专利名称：从混合的热带硬木纸浆中去除树脂的方法
技术领域：
本发明概括地说涉及清洁造纸纸浆的设备和方法，特别是使用水力旋流器的设备和方法。
从木材或回收材料制得的造纸纸浆经常被微粒所污染，这降低了由其纤维制得的纸的质量。污染物一般分为高密度污染物和低密度污染物，高密度污染物包括沙、印色微粒、碎片、和树皮微粒。正如可朗斯利(Crossley)等人的美国专利US 5,240,115中所公开的已证明水力旋流器能从浆料中高效地去除高密度污染物。
纸浆料也可能被低密度污染物污染，特别是当原料从回收的纸或纸板制得时。低密度污染物包括蜡、热熔料、聚苯乙烯、和聚乙烯。这些和其它低密度污染物以及塑料在纸中会造成许多麻烦。它们不仅污染成品，而且会粘在造纸机的滚筒、毡垫和毡层上，因而需要更经常地替换毡垫和毡层。而且，造纸机上粘性材料的聚集会导致纸的经常破裂。
当纸被卷绕到造纸机一端的卷筒上时，纸一般处于高温之下。由于具有低熔点的低密度材料的存在，它将造成粘结处(stickies)，在该粘结处相邻纸层粘在一起。当卷筒被反绕时，成形于纸卷筒里的粘结处能导致纸的破裂。而且，由于粘结处会导致纸面撕成条状，从而降低纸的质量。为了减少这些问题的发生，改进的水力旋流器已被用来从造纸纸浆中去除轻质污染物。一种特别便利的类型是直流式清除机，它能从马萨诸塞州的达尔顿贝洛依特公司的琼斯分部得到。
在纸的制造中，从多种渠道获得的纸浆纤维被用作原始材料。原始材料包括软木、硬木、竹、麻、乃至甘蔗废屑。每种材料都有自己独特的特性。随着造纸科学技术不断发展，新旧技术都被用于纯化各种纸浆以生产更好的低成本的各种材质的纸。
由马来西亚和其它热带地区的混合热带硬木制得的造纸原料被证实是特别麻烦的。从这些木料制得的纸浆被树脂微粒、小碎片、和一些含树脂的纤维壳污染。以前关于这些混合热带硬木的试验工作表明树脂的分散能降低它对试样的直观影响(visual impact)。然而，这样的分散是很昂贵的，因为它需强动力的设备来达到分散的效果。一般地，通过使用高密度分离器来从木质纤维中去除树脂。在混合热带硬木的情况下，这种方法被证实不是很有效。
这样，就需一种方法用来提高从混合热带硬木制得的纸浆的质量。
本发明的方法用来处理由混合热带硬木制得的纸浆。此方法使用两种水力旋流器。第一种最适宜去除高密度材料，第二种最适宜去除低密度材料。去除高密度材料的水力旋流器可优选马萨诸塞州，达尔顿贝洛依特公司的贝洛依特琼斯分部的波西流(POSIFLOWTM)清除机。低密度水力旋流器要优选直流式(UNIFLOW)清除机，它能以贝洛依特公司的贝洛依特琼斯分部得到。从混合的热带硬木纸浆中清洗出树脂的优选方法包括通过两个串联的初级高密度水力旋流器在一密度为0.7％至0.8％的原料中加工纸浆。从高密度水力旋流器出来的排出液又由两个第二级水力旋流器处理。从第二级水力旋流器出来的排出液再依次经两个串联的第三级水力旋流器处理。初级高密度水力旋流器的排出液被送至两个串联的低密度水力旋流器。排出物基本上不含沥青和树脂。第二级水力旋流器的排出液稀释至0.6％的密度，且被送至初级水力旋流器，而第三级水力旋流器的排出液变稀至0.5％至0.6％密度之间，并被送至第二级水力旋流器的进料处。第三级高密度清除机和两个低密度清除机的排出液被送至滤清器，以便水能被滤清和再使用。
本发明的一个特点为提供一种从混合热带硬木制成的纸浆中去除沥青和树脂的方法。
本发明的另一特点是提供一种纯化混合热带硬木纸浆的方法，以便延长使用这种纸浆的造纸机上的毡垫和毡层的寿命。
本发明的另一特点是改善由混合热带硬木制得的纸的质量和外观。
通过下文参照附图的详细描述，本发明另外的目的、特点和优点将更为明显。
