與纖維網製造工藝相關的使填料結晶的方法,和纖維網製造機的漿料上網系統的製作方法

2023-05-01 22:21:16

專利名稱：與纖維網製造工藝相關的使填料結晶的方法,和纖維網製造機的漿料上網系統的製作方法
與纖維網製造工藝相關的使填料結晶的方法，和纖維網制 造機的漿料上網系統上述發明的目的是與纖維網製造工藝(fiber web process)相關聯的使填料(尤 其碳酸鈣)結晶的方法，和纖維網製造機(fiber web machine)的漿料上網系統(approach system)。本發明尤其涉及與造紙機工藝相關聯的在紙和紙板的生產中用作填料的PCC的 連續生產方法。碳酸鈣通常同時作為填料和塗料用於造紙中，這歸因於諸如碳酸酯的高亮度和它 的優惠價格之類的因素。碳酸鈣可以通過研磨白堊、大理石或石灰石來生產，據此它被稱為 重質碳酸鈣，通常縮寫為GCC(重質碳酸鈣)。生產碳酸鈣的另一種途徑是化學方法，其中， 例如，作為氫氧化鈣的第二組分存在的鈣離子與當將二氧化碳溶於水中時所獲得的碳酸根 離子進行反應，因此所得碳酸鈣是作為晶體從溶液中沉澱而成，它的形狀取決於反應條件。 該生產方法的最終產品是由名稱PCC來提及，它是沉澱碳酸鈣的縮寫。本發明集中於PCC 的生產和它在紙張中作為填料的特定應用。PCC生產在傳統上是與實際的紙生產分開進行的。迄今，PCC已經在與造紙廠靠近 的其本身單獨的工廠(從這裡，PCC淤漿通過管路(piping)被泵輸送到造紙廠)中或在類 似的工廠(從這裡，PCC淤漿通過罐卡車運輸至造紙廠)中生產。由該方法生產的PCC需 要在紙生產中使用助留劑，這樣PCC能夠粘合於纖維，不論它們是否以化學上或機械方式 生產的纖維素纖維。生產PCC的以上簡述的普通方式除了涉及到與助留劑的使用有關的早 已提到的問題之外還涉及其它問題。PCC被罐卡車從化工廠運送到造紙廠會引起運輸費用 並且需要分散劑和生物殺傷劑的使用。這些添加劑的使用降低了 PCC的性能。與工廠相關的單獨PCC設備的建造是高花費的投資並且需要許多的晝夜不停的 單獨工作。PCC設備還消耗大量的新鮮水和能量。因此，為了降低紙張的生產成本，最近已經提出了直接在造紙廠生產PCC的許多 不同建議，因此從造紙成本結構中至少消除了PCC的運輸費用。也已經注意到，在纖維懸浮 液的存在下PCC的生產會導致PCC晶體對纖維的提高的粘合性，因此至少減少了對助留劑 的需要，並且有時它們的使用甚至可以完全地被避免。下面的敘述討論致力於與造紙相關 聯的PCC生產的幾篇專利文件。W0-A1-0107365討論普通的PCC生產方法。一般而言，該方法設想含有鈣離子的 懸浮液的形成，其中鈣同時以溶解離子形式和作為不溶性固體形式而存在。該懸浮液被提 供給正壓力反應器中，在其中引入氣體二氧化碳，並且反應器的內容物被連續地混合。因 此，二氧化碳和水的反應產生碳酸根離子，後者進一步與鈣離子反應產生碳酸鈣。該方法 是根據PH值按照間歇型模式來進行的。在初始階段中，即，在進給二氧化碳之前，在反應器 中存在的懸浮液的PH值粗略地高於12。繼續將二氧化碳輸入到反應器中，直到pH下降到 6. 5-7. 5的水平，然後PCC懸浮液被泵送通過絲網而進入到用於該造紙工藝的儲罐中。來源於以上一般性描述的方法中的鈣離子可以是氧化鈣或氫氧化鈣。該文件解釋 了生石灰(CaO)如何通過火車、卡車或氣壓管路從局部料倉運輸到PCC裝置。生石灰在消 石灰器中通過選礦用水來消解，以便形成氫氧化鈣。如果需要的話，可以添加蒸汽，以便確保正常的反應溫度。從消石灰器(slacker)獲得的石灰乳被泵抽通過絲網，其中大尺寸的 顆粒被除去，並且進入到上述反應器中。除CO2作為純液體被引入該方法中外，以可利用的 方式提純的任何合適煙道氣可以用作被加入到反應器中的二氧化碳的來源。W0-Al-9935333,W0-Al-9945202 和 W0-A1-0047817 討論了對於著眼於酸性紙材生 產的情況而言重質碳酸鈣或PCC的保護。這些文件假定碳酸鈣在鹼性條件下是相對穩定 的，並且該低pH(粗略地8和更低)傾向於使碳酸鈣分解成鈣離子和碳酸根離子，這樣該 懸浮液釋放二氧化碳，二氧化碳的形成顯著表現為漿料(stock)起沫。根據該文件，已經指 出通過使用二氧化碳，不論處於氣態形式或溶於水中，碳酸鈣可以被穩定化，使得紙材生 產的PH可以降低至在6. 5-7. 5範圍內，但沒有碳酸鈣分解的風險。US專利A-5，223，090公開了利用原始紙漿纖維的親水性質在造紙廠中發生的PCC 在纖維中的沉澱，這通過以下來實現首先讓原始紙漿與石灰乳接觸，然後讓具有40-95% 的水含量的該懸浮液與氣態或液態試劑(二氧化碳)在增壓罐中在劇烈攪拌下進行接觸， 以便使填料粒子沉澱在該纖維中和尤其在纖維的內腔(Iimen)中。作為混合器的備選，公 開了加壓的紙漿研磨機。US專利A-5，262，006討論了造紙工藝，其中在含有回用纖維(recycled fiber)的 或含有廢料(reject)的懸浮液中有硫酸鈣或石膏，它用作在紙塗料中的原材料。該文件的 目的是將回用燒石膏的至少一部分轉化成碳酸鈣。這可通過將鹼金屬碳酸鹽或碳酸銨供應 到該懸浮液中來實現。此外，碳酸根或碳酸氫根離子被供應到造紙漿料中以形成PCC，這引 起碳酸鈣在纖維中的沉澱。該碳酸根離子進而可以按照已知的方式通過首先供應石灰乳到 懸浮液中和然後供應二氧化碳到該懸浮液中，來從石灰乳和二氧化碳生產。相關的纖維懸 浮液或者原樣使用，或者與造紙用的其它纖維素組分混合。US-A-5, 558，782，US-A-5, 733，461，US-A-5, 830，364 和 EP-A1-0658606 描述一種 方法，其中鹼土金屬碳酸鹽在造紙濾液中沉澱，因此，碳酸鹽粘附於該濾液微粒上，它可能 更容易使用。事實上，該文件教導了如何首先將石灰乳和然後將二氧化碳加入到濾液中，其 中所形成的PCC在濾液微粒中沉澱。在PCC的沉澱之後，含有PCC的微粒作為稠厚級分與 沉澱物分離，它與另一種填料一起供應以便添加到所生產的紙張中，或由PCC沉澱所得到 的濾液本身供應到造紙中以便用作填料或塗料顏料。US專利A-5，665，205討論了旨在改進在造紙中使用的回用纖維的亮度和純度的 一些方法。它假設碳酸鈣(氧化鈣或氫氧化鈣)和二氧化碳在15-80°C的溫度下添加到 以0. 1-5%的稠度在混合反應器中存在的回用纖維中，該二氧化碳和石灰乳摩爾比率在 0.1-10之間變化。通過改變反應條件，碳酸鈣晶體的尺寸和形狀可以加以控制。同樣地，通 過改變化學品進料順序，反應PH可以被控制。US-A-5, 679，220從稍有不同的角度討論了早已描述的方法(US_A_5，665，205)。 在該文件中，懸浮液是從造紙纖維組分形成的，該懸浮液的稠度，按以上所述，是低於5 %。 石灰乳是在單獨的容器中從氫氧化鈣或類似物形成的。纖維懸浮液和石灰乳通過剪切力 來劇烈混合，據此，靜態混合器認為足以產生該剪切力，雖然泵和其它混合器也可以考慮使 用，(然後)與氣體試劑在附屬物流動反應器中混合，憑此碳酸鈣沉澱在該纖維中。純二氧 化碳或煙道氣或從類似來源活動的二氧化碳能夠用作氣體試劑。該文件建議，石灰乳和二 氧化碳根據反應器條件(主要是PH)按照不通的安排被供應到管式反應器中是所希望的。二氧化碳例如在許多不同的步驟中按劑量加入到反應器中。US-A-5, 731，080和US_A_5，824，364尤其討論該纖維懸浮液的碳酸鈣的沉澱，該 懸浮液含有豐富量的微原纖維。這些微原纖維被認為存在於天然或研磨過的纖維中。在該 文件中所描述的方法中，纖維懸浮液是以0. 1-30%的稠度供應到間歇型混合反應器中，後 者也接收石灰乳。優選，在反應器中懸浮液的稠度粗略地是2.5%。當反應器溫度已經穩 定時啟動劇烈混合，據此，二氧化碳被加入到反應器中，所形成的PCC晶體沉澱在纖維表面 上。添加PCC的纖維懸浮液能夠以常規纖維懸浮液添加的方式用於造紙中。US-A1-20050045288討論了漂白的機械紙漿和它的生產，要求機械紙漿的泛黃特 性不影響最終產品。其目的是機械紙漿纖維用PCC的最佳塗覆。在該文件中描述的紙漿的 主要特徵是它已經被研磨，使得該纖維表面充分地原纖化。在根據該文件的方法中，石灰乳 藉助於輕的機械攪拌作用被添加到纖維懸浮液中，然後混合物的稠度被調節到低於10%， 優選至約2. 5%。隨後，氣體二氧化碳被添加到稀釋的懸浮液中，維持比先前更強烈的機械 攪拌，直到全部的石灰乳已經轉變成碳酸鈣為止，碳酸鈣沉澱在該纖維中。以上所述的混合 方法主要涉及在特殊容器中以間歇型模式進行的混合。根據這一文件，混合也可以作為包 括管式反應器的連續方法來進行，該管式反應器含有必要量的靜態混合器。混合例如這樣 進行，使得石灰乳被加入到在管路中流動的纖維懸浮液中，然後通過靜態混合器與漿料混 合。隨後，二氧化碳從一個或多個相繼的點上加入到物料流中，據此，在每一個加料點進行 靜態混合。按以上所述的方式生產的漿料用作造紙中的一種組分。W0-A1-9942657討論了造紙機濾液的處置，要求濾液分成兩個級分(fraction)。 在分級之後，石灰乳被混入光亮的濾液中，然後將二氧化碳混入含有微粒和纖維的級分中。 這兩種級分同時供應到結晶反應器中，它也接收造紙的一些纖維組分，並且它的操作可以 是連續的或間歇型的。在該文件中公開的技術方案中，將要進入到含造紙機濾液微粒和纖 維的級分中的碳酸鈣當用二氧化碳處理時轉化成碳酸氫鈣，溶於濾液中，然後如果需要的 話，從濾液中分離出固體物。任選地，碳酸氫鈣可以重新沉澱為碳酸鈣(PCC)。W0-A1-0112899討論了礦物型填料對纖維素懸浮液的粘附。在該文件中公開的造 紙方法使用含有鹼金屬和/或鹼土金屬碳酸鹽、碳酸氫鹽或矽酸鹽的纖維素纖維懸浮液。 在這一方法中，礦物氫氧化物被添加到纖維懸浮液中，所形成的礦物填料碳酸鹽可以沉澱 在該纖維中。碳酸鹽的沉澱是基於採用鈉離子。該文件提到在循環纖維方法中獲得的懸浮 液作為鈉離子源，其中鈉作為碳酸氫鹽或在造紙漿料中自然存在的鈉或從地下水獲得的鈉 而存在。在任何情況下，鈉離子在造紙機中的水循環中流動。當例如氫氧化鈣被加入到含 鈉離子和碳酸氫根離子的纖維懸浮液中，形成碳酸鈣和碳酸鈉。碳酸鈉隨後進一步與氫氧 化鈣反應，因此形成碳酸鈣和氫氧化鈉。所得碳酸鈣按照已知的方式沉澱在纖維懸浮液的 纖維中。當該沉澱反應已經完成時，造紙漿料被攜帶至造紙機，其中二氧化碳被加入到所獲 得的沉澱物以控制PH值，因此，在沉澱反應中作為副產物獲得的氫氧化鈉最初轉化成碳酸 鈉，然後當與二氧化碳和水反應時進一步轉化成碳酸氫鈉，據此該濾液隨時再循環到紙張 生產中。W0-A1-02066735討論了從紙纖維和碳酸鈣製造紙張的方法。為了解決在該文件 中所聲稱的問題，碳酸氫鈣和/或二氧化碳和氫氧化鈣的水溶液被混合以便作為球霰石 (vaterite)晶體的形式沉澱出碳酸鈣，隨後立即添加紙纖維，據此該球霰石晶體轉化成粘附於纖維上的方解石晶體。以這種方式形成的造紙用的漿料可以供應到造紙機中以便生產 紙。W0-A1-03033815引用以上所述的文件並且討論了由纖維素纖維和與造紙方法相 關聯所生產的PCC組成的纖維素產品。根據這一文件，這裡所述的方法讓PCC沉積在任何 纖維表面上，在纖維的內部和外部(表面)。該文件描述一些不同的PCC沉澱備選方案。在第一個所提到的備選方案中，碳酸鈣和二氧化碳在第一個混合器中與纖維懸浮 液混合，該懸浮液在進入該工藝中時的稠度是3-6%，使得二氧化碳完全地溶於該懸浮液 中。隨後，氫氧化鈣與懸浮液混合，然後該懸浮液在第二個混合器中混合，據此所形成的碳 酸鈣沉澱在該纖維中。在第二個備選方案中，由碳酸鈣和二氧化碳組成的混合物在第一個混合器中混 合，據此二氧化碳完全地溶解，和碳酸鈣的至少一部分轉化成碳酸氫鈣。最終，混合物從第 一個混合器加入到第二個混合器中，纖維懸浮液和氫氧化鈣也供應到其中，據此所形成的 碳酸鈣沉澱在該纖維中。
