專利名稱：拆散碎片的能量效率熱機械制漿精制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及用于木質(zhì)纖維材料(尤其是木片)的熱機械制漿的設(shè)備和方法。
近十年來，熱機械制漿(TMP)技術(shù)所制造的機械紙漿的質(zhì)量已有所提高，但是這些耗能大的技術(shù)所增加的能量消耗在保持質(zhì)量的同時甚至導(dǎo)致了對能量效率的考慮。本發(fā)明的發(fā)明人已推進了現(xiàn)技術(shù)，如具體表現(xiàn)為Andritz RTSTM、RT PressafinerTM、以及RT FibrationTM、工藝技術(shù)。他披露了一種操作窗，供給材料在高溫高壓下通過所述操作窗在非常短的停留時間內(nèi)被預(yù)熱，之后在上述高溫高壓下在高速旋轉(zhuǎn)的相對圓盤之間被精制(美國專利No.5,776,305)。另一個改進涉及在預(yù)熱之前通過在加壓蒸汽環(huán)境下處理并且在加壓蒸汽環(huán)境中壓縮所處理的碎片而預(yù)處理供給的碎片(PCT/US98/14718)。在國際申請PCT/052003/022057中披露了另一項改進，其中從預(yù)處理步驟中排出的供給碎片在輸送到高強度精制機中之前例如使用低強度精制機在沒有纖絲化的情況下被纖維化。
在最近發(fā)展的改進中的基礎(chǔ)原理是，區(qū)分和處理不同的設(shè)備，從纖維的纖絲化中進行碎片材料的軸向纖維分離和纖維化以便于制造紙漿。在精制機上游的專用設(shè)備執(zhí)行前面的步驟，所述專用設(shè)備使用與較低程度的操作和纖維分離相配的低能量消耗，而高能量消耗的精制機沒有能量不足的纖維分離功能并且可將所有能量都更有效地投入到纖絲化功能中。由于纖絲化功能需要比纖維分離(脫纖維)更多的能量因此這是必需的。
這些發(fā)展確實提高了能量效率，尤其是在使用高速圓盤(即，雙圓盤大約1500rpm以上而單圓盤精制機大約1800rpm以上)的系統(tǒng)中。然而，尤其是對于不使用高速精制機的系統(tǒng)，就眼前來說，由于需要主精制機的更昂貴的或占用空間的裝置，因此長期能量效率略微偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在較低能量消耗下生產(chǎn)高質(zhì)量熱機械紙漿的簡化系統(tǒng)和方法。所述簡化包括便于供應(yīng)能夠加速投入生產(chǎn)和啟動的低成本系統(tǒng)。
本質(zhì)上，甚至是在不使用高速精制機的系統(tǒng)中，本發(fā)明也實現(xiàn)了顯著的能量效率，同時減小精制機上游所需的裝置的范圍和復(fù)雜性。
通過綜合以RTS、RT Pressafiner以及RT Fibration工藝技術(shù)為基礎(chǔ)的概念，并且使用簡化的設(shè)備系列而實現(xiàn)該目的。用于執(zhí)行本發(fā)明的設(shè)備僅需要加壓螺桿排出裝置(PSD)和精制機。然而，需要對PSD和相關(guān)精制工藝進行明顯修正。
PSD是具有增加的螺桿根部直徑和用逆吹閥(BBV)實現(xiàn)的堵塞區(qū)的破壞類型(浸漬加壓螺桿排出裝置或MPSD)。MPSD入口壓力可從大氣壓力跨越到大約30psig，最好是5-25psig。該工藝的這個部件模擬RT Pressafiner預(yù)處理。
由于MPSD比傳統(tǒng)PSD螺桿脫水到更高的固體含量，因此需要更高的稀釋流以保持額定精制稠度。
主精制機中的精制內(nèi)部板(內(nèi)環(huán))被設(shè)計得用于有效地供給和脫纖維拆散的木片。工藝的該部分用于模擬RT Fibration。
主精制機中的高效外部板(外環(huán))被設(shè)計得用于取決于產(chǎn)品質(zhì)量和能量需要而供給(高強度＝＞最小能量消耗)或抑制(低強度＝＞最大強度發(fā)展)，或這兩個極端之間的強度水平。
在廣義方面中，本發(fā)明涉及用于木片的熱機械精制的方法，包括以下步驟將所述碎片暴露于蒸汽環(huán)境下以便于軟化所述碎片，在壓縮裝置中浸漬和部分脫纖維軟化的碎片，將拆散并部分脫纖維的碎片供給到轉(zhuǎn)盤主精制機中，其特征在于相對圓盤每個都具有桿和槽的內(nèi)環(huán)圖案以及桿和槽的外環(huán)圖案，基本在內(nèi)環(huán)中完成碎片的纖維化(脫纖維)以及在外環(huán)中對所形成的纖維進行纖絲化。
系統(tǒng)設(shè)備最好包括內(nèi)環(huán)上的內(nèi)部供給區(qū)域和外部操作區(qū)域以及外環(huán)上的內(nèi)部供給區(qū)域和外部操作區(qū)域，其中內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域由交替的桿和槽的第一圖案限定，而外環(huán)的供給區(qū)域由交替的桿和槽的第二圖案限定。內(nèi)環(huán)上的操作區(qū)域上的第一圖案具有比外環(huán)上的供給區(qū)域上的第二圖案的槽窄的槽?；究稍诘蛷姸染葡峦瓿蓛?nèi)環(huán)的操作區(qū)域中的碎片的纖維化，而在更小的板隙和更高的精制強度下在外環(huán)的操作區(qū)域中執(zhí)行纖維的纖絲化。
本發(fā)明方法最好包括以下步驟將所述碎片暴露于蒸汽環(huán)境下以便于軟化所述碎片，通過壓榨使得軟化的碎片被拆散(destructuring)并且脫水到大于約55％的稠度，將拆散并脫水的碎片稀釋到大約30％到55％的稠度，將所稀釋的碎片供應(yīng)到其中每個圓盤都具有桿和槽的內(nèi)環(huán)圖案和桿和槽的外環(huán)圖案的轉(zhuǎn)盤精制機中，使得內(nèi)環(huán)中的碎片纖維化(纖維分離)，以及在外環(huán)中使得所形成的纖維纖絲化。
可在主精制機正上游的一個完整裝置件中執(zhí)行壓榨拆散、脫水和稀釋，并且只在主精制機的一組相對旋轉(zhuǎn)的圓盤之間實現(xiàn)纖維化和纖絲化。
與相對于已知TMP制漿方法的能量關(guān)系相比，組合了拆散PSD和纖維化內(nèi)部板的新的、簡化的TMP精制方法示出了有效提高的TMP紙漿特性。
該方法改進了三種通用工藝TMP、RT和RTS的紙漿特性/能量關(guān)系。RT和RTS精制結(jié)構(gòu)是指低保持力和高壓力精制，通常在75psig和95psig之間，在標準精制機圓盤速度(RT)或較高圓盤速度(RTS)下操作。
在更高的精制壓力下提高了內(nèi)部精制區(qū)的纖維分離效率。在增加精制機圓盤速度的情況下進一步增加了纖維分離水平。
使用壓住(holdback)外環(huán)制造的熱機械紙漿與使用排出外環(huán)制造的紙漿相比較具有更高的總體強度特性。后一種結(jié)構(gòu)對于給定打漿度來說需要較少能量并且具有較低碎片含量。
對于給定打漿度，與控制TMP精制紙漿相比較，對于TMP、RT和RTS系列來說，使用與排出外部板相組合的本發(fā)明方法的比能節(jié)約分別為15％、22％和32％。
將本發(fā)明方法與亞硫酸氫鹽處理相組合提高了紙漿強度特性并且明顯增加了紙漿亮度。
高稀釋流有效地補償了退出MSD類型PSD的更高排出固體。稀釋/浸漬設(shè)備應(yīng)確保退出PSD的碎片的徹底滲透。一個選項是分裂稀釋策略，即，將稀釋物加入到MPSD排出裝置和內(nèi)精制機中。
在本文中，浸漬應(yīng)被理解為在壓縮剪力下與固體材料相關(guān)的物理性機構(gòu)。木片在蒸汽加壓螺桿裝置等中的浸漬，在沒有破壞晶界的情況下使得材料成為非結(jié)構(gòu)化，導(dǎo)致纖維的明顯但非完全的(例如，高達約30％)的軸向分離。主要的浸漬作用發(fā)生在螺紋之后的堵塞區(qū)中，但是一些初始浸漬可發(fā)生在堵塞區(qū)之前的螺紋部分中。在早期螺紋部分中堵塞區(qū)中的限制可在某種程度上增加壓縮和浸漬。
在浸漬螺桿裝置的出口處將浸漬液(水和/或化學物質(zhì))直接加入到膨脹區(qū)或腔室中以便于瞬時發(fā)生液體吸收到膨脹木結(jié)構(gòu)中。拆散的木片應(yīng)充分地浸透液體，從而使得精制稠度處于用于優(yōu)選紙漿的優(yōu)選范圍內(nèi)。當大量壓縮碎片被移除時所有或大部分液體吸收都發(fā)生在MPSD的排出口處。在替換實施例中，稀釋液體被分開，其中一些稀釋物處于MPSD螺桿排出口處而另一些稀釋物被引入到內(nèi)部和外部精制機環(huán)之間。當在MPSD螺桿排出口處觀察到過于飽和時后一種結(jié)構(gòu)是有用的，但是為了進一步優(yōu)化纖絲化精制加入稀釋物是有益的(在內(nèi)環(huán)之后)。
