供用尿素和氨处理纸浆的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及一种供用尿素和氨处理纸浆的方法，及涉及一种特别适合于实施该方法的装置。背景技术
纸浆的氨处理必需使纸浆活化，以便能更容易进行随后的反应步骤，如乙酰化作用。同时，可以将一种添加剂加入纸浆中，以便有助于随后的反应步骤。
若是这样做，重要的是，加入添加剂应尽可能均匀地进行，以便在随后的反应步骤中得到均匀的反应产物。这些方法在先有技术中是已知的。
这样，文献DE-A-4329937介绍了一种用于处理纸浆的方法，该方法是通过在高于大气压的压力下，使纸浆后与液体氨接触，来使纸浆活化用于随后的化学反应。因而氨优选地是以一定量的氨与纸浆比例，即6-10质量单位氨与10质量单位纸浆的比例施加。与氨的反应在压力容器中进行。在作用足够的时间之后，通过打开压力容器和额外加热，将氨排除。
文献EP-A-057 105介绍了一种用于生产碱溶性纸浆衍生物的方法。纸浆用液体氨处理，其中液体氨含有溶解的尿素。该方法包括将用碱处理过并用乙酸中和的纸浆与尿素一起在大量氨中研磨3-6小时，此处所用的尿素与纸浆的克分子浓度比为0.5-3。使用过的氨量按重量计约相当于纸浆量的5-10倍。
文献WO-A-9947567公开了一种用于氨和一种添加剂地混合物的配料方法。由此方法首先产生液体氨和至少一种添加剂的混合物，并且接着将上述混合物供给到一种待处理的固体物质中。然而，生产混合物和将混合物加到待处理的固体物质中是在不同的时间里进行两次，以便氨添加系统实际上是连续地可用于输送到固体物质中。这个国际专利申请还公开了用尿素和氨处理纸浆，其中500g尿素与4,000g氨混合，然后将混合物成初步成粒形状加到2,000g的纸浆中。
已知的用氨和尿素处理纸浆的方法具有使用大量氨的缺点，结果是用于排除大量的氨，用于回收氨和使氨再液化，及用于生产氨/尿素混合物的设备费用相当大。
此外，按照先有技术所述的一些方法，要求比较长的接触时间，来得到纸浆中氨和尿素的混合物足够地饱和。这用一种不希望有的方式延长了生产纸浆/尿素混合物的时间，这样也造成增加成本。同时，所需设备的成本费用大。而且，按照已知方法，利用一种离解的纸浆材料，亦即，撕碎或磨碎的纸浆样品，来达到用氨/尿素混合物足够地浸透纸浆。然而，对许多方法，要求不仅能处理分离纤维或磨碎的纸浆，而且能用氨和尿素混合物直接处理纸浆板或纸浆卷材。发明内容
因此，本发明的目的是提供一种供用尿素和氨处理纸浆的方法，在该方法中所用的氨和/或尿素的量可以减至最少，以便可以减少复杂的设备和节约成本。而且，该方法还适合于处理纸浆板和/或纸浆卷材。同时，应达到尽可能均匀的浸透纸浆。本发明的另一个目的在于提供一种装置，用该装置特别是可以实施按照本发明所述的方法。
为达到本发明上述目的，本发明提供了一种供用尿素和氨处理纸浆的方法，该方法包括：在尿素与纸浆的克分子重量比为0.01-0.99∶1及氨与纸浆的重量比为0.1-0.99∶1的情况下，用尿素和氨处理纸浆。
本发明还提供了一种供用尿素和氨处理纸浆的装置，该装置包括一个压力容器和至少一个设置于其中的涂布系统。附图说明
图1和图2示出按照本发明所述装置的实施例，由此各标号代表了下列元件：