在第三個備選方案中，碳酸鈣和二氧化碳彼此混合，然後與纖維懸浮液一起供應 到第一個混合器中。這在實踐中意味著碳酸氫鈣溶液與纖維懸浮液混合。在第一個混合器 之後，氫氧化鈣與纖維懸浮液混合併且該懸浮液供應到第二個混合器中，在其中形成碳酸 鈣，碳酸鈣沉澱在該纖維中。在第四個備選方案中，PCC沉澱在短纖維級分中並提供給混合罐，其中該短纖維級 分被混合到長纖維級分中。以及，在第五個備選方案中，PCC沉澱在短纖維紙漿中，並且隨後該短纖維級分提 供給多層造紙機網前箱(headbox)，據此，例如可以生產出產品，該產品的中間層是短纖維 級分和表面層是含短纖維或含填料的級分。W0-A1-0200999討論造紙工藝，其中原始紙漿被添加到至少含有短纖維紙漿和/ 或填料的物料流中。該混合物被增稠和提供給特殊反應器中，其中鈣和碳酸根離子被添加 到混合物中，該離子來源於例如石灰乳和二氧化碳。含有短纖維材料和/或填料的該物料 流可以是，例如，來自造紙機網部的濾液。作為其它短纖維源，可提到在研磨之前和之後的 硬木和軟木的各種化學品和機械原始紙漿類型，合成紙漿，以及再循環纖維和廢料。根據在 該文件中描述的一個實施方案，PCC在纖維中的沉澱是在放入管流(pipe flow)中的靜態 混合器中進行的，在其中提供以上所述的含短纖維/填料的紙漿和原始紙漿、稀釋水和石 灰乳的混合物，因此懸浮液的稠度是在1-3. 5%範圍內。在第一個靜態混合器之後，二氧化 碳被加入到物料流中，它與懸浮液在第二個靜態混合器中混合。從生石灰獲得的添加PCC 的懸浮液在中間罐中貯存，該懸浮液從中以稀釋的形式添加到造紙機中。EP-B1-835343和W0-A1-03035979討論含填料的化學紙漿的生產。它基於通過 將填料(已經有PCC沉澱在其中)與化學紙漿混合來生產所需的化學紙漿。該填料是 通過磨細化學紙漿或機械紙漿，使得生產出所謂的短纖絨(noil)原纖維而獲得的，它的 Bauer-McNett值是大約P100。碳酸鈣與含有短纖絨原纖維的該紙漿混合，據此，該紙漿與 化學紙漿混合，然後混合物在乾燥後被分配到造紙廠。W0-A1-02097189討論造紙機的含鈣的濾液，要求鈣離子不能在造紙的水循環中聚 集。這一目的在實現之後應使得在沒有使用氧化鈣或氫氧化鈣的情況下濾液的PH提高到至少9的值。隨後，二氧化碳與工業用水混合，它使得大部分的鈣離子作為碳酸鈣而沉澱，從而可以從該工藝中除去。W0-A1-2005005726討論從造紙漿料生產紙張的方法，通過採用石灰乳和二氧化碳 在特殊混合設備中讓PCC沉澱到該貯備料中。W0-A1-2005033403討論從底物和沉澱在其中的鹼土金屬碳酸鹽形成的填料組合 物。該底物可以是，例如，含有纖維和/或微粒的造紙機濾液，或甚至長纖維原始紙漿。在 該填料生產方法中，固體首先從石灰乳中除去，在此之後石灰乳與底物摻混，然後利用二氧 化碳讓PCC從混合物中沉澱。W0-A1-2005044728描述僅僅PCC的的生產但沒有它在纖維中的沉澱或通過將它 沉澱在正引導至造紙機的纖維流中。該文件描述了如何生產石灰乳和過篩脫除固體，然後 是在洗滌器和冷卻器中煙道氣的處置，然後兩者都被輸送至在約1-7巴的壓力下的碳酸化 步驟，在其中生產PCC。如果需要的話，已在其中沉澱了 PCC的紙漿也可輸送至碳酸化步驟， 隨後填充了 PCC的紙漿可以輸送至造紙機。W0-A1-2005061386討論PCC的生產，但是該目的是提高晶體尺寸和減少特徵性表 面積。它基於石灰乳和懸浮液的混合物，它在幾個接連的混合反應器中被二氧化碳所碳酸 化以實現該目的。該懸浮液可以是從造紙機獲得的濾液，或另一種合適的固體，或含有原始 的或再循環的纖維的懸浮液。從該方法得到的最終產品能夠，例如，與其它填料和添加劑， 以及不同的纖維懸浮液，一起用於紙生產中。換句話說，現有技術教導了如何處置造紙機濾液以使得PCC沉澱在固體中，不論 它們是纖維型或其它顆粒狀材料如填料，這樣固體可以更容易地與該濾液分離，或使得該 固體可以被利用，例如，作為造紙填料。還有已知的一些文件，其中PCC沉澱到造紙的級分中，然後其原樣被輸送到造紙 機，或被輸送到混合罐中與其它級分混合，然後被輸送至造紙機。PCC沉澱到含纖維的懸浮液中常常根據現有技術文件來進行，這樣鈣離子分布在 懸浮液中，例如藉助於石灰乳，然後該懸浮液用化學品(通常二氧化碳)處理，以釋放或形 成碳離子。因此，形成了碳酸鈣晶體，它粘附於纖維上，和具體地說，粘附於不規則物和原纖 維的表面上。典型地，採用該方法，使得石灰乳和僅僅在此之後二氧化碳與含纖維的懸浮液
混合ο在一些文件中建議的另一種選擇是所謂的碳酸氫鹽方法。在該方法中，二氧化碳 與含有碳酸鈣或其它合適碳酸鹽的液體/濾液/懸浮液混合，據此該碳酸鹽轉化成碳酸氫 鹽。當鈣或適合該目的的其它氫氧化物例如石灰乳被添加到溶液/懸浮液中時，在氫氧化 物和碳酸氫鹽的反應中形成碳酸鹽。然而，普通方法和碳酸氫鹽方法具有他們本身的缺點。該碳酸氫鹽方法需要至少 一些形式的鈉的使用，它決不總是在沒有單獨添加的情況下存在於造紙漿料中。我們的理 解是，在實踐中在該碳酸氫鹽方法中遇到與在下面討論的常規方法中相同的問題。我們認 為，其中石灰乳和僅僅在其之後二氧化碳首先與可採用的液體或懸浮液混合的普通方法不 能按照在更高要求的產品的生產中所需要的最佳方式來控制碳酸鹽晶體的形成。此外，當 試圖在沒有單獨、持續時間較長的副循環(side circulation)的情況下讓PCC直接在造紙 機短循環中沉澱時，該沉澱方法的速率不一定是足夠的。
我們認為，在該方法中沉澱反應的緩慢速率是由化學品被混合的方式所引起的。 嘗試在管內流動的介質中進行PCC的沉澱的現有技術解決方案公開道，純粹的管流或在管 中布置的靜態或動態混合器足以引起足夠好的混合作用。然而，最終結果是，由這些方法進 行的PCC生產使得它不易用於一般的銷售或用於造紙廠。例如，在以上提及的現有技術文件US-A-5，679，220中，它描述了二氧化碳被排入 到管式混合器中使得在管中流動的纖維懸浮液掃略正進入到管中的二氧化碳，並且該管流 本身將二氧化碳作為小氣泡與該漿料混合。在該US文件的試驗設備中，其中流管(flow pipe)的直徑是在半英寸和六英寸之間，需要約一分鐘到兩分鐘的反應時間，這對於造紙機 短循環而言完全是太長時間，其中在管中漿料的流動速率粗略地是3-6m/s。在根據該US文 件的混合方法中，當二氧化碳掠過該物料流時在實踐中遇到下列情況。在添加二氧化碳的 時間點之後，最初形成均勻的氣體尾流，它慢慢地打斷成氣泡，而該氣泡逐漸地進一步破裂 成小氣泡。然而，在輸入二氧化碳後的很長時間，佔優勢的是這樣一種狀況其中僅僅少部 分的懸浮液液體能夠立即與該二氧化碳氣泡相互作用。這一部分的液體立即被二氧化碳飽 和，導致二氧化碳的緩慢溶解，因為該氣泡必須進一步在懸浮液中攜帶以便遇到還沒有被 二氧化碳飽和的液體。正如早已簡單提及的那樣，以上所述的緩慢混合導致該PCC晶體的不均勻尺寸分 布，因為在整個混合階段和直至至少一種的化學品已經完全消耗為止，現有的PCC晶體會 生長和形成新晶體。此外，在合適的流動條件下，PCC也會沉澱在流動通道或類似通道的璧 上，或沉澱在其它的固定結構上。這自然通過以下事實來協助結晶反應會延長，據此容易 結晶的遠程結構(far-away structures) 變得可利用。在實踐中，這些問題能夠通過設法安排足夠短的化學品混合時間(尤其反應時 間)來解決。在實踐中這例如意味著，當最佳均勻分散的PCC是所希望的時，二氧化碳溶於 該液體或懸浮液流中時，和只有當二氧化碳的幾乎完全溶解所需要的時間已到期時，石灰 乳才與該物料流混合併按照相對於二氧化碳的至少幾乎化學計量用量輸入。並且，與在這 種情況下同樣地，石灰乳儘可能快速和均勻地混合，結晶反應在整個液體中開始和均勻進 行，這樣晶體生長是均勻的和反應迅速地進展，直到完成為止。法國專利申請FR-A1-2 821 094描述了將PCC作為球霰石晶體沉澱在漿料中併集 中於解決由不穩定的球霰石所引起的問題。換句話說，眾所周知的是，球霰石是碳酸鈣的最 不穩定的晶形，它傾向於迅速地轉化成方解石和霰石。因為該文件的申請人相信，球霰石在 最終產品中的存在提供了具有尤其良好性能的最終產品，因此開發一種方法，其中球霰石 在足夠晚的階段中形成以便使之持續到最終產品為止。確保晶體的產生足夠晚地發生的唯 一途徑是在該後期中加入碳酸鈣的另一種源材料以使得在所希望的階段中形成碳酸鹽晶 體。在這種情況下，該申請人決定儘可能靠近造紙機網前箱來進給石灰乳。當石灰乳進給 時，該文件在許多不同背景下使用術語「緊接著在成網之前」。該文件的說明書的倒數第二 個句子聲稱，當漿料進入到造紙機的成網區域中時，石灰乳在該時間點之前的低於十秒被 進給。換句話說，碳酸化反應在十秒鐘內進行到終點，然後該漿料穿過該網前箱到達造紙機 網部(wire section)。該申請人因此似乎認為可以進行該沉澱或結晶反應而在造紙機網前 箱的管路中沒有問題。然而研究表明，通過使用混合器以在該專利文件的那時期進給可利用的石灰乳，該較晚的石灰乳進給很可能是在造紙機中主要運行問題的原因。最明顯和嚴重的問題似乎 是在網前箱管中的沉澱，這立即地危害到成網。這些運行性問題和沉澱的主要原因是，在很 大程度上，由於在物料流中存在的紊流效應而使得石灰乳僅僅與漿料混合，結果是該碳酸 化反應在造紙機網前箱中至少繼續進行，並且可能的話也會在造紙機網部繼續進行。因此， 應該首先指出的是，如果要求該結晶反應必須在造紙機網前箱的管路中進行，則PCC用作 球霰石的主意(不考慮它的好意)將是失敗的。其中，由於球霰石晶體的高度不穩定性，它 們不能預先生產，這歸因於它們快速轉化成更穩定的晶形。鑑定與以上討論的PCC生產相關的許多問題需要嚴密關注結晶反應的動力學。如 果假定二氧化碳被輸入和至少它的主要部分也溶於該液體或懸浮液/造紙漿料中，其中 PCC優選需要沉澱，則該PCC結晶或沉澱反應將在石灰乳的混合時間就開始。相關質量轉 移所需要的時間例如受到下列兩個因素所影響石灰乳與該物料流越快速和越高效地進行 徹底混合，反應時間越短。在該步驟中快速和有效混合預期會儘可能減少在該物料流中的 濃度差異。另一個重要因素是石灰乳粒度，即，石灰乳的粒度越小，相關顆粒的到液相中的 質量轉移越快，因此，結晶反應的速率也明顯會提高。當該PCC起始原料是細粒狀且均勻分 散在該液體流中時，在整個液體流中迅速和均勻地發生結晶，消除了尺寸過大的PCC晶體、 聚結物和沉澱物的形成的可能性。所進行的實驗還表明，就生產用於普通造紙工藝中的PCC 時的粒度分布而言，合適的石灰乳混合時間粗略地是低於3秒。此外，當布置該進料、混合 和反應區段以使得在所希望的工藝步驟(例如，造紙機網前箱)之前在達到基本上完全的 轉化時PCC沉澱反應就停止時，，可以確保在相關的工藝步驟和後續的過程中將不會出現 有害的沉澱或運行性能問題。
