PL162397B1

RZECZPOSPOLITA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)162397
(13) B1
(21)
N um er zgłoszenia:
282802
5( 1) In t.C l.5:
D21B 1/12
U rząd P atentow y
R zeczypospolitej Polskiej
(2 2) D ata zgłoszenia:
14.12.1989
(54) Sposób i urządzenie do obróbki masy włóknistej wytworzonej z cząstek lignocelulozowych
(43)
Zgłoszenie ogłoszono:
(73)
17.06.1991 BUP 12/91
Zakłady Płyt Pilśniowych, Czarnków, PL
(72)
(45)
O udzieleniu p a te n tu ogłoszono:
30.10.1993 WUP 10/93
PL 162397 B1
(5
)
7
1. S posób o b ró b k i m asy w łóknistej w ytw orzonej z
cząstek lignocelulozow ych, p rzeznaczonej zw łaszcza d o
produkcji płyt pilśniow ych, w k tórych cząstki te po
p o tra k to w a n iu ich p a rą w odną w podw yższonej tem p eratu rze i ciśnieniu ro zw łó k n ia się, a o trz y m an ą masę
w łóknistą dom iela się, znam ienny tym , że m asę w łóknistą
p o ch o d zącą z te rm o ro z w łó k n iark i rozcieńcza się wodę
obiegow ą do stężenia 1,5 d o 4,0% . ko rzy stn ie o d 2,0 do
3,0% , a następnie odd ziela się od niej znaczną część w ody
obiegow ej do uzyskania stężenia tej m asy ...
3. U rządzenie d o o b ró b k i m asy w łóknistej w ytw orzonej z cząstek lign ocelulozow ych, zw łaszcza d o p ro dukcji płyt pilśniow ych, zn ajd u jące się za term orozw łókn iark ą i skład ające się z cy klonu term o ro zw łó k n iark i,
kadzi m asow ej i u rząd zen ia d o m ielająceg o , znamienne
tym , że m a integralnie ze so b ą połączone kolejno i znajdujące się co raz niżej: cyklon (15), m asow ą kadź (16),
pochyły ślim akow y p rz e n o śn ik (24) o p o d w ó jn y m dnie, z
k tórych górne (25) je st p erfo ro w an e i dom ielające u rz ądzenie (29), przy czym m asow a k ad ź (16) jest za po m o cą
zaw ierającego regulacyjny zaw ó r (20) p rzew odu (22)
p o łącz o n a z przestrzen ią pow yżej p erfo ro w an eg o dna
(26) pochyłego ślim akow ego p rzen o śn ik a (24) przy jego
dolnym k o ń c u ,...
U praw niony z p ate n tu :
Twórcy w ynalazku:
Gustaw Jaros, Czarnków, PL
Jerzy Kasprzak, Czarnków, PL
Bogdan Frąckowiak, Czarnków, PL
Edward Gurdziel, Czarnków, PL
Zbigniew Morzewski, Czarnków, PL
Sposób i urządzenie do obróbki masy włóknistej
wytworzonej z cząstek lignocelulozowych
Zastrzeżenia
patentowe
1. Sposób obróbki masy włóknistej wytworzonej z cząstek lignocelulozowych, przeznaczonej
zwłaszcza do produkcji płyt pilśniowych, w których cząstki te po potraktow aniu ich parą wodną w
podwyższonej temperaturze i ciśnieniu rozwłóknia się, a otrzym aną masę włóknistą domiela się,
znamienny tym, że masę włóknistą pochodzącą z termorozwłókniarki rozcieńcza się wodę obiegową do stężenia 1,5 do 4,0%, korzystnie od 2,0 do 3,0%, a następnie oddziela się od niej znaczną
część wody obiegowej do uzyskania stężenia tej masy powyżej 4,0%, masę tę domiela się w
urządzeniu domieląjącym, po czym do domielonej masy włóknistej dodaje się z powrotnym wodę
obiegową oddzieloną od tej masy przed jej domieleniem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielanie znacznej części wody obiegowej od
rozcieńczonej uprzednio tą wodą masy włóknistej dokonuje się przemieszając tę masę po wznoszącej się lub poziomej perforowanej powierzchni znajdującej się na dnie i ścianach bocznych przewodu transportowego.
