NO831273L - Fremgangsmaate og anordning for raffinering av lignocelluloseholdig materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en anordning for raffinering av fibermateriale, særlig lignocelluloseholdig materiale såsom treflis.

Innen masseindustrien anvendes ofte skiveraffinører ved raffineringen. Disse er utformet med to motstående maleskiver som kan dreie i forhold til hverandre i et omgivende malehus. Maleskivene kan dreies i motsatte retninger eller én maleskive' kan dreie mens den andre er stasjonær. Maieskivene er forsynt med maleflater i form av malesegmenter med maleorgan som vanligvis utgjøres av bommer adskilt av spor. Mellom maleflåtene dannes en radielt rettet malespalte i hvilken det lignocelluloseholdige materialet bearbeides av maleflåtenes maleorgan når materialet passerer utad under påvirkning av bl.a. den sentrifugal-kraft som skapes av den ene eller begge maleskivers omdreining. Materialet innmates til rommet mellom maleskivene gjennom åpninger i én av maleskivene.

Ved bearbeidingen av materialet, som vanligvis utgjøres av treflis, utvikles vanligvis store mengder damp av den væske som medfølger eller tilsettes direkte i raffinøren. Eventuelt kan også damp eller annen gass tilsettes direkte i raffinøren. Væsken er nødvendig for å sikre materialstrømmen gjennom malespalten og for å hindre altfor høye temperaturer som ville kunne forårsake misfarging av materialet. Dampen gir imidlertid opp-hav til problemer idet den forstyrrer materialstrømmen gjennom malespalten. Dampen strømmer delvis sammen med materialet ut i malespalten og delvis innad mot materialets materetning. Den del av dampen som strømmer utad kan oppnå meget høy hastighet, hvilket virker forstyrrende på materialstrømmen. Videre skjer dampstrømningen støtvis hvorved malespaltens stabilitet påvirkes slik at materialstrømmen blir ujevn, hvilket medfører at masse-kvaliteten forringes.

I skiveraffinører med motroterende maleskiver av konvensjo-nell art vil de enkelte partikler i materialet ved passasjen gjennom malespalten bli påvirket av sentrifugalkraften fra den maleskive i hvis spor partiklene befinner seg. Ettersom maleskivene dreier i motsatte retninger vil de partikler som befinner seg i rommet mellom de to maleskiver i prinsippet stå stille og bare utsettes for en rullende, ukontrollerbar bearbeiding slik at dampen ikke tillates fri passasje ut gjennom malespalten. Dette resulterer i en inhomogen behandling av materialet med varierende ukontrollerbare temperaturer og oppholdstider for materialet. Dette forhold påvirker det fremstilte produktets kvalitet i negativ retning.

Ifølge US patent 4 221 631 foreslås at dampen skal avledes fra malespalten gjennom kanaler tvers gjennom malesegmentene. Derved skulle dampens forstyrrende innvirkning på raffineringen kunne minskes. Imidlertid oppstår nye problemer med gjentetting av disse kanaler, hvilket innebærer at det opprinnelige problem gjenstår.

Ifølge US patent 4 301 974 er der anordnet en innløpsåp-ning for materialet i én av de motroterende maleskiver og et damputløp i den andre.

Ifølge US patent 4 059 237 løses problemene med dampen ved hjelp av en separat dampavledningskanal som er tilknyttet mate-rialinnløpet ved innløpsåpningen i maleskiven.

I raffinøren ifølge US patent 4 219 166 avledes dampen gjennom mateskruen i motstrøm mot materialets materetning.

US patent 4 082 233 viser en raffinør med en stasjonær og en roterende maleskive der en dampfraskillingsanordning er plassert innenfor malespalten på den roterende maleskive. Dampen avledes derfra gjennom en separat kanal i mateskruen.

Samtlige ovenfor omtalte, tidligere kjente løsninger omfatter dampavledning via andre passasjer enn selve malespalten.

