FI71962B - Saett och anordning foer inblandning av gas eller vaetska i supension - Google Patents

Description

1 71962

Menetelmä ja laitteisto kaasun tai nesteen sekoittamiseksi suspensioon Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitteistoa käsitte-lynesteen tai -kaasun sekoittamiseksi massasuspensioon.

Sekoitus (mixing) yleensä ja kemikaalioiden sekoitus erityisesti ovat avainasemassa lähes kaikessa selluloo-saprosessiteollisuudessa.

Hyvä kemikaalisekoitus esimerkiksi selluloosamassan valkaisussa on ehdoton välttämättömyys, jotta saavutettaisiin hyvä ligniinin poisto ja/tai valkaisu. Hyvä valkaisukemikaalioiden sekoitus tuo mukanaan homogeenisen valkaisutuloksen ja hyvän kemikaalioiden hyväksikäytön matalimmassa vaaditussa reaktiolämpötilassa ja lyhyiramällä reaktioajalla.

"Sekoitusongelma" selluloosateollisuudessa, joka on tähän saakka osoittautunut vaikeimmaksi selvittää hyväksyttävällä tuloksella, on kemikaalioiden sekoitus massasuspensioihin, joilla on keskinkertainen massavä-kevyys tai suodatinväkevyys (5-20 %).

Valkaisukemikaalien sekoittaminen massasuspensioihin, joilla on pieni väkevyys (alle 5 %, esimerkiksi tavanmukainen klooraus) ja valkaisukemikaalien lisäys kaasu-muodossa suurella väkevyydellä (yli 20 %, kaasufaasi-valkaisu) ovat sitävastoin tunnettuja ja koeteltuja menettelyjä, jotka eivät ole aiheuttaneet suurempia sekoitusongelmia.

Eräs ongelma sekoitettaessa pienellä massaväkevyydellä ovat kuitenkin suuret nestemäärät, jotka toisaalta 71962 vaativat suuria pumppausenergioita ja toisaalta aiheuttavat suuria päästömääriä vastaavista valkaisimoista.

Työskentely suurilla massaväkevyyksillä (yli 20 %) tuo toisaalta mukanaan sen, että vaaditaan erinomaista varustusta korkealuokkaiselle vedenpoistolle sekä että valkaisukemikaalien on tässä tapauksessa luonnollisista syistä kyettävä esiintymään kaasumuotoisena väliaineena käsittelyssä.

Tätä nk. kaasufaasivalkaisua suuremmalla massaväkevyy-dellä (yli 20 %) on suoritettu ja suoritetaan teknisessä mittakaavassa valkaisuun kaasumuotoisilla ke-mikaalioilla, kuten hapella, otsonilla, kloorilla, ammoniakilla ja klooridioksidilla.

Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitteistoa sekä kaasu- että nestemuotoisten väliaineiden sekoittamiseksi homogeenisesti ja tehokkaasti massasuspensioon, jolla on keskinkertainen väkevyys (5-20 %). Sekoi-tustapaa voidaan kuvata intensiiviseksi sekoitukseksi, jossa kemikaalit sekoittuvat hetkessä massasuspensioon. Hetkessä tapahtuvalla sekoittumisella tarkoitetaan tässä, että sekoituslaitteesta (sekoitin) sanan varsinaisessa merkityksessä "puuttuu" viipymisaika ja että kemikaaleja ja massasuspensiota koko ajan lisätään jatkuvasti ja samanaikaisesti sekoittimeen. Sekoitti-melta puuttuu toisin sanoen merkityksellinen tasoittava vaikutus mitä tulee esimerkiksi "nopeampiin" väke-vyysvaihteluihin, mikä usein on asianlaita perinteisillä pieniväkevyisillä seoksilla. Keksintö perustuu siihen, että juoksevan tai kaasumaisen kemikaalin, kuten happikaasun, kloorikaasun, klooridioksidiveden tai kloorin ja klooridioksidin seoksen sekoittamiseksi hyvin massasuspensioon vaaditaan ennen kaikkea, että 3 71962 suspensiossa olevat kuidut vapautetaan hyvin, minkä jälkeen kemikaalit mahdollisimman tasaisesti lisätään näihin vapautettuihin kuituihin.

