SE460202B

SE460202B - SEATED AS TREATMENT OF A MATERIAL WITH A GAS IN A SCIENCE

Info

Publication number: SE460202B
Application number: SE8701042A
Authority: SE
Inventors: S-G Svensson; M Bokstroem
Original assignee: Aga Ab
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1989-09-18
Also published as: SE8701042L; WO1988007102A1; BR8807412A; FI894312A0; JPH02502553A; EP0342204A1; SE8701042D0

Description

460 2Û2 Q; stånd. Pappersfibrerna frigöres från varandra i suspensionen och svävar fritt och suspensionen får i detta tillstånd egen- skaper som mycket liknar en vätskas. Den våldsamma turbulensen gör att om oxygen eller annan gas tillföres en massasuspension i detta tillstånd så kommer denna gas att fördelas mycket jämnt i hela suspensionen i form av mycket små bubblor. När sedan suspensionen strömmat ut ur medelkoncentrationsmixern och ej längre utsättes för mekanisk omblandning återtar den det till- stånd den hade före mixern, d v s fibrerna griper tag i varand- ra och skapar ett relativt fast nätverk. Detta nätverk förmår hålla fast de gasbubblor som bildats tills de nödvändiga reak- tionerna har skett. 460 2Û2 Q; stand. The paper fibers are released from each other in the suspension and float freely, and in this state the suspension acquires properties very similar to those of a liquid. The violent turbulence means that if oxygen or other gas is added to a pulp suspension in this state, this gas will be distributed very evenly throughout the suspension in the form of very small bubbles. When the suspension has then flowed out of the medium concentration mixer and is no longer subjected to mechanical mixing, it regains the state it had before the mixer, ie the fibers grip each other and create a relatively fixed network. This network is able to hold the gas bubbles that have formed until the necessary reactions have taken place.

Oxygenförstärkt alkaliextraktion, vilket innebär oxygen- tillsats i blekeriets alkaliextraktionssteg, har sedan genom- brottet för ca sex år sedan visat en mycket stark utveckling.Oxygen-enhanced alkali extraction, which involves the addition of oxygen in the bleaching plant's alkali extraction step, has shown a very strong development since the breakthrough about six years ago.

Avsevärda kostnadsbesparingar erhålles till en mycket låg in- vesteringskostnad. I s k filterblekerier där massan transporte- ras i rörledningar till nästkommande bleksteg vid en massakon- centration av 8-12% har det varit lätt att tillämpa denna tek- nik, eftersom en medelkoncentrationsmixer lätt kan installeras i rörledningar.Significant cost savings are obtained at a very low investment cost. In so-called filter bleachers where the pulp is transported in pipelines to the next bleaching stage at a pulp concentration of 8-12%, it has been easy to apply this technique, since a medium concentration mixer can easily be installed in pipelines.

I s k förträngningsblektorn är emellertid situationen en helt annan. I dessa sker transporten av pappersmassasuspension- en nedifrån och uppåt alltmedan massan utsättes för olika blek- kemikalier. De olika blekstegen utföres alltså i ett och samma blektorn och de olika blekstegen åstadkommes genom att en blek- ningskemikalie förtränger och ersätter en annan blekningskemi- kalie. Detta åstadkommas med hjälp av avdragssilar och roteran- de fördelningsstycken i de s k dynamiska zonerna belägna i övergången mellan de olika blekstegen. I denna typ av blektorn är det mycket viktigt att massasuspensionen rör sig i s k "plug-flow" och all form Det av omrörning i massasuspensionen stör kraftigt funktionen. är alltså omöjligt att använda samma ' teknik för tillförsel av gas till pappersmassan som för filter- blekerier. För att kunna införa tekniken med oxygenförstärkt alkalíextraktion i denna typ av blekerier har man därför varit ~ 460 202 hänvisad till att använda vätskeströmmen av ingående extrak- tionsvätska som bärare av oxygenet. Gasen kan tillföras vätskan genom hål i ett perforerat rör i vätskeströmmen. vätskan kan också strömma genom ett rör av sintrad metall genom vars porer oxygenet tillföres. En förutsättning för att dessa metoder skall fungera är dock att de mycket små oxygenbubblor som ini- tialt bildas, ej slås samman till större bubblor och att de håller sig svävande i vätskan huvudsakligen i sin ursprungliga storlek ända tills vätskan kommer i kontakt med pappersmassan inne i förträngningsblektornet.In the so-called displacement bleacher, however, the situation is completely different. In these, the pulp suspension is transported from the bottom upwards while the pulp is exposed to various bleaching chemicals. The different bleaching steps are thus carried out in one and the same bleaching tower and the different bleaching steps are achieved by one bleaching chemical displacing and replacing another bleaching chemical. This is achieved by means of deduction screens and rotating distribution pieces in the so-called dynamic zones located in the transition between the various bleaching steps. In this type of bleaching tower, it is very important that the pulp suspension moves in so-called "plug-flow" and all forms. Stirring in the pulp suspension greatly disrupts the function. It is therefore impossible to use the same technology for supplying gas to the pulp as for filter bleachers. In order to be able to introduce the technique of oxygen-enhanced alkali extraction into this type of bleachers, it has therefore been ~ 460,202 referred to using the liquid stream of constituent extraction liquid as carrier of the oxygen. The gas can be supplied to the liquid through holes in a perforated tube in the liquid stream. the liquid can also flow through a tube of sintered metal through whose pores the oxygen is supplied. A prerequisite for these methods to work, however, is that the very small oxygen bubbles that are initially formed do not merge into larger bubbles and that they remain floating in the liquid mainly in their original size until the liquid comes into contact with the pulp inside the displacement bleach tower.

