СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ КРАСКИ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ БУМАГИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕНТРИФУГ
METHOD FOR CLEANING OF PROCESSED CELLULOSE PAPER FROM PAINT WITH APPLICATION OF CENTRIFUGES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Не применимо
ЗАЯВЛЕНИЕ О ФИНАНСИРОВАНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА
[0002] Не применимо
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0003] Настоящее изобретение относится к очистке от краски перерабатываемой целлюлозной бумаги и, в частности, к способам отделения частиц краски от целлюлозных волокон и удаления отделенных частиц краски от суспензии волокон и отделенных частиц краски.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] В бумажной промышленности уделяется большое внимание переработке целлюлозной бумаги. Для определенных типов макулатуры, таких как "офисные отходы", одна из главных проблем связана с процессом отделения волокон бумаги или небольших комков волокон бумаги от частиц краски, удаленных с перерабатываемой бумаги. Офисная бумага или "офисные отходы" - это термины, которые иногда используются для обозначения макулатуры из офисов компаний и т.п. Офисные отходы содержат относительно большие количества краски из таких источников, как тонеры и т.п., используемые в копировальных аппаратах, компьютерных принтерах и других средствах физического нанесения краски на целлюлозную бумагу.
[0005] Обычно такая краска находится в форме черных или разноцветных частиц, и после нанесения на бумагу такие частицы имеют сильную связь с волокнами бумаги (иногда "сплавлены"). Таким образом, начальное усилие при переработке бумаги для печати заключается в том, чтобы удалить частицы краски с волокон бумаги. При переработке бумаги это обычно достигается путем измельчения бумаги для печати на очень небольшие кусочки, которые одновременно или последовательно преобразуются в волокнистую массу, которая содержит варочную жидкость, волокна и небольшие пучки волокон и удаленные частицы краски. Такие удаленные частицы краски могут быть больше или меньше отдельных бумажных волокон.
[0006] В некоторых случаях к волокнистой массе добавляется агломерирующее химическое вещество для объединения небольших частиц краски в более крупные частицы краски. Обработанная таким образом волокнистая масса после этого подвергается фильтрации, при которой волокна и небольшие частицы краски пропускаются через фильтр вместе с жидкостью-носителем. Фильтрат, содержащий волокна и небольшие частицы краски, после этого подвергается обработке с использованием циклонного очистителя, в котором небольшие частицы краски отделяются от волокон для получения на выходе потока жидкости-носителя и волокон, некоторые из которых содержат прикрепленные к ним частицы краски. Такой выходной поток содержит суспензию волокон и небольших частиц краски.
[0007] Отходы с фильтра содержат более крупные пучки волокон, различные загрязнители, такие как частицы пластика и краски, которые не прошли через отверстия фильтра, и краску, остающуюся связанной с волокнами в пучках волокон.
[0008] Патент США №5,512,133, содержание которого в полном объеме включено в настоящий документ путем ссылки, дает описание способов очистки от краски, включая определение слова "краска", источники перерабатываемой бумаги с краской, способы очистки бумаги от краски, известные из уровня техники, и способ очистки от краски с использованием агломерирующих веществ, фильтрации, циклонной очистки и флотации.
[0009] Патент США №3,635,788, содержание которого в полном объеме включено в настоящий документ путем ссылки, дает описание использования циклонных центрифуг для очистки перерабатываемой бумаги от краски.
[0010] Из вышеизложенного будет понятно, что известные системы очистки от краски используют несколько этапов обработки волокнистой массы для улучшения качества и чистоты волокнистой массы, включая этапы, на которых используется оборудование для фильтрации, очистки в центрифуге, флотации, промывки, прессования, диспергирования и беления. В случае этапа флотации обычно требуется предварительное диспергирование краски в диспергирующем агенте высокой концентрации для тщательного отделения краски от волокна и разделения ее на мелкие частицы, которые могут быть успешно удалены флотацией. Операция диспергирования включает загущение волокнистой массы до консистенции 25-35%, последующий нагрев ее паром и диспергирование в рафинерном устройстве. Консистенция волокнистой массы затем уменьшается приблизительно до 1% с целью удаления краски флотацией.
