CN106192537B - 用于制造纤维网的布置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维网即纸张或者纸板的布置和方法。本发明具体涉及一种纤维网的所谓泡沫形成。本发明的另一特征是通过借助于注射混合器将气体注射到配料中来生产泡沫状配料。

Description

用于制造纤维网的布置和方法

本申请是2015年8月20日提交的、名称为“用于制造纤维网的布置和方法”、申请号为201480009641.1的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于制造纤维网即纸张或者纸板的布置和方法。本发明具体涉及一种纤维网的所谓泡沫形成，其中，借助于泡沫将纤维输送至纤维网制造机的形成部。本发明的另一有利特征是通过使用泡沫形成中的烟道气来替代空气或者一些其他气体，在形成纤维泡沫的同时（即，一致地）在制成原料的纸张或者纸板中生产沉淀碳酸钙（PCC）。

背景技术

一个多世纪以来，已经通过使用纤维配料制造了纸张、纸板和纸巾，其中，将纤维分散在水中，并且将稀释的配料从前箱引入到纤维网制造机的线上，其中，水从线去除并且纤维停留在线上形成网。在过去几十年中已经做出了许多建议和尝试用泡沫替换作为纤维悬浮介质的水，这是由于泡沫具有一些引人注目的性质，比如，例如，其能够使比重极其不同的固体微粒悬浮起来。换言之，一旦均匀地将固体微粒混合到泡沫中，那么，如实际看到的，泡沫的气泡便按照在纤维网制造机的线上的相同顺序承载固体微粒。无论在气泡中的固体微粒的比重或者重量如何，泡沫的气泡始终保持其在泡沫中的位置。

现有技术已知了借助于将泡沫而非水用作纤维悬浮介质来制造纸张或者纸板的一些方法。

US-4,299,655论述了一种用于造纸机的纤维泡沫发生器。其公开了一种用于造纸机中的分散分布布置，其中，借助于风扇泵，通过上游线路，将泡沫输送至分散分布腔。分布腔设计用于将纤维分散在泡沫中并且在泡沫流入前箱期间再生泡沫。上游线路将泡沫从单独的发生设备引入分布腔。另一输入线路可以设置有排出喷嘴，该排出喷嘴位于上游线路的中心以便控制空气（以及，在一些情况下，另一表面活性剂）的输入，从而使得另外的泡沫再生可以发生。泡沫再生以及纤维的分布和分散发生在腔内，该腔从造纸原料的制备装置接收造纸原料。腔的端部是平整的，并且可移动塞位于腔内，该可移动塞设置有用于将造纸原料引入腔的装置。塞设置为可在液体流动的方向上移动。塞在自身与腔的内壁之间保留了狭窄间隙，泡沫沿着该间隙流动并且造纸原料被引入该间隙中。该文件教导如下：分散分布腔位于前箱前方，从而使得具有悬浮纤维的泡沫流至前箱并且通过堰板开口流出到行进成形表面，其中，液体经过成形表面并且分布的纤维在行进成形表面上形成垫层。

根据在US-B2-6,500,302中论述的工艺，泡沫状纤维配料由天然或者合成纤维的含水浆料或者纤维与引入前箱之前的泡沫状液体载体的混合物组成。使泡沫从泡沫储仓退出到达容积式风扇泵。从成浆池取出含有纤维液体浆料，并且将其加入包括水、空气和含有体积占55-80%的空气的表面活性剂的泡沫状液体中，借助于通过自然湍流简单混合，并且在该过程中，将入口处原本有的元素按照形成期望浓度的泡沫状纤维配料所需的量混合入风扇泵中，来形成纤维浓度在约0.1至约3的重量百分数纤维范围内的泡沫状纤维配料。

