生產纖維素漿的方法和裝置的制作方法

專利名稱：生產纖維素漿的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及處理木纖維的纖維形成方法和纖維形成裝置。本發明的一個目標為優選由TMP(預熱法木片磨木漿)、CTMP或CMP生產木質印刷級紙、新聞印刷紙品質和高級紙品質(附加值級紙)例如SC/LWC。這樣顯著節省能量，節省漂白化學品并降低洗滌和脫水設備的投資成本。本發明的另一個目標為較低能量輸入地生產TMP、CTMP、CMP或其他機械紙漿，而紙漿的品質可接受。另一個目標為使用根據本發明的改進方法和改進裝置來處理采用任何制漿方法得到的纖維例如DIP、硫酸鹽紙漿或任何其他漿，從而節省能量并改進紙漿品質等。另一個目標為改進纖維素漿的排水能力和脫水性能。
現有技術的說明現今使用的生產機械漿例如TMP、CTMP、CMP及其改進的品質的技術借助于在主生產線中一步或多步的磨漿，其中能量消耗為眾所周知的問題。隨后的分離借助于多步篩分，分離長纖維級分。將該級分用單步或多步HC(高濃度)磨漿處理，隨后進行篩分步驟或在磨漿之間進行篩分。由HC-磨漿后的不合格品可用LC(低濃度)磨漿處理。
根據上述現有技術的一種改進的方法采用LC-磨漿將TMP漿從新聞紙漿提升為SC/LWC漿，這點是先前已知的，參見美國專利6361650B1。該專利描述了這樣一種體系，其中對整個前進的漿流進行LC-磨漿，隨后將該流分級，隨后處理各級分。采用長眼篩根據長度進行分級。
由美國專利4731160已知，使用水力旋流器將用過氧化氫漂白的兩個級分分開(權利要求1和權利要求2)。
由美國專利5133832已知，使用過氧化氫(H2O2)漂白長纖維級分，使用連二亞硫酸鹽(Na2S2O4)漂白短纖維級分。
由EP1077281A1已知，使用HC-磨漿來處理纖維(主要為可重復利用的纖維)，得到較高品質的木質紙。在長眼篩(slot)和水力旋流器分級之后進行HC-磨漿。
可提及的其他參考文獻為WO03/000982A1、WO01 20074A1和WO2004/003288A1。
現有技術的問題已知的技術未說明人們應如何得到表面性能好的紙，同時節省能量，仍得到強度性能好的紙。機械漿例如TMP可不經處理用于高品質紙，但是收率降低且需要較高的能量輸入。為了制備高品質紙，現今可使用較昂貴的化學漿纖維(例如硫酸鹽漿、亞硫酸鹽漿等)與機械漿一起混合，以得到所需的性能。這種增強的化學漿強度高且纖維長。在上述文獻中均未公開一種既考慮比表面(纖維壁厚)又考慮使用LC-磨漿來處理接受的級分的體系，以改進新聞紙機械漿的品質、對基于比表面分離的不同的級分使用不同的漂白化學品，或者產生新聞紙品質漿，顯著減少能量、漂白化學品、脫水和洗滌設備投資。
總之，現有技術未明確說明通過纖維形態進行分離，使得可選擇性處理不同的級分，以及有效處理纖維或纖維分級，使得紙表面穩定(變粗糙)。
發明綜述為了解決上述問題，提出以下方法和裝置。
生產纖維素漿的方法包括將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，分級成至少兩個級分(10，11，12)，優選至少三個級分，分別對各級分進行處理，隨后全部或部分混合在一起，其特征在于優選使用包含水力旋流器的裝置(1)根據比表面進行分級，所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(6，7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，和優選使用包含某種研磨機(5，5a)例如磨漿機、球磨機等的裝置將一個或多個纖維級分(3，3a)分裂、原纖化和永久致密化處理。
效果是僅處理因表面穩定性問題而需要處理的纖維。需要這種處理的已壓潰纖維的另外的效果為紙的表面穩定性較好。
根據所述方法的另一個實施方案操作如下。
生產纖維素漿的方法包括將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，隨后優選使用包含水力旋流器的裝置(1)根據比表面對所述漿進行分級，其特征在于所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，和將所述漿分級成至少三個級分(10，3，(3a)12)，分別對各級分進行處理，隨后全部或部分混合在一起，和優選使用包含粉碎裝置(5，5a)例如研磨機、磨漿機、球磨機等的裝置對一個或多個纖維級分(3，3a)進行分裂、原纖化和永久致密化處理。