作為示例但非限制性的，塞管區(qū)中的稠度通常在58％到65％的范圍內(nèi)，而在浸漬/稀釋的膨脹區(qū)中，在約30％到55％的范圍內(nèi)。在從封鎖區(qū)的出口處，以及在進入到精制機帶狀供給器的入口處，材料通過BBV的封鎖區(qū)(所述區(qū)不是正常的完全密封因此在壓力方面與膨脹區(qū)相似)保持在該稠度范圍內(nèi)。當輸送到精制機供給裝置以便于引入到精制機板之間時，這是發(fā)生汽化的加壓環(huán)境，但是目標是最優(yōu)精制稠度，通常約為35％到55％。
在大多數(shù)情況中，外環(huán)(纖絲化)的操作區(qū)域中的桿/槽必須比內(nèi)環(huán)(纖維分離)的操作區(qū)域中的桿/槽細。為了制造機械紙漿纖維，必須首先對纖維進行纖維分離(從木結(jié)構(gòu)上分離)之后使其纖絲化(纖維壁材料的剝離)。本發(fā)明的主要特性在于內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域主要進行纖維分離而外環(huán)的操作區(qū)域主要進行纖絲化。本發(fā)明的一個顯著新穎特征是最大化了一個機器中這兩個機構(gòu)的分離并且通過這一點可相對于能量關(guān)系更有效地優(yōu)化纖維長度和紙漿特性。由于內(nèi)環(huán)中的纖維分離發(fā)生在較大的碎片上，因此相關(guān)的桿和槽的操作區(qū)域圖案不能太細。否則的話，碎片將不能充分地穿過內(nèi)環(huán)的槽并且被均勻地分布。作為從內(nèi)環(huán)中接收在外環(huán)供給區(qū)域中并且分布到外環(huán)操作區(qū)域的纖維分離材料較小，因此，外環(huán)操作區(qū)域中的桿和槽的圖案比內(nèi)環(huán)中的細。與傳統(tǒng)工藝相比較，本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，在內(nèi)環(huán)和外環(huán)中都可發(fā)生更均勻的分布(即，精制機板上的更高的纖維覆蓋率)。更好的供給意味著更好的供給穩(wěn)定性，這減小了精制機負荷擺動，從而有助于保持更統(tǒng)一的紙漿質(zhì)量。
本發(fā)明的重要優(yōu)點在于工藝的每個功能步驟下的停留時間的最小化。由于纖維材料的尺寸在每個步驟被充分地減小以使得操作壓力幾乎可瞬間將纖維加熱并軟化到所需水平，因此這是可能實現(xiàn)的?？烧J為所述工藝具有三個功能步驟(1)制造碎片、(2)所述所述碎片纖維分離、以及(3)纖絲化所述脫纖維材料。裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)實現(xiàn)從步驟(1)的MPSD排出裝置排出到精制機入口的最小化停留時間。精制機供給裝置(例如，帶狀供給機或側(cè)進料供給機)幾乎瞬時操作以便于啟動內(nèi)環(huán)中的步驟(2)。內(nèi)環(huán)設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)不受限制的材料穿過的停留時間。一些內(nèi)環(huán)設(shè)計可具有比其他內(nèi)環(huán)設(shè)計更長的滯留期以便于有效地脫纖維，但是凈停留時間仍少于在分離部件中執(zhí)行纖維化的情況。脫纖維材料幾乎瞬時傳到外環(huán)，在那里執(zhí)行步驟(3)。這里，停留時間也較低。外環(huán)中的實際停留時間將由被選擇得使得紙漿特性和能量消耗最優(yōu)化的板的設(shè)計指定。每個處理步驟下的該非常低(最小)的停留時間(此時實現(xiàn)了用于保持紙漿強度特性所需的纖維軟化)的優(yōu)點在于使得光學特性最優(yōu)化。
在我先前的國際申請PCT/052003/022057中所述的系統(tǒng)中，其中在輸送到主要的、初級精制機中之前在較小的成纖器精制機中使得碎片脫纖維，在纖維化(脫纖維)步驟中壓力將更低。在完全分離的精制機中壓力下的纖維化停留時間更長。由于低強度精制密度是柔和的，因此最好保持較低溫度以助于保持紙漿亮度。因此在分離纖維化精制機中對于保持纖維強度來說高溫既不必要也不期望。在本發(fā)明中，在同一個高壓精制機殼體中執(zhí)行脫纖維和纖絲化。在較高壓力和較低停留時間下所實現(xiàn)的纖維化(脫纖維)內(nèi)環(huán)中的精制強度仍舊是低的。與高壓(高溫)無關(guān)，這在亮度上沒有不利影響，這是由于停留時間如此短。這類似于美國專利No.5,776,305(RTS機構(gòu))中所述的在高溫下低預(yù)熱停留時間的令人驚訝的有益效果。
當在RTS系統(tǒng)中執(zhí)行本發(fā)明時，由于碎片在從MPSD正常傳輸?shù)骄茩C期間迅速變熱，因此不需要精制機供給裝置正上游的分離預(yù)熱傳輸機。從膨脹容積或腔室到旋轉(zhuǎn)圓盤的環(huán)境為精制機操作壓力，例如，對于RTS為75到95psig，并且在MPSD與精制機之間的傳輸期間在相應(yīng)飽和溫度下的“停留時間”最好在10秒鐘以下，最好在2-5秒鐘的范圍內(nèi)，相當于優(yōu)選的低停留/高壓力精制預(yù)熱停留時間。
通常，在每個處理步驟下以最少時間實現(xiàn)質(zhì)量TMP紙漿的能量效率生產(chǎn)的工藝優(yōu)點具有使得用于執(zhí)行所述工藝的裝置的部件、空間、和成本需求最小化的必然優(yōu)點。依照本發(fā)明的至少一些方面，幾乎任何安裝TMP、RT-TMP、或RTS-TMP系統(tǒng)都可被升級，而無需在制造中增加設(shè)備面積。


圖1是示出了本發(fā)明一個實施例的TMP精制機系統(tǒng)的示意圖；圖2A和B是示出了適合于與本發(fā)明結(jié)合使用的具有稀釋注入特征的浸漬加壓螺桿的替換實施例的示意圖；圖3是精制機圓盤板的一部分的示意圖，示出了內(nèi)部成纖器環(huán)和截然不同的外部纖絲化環(huán)；圖4A和B示出了示范性的、分別用于轉(zhuǎn)子和定子的具有成角度的桿和槽的纖維化環(huán)對；圖5示出了在過渡區(qū)域處內(nèi)部的纖維化環(huán)對與外部的纖維化環(huán)對的關(guān)系；圖6A和B示出了另一個示范性的具有主要徑向的桿和槽的纖維化環(huán)對；圖7A和B分別以前視圖和側(cè)視圖示出了示范性的外部纖絲化環(huán)，而圖7C、D和E分別示出了橫切外部、中間和內(nèi)部區(qū)域中的桿和槽的截面圖；圖8A、B和C分別以前視圖和截面圖示出了另一個示范性的外部纖絲化環(huán)；圖8D分別示出了用于轉(zhuǎn)盤的具有彎曲的供給桿的外環(huán)的側(cè)視圖和前視圖；圖8E分別示出了將與圖8D的外環(huán)結(jié)合使用的用于定子的示范性相對外環(huán)的側(cè)視圖和前視圖；圖9是用在實驗室試驗中以模制和獲得內(nèi)部纖維化板的操作特性的測量結(jié)果的板的示意圖；圖10是用在實驗室試驗中以模制和獲得內(nèi)部纖維化板的操作特性的測量結(jié)果的板的示意圖；和圖11-18示出了用于達到本發(fā)明研究方面的各種精制機系列測試的紙漿特性結(jié)果。
優(yōu)選實施例的描述1.綜述圖1示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例所涉及的TMP精制機系統(tǒng)10。標準大氣入口塞螺桿供給器12在大氣壓力P1＝0psig下從源S中接收預(yù)蒸煮(presteamed)(軟化)碎片并且在壓力P2＝0psig下將預(yù)蒸煮的木片輸送到蒸汽管14，在蒸汽管14中碎片在壓力P3下被暴露于飽和蒸汽的環(huán)境下。取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，壓力P3可在從大氣壓到大約15psig或從15psig到大約25psig的范圍內(nèi)，其中保持時間在幾秒到若干分鐘。碎片被輸送到浸漬加壓螺塞排出裝置(MPSD)16。