Från den punkt där oxygenet tillföres strömmar extrak- tionsvätskan vertikalt nedåt i ett centralrör från blektornets topp ned till extraktionsstegets fördelningsmunstycken. Genom dessa fördelas extraktionsvätska i pappersmassan.From the point where the oxygen is supplied, the extraction liquid flows vertically downwards in a central tube from the top of the bleaching tower down to the distribution nozzles of the extraction stage. Through these, extraction liquid is distributed in the pulp.

Från t ex avloppsvattenbehandling vet man att denna typ av vätsketransport är mycket olämplig för att undvika att oxygen- bubblorna slår sig samman till större bubblor. De bildade oxy- genbubblorna måste därför stabiliseras t ex med hjälp av yt- spänningsnedsättande och/eller viskositetsförhöjande föreningar närvarande i extraktionsvätskan.From wastewater treatment, for example, it is known that this type of liquid transport is very unsuitable for avoiding the oxygen bubbles merging into larger bubbles. The oxygen bubbles formed must therefore be stabilized, for example by means of surface tension reducing and / or viscosity-increasing compounds present in the extraction liquid.

I ett förträngningsblektorn sker en omfattande recirkula- tion av olika blekkemikalier, vilket även betyder att en del av den i ett bleksteg utlösta organiska substansen återföres. I alkaliextraktionssteget kommer på detta sätt exempelvis harts- syror att återfinnas i den extraktionsvätska som tillföres alkaliextraktionssteget.In a displacement bleacher, an extensive recycling of various bleaching chemicals takes place, which also means that part of the organic substance released in a bleaching step is recycled. In the alkali extraction step, for example, resin acids will be found in the extraction liquid supplied to the alkali extraction step.

Vid det höga pH-värdet som råder i vätskan, bildar harts- syrorna motsvarande lösta natriumsalt enligt nedanstående jäm- vikt: Rcoon + Neon :Rcoo- + Na* + ﬂzo Dessa hartssyrhalter har ytaktiva-egenskaper. vätskan får skumninqsegenskaper, som gör att tillförda gasbubblor kan sta- bíliseras. Normalt finns alltså ämnen i extraktionsvätskan som 460 202 möjliggör att tillförd oxygen kan hålla sig svävande i form av små bubblor ända tills vätskan transporteras in till pappers- massasuspensionen.At the high pH value prevailing in the liquid, the resin acids form the corresponding dissolved sodium salt according to the following equilibrium: Rcoon + Neon: Rcoo- + Na * + ﬂ zo These resin acid contents have surfactant properties. the liquid has foaming properties, which means that added gas bubbles can be stabilized. Thus, there are normally substances in the extraction liquid which 460 202 enable added oxygen to remain suspended in the form of small bubbles until the liquid is transported into the pulp suspension.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa ett sätt att öka den mängd gas, som kan kvarhållas i en vätska och transporteras med denna.An object of the present invention is to provide a method of increasing the amount of gas which can be retained in a liquid and transported with it.