[0011] Диспергирование с последующей флотацией требует больших капитальных расходов на крупное оборудование, а также большого пространства установки для удаления краски. Это также подразумевает высокие эксплуатационные расходы из-за существенных потерь волокна на этапах загущения и флотации, большого расхода мощности и пара и расходов на техническое обслуживание оборудования. Тем не менее, диспергирование/флотация обычно используются потому, что этот способ очень эффективен для повышения чистоты волокнистой массы, очищенной от краски. Большинство современных систем очистки от краски, работающих на офисных отходах, используют операции диспергирования/флотации в двух разных местах системы очистки от краски для достижения соответствующей чистоты волокнистой массы. Понятно, что такое дублирование приводит, в частности, к большим капитальным и эксплуатационным расходам.
[0012] Операции диспергирования и последующей флотации также могут быть добавлены к процессу очистки от краски с агломерацией для улучшения удаления частиц краски. Таким образом, становится очевидно, что необходим альтернативный способ очистки от краски перерабатываемой волокнистой бумаги с использованием системы агломерации и без использования операций диспергирования/флотации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] В настоящей заявке термин "грязь" означает краску, клейкие и любые другие типы загрязнителей, которые видны как частицы темного цвета в листе бумаги, сформованном из волокнистой массы переработанной бумаги.
[0014] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ очистки от краски перерабатываемой целлюлозной бумаги, содержащий этапы подготовки волокнистой массы, содержащей волокна бумаги и пучки волокон бумаги в варочной жидкости и агломерирующее вещество, обработки волокнистой массы на фильтре, хранения фильтрата от обработки на фильтре, который содержит остаточные химические вещества варки целлюлозы и/или агломерирующее вещество, в сосуде в течение времени, достаточного для осуществления изменения в геометрии или других характеристиках (кроме размера) отдельных частиц краски в фильтрате, и последующей обработки волокнистой массы из сосуда в циклонном очистителе для удаления из волокнистой массы модифицированных и других частиц краски и получения волокнистой массы, содержащей волокна бумаги и значительно меньше частиц краски по сравнению с количеством частиц краски, присутствовавшем в фильтрате, а также сбора волокнистой массы с уменьшенным содержанием частиц краски для использования в изготовлении бумаги. В настоящем изобретении такое модифицирование частиц краски осуществляется без посторонних добавок, таких как химические вещества, и без необходимости перемешивания хранящейся волокнистой массы.
[0015] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения его автор применяет циклонные очистители, имеющие диаметр меньше 5 дюймов, и предпочтительно циклонные очистители, имеющие диаметр приблизительно 3 дюйма.
ОПИСАНИЕ ЛУЧШЕГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] В способе настоящего изобретения количество перерабатываемой бумаги, такой как офисные отходы, пропускается в бракомол вместе с обычной варочной жидкостью и агломерирующим веществом, которые хорошо известны из уровня техники. В бракомоле частицы краски отделяются от целлюлозных волокон бумаги, и бумага распадается на волокна и комки волокон, некоторые из которых могут содержать остаточные частицы краски. Могут использоваться стандартные параметры процесса превращения в волокнистую массу.
[0017] После операции образования волокнистой массы/агломерации краски полученная волокнистая масса пропускается через обычный фильтр, работающий при стандартных эксплуатационных параметрах.