3. Urządzenie do obróbki masy włóknistej wytworzonej z cząstek lignocelulozowych, zwłaszcza do produkcji płyt pilśniowych, znajdujące się za term orozw łókniarką i składające się z
cyklonu term orozwłókniarki, kadzi masowej i urządzenia domielającego, znamienne tym, że ma
integralnie ze sobą połączone kolejno i znajdujące się coraz niżej: cyklon (15), masową kadź (16),
pochyły ślimakowy przenośnik (24) o podwójnym dnie, z których górne (25) jest perforowane i
domielające urządzenie (29), przy czym masowa kadź (16) jest za pomocą zawierającego regulacyjny zawór (20) przewodu (22) połączona z przestrzenią powyżej perforowanego dna (26) pochyłego ślimakowego przenośnika (24) przy jego dolnym końcu, a przestrzeń ta przy górnym końcu
tego przenośnika jest za pomocą przewodu - zsuwni (27) połączona z korytem ślimakowego
poziomego przenośnika (28) domielającego urządzenia (29), natomiast przestrzeń zawarta pomiędzy perforowanym dnem (26) i pełnym dnem (25) pochyłego ślimakowego przenośnika (24)
połączona jest przy dolnym końcu tego przenośnika zawierającym regulacyjny zawór (31) przewodem (30) z przewodem (32), którym z domielającego urządzenia (29) spływa domielona w nim masa
włóknista.
* * *
Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki masy włóknistej wytworzonej z cząstek lignocelulozowych, przeznaczonej zwłaszcza do produkcji płyt pilśniowych.
Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do obróbki masy włóknistej wytworzonej z
cząstek lignocelulozowych przeznaczonej, zwłaszcza do produkcji płyt pilśniowych.
Wytworzone w wyniku rozwłókniania w termorozwłókniarkach zrębków drzewnych lub
innych cząstek lignocelulozowych masy włókniste są niejednorodne. Oprócz pojedynczych włókien
znajdują się bowiem w tych masach często w dużej ilości pęczki włókien, a nawet drobne fragmenty
nierozwłóknionego drewna. Stąd takie masy włókniste wymagają operacji domielania, w wyniku
której zostają one rozwłóknione do wymaganego stopnia zmielenia, co nadaje im wymagane
własności płytotwórcze.
Własności płytotwórcze mas włóknistych zależą w dużym stopniu od powierzchni właściwej
tych mas, to znaczy od powierzchni właściwej włókien, czyli od ich powierzchni przypadającej na
jednostkę ich masy. Powierzchnia ta wzrasta w wyniku większego rozdzielenia większych pęczków
włókien na mniejsze pęczki włókien i wreszcie na włókna pojedyncze. Wraz ze wzrostem tej
powierzchni zwiększa się łączna powierzchnia styku włókien w kobiercu formowanym z tej masy na
maszynie formującej, a następnie łączna powierzchnia styku włókien w płytach pilśniowych
162 397
5
ślimakowego przenośnika 10 do kom ory 11 mielenia termorozwłókniarki, gdzie między tarczami
mielącymi stałą 12 i wirującą 13 zrębki te są w atmosferze pary wodnej rozwłóknione na elementarne włókna i pęczki włókien, które wspólnie z produktam i hydrolitycznego rozpadu drewna
zawieszone w parze wodnej przemieszczane są na skutek działania różnicy ciśnień i siły odśrodkowej do tej części przestrzeni komory 11 mielenia, która znajduje się na zewnątrz tarczy stałej 12 i
wirującej 13.
Z wymienionej części komory 11 mielenia odprow adzany jest strumień masy włóknistej i pary
wodnej o ciśnieniu 0,9 MPa przewodem 14 do cyklonu 15 zabudowanego na pokrywie kadzi 16
masy nierafinowanej, w którym następuje rozprężenie pary wodnej i wstępne oddzielenie się masy
włóknistej od tej pary. Masa włóknista spada z tego cyklonu na dno kadzi 16 i do kadzi tej napływa
też z cyklonu 15 rozprężona para.