换言之，在现有技术中的与造纸有关的泡沫工艺中，泡沫是在单独的设备中生成的，这种设备通常是强力搅拌器，在搅拌器中，将表面活性剂加入水中并且强力地搅拌混合物以将空气混入其中。正常情况下，这样制成的泡沫含有体积占50-85%的空气。如上面所论述的，存在多种将纤维混合入泡沫中的可选装置。有时，纤维是在所谓的泡沫碎浆机（pulper）中混合的，在泡沫碎浆机中，在经由纤维网制造机的前箱将泡沫和纤维泵到线上之前，通过强力搅拌将泡沫和纤维混合。

上述泡沫工艺的明显问题在于生产和再生泡沫需要复杂的或者至少是昂贵的设备。该设备还占用了工厂的较大空间，并且具有高功耗。有时，尤其是在使用常规水基配料的现有造纸厂计划转型为利用泡沫形成的情况下，泡沫所需的体积太高，导致没有可供能够维持早前生产能力的这种设备的空间，必须牺牲一部分能力。在现有技术的工艺中，出于自然原因，已经在离前箱较远处执行了泡沫自身的形成，这意味着，必须经由管路将泡沫从其生产地运送到前箱，据此，管路的设计和使用都是一项具有挑战性的任务。另一问题涉及泡沫的泵送，这是由于不能利用现成的标准离心泵来泵送泡沫，而是必须使用专门设计的泵。这是相较于传统造纸提高泡沫工艺的额外成本的又一因素。

发明内容

由此，本发明的目的在于开发一种新颖的通过解决了至少一个上述问题的泡沫工艺来制造纸张或者纸板的布置和方法。

本发明的另一目的在于开发一种新颖的通过简化了制造泡沫所需设备的泡沫工艺来制造纸张或者纸板的布置和方法。

本发明的又一目的在于开发一种新颖的通过简化了制备泡沫和纤维混合物所需设备的泡沫工艺来制造纸张或者纸板的布置和方法。

本发明的再一目的在于开发一种新颖的通过避免使用能够泵送泡沫的专用泵的泡沫工艺来制造纸张或者纸板的布置和方法。

本发明的至少一个目的通过一种用于制造纤维网的布置来实现，该布置包括用于制备至少一种稠厚原料组分和滤液的配料的装置和用于将配料输送至纤维网制造机的前箱的装置，其中，该布置包括设置有用于将气体引入并且混合入配料以制备泡沫状配料的注射混合站的前箱馈送管。

本发明的至少一个目的通过一种用于制造纤维网的方法来实现，该方法包括如下步骤：制备至少一种稠厚原料组分和滤液的配料；将配料引入纤维网制造机的前箱；以及，将配料敷设在纤维网制造机的线部的线上或者线之间，本发明进一步包括：结合将配料引入前箱的步骤，将气体注射到配料以制备泡沫状配料的步骤。