[0018] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения комки волокон и агломераты краски, оставшиеся на фильтре, удаляются и транспортируются в любое из нескольких мест для удаленного хранения, операций восстановления, повторного ввода в последующие операции изготовления бумаги и т.д. Фильтрат содержит волокна, возможно, некоторое количество небольших комков волокон и частицы краски, которые прошли через фильтр. Некоторые волокна или комки волокон могут содержать частицы краски, которые остались прикрепленными к волокнам. Подходящими фильтрами для использования в настоящем способе являются фильтры, имеющие отверстия типа прорезей в фильтре. Прорези, имеющие ширину приблизительно 0,004-0,006 дюйма были определены как подходящие для разделения целлюлозных волокон, полученных из переработанных офисных отходов. Причем отверстия, выполненные в фильтре, имеют соответствующий размер для пропуска бумажных волокон и частиц краски размера, приблизительно соответствующего размеру бумажных волокон, для получения фильтрата, содержащего бумажные волокна и частицы краски. Целлюлозные волокна из других источников перерабатываемой бумаги, содержащей краску, могут обрабатываться с использованием похожих операций подготовки волокнистой массы и фильтрации. После фильтрации волокнистая масса может быть далее очищена путем очистки в центрифугах или путем многократной очистки в последовательности центрифуг. Желательно получить волокнистую массу, имеющую количество грязи по TAPPI меньше 200 частей на миллион, предпочтительно меньше 100 частей на миллион, после этих этапов фильтрации и очистки в центрифугах.
[0019] В способе настоящего изобретения фильтрат после операций фильтрации через фильтр или очистки в центрифуге транспортируется в сосуд для хранения, например в колонну типа, который обычно используется в операциях изготовления бумаги. Во время хранения фильтрата в сосуде отдельные частицы краски в фильтрате подвергаются действию остаточных химических веществ, остаточного агломерирующего вещества в волокнистой массе и т.п. Причем агломерирующее вещество присутствует в волокнистой массе в количестве приблизительно 0,1-2,0% от массы сухого волокна в волокнистой массе. Однако было далее обнаружено, что существенной агломерации таких отдельных частиц краски в хранящемся фильтрате не происходит. Этот факт был подтвержден при исследовании физического размера отдельных частиц краски при входе их в сосуд для хранения и после их выдержки в сосуде для хранения. Наоборот, было обнаружено, что отдельные частицы краски претерпевают по меньшей мере изменение геометрии, конкретно приобретая более сфероидальную геометрию во время их нахождения в сосуде для хранения. Поскольку это точно не известно, предполагается, что во время нахождения волокнистой массы в сосуде для хранения может происходить некоторое ослабление связей (физических или химических) между частицами краски, которые остаются прикрепленными к бумажным волокнам, с последующим отделением таких частиц краски от волокон, к которым они прикреплены. Независимо от того каким может быть этот механизм, автор настоящего изобретения выяснил, что морфология частиц краски, которые уже были отделены от соответствующих волокон, и/или частиц краски, связи которых с их волокнами ослабли во время нахождения в сосуде для хранения, кажется, выгодно изменилась, что свидетельствуется их более лучшим удалением из волокнистой массы при обработке в циклонном сепараторе после хранения.
[0020] Время хранения фильтрата в сосуде для хранения может варьироваться приблизительно от 30 минут до 24 часов. Меньшее время выдержки в сосуде для хранения не кажется эффективным для улучшения последующей обработки фильтрата, тогда как время выдержки больше приблизительно 24 часов не кажется необходимым для достижения большего уменьшения количества частиц грязи в волокнистой массе, полученной настоящим способом, и в любом случае более длительное время выдержки способствует увеличению отношений расходов/выгоды до неприемлемых уровней. Перемешивание волокнистой массы в сосуде для хранения не является необходимым.
[0021] В конце желательного времени хранения фильтрат подается в и через циклонный сепаратор, где волокна отделяются от частиц краски под действием центробежных сил. На практике исходя из расчетного расхода волокнистой массы при ее подаче из сосуда для хранения могут применяться многочисленные, вплоть до сотен, циклонные сепараторы, эксплуатирующиеся параллельно.
[0022] Делается ссылка на патент США №3,635,788, где описан подходящий циклонный сепаратор и способ его эксплуатации. В основном в настоящем изобретении волокнистая масса, подаваемая из колонны для хранения, подается из колонны в циклонный сепаратор (или сепараторы), где твердые вещества (главным образом частицы грязи и краски) мигрируют в направлении наружного нисходящего спирального завихрения и извлекаются со дна сосуда сепаратора. Остаток волокнистой суспензии от внутреннего завихрения в сепараторе, содержащий любые оставшиеся твердые вещества (волокна), выводится через верхнюю горловину, что хорошо известно из уровня техники.
