调节废纸碎浆机中纸浆碱度的改进方法 本发明涉及调节废纸碎浆机中纸浆碱度的方法，更确切地说，涉及调节纸浆pH的方法，该方法包括使一部分的纸浆与二氧化碳接触，并使这样处理的部分与余下的纸浆进行混合。
废纸定义为是从制造或最后制成过程中任一阶段所废弃的部分或完全制造的纸或纸板。该术语也适用于由这些材料再制浆而制造的成品。湿废纸取自成形和压制段，而干废纸来源于造纸厂的干燥机、压光机、卷筒、卷绕机和最后的成品操作。
废纸的处理和再制浆装置是任何造纸机的最重要的部件。废纸也可包括内碎纸和纸板，外购的纸浆，废弃的纸，以及其它的纤维素材料，这些纤维素材料在造纸的应用中适用于制备纸浆。
纸浆可以定义为木纤维，这种木纤维能够制成浆液，或者悬浮液，然后沉积在过滤器滤网上以形成一张纸。用于实现制浆步骤的方法典型地包括化学和/或机械处理，其目的为使原料分解为单个纸浆纤维。在废纸制浆过程中，这样的处理是针对由边角料、破损纸、外购纸浆或纸料等等产生的纸和纸板。废纸极其有价值，将废纸与纸浆成品混合可使废纸返回到造纸工艺中。
废纸在一台机械中典型地以间歇法或连续法进行再制浆为使纸分解为单个纤维素纤维，该机械使纸分解，其方法是将废纸与水和碱性材料结合，然后使混合物经受合适的搅拌。由于使用了碱性物质来破碎纸浆，因此纸浆具有相当高的pH值，因此在纸浆再引入造纸过程之前，它必须要进行中和。
图1示出了典型的废纸制浆系统。典型的制浆机包括容器10，螺旋桨12，再循环管线14，废纸管18，废料管20，水入口22，碱性物质入口24，和硫酸入口26。在常规的系统中，称重废纸卷，连同适量的白水和碱性物质，例如氢氧化钠溶液一起由废纸管18投入容器10中。然后启动螺旋桨12，在足以提供使纸浆破碎地足够的切变力的速度下，搅拌废纸、水和氢氧化钠溶液的混合物。驱动流线型的螺旋桨，以使一部分纸浆通过螺旋桨取出，进入出口管16，送往再循环管线14，由此所述部分的纸浆再循环返入容器10。容器10可以加热，例如通过管线28加入蒸汽加热，或者利用本工艺技术人员所熟知的交替加热方法加热。在完成制浆后，纸浆经由卸料管线20排入卸料箱中。在纸浆从容器10移出之前，纸浆加酸，例如硫酸进行中和，酸可通过再循环管线14、卸料管线20、或者直接计量加入容器10中。
对于纸浆和造纸工业的中和操作使用，一般优选硫酸，但是使用硫酸往往引起物质的处理，腐蚀，安全和环境问题。由于这样的制造、安全和环境关系，正在寻找可代替的材料和加工方法，以代替废纸制浆的中和过程中例如硫酸这样的酸的使用。
虽然众所周知，在含水系统中可以使用二氧化碳作为酸化剂，但是由于在这样高的温度环境中它所预计的效率太低，它的费用较硫酸高，因此目前在废纸制浆的中和过程中一直未被使用。在本发明之前，由于混合作用较差以及酸化剂与纸浆接触时间有限，因而在废纸制浆的典型中和过程中，也未考虑二氧化碳作为酸例如硫酸的可行的替代物。
本发明是指向在废纸制浆机中调节纸浆碱度的改进方法。该改进方法提供了使用二氧化碳来有效调节纸浆碱度的方法。该改进方法增强了混合作用，增加了二氧化碳与纸浆的接触时间，从而在废纸制浆的中和过程中导致二氧化碳作为酸化剂的效率的显著增加。
图1是典型的废纸制浆工艺系统的示意图。
图2是根据本发明的废纸制浆的改进方法示意图。