W znacznie uszczelnionej kadzi masy nierafinowanej następuje proces wyraźnego oddzielania
się pary wodnej od włókien do czego przyczynia się przede wszystkim działanie znajdującego się w
odległości 3m od cyklonu kominowego wyciągu 17 z wbudowanym w górnej części osiowym
wentylatorem 18.
Proces grawitacyjnego opadania włókien z cyklonu na dno kadzi 16 jest możliwy dzięki
znacznej objętości tej kadzi, bo wynoszącej około 4 0 m3, natomiast oddzielona od masy para
wodna usuwana jest na zewnątrz kadzi 16 na skutek niewielkiego podciśnienia wytwarzanego w
kominowym wyciągu 17 przez wymieniony wentylator 18. Niewielkie podciśnienie w kominowym
wyciągu 17 zapobiega porywaniu włókien przez usuwaną z kadzi 16 parą wodną. Przy tym usuwana
z kadzi 16 para wodna powoduje korzystny spadek tem peratury masy 19 włóknistej, znajdującej się
na dnie tej kadzi. Masa ta, na którą spadają ciągle włókna wydostające się z cyklonu 15 i do której
dodawana jest też ciągle przewodem 20 woda obiegowa w celu utrzymania stężenia tej masy w
przedziale od 2-3,5% poddawana jest ciągłemu mieszaniu za pomocą mieszadła 21.
W kadzi 16 następuje spęczenianie włókien, dzięki korzystnym do tego warunkom jakie tam
panują. Na samym dnie kadzi 16 znajduje się wlot do rurowego przewodu 22 z regulacyjnym
zaworem 23, którym odprow adzana jest grawitacyjnie w odpowiedniej ilości masa włóknista do
kwasoodpornego urządzenia 24 zagęszczającego. Urządzenie to stanowi ślimakowy przenośnik
zabudowany w pochyłym korycie o podwójnym dnie, z których zewnętrzne 25 jest pełne, a
wewnętrzne 26 wymienne jest perforowane i ma oczka o średnicy od 5 do 8 mm w zależności od
przeznaczeniu, a więc od stopnia zmielenia masy włóknistej nadchodzącej z term orozwłókniarki. I
tak na przykład dla małego stopnia zmielenia (do 14 DS) stosuje się wewnętrzne perforowane dno
koryta o największej średnicy oczek (8 mm).
Przez perforowane dno 26 koryta ślimakowego przenośnika 24 odcieka z wodą obiegową
także drobniejsza, a więc nie wymagająca już domielenia masa włóknista, a także znajdujący się w
tej masie piasek, który jako cięższy od włókien opada w pierwszej kolejności na perforowane dno 26
i może przez to być łatwiej oddzielony od podstawowej masy włóknistej.
Odwodniona w korycie ślimakowego przenośnika masa włóknista zagęszczona już do stężenia
około 7% spada grawitacyjnie zsuwnią 27 do poziomego ślimakowego przenośnika 28 zasilającego
tarczową rozwłókniarkę 29, gdy woda obiegowa zawierająca drobno zmieloną masę włóknistą i
większą część zanieczyszczeń mineralnych zawartych w masie włóknistej nadchodzącej z kadzi 16
spływa po dnie 25 pochyłego ślimakowego przenośnika 24 i przewodem 30 wyposażonym w
regulacyjny zawór 31 omijającym tarczową rozw łókniarkę 29 wlewa się do przewodu 32, którym
spływa grawitacyjnie z tarczowej rozwłókniarki 29 domielona w niej masa włóknista, kierowana
następnie do niepokazanej na rysunku kadzi włóknistej masy rafinowanej.
Rozwłóknione zrębki sosnowe o wilgotności bezwzględnej około 100% poddając je przedtem
obróbce hydrotermicznej nasyconą parą wodną o tem peraturze 183°C i ciśnieniu 1,0 M Pa w czasie
ok. 3 min. Otrzymano masę włóknistą o zmieleniu 13-15 DS i o stopniu suchości około 120%, którą
po oddzieleniu od niej w zespole cyklon-kadź masy nierafinowanej pary wodnej rozcieńczono w tej
kadzi wodą obiegową do stężenia 3,5%. Masę pobieraną z kadzi masy nierafinowanej zagęszczono
w korycie pochyłego przenośnika ślimakowego z górnym dnem perforowanym i dolnym pełnym do
stężenia 6,5%, przy czym oddzieliło się od niej wraz z większą częścią wody obiegowej również
około 4% włókien w przeważającej większości najdrobniejszych, które to włókna z wodą obiegową
skierowano przewodem omijającym tarczową rozwłókniarkę do kadzi masy rafinowej.