[0023] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения каждый из используемых циклонных сепараторов имеет максимальный диаметр меньше 5 дюймов, предпочтительно приблизительно 3 дюйма. Было обнаружено, что сепараторы меньшего диаметра развивают перегрузки, в несколько раз большие, чем перегрузки в более крупных сепараторах, этим обеспечивая повышенную эффективность отделения.
[0024] Независимо от такой повышенной эффективности сепаратора как такового автор настоящего изобретения обнаружил, что при обработке волокнистой массы, содержащей бумажные волокна с краской, эффективность отчистки от краски, измеренная способом подсчета частиц грязи по TAPPI, явно увеличивается, если такая волокнистая масса хранится в сосуде в спокойных условиях в течение времени приблизительно от 30 минут до 24 часов, в противоположность обработке волокнистой массы сразу же после операции фильтрации или операций циклонной очистки и операции циклонного отделения. Как уже отмечалось, это повышение эффективности считается функцией времени выдержки отдельных частиц краски, которые до этого освободились от соответствующих бумажных волокон и перешли в химические вещества, используемые в процессе очистки от краски, и которые остаются в волокнистой массе, и/или функцией какого-то другого неизвестного фактора, такого как набухание бумажных волокон, ослабление связей (физических и/или химических) тех частиц краски, которые остаются соединенными с соответствующими волокнами после фильтрации и очистки и которые транспортируются в сосуд для хранения, или некоторого сочетания этих и/или других факторов. Независимо от механизма (или механизмов), происходящих в сосуде для хранения, было визуально подтверждено, что геометрия отдельных частиц краски на выходе из сосуда для хранения при транспортировке в сепаратор не проявляет каких-либо существенных изменений в размерах вследствие выдержки волокнистой массы в сосуде для хранения. Агломерации частиц краски во время выдержки волокнистой массы в сосуде для хранения отмечено не было.
Пример I
Волокнистая масса с удаленной краской была получена на коммерческой установке для удаления краски с агломерацией, на которой в качестве сырья использовались офисные отходы. В установке использовались фильтры с щелевидными отверстиями шириной 0,004 дюйма и очищающие центрифуги на этапах обработки. Очищающие центрифуги из первого комплекта имели диаметр 6 дюймов и КПД удаления грязи 85%. Очищающие центрифуги из второго комплекта имели диаметр 2,5 дюйма и КПД удаления грязи 70%. Очищающие центрифуги третьего комплекта имели диаметр 2,5 дюйма и КПД по удалению грязи 55%. Волокнистая масса после удаления краски хранилась в колонне для хранения в течение 2 часов и затем обрабатывалась на очищающей центрифуге диаметром 3 дюйма. Количество частиц грязи до очистки составляло 28,4 частей на миллион. Использовалась центрифуга Black Clawson Ultra-Clone, работающая с перепадом давления 31 фунт на кв. дюйм и при гидравлической отбраковке 4,7%. Консистенция волокнистой массы, подаваемой в центрифугу, составляла 0,99%, и волокнистая масса, принятая центрифугой, имела консистенцию 0,81%. Волокнистая масса после центрифуги имела показатель частиц грязи 4,2 части на миллион. КПД удаления грязи центрифугой составил 85%. Этот исключительно высокий КПД дал волокнистую массу с достаточно низким количеством частиц грязи для использования в изготовлении высококачественной бумаги для печати и письма.