根據一個實施方案，在粉碎裝置(5，5a)中處理的一個或多個級分(3，3a)包含z值為0.3-0.8的纖維。
如上所述，效果是僅處理需要處理的纖維。這樣節省能量和/或最終的產品較好。
根據一個實施方案，運行粉碎裝置(5，5a)使得通過粉碎裝置使纖維壁產生裂縫，引起所加工級分中的纖維永久致密化。
效果是需要處理的纖維對纖維回彈較不敏感，且改進了終產物的表面穩定性，特別是當考慮再濕潤時。
根據一個實施方案，粉碎裝置(5，5a)以區間0.8-14％的漿濃度進行磨漿，優選區間為1-5％。
根據一個實施方案，粉碎裝置(5，5a)磨漿的漿濃度為0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％。
根據一個實施方案，粉碎裝置(5，5a)磨漿的漿濃度為3％-8％。
選擇正確的濃度區間的效果是形成永久致密化的纖維但不過分切割纖維。
根據一個實施方案，粉碎裝置(5，5a)包括以能量輸入為10-800kWh/t，優選為100-600kWh/t，還更優選為200-500kWh/t下運行的磨漿機。
在正確的能量區間下操作的效果是生纖并壓潰引入的級分，使得纖維分裂、原纖化，使需要處理的纖維永久致密化。
根據一個實施方案，包含高比表面纖維的級分(10)從水力旋流器步驟的底部離開。
使用水力旋流器的效果是基于比表面分離纖維，在同一分級操作中可得到不同長度的纖維。
根據一個實施方案，經過處理的較低比表面級分(3，3a)和較厚壁纖維從水力旋流器步驟的底部離開。
根據一個實施方案，富含細屑材料并包含高比表面纖維的級分(10)在非堿性環境下漂白。
效果是可對有問題的級分進行漂白。非堿性漂白環境對級分(10)中雜質的影響較不敏感，所述雜質可例如包括金屬離子。還可在較低成本下進行非堿性漂白。
根據一個實施方案，在pH小于9下漂白級分(10)。
根據一個實施方案，使用還原性漂白劑漂白級分(10)。
根據一個實施方案，使用包含連二亞硫酸鹽的漂白劑漂白級分(10)。
使用連二亞硫酸鹽的效果是在較低成本下進行漂白，且連二亞硫酸鹽在可漂白纖維之前較不易破壞。
根據一個實施方案，使用氧化性漂白劑對含有較低比表面纖維的級分(3，3a)進行漂白。
對低比表面級分(3，3a)氧化漂白的效果是一種或多種該級分含有更少易破壞氧化性漂白劑的上述雜質。氧化性漂白劑更有效，因此，就漿的白度(brightness)而言，使用此類漂白劑漂白該級分(3，3a)效果更好。
根據一個實施方案，使用包含過氧化氫的漂白劑漂白級分(3，3a)。
根據一個實施方案，使用包含臭氧的漂白劑漂白級分(3，3a)。
根據一個實施方案，將上述工藝步驟后剩余的且具有最低比表面的級分(12)清除沙子、樹皮和其他重雜質，并優選使用裝置(15)處理，以剝離該級分(12)中纖維的纖維壁，并且所述裝置包括某類粉碎裝置例如磨漿機等，隨后將處理后的全部或部分該級分返回(優選反向)工藝中。
根據一個實施方案，裝置(15)磨漿的濃度大于15％，更優選大于14％。
效果是對漿進行清除，除去終產物中不需要的顆粒和雜質。處理后剩余的該級分纖維可用于最終的漿中。回收這些纖維改進了纖維的產率。
根據一個實施方案，優選含有較厚纖維壁纖維的較低比表面纖維流(3，3a)經過處理后全部或部分與高比表面纖維和細屑材料的流(10)一起混合，以改進脫水性能。
將級分(3，3a)部分或完全與級分10混合的效果是更易提取水分。級分10富含低比表面纖維和細屑材料，由于易堵塞過濾器和其他脫水設備，因此該級分脫水困難，并且即使不堵塞設備，脫水也很緩慢。與包含較低比表面纖維的級分10混合，更易脫水，總的級分還具有改進的脫水性能。
根據一個實施方案，將優選含有較厚纖維壁纖維的較低比表面纖維流(3，3a)單獨脫水至濃度高于各級分混合物最終所需的濃度，使得含有高比表面纖維的級分(10)、優選薄壁纖維和細屑材料僅需部分脫水或根本不需要脫水。
如上所述，級分(3，3a)更易脫水。這是由于該級分中細屑含量較少，且包含在該級分中的較低比表面纖維的性能不同。通過濃縮脫水該級分(3，3a)，而不是試圖使富含細屑的級分(10)脫水，可更好地利用脫水設備，這是由于堵塞脫水設備的可能性更小。總之，可降低此類設備的投資。
