FI125145B - Selluloosamassarainan jäähdyttäminen - Google Patents

Description

SELLULOOSAMASSARAINAN JÄÄHDYTTÄMINEN Keksinnön ala

Esillä oleva keksintö koskee massan kuivainta, joka on tarkoitettu massarainan kuivaamiseen kuuman ilman avulla rainan leijukuivausperiaatteen mukaisesti ja käsittää jäähdytysvyöhykkeen jolla on pituus jota pitkin rainaa kuljetetaan.

Lisäksi esillä oleva keksintö koskee menetelmää massarainan jäähdyttämiseksi saattamalla mainittu raina kulkemaan jäähdytysvyöhykkeen läpi.

Keksinnön tausta

Paperin ja kartongin valmistukseen käytettävää massaa kuivataan usein konvektiotyyppisellä kuivaimella, joka toimii rainan leijukuivausperiaatteella. Yksi esimerkki sellaisesta kuivaimesta on esitetty US-patentissa 4,505,053. Kuumaa ilmaa puhalletaan massarainalle ylemmistä ja alemmista puhalluslaatikoista, joita on kuvattu US-patentin 4,505,053 kuviossa 4. Puhalluslaatikoista tuleva ilma siirtää lämpöä rainaan sen kuivaamiseksi ja samalla pitää rainan leijuvana vakioetäisyydellä alempien puhalluslaatikoiden yläpuolella. Puhalluslaatikoihin johdetaan kuumaa ilmaa ilmankiertojärjestelmän avulla, joka järjestelmä käsittää puhaltimia ja höyryradiaattoreita, jotka lämmittävät kuivausilman. Rainan leijukuljetusta stabiilissa ja muuttumattomassa asennossa puhalluslaatikkosarjan yläpuolella on kuvattu myös US-patentissa 3,231,165. Kokonainen massan kuivain on esitetty julkaisussa WO 99/36615.

Massan kuivaimen kuivausosalta lähtevän kuivatun massan keskilämpötila on melko korkea, usein luokkaa 55-100°C, mitattuna kuivausosan jälkeen kootusta massapaalista. Niin korkean lämpötilan on havaittu huonontavan massan laatua ja johtavan massan vaaleuden alenemiseen massan varastoinnin aikana. Massan vaaleuden alenemisongelmia on yritetty välttää jäähdyttämällä kuivattua massaa ennen sen pakkaamista paaleiksi kuljetusta varten. WO 02/50370 esittää vyöhykkeisiin jaetun kuivaimen jonka viimeiseen vyöhykkeeseen johdetaan jäähdytysilmaa massarainan jäähdyttämiseksi.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on aikaansaada massarainan jäähdytysmenetelmä, joka on tehokkaampi kuin tunnettu menetelmä. Tämä saadaan aikaan massan kuivaimella jolla massarainaa kuivataan kuumalla ilmalla leijukuivausperiaatteen mukaisesti ja joka käsittää jäähdytysvyöhykkeen jolla on pituus jolla raina saatetaan kulkemaan, ja jolle jäähdytysvyöhykkeelle on ominaista se, että se käsittää useita jäähdyttäviä puhalluslaatikoita järjestettyinä jäähdytysvyöhykkeen pituudelle, jotka puhaltavat jäähdytysilmaa rainaa kohti, ja ainakin yhden nesteensyöttölaitteen, joka johtaa jäähdytysnestettä suoraan rainalle mainitulla jäähdytysvyöhykkeellä.

Yksi jäähdytysvyöhykkeen eduista on, että sillä aikaansaadaan erittäin tehokas rainan jäähdytys yhdistettynä alhaiseen jäähdytysnesteen ja jäähdytysilman kulutukseen sekä hyvin rajalliseen rainan kosteuden lisääntymiseen. Rainan tehokkaan jäähdytyksen ansiosta massan kuivaimesta poistuva raina on viileämpi, jolloin kuumien massarainojen värin laadun huononemiseen liittyvät ongelmat vähenevät.

Erään edullisen toteutusmuodon mukaan mainittu nesteensyöttölaite sijaitsee sellaisessa kohdassa jäähdytysvyöhykkeen pituutta, jossa raina on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen pituudesta katsottuna jäähdytysvyöhykkeen alusta. Nesteensyöttölaitteen sijoittaminen mainittuun kohtaan jäähdytysvyöhykkeen pituudelle on osoittautunut tuottavan massarainan erityisen tehokkaan jäähdytyksen.

Erään toteutusmuodon mukaan mainittu nesteensyöttölaite käsittää ainakin yhden suihkusuuttimen. Suihkusuutin tarjoaa tehokkaan tavan levittää jäähdytysneste rainan päälle.

Erään toteutusmuodon mukaisesti mainittu jäähdytysvyöhyke käsittää ainakin kaksi nesteensyöttölaitetta eri kohdissa jäähdytysvyöhykkeen pituudella, joista ainakin yksi nesteensyöttölaite sijaitsee sellaisella kohdalla jäähdytysvyöhykkeen pituutta, jossa raina on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen pituudesta. Tämän toteutusmodon yksi etu on, että rainalle voidaan johtaa suurempia nestemääriä synnyttämättä jäähdytysvyöhykkeelle märkiä alueita. Edullisesti kaikki mainitut eri kohdat sijaitsevat kohdissa, joissa raina on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen pituudesta.