浸漬加壓螺塞排出裝置16在大約從5psig到25psig的范圍內(nèi)的壓力P4下具有入口端18，用于接收蒸煮碎片。最好，MPSD16具有與蒸汽管14中的壓力P3相同的入口壓力P4。MPSD具有用于在高機械壓力下在飽和蒸汽的環(huán)境下使得碎片經(jīng)受脫水和浸漬的操作區(qū)域20，以及浸漬、脫水和壓縮的碎片作為經(jīng)調(diào)整處理的碎片在壓力P5下被排出到膨脹區(qū)或腔室的排出端22，其中在壓力P5下經(jīng)調(diào)整處理的碎片膨脹。噴嘴或相似裝置被提供得用于將浸漬液和稀釋水引入到螺桿裝置的排出端中，稀釋水借此滲透膨脹的碎片并且與所述碎片一起在進料管24中形成具有30％到55％固體稠度的精制機供給材料?；蛘?，尤其是如果除稀釋以外不需要浸漬的話，可在與MSD相連接但不必與其整體形成的稀釋腔室中實現(xiàn)稀釋。在這方面，碎片的浸漬或拆散是指軸向纖維分離超過大約20％，但是沒有纖絲化。
高稠度主精制機26在保持在壓力Ps下的殼體28中具有相對旋轉(zhuǎn)的圓盤，每個圓盤上都具有工作板，所述工作板被布置在面對面的同軸關(guān)系中從而限定了基本從圓盤的內(nèi)徑徑向向外延伸到圓盤的外徑這樣一個空間。每個板都具有徑向內(nèi)環(huán)和徑向外環(huán)，每個環(huán)都具有交替的桿和槽的圖案。內(nèi)環(huán)上的圖案具有較大的桿和槽而外環(huán)上的圖案具有較小的桿和槽。諸如帶式供給機的精制機供給裝置從與MPSD(直接或通過中間緩沖翼片)相聯(lián)系的稀釋區(qū)域中接收供給材料并且在壓力P6下將材料輸送到基本為圓盤內(nèi)徑處的圓盤之間的空間中。如稍后將詳細描述的，內(nèi)環(huán)完成碎片材料的纖維化(脫纖維)而外環(huán)使得所述纖維纖絲化。
精制機可為單圓盤精制機(一個旋轉(zhuǎn)的板面對固定的定子板)、雙圓盤精制機(相對的反向旋轉(zhuǎn)圓盤)、或可從Andritz Inc.，MuncyPa購買到的成對圓盤精制機，其中中心定子在兩側(cè)上都具有板，并且目測都面對一個轉(zhuǎn)盤。用于雙圓盤或成對圓盤的供給裝置將有些不同于用于單圓盤精制機的供給裝置，如努力的相關(guān)領(lǐng)域中已知的。
所述系統(tǒng)可被改裝到(1)典型TMP、(2)RT-TMP或(3)RTS-TMP的三個核心工藝的任意一個中。在典型TMP中，第一PSF12或回轉(zhuǎn)閥保持蒸汽管中的上游大氣條件與高壓之間的分離，所述蒸汽管用作大約0-30psig壓力范圍中的預(yù)熱器，通常保留時間為30秒鐘到180秒鐘。按照本發(fā)明，蒸汽管的排出口處的第二PSF(通常稱之為螺塞排出裝置或PSD)由RTPressafiner(浸漬加壓螺塞排出裝置＝MPSD)螺桿裝置。在RT-TMP和RTS-TMP結(jié)構(gòu)中，第一PSF或回轉(zhuǎn)閥基本用作相同的目的并且蒸汽管可在0-30psig范圍內(nèi)操作。在所有結(jié)構(gòu)中，第一PSF不必為用于在大氣條件(0psig)下操作MPSD(RTPressafiner)入口的壓榨機。應(yīng)該注意的是，失去了當在地區(qū)條件下操作時在RTPressafiner預(yù)處理期間增壓入口的益處，當使用非結(jié)構(gòu)化類型的PSD螺桿處理軟木時這可導(dǎo)致纖維損壞。當例如處理硬木時大氣條件可為令人滿意的，所述硬木具有以其為起點的更短的纖維長度。當在MPSD入口處未執(zhí)行加壓預(yù)蒸煮時典型TMP工藝被稱作PRMP。之后從MPSD(RTPressafiner)排出的材料排出到更高溫度的精制環(huán)境中。在RT-或RTS-條件下，精制環(huán)境處于對應(yīng)于精制機中高壓(高于75psig，對應(yīng)于大大高于木質(zhì)素轉(zhuǎn)變溫度Tg的溫度)的較高溫度下。在本實施例中，在輸送到圓盤中之前材料高于Tg的總時間應(yīng)小于15秒鐘，最好小于5秒鐘。
在下表中進行了概括在三個改裝實施例中的本發(fā)明系統(tǒng)條件

圖2A和B是示出了適合于與本發(fā)明結(jié)合使用的具有稀釋注入特征的浸漬加壓螺桿16的示意圖。依照圖2A的實施例，其中示出了碎片材料32處于操作區(qū)域20的中心、脫水部分中，這里穿孔管狀壁34、可旋轉(zhuǎn)的同軸軸36以及螺紋(flight)38的直徑是恒定的。碎片塞40被形成在操作區(qū)域的塞部分中恰好位于脫水部分的后面，這里壁是無孔的并且軸沒有螺紋但是軸直徑基本上增加，產(chǎn)生窄流動截面以及高背壓，所述高背壓增強了通過形成在中央部分的壁中的排出口液體從碎片中的擠出。可使用無孔壁中的管壓縮插入物(未示出)或從所述壁中突出到塞緊的材料中的剛性銷等(未示出)進一步增強或調(diào)節(jié)收縮的流動和浸漬效果。所述塞在通常為1000psi到3000psi或更高的范圍內(nèi)的機械壓力下被高度壓縮。在所述塞中發(fā)生大部分(如果不是全部的話)浸漬。碎片基本完全被拆散，其中部分纖維分離超過了20％(通常接近30％或更高)。
在塞的端部處，MPSD的排出端22具有限定在向外擴張的壁42和面對面的倒流閥46的間隔錐形表面44之間的增加的橫截面積。倒流閥46可從嵌套在MPSD軸36端部處的錐形槽48中的停止位置軸向調(diào)節(jié)到最大內(nèi)縮位置。這調(diào)節(jié)了膨脹區(qū)或容積50的流動面積同時通過靠著擴張壁外端的閥之間的碎片材料保持了密封52的和緩度，這可響應(yīng)于供給管24與MPSD16之間的瞬變壓力差被控制。
在膨脹區(qū)50中，浸漬液體在高溫下通過多個壓力管54和相關(guān)噴嘴(未示出)或者通過加壓圓環(huán)被供給。進入到膨脹區(qū)50中的脫水碎片快速吸收浸漬液體并且膨脹，有助于在膨脹區(qū)的端部處形成弱密封區(qū)。
圖2B示出了替換實施例，其中通過在錐形倒流閥的表面中提供流體流動開口56實現(xiàn)膨脹區(qū)50中的浸漬，所述浸漬液體通過倒流閥的軸經(jīng)由高壓管被供應(yīng)。
供給管24最好是用于將來自于MPSD16的稀釋碎片引入混合于精制機的供給裝置30中的豎直落差管。然而，應(yīng)該理解的是，供給管24中的壓力Ps為與供給裝置30和精制機殼體28中相同的壓力。在供給裝置30和精制機殼體28之間可預(yù)期小增壓或壓降，通常在TMP的領(lǐng)域中是這樣的。無論如何，從MPSD后面到精制機殼體的整個區(qū)域的壓力通常最好在30psig以上，通常在45psig以上，這遠高于加壓螺桿排出裝置入口蒸汽壓力P4。然而，塞40被如此機械壓縮，即，甚至在管壓力高至95psig或更高時，由于未壓縮狀態(tài)下纖維中氣孔的膨脹，壓縮塞也將在膨脹區(qū)中迅速膨脹。因此可理解的是，在有助于膨脹容積的有效性方面，供給管可用作膨脹腔室。該領(lǐng)域中的從業(yè)者可容易地修正膨脹區(qū)和供給管的設(shè)計和關(guān)系，以使得膨脹和稀釋主要發(fā)生在連接于MPSD但不與之整體形成的指定膨脹腔室中。
圖3是精制機圓盤板100的一部分的示意圖，示出了內(nèi)部成纖器環(huán)102和外部纖絲化環(huán)104。每個環(huán)都可為可附于圓盤的截然不同的板元件，或者所述環(huán)可被整體形成在可附于圓盤的共同基底上。每個環(huán)都具有內(nèi)部供給區(qū)域106、108和外部操作區(qū)域110、112。內(nèi)環(huán)的操作(脫纖維)區(qū)域都由交替的桿114和槽116的第一圖案限定，而外環(huán)的供給區(qū)域都由交替的桿118和槽120的第二圖案限定。內(nèi)環(huán)的供給器區(qū)域106中的非常粗的桿122和槽124將先前拆散的碎片材料指引到較細的桿和槽的脫纖維區(qū)域110中。之后纖維化材料在轉(zhuǎn)換環(huán)面126中和上面相混合，在那里它進入到外環(huán)的供給區(qū)域108中。通常，內(nèi)環(huán)上的操作區(qū)域110上的第一圖案具有比外環(huán)上的供給區(qū)域108上的第二圖案的槽更窄的槽。外環(huán)的操作(纖絲化)區(qū)域112具有桿128和槽130的圖案，其中槽130比內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域110的槽116窄。