1-容器(接收容器)； 1a-盖
2-关闭装置
3-容器(反应压力容器)
4-关闭装置
5-容器(沉积)； 5a-盖
6-计量泵
7-计量泵
8-涂布辊
9-涂布辊
10-风机
11-风机
12-热交换器
13-纸浆板； 13a纸浆卷
14-辊式运输器
15-卷盘 15a-沉积装置
16-加热器
17-入口
18-出口
19-氨/尿素(沉降池)
20-加热回路
21-回路
图1示出按照本发明所述的一种用于处理板式纸浆的装置的侧视(剖面)图。图2示出按照本发明所述的一种用于处理卷筒式纸浆的侧视(剖面)图。图3和4示出本发明的优选涂布系统，其中图3示出一对辊8、9和图4示出一对喷嘴8a、9a。发明的详细说明
如在本申请书中所用的表达方式“处理”代表用氨和尿素浸渍纸浆的方法。按照先有技术，这类处理也叫做夹层法。所有那些术语这里将同义使用。如在本申请中所用的术语“纸浆”包括拉成纤维状的物质，该拉成纤维状的物质主要由在离解木材或其它植物纤维过程中所形成的纸浆组成。该术语包括按照它们预定的使用目的而单独指定的一些纸浆类型，如溶解浆，高α纸浆或造纸用浆，及按照所用的离解方法或所用的原料所指定的一些类型纸浆，如硫酸盐纸浆，溶解浆和苏打法纸浆及针叶木浆、阔叶木浆和细草纸浆。
按照本发明所述的待处理的纸浆优选的是以纸浆板、纸浆卷材或纸浆卷的形式提供。
当按照本发明所述的方法用尿素和氨处理纸浆时，氨与纸浆的重量比优选地是0.3-0.95∶1，更优选地是0.5-0.9∶1。尿素与纸浆的克分子浓度比优选地是0.1-0.95∶1，更优选地是0.5-0.9∶1。
按照本发明所述的方法，优选地是在氨气氛中进行。特别优选地是氨的压力为5-25巴。为了达到这个目的，按照本发明所述的方法将在压力容器中进行。这类容器对技术人员来说是已知的。
用氨和尿素处理纸浆优选地是利用一种氨/尿素溶液进行。上述溶液优选地是，与尿素在氨中的饱和浓度相比，具有一种低于饱和浓度99％的浓度，更优选地是低于饱和浓度95％的浓度。下限优选地是在饱和浓度的10％处。
方法优选地是在0-100℃温度下，更优选地是在5-60℃温度下进行。
按照本发明所述的方法其特征在于这一事实，即由于减少了尿素和氨的量，所以能在没有大量工作劳动情况下节省花费。按照特别优选的实施例，本发明还能处理纸浆板和/或纸浆卷材，因此可以避免用氨和尿素处理纸浆之前的复杂离解步骤，并且处理装置显著地更小，因此花钱更少。
如果，按照本发明的方法，纸浆以纸浆板、纸浆卷材或纸浆卷的形式处理，则氨和尿素优选地是以溶液形式加到待处理的纸浆板、纸浆卷材或纸浆卷上，亦即利用按照本发明所述的装置，该装置具有至少一个如图1和2所示的涂布系统。
当处理纸浆板、纸浆卷材或纸浆卷时，按照本发明所述的方法优选地是这样构成，以便在其通过了按照本发明所述的涂布系统之后，最后处理的纸浆板或者，分别地，最后处理的纸浆卷或纸浆卷材部分仍停留在氨气氛中0.5-30分钟，优选地是停留1-10分钟。因此，对最终处理的纸浆材料，它还保证氨/尿素混合物均匀而平稳地提供在材料内部。
在按照本发明处理之后，可以除去过量的氨。为了达到这个目的，处理过的纸浆可以，例如，加热，可以用一股清洗气流或者可以施加低压。上述方法步骤可以单独应用或联合应用。
下面将说明按照本发明所述的装置。