本发明的布置和方法的其他表征特征在所附从属权利要求项中变得不言而喻。

本发明的布置和方法相较于现有技术泡沫工艺具有多种优点。至少以下优点可以列举如下：

简化了设备并且减少了投资和运行成本，无单独的泡沫制备，无专为泡沫设计的泵；

仅在前箱上游进行泡沫生产，无运送管路和泵；

在泡沫形成的同时，可以向纤维配料中添加化学剂、填料、施胶剂等；

可以同时地，即与泡沫形成一致地，生产沉淀碳酸钙（PCC）；

在泡沫和PCC生产中可以利用烟道气；

以及是一种约束来自烟道气的二氧化碳并且减少使用新鲜CO₂的好方式。

附图说明

下面将参照附图对根据本发明的用于制造纤维网的方法和布置进行更加详细地描述，在附图中：

图1示意性地图示了纤维网制造机的现有技术的短循环；

图2示意性地图示了根据本发明的第一优选实施例的纤维网制造机的短循环；

图3示意性地图示了根据本发明的第二优选实施例的纤维网制造机的短循环；

图4示意性地图示了根据本发明的第三优选实施例的纤维网制造机的短循环；

图5示意性地图示了根据本发明的第四优选实施例的纤维网制造机的短循环。

具体实施方式

图1是传统接近流送系统或者纤维网制造机的短循环的示意图，该纤维网制造机包括用于制备并且向纤维网制造机的前箱提供制成原料（所谓的配料）的纤维网（纸张、纸板或者纸巾）的装置。该短循环包括用于制备至少一种稠厚原料组分4和滤液（即，从纤维网制造机回收的白水）的配料的装置。用于制备配料的该装置在传统上包括一个或者多个器皿2，有时，称为池或槽，在该器皿中，用滤液，所谓的主要从纤维网制造机8的线部6回收的白水，将一种或者多种稠厚原料组分4稀释到适合进行网成形的浓度。最近，已经在无任何器皿、槽或者池的情况下直接设置在管路中的专用装置中进行配料的制备。借助于泵10泵送稀释的配料进行可选的离心式或者涡旋式清洁12，该清洁12包括一级或者优选地多级，以从配料去除不需要的重型颗粒。在用水力旋流器12进行可选的清洁之后，将配料送至可选的脱气器皿14中，所谓的除气器，在脱气器皿处，从配料去除对传统造纸不利的空气。在可选的脱气之外，借助于风扇泵或者所谓的前箱馈送泵16将配料泵送至制造机或者前箱筛网18，该前箱筛网18通过从配料去除不期望大小的任何固体来定型用于生产纤维网的配料。接下来，配料流至纤维网制造机8的前箱20，并且在纤维网制造机的线部6的线（单线构思）上或者线之间（双线构思）形成网。

在以下图2至图5中示意性地图示的本发明的短循环与传统短循环的不同之处在于，本发明的短循环不包括气体分离器皿，当然，这是由于现在不再需要从配料分离多余的气体，因为后来会向配料提供多种气体，以便制备泡沫状配料。短循环的剩余组分采用与图1相同的附图标记。然而，应该理解，在该阶段中，有时可以不必向本发明的短循环提供涡旋清洁12，即，水力旋流器。

在图2中示意性地示出的纤维网制造机的短循环是根据本发明的第一优选实施例，该第一优选实施例设置有用于将气体注射到配料中从而形成泡沫状配料的装置。由于将稀有气体注射到前箱馈送管22中的管流中或者注射到纤维网制造机的短循环中的直径达到1米或者有时甚至更大的另一对应流管是鉴于高效混合，但是实际上却不可能，所以，借助于一个或者多个注射混合器，即，借助于注射混合站30，来进行气体的注射。注射混合站30可以包括基本上设置在流管周围的相同圆周上的一个或者多个注射混合器。自此之后，通过图示单个注射混合器的说明是指具有一个或者多个混合器的注射混合站。这种注射混合器使用注射液体，来协助促使气体穿过配料流并且由此协助将气体混合在整个流管22的横截面上的配料中。如果流管的直径够小，那么可以利用一个注射混合器来执行该注射。当流管的直径变大时，注射混合器的数量也增加。对于直径为1米的管体，正常情况下需要四个或者五个注射混合器来形成注射混合站。例如，在EP-B1-1064427、EP-B1-1219344、Fl-B-111868、FI-B-115148和FI-B-116473中，已经论述了非常适合该目的的注射混合器，上述专利以引用的方式并入本文。若需要，可以容易地调节注射混合器30的喷嘴结构，以控制气泡的大小。烧结喷嘴也是可能的，但是，在这种情况下，必须考虑压力增加的问题。因此，使用烧结喷嘴可能会减弱气体射流穿过配料，由此，必须重新考虑所需的注射混合器的数量。

由此，如稍后论述的，借助于注射液体来执行气体（优选地是空气，虽然也可以使用任何其他合适的气体）的喷射，从而使得注射液体和来自混合站的气体的混合物足够均匀地散布在流管22的整个横截面上。注射液体可以是适合该目的的任何液体，开始于新鲜水。然而，出于环保原因，注射液体有利的是从工厂的循环水收集到的纤维网制造机的液体，比如，例如，白水或者滤液，或者从配料自身获得的侧流，即，从注射混合站30上游的流管22进入（一个或多个）注射混合器30的进口导管32的侧流。在图中已经示出了后一种选择，虽然，当然，所有上面列举的选择都可适用。