也可以根據本發明的方法實施使得首先石灰乳，和僅僅在其之後二氧化碳，與液 體或懸浮液混合(考慮PH值對於漿料的變黑(darken)的影響)。所進行的實驗表明，在 進行本發明的方法進行的沉澱反應中，其中二氧化碳和石灰乳以任意順序進給，當設法獲 得最佳的PCC晶體粒度分布時，整個反應所需要的時間(從進給參與反應的組分開始直至 實際上全部該石灰乳已經與二氧化碳反應並形成PCC晶體為止，換句話說，在所希望的工 藝步驟(例如纖維網製造機的網前箱)之前已實現基本上100%轉化率)是低於15秒，優 選低於10秒，更優選低於6秒，和最優選低於3秒。要求的反應時間越短，質量轉移需要越 快。迅速的質量轉移僅僅通過安排後面化學品的進料，使得在實踐中緊接著在進料發生時 該化學品幾乎完全地混合而獲得。自然可以假設，先前進給的化學品早已分散或甚至均勻 地溶解在整個液體或懸浮液/造紙漿料中。目標在於短的轉化時間的另一個重要因素是， 正如前面提到的那樣，足夠細小的氣泡或顆粒尺寸，即在反應區中這些化學品的高的比表 面積。氣泡或顆粒尺寸越小(比表面積越大)，從氣體或固體材料至該液體的質量轉移發生 得越快。相關石灰乳的優選的平均粒度被測得是低於3微米(μ m)，優選低於1. 5微米，和 最優選低於0. 5微米。至於二氧化碳的氣泡尺寸，它應該至少低於10mm，和更優選低於100 微米。自然地，如果二氧化碳_當與液體流一起進給時_已完全地溶解在該原料/注射液 體中時，則獲得最佳結果。在理論上和在某些先決條件下，有用的混合方法包括靜態混合器，動態(旋轉)混 合器和注射混合器。靜態混合器適合於其中全部條件是最佳的那些情形。換句話說，需要 混合的液體流是無定向的和它們的流動速率彼此相差不太遠。此外，需要為快速混合的目的特意設計混合器。特殊的問題可以是由較大尺寸的混合器所引起的流動阻力，生產混合器的高成本，或混合器(考慮到它們的開發成本)對於少數應用的適合性。動態混合器也是可能的，尤其當相對小的物料體流應該彼此混合時。當混合體積 保持較小時，在需要混合的液體的流動速率上的相對差異能夠是較大的。在較大尺寸的設 備中，它常常包括例如造紙機網前箱的管路，旋轉混合器的投資和安裝成本以及能量消耗 是限制它們的使用的因素。基於所進行的試驗，與本發明的應用目的相關的最理想混合方法已發現是注射混TrumpJet ,現有技術中已知的和由 Wetend Technologi
es Oy開發的進給裝置，
已在專利例如 EP-B1-1064427，EP-B1-1219344，FI-B-111868，FI-B-115148 和 FI-B-116473 中進行討論。該進給裝置歸因於以下事實而被開發在紙材的生產中僅僅用於混合助留劑 和類似化學品的旋轉和靜態混合器是現有技術中已知的。這些設備在每一方面來說都是昂 貴的投資並且在一些情形下是相對低效率的，當化學品與網前箱漿料的均勻混合是所希望 的時，這促進了例如根據本發明的注射混合器的發展，它允許在對用戶高度友好的設備中 化學品的均勻和快速混合。迄今，該設備的功能品質已經由所得產品(即在大多數情況下 紙材)以及所使用的化學品的量來衡量。換句話說，當在所使用的化學品用量已減少的同 時所得紙張質量保持無變化或改進時，已經推斷當與現有技術設備的使用對比時化學品混 合效果已得到改進。然而，該注射混合器現在設想用於實現新類型的應用目的，其中我們不僅能夠將 單種化學品與造紙用漿料進行混合以使得(當被攜帶穿過造紙機網前箱到達網時)化學品 均勻地分散在其中，而且能夠將兩種化學品與造紙用漿料進行混合以使得在網前箱或一些 其它工藝步驟的上遊進行這些化學品間的反應。因此，本發明的目的是為該化學品安排短的混合時間並且將化學品本身均勻混合 在整個液體流中，以致於所得PCC晶體的尺寸分布是儘可能均勻的且尺寸過大的晶體、聚 結物和沉澱物的形成的風險儘可能的小。本發明的更具體目的是石灰乳和/或二氧化碳隨液體流或懸浮液流一起的注射， 使得混入該物料流迅速地和均勻地發生，且在實踐中不受該物料流的本身紊流影響。當將二氧化碳和/或石灰乳注入該物料流中時，優選使用由Wetend Technologies Oy開發和以上已描述的TrumpJet 進給裝置，這樣所需數量的它們被布置在流管的 圓周上。當一個或多個進料或注射設備布置在流管的圓周上時，取決於管的尺寸和形 狀，我們實際上開發了注射設備，它覆蓋了被布置在該管的同一圓周上(on the same circumference)以便進給相同化學品的全部注射設備。

圖19、20和21示出了當化學品進 給到該液體流中時試驗的結果，其中根據現有技術的進給裝置和TrumpJet 進給裝置的 操作進行對比。根據現有技術的進給設備是布置在流管圓周上的管配件，需要混合的化學 品與在管中流動的液體一起從中流出。從該圖中能夠看出，TrumpJet 進給設備能夠實 現，作為以上本發明的一個條件所設定的快速混合。通過使用該Trump Jet 進給設備，可 以在與後續工藝步驟或設備相距約1-3秒、優選約1. 7-2秒(以米計算，低於 ο米)的距 離處進行注射和混合，而當使用現有技術的設備時添加劑的進給需要在所需工藝步驟或設 備(例如造紙機網前箱)之前的幾十米處進行，這樣該化學品有足夠的時間在該工藝設備之前的流動紊流的影響下被混合。以上適用於這樣的情形，其中化學品等應該在後續工藝 步驟之前均勻地分布。然而，如果我們致力於處理這樣的情況，其中該化學品必須與早已在 該液體流中存在的一些其它化學品或物質進行反應，則各自反應所需要的時間必須自然保 留，除非優選的是讓各自反應在上述工藝步驟(例如造紙機網前箱)中繼續進行。本發明的另一個目的是控制在流動固體中的PCC結晶，這樣在懸浮液中碳酸化晶 體的尺寸和分布可以預先以相對精確的方式測定。實現這一目的的主要方式在於將PCC起 始原料注入到液體流中，使得它們的晶體和/或氣泡尺寸適合於該目的。本發明的目的是將PCC晶體沉澱在物料流中的纖維表面上。本發明的特殊目的是將PCC晶體沉澱在中空芯(在該物料流中存在的纖維的所謂 內腔)中。為了實現上述目的當中的至少一個以及促進該PCC沉澱反應，本發明公開了至少 一種化學 品-石灰乳和二氧化碳，以氣泡形式或粒度足夠細-在管內流動的流體中的添加， 使得在實踐中在化學品的添加的同時，在該物料流的整個橫截面積的基本上均勻地混合。 這裡，該注射應該是基本上在相對於該液體流的橫向上並且以該液體流的流速的至少3倍 (優選5-10倍)的速度來進行。我們認為，當二氧化碳是在實踐中需要立即混合(這是在造紙廠規模上進行的在 線PCC生產的要求)的化學品當中的後者時該類型的混合對於二氧化碳是特別重要的，現 有技術的方法無法將二氧化碳如此充分地混入在該液體或纖維懸浮液中以使得二氧化碳 迅速地溶於水中。當在其添加步驟中二氧化碳已分布在該物料流的整個橫截面積，並且在 該流動緻密化的任何位點上不能形成二氧化碳時，其中包圍氣泡的液體將被二氧化碳飽和 並且二氧化碳的溶解被阻止，但是相反，二氧化碳緊接著在注射之後就溶解。當根據本發明的尤其理想的實施方案，石灰乳也被進給並在該管流的整個橫截面 積上混合時，狀況接著發生，其中該石灰乳迅速地發生質量轉移，由此鈣離子事實上均勻分 布在整個液體/懸浮液中。因此，它們與由於二氧化碳的溶解所導致形成的碳酸根離子之 間的反應實際上能夠同時在整個液體體積中開始，其中最初存在的固體物也認為是均勻分 布的。換句話說，該纖維流將均質地和均勻地被處理。結果是晶體尺寸和碳酸鈣分布保持 均勻並且晶體均勻地位於懸浮液固體中。如果混合是不均勻的和石灰乳局部強烈地反應， 則會發生不受控制的PCC晶體生長，這會導致形成尺寸過大的晶體和PCC聚結物，尤其，和 引起嚴重的質量和工藝運行性能干擾。這還會引起PCC在工藝設備和管路的璧上失控地結 晶，導致過度地清潔和工藝運行性能問題。類似地，工藝可控性和調節受到影響，並且預測 所生產PCC的質量將變得更困難。根據上述現有技術的PCC生產方法的至少一些缺點可以被彌補並且上述這些目 的中的至少一些可以通過本發明方法來實現，其將二氧化碳和石灰乳進給到短循環液體流 中並讓它們彼此反應，從而在造紙機短循環中使填料(尤其碳酸鈣)結晶以便在流動的固 體物中和/或在固體物的表面上形成晶體，其中該方法體現特徵於至少二氧化碳或石灰乳 作為足夠小尺寸的顆粒或氣泡被進給到並混入到該液體流中，使得該化學品基本上均勻地 展開在該液體流中，無論該液體流的流動條件，和使得該結晶反應在低於15秒，優選低於 10秒，更優選低於6秒，和最優選低於3秒的時間中基本上完成，從而實現適合於本發明該 目的的均質碳酸鈣晶體的粒度分布，防止尺寸過大的PCC晶體、PCC聚結和PCC沉澱物的形成，並且控制該二氧化碳和石灰乳碳酸化反應按照十分相同的方式，根據現有技術的上述PCC生產方法的至少一些缺點可以被 彌補，並且上述目的當中的至少一些可以通過根據本發明的纖維網製造機的漿料上網系統 來實現，該漿料上網系統至少包括用於從纖維網製造機接收濾液的設備，用於至少從由纖 維網製造機獲得的濾液和各種的纖維和填料組分生產造紙漿料的設備，以及由多個的流管 組成的的流動管路(flow piping)與泵送設備用於將造紙漿料從其生產處輸送至纖維網制 造機的網前箱，該漿料上網系統裝有將二氧化碳和石灰乳兩者進給到在流動管路內流動的 液體流中的設備，其中該漿料上網系統的特徵在於裝有第一注射設備，該注射設備布置在 流管的璧上以便至少將石灰乳或二氧化碳以相對於該液體流的流動方向基本上橫向地注 入該流管中。根據本發明的方法和纖維網製造機的漿料上網系統的其它特徵列於所附的權利 要求中。與現有技術方法相比，由本發明的方法和纖維網製造機的漿料上網系統所獲得的 優點是，例如· PCC直接沉澱到在纖維網製造機的短循環中流動的懸浮液中· 二氧化碳的快速溶解，這樣PCC生產方法可以立即連接在造紙機短循環中·在懸浮液中石灰乳的快速混合，從固體快速質量轉移至液相·快速的二氧化碳和石灰乳的反應 化學品在整個物料流中的均勻混合意味著碳酸鹽晶體的均勻和受控的形成和晶 體均勻粘附於纖維和固體上·簡化的短循環流程_根本不需要厚的漿料混合罐或限於使用小尺寸的罐·與以前使用的設備相比，PCC生產所需要的投資減少至少一半 當與以前PCC生產相比時，PCC生產用能量成本減少越十分之一·當與現有技術的現場PCC設備相比時，乾淨水的消耗顯著減少 紙生產需要更少或不需要助留劑·紙生產可以比以前使用更多的填料，因此節省了昂貴纖維材料的使用·對疏水性膠的需要減少·造紙用水循環變得更清潔和/或對提純化學品的需要會減少，並且與以前相比 可以更多地關閉水循環。本發明參考附圖更詳細地進行描述，其中圖1顯示造紙機的短循環工藝布置的示意圖，圖2用示意圖顯示了在造紙機的短循環中根據現有技術的PCC生產方法，圖3用示意圖顯示了在造紙機的短循環中根據現有技術的第二種PCC生產方法，圖4用示意圖顯示根據本發明的優選實施方案的短循環工藝布置，圖5更一般地顯示了根據本發明的優選實施方案的圖4的短循環工藝布置，圖6用示意圖顯示根據本發明的第二個優選實施方案的短循環工藝布置，圖7用示意圖顯示根據本發明的第三個優選實施方案的短循環工藝布置，圖8用示意圖顯示根據本發明的第四個優選實施方案的短循環工藝布置，圖9用示意圖顯示根據本發明的第五個優選實施方案的短循環工藝布置，
