NO165206B - Fremgangsmaate ved kontroll av peroksydbleking. - Google Patents

Abstract

Peroksydbleking av mekanisk, termomekanisk og kjemi-mekanlsk masse kontrolleres ved tilsetning av en kjent mengde blekekjemikalier i et første trinn, hvilke mengder tillates å reagere under definerte betingelser, hvoretter massens lyshet etter dette første trinn anvendes for å kontrollere et etterfølgende trinn. I det første trinn anvendes ferske kjemikalier, kjemikalier resirkulert fra et etterfølgende bleketrlnn eller blandinger av disse. Hydrogenperoksyd er det fore-trukne blekemlddel, men andre peroksyder kan også anvendes.

Description

Kontroll av peroksydbleking av forskjellige masser

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved kontroll av peroksydbleking av mekanisk, termomekanisk eller kjemimekanisk masse.

For flere produkter, såsom myk tissue, kartong og forskjellige typer fiberpapir har det blitt mer og mer vanlig å anvende bleket mekanisk eller kjemimekaniske masser i stedet for fullblekte kjemiske masser. Bortsett fra det faktum at produksjon av mekanisk masse er meget mere attraktivt ut fra miljøsynspunktet enn produksjon av kjemiske masser, blir råmaterialene utnyttet mere effektivt. Dette betyr at mekanisk masse kan fremstilles med vesentlig lavere om-kostninger og i visse henseender har mekanisk masse også bedre egenskaper enn kjemisk masse. Imidlertid har en ulempe ved mekanisk masse opp til nå vært at den er mindre lys, noe som har begrenset dens anvendelse for flere produkttyper. Som en følge av utvikling av peroksydbleke-prosessen, eksempelvis ved bleking i flere trinn og ved høye massekonsentrasjoner, har det vært mulig å forøke lysheten og samtidig senke kjemikaleieomkostningene. Tidligere blekesystemer, både en-og totrinnssystemer, har imidlertid utvist betydelige ulemper ved at mulighetene for kontroll, regulering og optimalisering av blekingen har vært begrenset .

I eksisterende blekeanlegg har kontrollen i det enkelte

tilfelle vært basert på måling av lysheten av den inngående masse og denne lyshetsverdi ble deretter direkte anvendt for å justere tilsetningen av blekekjemikaliene. I henhold til et annet system som er mere vanlig, ble massens lyshet målt etter tilsetning av kjemikaliene, og etter en definert reaksjonstid på mellom 1 og 5 min. Lyshetsverdien ble deretter anvendt for "feed-back" regulering av tilsetningen av kjemikaliene.

Lysheten av den ublekede masse er imidlertid ikke et tilfredsstillende mål for massens blekbarhet og forandringer i lyshet kan være avhengig av flere faktorer som innvirker på forholdet mellom kjemikalietilsetning og lysheten av den forskjellige masse på forskjellige måter. Råmaterialet kan således variere med hensyn til innhold av råttent materiale, lagringstid, barkinnhold og blandinger av forskjellige vedtyper. Prosessbetingelsene kan variere med blandinger av kjemikalier, forskjeller i malegrad, temperatur og behand-lingstid, og disse og andre faktorer innvirker på forholdet mellom tilsetning av kjemikalier og lysheten av den ferdige masse på forskjellige måter.

Foreliggende oppfinnelse skal nå belyses mer detaljert under henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser lyshet av massen ved bleking i henhold til en tidligere kjent metode. Fig. 2 viser lysheten av masse bleket i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser kontrollen av peroksydblekesystemet i to trinn, i henhold til oppfinnelsen.

I fig. 1 er vist lysheten av masse bleket i laboratorium som en funksjon av lysheten av ubleket masse. Peroksydtilsetningen var i alle tilfelle 40 kg I^Ctø/tonn og alkalitilsetningen var optimalisert. Blekingen ble utført på masser produsert på forskjellige måter, TMP, CTMP og slipemasse, og fra forskjellige vedtyper såsom bjørk, asp, eukalyptus, furu- og granved. Alle masser ble bleket under identiske betingelser, og den dårlige korrelasjon mellom ubleket og bleket lyshet er åpenbar.