Dessa syften ernâs enligt uppfinningen genom att man ökar vätskans förmåga att kvarhålla gasen genom inaktivering och/eller avlägsning av joner i vätskan, som försvårar eller hindrar närvarande skumbildande medel att bilda skum.These objects are achieved according to the invention by increasing the ability of the liquid to retain the gas by inactivating and / or removing ions in the liquid, which make it difficult or prevent the foam-forming agent present to form foam.

Fördelaktiga utföringsformer framgår av de beroende kra- ven.Advantageous embodiments appear from the dependent claims.

Uppfinníngen belyses ytterligare med hjälp av bifogad ritning, på vilken fig. l visar skumnedbrytning som funktion av tid för T-lut och U-lut, före och efter centrifugering med bordscentrifug, fig. 2 visar skumnedbrytning som funktion av tid för lutar från A, U och T, fig. 3 visar skumnedbrytning som funktion av tid för samma lutar som i fig. 2-med tillsats av EDTA, fig. 4 visar skumnedbrytning som funktion av tid för T-lut med olika grader av koncentrering, Éig¿â visar skumnedbrytning som funktion av tid för T-lut, före och efter pH-justering och EDTA-tillsats, fig. 6 visar skumnedbrytning som funktion av tid för T-lut och U-lut före och efter ultracentrifugering.The invention is further elucidated by means of the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows foam decomposition as a function of time for T-liquor and U-liquor, before and after centrifugation with a table centrifuge, Fig. 2 shows foam decomposition as a function of time for liquors from A, U and T, Fig. 3 shows foam degradation as a function of time for the same slopes as in Fig. 2-with the addition of EDTA, Fig. 4 shows foam decomposition as a function of time for T-lye with different degrees of concentration, Éig¿â shows foam degradation as a function of time for T-lye, before and after pH adjustment and EDTA addition, Fig. 6 shows foam degradation as a function of time for T-lye and U-lye before and after ultracentrifugation.

Det har visat sig, att vissa förträngningsblektorn, där oxygen tillföres alkaliextraktionssteget, fungerar dåligt.It has been found that some displacement bleachers, where oxygen is added to the alkali extraction step, work poorly.

Förhållandevis små oxygenmängder kan tillföras innan driftstör~ ningar uppstår inne i blektornet.Relatively small amounts of oxygen can be added before operational disturbances occur inside the bleaching tower.

Av tabell l framgår några karaktäristiska egenskaper för extraktionsvätska från tre bruk, betecknade A, U och T. Luten från bruk T kan endast uppta relativt små mängder oxygen, medan lutarna från bruken A och U har väsentligt större förmåga att kunna uppta och transportera oxygen. ß 460 202 5 Tabell 1 Fabrik A U T Egenskag Torrhalt (%) av provet 1,1 1,2 0,8 Extrakthalt (%) av provet 0,013 0,010 0,006 Extrakthalt (%) av torrhalt 1,2 0,8 0,7 Halt av kalciumjoner (mg/1) 68 30 15 pH 11,2 12,7 12,7 Klasonlignin (%) 1,0 1,3 0,7 Syralösligt lignin (%) 3,0 3,6 2,8 Kloridjonhalt (mmol/1) 44 59 26 Orsaken till att driftstörningar uppstår i blektornet i fabrik T är, att extraktionsvätskan saknar de nödvändiga skum- ningsegenskaperna. Större oxygentillsatser ger gasansamlingar i rörledníngar e d. När gasbubblorna blir tillräckligt stora, följer de med extraktionsvätskan in i tornet. Följden blir en mycket ojämn och intermittent tillförsel av oxygen, vilket orsakar störningar inne i tornet.Table 1 shows some characteristic properties of extraction liquid from three mills, designated A, U and T. The liquor from mill T can only absorb relatively small amounts of oxygen, while the liquors from mills A and U have a significantly greater ability to absorb and transport oxygen. ß 460 202 5 Table 1 Factory AUT Properties Dry content (%) of the sample 1.1 1.2 0.8 Extract content (%) of the sample 0.013 0.010 0.006 Extract content (%) of dry content 1.2 0.8 0.7 Content of calcium ions (mg / l) 68 30 15 pH 11.2 12.7 12.7 Clason lignin (%) 1.0 1.3 0.7 Acid-soluble lignin (%) 3.0 3.6 2.8 Chloride ion content (mmol / 1) 44 59 26 The reason why operational disturbances occur in the bleaching tower in factory T is that the extraction liquid lacks the necessary foaming properties. Larger oxygen additives cause gas accumulations in pipelines, etc. When the gas bubbles become large enough, they follow the extraction liquid into the tower. The result is a very uneven and intermittent supply of oxygen, which causes disturbances inside the tower.

