom tekniken, såsom basning av flisen, bibehållande av det erforderliga trycket i en inkapsling av raffinören eller reglering av raffineringsbetin- gelserna på annat sätt, kemisk behandling i anslutning till något av raffineríngsstegen osv. Den erhållna, mekaniska massan överföres vanligen till en tank (icke visad) för latensutveckling och även för utspädning av massan till en lämplig koncentration, och ledes 'genom ledningen 12 till silen 13, som tar bort för stora partiklar 7713762-8 eller särskilt långa fibrer på konventionellt sätt. Rejektet består vanligen av ca 5-10% av massan och avlägsnas genom ledningen 21 och kan vidarebehandlàs.om så önskas. Den del av massan som passerar genom silarna föres genom ledning 14 till hydrocykloner, som frak- tionerar massan i en överströmningsfraktion, som avlägsnas från hyd- rocyklonerna via ledning 17, och en bottenflödesfraktion, avlägsnad via ledning 18. Ett tvåstegs hydrocyklonfraktioneringssystem visas, representerat av hydrocyklonerna 15 och 16, men ett enstegs- eller flerstegssystem med fler än tvâ steg kan användas. överströmnings- fraktionen i ledning 17 utgör den accepterade massafraktionen med den erforderliga specifika ytfördelningen, och utgör såsom nämnts tidigare ca 30-85% av den massa, som passerar genom silarna. Botten- flödesfraktionen i ledning 18 är fraktionen med låg genomsnittlig specifik yta, 1,2 - 4 m2/g, och utgör ca 15-70% av massan efter si- len. Bottenflödesfraktionen renas sedan, om så önskas, i hydrocyk- lonen 19 för att på konventionellt sätt avlägsna smuts och andra främmande partiklar (slipstenspartiklar), och den så renade botten- flödesfraktionen matas genom ledning 22, där den eventuellt kombine- ras med silrejektet från ledning 21. Denna tvättning kan utelämnas, om den inte är nödvändig, och inte heller behöver bottenflödesfrak- tionen kombineras med silrejekten, om det är lämpligare att behand- la dessa flöden var för sig. Bottenflödesfraktionen från ledning 22 förtjockas sedan, exempelvis i en press 23, till en konsistens, dvs koncentration, som lämpar sig för raffinering i en raffinör och föres till raffinören 20, där den raffineras till ett accepta- belt genomsnittligt specifikt yttal, företrädesvis ett som är unge- fär lika stort som den specifika ytan i överströmningsfraktionen i ledning 17. Massan från raffinören 20 transporteras genom ledning 24 och blandas antingen direkt med massan i ledningen 17 eller ut- sättes för ytterligare behandling före pappersmaskinen.

Den fraktionella fördelningen av specifik yta i en termomekanisk - massa, dvs viktprocentuella andelen av fraktioner med en given spe- cifik yta, visas i fig. 2. Både massa I och massa II är prov, tag- na från ledning 12 i fig. 1, men de skiljer sig med avseende på den fraktionella fördelningen av specifik fiberyta. Massa I innehåller ungefär 60% fibrer med en specifik yta av 2,5 eller därunder, un- der det att massa II har ungefär 40% sådana fibrer. Massa I har i själva verket en betydligt högre dammningsbenägenhet. Dammnings- benägenheten kan mätas med hjälp av en enkel anordning, som i prin- 7713762-8 cip liknar en tryckpress, i vilken de dammpartiklar, som dras ut från pappersarket, uppsamlas under styrda betingelser och därefter väges eller på annat sätt uppmätes för att fastställa den relativa mängd fibrer, som'pâ detta sätt dras ut från arket. Denna prcedur tillåter jämförandet av dammningsgraden för olika papperssorter med hjälp av ett dammningsindex, vilket senare uttryckes i vikt el- ler antal fibrer (dammpartiklar), som dras ut från arket per yten- het av papperet. Det direkta samband, som existerar mellan vikten av en fraktion med låg specifik yta i massan, t.ex. under 2,5 m2/g, som här kallas "dammningsbenägenhetsindex", och papperets dammnings- index visas i fig. 3. Detta är en kurva över dammningsbenägenhets- index, dvs viktfraktion fibrer med en specifik yta av 2,5 m2/g el- ler därunder, mot pappersdammningsindex, dvs antalet dammfibrer per ytenhet på pappersytan. Kurvan B gäller för en speciell.pappersmas- kin och kurvan A för en andra maskin. Värdena på den vertikala axeln representerar fraktionen av fibrerna i olika termomekaniska massor med en genomsnittlig specifik yta av 2,5 m2/g eller därunder (mätt med den nedan beskrivna metodenL under det att värdena pâ den ho- risontella axeln motsvarar pappersdammningsindex. Härav framgår att medan för olika pappersmaskiner samma relativa innehåll av fib- rer med låg specifik yta kan resultera i olika värden på pappers- dammningsindex, står pappersdammningsindex för varje given pappers- maskin i ett direkt förhållande till innehållet av sådana fibrer med låg specifik yta.