按照本发明所述的装置包括至少一个压力容器。这类容器对技术人员来说是已知的。
按照本发明所述的装置还包括至少一个涂布系统。按照本发明所述的涂布系统的优选实例是一对辊8、9和一对喷嘴8a、9a。
按照本发明所述的装置包括至少一个涂布系统，优选地是1-3个涂布系统，更优选地是一个涂布系统。各涂布系统可以相同或不同。
在按照本发明所述的涂布系统前面，可以设置一个吸入部分，如果可能的话，该吸入部分是漏斗形。这保证在通过涂布系统之前更好地引导待处理的纸浆材料。
按照本发明所述的装置特别优选地是包括一对或两对辊9、8作为涂布系统。这些辊的特殊构造对于比如，来自纸涂层领域的技术人员来说是已知的。
上述涂布系统的辊同样可以装备用于如通过液压传动，输送材料通过辊。
此外，装置可以包括一个分开的装置，用于输送通过的材料，例如，设一个辊式运输机14，上述辊式运输机14优选地是具有液压式从动辊，和一个运输皮带。如果待通过它的材料是，例如卷起的卷材13a，则分开的运输装置可以制成设置在涂布系统后面的蛇管15。将材料卷材夹入涂布系统中，并通过简单的旋转运动被导向穿过涂布系统。
按照本发明所述的装置优选地是还包括一个计量泵系统6、7，利用该计量泵系统，例如，可以将氨/尿素溶液输送到涂布系统中。这类计量泵系统对技术人员来说是已知的。
本发明将参照附图进一步加以说明。
优选的装置(图1、2)基本上包括三个圆筒形压力容器1、3、5，这三个压力容器1、3、5通过关闭装置2、4相互连接。关闭装置2是任选的。各关闭装置优选地是建造成楔式平滑阀。容器1用作待处理纸浆的接收器，容器3包含涂布系统，而容器5是用于沉积待处理纸浆的地方。容器3优选的是包括一种加热器16以便能进行压力和温度调节。上述加热器优选的是建造成为半管道加热器。运输装置14优选地是一种辊式运输机，其中辊例如被液压式驱动，从容器1穿过容器3转入容器5。各压力容器优选地是用精密合金钢VZA1.4571或类似材料制造。
至少一个涂布系统设置在容器3中。涂布系统优选地是建造成辊对8、9或喷嘴对8a、9a。上述系统优选地包括至少一对涂布辊8、9。而且，计量泵6、7设置在容器3中。这些计量泵的特殊构造对技术人员来说是已知的。
容器5包括一个用于接收纸浆材料的沉积装置14a或收卷装置(卷盘)14。
而且，容器5连接到一个加热回路20上。上述回路20包括一个风机11和一个热交换器12。
容器1和5进一步连接到一个回路21上，该回路21包括一个风机10。
容器3进一步与入口17和出口19连接，该入口17和出口19制成用于装入和排出氨/尿素溶液。
按照本发明所述的装置特别适用于实施按照本发明所述的方法。由于存在至少一个涂布系统，所以达到氨和尿素的正确配料及用氨/尿素混合物良好的渗透待处理的纸浆。按照本发明所述的装置尤其还能用氨和尿素处理纸浆板和/或纸浆卷材。
当用纸浆板或纸浆卷并应用按照本发明所述的装置时，用氨和尿素处理纸浆的过程优选地如下所述：板式纸浆(图1)
容器3用滑动件2和4隔开并置于氨气氛下。氨/尿素溶液与氨气氛平衡设置在容器3的沉降池19中。计量泵6和7及附属的回路装满氨/尿素溶液。容器1和5没有加压并充满空气。