Keksinnön lähemmät tunnusmerkit käyvät ilmi patenttivaatimuksista .

Joitakin keksinnön toteutusmuotoja kuvataan seuraavas-sa viitaten piirroksiin.

Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena keksinnön mukaista laitteistoa; kuvio 2 esittää leikkausta pitkin kuvion 1 viivaa II-II; kuviot 3 ja 4 esittävät laitteiston vaihtoehtoisia yksityiskohtaisia rakenteita; kuviot 5 ja 6 esittävät leikkauksia pitkin viivoja V-V ja VI-VI kuvioissa 3 ja 4; kuvio 7 esittää vielä erästä laitteiston osien toteutusmuotoa ; kuvio 8 esittää leikkausta pitkin kuvion 7 viivaa VIII-VIII.

Kuvion 1 laitteisto koostuu sylinterimäisestä kotelosta 1, jossa pyörii moottori 2, joka on laakeroitu ulkopuolella sijaitsevaan laakeripesään 3 ja jota käyttää moottori, jota ei ole tässä esitetty. Sisääntulo 4 sekoittimeen sijaitsee keskeisesti sylinterimäi-sen moottorin suhteen, kun taas poistoputki 5 on sijoitettu tangentiaalisesti sylinterimäiseen koteloon 1. Syöttöputki 6 kemikaalilisäystä varten on sijoitettu symmetrisesti sisääntuloon 4 ja se avautuu roottorin keskustaan 7. Jos roottorin 2 halkaisija on suuri verrattuna sisääntulon 4 halkaisijaan, avautuu syöttö-putki 6 tosin massan sisäänvirtaukseen 4, mutta ei välttämättä moottorin keskustaan 7. Sylinterimäisen rootto- 4 71962 rin 2 ja koteloon kiinnitetyn staattorirenkaan 8 väliin jää rengasmainen rako 9. Erityisen staattorirenkaan sijasta voi rakoa 9 rajoittaa itse kotelon 1 osa. Raon korkeuden h tulee olla 1-30 mm, sopivasti 2-10 mm ja mieluummin 3-5 mm. Raon pituuden 1 tulee olla niin suuri, että raossa saavutetaan tehokas sekoitus. Raon pituuden 1 tulee tämän vuoksi olla moninkertaisesti suurempi kuin raon korkeus h, esimerkiksi 3-25 kertaa, sopivasti 5-20 kertaa ja mieluummin 10-15 kertaa se. Kauimpana roottorin ulkokehällä on tietty määrä puhdistuspuikkoja 10. Kotelon 1 nohjalla on myös erityinen tila 11, joka toimii jäteloukkuna. Puhdis-tuspuikkojen sijasta, voi muita elimiä olla sijoitettu roottorin 2 ulkokehälle turbulenssin aikaansaamiseksi suspensioon, kuten puolipyöreitä ulkonevia osasia tms.

Laitteisto toimii seuraavalla tavalla:

Massaa, jonka väkevyys on korkeintaan 20 %, syötetään jatkuvasti sekoittimeen sisääntulon 4 kautta. Sylin-terimäisen roottorin 2 pyörimisestä johtuen muodostuu roottorin ja massan välille leikkausvoimien kenttä, joka saa massan tietyllä painehäviöllä kulkemaan sy-linterimäisen roottorin 2 ja staattorin 8 välillä olevan suhteellisen kapean raon 9 läpi. Intensiivisen leikkausvoimien kentän vaikutuksesta osittain rakoon tultaessa ja osittain raon sisällä suspensiossa olevat kuidut vapautetaan erittäin hyvin. Massa, joka tällä tavoin on kulkenut raon läpi, pakotetaan sitten ulos sekoittimesta poistoputken 5 kautta.

Samalla tavoin kuin massaa jatkuvasti syötetään sekoittimeen, syötetään suspensioon sekoitettavia kemikaaleja jatkuvasti sisään kemikaalien syöttöputken 6 kautta. Syöttämällä kemikaalit nopeasti pyörivän rootto- 5 71962 rin 2 (500-1500 kierr/min, sopivasti n. 750 kierr/min) keskustaan saavutetaan lisättyjen kemikaalien tasainen ja homogeeninen jakautuminen säteittäisesti ulospäin pitkin tasomaista sylinterin pintaa kohti ulkoreunaa ja rakoa. Lisätyt kemikaalit jakautuvat ympäri rakoa ja jokainen "massakerros", joka pakotetaan raon läpi, saa osakseen tarkalleen samat määrät kemikaaleja.