在一個圓盤上的內(nèi)環(huán)的供給區(qū)域106的粗桿和槽可與不具有桿和槽的相對圓盤上的供給區(qū)域并列，只要供給流徑的形狀容易地將供給材料從帶狀供給裝置指引到相對內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域中就可以。因此，每個內(nèi)環(huán)102都將具有具有交替桿和槽114、116圖案的外部、纖維化區(qū)域110但是相關(guān)的內(nèi)部區(qū)域106將不必具有桿和槽的圖案。以TMP精制機中用于“精制區(qū)”的公知的方式，纖絲化環(huán)104的外部區(qū)域112可具有多個徑向排列區(qū)，諸如132、134，和/或多個不同但橫向交錯的領(lǐng)域，諸如136、138。在圖3中，外環(huán)104具有交替桿和槽的內(nèi)部、供給區(qū)域108，并且操作區(qū)域112具有在區(qū)域132中作為橫向重復(fù)的梯形出現(xiàn)的交替的桿128和槽130的第一圖案，以及在延伸到板的圓周144的區(qū)域134中作為橫向重復(fù)的梯形出現(xiàn)的交替的桿140和槽142的另一個圖案。
內(nèi)環(huán)102和外環(huán)104之間的環(huán)形空間126可完全清除，或者如圖3中所示的，一些桿(諸如外環(huán)供給區(qū)域108中的146)可延伸到該環(huán)形空間中。環(huán)形空間126勾畫了內(nèi)環(huán)和外環(huán)的徑向尺寸，從而內(nèi)環(huán)102的徑向?qū)挾刃∮谕猸h(huán)104的徑向?qū)挾?，最好小于從?nèi)環(huán)102的內(nèi)緣148到外環(huán)104的圍緣144的板的總半徑的大約35％。另外，內(nèi)環(huán)102的供給區(qū)域106的徑向?qū)挾却笥趦?nèi)環(huán)的操作區(qū)域110的徑向?qū)挾?，而?nèi)環(huán)104中的供給區(qū)域108的徑向?qū)挾刃∮诓僮鲄^(qū)域112的徑向?qū)挾取?br> 出于便利，上面參照圖3所述的類型的板將被稱作“RTF”板。拆散并部分脫纖維的碎片材料進入到其中不會發(fā)生進一步脫纖維的內(nèi)部供給區(qū)域106中，但是所述材料被供給到操作區(qū)域110中，其中桿和槽114、116的能量效率低強度作用基本使得所有材料脫纖維。所述板可有利地用作精制機系統(tǒng)中的置換板，它們可能不具有相關(guān)的加壓浸漬排出裝置。在存在MPSD的情況下，完全拆散并部分脫纖維連同精制機上游的高熱的組合允許板設(shè)計者使得用于完成纖維分離的內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域110中的徑向?qū)挾群湍芰渴褂米钚』U和槽114、116的圖案和操作區(qū)域110的寬度可隨著強度和停留時間的變化而變化。甚至在少于理想上游拆散和部分脫纖維的情況下，板設(shè)計者也可增加內(nèi)部操作區(qū)域110的徑向?qū)挾炔⑶疫x擇稍微保留材料以便于增強操作的圖案，同時對于給定質(zhì)量的原漿來說，仍然實現(xiàn)縮短的高密度外環(huán)112中令人滿意的纖絲化和總體能量節(jié)約。而且，本發(fā)明不排除這種情況，即，通過RTF板，在外環(huán)104中可能發(fā)生一些脫纖維，或在內(nèi)環(huán)102中可能發(fā)生一些纖絲化。
圖3中所示的復(fù)合板僅是表示法。圖4和圖6示出了用于內(nèi)環(huán)的其他可行區(qū)域。圖4A示出了一個內(nèi)環(huán)150A而圖4B示出了相對的內(nèi)環(huán)150B。圖5示出了的并列的相對內(nèi)環(huán)150A和150B的示意圖，其中相關(guān)外環(huán)152A和152B的部分被安裝在精制機中。內(nèi)環(huán)的供給間隙154最好是彎曲的，以便于將從軸向傳輸方向的圓盤的“孔眼”處接收的供給材料朝向內(nèi)環(huán)的徑向操作間隙156改變方向。最好，供給器桿(非常粗的桿)被隔開得大于供給中的材料的尺寸。例如，限定碎片(碎片厚度)的三種尺寸中最小的一個通常為3-5.mm。這可避免劇烈撞擊，所述劇烈撞擊會導(dǎo)致木基質(zhì)中的纖維損壞。在大多數(shù)情況中，操作期間的最小間隙應(yīng)為5mm。粗供給器桿具有向內(nèi)環(huán)的外部部分供以適當供料分配的唯一功能并且不應(yīng)在碎片上起作用，供給器桿被設(shè)在轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上，但是不是絕對必須設(shè)在定子內(nèi)環(huán)上。
在圖4的實施例中，內(nèi)環(huán)中的桿和槽相對于半徑成角度，從而如果向左側(cè)旋轉(zhuǎn)的話壓住內(nèi)環(huán)中的自由離心流動并且增加停留時間，而如果向右側(cè)旋轉(zhuǎn)的話加速流動。在圖6的實施例中，內(nèi)環(huán)162A和162B具有既不會抑制也不會增強離心流動的基本徑向的定向。如圖3和圖5中所示的，脫纖維區(qū)域入口處的桿，例如內(nèi)環(huán)的外部區(qū)域具有長刻槽164，或者逐漸楔入的封閉形狀。通常，朝向內(nèi)環(huán)之間的纖維化間隙156的入口是徑向的或近似于徑向的(沒有明顯的離散轉(zhuǎn)換)。這也可避免對于木片上的強撞擊。在15-50mm的徑向距離上所述刻槽的斜度通常應(yīng)為5mm的落差高度。所獲得的斜度為1∶5到1∶10，但是在3到10的落差高度下1∶3到1∶15的斜度也是可取的。與在緊密隙下操作的傳統(tǒng)刀輪的高強度沖擊相對，是楔形限定了碎片的低強度“剝離”。內(nèi)部板的操作區(qū)域中的操作間隙156可約為1.5-4.0mm，并且可向外逐漸變窄。如果刻槽164處于角度的較低范圍(例如，1∶3)的話，那么應(yīng)使用大間隙156的錐度，例如，至少1∶40。這將易于向更緊密的間隙中供料。
當外環(huán)出于標準操作間隙處時短操作區(qū)域110應(yīng)在3和5mm之間的間隙下操作。外環(huán)入口處的間隙158應(yīng)略大于內(nèi)環(huán)外部處的間隙。內(nèi)環(huán)的外部部分最好被磨以錐度，取決于應(yīng)用，其范圍從平坦到大約2度。更大的錐度和更大的操作間隙將減小在內(nèi)環(huán)中的操作量。內(nèi)環(huán)的外部區(qū)域的結(jié)構(gòu)是這樣的，即，它應(yīng)使得供給材料上的最小化，以便于將纖維長度保持在最大，同時適當?shù)胤蛛x纖維。
纖維化區(qū)域110中的槽寬度應(yīng)小于小木塊，最好大約為纖維化區(qū)域的最小操作間隙。通常，不會由槽寬于4mm。這確保了小木塊將在間隙中被處理而不是被楔在桿之間并且被相對圓盤的桿撞擊。
在纖維化內(nèi)部區(qū)域110(或單片精制機板的板入口)中，在穿過環(huán)形空間160并且進入到外環(huán)104之前，碎片被還原為纖維和纖維束。所述環(huán)可類似于已知高稠度精制機板結(jié)構(gòu)。當纖維被大部分分離時，它們將不再經(jīng)受高強度沖擊?？蓮膱D3和圖5中看出的是，如果未處理的碎片可進入外環(huán)的供給器區(qū)域108的話，當碎片被楔入在兩個粗桿118、120之間時它們將經(jīng)受高強度沖擊。如果碎片在纖維內(nèi)環(huán)102中被適當?shù)胤珠_的話，那么就不再有大塊留下，因此它們不能經(jīng)受這種類型的作用。
也可在所謂的“錐形圓盤”中執(zhí)行內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的功能性的劃分，它具有平坦初始精制區(qū)，之后是相同精制機中的錐形精制區(qū)。在這種情況下，本發(fā)明纖維化環(huán)將用平坦精制區(qū)代替，之后將為錐形部分中的傳統(tǒng)“主板”精制。通常，用于所述精制機的錐形部分具有30或45度的角度錐體，例如，它與圓錐形表面的角度為15或22.5度。在1981年8月11日所申請的美國專利No.4,283,016中描述了這樣一種錐形盤精制機的示例。因此，當用在本文中時，“圓盤”包括錐形盤，而“基本徑向”包括錐形精制機的通常向外定向但是成角度的間隙。