Erään toteutusmuodon mukaan mainittu nesteensyöttölaite käsittää ylemmän osan jolla jäähdytetään rainan yläpintaa ja alemman osan jolla jäähdytetään rainan alapintaa. Yksi etu jäähdytysnesteen syöttämisellä rainan sekä ylä- että alapinnalle on jäähtymisen tehostuminen.

Erään toteutusmuodon mukaan mainittu jäähdytysvyöhyke käsittää useita ylempiä ja alempia puhalluslaatikoita, jotka on jaettu jäähdytysvyöhykkeen pituudelle ja jotka puhaltavat jäähdytysilmaa rainan sekä ylä- että alapintaa kohti. Samoista, jo mainituista syistä rainan jäähdytys tehostuu jos jäähdytysilmaa puhalletaan rainan sekä ylä- että alapinnalle, erityisesti jos kyseessä on paksu raina.

Toinen esillä olevan keksinnön tarkoituksista on aikaansaada menetelmä massarainan jäähdyttämiseksi, joka menetelmä on tehokkaampi kuin tunnetut menetelmät. Tämä saadaan aikaan massarainan jäähdytysmenetelmällä, jossa raina saatetaan kulkemaan jäähdytysvyöhykkeen läpi, jolle menetelmälle on ominaista, että rainaa jäähdytetään mainitulla jäähdytysvyöhykkeellä saattamalla raina kulkemaan useiden jäähdytysvyöhykkeen pituudelle järjestettyjen jäähdyttävien puhalluslaatikoiden ohi, jotka puhaltavat rainaa kohti lämpötilaltaan 0-45°C olevaa jäähdytysilmaa, ja johtamalla jäähdytysnestettä suoraan rainan toiselle tai molemmille puolille ainakin yhdessä kohtaa jäähdytysvyöhykkeen pituutta.

Yksi tämän menetelmän etu on, että rainan kuivaus tapahtuu tehokkaasti ja nopeasti.

Erään edullisen toteutusmuodon mukaan mainittuun menetelmään kuuluu lisäksi se, että jäähdytysnestettä johdetaan suoraan rainalle ainakin yhdessä sellaisessa kohdassa jäähdytysvyöhykkeen pituutta, jossa raina on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen pituudesta katsottuna jäähdytysvyöhykkeen alusta.

Esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaan jäähdytysnestettä johdetaan suoraan rainalle ainakin yhdessä sellaisessa kohdassa jäähdytysvyöhykkeen pituutta, jossa raina on kulkenut 35-75% jäähdytysvyöhykkeen pituudesta katsottuna jäähdytysvyöhykkeen alusta. Jäähdytysnesteen syöttäminen mainitussa kohdassa on osoittautunut erityisen edulliseksi rainan jäähdytyksen kannalta.

Esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaisesti menetelmään kuuluu lisäksi, että rainan lämpötila mitataan jäähdytysvyöhykkeen jälkeen ja jäähdytysvyöhykkeelle johdettavan jäähdytysnesteen määrää säädetään ottaen huomioon rainan lämpötila jäähdytysvyöhykkeen jälkeen. Tämän toteutusmuodon yksi etu on se, että jäähdytysnestettä ei syötetä enempää kuin on tarpeen jotta massan keskilämpötila jäähdytysvyöhykkeen jälkeen saadaan sopivaksi.

Esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaisesti syötettävän jäähdytysnesteen säädössä otetaan huomioon rainan lämpötila ennen jäähdytysvyöhykettä. Yksi tämän toteutusmuodon etu on, että kuivausprosessissa tapahtuvat muutokset voidaan ottaa huomioon nopeasti

Esillä olevan keksinnön erään toteutusmuodon mukaisesti menetelmään kuuluu, että jäähdytysvyöhykkeelle johdettavan jäähdytysilman lämpötila mitataan ja jäähdytysvyöhykkeelle johdettavan jäähdytysnesteen määrää säädetään ottaen huomioon tämä jäähdytysvyöhykkeelle johdettavan jäähdytysilman lämpötila Yksi tämän toteutusmuodon etu on, että jäähdytysvyöhykkeen ohjaus voi nopeasti reagoida jäähdytysilman lämpötilan muutoksiin, jolloin jäähdytysilman lämpötilan muutokset eivät vaikuta negatiivisesti jäähdytysvyöhykkeeltä poistuvan rainan lämpötilaan.

Esillä olevan keksinnön muut tarkoitusperät ja piirteet käyvät ilmi selitysosasta ja vaatimuksista.

Piirrosten lyhyt kuvaus

Keksintöä kuvataan seuraavaksi yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joista

Kuvio 1 on kaavamainen sivukuva, joka esittää massan kuivainta.

Kuvio 2 on suurennettu sivukuva, joka esittää kuvion 1 aluetta II.

Kuvio 3 on poikkileikkaus jäähdytysvyöhykkeestä kuvion 2 linjaa lll-lll pitkin katsottuna.