圖10用示意圖顯示根據本發明的第六個優選實施方案的短循環工藝布置，
圖11用示意圖顯示根據本發明的第七個優選實施方案的短循環工藝布置，圖12用示意圖顯示根據本發明的第八個優選實施方案的短循環工藝布置，圖13用示意圖顯示根據本發明的第九個優選實施方案的短循環工藝布置，圖14用示意圖顯示根據本發明的第十個優選實施方案的短循環工藝布置，圖15用示意圖顯示根據本發明的第十一個優選實施方案的短循環工藝布置，圖16用示意圖顯示根據本發明的第十二個優選實施方案的短循環工藝布置，圖17用示意圖顯示根據本發明的第十三個優選實施方案的短循環工藝布置，圖18用示意圖顯示在本發明的工藝布置中優選使用的注射設備的結構備選方 案，圖19a_19d顯示了使用與時間相關地產生的混合分布圖的根據圖18的注射設備，圖20顯示了根據現有技術的化學進給設備的操作，圖21顯示了在本發明的工藝布置中優選使用的注射設備的操作，圖22和23顯示了使用沉澱在纖維表面上的PCC晶體的本發明的工藝布置。應該指出的是，為了簡單起見，與以上發明相關的部分和尤其本發明的下面更詳 細解釋使用相對普通的術語，這些術語的解釋在下面提供。·造紙機更廣泛地指纖維網製造機或全部的紙幅生產機，其中紙幅狀產品是從含 纖維的懸浮液生產的。這因此包括除各種最終產品外，還有全部可能的中間產品。·漿料指流向纖維網製造機的網前箱的任何懸浮液，該紙幅是通過纖維網製造機 從該懸浮液在某點的形成的。漿料包括含有纖維(甚至在較少的程度上)的全部上述懸浮 液類型。 液體流指在纖維網製造機的短循環中運動的全部物料流(不管稠度)，因此該液 體流可以含有或多或少的纖維和/或各種造紙用添加劑或填料。液體流還含有各種含氣體 的懸浮液和濾液，所謂的光亮和超光亮濾液，以及稠厚的纖維組分和含顏料的沉澱物。該術 語「液體流」還包括副流和分流，如在短循環的各個部分中流動的原料流、用於篩選和渦旋 清洗的良漿(accept)和廢料流。 用於生產纖維網的纖維懸浮液指含有甚至少量的纖維的任何懸浮液。因此，在從 纖維網製造機的網部獲得的濾液與進給到網前箱的最終的造紙用漿料之間的全部各種懸 浮液，並且包括這些在內，是用於纖維網生產中的懸浮液。 處理過的濾液組分指任何處理產物(processing result)，其中包括沉澱物，光 亮濾液，渾濁濾液，主要地含有固體的稀濾液，或含有固體的沉澱濾液。 纖維組分指用於生產任何稠度的纖維網的任何含纖維的組分。因此，纖維組分可 以是機械紙漿，化學紙漿，化學機械紙漿，再循環紙漿，從濾液獲得的各種含纖維的沉澱物，等等。·注射指通過使用注射液體將流動的介質進給到液體流中，使得需要被注射的介 質具有比該液體流更高的流動速率，因此該介質(當注射時)深度穿透到該液體流中並且 基本上均勻地展開(所謂的峰間分散(peak-to-peak dispersion)低於15%-作為偏離極 端值相對於它們的平均值的差異來計算峰間分散)。優選，該注射進給速率是液體流速率的 約3-15倍，優選5-10倍。
圖1，用示意圖討論現有技術造紙機的短循環的工藝布置，該附圖用參考編號2表 示造紙機，其中所謂的白水F是作為濾液獲得的，該白水F直接地或經由在中間罐中的處 理後被輸送至混合罐、濾液貯罐或網下白水坑4中，在這些之中還引入在漿料製備中所需 要的各種纖維組分和在造紙中所需要的添加劑。從配件6-12，至少一種的下列物質被輸送 至混合罐或類似的裝置中化學原始紙漿，機械原始紙漿、長纖維和/或短纖維紙漿，再循 環纖維和塗覆的廢料，無塗層的廢料，從回收過濾器獲得的纖維級分，以及可以已在該步驟 中與造紙用漿料混合的填料和/或添加劑。纖維組分的稠度是在3-5%之間，這取決於應 用。在混合罐4中的造紙漿料是由其上述各種組分混合到所需組成而形成並且流出的造紙 漿料的稠度在單獨的混合罐中或在連接到該罐的網下白水坑中或在類似設備中被調節在 0. 3-1. 5%範圍內，以匹配紙材或更廣泛地說纖維網的生產。在混合罐4之後，或更一般而 言在最終稀釋之後，造紙漿料由泵，所謂的混合泵14，傳輸到在渦旋清洗裝置16中的渦旋 清洗操作中，在這裡較重的顆粒與造紙漿料分離。典型地，渦旋清洗裝置的第一步的廢料在 多個渦旋清洗裝置步驟中進一步處理，並且在大多數情況下，從這些當中的每一種獲得的 良漿被輸送至在先步驟的原料中和該廢料被輸送至後面步驟的原料中，直至最後步驟的廢 料從短循環中除去為止。渦旋清洗裝置16的良漿繼續運行至氣體分離罐18，在這裡，空氣 或可能的其它氣體利用真空從造紙用漿料中除去，這樣不會干擾造紙過程。在氣體分離罐 18中的液面高度利用特殊的堰保持恆定，這樣進給到該罐的造紙用漿料的一部分返回罐原 料中。造紙漿料從氣體分離罐18中流入到網前箱的進料泵20中，後者將造紙漿料泵送至 所謂的網前箱篩網22，在其中不適合於造紙的大尺寸顆粒與造紙漿料分離並且它的良漿級 分經由造紙機的網前箱被輸送至造紙機2。網前箱篩網22的廢料在又一個過篩步驟中進一 步處理以回收合格纖維級分，它的良 漿通常回到該網前箱篩網的原料中。生產質量要求較 低的最終產品的纖維網製造機的短循環可以不具有渦旋清洗裝置、氣體分離設備和/或網 前箱篩網。圖2是根據現有技術的並且已在例如專利文件US-B1-6，387，212中討論的方法的 示意性描繪，該方法用於與造紙機的短循環相關聯的PCC生產。從造紙機獲得的濾液F在 該方法中由過濾器26分成兩個級分，其中光亮濾液與石灰乳(Ca (OH)2，石灰乳，下面用MoL 表示)混合以及含固體的濾液與二氧化碳(CO2)混合。因為含固體的濾液含有碳酸鈣，當進 給碳酸氫鈣時在其中形成二氧化碳。最終，上述級分和該纖維懸浮液兩者都被輸送到反應 器28中，其中碳酸氫鈣與氫氧化鈣反應以形成碳酸鈣。該反應據說在1-15%，優選5-10% 的稠度下進行。圖3是用於在造紙機的漿料上網系統中PCC生產的第二種現有技術建議方案的示 意性描繪。這一方法，它在例如專利文件US-A-5，679，220中描述，是基於造紙漿料組分和 它們的結合，這些與石灰乳和二氧化碳混合。該混合可以在特意為該目的設計的反應器中 或在管流中進行。該文件解釋二氧化碳的引入點如何相對於石灰乳進料改變，使得例如有 可能在石灰乳的進給之前和之後輸入二氧化碳。雖然氫氧化鈣(石灰乳)轉化成碳酸鈣的 反應是快速的，然而，該文件認為需要在混合之後提供特殊的反應區，以便確保鹼性氫氧化 物完全轉化成碳酸鹽。這是非常重要的，因為如果PH太高，會發生變黑，尤其對於該機械紙 漿。對於該反應區，給定一分鐘至兩分鐘的時間。然而，當考慮到例如在造紙機的漿料上網 管路中造紙漿料流動速率是約5m/s時，在實際的造紙機工藝中的以上反應時間是有問題地過長的。在實踐中，可用於混入到造紙機短循環中的該管流程最佳是僅僅幾十米，即在us 文件中建議的那一長度的十分之一或更短。當開始考察該轉化反應(它在理論上應該是較快的)為何如此緩慢的原因時，最 初的懷疑落到了化學品被混合的方式。在我們看來，正如在該文件中所述，很顯然所牽涉 的最大因素是二氧化碳和石灰乳混合的方式。該文件具體地提到，二氧化碳被排入到管式 混合器中使得在管中流動的纖維懸浮液掃掠過正進入到管中的二氧化碳，並且該管流本身 將二氧化碳作為小氣泡與造紙漿料混合。當在該US文件的試驗設備中時，其中流管的直徑 是從半英寸到六英寸之間的任何值時，需要約一分鐘至兩分鐘的混合/反應時間，如果流 管的直徑明顯更大則僅僅能夠推測需要多長的時間，因此該流動是相對更加呈現層流形式 (laminar)。將造紙漿料運輸至造紙機網前箱的管道的直徑是例如在500-1000mm範圍，即， 當與US-A-5，679，220文件的試驗設備相比時，實際上該橫截面積是大了至少十(可能甚至 百或千)倍。在我們看來，在現有技術的混合方法中，二氧化碳隨該物料流被攜帶，使得在 添加二氧化碳的位點之後，最初形成均勻的氣體尾流，它緩慢地破裂成氣泡，它進一步爆裂 成更小氣泡。然而，最終結果是這樣一種情形，其中僅僅少部分的懸浮液液體能夠立即與該 二氧化碳氣泡相互作用並被二氧化碳快速地飽和。因此，二氧化碳的溶解慢慢地發生，因為 該氣泡必須進一步在懸浮液中被攜帶以便遇到還沒有被二氧化碳飽和的液體。影響混合的 另一個因素是纖維懸浮液的稠度，因為很顯然，更高的懸浮液稠度牽涉到更緩慢的移動渦 旋湍流。甚至，例如，US文件本身說明，高於5%的稠度會延遲氣體-液體反應。在該文件的 實施例中使用的稠度是1. 5%。由於該不受控制的和弱的混合作 染問題。當大的石灰乳液滴與二氧化碳反應時， 形成了在表面上有PCC的顆粒，該顆粒具有內部未反應的石灰乳的這樣的事實也可能構成 問題。在一些階段，石灰乳能夠從該顆粒中湧出，提高懸浮液的PH。當這一現象發生時，有 足夠多的PCC顆粒會爆裂時，提高的pH混合了該體系。圖4顯示了按照與圖1中所示的相同方法與造紙機的短循環相結合的根據本發明 的優選實施方案的PCC生產方法。在根據圖4的方法中，在渦旋清洗裝置16之前的造紙機 短循環中進行PCC生產。在實踐中，二氧化碳在泵14的壓力側被注射進去，在二氧化碳在 與前者相距幾米的地方溶解之後，然後氫氧化鈣(Ca(OH)2;石灰乳)在相同的管中即在渦 旋清洗裝置16的第一階段的進料管中。當確保第二個注射進給設備(即石灰乳注射設備) 與渦旋清洗裝置16之間有足夠的距離(這取決於例如石灰乳粒度和注射進給速率)時，結 晶反應將在渦旋清洗之前有時間完成。該實施方案的一個優點是，渦旋清洗裝置16和稍後 在短循環中的機器篩網22除去任何尺寸過大的顆粒，而任何過量的氣態CO2在氣體分離器 18中被除去。如果該pH值需要調節，有可能進行後續的酸化，例如，在該網前箱進料泵20 的吸入側。換句話說，化學品被注入到流入造紙機中的造紙漿料流中，其中全部的纖維組分 已添加和該物料流的稠度充分地匹配該網前箱稠度。(0070)圖5在原理上顯示了與前一種類似的PCC生產方法，但是稍微更加示意性。 換句話說，從圖5開始，使用一個圖示，其中不考慮在造紙短循環中存在的設備，而是僅僅 集中於化學品被混入液體/懸浮液中的順序和它所進行的方式。所進行的實驗已表明，PCC 在短循環中沉澱在纖維中時的位點不象沉澱發生的方式以及特別是化學品如何混入懸浮液中的方式那麼重要。