NO141921B - Anordning for behandling av fibermateriale eller ligninholdig materiale med en gass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for behand-

ling av fibermateriale eller ligninholdig materiale med en gass, omfattende et vertikalt kar med materialtilførsel og gasstil-

førsel ved karets øvre ende, og med anordninger for uttak materialet ved karets nedre ende, hvilket kar har en øvre del og under denne en tilstøtende nedre del med et tverrsnitt som er større enn tverrsnittet av den øvre del, mens den ytre om-

krets av karet i området ved overgangen mellom den øvre og den nedre del har et gassutløp for utslipp av gass fra karet,

hvilket gassutløp er knyttet til et gasskammer som strekker seg langs den ytre omkrets av karet og er åpent mot karets nedre

del med en uhindret åpning for å motta gass fra karet, og

hvilket gassutløp videre innbefatter gassutløpsanordninger som er tilknyttet kammeret for utslipp av gass fra dette, uten siler eller liknende filtreringsmidler.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme frem

til en anordning med utførelse av reaksjoner mellom gass og materiale, som særlig er egnet for regulering av temperaturen i det kar som anvendes i gassreaksjonsprosessen.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til

en anordning som muliggjør en omfordeling av varmen i reaksjonskaret, og dessuten er det en hensikt å komme frem til anordninger som gjør det mulig å holde temperaturen i karet på et på forhånd bestemt maksimumnivå.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem

til anordninger som har muligheter for fjernelse av varme fra reaksjonskaret. Det materiale som skal behandles, skal dessuten kunne forvarmes hurtig i karet til en temperatur som er hensiktsmessig for reaksjonen.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at anord-ningen er utstyrt med en gassresirkulasjonsledning som forbinder gassutløpet med den øvre ende av karet for en resirkulasjon av gass som drives ut fra dette gjennom gassutløpet, tilbake til den øvre ende av kammeret, og en vifte innkoblet i gass-sirkula-sjonsledningen for å bringe utdrevet gass fra gassutløpet til å flyte gjennom resirkulasjonsledningen tilbake til karets øvre ende.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: fig. 1 skjematisk viser et apparat utført i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et annet apparat utført i henhold til oppfinnelsen, og

fig. 3 viser skjematisk et tredje apparat utført i hen-

hold til oppfinnelsen.

På tegningen viser like henvisningstall til komponenter

som tilsvarer hverandre på de forskjellige figurer, og i utfør-elsesformen på fig. 1 omfatter apparatet et langstrakt, stort sett vertikalt eller stående sylindrisk reaksjonskar 10 som godt kan være utført som beskrevet i US-patent nr. 3.814.664.

Reaksjonskaret 10 omfatter en øvre del 12 som er omgitt

av en stort sett vertikal, ringformet vegg 14 og derunder en nedre del 16 som i omkretsretningen er innelukket av en stort sett vertikal sylindrisk vegg 18. Den øvre del 12 av karet 10

har et horisontalt tverrsnitt eller tverrsnittsareal som er vesentlig mindre enn arealet av den nedre del 16. Den sylindriske vegg 18 er rettet oppad og ligger som en ring rundt den nedre ende av den sylindriske vegg 14 radielt i avstand fra denne, slik at det fremkommer et forholdsvis stort ringformet, gassmottagende kammer 20 som strekker seg rundt den nedre ende av karets øvre del 14, og som over sin hele lengde er lukket av veggen 14 mot direkte forbindelse til den øvre del. Den ring-formede nedre ende 22 av gasskammeret 20 omgir en nedre ende av karets øvre del 12, og ligger i god avstand fra karets øvre ende samt er helt åpen idet den danner en ubegrenset stor ringformet åpning, gjennom hvilken gass kontinuerlig suges ut når apparatet er i drift. Den øvre ende av kammeret 20 er lukket av

en ringformet vegg 24. Under lukkeveggen 24 har man imidlertid et gassutløp 26 tilsluttet kammeret 20 for videreføring av gass fra dette. Kammeret 20, kammerets nedre ende 22 og gassutløpet 26 er frie for siler og lignende filtreringsmedia som ville begrense gjennomstrømningen av gass, og som en følge av dette,

er problemer med tilstopning av siler og rengjøring av siler slik man har det overalt ellers der siler benyttes, unngått.