图1是本发明方法的流程简图。
图2是图1所示方法中所用的高密度水力旋流清除机的剖视图。
图3是图1所示方法中所用的低密度水力旋流清除机的剖视图。
参照图1～3，其中相同的标号指示相同部件，第一种水力旋流器20在图2中示出。水力旋流器20被设计用来从造纸原料物流中去除高密度污染物，图3中所示的水力旋流装置22被设计用来从造纸原料物流中去除低密度颗粒性污染物。
高密度清除机20和低密度清除机22以相同的原理工作，在高密度分离机20中，含有造纸纤维和所不期望的污染物的水被注入一圆锥形腔28的顶部26的横向进口24中。水流的切向注入导致它绕腔28的壁30盘旋并产生一个相对于壁30的离心加速度。此离心加速度引起供料由于密度不同而分离。在高密度分离机20中，水力旋流器适宜于从供料21中去除高密度材料。接受液31从出口32流出，而排出液34从旋流器20的底部36端流出。优选的高密度分离机是波西流清除机，它可从马萨诸塞州的达尔顿贝洛依特公司的贝洛依特琼斯分部得到。
图3所示的水力旋流器22适宜于去除低密度材料，类似地，它有一将供料21切向注入带有壁44的腔42中的横向进口40。低密度材料50通过一向上伸到腔42底部48内的管46排出，导管46能移去腔42内形成盘旋水柱的中心部分。轻质排出物50通过导管46的引导而排到排水口52。接受液33在收集腔56的出口54进行收集。优选的低密度水力旋流器22是熟知的直流式清除机，它可从马萨诸塞州的达尔顿贝洛依特公司的琼斯分部得到。象图2和图3所示的水力旋流设备可单独地用来从纸浆中去除各种污染物。而且，它们可组合在一起，并连续地应用在回收纸的处理工艺中，在此，废纸里含有象塑料和热胶那样的轻组分，也有象印色微粒和灰尘那样的重组分。
然而，处理从混合热带硬木制得的纸浆之熟知的方法包括移去高密度材料或分散树脂以降低它的直观影响。树脂一般是高密度材料，那些本领域熟练技术人员在设计清洁纸浆装置时，一般通过一高密度清洁装置去除树脂。因而，以前的经验和本领域熟练技术人员的经验会趋于通过使用高密度分离机从纤维原料中去除树脂，因为树脂通常是高密度材料。事实上，大部分可见的树脂都通过象图2所示的高密度分离机从混合热带硬木制得的纸浆中去除。
然而研究表明，混合热带硬木包含有很宽密度范围的树脂，从较大密度延伸到较小密度，而且，低密度树脂微粒往往呈浅色，因而，直观验定纸浆时，不容易发觉它们。事实上，最容易发觉浅色轻质树脂成分的方法是通过图3所示的低密度分离机的分离过程，以前的经验指出它对去除树脂是无效的，因而，通常不采取这种方法。
已经发现在经漂白和加工后，这些淡黄色或浅色轻质树脂微粒是造成深色斑点及使生产出的纸整体颜色变暗的原因。而在纸浆中那些难以用肉眼发觉的浅色、低密度材料如何影响纸的质量的确切机理尚不清楚。但已经发觉这些树脂小微粒通过造纸过程时便聚结起来。当发生此聚结时，微粒变得更可见，而且可能粘着小灰尘微粒或者经发色反应使它们颜色变深，因而在成品里产生深色斑点。在生产中PH值骤变将可能影响树脂的特性，以致于它在酸性回路(acid loop)中变得不可见。
去除轻质树脂组分对提高造纸机的性能也有益处。树脂材料聚集在毡垫和毡层上，这要求经常更换毡垫和毡层以及经常清洁滚筒表面。而且轻质组分能产生粘结处。这些粘结处是不希望的，特别是当热纸被卷绕到卷筒上时，可熔化的组分可使相邻纸层粘在一起。
不可见，低密度树脂之特性的发现导致了用高密度和低密度水力旋流清除机来处理由混合热带硬木制得纸浆的解决方法。这里，高密度材料指密度比纸浆密度大的材料，纸浆密度大约是1；低密度材料指密度比纸浆密度小的材料或者比1小的材料。