I lukkede systemer, f.eks. i sliperier og TMP-anlegg, hvor bakvannet fra blekeanlegget anvendes til fortynning etter defibrering, vil den inngående masses lyshet naturligvis være en enda dårligere basis for denne kontroll. Lysheten av det inngående materiale til blekeanlegget vil i disse tilfeller være sterkt avhengig av mengden av gjenværende blekekjemikalier som resirkuleres med bakvannet, og denne restmengde er på sin side avhengig av i hvilken grad systemet er lukket og mengden av restkjemikaller fra blekingen. En forøket lyshet av det innmatede materiale til blekeanlegget i et slikt system vil nødvendigvis ikke bety at blekbarheten av massen er blitt forbedret, men kun at en noe større del av den første "enkle" del av blekingen allerede er utført av restkjemikaliene.

Et system med måling av lyshet etter en viss reaksjonstid og "feed-back"-regulering av tilsetning av kjemikaliene vil således være mere eller mindre ubrukbare i feed-backsys-temer, hvor det også klart har blitt tydelig under virkelig produksjon. En slik regulering vil være fullstendig mis-visende, spesielt ved produksjonsforandringer, oppstar-tinger, stopp etc. når kjemikaliebalansen i systemet endres drastisk.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å oppnå en fullstendig tilfredsstillende kontroll av peroksydblekingen, både når det Innkomne råmateriale varierer og når resirkulerte kjemikalier fra blekingen anvendes for bleking av massen før blekeanlegget. Kontroll av blekingen i henhold til foreliggende oppfinnelse betyr at overdreven anvendelse av blekekjemikalier kan unngås og betydelige innsparinger i blekekjemikaliene er oppnådd ved praktisk utøvelse av foreliggende fremgangsmåte. En annen viktig fordel er at fluktueringer som følge av de ovenfor nevnte faktorer unngås og lysheten av det utgående materiale fra blekeanlegget er meget jevnt, hviket er av største betydning for produsenten.

Kontroll av blekingen i henhold til foreliggende oppfinnelse er rettet på peroksydbleking i mere enn ett trinn. Foreliggende fremgangsmåte er spesielt anvendbar for bleking med hydrogenperoksyd, men den kan også anvendes for bleking med andre kjente peroksydblekemidler for masser, såsom natriumperoksyd og natriumperkarbonat. Hydrogenperok-sydbleking utføres i alkalisk oppløsning, vanligvis ved en pH i området 6-12 og generelt med hydrogenperoksydmengder fra 0,1 - 10 vektÆ regnet på den tørre masse. pH blir justert med alkaliske midler, hovedsakelig natriumhydroksyd og vannglass. I henhold til kjent teknikk vil kompleksdan-nende midler, såsom EDTA og DTPA anvendes for å eliminere innvirkningen av forurensende metaller.

Foreliggende fremgangsmåte er spesielt anvendbar for totrinns blekeanlegg, hvor det første trinn i eksisterende systemer hovedsagelig anvendes for et "passivt" forbruk av kjemikalier som er tilbake etter det første bleketrinn. I henhold til oppfinnelsen anvendes det første trinn I stedet "aktivt" for å bestemme massens blekbarhet. En kjent mengde kjemikalier tilsettes i det første trinn og får reagere under kjente betingelser. Lysheten fra det første trinn blir deretter direkte anvendte for å kontrollere betingel-sene "feed-forward", og hovedsagelig tilsetningen av kjemikalier i etterfølgende bleketrinn. Kjente mengder kjemikalier kan være nytilsatte kjemikalier, gjenvundne, ikke-omsatte kjemikalier fra etterfølgende trinn, eller, hvilket er det vanligste tilfelle, en blanding av disse to typer.

Den kjente mengde kjemikalier får reagere under kjente betingelser med hensyn til pH, temperatur, tid og massekonsentrasjon. Fra praktisk erfaring er det funnet at de nytilsatte blekekjemikalier i første trinn pasende bør være 5-60 vekt# av den totalt tilsatte mengde. I visse tilfeller er det funnet at mengden av blekekjemikalier fullstendig kan dekkes av resirkulerte kjemikalier. Alkali blir vanligvis tilsatt i dette trinn i en mengde tilsvarende 20 - 60 vekt# eller opptil 80 vekt# av den totale tilsetning for blekesekvensen.