两个容器的上部的凸起的蒸煮器端设计成为旋转盖，该旋转盖可以用拉紧螺钉快速地以不透气的方式密封。容器5是闭合的，容器1是敞开的。纸浆板安放在容器1中。随后将容器1闭合。现在用回路21中的氨蒸汽供给容器1和5，直至达到容器3的平衡压力为止。滑动件2和4打开。
一个纸浆板拉入系统，优选的是用液压法驱动，该平板拉入系统把纸浆板输送到涂布辊8和9。当通过涂布辊时，氨/尿素溶液在两侧上加到纸浆上。要施加的量根据通过速率通过辊直径和泵6和7的配料量来调节。然后将纸浆板在容器5中沉积在沉积装置15a上。如果全部原料都已通过，则滑动件2和4闭合。对于干燥的目的，容器5或是加热和/或抽真空。容器1抽真空，并将氨通过回路21送去重新液化。以后用空气进行重新清洗，并且可再次将容器打开并装料。
在干燥之后，将容器5调整在大气压下，因而大部分氨已经蒸发。在那之后将加热回路20打开，并用风机11吸出容器5中剩余的氨并输送该剩余的氨通过热交换器12，在此处将氨加热到约30-70℃，返回容器5中，在容器5中，留在纸浆中的氨与热的氨蒸汽一起排出。如果纸浆已干燥到所要求的残留氨量，则将加热回路关闭并锁定。随后将容器5完全抽真空。如有必要，纸浆可以在真空下停留1分钟至最多1小时用于脱气。然后用空气进行短时的再清洗，并可以将处理过的纸浆移去。纸浆卷式纸浆(图2)
用于纸浆卷式纸浆的系统和操作与上述的板式纸浆的系统和操作相同，但是没有设置滑动件2(见图2)。
把整个系统排空和没有压力，打开滑动件4。纸浆卷材13a悬挂在容器1中，穿越并通过容器3进入容器5中，在该容器5中将纸浆卷材加到卷盘15上用于将它卷起。把系统闭合并供给气态氨。然后通过入口17将容器3的沉降池19装满氨/尿素溶液。泵6和7开始运转，并将纸浆带均匀地牵拉穿过涂布辊8、9。配料如在板式纸浆中所述进行。如果纸浆在容器5的后部卷起，则关闭滑动件4并通过排放口18和泵回路排空容器3的沉降池19。然后将容器1和3抽真空，用空气清洗并准备新一轮装料。容器5的干燥和脱气与处理纸浆板相一致地进行。
按照本发明的方法，还能利用一种包括喷嘴8a、9a的涂布系统，该喷嘴8a、9a将待施加的尿素，比如，以溶液形式，喷雾到纸浆上。喷嘴可以设置在待处理的纸浆上方或下方。待处理的纸浆材料通过涂布系统之间，该涂布系统设计成，例如，辊对8、9或喷嘴对8a、9a。然后利用涂布系统将氨和尿素施加到纸浆上。如果涂布系统包括，例如，一对辊，则可以在通过辊对期间，用辊将上述物质输送到纸浆上，进行将氨和尿素涂布到纸浆上。
与涂布类型无关的是，这种方式构成的按照本发明的所述方法，实施用氨和尿素渗透纸浆。如果涂布系统包括，例如，一对辊，则各辊应注意，在通过辊之间过程中，将氨和尿素均匀地以薄膜形式施加到待处理的纸浆上。然后让氨/尿素溶液渗透入浆板，以便达到良好而均匀的渗透。这产生一种极好的夹层并伴有十分均匀，及尤其是，在随后的转变反应中完全转变成氨基甲酸酯。由于均匀转变，因而实现得到十分易溶和易处理的产品。
在利用本发明的装置实施本发明的方法过程中，通过分别控制计量泵6、7，纸浆板13或纸浆卷材的通过速率，和/或涂布辊8、9的速度，可以对待施加的氨和尿素的量进行配料。各装置及其所需要的控制技术是该领域的技术人员所已知的。
处理过的纸浆，纸浆卷材或纸浆卷，可以在它们用氨和尿素通过上述方法处理之后分离过量的氨。然后它们可以直接加工或储存或运输。