162 397
3
wytworzonych z tego kobierca. Jest to korzystne, ponieważ na tej powierzchni powstają wiązania
wodorowe lub chemiczne łą c z ą ce poszczególne włókna ze sobą.
Własności płytotwórcze mas włóknistych zależą ponadto od jakości tych włókien, którą
charakteryzuje ich morfologia. W łókna powinny bowiem z jednej strony zapewniać dobre właściwości wzajemnego przeplatania się czyli spilśniania się, oraz przylegania do siebie w procesie
formowania z nich na maszynie formującej kobierca włóknistego, z drugiej zaś strony powinny one
pozwalać na łatwe odwadnianie się formowanego na maszynie formującej kobierca włóknistego.
Własności takie wykazują włókna smukłe i giętkie.
Domielania mas włóknistych dokonuje się w różnych urządzeniach domielających, najczęściej
jednak w młynach tarczowych zwanych uprzednio rafinatorami. Urządzenia te opisano i przedstawiono na rysunkach w pracy zbiorowej „Technologia płyt pilśniowych“, WPL, Warszawa 1965 w
rozdziale III. 5.3. „Domielanie masy“ oraz w pracy zbiorowej „Technologia tworzyw drzewnych“
część 1 Wyd. Sz. i Pedag., W arszawa 1986 w rozdziale 9.10 „Domielanie masy“.
O ile urządzenia domielające nie uległy w ostatnim dziesięcioleciu większym zmianom to sam
proces domielania jak i ściśle z tym procesem związane procesy transportu masy włóknistej z
termorozwłókniarki do urządzenia domielającego oraz odpowiednie urządzenia pomocnicze były
przedmiotem szergu udoskonaleń, mających na celu między innymi nadanie domielanym masom
włóknistym coraz lepszych własności płytotwórczych.
I tak opracowano szereg rozwiązań w procesie wytwarzania mas włóknistych charakteryzujących się tym, że dokonane zostało bezpośrednie połączenie term orozwłókniarki z urządzeniem
domielającym, polegające ogólnie na tym, że masa włóknista przenoszona jest przewodem rurowym w strumieniu pary wodnej z komory mielenia termorozwłókniarki do komory mielenia
urządzenia domielającego.
Ostatnie z takich rozwiązań jest przedmiotem wynalazku, na który został udzielony polski
patent nr 144 780. Rozwiązanie to polega na połączeniu za pom ocą przewodów z zaworami
dławiącymi jednej lub więcej termorozwłókniarek z urządzeniem domielającym w jeden układ
zamknięty zaworem dławiącym na przewodzie wylotowym z urządzenia domielającego do oddzielacza cyklonowego. W układzie tym poprzez regulację wymienionych zaworów dławiących tworzy
się stopniowy spadek ciśnienia i temperatury pary wodnej nasyconej od wlotu pary do urządzenia
rozwłókniającego począwszy, a na oddzielaczu cyklonowym skończywszy, zaś domielanie przeprowadza się w temperaturze od 100 do 130°C, korzystnie zaś w temperaturze od 105 do 110°C.
Rozwiązanie według tego omawianego wynalazku miało przyczynić się do zmniejszenia
nadmiaru wód obiegowych w procesie produkcji płyt pilśniowych i zmniejszenia zanieczyszczenia
tych wód, ograniczenia trudności technologicznych w fazach domialenia, formowania i prasow ania, zmniejszenia zużycia energii elektrycznej i cieplnej, poprawy morfologii włókien i zmniejszenia
trudności eksploatacyjnych urządzeń rozwłókniających i domielających. Rozwiązanie to miało też
wyeliminować stosowanie uciążliwych w eksploatacji przenośników ślimakowych.