Lisäämällä kemikaalit pyörivän roottorin keskustaan kuvion 1 osoittamalla tavalla saavutetaan paitsi kemikaalien tasaista jakautumista raossa myös se etu, että leikkausvoimat roottorin 2 pyörivän sileän etupuolen ja massasuspension välillä oleellisesti pienenevät johtuen muodostuneesta kemikaalikerroksesta lähinnä roottorin pintaa. Tämä ilmiö on erityisen merkittävä käytettäessä kloori- tai happikaasutyyppisiä kaasumaisia kemikaaleja. Siten että kitkaa suspension ja roottorin 2 välillä on tällä tavoin kyetty pienentämään, on myös suurehko osa energian syötöstä kyetty käyttämään hyväksi hyödylliseen sekoitustyöhön tultaessa sisään rakoon 9 ja itse tässä raossa.

Yllä kuvatut puhdistuspuikot 10 toimivat paitsi "jätteen ulostyöntäjinä" jäteloukkuun 11, myös kuitujen irrottajina ja sekoituselementteinä massan ja kemikaalien tullessa rakoon.

Sekoituksen parantamiseksi raossa suuremmilla esim. yli 5 mm:n rakokorkeuksilla h, on roottorissa 2 ja staattorissa 8 hyvällä tuloksella kokeiltu joitakin erilaisia turbulenssia muodostavia elimiä, kuten kuvioissa 3-6 esitetään tarkoituksena lisätä energian vaihtoa raossa, ts. energian siirtoa moottorilta 2 mas-sakerroksen läpi staattoria 8 vasten sekoituskyvyn lisäämiseksi. Turbulenssin aiheuttajat voi olla muo 6 71962 toiltu esimerkiksi tapeiksi 12 tai ympärikulkeviksi listoiksi 13.

Tapit, joilla voi olla muukin muoto kuin esitetty, esimerkiksi puolipyöreä, voi olla sijoitettu roottorille 2 tai staattorille 8 tai molemmille. Viimemainitussa tapauksessa niiden tulee ulottua toistensa ohi.

Ympärikulkevat listat 13 voivat olla lukumäärältään yksi tai useampia ja niiden tulee olla sijoitetut sekä roottorille 2 sekä staattorille 8. Sopivasti listat ulottuvat niin pitkälle rakoon, että niiden tapit sijaitsevat suunnilleen samalla halkaisijalla.

Eräs tapa lisätä kuvatun sekoittimen kapasiteettia on toteuttaa roottori ja staattori siten, että muodostuu useampia rakoja, kuten kuvioissa 7 ja 8 esitetään. Rakojen lukumäärä voi tällöin olla 3-7, mieluummin 3-5’ja edullisesti 3. Tällä tavoin on säilytetyllä raon korkeudella sekoittimen avointa aluetta ja täten kapasiteettia voitu lisätä. Jotta roottorin keskustaan panostetut kemikaalit (joko kaasu- tai nestemuodossa) voitaisiin jakaa tasaisesti useammille raoille, jotka sijaitsevat samankeskisesti toistensa ulkopuolella, on roottorissa tietty määrä "puolia" 14 rakojen edellä, jotka paitsi jätteen ulostyöntäjinä ja kuitujen irrottajina toimivat myös turbulenssin muodostajina ja kemikaalien jakajina tasaisesti eri rakoihin.

Roottorin 2 etusivu voi olla tasomainen tai kartioitu kärki käännettynä kohti sisääntuloa 4 tai siitä poispäin. Roottorin 2 takasivu voi olla tasainen tai varustettu urilla, kohoumilla tai vastaavilla, jotta estettäisiin suspensiota pysähtymästä roottorin taakse.