根據一個實施方案，將包含具有高比表面和較低比表面纖維的各級分(10，11，11a)經過處理后匯集成含有漿的漿流(32)，這比生產木質印刷級紙漿、新聞印刷紙漿、SC、LWC、SC A++紙漿和其他紙漿的常規工廠需要更低的能量輸入和更少的漂白劑。
采用不同的方法處理不同的紙漿級分可更佳地利用纖維原料。
采用上述方法處理的效果是生成纖維，使得流32更易在造紙機上脫水。
為了進一步描述本發明，公開了一種解決所述問題的裝置。
處理纖維素漿的裝置得到改進的性能，所述性能例如光散射、拉伸指數、撕裂指數、表面粗糙度、漂白化學品消耗、能量消耗，所述裝置包括第一水力旋流器裝置(7)、第二水力旋流器裝置(2)、磨漿機(5)以及在這些裝置之間的傳輸裝置，其特征在于將纖維素漿引入第一水力旋流器裝置(7)，分出底部級分(10)和頂部級分(14)，將頂部級分(14)通過另一個水力旋流器裝置(2)分出底部級分(3)，底部級分(3)在脫水后，繼續用包含磨漿機的裝置(5)進一步處理，處理濃度為1-14％。
結果，在處理漿的裝置中使用水力旋流器分離使纖維形態為確定哪種纖維會與其他纖維分離的重要因素。這意味著使用篩子時不是基于纖維長度進行分級。這意味著所述裝置可分開需要處理的纖維。
根據裝置的一個實施方案，用非堿性還原性漂白劑漂白底部級分(10)。
效果是可對有問題的級分進行漂白。非堿性漂白環境對級分(10)中的雜質的影響較不敏感，所述雜質可例如包括金屬離子。還可在較低成本下進行非堿性漂白。
根據裝置的一個實施方案，使用氧化性漂白劑漂白第二底部級分(11)。
對低比表面級分(3，3a)氧化漂白的效果是一種或多種該級分含有更少易破壞氧化性漂白劑的上述雜質。氧化性漂白劑更有效，因此，就漿的白度而言，使用此類漂白劑漂白該級分(3，3a)效果更好。
根據裝置的一個實施方案，將頂部級分(33)繼續送至水力旋流器裝置，分成底部級分(3a)和頂部級分(33a)，其中所述底部級分(3a)在脫水后，以1-14％的濃度用磨漿機(5a)處理。
根據裝置的一個實施方案，使用氧化性漂白劑漂白底部級分(3a，11a)。
根據裝置的一個實施方案，將處理過的底部級分(10，11和/或11a)匯集成具有改進性能的常規漿流(32)。
在這種裝置中處理的效果是形成纖維，使得流32更易在造紙機上脫水。
根據裝置的一個實施方案，頂部級分(33，33a)繼續用水力旋流器(8)清洗，以除去重雜質，例如沙子、樹皮和在頂部級分(12)中離去的其他重雜質。
根據本發明的一個實施方案，對底部級分繼續進行處理，包括以濃度大于5％進行磨漿(15)，隨后將該級分返回引入裝置入口的前進的漿流中。
另一個實施方案公開了一種生產纖維素漿并使纖維素漿脫水的方法，其中將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，優選使用包含水力旋流器的裝置(1)根據比表面分級成至少三個級分(10，3，(3a)12)，其特征在于將所述漿分級成至少三個級分(10，3，12)，且所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，將較低比表面級分(3，3a)在裝置(5)中脫水至給定的濃度，隨后將該級分(3，3a)至少級分與至少一種其他級分(10)混合，隨后將已混合的流送至下一工藝步驟。
效果是可對更易脫水的纖維進行脫水，隨后與較難脫水的級分混合，則總的級分為已脫水的漿。
所述方法的另一個實施方案公開了通過一步或多步磨漿進行脫纖維。將漿篩分以除去較大的顆粒。隨后將前進的漿流基于比表面進行分級，對于纖維來說，是基于纖維壁的厚度進行分級。首先將比表面最高的顆粒分開。該級分中有薄壁纖維和精細的顆粒，因此稱為細屑。該級分不需要進一步進行纖維回彈處理(表面穩定性)，提高強度，使表面粗糙度性能更好(光滑性更好)等，而可繼續該工藝。使用非堿性漂白劑例如連二亞硫酸鹽漂白該級分。再次基于對比表面對剩余的漿流進行分級，這時從具有最厚壁和最低比表面的纖維中分出較低比表面纖維。隨后將該級分繼續進行LC(低濃度)或MC(中濃度)磨漿處理，在纖維壁中產生裂縫，將纖維原纖化并壓潰纖維，對纖維長度沒有很大的影響，即不顯著降低纖維的長度。這樣防止了終產物纖維回彈。隨后使用氧化性漂白劑在固有的漂白步驟中漂白該級分。將最低比表面的剩余的級分在水力旋流器中清洗(例如在級聯水力旋流器中)，以除去雜質例如沙子、樹皮和其他重雜質。具有厚纖維壁的剩余的纖維繼續例如進行HC磨漿處理，隨后返回或反向返回工藝過程。
