Способ и система для размола целлюлозной массы при средней консистенции

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Способ получения термомеханической целлюлозы включает: размол целлюлозной массы, включающий стадию размола при высокой консистенции и стадию размола при средней консистенции, при которой перерабатывают рафинированную целлюлозную массу, выгруженную из стадии размола при высокой консистенции. Химические предварительные обработки для улучшения роста качества целлюлозной массы во время среднеконсистентного рафинирования могут быть при необходимости добавлены в пресс щепы, работающий под давлением, в стадию предварительного размола в аппарате для превращения макулатуры в волокнистую массу, в стадию первичного размола при высокой консистенции и в колонну, питающую среднеконсистентный рафинер. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к размолу лигноцеллюлозного волокнистого материала и, особенно, к превращению в термомеханическую целлюлозную массу (ТМР) и другим способам механического размола.

В процессах ТМР обычно размалывали волокнистый материал при высоких консистенциях, обычно имеющих консистенцию 20 процентов (20%) или больше волокна от веса суспензии целлюлозной массы, проходящей через рафинер. При высоких уровнях консистенции суспензия целлюлозной массы является волокнистой массой и переносится по продувочной трубе или шнековым транспортером, который может обрабатывать такие массы. Напротив, суспензии целлюлозной массы более низкой консистенции текут как жидкая суспензия, которая может перемещаться насосом.

Механически размалываемая высококонсистентная целлюлозная масса требует большого количества энергии, которая расходуется, прежде всего, в тепловых потерях при трении, связанном с вязкоупругими деформациями целлюлозной массы в зоне размола. Эти тепловые потери при трении приводят к большому количеству энергии, которая не применяется прямо для размола целлюлозной массы. Размол целлюлозной массы является разделением (разделение на волокна) и улучшением (фибриллирование) древесных волокон. Обычно меньше 10-15% электроэнергии, примененной в высококонсистентном рафинере термомеханической целлюлозной массы, прямо применяются для размола целлюлозной массы. Имеется назревшая потребность увеличить энергетическую эффективность рафинера термомеханической целлюлозной массы.

Обращаясь к потребности в снижении потребления электроэнергии, заводы ТМР ищут способы заменить энергоемкий высококонсистентный размол (HCR) менее энергетически интенсивными процессами размола. За прошлые десять - пятнадцать лет много заводов ТМР установили единственную стадию размола при низкой консистенции (LCR), прямо следующую за стадией высококонсистентного размола. В большинстве этих заводских приложений низкоконсистентный рафинер использует удельную энергию меньше 150 кВт-ч/МТВП (киловатт-часы на метрическую тонну, высушенную в печи) и вытесняет меньше 100 мл (миллилитры) садкости.

Поскольку низкоконсистентные рафинеры применяют энергию к флюиду суспензии целлюлозы, они имеют тенденцию функционировать при значительно более высокой интенсивности размола, чем та, при которой работают высококонсистентные рафинеры. Однако высокие интенсивности размола и жидкая среда ограничивают полную энергию, которая может быть применена в зоне размола при низкой консистенции. Далее, размол при низкой консистенции имеет тенденцию производить целлюлозную массу, имеющую ограниченное уменьшение садкости. Ограниченное вытеснение садкости является результатом чрезмерной резки волокон и потери прочности целлюлозной массы вследствие узкого зазора пластины и высокоэнергетической нагрузки в единственной стадии размола при низкой консистенции. Предложено много стадий размола при низкой консистенции. Однако есть практический предел числу стадий LCR вследствие резки менее развитых (высокая садкость) волокон механической древесной массы в низкоконсистентных рафинерах.

Назначение предварительных обработок волокон, чтобы увеличить гибкость волокон и устойчивость к резке, привело к замене приблизительно 400 мл высококонсистентного размола многими стадиями размола при низкой консистенции и экономией больше 30% энергии по сравнению с обычным превращением в термомеханическую целлюлозную массу (ТМР). Эти методы назначенной предварительной обработки включали частичную дефибрацию древесного волокна в прессе щепы, работающем под давлением (таком как описан в патенте США 6,899,791), за которой следует мягкое разделение волокон в высококонсистентном рафинере (таком как описан в патенте США 7,300,541), химическая обработка и высокоинтенсивный первичный размол при высоком давлении (такой как описан в патентах США 5,776,305 и 6,165,317). Эти предварительные обработки улучшают образование волокон и минимизируют повреждение волокон при размоле при низкой консистенции с таким большим интервалом садкости.