Den øvre ende av karets øvre del 12 (dvs. den øvre inn-løpsende for karet 10) er forsynt med minst ett gassinnløp 28

som danner forbindelse mellom den øvre del 12 og et gasstilfør-selsrør 30 som på sin side står i forbindelse med en ikke vist gasskilde eller kilde for gassformet reagens som skal benyttes når apparatet er i drift. Den øvre ende av karets øvre del 12

er videre forsynt med et materialinnløp eller en innløpskanal 32 som er forbundet med den øvre ende stort sett sentralt i karet 10. Innløpskanalen 32 inneholder en mateskrue 34 på en aksel 36 som kan settes i rotasjon av en ikke vist motor, og kanalen er begrenset for innmatning av materialet i karets øvre del 12. Innløpskanalen 32 er forbundet med en tilførselskanal 38 som har et avsmalnende parti hvis tverrsnitt avtar i strømningsretningen for materialet mot karet 10. En dreibart lagret aksel 40 står koaksialt i tilførselskanalen 38 og i det avsmalnende parti av denne. Akselen 40 har en mate- og sammenpakningsskrue 42. Når apparatet er i drift, vil rotasjonen av mate- og sammenpakningsskruen 42 i den avsmalnende del av kanalen 38 foreta en sammen-pakning av materialet i tilførselskanalen 38 for å hindre gjennom-strømning av gass, samtidig med at skruene 34 og 4 2 mater materialet inn i den øvre ende av karets øvre del 12.

Den øvre ende av karets øvre del 12 inneholder anordninger som særlig er beregnet på å dele, bryte opp og løsgjøre det sammenpakkede materiale som mates inn gjennom innløpet 32. Disse anordninger skal også bre ut det delte, oppbrutte og løsgjorte materiale over hele tverrsnittet av karets øvre del 12. Som vist kan disse anordninger omfatte en ring 44 av krumme pinner som står i avstand fra hverandre og er forbundet med akselen 36 for å bli drevet av denne, og en koaksial ring 46 av stillestående pinner som står i avstand fra hverandre i omkretsretningen og radielt sett står i avstand fra de førstnevnte pinner. Når apparatet er i drift, vil kransen 44 av roterende pinner rotere i forhold til kransen eller ringen 46 av stillestående pinner, og materialet som kommer inn gjennom innløpskanalen 32, blir delt opp eller løsgjort ved den innbyrdes rotasjon mellom pinnene og deretter slynget ut gjennom rommene mellom to og to pinner, slik at materialet spres i en løs, oppbrutt tilstand over tverrsnittet av karet 10. Det skal pekes på at de viste anordninger for oppdeling og spredning av materialet og også tilførsels- og sammenpakningsanordningen for materialet bare er tatt med som illustrerende eksempler og godt kan være av andre utførelser som har samme funksjon. Den nedre ende av karets nedre del 16 (dvs. karets nedre utløpsende) har et utløp for ferdig reagert materiale. Utløpet er betegnet med 48 og det finnes her en bunnskraper 50 som dreies ved hjelp av en aksel 52 for utmatning av materialet gjennom utløpet 48.

I henhold til oppfinnelsen er apparatet videre utstyrt med anordninger for omfordeling av varmen i reaksjonskaret 10 under reaksjonsprosessen for derved å styre temperaturen i karet. Mer bestemt, som vist på fig. 1, er en resirkulasjonsledning 54 som ligger utenfor karet 10, ved motstående ender forbundet med gass-utløpet 26 og gassinnløpet 28 for resirkulasjon av den gass som kommer fra gassutløpet 26 tilbake gjennom gassinnløpet 28, inn i den øvre ende av karet. Resirkulasjonsledningen 54 er videre forsynt med en vanlig sentrifugalvifte 56 som skal trekke og blåse resirkulert gass gjennom resirkulasjonsledningen 54 til gassinnløpet 28 og, som vist, er gasstilførselsledningen 30 forbundet med gassinnløpet 28 ved hjelp av resirkulasjonsledningen 54, hvorved resirkulert gass som tilføres fra ledningen 30, kan blandes med tilført gass ved innløpet 28.