Kuvio 4 on kaavamainen sivukuva jäähdytysvyöhykkeestä ja esittää suihkusuuttimien erilaisia sijoituskohtia.

Kuvio 5 on kaavio, joka esittää kuivausvaikutusta kun jäähdytysnestettä suihkutetaan eri kohdissa.

Kuvio 6 on kaavio, joka esittää kuivausvaikutusta kun jäähdytysnestettä suihkutetaan eri kohdissa.

Kuvio 7 esittää kaavamaisesti ohjainlaitetta.

Kuvio 8 esittää kaavamaisesti kahta tapaa jäähdytysnesteen suihkutuksen ohjaamiseksi.

Edullisten toteutusmuotojen kuvaus

Kuvio 1 esittää selluloosamassan kuivainta 1, joka toimii leijukuivausperiaatteen mukaisesti. Märkä selluloosamassaraina 2 tulee massan kuivaimeen 1 syötön 4 kautta. Nuolet A osoittavat rainan 2 kulkusuunnan massan kuivaimen 1 läpi. Raina 2 saatetaan kulkemaan useiden ylempien puhalluslaatikoiden 6 ja alempien puhalluslaatikoiden 8 välistä. Puhalluslaatikot 6 ja 8 puhaltavat rainalle 2 kuumaa kuivausilmaa, jonka lämpötila on tyypillisesti 110-200°C. Alempien puhalluslaatikoiden 8 puhaltama kuuma kuivausilma pitää rainan 2 leijuvassa tilassa eli saa ilman kannattamaan rainaa 2 sen kulkiessa puhalluslaatikoiden 6 ja 8 välistä. Yksi esimerkki puhalluslaatikoiden rakenteesta löytyy US-patentista 4,719,708. Kuten kuviossa 1 on esitetty, rainaan 2 kohdistuu useita kuivauskäsittelyjä sen kulkiessa massan kuivaimen 1 kuivausosan 9 läpi. Massan kuivaimessa 1 on jäähdytysvyöhyke 10 joka sijaitsee kuivausosan 9 jälkeen ja jota kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin. Väliseinä 12 erottaa jäähdytysvyöhykkeen 10 kuivausosasta 9. Kuivattu ja jäähdytetty massa poistuu lopuksi massan kuivaimesta 1 poiston 14 kautta kuivana ja viileänä massarainana 16, jonka rainan 16 lämpötila on tyypillisesti alle 50 °C.

Kuvio 2 on suurennettu näkymä kuvion 1 alueesta II ja esittää jäähdytysvyöhykkeen 10 yksityiskohtia. Massan kuivaimen jäähdytysvyöhyke 10 käyttää erityistä jäähdytysilman ja jäähdytysnesteenä toimivan veden yhdistelmää. Jäähdytysvyöhyke 10 käsittää useita eli ainakin kaksi ylempää jäähdyttävää puhalluslaatikkoa 18 ja alempaa jäähdyttävää puhalluslaatikkoa 20. Peruspiirteiltään ylemmät ja alemmat jäähdyttävät puhalluslaatikot 18, 20 ovat samanlaiset ja ne toimivat samanlaisin periaattein kuin aiemmin kuvion 1 yhteydessä kuvatut puhalluslaatikot 6, 8, ja näin ollen jäähdyttävien puhalluslaatikoiden 18, 20 puhaltama jäähdytysilma pitää rainan 2 leijuvassa tilassa myös jäähdytysvyöhykkeellä 10. Mutta jäähdyttävien puhalluslaatikoiden 18, 20 rainalle 2 puhaltama ilma ei ole kuumaa kuivausilmaa vaan jäähdytysilmaa, tavallisesti ympäröivää ilmaa jonka lämpötila on tyypillisesti 0-45°C, useammin 15-40°C. Jäähdyttävien puhalluslaatikoiden 18, 20 lisäksi jäähdytysvyöhyke 10 käsittää myös sarjan ylempiä suihkusuuttimia 22 ja sarjan alempia suihkusuuttimia 24. Ylemmät suihkusuuttimet 22, joista vain yksi suutin on esitetty kuviossa 2, on asennettu ylemmälle suutintuelle 26 joka kulkee rainan 2 leveyssuunnan poikki. Alemmat suihkusuuttimet 24 on asennettu alemmalle suutintuelle 28 joka kulkee rainan 2 leveyssuunnan poikki.

Kuvio 3 on poikkileikkaus jäähdytysvyöhykkeestä 10 kuvion 2 nuolten III suuntaa pitkin katsottuna. Kuten on nähtävissä, ylempi suutintuki 26 kannattaa useita ylempiä suihkusuuttimia 22. Putki 30 on järjestetty johtamaan jäähdytysvettä ylemmille suihkusuuttimille 22. Lisäksi alempi suutintuki 28 kannattaa useita alempia suihkusuuttimia 24, ja putki 32 on järjestetty johtamaan jäähdytysvettä näille suuttimille 24. Suihkusuuttimet 22, 24 on järjestetty suihkuttamaan jäähdytysveden rainalle 2 sen jäähdyttämiseksi tavalla jota kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin. Ylemmät suihkusuuttimet 22 suihkuttavat jäähdytysvettä suoraan rainan 2 yläpinnalle ja alemmat suihkusuuttimet 24 suihkuttavat jäähdytysvettä suoraan rainan 2 alapinnalle. Suihkusuuttimet 22, 24 on sijoitettu tasaisesti niiden vastaaville suutintuille 26, 28 jotta saadaan aikaan olennaisen tasainen suihkutettavan jäähdytysveden leviäminen rainan 2 leveyssuunnan poikki.