Pig. 1 visar skumstabilitet för lutar från fabrik T och från fabrik U. Lut från den senare fabriken har utmärkt skum- stabilitet och kan uppta för sitt ändamål tillräckligt stor mängd oxygen, medan luten från T har dålig skumstabilitet och uppvisar otillräcklig förmåga att uppta och transportera oxy- gen. Av figuren framgår, att man med enkla skumtester kan mäta signifikanta skillnader i proven korrelerade till det aktuella problemet. En osäkerhet var, att surhetsgraden mellan proven var mycket olika, dvs pH 7 för lut från U och pH 13 för lut från T. Ändring av pH för luten från U till pH 13 förändrade emellertid ej skumsrahiliteten.Pig. 1 shows foam stability for liquors from factory T and from factory U. Lye from the latter factory has excellent foam stability and can absorb a sufficient amount of oxygen for its purpose, while the liquor from T has poor foam stability and shows insufficient ability to absorb and transport oxy - gen. The figure shows that with simple foam tests, significant differences in the samples correlated with the current problem can be measured. One uncertainty was that the degree of acidity between the samples was very different, ie pH 7 for lye from U and pH 13 for lye from T. However, changing the pH of the lye from U to pH 13 did not change the foam health.

Figur 2'visar skumnedhrytníng som funktion av tid för lutar från fabrikerna A, U och T. Luten från fabriken T ger ett mindre voluminöst och stabilt skum än skum från A eller U. 460 202 (I Vid tillsats av en komplexbildare för bl a kalcium, EDTA, ökas skumstabilíteten för lutar från samtliga fabriker. Dess- utom ökas skumvolymen för lut från T markant, vilket framgår av ß fig. 3. Resultaten är reproducerbara.Figure 2 'shows foam decomposition as a function of time for liquors from factories A, U and T. The liquor from factory T gives a less voluminous and stable foam than foam from A or U. 460 202 (I When adding a complexing agent for, among other things, calcium , EDTA, increases the foam stability of liquors from all factories, and significantly increases the foam volume of liquors from T, as shown in ß Fig. 3. The results are reproducible.

Om lut från T indunstas till högre torrhalter, ökar både skumvolym och skumstabilitet, vilket framgår av fig. 4. Vid koncentrering av lut från T med en faktor 3,6 ökar pH från 12,9 till 13,5 och ytspänningen sänks från 46,8 till 38,4 mN/m. I figur 5 har visats, att skumökning och ytspänningsreduktion inte beror på ändring av en luts surhetsgrad.If liquor from T is evaporated to higher dry contents, both foam volume and foam stability increase, as shown in Fig. 4. When concentrating liquor from T by a factor of 3.6, the pH increases from 12.9 to 13.5 and the surface tension is lowered from 46. 8 to 38.4 mN / m. Figure 5 has shown that foam increase and surface tension reduction are not due to a change in the acidity of a lye.

Efter ultracentrifugering och avskiljning av bottenfas och överfas skedde ingen förändring av skumbilden för lut från T medan skumstabiliteten för lut från U reducerades signifikant.After ultracentrifugation and separation of bottom phase and upper phase, there was no change in the foam image for lye from T while the foam stability for lye from U was significantly reduced.

Av figur 6 framgår, att halveringstiden för U-lutens stabilitet reducerades från 20 till 5 minuter¿ Vid centrifugering bildades en överfas och en bottenfas i prov från både U och T. I överfasen för provet frân U kunde två typiska bilder iakttagas. Den ena i form av nâlformiga kristal- ler, som antages vara kalciumtvålar och den andra i form av en typisk kristallfas för lamellära flytande kristallina faser.Figure 6 shows that the half-life of the stability of the U-lute was reduced from 20 to 5 minutes. During centrifugation, an upper phase and a bottom phase were formed in samples from both U and T. In the over-phase of the sample from U, two typical images could be observed. One in the form of needle-shaped crystals, which are assumed to be calcium soaps, and the other in the form of a typical crystal phase for lamellar liquid crystalline phases.