Etterspørselen etter raffineringsutstyr med stor kapasitet og effektivitet har øket i likhet med ønsket om å utnytte ut-styrets produksjonsevne maksimalt. Dette har medført problemer med å kontrollere strømmen av det lignocelluloseholdige materiale gjennom malespalten mellom to motroterende maleskiver, særlig i den nær omkretsen beliggende del av malespalten. Når materialet beveger seg utad gjennom malespalten er det ønskelig samtidig å få det til å forflytte seg frem og tilbake mellom de to maleskiver. Derved kan øket bearbeiding av materialet oppnås i ett eneste raffineringstrinn. Det har imidlertid i praksis vist seg at materialet kommer til å passere gjennom malespalten altfor hurtig dersom der ikke treffes tiltak for å bremse materialstrømmen. En hurtig passasje innebærer minimal bearbeiding av materialet. Man har derfor forsøkt å bremse ma-terialstrømmen gjennom malespalten ved å utforme bommene og sporene i maleflåtene med strømningsrestriksjoner. Derved øker imidlertid faren for gjentetting av maleflåtene. I raffinører med en stasjonær og en roterende maleskive der den stasjonære maleflaten har en tendens til å gjentettes, har man vært nødt til å minske strømningsrestriksjonenes effektivitet slik at materialets oppholdstid i malespalten forkortes, hvorved raf-finørens effektivitet reduseres. I raffinører med motroterende maleskiver innebærer strømningsrestriksjonene en øking av ovennevnte problem med damptransporten.

Et annet forsøk på å løse problemet med kontroll av mate-rialstrømningen i en raffinør med en stasjonær og en roterende maleskive er beskrevet i US patent 4 090 672. I første omgang forsøker man å løse det problem som oppstår ved det høye damp-trykk i malespaltens omkretsparti. For å hindre at delvis raffinert materiale hurtig blåses ut av malespalten av dampen, utnyttes sentrifugalkraften til å separere dampen fra materialet og åpne en passasje for dampen samtidig som materialet tilbakeholdes mellom maleflåtene. Dette har imidlertid resul-tert i gjentetting av den stasjonære maleflaten og derved en minsket raffineringseffekt. Gjentetting av maleflaten medfører i praksis at materialets oppholdstid i malespalten forkortes slik at materialet ikke bearbeides tilstrekkelig effektivt.

Ifølge foreliggende oppf innelse elimineres ovennevnte problem og oppfinnelsen innebærer en jevn og effektiv raffinering av lignocelluloseholdig materiale. Oppfinnelsens karakteris-tiske trekk fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen innebærer således at en forstyrrende innvirkning av gass (damp), i raffineringssonen unngåes. Ved at et indre måleverktøy rager inn i et ytre måleverktøy slik at malespalten avviker fra et radialplan gjennorn måleverktøyenes om-dreiningsaksel kan sentrifugalkraften utnyttes til å separere det gassformige medium fra materialet. Sporene i det indre måleverktøyets maleflate muliggjør da transport av det gassformige medium hvorved dets forstyrrende innvirkning på materialet unngås. Samtidig vil materiale bli tvunget mot det ytre måleverktøyets maleflate og utsettes for en jevn og effektiv raffinering. Det gassformige mediet kan således uten å forstyr-res strømme ut gjennom malespalten uten ugunstig å påvirke raffineringen eller malespaltens stabilitet. Kvaliteten av det raffinerte materiale (massen) blir jevnere. Videre unngås problem med gjentetting av den ytre maleflaten ved at det ytre måle-verktøyet roteres. Materialet som befinner seg i den ytre maleflaten vil således av sentrifugalkraften bli ført utad langs sporene i den ytre maleflaten og over eventuelle strømningsres-triksjoner i sporene. Derved vil materialet bli utsatt for den ønskede raffinering. Ifølge oppfinnelsen kan også trykket og temperaturen i det gassformige medium i det omgivende malehuset kontrolleres. Dette kan oppnås ved hjelp av den hovedsakelig frie strømning av gassformig medium gjennom malespalten, hvilket medfører et relativt lite trykk- og temperaturfall gjennom malespalten.