Несмотря на постоянные успехи в получении термомеханической целлюлозной массы, остаются назревшие потребности, включающие: i) улучшение роста качества целлюлозной массы; ii) разработку низкоэнергетических интенсивных рафинеров, работающих под давлением; iii) снижение сложности и стоимости механического оборудования в системах ТМР.

Сущность изобретения

Разработан новый способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий начальную стадию высококонсистентного размола (HCR) и по меньшей мере одну последующую стадию среднеконсистентного размола (MCR). Стадия (стадии) MCR обрабатывает густую суспензию типовой древесной массы древесной щепы, предварительно обработанных целлюлозных волокон или другого измельченного целлюлозного материала, имеющего консистенцию целлюлозной массы в интервале 5-14% консистенции. Напротив, стадии LCR обычно обрабатывают жидкую суспензию целлюлозы, имеющую консистенцию обычно ниже 5%. Использование стадии (стадий) MCR увеличивает производительность способа размола по целлюлозной массе и сокращает количество рафинеров, по сравнению с подобным обычным процессом ТМР со стадиями LCR. Например, среднеконсистентный рафинер, обрабатывающий целлюлозную массу, имеющую консистенцию 8%, может заменить два равного размера низкоконсистентных рафинера, обрабатывающих целлюлозную массу, имеющую консистенцию 4%.

Новый процесс ТМР со стадией (стадиями) MCR снижает потребление энергии, ограничивая высококонсистентный размол (HCR), предпочтительно, до единственной стадии HCR, и сдвигая большую часть активности размола со стадии HCR к стадии (стадиям) среднеконсистентного размола. Таким образом, как число высококонсистентных рафинеров, так и число рафинеров с подачей массы под давлением предпочтительно сокращается по сравнению с обычными процессами ТМР, имеющими HCR и несколько стадий LCR. Далее, стадия (стадии) MCR обеспечивает усиленный рост качества целлюлозной массы по сравнению с обычными процессами ТМР, имеющими стадии HCR и LCR. Комбинированные стадии HCR и MCR производят целлюлозную массу, имеющую высокое качество, такую как целлюлозная масса, имеющая высокую прочность при растяжении, особенно при низких уровнях садкости.

Новый процесс ТМР, раскрытый здесь, включает первую стадию HCR, предпочтительно, с предварительными обработками, чтобы усилить образование волокон для среднеконсистентного размола, и по меньшей мере одну последующую стадию MCR. Среднеконсистентный рафинер с подачей массы под давлением может быть сформирован так, чтобы обработать двойное количество целлюлозной массы по сравнению с количеством целлюлозной массы, обработанной обычным низкоконсистентным рафинером того же самого размера. Среднеконсистентные рафинеры могут использоваться, чтобы понизить общее количество стадий размола в операциях завода. Стадия предварительной обработки материала для облегчения основной операции должна улучшить характеристики среднеконсистентного размола при более высоких уровнях садкости и усилить вытеснение энергоемкого HCR. Предварительные обработки ТМР могут включать частичную дефибрацию (разделение на волокна) в прессе щепы, работающем под давлением, мягкое разделение волокон в рафинере для превращения в волокнистую массу, химические обработки (до, во время или после стадии высококонсистентного размола), высокоинтенсивный или высокого давления высококонсистентный размол, и комбинацию этих способов.

Разработан способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий: размол целлюлозной массы в стадии высококонсистентного размола и в стадии среднеконсистентного размола (MCR) или в нескольких стадиях MCR, обрабатывающих рафинированную целлюлозную массу, выгруженную из стадии размола при высокой консистенции. Стадия высококонсистентного размола может включать размол целлюлозной массы, такой как древесная щепа, предварительно обработанное древесное волокно и измельченный целлюлозный материал в высококонсистентном рафинере, работающем под давлением. Способ может далее включать разбавление рафинированной целлюлозы, выгруженной из стадии высококонсистентного размола в резервуар, и псевдоожижение целлюлозной массы в резервуаре. Стадия среднеконсистентного размола может включать механический дисковый рафинер, имеющий пластинчатые сегменты с открытым входом.