存在于混合热带硬木纸浆中的污染物主要是比重在0.93至1.1范围内的沥青和树脂。通过高密度和低密度清除机处理混合热带硬木纸浆的工序可放在漂白前面或后面实施。在漂白之前来执行更好一些，因为污染物的去除会减少漂白纸浆所必需的化学物质的用量。
清洁混合热带硬木纸浆可将高密度水力旋流器设置于低密度水力旋流器之后，也可将低密度水力旋流器置于高密度水力旋流器之后。象直流式清除机22那样的低密度清除机，由于其很低的质量排出流率，加稠了接受纸浆并在一定程度上从纸浆中移去了被夹带的空气。
在纸浆经清洁后要用重力稠料器或其它类似设备增稠的地方，如果直流式清除机被放置于稠化器之前，直流式低密度清除机的稠化和脱气特性就能被利用。
由于一些纸浆随同排出液34里的重材料从高密度水力旋流器28损失掉，所以希望用第二和第三级高密度清除机来减小清除过程中损失的纤维量。另一方面，来自低密度清除机22的排出液中含很少的纤维，其密度在0.01％和0.02％之间变化，所含的纤维很细，它在造纸加工中几乎没有用处。第二级低密度清除机的使用要综合考虑整个系统的生产能力，因而，如果不需要小容量滤清器时，不应采用第二级低密度清除机。
从混合热带硬木制得的纸浆中去除树脂的最佳方法在图1中进行了概略地描述。密度为0.7％至0.8％的进料从一进料源58供应到第一台初级水力旋流器60的进料口24中，接受液31离开第一台初级水力旋流器60的出料口32，再被传送到第二台初级高密度分离器62的进料口24内。
第二台初级高密度分离器62的接受液31流至第一级低密度分离器64的进料口40。第一级低密度分离器64的接受液流至第二级低密度分离器64。第二级低密度分离器64的接受液39供应至图1说明的清除方法的出料源68内。然后出料可被送到如图1所示的重力稠料器那样的稠化器70中。
第一级和第二级低密度分离器64的排出液流50通常采用象图1所示的溶解空气漂浮滤清机那样的滤清机72进行滤清处理。经滤清后，水能在造纸生产中再次使用。
初级高密度水力旋流器60、62的排出液流34通过加水稀释至约0.6％的密度，再供应到两个串联的第二级高密度水力旋流器76中。第二级水力旋流器76的排出液34又用水74稀释至0.5％～0.6％的密度，然后供应到第三级高密度清除机80中。第三级清除机80的排出液34被供应至滤清器72，以便滤清和再使用。第二级高密度清洗机76的输出液与供料源58的供料一起被送至初级清除机60、62的进料口24。第三级清除机80的输出液被送至第二级清除机76的进料口24。
在从混合热带硬木制得试验纸浆并加工成纸的过程中，使用两台波西流式高密度水力旋流器和两台直流式低密度水力旋流器(它们都从贝洛依特琼斯分部获得)的一系列试验表明，既产生了一点的亮度增值，又获得了在颜色上从黄(+b)至蓝(-b)的改变。
当然，图1所表明的方法不仅能去除可见的废屑，比如可由塔培(Tappie)微粒计量器测定的废屑，而且能去除淡黄色微粒，它们并不在微粒计量器测定的范围内，但当它们通过造纸过程时，被怀疑会引起质量问题。另外，此方法可用于原色纤维，但最好应用漂白原料，以便减小漂白所需化学物质的量。
虽然最好将低密度清除机置于高密度清除机之后，但低密度清除机可以排出纸浆到高密度清除机进行处理。在某些情况下，可能更希望用波西流超级高密度清除机。它们由贝洛依特公司的琼斯分部提供，并在克朗斯利等人的美国专利5,240,115中公开，在此结合进来以作参考。
去除高密度组分和低密度组分的步骤可以在单个适当设计的改型的水力旋流器中同时实行。这对本领域的技术人员来说是熟知的。