Yksi esimerkki mahdolllisesta suihkusuuttimesta jota voidaan käyttää jäähdytysveden suihkuttamiseksi rainalle on TPU-suutin kokoa 1100050, joka on litteä suihkusuutin jonka suihkutuskulma on 110° ja jota toimittaa Spraying Systems Co., Wheaton, Illinois, USA. Tyypillisesti suutin toimii vedenpaineella, joka on 2-6 bar ympäristön painetta korkeampi. Mediaani halkaisijan volyymi on tyypillisesti välillä 0.1-0.4 mm. Jäähdytysveden lämpötila on normaalisti välillä 0—35°C.

Ylemmät ja alemmat suuttimet 22, 24 joita on kuvattu kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä, muodostavat yhdessä jäähdytysjärjestelyn, ja jäähdytysvyöhyke 10 voidaan varustaa yhdellä tai useammalla kuvatulla vesijäähdytysjärjestelyllä sijoitettuina eri kohtiin, kuten seuraavassa kuvataan.

Kuvio 4 esittää yhden tai useamman vesijäähdytysjärjestelyn eri sijoituskohtia jäähdytysvyöhykkeellä 10, jonka tyyppisiä järjestelyjä on kuvattu aiemmin kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä, joista kukin vesijäähdytysjärjestely käsittää ylemmät ja alemmat suihkusuuttimet 22, 24. Jäähdytysvyöhyke 10 käsittää, kuten aiemmin on mainittu, useita ylempiä jäähdyttäviä puhalluslaatikoita 18 ja useita alempia jäähdyttäviä puhalluslaatikoita 20. Jäähdytysvyöhykkeellä 10 on tyypillisesti pituus L, ensimmäisestä viimeiseen jäähdyttävään puhalluslaatikkoon 18, 20, joka pituus on 20-140 m. Jäähdyttävät puhalluslaatikot 18, 20 on jaettu olennaisen tasaisesti tälle pituudelle L. Suihkusuuttimet 22, 24 tulisi, kuten jäljempänä kuvataan, sijoittaa hyvin tarkkaan määrättyihin kohtiin jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudella L, jotta aikaansaadaan rainan 2 optimaalinen jäähdytys. Nuoli A osoittaa rainan 2 kulkusuunnan jäähdytysvyöhykkeen 10 läpi.

Kuvio 4 esittää neljää kohtaa jäähdytysvyöhykkeen 10 mitalla, joihin voidaan sijoittaa yksi tai useampia vesijäähdytysjärjestelyjä suihkusuuttimineen 22, 24. Nämä neljä kohtaa on merkitty ”0%”, "40%”, “60%” ja“80%”. Nämä prosenttimäärät ilmaisevat jäähdytysvyöhykkeen 10 pituuden prosenttiosuutta. Näin ollen "0%" viittaa jäähdytysvyöhykkeen 10 alussa B olevaan kohtaan, joka B on ensimmäisten jäähdyttävien puhalluslaatikoiden 18, 20 sijoituskohta jäähdytysvyöhykkeellä 10, katsottuna rainan 2 kulkusuunnassa. Edelleen "40%" viittaa kohtaan, jossa raina 2 on kulkenut 40% jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta, jne. Täten, jos jäähdytysvyöhykkeen 10 pituus L on 50 metriä, "40%" viittaa kohtaan, joka sijaitsee 20 metriä jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B, "60%" viittaa kohtaan 30 metriä jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B ja "80%" viittaa kohtaan, joka sijaitsee 40 metriä jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B.

Kuvio 5 on kaavio joka esittää tuloksia kokeista, joissa suihkusuuttimet 22, 24 sijoitettiin eri kohdille jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudella L kuvion 4 mukaisesti. On ymmärrettävä, että joissakin suoritetuissa kokeissa suihkutettiin vettä vain yhdessä kohtaa jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudella L, kun taas muissa kokeissa vettä suihkutettiin kahdessa eri kohtaa jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudella L. Niissä kokeissa, joissa jäähdytysvettä suihkutettiin kahdessa eri kohdassa, kumpaankin kohtaan oli järjestetty ylemmät ja alemmat suihkusuuttimet 22, 24 tavalla joka on esitetty kuvioissa 2 ja 3. Kaikissa kokeissa vettä suihkutettiin siis rainan 2 sekä yläpinnalle että alapinnalle kaikissa mainituissa kohdissa. Taulukkoon 1 on koottu suoritettujen kokeiden tulokset:

Taulukko 1: Suihkutuskohdat ja suihkutetun veden määrät eri suihkutuskohdissa.