Jak się jednak okazało po kilkuletnim stosowaniu tego wynalazku, wynalazek ten przyczynił
się jedynie do zmniejszenia nadm iaru wód obiegowych w produkcji płyt pilśniowych, do zmniejszenia ładunku zanieczyszczeń tych wód oraz do zmniejszenia zużycia energi elektrycznej. Nie
zostały przy tym osiągnięte pozostałe jego cele, przy czym w przypadku niektórych z nich wystąpiło
pogorszenie w stosunku do stanu wyjściowego, w tym zwłaszcza morfologii włókien. Pogorszenie
to przejawia się w tym, że dom ielona sposobem według wyżej wymienionego wynalazku masa
składa się w przeważającym stopniu z włókien sztywnych, kruchych i w dużym stopniu pociętych, a
więc krótkich a nie z włókien długich, smukłych i giętkich, jak to zaznaczono wyżej.
Bardzo duży udział włókien sztywnych, kruchych i krótkich w domielonej sposobem według
opisanego wynalazku masie włóknistej spowodowany jest wysoką tem peraturą panującą w strefie
domielania urządzenia domielającego oraz brakiem spęcznienia włókien w masie włóknistej
doprowadzanej do urządzenia domielającego. Włókna takie wykazują w procesie formowania
kobierca włóknistego małą skłonność do splatania się, dając kobierzec włóknisty ulegający łatwo
spękaniu. Ponadto duża sprężystość takich włókien ogranicza powierzchnie styku między nimi,
dając w efekcie płyty pilśniowe twarde i porowate o niższej wytrzymałości.
Wytworzone z zawierającej takie włókna masy włóknistej na przykład płyty pilśniowe twarde
mają zaniżone własności wytrzymałościowe, co zmniejsza ich przydatność do niektórych zastoso-
4
162 397
wań. Przydatność taka może być utrzym ana tylko w wyniku zwiększonego zaklejania takiej masy
włóknistej żywicami wzmacniającymi, na przykład żywicą fenolowo-formaldehydową, co oczywiście pociąga za sobą wzrost kosztów produkcji płyt pilśniowych twardych.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie energooszczędnego sposobu i obróbki masy
włóknistej wytworzonej z cząsteczek lignocelulozowych przeznaczonej zwłaszcza do produkcji płyt
pilśniowych metodą m okrą, który pozwoliłby na wyeliminowanie niedogodności wyżej wymienionego sposobu wytwarzania masy włóknistej, zwłaszcza zaś pozwoliły na wytwarzanie masy włóknistej o zdecydowanie lepszej morfologii.
Dodatkowym celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do realizacji tego sposobu.
Cel wynalazku osiąga się przez to, że masę włóknistą wychodzącą z termorozwłókniarki
rozcieńcza się wodą obiegową do stężenia 1,5 do 4,0%, korzystnie od 2,0 do 3,0%, a następnie
oddziela się od niej znaczną ilość wody obiegowej do uzyskania stężenia tej masy powyżej 4,0%,
masę tę domiela się w urządzeniu domielającym, po czym do domielonej masy włóknistej dodaje się
z pow rotem wodę obiegową oddzieloną od tej masy przed jej domieleniem. Przy tym oddzielenia
znacznej części wody obiegowej od rozcieńczonej uprzednio tą wodą masy włóknistej dokonuje się
przemieszczając tę masę po wznoszącej się lub poziomej perforowanej powierzchni, znajdującej się
w dnie i ścianach bocznych przewodu transportowego.
Urządzenie według wynalazku ma integralnie ze sobą połączone kolejno i znajdujące się coraz
niżej: cyklon termorozwłókniarki, kadź masową, pochyły przenośnik ślimakowy o podwójnym
dnie, z których górne jest perforowane a dolne pełne i urządzenie domielające. Przy tym pochyły
ślimakowy przenośnik jest połączony z masową kadzią i z urządzeniem domielającym, tak że jego
przestrzeń powyżej jego perforowanego dna, jest przy jego dolnym końcu połączona zawierającym
regulacyjny zawór przewodem z dnem masowej kadzi, zaś przy jego górnym końcu jest ona za
pom ocą przewodu - zsuwni połączona z korytem ślimakowego poziomego przenośnika domielającego urządzenia, zaś przestrzeń zawarta pomiędzy perforowanym i pełnym dnem pochyłego
ślimakowego przenośnika jest przy jego dolnym końcu połączona zawierającym regulacyjny zawór
przewodem z przewodem, którym z domielającego urządzenia spływa domielona w nim masa
włóknista.