Разработан способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий: размол древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов в высококонсистентной суспензии целлюлозной массы, используя стадию высококонсистентного размола (HCR), при этом суспензия целлюлозной массы имеет консистенцию целлюлозной массы по меньшей мере двадцать процентов (20%) от веса суспензии; разбавление суспензии рафинированной целлюлозы, выгруженной из стадии HCR, до средней консистенции, имеющей консистенцию целлюлозной массы в интервале 5-14% консистенции по весу; и

размол рафинированной целлюлозы в среднеконсистентной суспензии, полученной в стадии разбавления, используя стадию среднеконсистентного размола (MCR).

Разработан способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий: стадию высококонсистентного размола, имеющую вход для загружаемых древесных стружек, предварительно обработанной древесной щепы или волокнистого материала или другого измельченного целлюлозного материала, зону размола и выпуск для выгрузки рафинированной высококонсистентной целлюлозной массы; стадия разбавления целлюлозной массы имеет первый вход, чтобы принять рафинированную высококонсистентную целлюлозную массу, и второй вход, чтобы принять щелок, камеру, чтобы разбавить рафинированную высококонсистентную целлюлозную массу щелоком с получением среднеконсистентной целлюлозной массы; и стадия среднеконсистентного размола при средней консистенции, имеющая вход для загрузки среднеконсистентной целлюлозной массы из выпуска стадии разбавления целлюлозной массы, при этом стадия среднеконсистентного размола включает зону размола для размола среднеконсистентной целлюлозной массы и выпуск для выгрузки рафинированной среднеконсистентной целлюлозной массы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой диаграмму заводского процесса типовой системы размола, использующей стадии высоко- и среднеконсистентного размола.

Фиг.2А и 2В являются видом сбоку и видом спереди соответственно обычной пластины рафинера, используемой для работы рафинера с подачей массы под давлением при средней консистенции.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении от садкости целлюлозной массы для волокон мягкой древесины, обработанных методами среднеконсистентного (МС), низкоконсистентного (LC) и высококонсистентного (НС) размола.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий зависимость садкости от расхода удельной энергии для волокон мягкой древесины, обработанных методами среднеконсистентного (МС), низкоконсистентного (LC) и высококонсистентного (НС) размола.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении от садкости целлюлозной массы для волокон мягкой древесины, обработанных методом среднеконсистентного размола, используя две различных конструкции пластины рафинера.

Фиг.6 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении от садкости целлюлозной массы для среднеконсистентно рафинированной целлюлозной массы ТМР, произведенной с использованием размола при низкой и высокой интенсивности.

Фиг.7 представляет собой график, показывающий зависимость индекса разрыва от индекса прочности волокна при растяжении для среднеконсистентно рафинированной целлюлозной массы ТМР, произведенной с использованием размола при низкой и высокой интенсивности.

Фиг.8 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении от удельного расхода энергии (УРЭ) для среднеконсистентной рафинированной целлюлозной массы ТМЦМ, произведенной с и без химической бисульфитной предварительной обработкой и без нее.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении от садкости целлюлозной массы для волокон химически обработанной твердой древесины, обработанной способами средне- и низкоконсистентного размола.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 представляет работу типичного завода 10 для обработки измельченного целлюлозного материала 11, такого как древесная щепа, предварительно обработанные древесные волокна и деструктурированная щепа. Работа завода включает обычный рафинер 12 первой стадии и рафинер 28 второй стадии. Рафинер второй стадии включает по меньшей мере один среднеконсистентный рафинер. Рафинер 12 первой стадии может быть высококонсистентным рафинером, работающим под давлением, таким как высокоскоростной рафинер, работающий под давлением, имеющий противолежащие диски ротора и статора рафинера, которые обрабатывают древесную щепу, деструктурированную щепу или другой измельченный волокнистый целлюлозный материал, имеющий консистенцию по меньшей мере 20 процентов (%) и предпочтительно больше 30%. Первая стадия 12 рафинирования может осуществляться вместе с химической предварительной обработкой или кондиционированием 13 (или без нее), такой как предварительная обработка и кондиционирование щелочью, щелочным пероксидом и биосредствами, лигноцеллюлозного волокнистого материала, который может включать твердую древесину, мягкую древесину и недревесный целлюлозный материал, такой как травы, кенаф, жом сахарного тростника и т.д.