Kuvio 5 esittää kokeiden tulokset kaaviona. Y-akselilla on kuvattu pintalämpötilan aleneminen, °C, verrattuna tilanteeseen, jossa jäähdytys jäähdytysvyöhykkeellä 10 toteutettiin vain puhalluslaatikoiden 18, 20 avulla. Täten "0°C" Y-akselilla viittaa tapaukseen, jolloin jäähdytysveden vaikutus puuttuu kokonaan, eli ainoa jäähdytysvaikutus tulee jäähdytysilmasta. Jäähdytysilman lämpötila oli noin 28°C. Tyypillisesti massan keskilämpötila, mitattuna jäähdytysvyöhykkeen 10 jälkeen kootusta massapaalista, oli 38-42°C, kun jäähdytysveden vaikutus puuttui. Siten "0°C" Y-akselilla kuviossa 5 vastaa massan keskilämpötilaa 38-42°C. Lisäksi jäähdytysveden lämpötila oli noin 15°C. Massaraina oli tyypillinen havupuumassaraina jonka neliömassa oli noin 830-860 g/m2, mitattuna TAPPI T410 mukaisesti. Massarainan 2 kokonaisleveys oli noin 4,2 m, mutta jäähdytyskokeet suoritettiin leveydellä noin 500 mm. Massarainan 2 kuivuus jäähdytysvyöhykkeen 10 alussa B oli noin 89%, mitattuna TAPPI T412 mukaisesti. Jäähdytysvyöhykkeen 10 pituus L oli noin 40 metriä. Raina 2 kulki jäähdytysvyöhykkeen 10 läpi nopeudella noin 150 m/minuutti. X-akselilla on kuvattu rainalle 2 suihkutetun veden kokonaismäärä litroina tunnissa.

Kuten on nähtävissä kuviosta 5, kokeiden 1-3 sekä 5 tulos oli, että raina 2 jäähtyi noin 8°C vesisuihkuvirtauksella noin 110 l/h. Koe nro 6, jossa kaikki jäähdytysvesi suihkutettiin jäähdytysvyöhykkeen 10 alussa B antoi massarainan 2 jäähdytystulokseksi vain noin 3-4°C samalla vesisuihkuvirtauksella. Kokeen nro 4 tuloksena raina 2 jäähtyi 7°C samalla vesisuihkuvirtauksella. Rainan 2 kosteuspitoisuus jäähdytysvyöhykkeen 10 jälkeen oli olennaisesti riippumaton suihkutuskohdista. Täten siis suihkusuuttimien 22, 24 sijoituskohdilla jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudella L on suuri vaikutus jäähdytystehokkuuteen, mutta rajoitettu vaikutus massan kosteuspitoisuuteen.

Kuvio 6 esittää massarainan laskettua jäähtymistä yhdistettäessä jäähdytysilmapuhallus jäähdytysvyöhykkeellä ja veden suihkuttaminen eri kohdalla jäähdytysvyöhykkeen pituutta. Laskelmat tehtiin käyttäen matemaattista mallia, joka perustui kuvion 5 kaltaisiin koetuloksiin. Laskelmat on tehty kuvion 4 kaltaiselle järjestelylle. Jäähdytysveden virtausmääräksi asetettiin noin 115 l/h, jäähdytysveden lämopötila oli noin 15°C, ja jäähdytysilman lämpötila oli noin 28°C. Simuloitu raina oli tyypillinen havupuumassaraina, jonka neliömassa oli noin 850 g/m2, mitattuna TAPPI T410 mukaisesti, ja sen leveys oli noin 500 mm. Massarainan kuivuus jäähdytysvyöhykkeen 10 alussa B oli noin 89%, mitattuna TAPPI T412 mukaisesti. Jäähdytysvyöhykkeen pituus L oli 40 metriä. Raina 2 kulki jäähdytysvyöhykkeen 10 läpi nopeudella noin 150 m/minuutti. Kaikissa tapauksissa vettä suihkutettiin rainaa 2 vasten vain yhdessä kohdassa, mutta massarainan sekä yläpuolelta että alapuolelta kyseisessä kohdassa. Kuvion 6 X-akseli viittaa jäähdytysvyöhykkeen 10 pituuden L kohtaan, jossa vesi suihkutettiin. "0%" viittaa siis kohtaan jäähdytysvyöhykkeen 10 alussa B, katsottuna rainan 2 kulkusuunnassa ja kuten kuviossa 4 on esitetty. Edelleen "10%" viittaa kohtaan, jossa raina 2 on kulkenut 10% jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta L, jne. Y-akselilla kuviossa 6 on esitetty pintalämpötilan aleneminen celsius-asteina, verrattuna tapaukseen, jossa jäähdytys jäähdytysvyöhykkeellä 10 toteutettiin ainoastaan jäähdyttävien puhalluslaatikoiden 18, 20 avulla. Täten "0°C" Y-akselilla viittaa tapaukseen, jolloin jäähdytysveden vaikutus puuttuu kokonaan, eli ainoa jäähdytysvaikutus tulee jäähdytysilmasta.