Ved siden av hovedanvendelsen av den målte lyshet etter det første trinn for kontroll av "feed-forward"-betingelsene, kan nivået av lyshet etter det første trinn også anvendes for justering av tilsetning til det første trinn, slik at en optimal fordelng av kjemikalietilsetningen mellom trinnene og utvikling av lyshet over trinnene blir erholdt.

I fig. 2 er vist lysheten av masse bleket med 40 kg BtøC^/tonn som funksjon av lysheten av den samme masse bleket med 20 kg ^C^/tonn. Alkalitilsetningen er optimalisert og på samme måte som i fig. 1 ble forskjellige typer ved og forskjellige prosesser anvendt. Massens lyshet etter ferdig bleking med 40 kg EtøC^/tonn er avsatt mot lysheten for den samme masse bleket med halvparten av kjemikaliemeng-den, nemlig 20 kg I^C^/tonn. Som åpenbart fra tegningen,

er korrelasjonen meget god, og ytterligere hovedsagelig uavhengig både av prosess og råvedmateriale, dette i fulllstendig motsetning til det som fremgår av fig. 1.

Flere forsøk er utført hvor tilsetningen i trinn 2 har blitt justert i henhold til lyshetsverdiene fra trinn 1. Selv ved lave tilsetninger i trinn 1, i området fra 10 - 20$ av den totale tilsetning, oppnås det en god korrelasjon mellom den ferdig blekede masse og verdien fra trinn 1.

Denne gode korrelasjon er et direkte bevis på at bleke-resultatet fra det første bleketrinn som har blitt utført under kjente betingelser, kan anvendes for direkte kontroll av et etterfølgende trinn, spesielt i de tilfeller hvor hensikten er å oppnå høye lyshetsnivåer for den ferdige blekede masse.

I fig. 3 er vist en utførelsesform for kontroll av peroksydblekesystemet i to trinn. To-trinns blekeanlegget er integrert i en produksjonslinje for fremstilling av bleket handelsmasse. Produksjonen av masse før blekeanlegget kan være mekanisk, SGW, TMP, RMP (Stone Ground Wood, Thermo Mechanical Pulp, Refiner Mechanical Pulp) etc, eller kjemi-mekanisk, CTMP, CMP, NSSC, (Chemi-Thermo Mechanical Pulp, Chemical Mechanical Pulp, Neutral Sulphite Semi Chemical) etc.

Den inngående masse 1 fortykkes i presse 2 til en massekon-sentras jon på ca. 33$, blandes med blekekjemikalier 3 i blanderen 4 og blekes i bleketårnet 5 i det første trinn ved en massekonsentrasjon på ca. 10$. Den blekede masse fortykkes til ca. 33$ i presse 6 og blekekjemikalier 7 for det andre trinn blir deretter tilsatt i blanderen 8. Massen fra bleketårnet 9 i det andre trinn fortynnes i skruen 10 og massekassen 11 og fortykkes i pressen 12. Den fortykkede masse, som har et tørrstoffinnhold på ca. 50$, bringes fra pressen til lagertårnet 13 i tørkeren. Det gjenvundne, kjemikalieinneholdende bakvann fra pressen 12 oppsamles i bakvannstanken 14 og anvendes på ny for fortynninger etter bleketårnet. Overskudd av bakvann anvendes på nytt i det første bleketrinn etter den nødvendige tilsetning av ferske kjemikalier i tanken 15 for å korrigere doseringen av kjemikaliene til det første bleketrinn.

Ved bleking i henhold til oppfinnelsen utføres kontrollen ved å måle forskjellige parametere 1 produksjonslinjen og å innføre signaler fra sensorer til en computer som gir kontrollsignaler til forskjellige ventiler om regulatorer etc. Kontrollsystemet er vist i fig. 3.