•Ϊ·

Ur 7 71962

Jotta saavutettaisiin kaikissa suhteissa optimaalinen sekoitus, on osoittautunut, että raon pituuden 1, raon korkeuden h ja roottorin halkaisijan välinen suhde tulee valita kullekin roottorin nopeudelle ja tuotanto-teholle sekoittimen läpi. Esimerkkinä voidaan mainita, että kolmella pyöreällä raolla, joiden h = 4 mm, 1 = 50 mm ja roottorihalkaisijalla 500 mm on mitattu 450 tn/24 h kapasiteetti 8-12 %:n massaväkevyydellä. Roottorin kierrosnopeus oli 750 kierr/min. Sekoittimen arvostelu on suoritettu pääasiassa happikaasu-ligniinin-poistoon tarkoitetussa koelaitoksessa massaväkevyydellä (5-20 %),erityisesti n. 10 %:ssa. Sekoittimen arvostelussa on tällöin verrattu happikaasuligniininpoiston reaktiokinetiikkaa keskinkertaisella massaväkevyydellä happikaasuligniininpoiston kinetiikkaan n. 30 %:n massaväkevyydellä. Tällöin on kuvatulla sekoitinrakenteella saavutettu huomiota herättävän hyvät tulokset. Kuvatun sekoittimen avulla on saavutettu kaikissa suhteissa yhtä hyvä valkaisutulos kuin happikaasuligniinin-poistossa 30 %:n massaväkevyydellä (kaasufaasivalkai-su) .

Claims (10)

1. Menetelmä kaasu- ja/tai nestemäisten käsittelyaineiden jatkuvaksi sekoittamiseksi massasuspensioon, tunnettu siitä, että massasuspensio syötetään tuloputken (4) läpi sylinterimäisen roottorin (2) keskustaan, jolla on tasomainen etusivu, jolloin käsittely-aine syötetään massan tuloputkeen (4), että massa ja käsittelyaine virtaavat ensin ulospäin pitkin roottorin tasomaista etusivua ja sen jälkeen pääasiassa akselinsuuntaisesti ainakin yhden ohuen kerroksen muodossa vähintään yhden rengasmaisen raon (9) läpi sekä että turbulenssia aikaansaadaan virtaukseen sen muuttuessa ulospäinsuuntautuneesta pääasiassa akselin suuntaiseksi virtaukseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittelyaine syötetään massan tuloputkeen (4) roottorin (2) keskustaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turbulenssia aikaansaadaan massasuspensioon myös raossa (9) olevassa massaker-roksessa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massasuspension väkevyys on 5-20 %.

5. Laitteisto kaasu- ja/tai nestemäisten käsittelyaineiden jatkuvaksi sekoittamiseksi massasuspensioon, joka laitteisto käsittää kotelon (1), jossa on tulo-putki (4) ja poistoputki (5) massaa varten sekä tulo-putki (6) käsittelyainetta varten, tunnettu siitä, että kotelo (1) käsittää sylinterimäisen roottorin (2), jolla on tasomainen etusivu, ja staattorin (8), 9 71962 jotka muodostavat välilleen vähintään yhden ympärikulke-van, pääasiassa aksiaalisesti suuntautuneen raon (9), että massan tuloputki (4) avautuu roottorin (2) tasomaisen etusivun keskustaan, että käsittelyaineelle tarkoitettu tuloputki (6) avautuu massan tuloputkeen (4), että elimet (10, 14) on sijoitettu roottorin (2) ulkokehälle välittömästi raon (9) eteen turbulenssin aikaansaamiseksi suspensioon, sekä että poistoputki (5) sijaitsee kotelon (1) ulkokehällä toisella puolella rakoa (9) .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekä massan tuloputki (4) että käsittelyaineelle tarkoitettu tuloputki (6) avautuvat roottorin (2) keskustaan.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että poistoputki (5) on tan-gentiaalisesti suunnattu.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kotelo (1) on muotoiltu sisältämään tila (11) karkean materiaalin keräämiseksi, joka ei kykene läpäisemään rakoa (9).

8 71962

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että rakoon (9) on sijoitettu turbulenssia aiheuttavia elimiä (12, 13).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että useita rakoja (9) muodostuu samankeskisten renkaiden välille, jotka liittyvät roottoriin (2) ja staattoriin (8) (kuviot 7 ja 8) . 10 71 962