Ifølge en foretrukket utføringsform er sporene i den indre maleflate i hovedsaken fri for strømningsrestriksjoner slik at man får en jevn og uavbrutt strømning av gassformig medium gjennom malespalten. Videre skal maleflatene hensiktsmessig være kjegleformete, fortrinnsvis slik at de danner en vinkel mellom 15 og 75° med et radialplan gjennom måleverktøyenes omdreiningsakse. Alternativt kan maleflatene være buet på annen måte, f.eks. sfæriske slik at vinkelen med et radialplan gjennom måleverktøyenes omdreiningsakse øker i retning utad. Hensiktsmessig bør vinkelen i dette tilfelle øke fra minst 5° ved malespaltens begynnelse til 15 - 85° ved malespaltens slutt.

I det følgende skal noen utføringsformer av oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene. Fig. 1 viser, delvis i snitt, en raffinør ifølge oppfinnelsen . Fig. 2 viser et forstørret snitt av en del av måleverktøy-ene ifølge fig. 1. Fig. 3 viser en detalj ved det indre måleverktøyets maleflate. Fig. 4 viser en detalj ved det ytre måleverktøyets maleflate. Fig. 5 viser i tverrsnitt en del av malespalten mellom måleverktøyene. Fig. 6 viser, delvis i snitt, en annen utføringsform av en raffinør ifølge oppfinnelsen.

Anordningen ifølge fig. 1 omfatter et trykktett malehus 1 som omgir to dreibare måleverktøy, et indre måleverktøy 2 og et ytre måleverktøy 3. Måleverktøyene 2 og 3 er montert på hver sin aksel henholdsvis 4 og 5, som bæres av lagre henholdsvis 6 og 7 og kan dreie i motsatte retninger. Materialet som skal raffineres tilføres til rommet mellom måleverktøyene ved hjelp av en skruemater 8 i en innmatingstrakt 9 gjennom åpninger 10

i det ytre måleverktøy 3.

Måleverktøyene 2 og 3 er forsynt med maleflater i form av løsbare malesegmenter henholdsvis 11 og 12 innbefattende bommer henholdsvis 13 og 14 og mellomliggende spor henholdsvis 15 og 16. Maleflatene på henholdsvis det indre og ytre måleverktøy er koniske og avgrenser mellom seg en malespalte 17 som danner en vinkel, malevinkel a, med et radialplan gjennom måleverktøyenes omdreiningsakse. Malevinkelen a er hensiktsmessig mellom 15 og 75°, fortrinnsvis mellom 20 og 60°. I malespalten 1.7 bearbeides (raffineres) materialet når det passerer utad under påvirkning av sentrifugalkraften. Bearbeidingen utføres av malesegmentenes bommer 13, 14. Malevinkelens størrelse bestemmes med hensyn til en mengde faktorer såsom måleverktøyenes omdreiningshastighet, ønsket oppholdstid for materialet i malespalten, måleverktøyenes diameter, maleflatenes utforming, ønsket raffineringseffekt og raffineringskapasitet.

Sporene 15 i det indre måleverktøyets 2 malesegment 11 er hovedsakelig fri for strømningsrestriksjoner for å tillate gass-eller damptransport langs sporene. Sporene 16 i det ytre måle-verktøyets 3 malesegment 12 er derimot forsynt med et antall strømningsrestriksjoner 18 som tvinger opp det materiale som beveger seg langs sporene slik at det utsettes for bearbeiding mellom bommene 13, 14 på malesegmentene.

Gjennom et munnstykke 19 skjer en regulert tilførsel av spevæske f.eks. vann, for å holde materialkonsentrasjonen på ønsket nivå. I malehuset opprettholdes hensiktsmessig et overatmosfærisk trykk ved hjelp av dampen eller det gassformige medium. Det raffinerte materiale og det gassformige medium fjernes fra malehuset på hensiktsmessig måte. F.eks. via en blåseventil (ikke vist), som kan tilkoples malehusets øvre del. Også andre utmatingsanordninger er selvsagt tenkbare.