Kuten on nähtävissä kuviosta 6, jäähdytystehokkuus on suurin kun vesi suihkutetaan kohdassa joka sijaitsee alueella 25%-80% kuvion 4 jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta L, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B. Kuvion 4 suihkusuuttimet 22, 24 tulisi siis sijoittaa kohtaan, joka vastaa 25-80% jäähdytysvyöhykkeen 10 kokonaispituudesta L, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B. Täten siis, jos jäähdytysvyöhykkeen 10 kokonaispituus L on 50 metriä, suihkusuuttimet 22, 24 tulisi sijoittaa ainakin 12,5 metrin päähän jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B, ja korkeintaan 40 metrin päähän jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B. Ja edelleen, viitaten jälleen kuvioon 6, edullisempi suihkusuuttimien 22, 24 sijoitusväli on kohdassa 35-75% jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B, ja vielä edullisempi suihkusuuttimien 22, 24 sijoitusväli on kohdassa 45-70% jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta L, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B. Ehdottomasti optimaalisin suihkusuuttimien 22, 24 sijoituskohta on kohdassa 55-63% jäähdytysvyöhykkeen 10 pituudesta L, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 alusta B.

Kuvio 7 esittää kaavamaisesti säätöventtiiliä 36, joka on järjestetty säätämään kuviossa 7 kaavamaisesti esitetyille suihkusuuttimille 22, 24 putken 38 kautta johdettavan jäähdytysnesteen määrää. Ohjainlaitteen 40, kuten prosessitietokoneen, tehtävä on ohjata säätöventtiiliä 36. Ohjainlaite 40 saa tiedon ensimmäiseltä lämpöanturilta 42, jonka tehtävä on mitata massarainan 2 pintalämpötila juuri ennen jäähdytysvyöhykettä 10, massarainan 2 kulkiessa nuolen A osoittamaan suuntaan, ja toiselta lämpöanturilta 44, jonka tehtävä on mitata massarainan 2 pintalämpötila välittömästi jäähdytysvyöhykkeen 10 jälkeen.

Ohjainlaite 40 voi säätää rainalle 2 suihkutettavan jäähdytysnesteen määrää takaisinkytkentäperiaatteella, perustuen toiselta lämpöanturilta 44 saatuun tietoon, tarkoituksen ollessa pitää jäähdytysvyöhykkeeltä 10 poistuvan rainan 2 lämpötila tietyssä asetusarvossa, kuten esimerkiksi 38°C. Ohjainlaite 40 voi myös, myötäkytkentäperiaatteen mukaisesti, ottaa huomioon ensimmäisen lämpöanturin 42 mittaamat rainan 2 lämpötilan muutokset ennen jäähdytysvyöhykettä 10 kun se ohjaa säätöventtiiliä 36. Lisäksi ohjainlaite 40 voi myös saada massan kuivaimen keskusprosessitietokoneelta 46 tietoa, esimerkiksi rainan sen hetkisen kulkunopeuden, rainan 2 neliömassan, kuivausilman lämpötilan, kuivaimeen menevän höyryn paineen, kuivaimen kuivauskapasiteetin sekä muita prosessiarvoja. Ohjainlaite 40 voi ottaa huomioon tällaiset keskusprosessitietokoneelta 46 tulevat tiedot myötäkytkentäisesti kun se ohjaa säätöventtiiliä 36. Myötäkytkentäisen ohjauksen tarkoitus on eliminoida jäähdytysvyöhykkeeltä 10 poistuvan massarainan 2 lämpötilahäiriöitä käyttäen tietoa joka ilmaisee käyttöolosuhteiden muutoksia, kuten muutoksia rainan neliömassassa, massan kulkunopeudessa ja jäähdytysvyöhykkeen 10 edessä sijaitsevan kuivausosan 9 kuivausolosuhteissa. Myötäkytkentäistä säätöä voidaan soveltaa usealla tunnetulla tavalla, mukaan lukien ns. pulssikompensaatio.

Kuvio 7 esittää kaavamaisesti puhallinta 48, jonka tehtävä on tuottaa jäähdytysilmaa ylemmille ja alemmille jäähdyttäville puhalluslaatikoille 18, 20, jotka on kuvattu aiemmin viitaten kuvioon 2. On huomattava, että käytännössä puhaltimia 48 voi olla useampi kuin yksi tuottamassa jäähdytysilmaa jäähdyttäville puhalluslaatikoille 18, 20. Palataksemme vielä kuvioon 7, ilman lämpöanturin 50 tehtävä on mitata puhaltimen 48 jäähdyttäville puhalluslaatikoille 18, 20 tuottaman ilman lämpötila. Ilman lämpöanturi 50 lähettää signaalin ohjainlaitteelle 40. Ohjainlaite 40 voi täten ottaa huomioon jäähdytysilman lämpötilan, ja erityisesti jäähdytysilman lämpötilan muutokset, ohjatessaan säätöventtiiliä 36.