Частично рафинированная целлюлозная масса, выгруженная из первого рафинера 12, течет в колонну 16. Частично рафинированная целлюлозная масса имеет высокую консистенцию, такую как больше 20%. Высококонсистентная целлюлозная масса выдувается или транспортируется, например, по продувочной трубе или шнековым транспортером 17 в колонну 16 и разбавляется добавлением щелока из источника 18 щелока белой воды или другого подходящего щелока. Суспензию в колонне разбавляют до средней консистенции 5-14%, предпочтительно 5-12% и наиболее предпочтительно 6-10%.

Колонна 16 псевдоожижает среднеконсистентную целлюлозную массу, выгруженную из колонны. Псевдоожижение гарантирует, что целлюлозная масса и жидкость хорошо перемешиваются при выгрузке 14 из колонны. Без соответствующего псевдоожижения целлюлозная масса может отделяться от щелока в колонне и осаждаться на дне и стенах колонны.

Целлюлозная масса на дне колонны может быть псевдоожижена формирователем 20, таким как вращающийся вертикальный винт, помещенный у дна колонны и вращаемый мотором 22. Формирователь 20 позволяет избежать чрезмерного уплотнения волокнистого материала целлюлозной массы на дне колонны. Давление суспензии целлюлозной массы в колонне создает гидростатический напор на среднеконсистентную целлюлозную массу, выгружаемую 14 из колонны.

Вакуумный насос 21 дегазирует суспензию целлюлозной массы в колонне таким образом, что воздух 30 удаляется из суспензии целлюлозной массы через внутреннюю часть формирователя 20, который находится в контакте с целлюлозной массой. Удаление воздуха способствует работе среднеконсистентного насоса 24 в стабильном состоянии с желательной выработкой целлюлозной массы. Воздух 30 может быть удален из целлюлозной массы в других местах маршрута 26 суспензии целлюлозной массы до входа в среднеконсистентный насос 24.

Среднеконсистентный насос 24 может быть центробежным насосом, имеющим прочный вал и многолопастное рабочее колесо. Среднеконсистентный насос 24 перемещает целлюлозную массу из колонны 16 в среднеконсистентный рафинер 28. Среднеконсистентные насосы являются обычными и имеют тенденцию иметь намного более тяжелый режим нагрузки, чем центробежные насосы, используемые для низкоконсистентных суспензий. Среднеконсистентные насосы требуют большего двигателя, чем двигатели, требуемые для перекачивания суспензии низкоконсистентной целлюлозной массы из-за густоты суспензии целлюлозной массы, вытекающей из колонны.

Среднеконсистентную, дегазированную целлюлозную массу перекачивают на вход среднеконсистентного рафинера 28. Настраиваемый клапан 27 регулирует скорость суспензии целлюлозной массы, текущей по трубопроводу 26 в среднеконсистентный рафинер 28. Среднеконсистентный рафинер 28 имеет диски встречного движения, причем расстояние между ними определяет зазор размола. У рафинера может быть единственный диск вращения с единственной зоной размола или два или больше вращающихся диска со многими зонами размола. Рафинированная целлюлозная масса, выгруженная из рафинера 28, может течь в дополнительные среднеконсистентные рафинеры, в резервуар для хранения или в дальнейшие обычные операции 32 обработки целлюлозной массы, такие как сортировка, очистка или отбеливание.