定義普遍將纖維分類為早材、夏材和晚材。在本文中，根據圖1分成四種不同的纖維類型。這些纖維類型之間的差異主要在于纖維壁厚度和與厚度有關的性能，即表面粗糙度、拉伸指數、潮濕誘導纖維回彈等。包含在本申請中的四種纖維類型的特征用表1的z值表示，簡寫為EEW、LEW、ELW和LLW，是指早早材、晚早材、早晚材和晚晚材。這些纖維類型的比表面不同，可用z值描述定義，參見表1。采用以下方法計算z值。
z＝4πAw/P2Aw＝纖維壁橫截面積P＝纖維周長表1
在造紙行業的纖維中，當纖維的z值為0.3-0.8時，當紙再潤濕(例如通過印刷)時會產生問題，增加并產生粗糙的表面(即使是紙經過壓延)，在再濕潤之前具有良好的表面性能。
在本文中討論了在不同濃度下磨漿。對磨漿時的低、中和高濃度的定義可見下表。
表2
在實施例2中還提到Rm值，其定義為入口的質量流量與頂部流量(不合格品流量)之間的比率。


圖1公開了根據本發明方法分級和處理的不同類型的纖維。
圖2公開了本發明體系的核心。
圖3公開了本發明體系核心的一個實施方案。
圖4公開了本發明體系核心的一個實施方案。
圖5公開了本發明體系核心的一個實施方案。
圖6公開了本發明體系核心的一個實施方案。
圖7公開了完整的本發明方法的一個實施方案。
圖8公開了實施例1的實驗部署。
圖9公開了實施例2的實驗部署。
圖10公開了實施例2的結果。
圖11公開了實施例2的結果。
圖12公開了實施例2的結果。
圖13公開了實施例2的結果。
圖14公開了實施例2的結果。
圖15公開了實施例2的結果。
圖16公開了權利要求28的本發明的一個實施方案。
實施方案的說明認為圖2公開的根據本發明核心的一個實施方案是實施本發明的最佳方式，漿隨著流13流動至含有分級水力旋流器的水力旋流器工段7，在此將引入的流分成兩股流10和14。流10包含z值為0-0.3的纖維(EEW)和細屑材料。流14包含z值大于0.3的纖維(LEW、ELW、LLW)。該流繼續至含有分級水力旋流器的水力旋流器工段2，將流14分成兩股流3和33。流3包含z值為0.3-0.8的纖維(LEW、ELW)。
流3繼續脫水4，隨后使用LC或MC-磨漿在磨漿機5中處理。離開磨漿5的流11中存在原纖化、分裂和壓潰的纖維。流33包含z值大于0.8的纖維(LLW)和較重的雜質，流33繼續在級聯旋流器8中清洗，最優化洗掉沙子、樹皮和其他重雜質。雜質離開該工藝，流12繼續進行其他處理。流10和11繼續適當地處理，例如脫水、與金屬復合粘合、漂白等。磨漿水力旋流器工段2的底部級分3，可加工在最終的紙產品中表面性能問題最大的纖維，與磨漿全部引入的纖維流13相比，在該流中濃縮可節省能量。此外流10，11和12可采用適當的方法單獨處理，使得可得到最優化的終產物。
根據圖3所示的第二個實施方案，將引入的漿13分成流10、11、11a和12。在這種情況下，流10包含z值小于0.3的纖維(EEW)和細屑材料。流11包含在磨漿機(MC或LC濃度)中經過處理的z值為0.3-0.6的纖維(LEW)，流11a包含在磨漿機(MC或LC濃度)中經過處理的z值為0.6-0.8的纖維(ELW)。流12包含z值大于0.8的纖維(LLW)。在這種情況下，可采用在5和5a中的磨漿條件甚至更精確的磨漿條件，例如人們可利用濃度和磨漿能量，使得能量的利用還更優化。
根據圖7所示整個工藝的一個實施方案，在兩步磨漿機步驟中將預熱的碎片洗滌和脫纖維(每步可包含幾個并聯的磨漿機，可少于或多于兩步)。用水將漿稀釋至濃度為3-4％，送至消潛槽，使纖維靜置，以在磨漿加工后恢復形狀。隨后將漿以1-3％的濃度泵送通過篩子，這些篩子為縫或孔型，以除去纖維束和較大的雜質。將從篩子篩選下的不合格品流加料至不合格品磨漿體系，例如通過傳輸裝置(未表示)至流12，或直接至不合格品磨漿體系中的裝置(23，24，15，25，26)。如果存在化學品或其他物質例如復合粘合劑需要清洗掉，將漿在清洗器22中清洗，隨后將已完成脫纖維的漿13繼續本發明的工藝1。