Kuvio 8 esittää kaavamaisesti kahta mahdollista tapaa sisällyttää ensimmäiseltä lämpöanturilta 42 saatu myötäkytkentäinen signaali kuvion 7 säätöventtiilin 36 ohjaukseen. Molemmat tavat sisällyttää myötäkytkentäinen signaali säätöpiiriin ovat sinänsä tunnettuja muilta tekniikan aloilta. Ensimmäisessä vaihtoehdossa, joka on esitetty yhtenäisin viivoin kuviossa 8, asetuspiste ja takaisinkytkentä tuloksen mukaan, eli rainan 2 lämpötila jäähdytysvyöhykkeen 10 jälkeen mitattuna toisella lämpöanturilla 44, syötetään PID-säätimelle. Ensimmäisen tavan mukaan säätöventtiilin 36 ohjauksessa mitattu häiriö, esim. ensimmäisen lämpöanturin 42 mittaama lämpötila ennen jäähdytysvyöhykettä 10 tulee suotimen qff läpi ja vaikuttaa PID-säätimen ulostuloon siten että PID-säätimen kuvion 7 säätö ventti Mille 36 lähettämä signaali ottaa huomioon myös mainitun mitatun häiriön. Toisen tavan mukaan säätöventtiilin 36 ohjauksessa tehdään ns. pulssikompensaatio, kuten on osoitettu katkoviivoin kuviossa 8. Pulssikompensaatio käsittää mitatun häiriön, esim. ensimmäisen lämpöanturin 42 mittaaman lämpötilan ennen jäähdytysvyöhykettä 10, johtamisen, mahdollisesti suotimen qff läpi, malliin, kuten matemaattiseen malliin. Mallin antama tulos vaikuttaa PID-säätimelle syötettävään tietoon mitatun häiriön huomioimiseksi. On ymmärrettävä, että vastaavanlaista säätöpiiriä voidaan käyttää huomioimaan, myötäkytkentäisesti, myös muita arvoja kuin rainan lämpötila juuri ennen jäähdytysvyöhykettä. Esimerkiksi jäähdytysnesteen syötön säätö voisi huomioida, myötäkytkentäisesti, aiemmin kuvion 7 yhteydessä kuvatun anturin 50 mittaamaan jäähdytysilman lämpötilan.

On ymmärrettävä, että useat variaatiot edellä kuvatuista toteutusmuodoista ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten suojapiirissä.

Olisi esimerkiksi mahdollista käyttää jäähdytysvyöhykettä, jossa on alemmat jäähdyttävät puhalluslaatikot 20, mutta ei ylempiä jäähdyttäviä puhalluslaatikoita. Sellainen jäähdytysvyöhyke toimisi silti leijukuivausperiaatteella, mutta sen jäähdytysvaikutus olisi hieman pienempi kuin kuivausvyöhykkeen joka käsittää sekä ylemmät että alemmat puhalluslaatikot 18, 20 kuvion 4 mukaisesti. Kunkin puhalluslaatikon 18, 20 leveys, katsottuna jäähdytysvyöhykkeen 10 pituuden L poikki voisi vaihdella laajojen rajojen puitteissa. Tyypillisesti kunkin puhalluslaatikon leveys katsottuna pituuden L poikki voisi olla 100-500 mm.

Edellä on kuvattu jäähdytysvyöhyke 10, jossa raina kulkee kerran, vasemmalta oikealle kuten on esitetty kuviossa 4, jäähdytysvyöhykkeen 10 läpi. On kuitenkin myös mahdollista järjestää jäähdytysvyöhyke 10, jonka läpi raina kulkee useaan kertaan, vastaavalla tavalla kuin on kuvattu aiemmin kuvion 1 yhteydessä liittyen massan kuivaimen 1 kuivausosaan 9. Tällöin jäähdytysvyöhyke 10 voisi käsittää yhden läpikulun, kuten kuviossa 4, tai useita läpikulkuja. Jälkimmäisessä tapauksessa jäähdytysvyöhykkeen kokonaispituus on kaikkien jäähdytysvyöhykkeen läpikulkujen summa.

Edellä on kerrottu, että jäähdytysvesi ohjataan rainalle jäähdytysvyöhykkeellä suihkusuuttimien 22, 24 avulla. On ymmärrettävä, että muitakin laitteita voidaan käyttää johtamaan vettä rainalle 2. Tällaisia laitteita ovat mm. märkätelat. Jäähdytysveden johtaminen suihkusuuttimien 22, 24 avulla on usein edullista käytännön syistä.

Edellä on kerrottu, että yksi mahdollinen jäähdytysneste on vesi. Vaikka vesi on usein edullinen jäähdytysneste, on olemassa muitakin mahdollisia jäähdytysnesteitä. Esimerkkejä sellaisista jäähdytysnesteistä ovat mm. alkoholit, kuten etanoli ja glykoli, sekä erilaiset eetterit. Jäähdytysneste voi käsittää myös sekoituksen, kuten veden ja glykolin sekoituksen. Lisäksi jäähdytysneste voi käsittää kemiallisia lisäaineita, joiden osuus on tavallisesti alle 10% jäähdytysnesteestä ja jotka voivat vaikuttaa edullisesti massan laatuun.