Фиг.2А и 2В представляют собой виды сбоку и виды спереди сегмента 34 пластины рафинера. Сегменты 34 пластины установлены на дисках встречного вращения в среднеконсистентном рафинере. Вращение по меньшей мере одного из дисков в среднеконсистентном рафинере прикладывает центробежную силу к целлюлозной массе, чтобы переместить целлюлозную массу радиально наружу через зазор над размольными поверхностями на сегментах пластины. Эти поверхности могут включать ножи 36 и канавки 38, которые прикладывают энергию в форме сил сжатия, чтобы образовать волокна целлюлозной массы. Предпочтительно, размольные пластины 34 имеют большой открытый вход 37, который является подходящим и открыт достаточно, чтобы обеспечить устойчивую подачу среднеконсистентной целлюлозной массы. Сегмент 34 пластины рафинера пригоден для среднеконсистентного размола с открытым входом 37 для подачи целлюлозной массы и большим количеством мелких ножей 36, чтобы увеличить силу вскрытия целлюлозной массы (увеличить силы, прилагаемые ножами) в зазоре размола Широкий дизайн сегмента пластины может использоваться для размола целлюлозных масс на уровнях средней консистенции. В пределах канавок 38 пластины должна быть доступна достаточная открытая зона, чтобы позволить более высокому количеству целлюлозной массы радиально проходить через рафинер, достигая удовлетворительного числа обработок ножами для создания хорошего качества целлюлозной массы. Например, ширина канавок может быть приблизительно двойной от ширины ножей и половинной от высоты ножей. Например, ширина канавки может составлять 2,79 мм, ширина ножа 1,50 мм и высота ножа 7,01 мм.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении (Ньютон(Н)-метры(м)) от садкости целлюлозной массы (миллилитры) для способа 40 среднеконсистентного размола, способа 42 низкоконсистентного размола и способа 44 высококонсистентного размола. Начальной целлюлозной массой для каждого из этих способов является термомеханическая целлюлозная масса (ТМР) мягкой древесины ситкинской ели/скрученной широкохвойной сосны (119 мл), полученная с использованием высококонсистентного размола и обработки 2%-ым сульфитом натрия (Na₂SO₃). Тот же самый тип рафинера, рафинер Andritz Model TwinFlo IIIB (диаметром 50,8 см (20 дюймов)) с подачей целлюлозной массы под давлением, использовался для процессов 40, 42 низко- и среднеконсистентного размола. Каждый из этих процессов был проведен, используя пять проходов размола последовательно. В способе 40 среднеконсистентного размола (MCR) консистенция целлюлозной массы в среднеконсистентном рафинере составляла 7,8%. В способе 42 размола при низкой консистенции (LCR) консистенция целлюлозной массы в низкоконсистентном рафинере составляла 4,4%. В процессе 44 размола при высокой консистенции (HCR) консистенция целлюлозной массы в высококонсистентном рафинере составляла 2 4%. Применяли атмосферный двухдисковый рафинер Andritz Model 401 (диаметром 91,44 см (36 дюймов)), чтобы размалывать термомеханическую целлюлозную массу при высокой консистенции.

Среднеконсистентный размол 40 давал постоянное увеличение индекса прочности волокна при растяжении (прочность сцепления целлюлозной массы), тогда как индекс прочности волокна при растяжении низкоконсистентного рафинера серии 44 понижался существенно, когда масса размалывалась ниже садкости 40 мл. Эти результаты предполагают, что после нескольких проходов размола при низкой консистенции суспензия целлюлозной массы становится слишком тонкой, чтобы поддержать стабильным зазор пластины, приводя к чрезмерной резке волокон и потере прочности целлюлозной массы. Процесс 40 среднеконсистентного размола достиг индекса прочности волокна при растяжении, сравнимого с индексом прочности целлюлозной массы, полученной высококонсистентным процессом при более низких уровнях садкости. Эти результаты продемонстрировали, что среднеконсистентный размол с подачей массы под давлением может достигнуть уровней прочности сцепления, подобных уровню более энергоемкого высококонсистентного размола целлюлозной массы.