內(nèi)環(huán)的外部區(qū)域的入口具有徑向過渡部分，或接近于徑向。當大于間隙的塊被迅速地迫入到間隙中時，研磨表面開始的徑向位置中的大改變通常導(dǎo)致纖維長度的損失。在區(qū)域的開始處具有長刻槽(越長越好)，所供給的材料的尺寸將逐漸減小直到小(粗度減小)得足以進入到工作面所形成的間隙。內(nèi)環(huán)的外部區(qū)域的槽寬度必須足夠窄以防止較大的無支承的纖維顆粒進入到槽中之后被迫入到間隙中，從而導(dǎo)致纖維切斷。通常，槽寬度應(yīng)不寬于研磨表面入口處的間隙。為了增加操作效率和/或增加內(nèi)部板中的能量輸入，可使用表面下?lián)醢寤虮砻鎿醢濉?br> 在圖7和圖8中示出了外部、纖絲化環(huán)的兩個實施例。它們可具有從高密度到非常低密度的范圍。為了示出其概念，圖7是高密度定向外環(huán)166的典型示例。圖8示出了非常低密度的雙定向設(shè)計182?？墒褂酶鞣N其他桿/槽結(jié)構(gòu)，諸如具有可變節(jié)距的(見美國專利No.5,893,525)。
定向環(huán)166較粗并且具有正向供給區(qū)域172，這減小了所述區(qū)域中的停留時間和能量輸入能力，迫使更多的能量被供應(yīng)到所述環(huán)的外部部分中，這轉(zhuǎn)而增加了施加于其上的勞動強度，從而將在更緊密的間隙下操作。外環(huán)的操作區(qū)域具有兩個區(qū)域168、170，其外部區(qū)域168具有比前面的區(qū)域170更細的槽。一些或全部槽(諸如區(qū)域168中的176)可限定與所述環(huán)的實際半徑略成角度的專用溝道，而其他槽(諸如另一個區(qū)域170中的180)可具有表面或表面下?lián)醢?74、178?？傊?，外環(huán)166與圖3的外環(huán)112相似。
作為另一個示例，圖8的可變節(jié)距圖案182具有主要徑向溝道，而沒有任何離心供給角度。供給區(qū)域190非常短，并且操作區(qū)域188可具有均勻或交替的槽寬度，或如184和186處所示的，具有交替或可變的槽寬度。這容許板中的更長的停留時間，并且與大量的桿交叉口相組合，容許低強度的能量轉(zhuǎn)換，這導(dǎo)致更大的板間隙。
在外環(huán)的變化中，外環(huán)的內(nèi)部供給區(qū)域被設(shè)計得防止纖維從外環(huán)處回流到內(nèi)環(huán)。圖8D示出了轉(zhuǎn)盤的外環(huán)192，具有具有彎曲供給桿195的供給區(qū)域194。圖8E中所示的相對定子環(huán)196在內(nèi)部供給區(qū)域中不具有與彎曲桿相對的桿，從而將相對的彎曲供給桿195容納在外環(huán)192上。這樣一種方法還確保了分別處于內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的脫纖維步驟和纖絲化步驟之間的完全分離。
如圖中所示的，在轉(zhuǎn)子和/或定子環(huán)的供給區(qū)域中(諸如棱錐和相對的徑向桿)，彎曲供給(注射器)桿195可隨意地具有其他結(jié)構(gòu)，以助于將材料從彎曲桿分配到操作區(qū)域中。因此，轉(zhuǎn)子的供給區(qū)域194的徑向伸長的表面可完全或部分地由突出的彎曲桿195占據(jù)，并且定子的供給區(qū)域198的徑向伸長的表面可整個為平坦的，或部分由分配結(jié)構(gòu)占據(jù)。轉(zhuǎn)子環(huán)的彎曲桿195在供給區(qū)域194中突出大于操作區(qū)域中的桿高度的距離，但是供給區(qū)域198中的相對表面的平坦性調(diào)節(jié)該較大高度。
通常，內(nèi)環(huán)的整個操作區(qū)域上的桿和槽的圖案具有第一平均(最好是均勻的)密度而外環(huán)的整個供給區(qū)域上的桿和槽的圖案具有第二平均(最好是均勻但較低)的密度。
2.實驗工廠實驗室體會因此纖維化內(nèi)環(huán)和高效外環(huán)的組合是該工藝的重要部分。通過在兩個步驟中運行Andritz加壓36-1CP單圓盤精制機而執(zhí)行該工藝的最優(yōu)化，首先只使用內(nèi)部板，之后只使用外部板。使用具有外部中間區(qū)和整個外部區(qū)碾出的專用Durametal D14 B002三區(qū)精制機板作為內(nèi)部板(見圖9)。中間區(qū)域的內(nèi)部用于纖維化拆散的木片。在供給(排出)和保持(抑制)精制結(jié)構(gòu)中使用Durametal 36604定向精制機板作為外部板(見圖10)。
使用精制機內(nèi)部板形成了三個精制結(jié)構(gòu)以便于模擬以下工藝變化1.RT[2-3sec停留(i)85psig，1800rpm]ii)見數(shù)據(jù)表A1。
2.RTS[2-3sec停留(i)85psig，2300rpm]ii)見數(shù)據(jù)表A23.TMP[2-3sec停留(i)50psig，1800rpm]iii)見數(shù)據(jù)表A3。
i)從PSD排出到精制機入口的停留。
ii)蒸汽管壓力＝5psi，停留＝30秒。
iii)蒸汽管壓力＝20psi，停留＝3分鐘。
用于表示MPSD拆散和纖維化內(nèi)部板組合的前綴為f-。因此用于前述結(jié)構(gòu)的名稱為1)f-RT2)f-RTS3)f-TMP之后在相似的各個壓力條件和精制機速度下使用精制機外部板精制纖維化(f)材料，即1)f-RT外部板85psig，1800rpm2)f-RTS外部板85psig，2300rpm3)f-TMP外部板50psig，1800rpm在精制機外部板運行期間施加大部分比能被供應(yīng)。在該研究中在外部板運行期間評價精制機板定向(排出和抑制)和施加功率的不同條件。
接著在所施加的三級比能下在次級大氣Andritz401精制機中精制每種初級精制紙漿。
在PMSD中在沒有木片的拆散的情況下也產(chǎn)生了控制TMP系列。這是通過將內(nèi)部控制運行的生產(chǎn)速度從24.10 DMTPD降低到9.40 DMTPD而實現(xiàn)的。這有效地減少了PMSD中碎片的堵塞。在控制內(nèi)部運行期間使得所述板后退以使得可僅使用刀輪執(zhí)行尺寸減小。即，在刀輪后面沒有精制機纖維化桿的有效精制操作。之后使用外部板在36-1CP精制機中精制內(nèi)部碎片。之后在幾級比能下在Andritz401精制機中精制初級精制紙漿。
TABLE A示出了該試驗研究中產(chǎn)生的每種精制機系列的名稱。也示出了相應(yīng)的樣品標識。
表A

名稱*＝工藝，1ry精制機速度(1800rpm或2300rpm)，1ry外部結(jié)構(gòu)(ex或hb)，1ry精制打漿度**由于初級精制機打漿度太高因此不好。
通過抑制下的初級外部板所生產(chǎn)的精制機系列具有比使用排出外部板所生產(chǎn)的相應(yīng)系列更大的板間隙和更高的長纖維含量。這允許將壓住系列精制為較低初級打漿度同時保持紙漿的長纖維含量。
圖11-18示出了該研究中所產(chǎn)生的大部分精制機系列的紙漿特性結(jié)果。由于密集因此從圖中排除了在非常低的初級打漿度下(＜500ml)所產(chǎn)生的兩個系列。
圖11.打漿度對比能控制TMP系列對于給定打漿度具有最高的比能要求。f-TMP系列具有第二高的比能要求，之后是f-RT系列。f-RTS系列對于給定打漿度具有最低的比能要求。
TABLE B比較150ml的打漿度下每個圖示精制機系列的比能要求。其結(jié)果來自于直線性內(nèi)插法。
表B.150ml下的比能

*通過外推法對于150ml的打漿度，f-RTS 2300ex系列(纖維化、RTS和高強度板的組合)具有比控制TMP系列低32％的能量要求。對于150ml的打漿度，f-RT 1800hb和f-RT1800ex系列分別具有比控制TMP系列低18％和22％的能量要求。f-TMP hb和f-TMPex系列分別具有比控制TMP系列低10％和15％的能量要求。其結(jié)果示出了改造/更換PSD和精制機板可在存在TMP系統(tǒng)的投資方面產(chǎn)生實質(zhì)性的恢復(fù)。
圖12.抗拉系數(shù)對比能f-RTS系列紙漿在給定施加的比能下具有最高的抗拉系數(shù)，之后是f-RT系列而后是f-TMP系列?？刂苀-TMP系列紙漿在給定施加的比能下具有最低的抗拉系數(shù)。
相對于沒有化學處理的相應(yīng)系列來說，為PSD添加大約3％的亞硫酸氫鈉(NaHSO3)增加了抗拉系數(shù)。
通過具有3.1％NaHSO3和1754kWh/ODMT的應(yīng)用，f-RTS 2300ex(3.1％NaHSO3)系列獲得了52.5Nm/g的抗拉系數(shù)。