在正常情况下，通过向配料提供稳定剂（即，通过防止泡沫的气泡坍塌来稳定泡沫从而使得稳定的泡沫沿着流管22流至前箱20并且从前箱20流至纤维网制造机8的线部6的表面活性剂），来执行泡沫状配料的形成。使用表面活性剂的前提是其最晚与具有气体的配料混合。换言之，可以借助于相同的注射混合站30连同气体一起注射表面活性剂S。在图2中示出的替代方案中，将表面活性剂作为一种化学剂并且将气体作为另一种化学剂带至混合站。另一种可能是更早地向配料添加表面活性剂S。其他附图标记S（混合站30的外面，即其上游）示出了用于混合表面活性剂的三个可能的选择位置。换言之，可以直接在用于气体的混合站30上游（在分离用作注射液体的侧流之前或者之后）、在前箱筛网18上游或者在前箱馈送泵16上游将表面活性剂S引入配料。最后一种选择，即，在前箱馈送泵16上游馈送表面活性剂S利用了前箱馈送泵16能够用作高效混合器的能力。换言之，当在前箱馈送泵16上游将表面活性剂S引入配料时，泵16均匀地将表面活性剂与配料彻底混合。既然向配料提供有表面活性剂S，并且将气体注射到含有水的配料中并且与其混合，注射的气体气泡在遇到纤维时粘附到纤维和任何其他固体上或者围绕纤维和在配料中的任何其他固体。下降的水表面张力不再能够使气泡坍塌，但是固体却被气泡支承或者悬浮到纤维网制造机8的线部6上。来自（一条或多条）线的对侧的吸力使气泡坍塌，由此在线上或者在线之间形成网。另外，需要理解，也可以将表面活性剂添加到从流管22带至注射混合站30的进口导管32的侧流，由此，通过这种方式，将表面活性剂与气体一起添加到配料。同样，如果在取得侧流的点上游添加表面活性剂S，那么注射液体也含有表面活性剂。

图3图示了借助于自己的注射混合站34将表面活性剂S引入配料的纤维网制造机的短循环，作为本发明的第二优选实施例。在图示的实施例中，将配料本身用作在注射混合站34中的注射液体。然而，可以将任何液体，开始于水并且包括可从工厂得到的各种滤液或者循环水，用作注射液体。当使用注射混合站34时，不仅可以在远离用于气体的注射混合站30上游处执行表面活性剂S的混合，而且也可以刚好在气体注射之前，即，在前箱筛网18与混合站30之间，或者在更早于短循环之前的某处，执行表面活性剂S的混合。换言之，也可以在前箱筛网18上游，即，在前箱馈送泵16与前箱筛网18之间，执行注射。

图4示意性地图示了本发明的第三优选实施例。可以按照与早前实施例中完全相同的方式来执行配料中的泡沫形成。换言之，在本实施例中，可以应用用于定位用于气体的注射混合站和引入表面活性剂的任何一个上述可选位置。然而，现在，在制备泡沫状配料时使用的气体是具体地，即，用在泡沫工艺中的气体是来自附近锅炉（例如，树皮锅炉或者化学剂回收锅炉或者相隔纤维网制造机合适距离的任何其他燃烧设备）的烟道气或者燃烧气。烟道气含有一些二氧化碳，占10-20%，剩余部分主要是氮气。借助于注射混合站130将包括二氧化碳的烟道气注射到配料中，从而使得含有二氧化碳的烟道气与配料彻底混合。虽然未示出稳定剂或者表面活性剂的引入，但是，借助于与烟道气相同的注射混合站130，或者通过早前结合在图2和图3中论述的实施例和选择/替代方案所论述的任何其他方式，将表面活性剂引入配料中。