Produksjonen bestemmes ved å måle massestrømmen 20 og massekonsentrasjonen 21 opp til det første trinn. Pro-duksjonssignalene anvendes for å regulere kjemikaliestrøm-men avhengig av produksjonen. Temperaturen 22 av den innkomne masse til trinn 1 måles, og kan justeres ved damp-tilsetning 23. Nivået 24 i tårnet 5 anvendes som et mål på bleketiden. Blekeresultatene måles kontinuerlig med en lyshetsmåler 25 og lyshetsverdien anvendes for regulering av kjemikalietilsetningen i trinn 2 og eventuelt for feed-back-regulering av kjemikalietilsetningen i trinn 1. Nivået i bakvannstanken reguleres 26 og blekebetingelsene i trinn 1 kontrolleres ved kontinuerlig måling av pH 27 og det gjenværende peroksyd 28 i bakvannet etter pressen 6 etter bleketrinnet. Konsentrasjonen av massen i pressen 6 kontrol-korresponderende med det balanserte bakvannoverskudd fra trinn 2, anvendes for kjemikalietilsetning i trinn 1. Tilsetningen av ferske kjemikalier til trinn 1 reguleres ved hjelp av ventilene 31-34. DTPA 31 og natriumsilikat 32 tilsettes i henhold til en satt verdi i forhold til produksjonen. Tilsetningen av ferskt alkali 33 og peroksyd 34 justeres med hensyn til mengden av resirkulert alkali og gjenværende peroksyd i bakvannet, målt ved 35 og 36. Bakvannsfortynningen til blandingstanken 15 kontrolleres med 37.

For den innkomne masse til trinn 2 blir temperaturen 38 målt

og kan justeres ved damp 39. Nivå 40 anvendes som et mål på bleketiden. Blekeresultåtene av massen fra trinn 2 kontrolleres ved lyshetsmåling 41. I bakvannstanken 14 blir nivået 42 regulert og ved et for lavt nivå blir tanken fylt med varmt vann. Ved et for høyt nivå blir overskuddet av bak-

vann pumpet til silerommet 43. Nivået balanseres med hensyn til volumet tatt ut via 37. For kontroll av blekebetingel-

sene i trinn 2 blir pH 35 og peroksydinnhodet 36 i bakvannet fra pressen etter bleketrinnet målt kontinuerlig. Signalene blir også anvendt for justering av kjemikalietilsetningene i trinn 1.

Konsentrasjonsreguleringen 44 for massen ved pressen 12

gjøres med bakvannet fra pressen. Den tilsatte mengde varmt vann 45 som vaskevann til trinn 2 velges under hensyntagen til den produserte massetype og innstilles i forhold til produksjonen. Blekevæsken til trinn 2 består av en kjemika-lieoppløsning fortynnet med vann for å unngå spaltning av peroksyd. Strømmen 46 er proposjonal med produksjonen. Sammensetningen reguleres med hensyn til peroksyd, alkali

og silikat med henholdsvis målerne 47, 48, 49. Tilsetningen kontrolleres av blekbarheten, dvs. lyshetsverdien fra 25

med hensyn til peroksydtilsetningen 34, tiden 24, restperok-

syd 28 og temperaturen 22 i trinn 1 og proposjoneres med produksjonen. En ferskvannsstrøm 50 føres til blandetanken for kjemikaliene. Utstrømningen av masse fra trinn 2

for kjemikaliene. Utstrømningen av masse fra trinn 2 kontrolleres av regulatoren 51.

I praksis er det funnet at ved kontroll av blekingen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan ulempene ved de tidligere kontrollmetoder unngås, og en jevn og likt bleket masse kan produseres uavhengig av variasjoner i råmaterialet og/eller produksjonen. Den viste utførelsesform kan naturligvis varieres innen oppfinnelsens omfang for tilpasning til forskjellige anlegg. I det følgende eksempel anvendes en typisk blekeoperasjon for å kontrollere systemet i henhold til oppfinnelsen.

Eksempel

Kontrollsystemet ble utprøvet i en CTMP-fabrikk som frem-stilte masse bleket i to trinn under anvendelse av hydrogenperoksyd. Massetypen var fluff med en malegrad på ca. 600 CSF og den tilsiktede lyshet var 76$ ISO. Råmaterialet var skandinavisk gran med noe iblandet furu, mindre enn 20$. Den initiale lyshet før bleking var 60 + 0,5$ ISO under hele forsøket.