W ten sposób osiągnięty zostaje główny cel wynalazku. W wyniku znacznego rozcieńczenia
masy włóknistej nadchodzącej z term orozwłókniarki, włókna drzewne szybko pęcznieją, pochłaniając pewną część wody, w której są one zawieszone, zwiększając przy tym swoją objętość. Potem
znaczna część tej wody zostaje usunięta i do komory mielenia urządzenia domielającego wprowadzona jest, podobnie jak w przypadku wynalazku chronionego patentem polskim nr 144780,
zagęszczona do stężenia ponad 4% masa włóknista, w której znajdują się jednak włókna drzewne
lub pęczki takich włókien napęczniałe, które dzięki temu są bardzo łatwe do domielenia. Przenikająca bowiem w głąb włókna woda osłabia poprzeczne wiązania między fibrylami włókien, w
wyniku czego włókno będące sztywnym w stanie suchym, staje się plastyczne, a więc miękkie i
giętkie. Dzięki osiągniętej plastyczności zmniejsza się wrażliwość włókien na działanie tnące
elementów tnących tarcz mielących urządzenia domielającego, co zapobiega kruszeniu się włókien
w procesie domielania masy włóknistej.
Spęczniałe włókna przy każdorazowym mijaniu się noży tarcz mielących poddawane są
silnemu działaniu zwiększonego ciśnienia, które powoduje wyciskanie wody z warstewki włókien
znajdującej się w szczelinie międzynożowej. Po minięciu się noży, gdy ciśnienie zmaleje, zachodzić
będzie ponowne wsysanie wody wyciśniętej z włókien. To powtarzające się działanie wyżymająconasycające ma decydujące znaczenie dla uzyskania dobrego zmielenia masy włóknistej.
Sposób i urządzenie według wynalazku są dokładnie objaśnione w przykładzie wykonania na
rysunku przedstawiającym schemat instalacji służącej do pozyskiwania masy włóknistej, a następnie do domielania tej masy.
Jak uwidoczniono na rysunku drzewne zrębki 1 wprowadza się do rynny 2 termorozwłókniarki 3, skąd podawane są one za pomocą zewnętrznego ślimaka 4 do pionow ego podgrzewacza
5, gdzie podgrzewane są one doprow adzaną przewodem 6 parą wodną nasyconą o ciśnieniu
1,0 MPa. Uplastycznione w wyniku działania pary wodnej zrębki, do której dłuższego i lepszego
działania, przyczynia się wolnoobrotowe mieszadło 7 wprawiane w ruch przez silnik elektryczny 8
wyposażony w reduktor obrotów 9 przenoszone są z pionowego podgrzewacza 5 za pomocą
6
162 397
W rozwłókniarce tej zaś domielono zasadniczą część masy włóknistej do zmielenia 80-120 DS i
skierowano ją do kadzi masy rafinowanej.
Pobieraną z kadzi masy rafinowanej wymieszaną w niej masę włóknistą rozcieńczoną wodą
obiegową do stężenia 1,8% kierowano do maszyny formującej, rozcieńczając ją jeszcze przed tą
maszyną do stężenia 1,3% i formowano z niej kobierzec włóknisty na płyty pilśniowe porowate,
które po ich wysuszeniu i sklimatyzowaniu miały takie same lub lepsze własności fizyczne i
wytrzymałościowe oraz znacznie ładniejszą fakturę powierzchni niż płyty pilśniowe porowate
wytworzone m etodą konwencjonalną. Uzyskano przy tym o około 40% mniejsze zużycie energii
elektrycznej na domielanie masy włóknistej, z czego tylko niewielką część należy odliczyć na napęd
ślimaka w ślimakowym przenośniku z podwójnym dnem, z których jedno jest perforowane a drugie
pełne.
D epartam en t W ydawnictw UP RP. N akład 90 egz.
Cena 10 000 zł