本发明的本实施例的另一具体特征为：通过任何适用的适当装置，将石灰乳（MoL）注射到配料中。图4示出了可以在用于烟道气的注射混合站130上游、前箱筛网18上游和/或前箱馈送泵16上游，连同烟道气一起将石灰乳引入配料中。事实上，可以自由选择将石灰乳引入配料所发生的实际位置。当配料中同时存在二氧化碳和石灰乳时，它们发生反应并且在配料中形成沉淀碳酸钙（PCC）。引入石灰乳的优选位置是前箱馈送泵16上游，由此，在将石灰乳均匀地混合入配料中时，利用离心泵的混合能力。将石灰乳引入配料的另一适当位置是将石灰乳添加到用于注射烟道气的注射液体中或者添加到表面活性剂中。换言之，可以将石灰乳添加到配料、滤液或者从工厂获得并且用作注射液体的任何其他循环水中，或者添加到新鲜水中（如果新鲜水被用作注射液体）。

图5示出了将石灰乳添加到配料中的有利方式，作为本发明的第四优选实施例。混合石灰乳优选地发生在泡沫形成之前，即，发生在混合站130上游。换言之，此处，用于石灰乳的注射混合站140位于用于烟道气的混合站130上游。通过使用注射液体来注射石灰乳，该注射液体优选地是配料本身，但是，也可以将任何液体，开始于新鲜水并且包括可从工厂得到的各种滤液和循环水，用作注射液体。用于石灰乳的注射混合站140可以直接位于用于气体的注射混合站130上游，但是其也可以位于前箱筛网18上游、前箱馈送泵16上游，或者位于任何其他适当的位置处。图5也示出了可以将泡沫稳定剂即表面活性剂S引入配料中的若干可选位置。除了早前已经公开的用于引入表面活性剂S的位置之外，图5建议可以借助于与石灰乳（MoL）相同的混合站140来引入表面活性剂S。在这种情况下，可以在（一个或多个）注射混合器中将表面活性剂S作为另一化学剂引入，或者，将表面活性剂S添加到进入（一个或多个）注射混合器的注射液体中。

在以下示例中，已经考虑了泡沫形成所需的气体量满足PCC生产需求的程度。换言之，含有生产适当量的PCC所需的CO₂的烟道气体量对于泡沫形成是否足够。

在示例性实例中，针对制造纤维网，所需的泡沫为40 l/s，泡沫密度为350 kg/m³，并且纤维在水中的浓度为1%。针对烟道气，可以假设气体的CO₂含量为15%，剩余的主要为氮气。然后，可以计算得到，40 l/s流的35%为水和固体（主要是纤维）（两者的密度都为1 kg/dm³）。从而，质量流量为40＊0,35 kg/s = 14 kg/s。由于纤维浓度为1%，所以纤维的实际质量流量为0.14 kg/s。如果所需的填料即PCC的量为纤维量的24%，那么需要0,034 kg/s的PCC。针对制造0.1 kg/s的PCC，需要0.34＊0.44 kg/s = 0.015 kg/s的CO₂。这等于7.5 l/s的CO₂，这约为50 l/s的烟道气。此处，需要理解，上面的示例是示意性的，纸浆的浓度和烟道气的CO₂含量可以与本示例中给出的值有很大的变化。由此，本示例仅仅示出了从烟道气回收的CO₂的量很好地满足了用于泡沫形成的烟道气的需要。

当然，要理解，如果，出于一些原因，在用于泡沫形成的烟道气的需要与在用于PCC形成的烟道气中的CO₂的量之间找不到平衡，即，作为一种替代方案，烟道气未含有足量的CO₂，即，在CO₂中的烟道气稀贫的问题，那么可以使用新鲜CO₂。可以将新鲜CO₂引入进入注射站的烟道气流、引入注射站的注射混合器、或者在注射混合站上游便引入配料中。可以在引入石灰乳上游或者下游处或者通过使用与石灰乳相同的注射混合器或者混合器站来执行上游注射。按照对应的方式，作为另一替代方案，如果烟道气富含CO₂，那么可以通过添加气体，最常见的是空气，来“稀释”烟道气，以降低CO₂的相对量。