Bleketrinnet ble innstilt til å forløpe med en konstant per-oksydsatslng på 15 kg/tonn masse. Dette ble besluttet, basert på laboratorieforsøk som ga en kurve som viste mengden av peroksyd som var nødvenig for å nå 76$ ISO i trinn 2 som en funksjon av lysheten i trinn 1 når satsingen var 15 kg H202/tonn masse. Denne kurve vil i det etter-følgende bli betegnet som algoritme-15. Det bør bemerkes at algoritmer er tilveiebragt for hver spesifikk masse og peroksydsatsing i trinn 1, råmateriale og den tilsiktede endelige lyshet. Dette kan gjøres i laboratoriet eller i fabrikken, eksempelvis ved hjelp av en computer.

Volumstrømmen av spent lut resirkulert fra trinn 2 ble kontinuerlig overvåket, såvel som dets innhold av restperok-syd.

Ved begynnelen av blekingen var mengden av resirkulert peroksyd åpenbart 0 og mengden av ferskt tilsatt hydrogenperoksyd var 15 kg EtøOg/tonn. Mens blekingen forløp, begynte innholdet av peroksyd i strømmen av avlut fra trinn 2 å stige og følgelig ble tilsatt mengde fersk peroksyd redusert slik at den totale satsing til trinn 1 ble holdt konstant.

Lysheten etter trinn 1 ble overvåket kontinuerlig og tall-verdiene innført i algoritme-15 som ga en ønsket verdi for den nødvendige totale peroksyddose i trinn 2. Også i trinn 2 ble den totale tilsatte mengde peroksyd utgjørt av ferskt tilsatt kjemikalium, pluss det som ble ført over fra trinn 1.

Det ble funnet at lyshetsnivået for den ferdige masse lå innen + 0,5 ISO-enheter fra den ønskede verdi på 76$ under hele forsøksperioden, som var én uke. Verdien av foreliggende fremgangsmåte er således tilstrekkelig underbygget.

Fabrikken hvor blekingen ble utført benytter seg av forskjellige leverandører og flis er av forskjellig kvalitet som følge av forskjellig lagring og transporttider etc. I de førsste to døgn av forsøket viste det sg at blekeresponsen i trinn 1 var slik at 15 kg peroksyd/tonn gav en lyshet på 66$ ISO, som i henhold til algoritme-15 krevde ytterligere 25 kg/tonn i trinn 2. På den tredje dag ble en annen fliskvalitet lnnmatet 1 anlegget, og blekeresponsen falt fra 66$ til 64$ ISO etter trinn 1. Algoritme-15 fore-skrev da 28,5 kg/tonn av blekemidlet. Doseringen i trinn 2 ble følgelig endret, og den endelige lyshet ble bibeholdt ved 76$ ISO uten avbrudd.

Hvis lyshetsresponsen i trinn 1 ikke var påvist umiddelbart og korreksjonen i trinn 2 ikke var foretatt, ville lysheten i den ferdige masse vært under den tiltenkte verdi ved den tid som hadde medgått før anlegget kunne produsere en full-bleket grad, hvilken tid i det minste ville ha vært opp-oppholdstiden i trinn 2, i dette tilfelle 3 timer. Det bør påpekes at den initiale lyshet av den ublekede masse ikke endret seg når råmaterialet ble endret.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved kontrollering av peroksydbleking av mekanisk, termomekanisk eller kjemi-mekanisk masse, karakterisert ved at en kjent mengde blekekjemikalier tilsettes til et første trinn og får reagere med massen under definerte betingelser, hvoretter lysheten av massen fra det første trinn anvendes for å kontrollere et etterfølgende trinn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som blekekjemikalier i første trinn anvendes ferske kjemikalier, kjemikalier resirkulert fra et etterfølgende bleketrinn eller blandinger derav.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tilsetningen av peroksyd i det andre trinn utgjør 40-100% av den totale tilsetning av peroksyd.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tilsetning av peroksyd til første trinn justeres under hensyntagen til mengden av peroksyd i resirkulert, tilsatt bakvann fra etterfølgende bleketrinn.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tilsetningen av alkali til det første trinn justeres under hensyntagen til mengde av alkali i resirkulert, tilsatt bakvann fra et etterfølgende bleketrinn.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at 40-100% av gjenvunnet bakvann fra det andre trinn anvendes på nytt i det første trinn.

7. Fremgsahgsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at blekingen utføres med hydrogenperoksyd.