此外還表明，顆粒或氣泡尺寸對於PCC生產速率和所生產PCC的質 量兩者，特別對於所形成的顆粒的尺寸和尺寸分布都有重大影響。換句話說，圖5僅僅顯示 了由不同的漿料級分組成的所謂稠厚漿料，即漿料組分與從造紙機獲得的濾液F混合，然 後二氧化碳和此後石灰乳被混合到纖維懸浮液中。然而在這一階段中值得指出的是，本發 明的大部分實施方案的特徵是，我們認為，理想的是在注射石灰乳之前將二氧化碳溶解在 可利用的液體中。為此有至少兩個原因。首 先，如果稠厚漿料含有機械紙漿或回用紙漿(部 分地由機械紙漿組成)，在二氧化碳之前注入石灰乳會引起懸浮液的PH值提高，使得機械 紙漿開始變黑。為了防止變黑的發生，安全的是首先注入二氧化碳，由此懸浮液PH下降並 且不會發生變黑現象。其次，如果二氧化碳早已溶於該液體中，則該沉澱反應迅速地發生。 另一個優點是通過二氧化碳被均勻地溶於整個液體中而獲得的。因此，當石灰乳被注入，優 選使得它迅速地和均勻地展開混合在整個懸浮液時，在該懸浮液中存在的纖維和固體的全 部表面上形成均勻分布的碳酸鈣，即PCC。圖6用示意圖顯示了在根據本發明的第二個優選實施方案的造紙機的短循環中 生產PCC的第二種方法。事實上，與前一個實施方案不同的唯一特徵是二氧化碳和石灰乳 注射的順序。其中石灰乳首先注入和僅僅隨後二氧化碳被注入的該注射系統根據我們的意 見在一些條件下可以是相關的。首先，當在纖維懸浮液中沒有較大量的作為原始紙漿或回 用紙漿的機械紙漿時，或當被加入的石灰乳的量是如此小時，PH值不會提高到必然招致變 黑風險的水平。其次，我們的理解是，二氧化碳的注射或確切地說二氧化碳混入造紙漿料中 的操作在本實施方案中必須是尤其有效的，這樣溶解迅速地發生和二氧化碳能夠均勻地分 布在整個懸浮液中，因此二氧化碳與石灰乳的反應導致均勻的PCC形成。然而，實際的現實 是，反應僅僅經由離子來進行，因此隨著二氧化碳溶解僅僅逐漸地形成PCC。圖7顯示了在根據本發明的第三個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC的 第三種方法。根據該圖，從不同的纖維組分形成的稠厚漿料按照合適的稠度被從造紙機獲 得的濾液稀釋，然後，石灰乳和二氧化碳基本上同時注入纖維懸浮液中。該注射可通過使用 單獨的注射液體來進行，由此溶於水中的二氧化碳可以用作石灰乳的注射液體，例如，兩種 化學品可通過使用從主要造紙漿料管獲得的二級漿料流或通過使用該短循環的一些其它 液體流作為進料液體而被注射。該注射可以通過這兩種化學品共用的噴嘴或通過交替設置 在該流管的圓周上的各化學品用的各自噴嘴來進行。圖8顯示了在根據本發明的第四個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC的 方法。根據該圖，從不同的纖維組分形成的稠厚的造紙用漿料被從造紙機獲得的濾液稀釋 到合適的稠度，然後，石灰乳和二氧化碳基本上同時注入造紙用的漿料中。事實上，迄今為 止，該方法與在圖4和5中所示的方法相同。然而，該方法已經清楚闡明，要求二氧化碳或 石灰乳或優選兩者(該備選方案示於該圖中)通過使用特殊的注射液體被一個或幾個混 合器注入造紙機漿料中。該類型的混合器已描述在例如Wetend Technologies Oy的專利 US-B1-6, 659，636和US-B1-7，234，857中。不論使用TrumpJet 設備還是使用其它的注射 裝置，在不同的實施方案中實施的注射的特徵是通過使用注射液體或進給液體，在基本上 相對於造紙漿料流的方向的橫向上將二氧化碳和/或石灰乳注入造紙漿料中，其中該注射 液體或進給液體是在足夠高的流速之下以使得一個或多個噴嘴的注射液體/化學品噴霧 充分地覆蓋該漿料流的橫截面積，由此不管在該懸浮液中存在或不存在紊流，二氧化碳和/或石灰乳實際上均勻地分布在整個懸浮液中。上述術語「基本上在橫向上」指與對比方向 (例如流動的方向或管路的軸向)偏離大於30度的方向。作為注射液體，造紙漿料用於圖 8的方法中。換句話說，從引導至造紙機的造紙漿料管中取小的二次流，和它被泵送至注射 器，石灰乳或二氧化碳注入其中以使得二氧化碳或石灰乳基本上同時地混入注射液體中， 作為穿透流向該網前箱的造紙漿料的所形成的注射液體和二氧化碳或石灰乳的混合物。注 射液體和化學品混合物的進給速率是在漿料管中流動的造紙漿料的流速的3-15倍，優選 5-10倍。從二氧化碳或石灰乳和注射液體的接觸到它們的混合物進給到造紙漿料中的延時 是大約0-0. 5秒。當化學品按照以上所述的方式被注入該漿料中，和氣泡或化學品的粒度 保持足夠低(例如，對於石灰乳，低於3微米，優選低於1. 5微米，和更優選低於0. 5微米) 時，能夠確信該碳酸化反應在從進給後一種化學品開始起低於15秒、優選低於10秒、更優 選低於6秒和最優選低於3秒的時間中完成(發生完全轉化)。二氧化碳的氣泡尺寸在試 驗中測得是足夠地小，以便在使用上述基本上橫切的進料與高進給速率(造紙漿料的流動 速率的至少三倍)時確保從氣體至液體的快速物質轉移。因此，氣泡尺寸是至少低於10mm， 更優選低於100微米。橫切的進給速率越大，二氧化碳氣泡尺寸越小。自然地，然而，如果 二氧化碳，當與液體流一起進給時，早已完全溶解在該進料/注射液體中時，則獲得最佳結^ ο 圖9顯示了在根據本發明的第五個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC的 方法。根據該圖，從不同的纖維組分形成的稠厚的造紙用漿料被從造紙機獲得的濾液稀釋 到合適的稠度，然後，首先二氧化碳和其次石灰乳被注入稀釋纖維懸浮液中。該實施方案的 方法與前一個實施方案的方法之間的差異在於，現在使用一些其它液體或懸浮液而不是稀 釋至網前箱稠度的造紙貯備料作為注射液體，將至少一種的化學品注入到貯備料流中。考 慮漿料組分作為第一種注射液體備選物。當然，這允許幾個附加的備選方案。如果漿料組 分用作兩種化學品的注射液體，則它可以是對於兩種化學品而言從相同漿料組分獲得的二 次流，或對於每一種化學品而言單獨從其本身的組分獲得的二次流，或漿料組分總體上用 作注射液體用於進給二氧化碳，如在圖9中所示。此外，用作注射液體的組分有可能是幾 種漿料組分的混合物。還有可能的是，該漿料組分，這些漿料組分或它們的混合物具有它們 的最初稠度，它們常常以該稠度被添加到混合罐中，或它/它們可以被稀釋至網前箱稠度 或其它可使用的稠度。以上所述的內容取決於纖維懸浮液應該最初稀釋到的稠度，除非在 化學品的混合之後稠度的另一次調節是所希望的。換句話說，如果該注射液體是未稀釋的 稠厚漿料組分，它的稠度是在3-5%範圍內的某值，則稠厚造紙漿料應該在混合罐中過度稀 釋，這樣最終纖維懸浮液的稠度應該是所希望的網前箱稠度。如果，另一方面，用作注射液 體的組分單獨稀釋至網前箱稠度，例如，利用來自造紙機的白水，沒有必要關注在最終化學 品混合之後的漿料稠度。自然地，清楚地看出，當考察稠度時，從石灰乳中進入到造紙漿料 的水也需要考慮到。作為其它注射液體備選物，也可使用各種過濾級分，例如，蒸餾水過濾器填料級 分，纖維回收過濾器細粒級分，蒸餾水或一些其它濾液或其它可使用的液體。因此，從短循 環中獲得的各種二次流，回流或溢流也可用作進給液體。以上關於注射液體的稠度的影響 所提到的情況同樣適用於這些備選方案。換句話說，相對於網前箱稠度而言該注射液體的 稠度以及在造紙漿料中攜帶石灰乳的液體兩者都應該考慮，因為該液體本身對於造紙漿料的最終稠度有影響。同樣在圖9中所示的實施方案中，描述在專利US-B1-6，659，636和 US-B1-7, 234, 857中的Wetend Technologies Oy的混合方法和設備是優選使用的，其中從 化學品和注射液體的混合到該混合物進給到造紙漿料中的延時是大約0. . . 0. 5秒。然而應 該指出的是，該注射液體所含有的各種添加劑或類似物的量越大，即注射液體的純度越低， 則雜質不利地與石灰乳或二氧化碳反應的風險越大。
圖10顯示了在根據本發明的第六個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC 的方法。根據該圖，從不同纖維組分形成的稠厚漿料通過從造紙機獲得的濾液稀釋到合適 的稠度，然後二氧化碳和石灰乳被注入到造紙漿料中，這實際上已經與圖8關聯地示出。在 根據該圖的實施方案中，在PCC沉澱之後，一種或多種纖維組分或它們的混合物可以注入 在該纖維懸浮液中。在根據該圖中所示的實施方案的注射中，從流向造紙機網前箱的纖維 懸浮液中獲得的二次流用作注射液體，雖然任何液體或懸浮液都可以使用。此外，添加劑例 如澱粉、粘合劑等等也可按照在圖10中所示的方式由同樣的混合器注入所形成的造紙漿 料中。與添加劑的進給相關聯，也值得指出的是，注射液體的使用不一定是它們的進料所需 要的。圖11顯示了在根據本發明的第七個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC 的方法。根據該圖，從各種纖維組分形成的稠厚漿料通過從造紙機獲得的濾液被稀釋至合 適的稠度，在此之前，首先二氧化碳和然後石灰乳與用於稀釋和從造紙機獲得的濾液進行 混合。也應該指出的是，為了將二氧化碳溶解在濾液中，濾液的量、溫度和壓力應該優選保 持與所要溶解的二氧化碳的所需量成正比。圖12顯示了在根據本發明的第八個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC 的方法。根據該圖，從各種纖維組分形成的稠厚漿料通過從造紙機獲得的濾液被稀釋至合 適的稠度，在此之前，首先二氧化碳和然後石灰乳與用於稀釋和從造紙機獲得的濾液進行 混合。與圖11的實施方案所示的方法之間的差異是，在本實施方案中的纖維組分各自作為 它們自身的級分被添加到該液體流中，在該液體流中已混入了二氧化碳和石灰乳。至於PCC 的沉澱，在該圖中的方法準確地說按照與在圖11中的方法相同的方式來操作。而且，在本 實施方案中，為了將二氧化碳溶解在濾液中，濾液的量、溫度和壓力應該優選保持與所要溶 解的二氧化碳的所需量成正比。圖13顯示了在根據本發明的第九個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC 的方法。根據該圖，用於製備造紙漿料的各種纖維或添加劑組分作為它們本身的物料流與 從造紙機獲得的濾液進行混合。該圖顯示了示例性的情形，其中一種漿料或添加劑組分首 先被添加到從造紙機獲得的濾液中，隨後是第二種漿料或添加劑組分與二氧化碳一起的添 力口，之後第三種漿料或添加劑組分與石灰乳的添加和最終第四種漿料或添加劑單獨的添 力口。當然，很明顯的是，如果有少於四種的漿料或添加劑組分，則以上所示的一些組分可以 省去，並且如果有多於四種的漿料或添加劑組分，則同樣需要更多的進料點。實際上，兩種 或多種漿料或添加劑組分也可同時添加，這也是在這一實施方案的範圍內。一種優選的備 選方案顯示了技術方案，其中石灰乳或二氧化碳或兩者首先與漿料組分混合。