Claims (16)

1. Massan kuivain, joka on tarkoitettu massarainan (2) kuivaamiseen kuuman ilman avulla rainan (2) leijukuivausperiaatteen mukaisesti ja joka käsittää jäähdytysvyöhykkeen (10) jolla on pituus (L) jota pitkin raina (2) saatetaan kulkemaan, tunnettu siitä että mainittu jäähdytysvyöhyke (10) käsittää useita jäähdyttäviä puhalluslaatikoita (18, 20), jotka on jaettu jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudelle (L) ja jotka puhaltavat jäähdytysilmaa rainaa (2) kohti, ja ainakin yhden nesteensyöttölaitteen (22, 24) joka johtaa jäähdytysnestettä suoraan rainalle (2) mainitulla jäähdytysvyöhykkeellä (10).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen massan kuivain, jossa mainittu nesteensyöttölaite (22, 24) sijaitsee sellaisessa kohdassa jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L), jossa raina on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L) katsottuna jäähdytysvyöhykkeen (10) alusta B.

3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-2 mukainen massan kuivain, jossa mainittu nesteensyöttölaite käsittää ainakin yhden suihkusuuttimen (22, 24).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen massan kuivain, jossa mainittu jäähdytysvyöhyke (10) käsittää ainakin kaksi nesteensyöttölaitetta (22, 24) sijoitettuina eri kohtiin jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudella (L), joista nesteensyöttölaitteista (22, 24) ainakin yksi sijaitsee sellaisella kohdalla jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L), jossa raina (2) on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen massan kuivain, jossa kaikki mainitut eri kohdat sijaitsevat kohdissa, joissa raina (2) on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L).

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen massan kuivain, jossa mainittu nesteensyöttölaite käsittää ylemmän osan (22) jolla jäähdytetään rainan (2) yläpintaa ja alemman osan (24) jolla jäähdytetään rainan (2) alapintaa.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen massan kuivain, jossa mainittu jäähdytysvyöhyke (10) käsittää useita ylempiä ja alempia puhalluslaatikoita (18, 20), jotka on jaettu jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudelle (L) ja jotka puhaltavat jäähdytysilmaa rainan (2) sekä ylä- että alapintaa kohti.

8. Menetelmä massarainan jäähdyttämiseksi saattamalla mainittu raina (2) kulkemaan jäähdytysvyöhykkeen (10) läpi, tunnettu siitä, että rainaa (2) jäähdytetään mainitulla jäähdytysvyöhykkeellä (10) saattamalla raina (2) kulkemaan useiden jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudelle (L) järjestettyjen jäähdyttävien puhalluslaatikoiden (18, 20) ohi, jotka puhalluslaatikot (18, 20) puhaltavat rainaa (2) kohti lämpötilaltaan 0-45Ό o levää jäähdytysilmaa, ja johtamalla jäähdytysnestettä suoraan rainalle (2) ainakin yhdessä kohtaa jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa lisäksi johdetaan jäähdytysnestettä suoraan rainalle (2) ainakin yhdessä kohdassa jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L), jossa raina (2) on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L) katsottuna jäähdytysvyöhykkeen (10) alusta (B).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 8-9 mukainen menetelmä, jossa jäähdytysnestettä johdetaan rainan (2) sekä ylä- että alapinnalle.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, jossa jäähdytysnestettä johdetaan ainakin kahteen eri kohtaan jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L) joista mainituista ainakin kahdesta eri kohdasta ainakin yksi sijaitsee sellaisella kohdalla jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L), jossa raina (2) on kulkenut 25-80% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L).

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen menetelmä, jossa johdetaan jäähdytysnestettä suoraan rainalle (2) ainakin yhdessä kohdassa jäähdytysvyöhykkeen (10) pituutta (L), jossa kohdassa raina (2) on kulkenut 35-75% jäähdytysvyöhykkeen (10) pituudesta (L) katsottuna jäähdytysvyöhykkeen (10) alusta (B).

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8-12 mukainen menetelmä, jossa lisäksi mitataan rainan (2) lämpötila jäähdytysvyöhykkeen (10) jälkeen ja jäähdytysvyöhykkeelle (10) johdettavan jäähdytysnesteen määrää säädetään ottaen huomioon rainan (2) lämpötila jäähdytysvyöhykkeen (10) jälkeen.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 8-13 mukainen menetelmä, jossa lisäksi mitataan rainan (2) lämpötila ennen mainittua jäähdytysvyöhykettä (10) ja jäähdytysvyöhykkeelle (10) johdettavan jäähdytysnesteen määrää säädetään ottaen huomioon rainan (2) lämpötila ennen jäähdytysvyöhykettä (10).

15. Jonkin patenttivaatimuksen 8-14 mukainen menetelmä, jossa lisäksi kerätään tietoa ainakin yhdestä prosessiparametristä joka kuvaa ennen mainittua jäähdytysvyöhykettä (10) sijaitsevan kuivausosan (9) toimintaa, ja säädetään jäähdytysvyöhykkeelle (10) johdettavan jäähdytysnesteen määrää mainittujen tietojen perusteella.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 8-15 mukainen menetelmä, jossa lisäksi mitataan jäähdytysvyöhykkeelle (10) johdettavan jäähdytysilman lämpötila ja jäähdytysvyöhykkeelle (10) syötettävän jäähdytysnesteen määrää säädetään ottaen huomioon mainittu jäähdytysvyöhykkeelle (10) johdettavan jäähdytysilman lämpötila.