Fig. 4 visar fördelningen av den specifika ytan för en massa direkt från en raffinör, en massa behandlad enligt föreliggande uppfinning respektive en som behandlats enligt tidigare känd teknik. Kurva A visar fördelningen av den specifika ytan för en massa som kommer från raffinören, före silning och tvättning, ledning 12 i fig. 1, 'kurva B avser massan till pappersmaskinen, när den behandlats enligt föreliggande uppfinning och kurva C avser massan till pappersmaski- nen, när den behandlats enligt en konventionell process. Data för dessa kurvor framgår av tabell 1 nedan. 7713762-8 Tabell 1 Genomsnittlig specifik yta m?/g Konventionell process Enl. föreliggande uppfinning 3% bottenhydrocyklon- 14% bottenhydrocyklonflöde Massaprov flöde och 10% silrejekt och 10% silrejekt Raffnfik utlopp 4,8 4,8 (före silning och tvättning) (ledning 12, fig. 1) Silrejekt (ledning 21, fig. 1) 1,6 1,6 Bottenflödesfraktion - (ledning 22, fig. 1) 0,9 1,2 Totalt rejekt - före raffinering (press 23, fig. 1) 1,5 1,3 Rejekt - efter raffinering (ledning 24,fig. 1) 6,7 6,2 Hydnxndüon-accept (ledning 17, fig. 1) 5,2 5,8 Massa till pappersmaskin 5,4 5,9 Dænmnngsbenägarætsindex för massa till maskinen (viktfrak- tion med en specifik yta av 2,5 mg/g eller därunder) 0,41 0,28 Pqqxmsümmnügsüfiæx (kurva A, fig. 3) 62 47 Av detta exempel framgår, att den ursprungliga massan hade nära 50% fibrer med en specifik yta på 2,5 eller lägre, och att genom avskilj- ning av enbart 14% av massan i cyklonen och mekanisk behandling av denna\reduceras procenthalten fibrer med en sådan låg specifik yta ca 28% i massan till maskinen. Detta minskade avsevärt papperets dammningsindex (från 62 till 47). Kurvan C visar den specifika för- delningen för en massa, erhållen från massa A genom separering av en bottenflödesfraktion på ca 3% från denna massa i en cyklon och behandling av denna fraktion i en raffinör. Det är uppenbart att in- gen större reduktion av kvaliteten hos fibrer med en specifik yta under 2,5 erhålles (potentiellt dammningsmaterial).

Det finns ingen metod för att på ett enkelt sätt erhålla den speci- fika ytfördelningen för en massa och därför var det nödvändigt att utveckla en metod.för fraktionering av massa i fraktioner, som alla 7713762-8 10 har ett relativt snävt intervall för den specifika ytan. Hydrocyklo- ner har därvid visat sig vara lämpliga anordningar för separation av massafraktioner med relativt snäv specifik ytfördelning. Konventio- nella metoder för uppmätning av specifik yta är relativt komplicera- de. Det finns emellertid ett samband mellan måtten på specifik yta och freeness över ett stort område för dessa egenskaper. Sambandet är icke 100% exakt och det kan föreligga en avsevärd deviation, om massaegenskaperna varierar mycket. Baskriteriet för karakterisering av dammningsbenägenheten är den fraktionella fördelningen av speci- fik yta, men sålunda kan i praktiken freeness-värdet användas i stäl- let för specifik yta, beroende på det omvända förhållandet specifik yta till freeness.