Utføringsformen ifølge fig. 6 skiller seg fra utførings-formen ifølge fig. 1 hovedsakelig bare ved malespaltens 20 hel-ning. Malesegmentene 21, 22 som avgrenser malespalten 20 har sfæriske flater. Sentrum for disse sfæriske flater er beliggende på måleverktøyenes omdreiningsakse. Dette innebærer at malevinkelen suksessivtøker med den radielle avstand fra om-dreiningssenteret. Samtidig vil den del av sentrifugalkraften som virker på materialet i malespaltens retning minske jo lenger ut fra sentrum materialet kommer. Derved kan en jevnere mating av materialet gjennom malespalten oppnås. De sfæriske flatene bør være slik utformet at malevinkelen varierer fra minst 5° ved malespaltens begynnelse til 15 - 85° ved dens slutt. Dette gjelder også når maleflatene avgrenses av flere ulike koniske flater.

Det for raffinering beregnede materiale, med fordel treflis, mates av skruen 8 frem til det ytre måleverktøy 3 og inn gjennom åpningene 10. Deretter føres materialet utad gjennom malespalten 17, 20 under påvirkning av sentrifugalkraften som skapes av'måleverktøyene 2, 3. Som følge av den hellende malespalten 17, 20 vil sentrifugalkraften samtidig føre materialet mot den ytre maleflaten slik at sporene 15 i den indre maleflaten i hovedsaken befris fra materiale. Derved dannes en relativt fri og åpen passasje for transport utad langs sporene av den damp som dannes eller tilføres. Ved regulering av trykket i det omgivende malehus kan damptransporten reguleres slik at en temperaturkontroll kan oppnås i malespalten.

Materialet bearbeides av maleflåtenes bommer 13, 14 som påvirker materialet med kompresjonskrefter og skjærkrefter. De største kompresjonskrefter oppstår når materialet klemmes mellom bommenes kanter mens skjærkreftene er store når materialet gnikkes mellom bommenes flater. På grunn av de strømningsres-triks joner 18 som er plassert i sporene 16 i den ytre maleflaten tvinges materialet opp av sporene slik at det utsettes for en homogen og likeartet bearbeiding av bommene uten forstyrrende innvirkning fra dampen. Raffineringen ifølge oppfinnelsen resulterer i at andelen lange fibre i det raffinerte materiale øker samt at flisinnholdet minsker. Dette innebærer en heving av kvaliteten av det raffinerte materiale.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan måleverktøyenes 2, 3 omdreiningshastighet velges med hensyn til den vinkel som malespalten 17, 20 danner med radialplanet. Derved kan ønsket separasjon av det gassformige medium fra materialet oppnås i likhet med den raffineringseffekt som etterstrebes. Foruten gjennom måleverktøyenes omdreiningshastighet og malevinkelen kan raffineringen kontrolleres ved hjelp av andre variable. F.eks. det lignocelluloseholdige materialets sammensetting, fuktighetsinnhold, malespaltens lengde og bredde. De fleste av disse variable kan kontrolleres ved hjelp av den energi som overføres via måleverktøyene.

Selv om de mønstre ved maleflatene' som vises i fig. 2-5 har vist seg å være fordelaktige ved utøving av oppfinnelsen er oppfinnelsen selvsagt ikke begrenset til disse. Sporene 15 i den viste utføringsform er fri for strømningsrestriksjoner for å tillate fri strømning av det gassformige medium. Ved visse malebetingelser kan et antall strømningsrestriksjoner være nød-vendige også i sporene 15, uten at oppfinnelsens fordeler går tapt. Disse restriksjoner kan ligge på ulike nivåer under bommenes 13 flate, men kan i spesielle tilfeller strekke seg opp i malenivåene.

På grunn av den skrå malespalten ifølge oppfinnelsen kan sentrifugalkraften som skapes av måleverktøyene oppdeles i to kraftvektorer. Den ene er rettet vinkelrett mot malespalten og fører materialet fra den indre maleflate mot den ytre og den andre er rettet langs malespalten og sikrer materialtransporten gjennom malespalten.