根據圖1，借助于常規類型的水力旋流器例如Noss AM 80F或其他合適類型的水力旋流器，在水力旋流器工段7a中，將流10分離成包含z值小于0.3的纖維(EEW)。可設想基于比表面進行分離的某些其他類型的設備。z值小于0.3的纖維與細屑材料一起包含在漿流10中。在該方法中顯示了兩步級聯步驟(6步第二級聯步驟)和再循環，但是人們可設想幾種變體。z值小于0.3的纖維和細屑在水力旋流器6，7的底部離開。在漿流14中包含z值大于0.3的纖維(LEW、ELW、LLW)。隨后該流繼續至新的水力旋流器工段2。得到的底部級分3包含z值為0.3-0.8的纖維(LEW、WLW)。這些纖維類型在終產物中可特別引起纖維回彈，從而產生各種問題，例如粗糙度。流3繼續處理，優選進行LC-磨漿(1-5％)，或者處理方法可為球磨、其他MC-磨漿(5％-14％)或不同種類的研磨，進行處理使得在纖維壁中引起(產生)裂縫，原纖化纖維并永久致密化纖維，不太影響纖維的長度。水力旋流器工段2的頂部級分繼續至級聯水力旋流器8，以清洗重雜質，例如沙子、樹皮和其他重雜質，這些重雜質在水力旋流器的頂部離開并離開該工藝。從這些水力旋流器底部出來的流1 2包含具有非常厚纖維壁的z值大于0.8的纖維(LLW)。通過LC-磨漿5不易破裂這些纖維的壁，因此繼續對纖維壁剝離，優選通過HC-磨漿或其他剝離處理，這樣使得纖維壁變薄，隨后將這些已處理過的纖維返回工藝過程，再次繼續通過本發明的體系1。流10繼續漂白工段17，其中使用容許細屑材料和小顆粒的漂白劑進行漂白，優選在非堿性條件下(pH小于9)使用的漂白劑，例如連二亞硫酸鹽，例如連二亞硫酸鈉、連二亞硫酸鋅等。加入復合粘合劑后，將包含z值為0.3-0.8的纖維(LEW、ELW)的流11繼續洗滌27，并優選使用過氧化氫、臭氧或其他合適的氧化性漂白劑進行漂白16。使用不同的漂白劑漂白不同的級分可節省漂白化學品，并且不需要太多洗滌。氧化性漂白劑對例如細屑材料帶來的重金屬(例如Mn、Cr、Fe)敏感，但是本發明方法中，大部分細屑材料包含在流10中，從不大量進入使用氧化性漂白劑的漂白步驟。進一步洗滌28和29后，纖維繼續在盤濾機30中脫水。之后將這些纖維返回，與流10中的纖維混合。通過盤濾機30脫水，該級分11的濃度比所需的高，級分10可再稀釋，這樣得到整體上更易脫水的漿。由于細屑材料含量較高，級分10難脫水。如果想對級分10本身脫水，人們還可設想在級分10中混合一部分級分11，這樣得到的漿更易脫水。將該漿繼續處理，在造紙機上生產附加值級紙，例如SC、LWC、SC-A++及其變體。
詳細地講，本發明的體系可有幾種構造方法。本發明的核心為優選由水力旋流器組成的分級布置，但是可由可基于比表面進行分級的其他設備組成。在圖2、3、4、5和6中可見各種布置的不同變體。圖2公開了一種放大的體系，可見第一水力旋流器工段和/或第二水力旋流器工段可級聯。虛線表示如果需要可級聯。為了清晰起見，圖4-6說明包含在圖2中的部件。圖4公開了第一工段7和第二工段2均為單級工段的情況。圖5公開了第一工段7為單級工段而第二工段2為級聯工段的體系。圖6公開了第一工段7和第二工段2均為級聯水力旋流器的體系。
在另一個實施方案中，取消磨漿機5，使用水力旋流器步驟(7，2(2a)，8)的過程相同，不是在第二水力旋流器步驟之后使用磨漿機處理纖維，目標為使離開該步驟的底部級分易脫水。可更有效地使用盤濾機(4，4a)，參見圖16。如上所述，虛線是指可任選存在級聯。
實施例1從生產新聞紙品質紙的工廠取軟木TMP樣品。樣品取自第二級磨漿機。將該漿于90℃下消潛處理(latency treated)3小時，隨后在新的體系中加工。質量流量和不同的纖維級分可見表3和圖8。
表3

為了將繼續進行分級的漿中的Sommerville纖維束降至低于0.1％，選擇在縫寬0.15mm的兩級長眼篩中不合格品率為22％。將Sommerville纖維束含量低的漿通過水力旋流器(Noss AM 80F)在兩步中分級，包括由兩級級聯組成的第一步驟和第二步驟(單級水力旋流器)。這種布置可產生三種由于纖維形態(即纖維橫截面尺寸、比表面)而具有不同漿品質的漿級分。
底漿1(m4)得自第一級聯步驟，富含z值小于0.3的纖維(EEW)和細屑材料。
底漿2(m8)得自第二分級步驟，富含z值為0.3-0.8的纖維(LEW和ELW)。
頂漿3(m7)為第二分級步驟的不合格品，包含z值大于0.8(LLW)的厚壁纖維。