因此，該化 學品應該精確按劑量添加到該漿料組分中，同時協助PCC沉澱在外表面上(所謂的表面荷 載)和在纖維內腔中(所謂的內腔荷載)。同時，可以假定當實際的PCC沉澱發生時，PCC 在很大程度上沉積在所涉及的漿料組分的表面上。此外，有可能將從造紙機獲得的濾液或類似的稀釋纖維懸浮液在某些進料點用作注射液體，據此，除注射所需的化學品、添加劑、 漿料組分等之外，所形成的造紙漿料稠度可以被調節。換句話說，例如有可能將從造紙機獲 得的濾液或網下水(wire water)用作二氧化碳注射液體。至於石灰乳，它可注入到造紙 纖維組分中，如果確保纖維組分不含有機械原始紙漿或確保石灰乳以少量注入而使纖維組 分和石灰乳的混合物的PH不能變得太高的話。當石灰乳與優選是、但不一定是機械磨漿 (mechanically ground pulp)的纖維組分同時進給時，所形成的鈣離子應該與纖維組分混 合，這樣在纖維的表面上相當多地發生碳酸化反應。因此，該碳酸鹽晶體均勻地分布在纖維 表面上並且主要附著於纖維表面上而不是彼此附著。優選，漿料或添加劑組分和/或二氧 化碳和石灰乳的添加是通過注射，尤其優選通過使用描述在Wetend Technologies Oy的專 利 US-B1-6, 659，636 和 US-B1-7, 234，857 中的TrumpJet 混合設備來進行。圖14顯示了在根據本發明的第十個優選實施方案的造紙機的短循環中生產PCC 的方法。在該圖的實施方案中，二次流是從引導至造紙機的造紙漿料流(在其中已混合了 不同纖維組分)獲得的，然後在其中首先注射二氧化碳和之後注射石灰乳。此外，當進給這 些組分時，理想的是將Wetend Oy的TrumpJet 進給設備用作進給設備。 以上描述的示例性實施方案_其中二氧化碳和石灰乳被供應到比大部分的前述 實施方案更少的液體體積中，其中化學品注入到流動至造紙機的整個漿料流中-給出了略 微更詳細解釋該實施方案的理由。因為液體(在其中尤其注入了二氧化碳)的量是較少的 並且尤其是，如果被進給的二氧化碳量是較大的，則應該記住，在大氣條件或接近大氣條件 下僅僅一定量的二氧化碳能夠溶解。因此，如果將較大量的二氧化碳溶解到在圖14中所述 的實施方案的二次流中是所希望的，則注射應該在比短循環中的壓力更高的壓力下進行。 換句話說，與溶解的二氧化碳的量成正比的壓力存在於該二次流中。如果二氧化碳注入到 稠厚漿料組分，短纖絨，濾液或添加劑流中是所希望的，則同樣的壓力要求也適用。二次流 的加壓要求，例如，在二級管線34中布置止回閥30和泵32，如圖14中所示。二次流的加壓 可以在完成之後，使得二次流的壓力是足夠高的，以直接確保足夠大量的二氧化碳溶於該 物料流中。另一個備選方案被認為是，當二氧化碳與石灰乳反應時，該液體的溶解能力被釋 放，這樣作為氣泡存在的二氧化碳繼續溶於該液體中。換句話說，在實踐中二次流的壓力沒 有必要提高到與在第一個備選方案中同樣高。在圖15中所示的本發明的第十一個優選實施方案中，PCC沉澱在造紙纖維組分 中，之後該組分與其它造紙漿料組分混合。在該圖的實施方案中，二氧化碳首先被注入到該 上述組分中，這是在沒有注射液體的情況下或通過將例如從造紙機獲得的濾液、相同的纖 維組分(其中已進行混合)、或一些其它纖維組分或可採用的漿料組分、或其它液體流用作 注射液體所實現的，然後石灰乳通過將從纖維組分本身獲得的二次流用作注射液體而被注 入到該纖維組分中。對於本實施方案，同樣適用為了將二氧化碳溶解在該纖維組分中，纖 維組分的量、溫度和壓力應該優選保持與所要溶解的二氧化碳的所需量成正比。換句話說， 在圖14中所示的加壓是也在本實施方案中有效的備選方案。圖16顯示了根據本發明的第十二個優選實施方案的將二氧化碳或石灰乳添加到 造紙漿料中的方法。在該圖的實施方案中，化學品(在該圖中，二氧化碳)經由固定在稠厚 漿料的流管的壁上的一個或多個注射噴嘴被注入到稠厚漿料中，之後稠厚漿料被稀釋到造 紙機網前箱的稠度。在這一實施方案中，化學品被輸入與該纖維非常緊密接觸，因此獲得了非常有效的PCC表面荷載。同樣在本實施方案中沒有使造紙漿料變黑的危險，因為二氧化 碳的溶解降低pH，使得預期用於後續混合的石灰乳不在能夠提到PH到引起漿料變黑的風 險的程度。圖17顯示了將二氧化碳或石灰乳添加到造紙漿料中的根據本發明第十三個優選 實施方案的方法。在該圖的實施方案中，化學品(在該圖中，石灰乳)經由固 定在稠厚漿 料的流管的壁上的一個或多個注射噴嘴被注入到稠厚漿料中，之後稠厚漿料被稀釋到造紙 機網前箱的稠度。也在這一實施方案中，與石灰乳進給到造紙漿料中有關的物理定律必須 考慮。換句話說，石灰乳不應該以如此大的量注入以致於使得在造紙漿料中存在的機械紙 漿或含有該機械紙漿的回用紙漿開始變黑。自然地，如果造紙漿料不含有傾向變黑的紙漿， 則這些限制是不相關的。防止造紙漿料變黑的另一個選擇是在石灰乳之後迅速進給二氧化 碳，這樣造紙漿料沒有時間變黑。除描述在以上實施方案中的液體流之外，一種或兩種PCC原材料組分可以進給到 例如各種二次流中，如進給到渦旋清洗裝置的後續步驟的進料中，進給到良漿或廢料中，進 給到氣體分離罐或除氣器(deculator)的溢流中，進給到造紙機網前箱再循環流中，進給 到網前箱稀釋水中，進給到造紙機篩網的下遊階段的進料或良漿中，等等。在以上那些附圖中用示意圖描繪和討論的注射設備優選是由Wetend Technologies Oy以商標名稱TrumpJet 銷售的設備，和由例如US專利6，659，636和 7，234，857保護的設備，其中一種備選設計方案用示意圖描繪在圖18中。該設備的操作的 特性是，它們將需要混合的試劑、化學品或材料基本上在相對於該主流的橫向上注入到主 流中和注入到該主流的主要部分中，因此，該試劑、化學品或材料到該主流的均勻混入比任 何其它已知的設備更快速地發生。取決於輸送該主流的流管的尺寸和該流管的橫截面形 狀，在該流管的圓周上每隔一定間隔設置一個以上(例如四個)的注射設備。該注射設備的 另一個重要特性是，通過使用經由配件42輸入的注射液體進行該試劑、從配件40中出來的 該化學品或該材料，使得該注射液體攜帶所要混合到在管44中流動的該主流中的該試劑。 例如，未處理水、各種濾液或各種稠度的纖維懸浮液可以用作該注射液體。換句話說，以上 在這些附圖的實施方案中討論的用於進給石灰乳和二氧化碳的混合器優選將造紙機白水、 纖維回收濾液、來自混合罐和流向造紙機的造紙漿料或甚至一些造紙用的含纖維的級分或 纖維組分(它們被稀釋至網前箱稠度或作為稠厚級分)用作注射液體。此外，各種分級器、 渦旋清洗機、氣體分離設備和網前箱的進料、良漿、廢料、溢流和旁通流也可採用。我們的試驗表明，最理想的工藝方案是此設備配置(device setup)，其中，經由 包括設置在流管的圓周上的一個或多個注射進給設備的第一種注射進給設備單元，氣態二 氧化碳利用注射液體或進給液體在高的流速下且基本上在相對該工藝液體的流動方向的 橫向上被注入到在流管中流動的工藝液體中。在它之後是第二種注射設備的布置，該注射 設備包括十分類似地布置在該流管的圓周上的一個或多個注射設備，其中石灰乳按類似的 方式在高的流速下、基本上在相對於該工藝液體的流動方向的橫向上被注入到該工藝液體 中。為了優化該工藝，這些注射設備彼此儘可能接近地間隔設置，以使得在實際中在二氧化 碳仍然溶於該工藝液體中的同時石灰乳被進給到工藝液體中。該程序確保二氧化碳迅速地 溶解，因為實際上在這種情況下沒有任何部分的該工藝液體被二氧化碳飽和。因為注射設 備的混合是足夠有效的，整個二氧化碳和石灰乳轉化可以在低於15秒，優選低於10秒，更優選低於6秒，和最優選低於3秒的時間中進行，該時間從石灰乳開始注入到該工藝液體中的時刻計算。該快速反應得到與現有技術相比的幾個優點。現在，該轉化是快速的和基本 上完全的，該PCC晶體是均質的，它們的粒度分布是均勻的，和沉澱過程無法起始。圖19a_19d顯示了使用根據圖18的設備，與時間相關所獲得的混合曲線。該試驗 設備由流管組成(在造紙機網前箱中流管的直徑是800mm)，在流管的圓周上，注射設備根 據圖18按照有規則(90度)的間隔來設置。在試驗中，著色劑是以相對於在該管中流動的 液體的流動速率而言的一定流動速率，從注射設備中注入到在該管中流動的液體中。圖19a 顯示了在與化學品的注入位點相距1米的距離(對應於約0. 25秒)處的混合狀態。能夠 看出，化學品早已覆蓋了該管的橫截面的一半左右，雖然該化學品沒有足夠均勻地分布在 該管的橫截面上。圖1%顯示了在進給該化學品之後的1秒的混合分布圖。能夠看出，化 學品已幾乎分布在該管的整個橫截面上，和混合物的均勻性仍然有改進的餘地。圖19c顯 示了在進給該化學品之後的2秒的混合分布圖。該化學品被如此充分地混合，以使得後面 的工藝步驟或設備能夠已布置在這一點上。圖19d顯示了在進給該化學品之後的3秒的混 合分布圖。該混合水平進一步改進，例如，在峰之間溶液或懸浮液濃度的變化是低於10%， 和標準偏差是低於5%。圖20顯示了現有技術的進給設備的操作，其中化學品、填料或類似物在較低的壓 差下流入到該流管中。從圖20中的描述符(descriptor)(在進料點開始的稍向下傾斜的直 線)和時間線能夠看出，在進給該添加劑後的1秒左右，它(添加劑)僅僅擴展到該流管的 流動橫截面積的非常小的部分，並且在進給該添加劑後的大約2秒，它在該物料流的自然 紊流的影響下擴展到該流管的橫截面積的約五分之一。時間線的下方正方形描繪了在時間 線的右側末端(從進給起始的6. . . 20秒)該添加劑的混合程度。該正方形將需要混合的 添加劑(較淺色的區域)顯示為在該主流內的仍然相對均勻的區域。根據測量，所謂的峰 間變化大於50%。基於實際的經驗，如果從進料點到造紙機網前箱的運行表示了約6. . . 20 秒，或按米計，約20-100米的流程，則能夠使用現有技術的進給設備。圖21顯示當使用TrumpJet 進給設備時所得到的混合物的類似圖示。在該圖 的情形中，5個TrumpJet 進給設備在沿圓周方向上以等間隔設置在進料管的圓周上，然 後著色劑是以相對於在流管中流動的液體的流動速率而言的給定流動速率被輸入到流管 中。在該圖的時間線之下該流管的橫截面顯示了在已進給該添加劑之後約ι秒時間，它如 何擴展到該流管的橫截面積的大部分(約90% )。在進給該添加劑之後兩秒鐘，它實際上 在該物料流中均勻擴展並且在三秒間隔之後該化學品對於大部分的應用來說已足夠均勻 地混合。在時間線下方的正方形顯示了在進給添加劑之後三秒鐘的瞬間該添加劑的混合程 度。根據這些測量的峰間變化是低於10%範圍，並且在已進料後的兩秒鐘，低於15%。因 此，在常規的應用中，考慮到在網前箱管路中也在一定程度上發生混合作用，TrumpJet 進給設備與網前箱之間的距離僅僅需要是5-15米。在本發明中確實是如此，其中均勻混合 僅僅是碳酸化反應的快速和理想進展的先決條件，該時間需要專供在混合之後的合適反應 之用，因為該反應不必在網前箱管路中繼續進行。以上已提到，在PCC的生產中，這些注射進給設備能夠以相對接近的距離在該流 管的壁上間隔。與以上圖19和21相關聯所示的事實可允許該注射進給設備在最佳的情況 下設置在管的同一圓周上。換句話說，二氧化碳和石灰乳的注射噴嘴例如交替地設置在流管的同一圓周上。在該設計中，如果例如石灰乳預先非常精細地分散於和/或二氧化碳預 先溶於注射液體中，則是一個明顯優點。因此，很顯然，這些注射進給設備可以一起很接近 地相繼在該流管的壁上間隔設置。圖21教導，例如，石灰乳注射進給設備可以位於與前一 個二氧化碳進給設備相隔大約1-3秒的距離處。然而應該考慮到，不可能在全部可以想像 的情形下將注射進給設備以如此緊密的間隔進行布置，而且在最壞情況下，15秒或更短時 間將是足夠的，這是利用在該流管中流動的的造紙漿料的流動速率來計算的。該注射進給設備和在其之後的反應區可以視作構成在PCC的生產中使用的管式 反應器，並且它的尺寸下面進行討論。正如以上早已提到的，在第一個和第二個注射進給設 備之間的間隔(秒)是低於15秒，和優選低於3秒。類似地，前面已提到，從後一種化學品 的進給直到它基本上完全轉化成PCC為止的反應區的長度(同樣地由造紙漿料的流動速率 測量)是低於15秒，優選低於10秒，更優選低於6秒，和最優選低於3秒。換句話說，管式 反應器的長度是低於30秒，優選低於18秒，和更優選低於9秒。該長度主要取決於化學品 進給順序(石灰乳的質量轉移比二氧化碳的質量轉移更緩慢)、化學品的氣泡和粒度、和化 學品注射速率。