Фиг.4 представляет собой график зависимости садкости (миллилитры) в вышеуказанной серии процессов, MCR 40, LCR 42 и HCR 44, от удельного расхода энергии (киловатт (кВт)-час (ч) на тонну). Удельный расход энергии (УРЭ), отложенный на горизонтальной оси, включает энергию, приложенную во время каждого из трех процессов размола, но не энергию, приложенную к первоначальной целлюлозной массе ТМР. Удельный расход энергии серии MCR 40 находится между серией LCR 42 и серией HCR 44. При садкости 50 мл удельный расход энергии в ряду LCR, MCR и HCR составляет 95, 363 и 867 киловатт (кВт)-час (ч) на тонну, соответственно. Расход энергии в MCR 40 составляет почти на 60% меньше, чем расход энергии, полученный в LCR 44. Соответствующие значения индекса прочности волокна при растяжении для процессов LCR, MCR и HCR при садкости 50 мл составили 49,3, 53,5 и 54,4 (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм). Серия MCR достигла индекса прочности волокна при растяжении, сопоставимого с индексом серии HCR, при использовании меньшего расхода энергии, 504 киловатт (кВт)-час (ч) на тонну.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм) от садкости целлюлозной массы (миллилитры) для двух процессов среднеконсистентного размола, 46 и 48. Начальной целлюлозной массой (перед среднеконсистентным размолом) является термомеханическая целлюлозная масса (ТМР) мягкой древесины ситкинской ели/скрученной широкохвойной сосны (119 мл), произведенная с использованием высококонсистентного размола и обработки 2%-ым сульфитом натрия (Na₂SO₃). Использовали рафинер Andritz Model TwinFlo IIIB (диаметром 50,8 см (20 дюймов)) с подачей целлюлозной массы под давлением в обоих опытах размола при средней консистенции. Каждая серия 46, 4 8 была проведена с пятью проходами размола последовательно. В двух среднеконсистентных процессах 46, 48, консистенция целлюлозной массы в среднеконсистентном рафинере составляла 7,1 процента (%) (46) и 7,8% (48), соответственно. В первом среднеконсистентном процессе 4 6 размалывали 1,1%-ю среднеконсистентную целлюлозную массу, используя пластины рафинера, имеющие меньше открытой зоны на входе, по сравнению с пластинами, используемыми в другом 7,8%-ом среднеконсистентном процессе 48. Пластины рафинера, имеющие более открытый вход и лучшую способность подачи, производили целлюлозную массу, имеющую более высокий индекс прочности волокна при растяжении для уровней садкости выше 100. Пластину 40, показанную на Фиг.2А и 2В, использовали во второй серии 48. Обе серии производили размол при сходной интенсивности (удельная нагрузка на кромках), приблизительно 0,31-0,37 ватт-секунд на метр. Фиг.5 показывает, что среднеконсистентная целлюлозная масса 40, произведенная с использованием пластин рафинера с более открытым входом, приводит к более высоким и более желательным индексам прочности волокна при растяжении по сравнению с другим процессом 4 2 среднеконсистентного размола с более ограничивающими входными пластинами. Разница в индексе прочности волокна при растяжении далее растет, когда целлюлозные массы размалывают до более низких уровней садкости. Результаты предполагают, что устойчивая открытая зона подачи желательна при прокачке более густой среднеконсистентной целлюлозной массы через рафинер.

Фиг.6 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм) от садкости целлюлозной массы (миллилитры) для двух процессов среднеконсистентного размола, проведенных многостадийно при высокой и низкой интенсивности размола, 50 и 52, соответственно. Начальной целлюлозной массой (перед среднеконсистентным размолом) является термомеханическая целлюлозная масса (ТМР) ели черной, произведенная с использованием высококонсистентного размола до садкости 472 мл. Использовали рафинер Model TwinFlo IIIB (диаметром 50,8 см (20 дюймов)) с подачей целлюлозной массы под давлением, чтобы выполнить обе серии.

Высокоинтенсивную серию 50 размалывали многостадийно при консистенции 6,9% со средней интенсивностью размола 0,42 ватт (Вт)-секунда (с) на метр. Низкоинтенсивную серию 52 размалывали многостадийно при консистенции 7,1% со средней интенсивностью размола 0,31 ватт (Вт)-секунда (с) на метр. Серия среднеконсистентного рафинера, полученная при более низкой интенсивности размола 52, приводила к более высокому росту индекса прочности при растяжении целлюлозной массы по сравнению с серией, проведенной при более высокой интенсивности размола 50.

Фиг.7 представляет собой график, показывающий зависимость индекса разрыва (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм) от индекса прочности при растяжении целлюлозной массы (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм) для тех же самых двух процессов среднеконсистентного размола, как описано на Фиг.6. Фиг.7 показывает, что среднеконсистентного размола целлюлозная масса, произведенная при более низкой интенсивности размола 52, приводила к более высокому росту индекса разрыва целлюлозной массы при данном индексе прочности при растяжении по сравнению с целлюлозной массой, размолотой при высокой интенсивности 50. Как наблюдается с HCR и LCR, результаты указывают на значение рабочих условий, таких как интенсивность размола (удельная нагрузка на кромку) для того, чтобы оптимизировать прочностные свойства во время MCR механической древесной массы.