最后，值得理解的是，与图2、图3和图5的教导和本说明书的对应通道相反，可以利用仅仅将足量的气体注射到配料中，来执行泡沫状配料的形成。然而，在这种情况下，配料的形成状态非常短，在该状态之后，气体与配料分离。实际上，这意味着，如果使用稀有气体，那么气体注射必须紧接着网成形发生。由此，应该理解，作为本发明的另一组实施例，在不考虑表面活性剂的馈送和混合的情况下，可以采取在图2至图5中论述的各种选择。

同样值得论述的是在纤维网制造机的短循环中引入气体（即，烟道气）和/或CO₂或者烟道气与CO₂的混合物的注射混合器或者注射混合站的定位。实际上，应该尽可能靠近前箱地将气体引入短循环。换言之，（一个或多个）注射混合器或者（一个或多个）注射混合站应该位于前箱筛网与前箱之间，或者，如果在短循环中不存在前箱筛网，则位于风扇泵和前箱之间。可以更加自由地引入石灰乳MoL，这是由于可以在风扇泵（利用风扇泵作为混合器）上游或者在风扇泵下游引入石灰乳MoL。

如从上面的说明可以看到的，已经开发了一种用于制造纤维网即纸张或者纸板的新布置和方法。虽然此处已经通过示例结合目前认为是优选实施例的实施例对本发明进行了描述，但是要理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖在由所附权利要求书限定的本发明的范围的其特征和其他应用的各种组合和/或修改。

Claims (11)

1.一种用于制造纤维网的布置，所述布置包括用于制备至少一种稠厚原料组分（4）和滤液的配料的装置（2）和用于朝纤维网制造机（8）的前箱（20）输送配料的装置（10、16），其特征在于，前箱馈送管（22）包括用于将气体引到并且混合到配料中以制备泡沫状配料的第一注射混合站（30）。

2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，一个或多个所述第一注射混合站（30）位于前箱筛网（18）和所述前箱（20）之间。

3.根据权利要求2所述的布置，其特征在于，用于将表面活性剂S引到所述配料中以稳定所述泡沫状配料的装置。

4.根据权利要求3所述的布置，其特征在于，用于引入表面活性剂S的所述装置是如下一种：

其设置为与所述用于将气体引到并且混合到配料中的第一注射混合站（30）连接；

其设置在所述用于将气体引到并且混合到配料中的第一注射混合站（30）的上游；以及

其设置在所述用于朝纤维网制造机（8）的前箱（20）输送配料的装置（10、16）的上游。

5.根据权利要求3所述的布置，其特征在于，用于引入表面活性剂S的所述装置是第二注射混合站（34）。

6.根据权利要求5所述的布置，其特征在于，用于引入表面活性剂S的所述第二注射混合站（34）位于所述前箱筛网（18）的上游或者前箱馈送泵的上游。

7.根据权利要求1所述的布置，其特征在于，所述第一注射混合站（30）设置有一个或者多个注射混合器，所述注射混合器分别具有用于接收注射液体的进口导管（32）。

8.根据权利要求1或2所述的布置，其特征在于，用于制备所述泡沫状配料的所述气体至少部分地是包括二氧化碳的烟道气。

9.一种制造纤维网的方法，所述方法包括如下步骤：

制备滤液和至少一种稠厚原料组分（4）的配料；

将配料引到纤维网制造机（8）的前箱（20）；以及

将配料敷设在纤维网制造机（8）的线部（6）的线上或者线之间，

其特征在于，结合将配料引到所述前箱（20）的步骤，借助于注射液体将气体引到所述配料以制备泡沫状配料的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于借助于如下一种方式向所述配料提供表面活性剂S：借助于注射液体将所述表面活性剂S注射到所述配料；借助于注射液体将所述表面活性剂S连同所述气体一起注射到配料；将所述表面活性剂S引到在用于朝所述前箱（20）输送配料的装置（10、16）上游的所述配料。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于制备所述泡沫状配料的所述气体至少部分是包括二氧化碳的气体。