圖13.抗拉系數(shù)對打漿度未化學處理的系列存在兩條抗拉系數(shù)結(jié)果的線。較低的線表示使用壓住外部板所產(chǎn)生的系列。使用壓住外部板在抗拉系數(shù)方面的平均增加大約為10％。應(yīng)該注意的是，由于纖維化A3材料的缺點，在該試驗中未執(zhí)行f-RTShb系列。
亞硫酸氫鹽處理系列向f-RT ex系列和f-RTS ex系列添加約3％的亞硫酸氫鹽將抗拉系數(shù)升高到與抑制紙漿相似或更高的水平。
TABLE C在150ml的打漿度下比較每個精制機系列。內(nèi)插法中所使用的回歸方程式包含在圖13中。
表C.150ml下的抗拉系數(shù)

*通過外推法圖14.破損系數(shù)比打漿度使用壓住外部板所產(chǎn)生的精制機系列具有最高的破損系數(shù)和長纖維含量。
TABLE D在150ml的打漿度下比較精制機系列。使用直線性內(nèi)插法獲得了破損系數(shù)值。
表D.150ml下的破損系數(shù)

*通過外推法f-RThb紙漿具有最高的破損系數(shù)。f-RTex和f-RTSex紙漿具有類似的破損系數(shù)結(jié)果。
圖15.破裂系數(shù)比打漿度使用壓住外部板所產(chǎn)生的f-RT1800hb和f-TMPhb系列在給定的打漿度下具有最高的破裂系數(shù)。使用排出外部板、f-RT1800ex、f-TMPex、f-RTS2300ex系列在給定的打漿度下具有較低的破裂系數(shù)。
添加約3％的亞硫酸氫鹽將使用排出外部板所產(chǎn)生的系列的破裂系數(shù)升高到與壓住外部板所傳輸?shù)轿椿瘜W處理的系列相似的水平。
TABLE E相對于150ml的打漿度比較以內(nèi)插值替換的破裂系數(shù)結(jié)果。
表E.150ml下的破裂系數(shù)

*通過外推法圖16.碎片含量比打漿度控制TMP紙漿具有最高的碎片含量水平。使用排出外部板所產(chǎn)生的精制機系列具有比通過壓住外部板所產(chǎn)生的相應(yīng)系列低的碎片含量水平?？汕宄闯龅氖?，f-預(yù)處理有助于減小碎片含量。
TABLE F相對于150ml的打漿度比較以內(nèi)插值替換的每個精制機系列的碎片含量水平。
表F.150ml下的碎片含量

*通過外推法通過或不通過亞硫酸氫鹽添加產(chǎn)生的f-RTS ex系列具有最低的碎片含量水平。亞硫酸氫鹽的添加降低了碎片含量。
圖17.散射系數(shù)比打漿度使用排出外部板所產(chǎn)生的精制機系列具有最高的散射系數(shù)水平。
TABLE G示出了150ml的打漿度下每個系列的散射系數(shù)結(jié)果。
表G.散射系數(shù)比打漿度

*通過外推法大約3％的亞硫酸氫鹽的添加將散射系數(shù)減小了大約1-3m2/kg。
圖18.亮度比打漿度所有的f-系列都具有比控制TMP紙漿高的亮度。
TABLE H相對于150ml的打漿度比較以內(nèi)插值替換的每個精制機系列。
表H.150ml下的ISO亮度

*通過外推法f-TMP系列具有比控制TMP系列高大約2％的亮度。從f-預(yù)處理的高壓縮PSD部件中大量去除抽提物更可有助于亮度增加。
f-RTS系列具有最高亮度(52.8)，之后是f-RT系列(平均＝51.7)，之后是f-TMP系列(平均＝49.2)。
大約3％的亞硫酸氫鹽的添加明顯增加了亮度，其中f-TMPBex系列增加到了高達59.1。
3.在內(nèi)部區(qū)精制期間比較脫纖維條件TABLE I比較內(nèi)部板下的纖維化特性。如前面所述的，執(zhí)行三個精制機游程A1、A2和A3以模擬f-RT、f-RTS和f-TMP結(jié)構(gòu)。這些內(nèi)環(huán)中的每個都被供以來自于PSD的拆散的碎片。
表I內(nèi)部板下的纖維化特性

可清楚的是，在內(nèi)部區(qū)精制期間工藝條件在脫纖維效果上具有主要影響。在較高壓力下精制的拆散碎片(A1、A2)與在典型TMP壓力下(50psi)的精制相比較具有較低碎片含量(更多脫纖維的纖維)。在較高壓力下脫纖維所需的能量也較低。當組合高壓力與高速度(A2)時獲得了最高的脫纖維水平。
A2(f-RTS)材料證明了最高的纖維分離，之后是A1(f-RT)材料。A3(f-TMP)無疑是最粗糙的纖維化樣品。
應(yīng)該注意的是，由于內(nèi)部板為雙定向的，因此在內(nèi)部精制運行期間桿的方向性不是要素。
脫纖維的能量隨壓力的增加而減小。當在傳統(tǒng)條件下脫纖維時能量損失較大。例如，與在85psig下精制相比較，在50psig的壓力下，當產(chǎn)生相同碎片水平的纖維化材料時，將需要大大超過100kWh/MT的輔助比能要求。
4.實驗室工作程序來自于威斯康星州的白云杉碎片用于這些示例。在TABLE II中示出了云杉碎片的材料標識、固體含量和堆集密度。
最初，利用具有外部區(qū)和中間區(qū)被碾出的板圖案D14 B002在36-1CP加壓可變速度精制機上執(zhí)行若干游程。在0.4bar、5.87bar精制機殼體壓力下通過蒸汽管中30秒鐘預(yù)蒸煮停留以及1800rpm加工速度下產(chǎn)生第一游程A1。對于A2，加工速度增加到2300rpm。在1.38bar、3.45bar精制機殼體壓力下通過3分鐘預(yù)蒸煮停留以及1800rpm精制機圓盤速度下產(chǎn)生A3游程。除生產(chǎn)率從24.10DMTPD被減小到9.40DMTPD以便于避免在供給到精制機中之前碎片被拆散，也在與A3相似的條件下執(zhí)行游程A3-1。該游程的板間隙也被增加以便于消除中間桿區(qū)的任何有效作用，以使得碎片只接受刀輪處理。由于碎片接收刀輪處理不僅僅是纖維化形式的，因此不可能在樣品A1-1上執(zhí)行纖維質(zhì)量分析；因此碎片或Bauer McNett分析是不適用的。
這些紙漿中的每種都用于制造附加系列。在A1材料上執(zhí)行六個系列。外部板(Durametal 36604)被安裝在36-1CP精制機中以便于模擬精制的外部區(qū)。所有這六個初級外部區(qū)游程都在5.87bar的殼體壓力下以及在1800rpm的圓盤速度下被精制。這些游程的工藝名稱為RT。亞硫酸氫鈉液體被加入到A17中，導(dǎo)致2.8％NaHSO3的化學加料(在O.D.木基上)。在每種系列上產(chǎn)生三個次級精制機游程。
在A2材料上產(chǎn)生兩個系列。在5.87bar精制機殼體壓力下以及在2300rpm的加工速度下制造36-1CP外部區(qū)游程(A19和A20)。這些游程的工藝名稱為RTS。亞硫酸氫鈉液體被加入到A20中(3.1％NaHSO3)。在每種系列上再產(chǎn)生三個次級精制機游程。
在A3材料上也產(chǎn)生若干系列。每個都在3.45bar精制機殼體壓力下以及在1800rpm下。在每種系列上產(chǎn)生三個次級精制機游程。這些游程的工藝名稱為TMP。以相反模式產(chǎn)生許多次級36-1CP精制機游程。在TABLE IV中示出。
在A3-1碎片上產(chǎn)生兩個控制TMP系列(A43和A44)，它們僅在內(nèi)部區(qū)精制期間經(jīng)歷刀輪處理。A43和A44都在3.45bar蒸汽壓力下以及在1800rpm的加工速度下被精制。之后在這些紙漿上執(zhí)行若干大氣精制機游程以便于將打漿度減小到與早期制造的系列可比的范圍內(nèi)。
根據(jù)標準Tappi程序以及依照可適用的Andritz Inc.BusinessRules測試所有紙漿。測試包含加拿大標準打漿度、Pulmac Shives(0.10mm screen)、Bauer McNet t分類。光纖長度分析、物理和光學特性。在TABLE III中示出了這些信息。
表I-A圖示游程概述 注A1使用D14B002板-外錐度和中間區(qū)以及外部區(qū)被碾出。A1管壓力0.69bar，A4、A5、A6、A16、A17和A18管壓力0.34bar。A5、A6、A16和A17以相反模式精制。
表I-B圖示游程概述 注A2和A3使用D14B002板-外錐度和中間區(qū)以及外部區(qū)被碾出。A2管壓力0.69bar，A3管壓力1.38bar，A19、A20、A21、A40、A41和A42管壓力0.34bar。A19、A20、A21以相反模式精制。
表I-C圖示游程概述
權(quán)利要求