图2描绘了本发明的改进方法。在图2中，称重废纸卷，经由废纸管58将废纸卷投入容器50中。白水和碱性物质例如氢氧化钠溶液分别经由入口管线62和64加入容器50中。然后启动螺旋桨52，以提供足以破碎纸浆的切变力的足够速度搅拌废纸、水和氢氧化钠溶液的混合物，以流线型驱动螺旋桨52，从而通过螺旋桨取出一部分纸浆，送入与第一条再循环管线相连的出口管线56，由此所述的纸浆再循环到容器50。容器50可以加热，例如经由管线68加入蒸汽加热，或者以本领域技术人员所熟知的交替加热方法加热。
在本发明的方法中，在完成制浆后，一部分再循环入容器50的纸浆在出口56分出，送入第二条再循环管线54。二氧化碳经由入口管线66，利用适于将二氧化碳混入再循环纸浆的方法与第二条再循环管线54中的部分再循环纸浆相接触，入口管线66位于出口56或出口56附近。二氧化碳和再循环纸浆的混合物在低于进入容器50的余下纸浆液面的某一点再返回到容器50中。过程连续进行，直至达到所需要的pH值为止。中和的纸浆然后经由卸料管线60排入卸料箱中。
正如本发明人所设想的，这部分要再循环的纸浆可以在低于余下纸浆液面的任何点从容器50中移出与二氧化碳接触，同时在低于所述余下纸浆液面的容器50的另一点再循环回去。正如所设想的，出口液流可以包括卸料管线60。
也正如本发明人所设想的，本发明方法的二氧化碳可以以液体或气体的形态，或者它们的组合形态使用。
为了提供二氧化碳在纸浆中的增强的混合作用和溶解作用，纸浆可以进行冷却，由此增加了二氧化碳在水性纸浆中的溶解度。可以使用本领域所熟知的任何降温方法。在优选的实施方案中，用于废纸制浆的白水分成较大部分和较小部分，其中制浆使用较大部分，中和前的急冷步骤使用了较小部分。这样，纸浆可以利用加白水的方式进行冷却，接着造纸浆，而不会过度地稀释纸浆。
在本发明的方法中，纸浆冷却到低于典型的约1.50°-约210°F制浆温度是优选的。纸浆冷却到约70°-约180°F的温度之间是更优选的，纸浆冷却到约90°-约120°F是最优选的。
在本发明的方法中，所需要的pH在约pH10.0-约pH6.5的范围内，优选范围约pH7.0-约pH9.0，和最优选的pH约pH8.0。
本发明的方法可用于任何的纤维素物质，纤维素物质包括例如来自木材源和植物源(例如棉花)的原始物质，造纸厂的预消耗废物，以及再循环物质。
使用本发明的方法具有许多的优点。对于本发明所实现的废纸制浆方法所作出的改进，是通过二氧化碳的使用提供了废纸纸浆碱度更有效的调节。根据本发明的使用，二氧化碳也对废纸制浆方法通常所使用的其它的酸例如硫酸提供了替代物，这些酸在物质处理、腐蚀、安全和环境方面已经产生了问题。
下列的实例进一步说明了本发明的方法，下列的实例只提供说明，而不对权利要求的范围作出任何的限制。
实例
称重废纸卷(由内部预消耗废物产生)，投入含有约2000加仑白水的制浆机容器中。然后向此容器加入16加仑的氢氧化钠溶液。合上制浆容器的盖，启动制浆程序，开始废纸机械制浆。开动具有爪形凸起物的螺旋桨，以便在出口管线到循环管线的方向上引起约500加仑/分的流量。通过再循环管线导入的纸浆返回沉积在制浆容器的顶部。将蒸汽加入容器，维持制浆容器的温度在180°F左右。制浆过程连续进行约45分钟到约1小时，直到操作人员凭目视确定所有的废纸已经完全分解成纸浆纤维为止。在制浆阶段完结时，加入约1300加仑的水，以冷却纸浆。
在纸浆冷却后，再启动螺旋桨，以恢复经出口管线进入再循环管线的纸浆流量。可是在此刻纸浆流转向进入第二条再循环管线，与液体和气体的二氧化碳混合物相接触，在低于容器中余下纸浆液面的某一点返回到容器中。维持二氧化碳流约15分钟，直到容器中整个纸浆的pH达到约8.0为止。然后移出已中和的纸浆，送往废纸卸料箱，加入原始纸浆，以供造纸使用。