Ett flertal hydrocyklonarrangemang kan användas för fraktionering av massor efter specifik yta, exempelvis parallella enligt fig. 5A, med de undre flödena i steg enligt fig. SB eller med de övre flödena i steg enligt fig. 5C.

I vart och ett av dessa arrangemang är cyklonerna dimensionerade för att stöta bort olika fraktioner, exempelvis i det parallella ar- rangemanget som illustreras i fig. 5A kan för en cyklon med 50,8 mm diameter apexutloppen för respektive cyklon vara 8,0 mm, 5,6 mm och 4,0 mm, vilket ger bottenflödesfraktioner av ca 60%, 40% och 12%.

De stegvisa arrangemangen som visas i fig. 5B och SC, där botten- eller överflödesfraktionen från den första cyklonen utgör tillför- seln till den andra, och där flödet från den andra blir tillförseln ltill den tredje cyklonen osv steg för steg längs rafien ger en snäv fraktionering på basis av specifik fiberyta.

För att erhålla ett mått på den specifika ytan exempelvis i fig. 5A uppmätes flödet från var och en av tvättarnas apex, konsistensen hos bottenflödet och uppmätes liksom den specifika ytan. Såsom angi- vits ovan kan i stället för den specifika ytan freeness-talen uppmä- tas, varvid man dock bör komma ihåg begränsningarna som gäller be- träffande korrelationen.mellan specifik yta och freeness.

I fig. SB bestämmes den specifika ytfördelningen genom uppmätning av hastigheten, konsistensen och den specifika ytan (eller freeness) för bottenflödena från var och en av tvättarna, under det att index för den specifika ytfördelningen med arrangemanget som visas i fig. 7713762-8 11 SC erhålles genom uppmätning av flödet, konsistensen och den speci- fika ytan hos överströmningsfraktionen från var och en av tvättarna.

I alla systemen_uppmätes givetvis flödet, konsistensen och den spe- cifika ytan för hela massan, innan den tillföres tvättarna.

Det har visat sig, att dessa arrangemang ger en bra bestämning av den specifika ytfördelningen för en given massa.

Med användning av utrustningen enligt fig. 5 bör tillflödet till tvättarna ha en låg konsistens, t.ex. ca 0,15%.

Olika modiferingar kan givetvis göras inom ramen för patentkraven.

Claims (4)

7?13762-8 fâ. Patentkrav

1. Sätt för framställning av en mekanisk massa, k ä n n e t e c k- n a t av att man åstadkommer en mekanisk massa av trämaterial, silar den mekaniska massan till en genomgående fraktion och en kvarhållen fraktion, medelst en hydrocyklonanordning delar upp väsentligen hela den genomgående fraktionen i en bottenflödes- fraktion, som innehåller mellan ca 15 och 70 % av den genomgående fraktionen och har en genomsnittlig specifik yta understigande det förutbestämda värdet mellan 1,2 och 4 m2/g, och en överström- ningsfraktion, som har en genomsnittlig specifik yta överstigande bottenflödesfraktionens, underkastar bottenflödesfraktionen en mekanisk behandling, så att det bildas en behandlad fraktion med en ökad genomsnittlig specifik yta av mellan 4 och 10 m2/g, kom- binerar den behandlade fraktionen och överströmningsfraktionen till kombinerad massa med en betydligt lägre dammningsbenägenhet än den åstadkomna mekaniska massan.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att botten- flödesfraktionen utgör mellan 25 och 50 % av den genomgående fraktionen.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den meka- niska massan uppdelas, så att bottenflödesfraktionen har en genom- snittlig specifik yta understigande ett förutbestämt värde mellan 1,5 och 4 mz/g.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den be- handlade fraktionen har en genomsnittlig specifik yta, som har ett minst lika stort värde som överströmningsfraktionen.