以上公開的實施方案僅僅描述了 PCC沉澱到造紙漿料中。然而，因為許多其它添 加劑或化學品也需要用於造紙中，下面將評述與PCC沉澱相比較的幾個此類優選的進料 點。根據本發明的優選實施方案，在造紙機的溼端中需要的全部或至少基本上全部的化學 品在PCC的沉澱之後按劑量輸入。主要地助留劑如聚合物，膨潤土，和矽酸鹽，各種膠水，特 殊顏料，螢光增白劑和消泡劑在這裡都是相關的。另一方面，在一些情況下，還有理由在PCC 的沉澱之前進給一部分的化學品。從以上所示的許多實施方案能夠理解，該注射可通過使用為該物料流所用的特定 進料或注射液體，將需要與該物料流混合的液體或氣體噴霧來進行。此外，容易理解的是， 在實踐中該注射液體或進給液體可以是從清潔水、在纖維網生產或與該生產相關的方法中 形成的各種透明或混濁濾液開始，直至含有各種纖維組分的纖維懸浮液或它們的結合物為 止的任何液體。另外，作為進給液體有可能使用從各種分級設備或渦旋清洗器獲得的可用 物料流。作為最優選的注射液體，使用造紙漿料。在這一階段，也值得指出的是，本發明的目的-即碳酸鈣晶體的均勻粒度分布，尺 寸過大的PCC晶體、PCC聚結物和PCC沉澱物的形成的防止，以及二氧化碳和石灰乳碳酸化 反應的控制-除了通過以如上所述的橫向注射為基礎的技術之外，還可通過幾種其它技術 方案來實現。一種備選方案是將所使用的化學品在流管的方向上(即，與該物料流平行或 直接與該物料流相反)注入，憑此在一些方式中，例如通過在注射設備之後設置足夠量的 靜態或動態(例如，旋轉或可旋轉的)混合元件，獲得本發明所需要的足夠快速的混合。第 二種備選方案是將化學品以普通方式進給到例如旋轉式機械混合器或泵的有效範圍中，使 得對於要均勻地混合在整個體積中的化學品該混合效率是足夠的。以上公開的備選方案可 以用於需要進給的任何一種或兩種化學品(二氧化碳和石灰乳)。化學品的特性或來源仍然根本還沒有討論。然而，應該指出的是，本發明可以使 用純二氧化碳或從CO2回收設備的煙道氣分離或獲得的二氧化碳或其它類似的來源。同樣 地，石灰乳可以就地從生石灰生產或可能從鄰近紙漿廠的化學品回收裝置得到。試驗已顯 示了在工藝溫度(網前箱溫度或石灰乳的溫度，例如在消化之後或當從回收設備獲得時)，典型地40-80°C下使用石灰乳的益處。溫熱石灰乳可有效地防止例如沉澱物形成和微生物 生長。另外，與將較多能量用於冷卻的現有技術的方法相比，本發明的在線PCC生產比該現 有技術的方法明顯更加能量有效。與以上所述的PCC生產的各種實施方案相關聯，例如可以使用下列控制系統。填 料的量可以認為是一個標準。換句話說，當一定量的填料形成是所希望的時，二氧化碳或石 灰乳的劑量添加是在數值上確定的，使得獲得所需PCC量。其後，第二種化學品進料是與第 二種在數字上確定的劑量成比例地設置。當PCC的量是較小時，即當不試圖以超過所能溶 於可用液體中的用量來按劑量進給二氧化碳時，這一相對簡單的控制系統是可使用的。如果希望形成最高量的PCC，則該連續PCC生產控制系統將基於以下事實為加 入到該工藝中的二氧化碳的量的上限設定數值，在該數值二氧化碳完全地溶解在該液體 中。然而，還有可能想像，特別在其中二氧化碳和石灰乳基本上同時注入、因此讓它們立即 反應的情形中二氧化碳與石灰乳的反應釋放二氧化碳的溶解能力，潛在性地允許例如在 約10-20%範圍的二氧化碳過量。當然，必須考慮二氧化碳的溶解度取決於壓力和溫度以及 該液體的PH值。然而，因為在實際情況中，我們在相對小的pH範圍內操作，pH的影響不包 括在該控制系統中。從石灰乳和二氧化碳的化學計量比減去5%之後的值被設定為根據碳 酸鈣生產配方的氫氧化鈣(Ca(OH)2)用量的上限，即Ca(OH)2的量是mCa(OH)2/mC02_5% = 56/44-5%= L2XC02的量。該5%的減少應歸於總是確保稍過量的二氧化碳的願望。當 因此已經設定該源材料的這些允許的上限時，PCC量的設定值可以輸入該控制系統中，基於 此數值該控制系統同時控制石灰乳和二氧化碳進給量。在計算中，在Ca(OH)2和CO2之間的 比率是彼此關聯的級聯(cascade)。這意味著，如果一 種或多種進給量相對於為上述控制系 統設定的上限值而言顯得太大，則控制電路阻止過量PCC設定值的輸入。因此，該控制系統 可以運行程序來請求新的PCC設定值或計算允許的最高PCC設定值。該控制系統此外包括PCC生產方法同時配備有在PCC生產之前的石灰乳的pH和 導電性的測量以及所得PCC的PH和導電性的測量。在PCC生產之後的流量計設置極限值來 規定在正常情況下，PCC生產應該在根據應用所確定的一定pH和導電性範圍中進行。如 果在以某種方式超過該限制值，則控制系統將通過調節CO2量來走向平衡狀態。如果超過了 在該極限值之外的報警值，則發出警報，並且該PCC生產控轉變成手控。在PCC沉澱之後， 再測量該PH值。如果pH值相對於前一 pH測量值向上移動0. 5單位，則該產品被少量的碳 酸或其它弱酸所酸化。從以上敘述可以明顯看出，本發明開發出了與現有技術方法明顯不同的新方法。 從以上描述的各種實施方案可以理解，這些實施方案決不認為限制本發明的範圍，本發明 的範圍公開在所附的權利要求中。同樣清楚地看出，本發明的各種實施方案可以在其它實 施方案中實施，前提條件是這在技術上是可行的。
權利要求
用於在纖維網製造機的短循環中通過將二氧化碳和石灰乳進給到該短循環液體流中並讓它們彼此反應來使填料尤其碳酸鈣發生結晶以便在流動的固體中和/或在該固體的表面上形成晶體的方法，其特徵在於至少二氧化碳或石灰乳作為足夠小尺寸的顆粒或氣泡被進給和混入到該液體流中，使得該化學品與該液體流的流動條件無關地基本上均勻擴展到該液體流中，和使得結晶反應在低於15秒，優選低於10秒，更優選低於6秒，和最優選低於3秒的時間中基本上完成，因此獲得了均勻碳酸鈣晶體的可用的粒度分布，防止尺寸過大的PCC晶體、PCC聚結物和PCC沉澱物的形成，和控制二氧化碳和石灰乳碳酸化反應。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於該進給和混入是在相對於液體流方向基本上橫 向的方向上和基本上在比該液體的流速更高的流動速率下，將至少二氧化碳或石灰乳作為 足夠小尺寸的氣泡或顆粒從一個或幾個噴嘴注射到該液體中。
3.根據權利要求1或2的方法，特徵在於石灰乳的平均粒度低於3微米(μm)，優選低 於1. 5微米，和最優選低於0. 5微米。
4.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於至少石灰乳與液體流混合，使得在 進給時間之後的3秒鐘時它的分散率是低於15%。
5.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳的氣泡尺寸是至少低於 10mm，更優選低於100微米，和最優選，當被引入到造紙漿料中時，二氧化碳已完全溶解在 在該進給液體/注射液體中。
6.根據前述權利要求2-5中任何一項的方法，特徵在於用於注射中的進給速率是該液 體流的流動速率的最低3倍和最高15倍，優選5至10倍。
7.根據前述權利要求2-6中任何一項的方法，特徵在於該注射通過使用特定的進給液 體來進行。
8.根據權利要求7的方法，特徵在於作為進給或注射液體，使用至少一種下列物質從 纖維網製造機獲得的濾液，從纖維網製造機獲得的和處理過的濾液的組分，用於生產纖維 網的纖維懸浮液，用於纖維網生產中的纖維懸浮液的纖維或其它組分，良漿流，廢料流，和 短循環的溢流或旁流。
9.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於該液體流是含有固體的濾液流。
10.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於該液體流是纖維懸浮液。
11.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於該液體流是纖維懸浮液，至少一種 漿料纖維組分混入其中。
12.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於至少二氧化碳或石灰乳是通過以 下被注入液體流中從該液體流取二次流，通過使用纖維網生產中的纖維組分作為注射液 體將二氧化碳或石灰乳注入其中，然後該二次流被進給到該液體流中。
13.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於至少二氧化碳或石灰乳是通過以 下被注入液體流中從該液體流取二次流，通過使用纖維網生產中的所謂稠厚漿料組分作 為注射液體將二氧化碳或石灰乳注入其中，然後該二次流被進給到該液體流中。
14.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於至少二氧化碳或石灰乳是通過以 下被注入液體流中從該液體流取二次流，通過使用纖維網生產中的濾液或它的任意組分 作為注射液體將二氧化碳或石灰乳注入其中，然後該二次流被進給到該液體流中。
15.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於至少二氧化碳或石灰乳是通過以下被注入液體流中將二氧化碳或石灰乳單獨地注入到或一起混入到在纖維網生產中使用 的纖維組分中，然後所形成的懸浮液被進給到該液體流中。
16.根據權利要求12或13的方法，特徵在於該二次流被注入到該液體流中。