Oppfinnelsen er ovenfor beskrevet med henvisning til for-skjellige utføringsformer. Disse utføringsformer er bare ment som praktiske eksempel på oppfinnelsen. En mengde modifikasjo-ner og variasjoner kan således utføres innenfor rammen av opp-finnelsestanken slik den kommer til uttrykk i patentkravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for raffinering av lignocelluloseholdig materiale i nærvær av et gassformig medium, der materialet innmates til en malespalte mellom to roterende og mot hverandre arbeidende måleverktøy forsynt med maleflater innbefattende bommer og mellomliggende spor, idet materialet bearbeides i malespalten ved passering utad under påvirkning av sentrifugalkraften til et omgivende malehus,karakterisertved at malespalten (17, 20) som avgrenses av et indre og et ytre måleverktøy (2, 3) leder materialet i en retning som avviker fra et radialplan gjennom måleverktøyenes (2, 3) omdreiningsakse, idet materialet ved sentrifugalkraftens påvirkning føres fra sporene (15) i det indre måleverktøyets (2) maleflate (11, 21) mot det ytre måleverktøyets (3) maleflate (12, 22), slik at det gassformige medium tillates å strømme langs sporene (15) i den indre maleflaten (11, 21) samtidig som bearbeiding av materialet foregår i malespalten (17, 20).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at raffineringen utføres ved overatmosfærisk trykk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat materialet under passeringen utad gjennom malespalten (17, 20) tvinges opp av sporene (16) i det ytre måleverktøyets (3) maleflate (12, 22) av strømningsrestriksjoner (18) i sporene (16).

4. Anordning for raffinering av lignocelluloseholdig materiale i nærvær av et gassformig medium, hvilken anordning innehol-der et malehus med to motstående og dreibare måleverktøy forsynt med maleflater innbefattende bommer og mellomliggende spor, idet måleverktøyene mellom seg danner en malespalte for bearbeiding av materialet som under påvirkning av sentrifugalkraften passerer utad gjennom malespalten til det omgivende malehus,karakterisert vedat måleverktøyene (2, 3) er inn-rettet slik at det ene indre måleverktøy (2) rager inn i det andre ytre måleverktøy (3), idet malespalten (17, 20) avviker fra et radialplan gjennom måleverktøyenes (2, 3) omdreiningsakse, og at det indre måleverktøyets (2) maleflate (11, 21) er utformet med spor (15) som tillater gasstransport langs sporene.

5. Anordning ifølge krav 4,karakterisert vedat sporene (16) i det ytre måleverktøyets (3) maleflate (12, 22) er forsynt med strømningsrestriksjoner (18).

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5,karakterisert vedat sporene (15) i det indre måleverktøyets (2) maleflate (11, 21) er hovedsakelig fri for strømningsrestrik-sjoner.

7. Anordning ifølge et av kravene 4-6,karakterisert vedat malespalten (17) avgrenses av minst én konisk maleflate (11, 12) på det indre henholdsvis ytre måleverktøy (2 henholdsvis 3).

8. Anordning ifølge krav 7,karakterisert vedat malespalten (17) danner mellom 15 og 75° vinkel (a) med et radialplan gjennom måleverktøyenes (2, 3) omdreiningsakse.

9. Anordning ifølge et av kravene 4-6,karakterisert vedat malespalten (20) avgrenses av en buet, fortrinnsvis sfærisk maleflate (21, 22) på det indre henholdsvis ytre måleverktøy (2 henholdsvis 3), idet malespaltens 20 vinkel med et radialplan gjennom måleverktøyenes (2, 3) omdreiningsakse øker i retning utad.

10. Anordning ifølge krav 9,karakterisert vedat nevnte vinkel øker fra minst 5° ved malespaltens (20) begynnelse til en vinkel på 15 - 85° ved malespaltens (20) slutt.