底漿2(m8)于三種不同能量水平215、417、504kWh/t下，在LC-磨漿機(12″Andritz)中進一步磨漿。對于看作整體的漿來說，不同漿的總能量相應于73、142和171kWh/t。分別測試所得到的未磨漿的和磨漿過的漿。根據該體系中分流的漿的質量流量-47∶53％(bl1、bl2、bl3)，還由底漿l和底漿2制備漿共混物。由不同的漿級分和共混物制備手抄紙并進行測試。對某些漿試樣進行動力學脫水測試和表面粗糙度測試。
底漿1(m4)和底漿2(m8)及其共混物，按照不同的次序，使用連二亞硫酸鹽和堿性過氧化物(堿液和過氧化氫)漂白。
表4

表5

不同的漿級分及其共混物的物理性能示于表4和表5。由此可見，在總磨漿能量成本低的情況下，LC磨漿底漿級分2改進了漿強度和紙的光滑性。因此，由底漿1(m4)和磨漿過的底漿2(m9 b-c)之間的共混物制備的共混物產品比由底漿1(m4)和未磨漿過的底漿2(m8)之間的共混物制備的共混物產品品質更好。同時較適度地提高了漿的脫水阻力。可與使用HC-磨漿該級分至相同打漿度媲美。
通過測定紙厚度和表面粗糙度的相對變化，與由共混物1制得的纖維生產的紙相比，由共混物2制得的R100 Bauer-McNett生產的紙因潮濕引起的纖維粗糙度變化小50％。
通過測定P16/R50 Bauer McNett級分的拉伸強度，LC-磨漿還改進了底漿2長纖維的粘合力，使其與底漿1的粘合力相似。這樣使共混物2和3的長纖維粘合力較高。
實施例1漿的漂白在漂白之前，將所有的漿在Q-DTPA復合粘合步驟中處理。
使用過氧化氫漂白底漿2，并與未漂白的底漿1共混，隨后使用連二亞硫酸鹽漂白該共混物。
在一步法中使用過氧化氫漂白底漿1和底漿2的未漂白的共混物(共混物1)。
實施例2將從生產新聞紙品質TMP的工廠消潛處理后的第二磨漿機步驟的漿以預定的不合格品率篩分以除去纖維束，并在兩步級聯水力旋流器體系中分級。選擇不合格品率使得有25％的纖維材料(25％的原料漿的R100 Bauer-McNett纖維級分)留在底部級分底漿1(s6)中。
將頂部級分1(s4)在水力旋流器體系中進一步分級，產生包含25％的纖維材料(占初始水力旋流器進料的百分比)的底漿級分2(s7)和頂漿2(s5)。同樣，將頂漿2(s5)進行分級，產生包含25％的纖維材料的底漿3(s8)和包含至少25％的上述纖維材料的頂漿3(s9)。
制得的級分底漿1、2和3用于進一步實驗。于300kWh/t下，將底漿2和3在LC-磨漿機中磨漿，采用與未磨漿過的試樣類似的方法加工各漿。
將底漿2和3分成兩部分，一部分于300kWh/t下繼續LC-磨漿，一部分不磨漿。將包含底漿1和未磨漿部分的未磨漿部分的decrilled(即使用Bauer-McNett分級器除去P100細屑級分)。將該纖維級分與在TMP紙漿工廠第二步磨漿機制得的40％(重量)的細屑混合。制備兩組60g/m2表面重量的手抄紙。第一套手抄紙根據SCAN標準進行測試。
將第二套手抄紙切成長條，壓光并用于粗糙度實驗。壓光后，將這些長條隨機分成兩組。對第一組測試拉伸強度、密度、孔隙率、表面粗糙度和散射。將第二組經過壓光的長條于25℃下在100％濕度下保持3小時，之后進行與第一組相同的測試。
在圖9中可見實施例2的設備。在表5中可研究相應的流量關系。P100為加入的細屑級分，其如何分布。R100為纖維級分。有趣的是，注意到在供給的漿流(s1)中底漿1(s6)包含約60％的P100細屑材料。
表6

圖10公開了在不同的級分中拉伸指數如何變化。在不同的水力旋流器步驟中粘合力顯著下降，在最后的頂部級分頂漿3(s9)中，纖維的粘合力非常有限。
在圖11中可見與拉伸強度相關的打漿度。由該圖可見，底漿1(s6)的強度與底部級分底漿2(s7)類似，但是打漿度不同。這點可解釋為在底漿1(s6)和底漿2(s7)中細屑材料的含量顯著不同，參見表5。
LC磨漿底部級分底漿2(s7)和底部級分底漿3(s8)提高了這些級分的強度。LC磨漿在某種程度上降低了漿的打漿度，但是產生的細屑材料的量不對應打漿度-細屑材料關系的回歸坡度。LC-磨漿處理纖維，不相應地產生細屑材料。
LC-磨漿后，顯著降低底漿3(s8)長纖維級分(P16/R50ml/min)的表面粗糙度，而粘合力提高至與底漿2(s7)的長纖維級分相同的水平，參見圖12。LC-磨漿后，底漿2(s7)的長纖維級分的粘合力提高至與底漿1(s6)相同的水平，而不顯著改變粗糙度。