“混合热带硬木”这个词是本领域技术人员所用的一个术语，在此，它表示用在造纸工业上的原料，一般指不选择树种切削热带森林带而得的产物，因而将包括很多种热带硬木纤维。而在此公开的方法一般说来用于混合热带硬木纸浆。此方法在对马来西亚混合热带硬木试验期间作了发展。
当然，混合热带硬木纤维的比重接近1，但有时可能比1稍大或比1稍小。用于去除高密度微粒的水力旋流器和用于去除低密度微粒的水力旋流器可用本领域技术人员熟知的方法进行调整，以便去除比纤维比重大或小的微粒。因而，尽管高密度一般指比重大于1，而低密度一般指比重小于1，实际上，高低密度的区别必须参照那些想要无阻碍通过在此讨论的水力旋流器的纤维的比重。
当然，本发明不局限于在此说明和描述的特殊构造和部件布置，还包括在下列权利要求书范围内的变型方案。
权利要求
1.一种提高由混合热带硬木所制得的纸的质量的方法，它包括下列步骤稀释由混合热带硬木制得的纸浆，使其密度为约0.7％到约0.8％；通过一个第一级装置提供稀释过的纸浆以去除高密度污染物；在为去除高密度污染物的第一级装置中，从纸浆物流中去除高密度污染物并输出纸浆；引导为去除高密度污染物的第一级装置之输出液到一个为去除低密度污染物的装置中；和在为去除低密度污染物的装置中去除低密度污染物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过一个为去除高密度污染物的第一级装置的步骤包括将稀释过的纸浆通过串联的一个第一水力旋流器和一个第二水力旋流器供给。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于去除低密度污染物的步骤包括使稀释过的纸浆至少通过两个串联连接的水力旋流器。
4.一种提高由混合热带硬木所制得的纸的质量的方法，其包括用至少一台水力旋流器从悬浮于水中的混合热带硬木纤维中去除沥青和树脂，在水力旋流器中，密度约为0.93至1.1的沥青和树脂从纤维中被分离出来。
5.一种从混合热带硬木制得的纸浆中去除沥青和树脂的方法，包括下列步骤将由混合热带硬木制得的纸浆提供到第一台水力旋流器；在第一级水力旋流器中使原料置于离心加速度作用下，分离出包含在原料中密度比纸浆大的材料；收集稀释过的纸浆中的较低密度部分，将它供应到与第一台水力旋流器大体相同的第二台水力旋流器；将第二台水力旋流器的输出液供应到第三台水力旋流器；从稀释纸浆中去除比纸浆轻的部分；将第三台水力旋流器的输出液供应到第四台水力旋流器，其与第三台水力旋流器大体相同，因而得到一原料，其中比该原料密度大或小的所有组分都被去除了。
6.一种提高由混合热带硬木所制得的纸的质量的方法，它包括下列步骤稀释由混合热带硬木制得的纸浆，使其密度约为0.7％到0.8％；通过一为去除低密度污染物的装置提供稀释过的纸浆供料；在为去除低密度污染物的装置中，从纸浆物流中去除低密度污染物；引导为去除低密度污染物的装置的输出液到一为去除高密度污染物的装置中；在第二台装置中去除高密度污染物。
全文摘要
为了提高由混合热带硬木制得的纸浆的质量，将纸浆提供到适于去除高密度材料的第一水力旋流器，随后又提供到适于去除低密度材料的水力旋流器。从混合热带硬木纸浆中清除树脂的最佳方法包括用两台串联连接的初级高密度水力旋流器，高密度水力旋流器的排出液又通过两台第二级水力旋流器进行处理，其排出液又依次经两台串联的第三级水力旋流器处理。初级高密度水力旋流器的排出液被送至两台串联连接的低密度水力旋流器。
文档编号D21D5/00GK1143131SQ961089
公开日1997年2月19日 申请日期1996年4月17日 优先权日1995年4月17日
发明者布鲁斯·克罗斯利 申请人:贝洛特工艺技术公司