1.用于在轉(zhuǎn)盤精制機中用已被蒸煮的木片生產(chǎn)熱機械紙漿的系統(tǒng)，包括加壓浸漬螺桿裝置，具有用于接收蒸煮碎片的入口端、用于在高機械壓縮力下在飽和蒸汽的環(huán)境中使得碎片經(jīng)歷浸漬和脫水以拆散碎片的操作部分、以及脫水和拆散的碎片在其中膨脹的排出端；螺桿裝置的排出端處的裝置，用于將稀釋水引入到脫水并拆散的碎片中，稀釋水借此滲透膨脹的碎片并且與所述碎片一起形成具有30％到55％固體稠度的精制機供給材料；具有相對旋轉(zhuǎn)的每個上具有工作板的圓盤的主精制機，所述工作板被布置為面對面的同軸關(guān)系，從而限定了基本從圓盤的內(nèi)徑徑向向外延伸到圓盤的外徑的精制機間隙；每個板都具有徑向內(nèi)部纖維化環(huán)和徑向外部纖維化環(huán)，每個環(huán)都具有內(nèi)部供給區(qū)域和外部操作區(qū)域，其中，內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域由交替的桿和槽的第一圖案限定，而外環(huán)的供給區(qū)域由交替的桿和槽的第二圖案限定，內(nèi)環(huán)上的操作區(qū)域上的所述第一圖案具有比外環(huán)上的供給區(qū)域上的所述第二圖案的槽窄的槽；以及用于接收供給材料并且基本在圓盤的內(nèi)徑處在圓盤之間輸送供給材料的精制機供給裝置。
2.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于加壓浸漬螺桿的操作區(qū)域包括脫水部分，具有穿孔的管壁和可在其中旋轉(zhuǎn)的具有均勻直徑的螺紋同軸軸，以及脫水部分之后的塞部分，具有固體管壁和比脫水部分中的直徑大的非螺紋軸，從而限定用于在高壓縮下浸漬碎片的收縮的流動橫截面；并且加壓浸漬螺桿的排出端包括從塞部分的固體管壁處向外擴張的膨脹壁和與所述軸同軸并且以軸向可調(diào)節(jié)的間隔關(guān)系與膨脹壁面對面的錐形閥，從而限定可調(diào)節(jié)膨脹容積。
3.依照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于引入稀釋水的裝置包括至少一個穿透擴張膨脹壁的流體噴嘴，用于將稀釋水引入到所述可調(diào)節(jié)膨脹容積中。
4.依照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于引入稀釋水的裝置包括至少一個穿透錐形閥的流體噴嘴，用于將稀釋水引入到所述可調(diào)節(jié)膨脹容積中。
5.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，外環(huán)的操作區(qū)域具有交替的桿和槽的第三圖案，并且外環(huán)的第三圖案的槽比內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域的第一圖案中的槽窄。
6.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間的環(huán)形空間。
7.依照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，外環(huán)的供給區(qū)域中的一些但非全部桿延伸到所述環(huán)形空間中。
8.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)與外環(huán)是附于公共精制機圓盤上的截然不同的元件。
9.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)與外環(huán)被整體形成在公共基底上。
10.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于每個板都具有延伸到外環(huán)的外圓周的總半徑并且每個環(huán)都具有各自的徑向?qū)挾?，并且?nèi)環(huán)的徑向?qū)挾刃∮谕猸h(huán)的徑向?qū)挾取?br> 11.依照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，內(nèi)環(huán)的徑向?qū)挾刃∮谒隹偘霃降拇蠹s35％。
12.依照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于內(nèi)環(huán)的供給區(qū)域的徑向?qū)挾却笥趦?nèi)環(huán)的操作區(qū)域的徑向?qū)挾?，并且外環(huán)的供給區(qū)域的徑向?qū)挾刃∮谕猸h(huán)的操作區(qū)域的徑向?qū)挾取?br> 13.依照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于外環(huán)的操作區(qū)域中的桿和槽的圖案具有至少兩個區(qū)，所述區(qū)中的一個與外環(huán)的供給區(qū)域鄰接而所述區(qū)中的另一個與所述外環(huán)的外圓周鄰接；并且所述一個區(qū)中的桿和槽的圖案沒有所述另一個區(qū)中的桿和槽的圖案密集。
14.依照權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，在內(nèi)環(huán)的整個操作區(qū)域上桿和槽的圖案具有均勻的密度。
15.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在內(nèi)環(huán)的整個操作區(qū)域上的桿和槽的圖案具有第一均勻密度，而在外環(huán)的整個供給區(qū)域上的桿和槽的圖案具有第二均勻密度。
16.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于相對旋轉(zhuǎn)的圓盤包括轉(zhuǎn)盤和相對的定子；轉(zhuǎn)子的外環(huán)在供給區(qū)域中具有彎曲的供給桿；以及定子上的外環(huán)中的供給區(qū)域具有用于容納彎曲的供給桿的基本平坦的部分。
17.用于在轉(zhuǎn)盤精制機中用已被蒸煮的木片生產(chǎn)熱機械紙漿的系統(tǒng)，包括壓縮螺桿排出裝置，具有用于接收蒸煮碎片的入口端、用于在高機械壓縮力下在飽和蒸汽的環(huán)境中使得碎片經(jīng)歷浸漬和脫水以拆散碎片的操作部分、以及浸漬、脫水和壓縮的碎片作為處理的碎片排出到膨脹容積中的排出端，所處理的碎片在其中膨脹；用于將稀釋水引入到膨脹容積中的裝置，稀釋水借此滲透膨脹的碎片并且與所述碎片一起形成高稠度的精制機供給材料；具有相對旋轉(zhuǎn)的每個上具有精制板裝置的圓盤的主精制機，所述板裝置被布置為面對面的同軸關(guān)系，從而限定了基本從圓盤的內(nèi)徑徑向向外延伸到圓盤的外徑的精制機間隙；每個板裝置都具有徑向內(nèi)環(huán)和徑向外環(huán)，每個環(huán)都具有交替的桿和槽的精制機操作區(qū)域，內(nèi)環(huán)上的操作區(qū)域具有較大的桿和槽，而外環(huán)上的操作區(qū)域具有較小的桿和槽；以及用于接收來自于膨脹容積的供給材料并且將所述材料輸送到基本在圓盤的內(nèi)徑處的圓盤之間的間隙的精制機供給裝置。
18.依照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于每個環(huán)都具有內(nèi)部供給區(qū)域，所述內(nèi)部供給區(qū)域具有比相應(yīng)的操作區(qū)域粗的桿和槽的圖案；并且外環(huán)的供給區(qū)域具有比內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域粗的圖案。
19.用于木片的熱機械精制的方法，包括將所述碎片暴露于蒸汽環(huán)境下以便于軟化所述碎片；在壓縮裝置中浸漬和部分脫纖維軟化的碎片；將拆散并部分脫纖維的碎片供給到轉(zhuǎn)盤主精制機中，其特征在于相對圓盤每個都具有桿和槽的內(nèi)環(huán)圖案以及桿和槽的外環(huán)圖案；以及基本在內(nèi)環(huán)中完成碎片的纖維化以及在外環(huán)中對所形成的纖維進行纖絲化。