Фиг.8 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении (Ньютон (Н)-метр (м) на грамм) от удельного расхода энергии (киловатт (кВт)-часы (ч) на тонну для двух процессов среднеконсистентного размола, проведенных с химической обработкой 56 и без химической обработки 54 перед размолом. Серию, полученную с химической обработкой 56, размалывали при консистенции 8,1% и использовали в колонне перед размолом 4% бисульфит натрия в расчете на волокно целлюлозной массы, высушенное в печи. Серию, проведенную без химической обработки, размалывали при консистенции 7,1%. Обе серии проводили при близкой интенсивности размола, приблизительно 0,31 ватт (Вт)-секунда (с) на метр. Начальная целлюлозная масса (перед среднеконсистентным размолом) была ТМР ели черной, полученная с использованием высококонсистентного размола до садкости 472 мл. Использовали рафинер Model TwinFlo IIIB (диаметром 50,8 см (20 дюймов)) с подачей целлюлозной массы под давлением, чтобы выполнить обе серии. Серия среднеконсистентного рафинера, полученная с бисульфитной обработкой 56, приводила к более высокому росту индекса прочности при растяжении целлюлозной массы при данном применении удельной энергии. Применение химических реагентов может использоваться, чтобы далее улучшить рабочие характеристики среднеконсистентного размола. В этом случае добавление бисульфита улучшало рост прочности целлюлозной массы ТМР высокой садкости.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий зависимость индекса прочности волокна при растяжении (Ньютон (Н) - метр (м) на грамм) от садкости целлюлозной массы (миллилитры) для процесса 58 среднеконсистентного размола и процесса 60 низкоконсистентного размола.

Начальной целлюлозной массой для каждого из этих процессов является древесина твердолиственной породы, эвкалипта (eucalyptus dunnii), полученная с использованием процесса химико-механического высококонсистентного размола и реагента пероксид щелочного металла. В общей сложности эвкалиптовые волокна обрабатывали с использованием 6,2% гидроксида натрия и 4,9% пероксида водорода. Во время стадии химико-механической обработки волокна твердолиственной древесины размалывали до высокой садкости, 624 мл, используя высококонсистентный рафинер, работающий под давлением. Использовали рафинер Andritz Model TwinFlo IIIB (диаметром 50,8 см (20 дюймов)) с подачей целлюлозной массы под давлением в процессах низко-среднеконсистентного размола 58, 60. Каждый из этих способов проводили, используя два прохода размалывания последовательно. В среднеконсистентном процессе 58 консистенция целлюлозной массы в среднеконсистентном рафинере составляла 7,7%. В низкоконсистентном процессе 60 консистенция целлюлозной массы в низкоконсистентном рафинере составляла 4,1%.

Как среднеконсистентный размол 58, так и низкоконсистентный размол 60 давали неизменное увеличение индекса прочности при растяжении. Процесс 58 среднеконсистентного размола давал более высокий индекс прочности при растяжении при всех уровнях садкости по сравнению с процессом 60 низкоконсистентного размола. Эти результаты предполагают, что среднеконсистентный размол лучше перерабатывает химически обработанные волокна твердолиственных пород древесины. Постулируется, что более высокая масса волокна между пластинами во время среднеконсистентного размола приводит к большему количеству волокна для улучшения, тогда как низкоконсистентный размол имеет относительно больше усилий сдвига.

В то время как изобретение было описано в связи с тем, что, как теперь полагают, является самым практическим и предпочтительным вариантом осуществления, необходимо понимать, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, но напротив, предназначено включать различные модификации и эквивалентные компоновки, включенные в пределы сущности и объема приложенной формулы изобретения.

1. Способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий: размол древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов до высококонсистентной рафинированной целлюлозной массы с использованием стадии высококонсистентного размола, стадию разбавления высококонсистентной рафинированной целлюлозной массы до средней консистенции, стадию перекачивания целлюлозной массы, разбавленной до средней консистенции, в стадию среднеконсистентного размола с использованием центробежного насоса для средней консистенции и стадию или несколько стадий среднеконсистентного размола, при которой обрабатывают рафинированную целлюлозную массу, выгруженную из указанной стадии перекачивания.