由底漿2和底漿3整漿的共混物制備的手抄紙可見，表面粗糙度和強度改進有類似的趨勢(圖14)。由底漿1(s6)、磨漿過的底漿2(s7)和磨漿過的底漿3(s8)制備的紙可參見圖12、13和14，根據表5所示的總不合格品率混合得到的Mix s6+raf s7+raf s8，其粗糙度值與底漿1(s6)類似。該共混物的打漿度為55ml CSF。
與底漿1相比，底漿2和底漿3級分更易增加表面粗糙度，表現在再濕潤后紙厚度和表面粗糙的變化更大(圖14-15)。
LC磨漿后，增加纖維表面粗糙度的傾向顯著降低(圖14和15)。再濕潤后，由未磨漿過的底漿2 R100纖維級分和TMP細屑材料制備的壓光過的紙的厚度和表面粗糙度變化分別為7.5％和75％。與此相比，由磨漿過的底漿2和TMP細屑材料制備的壓光過的紙的厚度和表面粗糙度變化分別為1.6％和4.4％。未磨漿過的底漿3的厚度和表面粗糙度變化分別為10％和55％，磨漿過的底漿3的厚度和表面粗糙度變化分別為1％和11％(圖15)。基于包含未磨漿的底部級分的未濕潤紙的厚度和粗糙度計算已濕潤紙性能的相對變化。
根據上述說明，應理解的是本發明的旋流器工段根據待處理的纖維進行改進。例如應理解為本領域技術人員可將所謂的間斷(broken)或開放(open)級聯全部或選定處用于體系1。特別應理解的是圖中所示僅表示本發明的各種變體，使用的旋流器的數量及其物理參數應考慮適應處理纖維的體系結構。對本發明磨漿機的濃度條件和水力旋流器步驟的壓降有同樣的考慮。
即使本文可看作假設相同種類木材的纖維，但本發明的權利要求不應這樣理解。由不同種的木材制備的混合纖維也可根據本發明的體系處理，并根據相應纖維的比表面進行分離。
權利要求
1.一種生產纖維素漿的方法，其中將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，隨后優選使用包含水力旋流器的裝置(1)根據比表面對所述漿進行分級，其特征在于所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，和將所述漿分級成至少三個級分(10，3，(3a)12)，分別對各級分進行處理，隨后全部或部分混合在一起，和優選使用包含粉碎裝置(5，5a)例如研磨機、磨漿機、球磨機等的裝置對一個或多個纖維級分(3，3a)進行分裂、原纖化和永久致密化處理。
2.權利要求1的方法，其特征在于在所述粉碎裝置中處理的一個或多個級分(3，3a)包含z值為0.3-0.8的纖維。
3.權利要求1-2中任一項的方法，其特征在于運行所述粉碎裝置(5，5a)使得通過所述粉碎裝置使纖維壁產生裂縫，引起所加工級分中的纖維永久致密化。
4.權利要求1-3中任一項的方法，其特征在于所述粉碎裝置(5，5a)以區間0.8％-14％的漿濃度進行磨漿，優選區間為1-5％。
5.權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于所述粉碎裝置(5，5a)包括以能量輸入為10-800kWh/t，優選為100-600kWh/t，還更優選為200-500kWh/t下運行的磨漿機。
6.權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于包含高比表面纖維的級分(10)從水力旋流器的底部離開。
7.權利要求1-6中任一項的方法，較低比表面的級分(3，3a)和較厚壁纖維經過處理，其特征在于所述級分(3，3a)從水力旋流器的底部離開。
8.權利要求1-7的方法，其特征在于在非堿性環境下漂白富含細屑材料并包含高比表面纖維的級分(10)。
9.權利要求8的方法，其特征在于在pH小于9下漂白。
10.權利要求8-9中任一項的方法，其特征在于使用還原性漂白劑。
11.權利要求8-10中任一項的方法，其特征在于所述漂白劑包括連二亞硫酸鹽。
12.權利要求1-7中任一項的方法，其特征在于使用氧化性漂白劑漂白含有較低比表面纖維的級分(3，3a)。
13.權利要求12的方法，其特征在于所述漂白劑包括過氧化氫。
14.權利要求12的方法，其特征在于所述漂白劑包括臭氧。