17.根據權利要求14或15的方法，特徵在於該懸浮液被注入到該液體流中。
18.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於另一種造紙添加劑與二氧化碳和 /或石灰乳一起被注入到該液體流中。
19.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳和石灰乳被注入到造紙 用的濾液中，然後造紙漿料的不同纖維組分被注入該濾液中。
20.根據權利要求19的方法，特徵在於該纖維組分各自作為其本身的物料流被注入在 該濾液中。
21.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳和石灰乳基本上同時注 入到該液體流中。
22.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳注入到該液體流中，使得 它在石灰乳的注入前有時間溶解。
23.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳在工藝壓力下被注入到 液體流中。
24.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳在高於該工藝壓力的壓 力下被注入到液體流中。
25.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳和/或石灰乳的進給量 是與所需PCC量相關地進行調節。
26.根據權利要求25的方法，特徵在於第一種化學品、二氧化碳或石灰乳的量是基於 最初所需PCC的量在數字上確定的，然後第二種化學品、石灰乳或二氧化碳的進給是相對 於第一種化學品的進給來加以控制。
27.根據權利要求25或26的方法，特徵在於該二氧化碳進給加以控制，使得二氧化碳 高於它的化學計算需要量來按劑量加入。
28.根據權利要求25、26或27的方法，特徵在於PCC的生產是通過測量在PCC沉澱之 前和之後該工藝的PH值來監測的。
29.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於石灰乳在工藝溫度下被進給到液 體流中。
30.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於石灰乳在40-80°C的溫度下被進 給到液體流。
31.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於該結晶反應是在所需的工藝步驟 例如纖維網製造機的網前箱之前進行到完成。
32.根據權利要求31的方法，特徵在於該結晶反應是在低於15秒，優選低於10秒，更 優選低於6秒，和最優選低於3秒的時間中進行到完成。
33.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於在進給二氧化碳和進給石灰乳之 間的間隔是低於15秒，優選低於3秒。
34.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳和石灰乳基本上同時進 給到液體流中。
35.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳或石灰乳與液體流平行 地或直接與液體流相反方向地被注入到液體流中。
36.根據前述權利要求中任何一項的方法，特徵在於二氧化碳和石灰乳利用機械混合 器被混入到液體流中。
37.根據權利要求35或36的方法，特徵在於當混合二氧化碳或石灰乳時，另外使用靜 態混合器。
38.纖維網製造機的漿料上網系統，該漿料上網系統包括至少用於從纖維網製造機接 收濾液的設備，用於至少從由纖維網製造機獲得的濾液和各種的纖維和填料組分生產造紙 漿料的設備，以及由幾個流管組成的流動管路與泵送設備用於將造紙漿料從其生產處輸送 至纖維網製造機的網前箱中，該漿料上網系統裝有用於將二氧化碳和石灰乳兩者進給到在 流動管路內流動的液體流中的設備，其特徵在於該漿料上網系統裝有第一個進給/混合設 備以將至少石灰乳或二氧化碳如此均勻地混入到液體流中以致於所要生產的PCC的結晶 反應在15秒內，優選在10秒內，更優選在6秒內，和最優選在3秒內完成，從而獲得均勻碳 酸鈣晶體的可用的均勻粒度分布，防止尺寸過大的PCC晶體、PCC聚結物和PCC沉澱物的形 成，以及控制二氧化碳和石灰乳的碳酸化反應。
39.根據權利要求38的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該漿料上網系統裝有 第二個進給/混合設備，該設備經過設置用於將至少石灰乳或二氧化碳進給和混入到流管 中，該第二個注射設備與第一種注射設備之間以一定距離來設置。
40.根據權利要求38或39的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於進給/混合設備 中的至少一種是注射設備，它設置在流管的壁上以便在基本上相對於該液體流的流動方向 的橫向上將至少石灰乳或二氧化碳注射到流管中。
41.根據權利要求38或39的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於進給/混合設備 的至少一種是由與該流管中的液體流平行地或直接與該液體流相反方向地設置的一個或 多個注射設備組成。
42.根據權利要求38或39的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於進給/混合設備 中的至少一種是機械混合器或泵。
43.根據權利要求41或42的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於一個或多個靜態 混合器與混合設備一起使用。
44.根據前述權利要求40任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該二氧 化碳和/或石灰乳注射裝置是由連接在流管的璧上的一個或多個注射或噴嘴設備組成的， 該流管含有用於二氧化碳或石灰乳的入口接頭和噴嘴口，二氧化碳或石灰乳從該噴嘴口注 射到造紙漿料中。
45.根據前述權利要求40、41或44中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵 在於該注射設備進一步包括供注射液體用的入口接頭。
46.根據權利要求45的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於供注射液體用的入口 接頭被連接到設置在流路上的漿料流動管路中的接頭，以便從流動管路獲得作為二次流的 注射液體。
47.根據權利要求45的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於供注射液體用的入口 接頭被連接到在流路上的濾液接收設備中。
48.根據權利要求45的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於注射液體用的入口接 頭被連接於在流路上的用於造紙漿料的生產中的纖維組分的流動通道。
49.根據前述權利要求46-48中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於 用於為注射液體流加壓的泵被設置在該流路上。
50.根據前述權利要求38-49中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於 該漿料上網系統包括從引導至網前箱的造紙漿料流動管路分出支路的二次流通道，由此二 氧化碳和/或石灰乳的注射設備與該通道相連通地設置。
51.根據權利要求50的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該二次流通道裝有為 二次流加壓的泵和止回閥。
52.根據前述權利要求38-51中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於 該二氧化碳或石灰乳混合設備連接到從漿料製備引導至造紙漿料稀釋的管路。
53.根據權利要求52的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該石灰乳或二氧化碳 混合設備被連接到用於輸送稀釋的造紙漿料到網前箱中的造紙漿料的流動管路。
54.根據前述權利要求38-53中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於 它另外包括用於篩選造紙漿料的設備，該篩選設備由至少一個壓力篩網和任選地還有渦旋 清洗設備組成。
55.根據權利要求38-54的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於它另外包括從造 紙漿料中分離氣體的設備。
56.根據權利要求53的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該混合設備設置在該 篩選設備的上遊。
57.根據權利要求53的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於該混合設備設置在氣 體分離設備的上遊。
58.根據前述權利要求40-57中任何一項的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於 在第一個和第二個進給/混合設備之間的距離表示低於15秒，優選低於3秒的在流管中流 動的液體流的流動時間。
59.根據權利要求40的纖維網製造機的漿料上網系統，特徵在於第一種和第二種注射 設備基本上設置在沿流管的同一圓周上。
60.根據前述權利要求39-59中任何一項的漿料上網系統，特徵在於後一個進給/混合 設備與所需工藝設備例如纖維網製造機的網前箱之間的距離是低於15秒，優選低於10秒， 更優選低於6秒，和最優選低於3秒。
全文摘要
使填料結晶，尤其通過將二氧化碳和石灰乳進給到纖維網製造機的短循環的液體流中並讓它們彼此反應讓碳酸鈣沉澱在短循環中的固體的表面上，的本發明方法，該方法的特徵在於化學品的進給系統、混合方法和/或混合速率進行選擇，以使得獲得適合於本發明目的的碳酸鈣晶體的粒度分布。而且，本發明涉及採用該方法的纖維網製造機的漿料上網系統，其特徵在於該漿料上網系統裝有按照一定速率將二氧化碳和石灰乳進給和混入到液體流的設備，該速率使得獲得碳酸鈣晶體的可應用粒度分布。
文檔編號D21H17/67GK101970754SQ200980105938
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月19日 優先權日2008年2月22日
發明者E·庫卡梅基, J·馬圖拉, M·西皮萊 申請人:芬歐匯川集團;韋坦德科技公司