2. Способ по п.1, в котором стадия размола при высокой консистенции включает размол древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов в рафинере с подачей массы под давлением.

3. Способ по п.1, далее включающий по меньшей мере один из процессов: обработку древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов деструкцией щепы под давлением в прессе щепы и мягкую дефибрацию в рафинере дефибрации перед высококонсистентным рафинером.

4. Способ по п.3, в котором химикаты предварительной обработки добавляют в выгруженную массу, выгруженную из: пресса щепы, рафинера дефибрации и высококонсистентного рафинера.

5. Способ по п.1, в котором стадия размола при высокой консистенции включает размол древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов в первичном высококонсистентном рафинере.

6. Способ по п.1, далее включающий химическую обработку древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов до или в стадии высококонсистентного размола.

7. Способ по п.1, далее включающий разбавление рафинированной целлюлозной массы, выгруженной из стадии размола при высокой консистенции, в колонне, псевдоожижение целлюлозной массы в колонне и подачу псевдоожиженной рафинированной целлюлозной массы в стадию среднеконсистентного размола.

8. Способ по п.1, в котором стадия размола при средней консистенции включает механический дисковый рафинер, имеющий сегменты пластины с открытым входом.

9. Способ получения термомеханической целлюлозной массы, включающий: размол древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов до рафинированной целлюлозной массы, используя стадию высококонсистентного размола, в которой рафинированная целлюлозная масса находится в суспензии при выгрузке из стадии размола при высокой консистенции и суспензия имеет консистенцию целлюлозной массы по меньшей мере двадцать процентов (20%) от веса суспензии; разбавление суспензии рафинированной целлюлозной массы, выгруженной из стадии высококонсистентного размола, до средней консистенции, имеющей консистенцию целлюлозной массы в интервале 5-14%-ной консистенции по весу; перекачивание суспензии целлюлозной массы, разбавленной до средней консистенции, посредством насоса для средней консистенции в стадию размола для целлюлозной массы средней консистенции и размол рафинированной целлюлозной массы в суспензии средней консистенции из стадии разбавления, используя стадию среднеконсистентного размола.

10. Способ по п.9, в котором стадию разбавления выполняют в колонне, имеющей формирователь, псевдоожижающий рафинированную целлюлозную массу вблизи дна колонны.

11. Способ по п.9, далее включающий предварительные обработки, применяемые в отношении суспензии высококонсистентной целлюлозной массы перед размолом целлюлозной массы, при этом предварительные обработки улучшают целлюлозную массу на стадии высококонсистентного размола.

12. Система получения термомеханической целлюлозной массы, включающая: стадию размола при высокой консистенции, имеющую вход для загрузки древесной щепы, предварительно обработанных древесных волокон или других измельченных целлюлозных материалов, зону размола и выпуск для выгрузки высококонсистентной рафинированной целлюлозной массы; стадию разбавления целлюлозной массы, имеющую первый вход для приема высококонсистентной рафинированной целлюлозной массы и второй вход для приема щелока, камеру для разбавления рафинированной высококонсистентной целлюлозной массы щелоком с получением среднеконсистентной целлюлозной массы и выпуск для выгрузки среднеконсистентной целлюлозной массы; и стадию размола при средней консистенции, имеющую вход для загрузки среднеконсистентной целлюлозной массы из выпуска стадии разбавления целлюлозной массы, при этом стадия среднеконсистентного размола включает зону размола для размола среднеконсистентной целлюлозной массы и выпуск для рафинированной среднеконсистентной целлюлозной массы.

13. Система по п.12, в которой стадия размола при высокой консистенции включает высококонсистентный рафинер, работающий под давлением.

14. Система по п.12, в которой стадия разбавления целлюлозной массы включает колонну и формирователь, псевдоожижающий целлюлозную массу в колонне.

15. Система по п.14, далее включающая насос дегазации, извлекающий воздух из целлюлозной массы в колонне и через формирователь.

16. Система по п.12, в которой стадия среднеконсистентного размола включает механический дисковый рафинер, имеющий сегменты пластины с открытым входом.