20.依照權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于每個環(huán)都包括內(nèi)部供給區(qū)域和外部操作區(qū)域；內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域由交替的桿和槽的第一圖案限定，而外環(huán)的供給區(qū)域由交替的桿和槽的第二圖案限定；內(nèi)環(huán)上的操作區(qū)域上的所述第一圖案具有比外環(huán)上的供給區(qū)域上的所述第二圖案的槽窄的槽；基本可在低強度精制下完成內(nèi)環(huán)的操作區(qū)域中的碎片的纖維化；并且在較高的精制強度下在外環(huán)的操作區(qū)域中執(zhí)行纖維的所述纖絲化。
21.用于木片的熱機械精制的方法，包括將所述碎片暴露于蒸汽環(huán)境下以便于軟化所述碎片；通過壓榨使得軟化的碎片被拆散(destructuring)并且脫水到大于約55％的稠度；將拆散并脫水的碎片稀釋到大約30％到55％的稠度；將所稀釋的碎片供應(yīng)到其中每個圓盤都具有桿和槽的內(nèi)環(huán)圖案和桿和槽的外環(huán)圖案的轉(zhuǎn)盤精制機中；使得內(nèi)環(huán)中的碎片纖維化，以及在外環(huán)中使得所形成的纖維纖絲化。
22.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述碎片在大氣壓力下在蒸汽環(huán)境中被軟化。
23.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以壓縮力拆散之前，所述軟化的碎片被輸送到具有約0-30psig范圍內(nèi)的壓力的蒸汽管中停留大約30-180秒鐘的保留周期。
24.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以壓縮力拆散之前，所述軟化的碎片被輸送到具有約0-30psig范圍內(nèi)的壓力的蒸汽管中停留大約10-40秒鐘的保留周期。
25.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以壓縮力拆散之前，所述軟化的碎片被輸送到具有約5-30psig范圍內(nèi)的壓力的蒸汽管中停留大約10-40秒鐘的保留周期。
26.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在具有約0-30psig范圍內(nèi)的蒸汽入口壓力的浸漬螺塞排出裝置中執(zhí)行壓縮拆散和脫水。
27.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在具有約0-30psig范圍內(nèi)的蒸汽入口壓力的浸漬螺塞排出裝置中執(zhí)行壓縮拆散和脫水，執(zhí)行小于15秒鐘的周期。
28.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，精制機的相對旋轉(zhuǎn)的圓盤處于具有操作壓力大于30psig的蒸汽環(huán)境的殼體中，并且在處于基本與精制機操作壓力系統(tǒng)壓力下的蒸汽環(huán)境中執(zhí)行稀釋和供給。
29.依照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，精制機的相對旋轉(zhuǎn)的圓盤處于具有操作壓力大于75psig的蒸汽環(huán)境的殼體中，在處于基本與精制機操作壓力系統(tǒng)壓力下的蒸汽環(huán)境中執(zhí)行稀釋和供給，并且碎片被稀釋、供給到精制機并在小于10秒鐘的時間周期內(nèi)被引入到圓盤之間。
30.用于附于旋轉(zhuǎn)圓盤精制機的圓盤的復(fù)合板，包括具有由桿和槽的第一粗圖案限定的內(nèi)部供給區(qū)域和由桿和槽的第一細圖案限定的外部操作區(qū)域的內(nèi)環(huán)；具有由桿和槽的第二粗圖案限定的內(nèi)部供給區(qū)域和由桿和槽的第二細圖案限定的外部操作區(qū)域的外環(huán)；其特征在于，桿和槽的第二粗圖案具有比桿和槽的第一粗圖案大的槽密度，并且桿和槽的第二細圖案具有比桿和槽的第一細圖案大的槽密度。
31.依照權(quán)利要求30所述的復(fù)合板，包括內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間的環(huán)形空間。
32.依照權(quán)利要求31所述的復(fù)合板，其特征在于，外環(huán)的供給區(qū)域中的一些(但非全部)桿延伸到所述環(huán)形空間中。
33.依照權(quán)利要求30所述的復(fù)合板，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)與外環(huán)是截然不同的元件。
34.依照權(quán)利要求33所述的復(fù)合板，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)與外環(huán)被附于公共圓盤上。
35.依照權(quán)利要求30所述的復(fù)合板，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)與外環(huán)被整體形成在公共基底上。
36.依照權(quán)利要求30所述的復(fù)合板，其特征在于所述復(fù)合板都具有延伸到外環(huán)的外圓周的總半徑并且每個環(huán)都具有各自的徑向?qū)挾?，并且?nèi)環(huán)的徑向?qū)挾刃∮谕猸h(huán)的徑向?qū)挾取?br> 37.依照權(quán)利要求36所述的復(fù)合板，其特征在于，內(nèi)環(huán)的徑向?qū)挾刃∮谒隹偘霃降拇蠹s35％。
38.依照權(quán)利要求36所述的復(fù)合板，其特征在于內(nèi)環(huán)的供給區(qū)域的徑向?qū)挾却笥趦?nèi)環(huán)的操作區(qū)域的徑向?qū)挾?，并且外環(huán)的供給區(qū)域的徑向?qū)挾刃∮谕猸h(huán)的操作區(qū)域的徑向?qū)挾取?br> 39.依照權(quán)利要求38所述的復(fù)合板，其特征在于外環(huán)的操作區(qū)域中的桿和槽的圖案具有至少兩個區(qū)，所述區(qū)中的一個與外環(huán)的供給區(qū)域鄰接而所述區(qū)中的另一個與所述外環(huán)的外圓周鄰接；并且所述一個區(qū)中的桿和槽的圖案沒有所述另一個區(qū)中的桿和槽的圖案密集。
40.依照權(quán)利要求39所述的復(fù)合板，其特征在于，在內(nèi)環(huán)的整個操作區(qū)域上桿和槽的圖案具有均勻的密度。
41.依照權(quán)利要求36所述的復(fù)合板，其特征在于，外環(huán)的操作區(qū)域中的桿和槽的圖案具有至少兩個區(qū)，所述區(qū)中的一個與外環(huán)的供給區(qū)域鄰接而所述區(qū)中的另一個與所述外環(huán)的外圓周鄰接；并且所述一個區(qū)中的桿和槽的圖案沒有所述另一個區(qū)中的桿和槽的圖案密集。
42.依照權(quán)利要求30所述的復(fù)合板，其特征在于，外環(huán)的內(nèi)部供給區(qū)域中的桿和槽的粗圖案包括多個彎曲桿。
43.依照權(quán)利要求42所述的復(fù)合板，其特征在于，外環(huán)的供給和操作區(qū)域中的桿具有各自的高度并且供給區(qū)域中的彎曲桿具有大于操作區(qū)域中桿的高度。
全文摘要
用于木片的熱機械精制的系統(tǒng)，包括通過以下步驟制備用于精制的碎片，所述步驟即，將所述碎片暴露于蒸汽環(huán)境下以便于軟化所述碎片；通過壓榨使得軟化的碎片被拆散(destructuring)并且脫水到大于約55％的稠度；將拆散并脫水的碎片稀釋到大約30％到55％的稠度。所述拆散部分地使得所述材料脫纖維。將所稀釋的材料供應(yīng)到其中每個圓盤都具有桿和槽的內(nèi)環(huán)圖案和桿和槽的外環(huán)圖案的轉(zhuǎn)盤精制機中。在內(nèi)環(huán)中使得拆散并部分脫纖維的碎片基本完全脫纖維，并且在外環(huán)中使得所形成的纖維纖絲化?？稍谥骶茩C的正上游的整體形成的裝置中執(zhí)行壓縮拆散、脫水和稀釋，并且只在主精制機的一組相對旋轉(zhuǎn)的圓盤之間實現(xiàn)纖維化和纖絲化。
文檔編號D21D1/20GK1718914SQ2005100825
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者M·J·薩布林, L·金格拉斯 申請人:安德里茲有限公司