Dessa bildas troligen av harts~ och fettsyror i systemet. Ur lut från T separerades mindre mängd överfas och samma typer av kristallformer kunde detekteras som i lut från U. I U-lutens bottenfas fanns mycket fiber, till skillnad från T-lutens bot- tenfas.These are probably formed by resin and fatty acids in the system. A small amount of upper phase was separated from the liquor from T and the same types of crystal forms could be detected as in liquor from U.

Av resultaten framgår, att följande faktorer har inverkan på skumstabilisering av lutar: 1. lamellära flytande kristallína faser, troligen av na- triumtvålar och av harts- och fettsyror 2. fibrer 3. kalciumtvålar av harts- och fettsyror.The results show that the following factors have an effect on foam stabilization of liquors: 1. lamellar liquid crystalline phases, probably of sodium soaps and of resin and fatty acids 2. fibers 3. calcium soaps of resin and fatty acids.

I luten från U har man funnit mer lamillär fas, mer fiber och mer kalciumtvål än i lut från T. Detta har framkommit av ä extraktionsbestämning, torrhaltsbestämning, ultracentrifugering K (ej kvantitativt) och av kalciumanalyser. 'v 460 202 Vid indunstning ökar lutens T-förmåga att bilda skum och även skumstabiliteten ökar. Därvid reduceras ytspänningen, vilket tyder på en ökning av de ytaktiva harts- och fettsyra- tvålarna.In the lye from U, more lamellar phase, more fiber and more calcium soap have been found than in lye from T. This has emerged from ä extraction determination, dry matter determination, ultracentrifugation K (not quantitative) and from calcium analyzes. 460 202 Evaporation increases the T's ability of the lye to form foam and also increases the foam stability. This reduces the surface tension, which indicates an increase in the surfactant resin and fatty acid soaps.

Kalciumtvålarnas roll i systemet är mer oklar. Vanligtvis fungerar kalciumtvålarna som skumdämpare. De bildar inte lamel- lära faser i samma utsträckning som natriumtvålar och är olös- liga till sin karaktär. I ett system, där både lamellära faser och kalciumtvålar existerar tillsammans är det möjligt att kalciumtvålarnas skumdämpande effekt "maskeras“ av den lamellä- ra fasens stabiliserande effekt. Luten från T innehåller efter ultracentrifugering mindre mängd av kalciumtvål och av lamellär fas. Lut från T reagerar mycket kraftigare på tillsats av kom- plexbildare, t ex EDTA, som antas komplexbinda kalciumjoner.The role of calcium soaps in the system is more unclear. Usually the calcium soaps act as defoamers. They do not form lamellar phases to the same extent as sodium soaps and are insoluble in character. In a system where both lamellar phases and calcium soaps coexist, it is possible that the defoaming effect of the calcium soaps is "masked" by the stabilizing effect of the lamellar phase. much stronger on the addition of complexing agents, such as EDTA, which are assumed to complex calcium ions.

Det kan bero på att kalciumtvålar i lut från T inte maskeras lika effektivt av lamellära faser och därför har en skumdäm- pande effekt i denna lut. När kalciumjoner komplexbinds av exempelvis EDTA bildas natriumtvâlar, som har en gynnsam effekt på skumbildning. ,This may be because calcium soaps in alkali from T are not masked as effectively by lamellar phases and therefore have a defoaming effect in this alkali. When calcium ions are complexed by, for example, EDTA, sodium soaps are formed, which have a beneficial effect on foaming. ,

Claims

460 202 f »PATENT REQUIREMENTS

1. l. In the treatment of a material in a treatment zone w with a gas in a liquid, the gas and possibly a foaming agent being added to the liquid outside the treatment zone and transported with it to the treatment zone, characterized in that the liquid's ability to retain the gas by inactivating and / or removing ions in the liquid which impede or prevent the foam-forming agent present from forming foam.

2. A method according to claim 1, characterized in that the treatment relates to the treatment of a cellulosic material.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the ions are inactivated and / or removed by means of complexing agents, precipitating agents or ion exchangers.

4. A method according to one or more of claims 1-3, characterized in that the gas is oxygen.

5. A method according to one or more of claims 1-4, characterized in that the liquid is a treatment liquid for oxygen-enhanced alkali extraction.

6. A method according to one or more of claims 1-S, characterized in that the liquid is extraction liquid for bleaching, in particular displacement bleaching. <1)