Пример II
Волокнистая масса с удаленной краской была получена на установке для удаления краски с агломерацией, в которой использовались фильтры с щелевидными отверстиями шириной 0,006 дюйма и два комплекта очищающих центрифуг на этапах обработки. Очищающие центрифуги из первого комплекта имели диаметр 6 дюймов и из второго комплекта - 2,5 дюйма. Волокнистая масса после удаления краски хранилась в течение 6 часов и затем обрабатывалась на очищающей центрифуге диаметром 2,5 дюйма. Количество частиц грязи до очистки составляло 79 частей на миллион. Центрифуга работала с перепадом давления 18 фунтов на кв. дюйм и при гидравлической отбраковке 4%. Волокнистая масса, принятая центрифугой, имела показатель частиц грязи 9 частей на миллион. КПД удаления грязи центрифугой составил 89%.
Пример III
Волокнистая масса с удаленной краской была получена на такой же установке для удаления краски с агломерацией, как в примере II. Волокнистая масса после удаления краски затем обрабатывалась таким же способом хранения и очистки, как в примере II, за тем исключением, что центрифуга работала с перепадом давления 21 фунт на кв. дюйм и при гидравлической отбраковке 8%. Количество частиц грязи до очистки составляло 86 частей на миллион и после обработки - 18 частей на миллион. КПД удаления грязи центрифугой составил 79%.
Пример IV
Волокнистая масса с удаленной краской была получена на установке для удаления краски с агломерацией, в которой использовались фильтры с щелевидными отверстиями шириной 0,004 дюйма и три комплекта очищающих центрифуг на этапах обработки. Волокнистая масса хранилась в течение 3 часов и затем обрабатывалась на очищающей центрифуге диаметром 2,5 дюйма с перепадом давления 18 фунтов на кв. дюйм и при гидравлической отбраковке 6%. Количество частиц грязи в волокнистой массе, подаваемой в центрифугу, составляло 15 частей на миллион и 0 частей на миллион после центрифуги. КПД удаления грязи центрифугой составил 100%.
Пример V
Волокнистая масса с удаленной краской была получена на такой же установке для удаления краски с агломерацией, как в примере IV. Волокнистая масса после удаления краски затем обрабатывалась таким же способом хранения и очистки, как в примере IV, за тем исключением, что гидравлическая отбраковка в центрифуге составила 4%. Количество частиц грязи после обработки в центрифуге уменьшилось с 15 частей на миллион до 1 части на миллион, до очистки составляло 86 частей на миллион и после обработки - 18 частей на миллион, дав КПД удаления грязи 93%.
[0025] Как отмечалось в вышеприведенных примерах, для подготовки волокнистой массы, включая агломерацию частиц краски, могут быть использованы обычные устройства и параметры обработки. Кроме того, могут использоваться стандартные фильтры для волокнистой массы и параметры эксплуатации с учетом ограничений по размеру щелевидных отверстий, указанных выше. Несмотря на то что в примерах был назван конкретный циклонный сепаратор, понятно, что по желанию доступны для использования и другие коммерческие марки циклонных сепараторов при выполнении условий эксплуатации согласно настоящему способу.
5
20
[0026] В вышеприведенных примерах агломерирующим агентом являлась смесь из одного или нескольких алканолов С-С и неионных ПАВ, известных из уровня техники. Количество примененного ПАВ составляло 0,3-0,5% от массы сухого волокна в начале подготовки волокнистой массы.
[0027] В настоящем изобретении волокнистая масса может храниться в сосуде для хранения при любой обычной консистенции, например обычно консистенция при хранении составляет приблизительно 5-30%, предпочтительно 10-15%. Консистенции волокнистой массы меньше приблизительно 5% требуют необычно больших сосудов для хранения при данном объеме волокнистой массы. Консистенции волокнистой массы больше приблизительно 30% требуют специального оборудования для работы.
[0028] Хранение фильтрата после операции фильтрации настоящего изобретения может осуществляться в колонне типа, обычно используемого в технологическом оборудовании для подготовки волокнистой массы. В качестве примера в вышеприведенных примерах I, IV и V сосудом для хранения являлась колонна высотой 75 футов и диаметром 30 футов. В примерах II и III высота колонны составляла 90 футов и диаметр 35 футов.