15.上述權利要求中任一項的方法，其特征在于將上述工藝步驟后剩余的且具有最低比表面的級分(12)清除沙子、樹皮和其他重雜質，并優選使用裝置(15)處理以剝離該級分(12)中纖維的纖維壁，并且所述裝置包括粉碎裝置例如磨漿機等，并且處理后的全部或部分該級分返回優選反向返回工藝過程。
16.權利要求15的方法，其特征在于根據權利要求15處理的裝置(15)包括在濃度大于15％，更優選大于14％下磨漿的磨漿機。
17.上述權利要求中任一項的方法，其特征在于優選含有較厚纖維壁纖維的較低比表面纖維流(3，3a)經過處理后全部或部分與高比表面纖維和細屑材料的流(10)混合，以改進脫水性能。
18.權利要求1-16中任一項的方法，其特征在于將優選含有較厚纖維壁纖維的較低比表面纖維流(3，3a)單獨脫水至濃度高于各級分混合物最終所需的濃度，使得含有高比表面纖維的級分(10)、優選薄壁纖維和細屑材料僅需部分脫水或根本不需要脫水。
19.上述權利要求中任一項的方法，其特征在于將包含具有高比表面和較低比表面纖維的各級分(10，11，11a)經過處理后匯集成含有漿的漿流(32)，這比生產木質印刷級紙漿、新聞印刷紙漿、SC、LWC、SC A++紙漿和其他紙漿的常規工廠需要更低的能量輸入和更少的漂白劑。
20.一種處理纖維素漿以得到改進性能的裝置，所述性能例如光散射、拉伸指數、撕裂指數、表面粗糙度、漂白化學品消耗、能量消耗，所述裝置包括第一水力旋流器裝置(6，7)、第二水力旋流器裝置(2)、磨漿機(5)以及在這些裝置之間的傳輸裝置，其特征在于將纖維素漿引入第一水力旋流器裝置(7)，分出底部級分(10)和頂部級分(14)，將頂部級分(14)通過另一個水力旋流器裝置(2)分出底部級分(3)，底部級分(3)在脫水后，繼續用包含磨漿機的裝置(5，5a)進一步處理，處理濃度為1-14％。
21.權利要求20的裝置，其特征在于使用非堿性還原性漂白劑漂白底部級分(10)。
22.權利要求20-21中任一項的裝置，其特征在于使用氧化性漂白劑漂白第二底部級分(11)。
23.權利要求20-22中任一項的裝置，其特征在于將頂部級分(33)繼續送至水力旋流器裝置，分成底部級分(3a)和頂部級分(33a)，其中所述底部級分(3a)在脫水后，以1-14％的濃度用磨漿機(5a)處理。
24.權利要求23的裝置，其特征在于使用氧化性漂白劑漂白底部級分(3a，11a)。
25.權利要求20-23中任一項的裝置，其特征在于將處理過的底部級分(10，11和/或11a)匯集成具有改進性能的常規漿流(32)。
26.權利要求20-24中任一項的裝置，其特征在于頂部級分(33，33a)繼續用水力旋流器(8)清洗，以除去重雜質例如沙子、樹皮和在頂部級分(12)中離去的其他重雜質。
27.權利要求26的裝置，其特征在于對底部級分繼續進行處理，包括以濃度大于5％進行磨漿(15)，隨后將該級分返回引入權利要求20的裝置的前進的漿流中。
28.一種生產纖維素漿并使纖維素漿脫水的方法，其中將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，優選使用包含水力旋流器的裝置(1)根據比表面分級成至少三個級分(10，3，(3a)12)，其特征在于將所述漿分級成至少三個級分(10，3，(3a)12)，且所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，將較低比表面級分(3，3a)在裝置(5)中脫水至給定的濃度，隨后將該級分(3，3a)至少部分與至少一種其他級分(10)混合，隨后將已混合的流送至下一工藝步驟。
全文摘要
一種生產纖維素漿和使纖維素漿脫水的方法和裝置，其中將已脫纖維的纖維素篩分以除去纖維束，優選使用水力旋流器根據比表面分級成至少三個級分(10，3，12)，分別對各級分進行處理，隨后全部或部分混合在一起，所述方法包括分級出高比表面纖維優選薄壁纖維的工藝步驟(6，7)，且所述方法包括分級出較低比表面纖維優選具有較厚纖維壁的纖維的工藝步驟(2)，并優選使用磨漿機、球磨機等對一個或多個纖維級分(3，3a)進行分裂、原纖化并永久致密化處理。
文檔編號D21D1/00GK101027446SQ200580031405
公開日2007年8月29日 申請日期2005年6月6日 優先權日2004年9月21日
發明者L·N·A·威卡達爾, B·－O·伯格斯特羅姆, O·沙加夫, T·R·納范德 申請人:諾斯股份有限公司