En beskrivelse av apparatets virkemåte ved oksygendelig-nifisering av cellulosemasse vil nå følge, og det antas at varmen fra reaksjonen er tilstrekkelig til å øke temperaturen på massen i karet 10 med omtrent 44°C, og det skal påpekes at den maksimale temperatur i karet 10 under reaksjonen må

holdes under 120°C for å hindre forringelse av massen.

Under denne operasjon holdes akselen 36, 40, 52 i kontinuerlig drift for at skruene 34, 42, ringen 44 av roterende pinner og bunnskraperen 50 skal være i drift. Masse som reage-rer med gassen, holdes i karet 10 for den periode som er hensiktsmessig eller ønskelig for reaksjonen i en porøs gassgjennom-trengelig søyle av løsgjort masse, hvilken søyle har sin øvre ende liggende omtrent som antydet med henvisningstallet 58 og i en viss avstand under den øvre ende av karets øvre del 12, der man da får et gassrom 60. Massen beveger seg etterhvert nedad i en porøs søyle som ferdig reagert masse og blir matet ut ved bunnen av søylen gjennom utløpet 48. Masses.øylen som på denne måte holdes i karet 10, vil ved sin øvre ende ha det fulle tverrsnitt av karets øvre del 12 og utvider seg i tverrsnitt i karets nedre del 16 til den bredde dette har her. På denne måte vil den porøse massesøyle få en stor ringformet flate 100 felles med gasskammeret 20.

Masse som skal reagere med gass, blir kontinuerlig tilført mate- og sammenpakningsskruen 4 2 som pakker sammen massen i den avsmalnende del av tilførselskanalen 38 og danner derved en ikke-porøs plugg av masse på oppstrømssiden av karet 10 for å hindre gass i å strømme inn i karet 10 gjennom ledningen 38, og man hindrer tap av gass fra karet 10 gjennom den samme ledning 38. Mateskruen 34 tilføres denne plugg av masse fra kanalen 38 og mater massen ned til de underliggende ringer 44, 46 av roterende pinner. Pinnene vil på grunn av deres innbyrdes rotasjon, dele opp og løsgjøre massen slik at denne kommer i en tilstand som passer for reaksjonen og dannelsen av den tidligere nevnte porøse gassgjennomtrengelige massesøyle i karet 10. Ringene eller kransene 44, 46 av pinner vil videre mate ut massen i en radielt utadrettet strøm mellom to og to av pinnene slik at massen synker ned gjennom rommet 60 mot den øvre ende 58 av den underliggende massesøyle. Temperaturen på den tilførte masse kan f.eks. ligge rundt 77°C.

Samtidig blir gass eller oksygen kontinuerlig tilført med en regulert hastighet fra gasstilførselsledningen 30 gjennom gass-innløpet 28 inn i gassrommet 60 og til massen som synker ned gjennom dette rom. Man ser at massen på denne måte ved sin synking nedad blir utsatt for påvirkning fra den innførte reaksjonsgass, og en stor del av reaksjonsgassen blir absorbert i massen på dette tidspunkt. Den ikke-absorberte gass fortsetter nedad gjennom den porøse massesøyle med en hastighet som er vesentlig større enn den nedadrettende hastighet av massen gjennom søylen, og et ytterligere volum av reaksjonsgass blir absorbert i massen ved dennes strømning nedad mens den .gjenværende ikke-absorberte gass i høyde med skilleflaten 100 passerer oppad

gjennom gassutløpsåpningen 22 inn i gasskammeret 20 og blir der-

fra resirkulert gjennom resirkulasjonsledningen 54 for gass ved hjelp av viften 56 ved den øvre ende av karets øvre del 12. Den resirkulerte gass blir som man vil se, tilført gassrommet 60

gjennom gassinnløpet 28, blandet med gass fra gasstilførselsled-ningen 30. Hoveddelen av den varme som finnes i den resirkulerte gass er i form av vanndamp som kommer fra den nedre ende av den øvre del 12, der fordampning av vann finner sted fra den varme masse på grunn av reaksjonsvarmen. Den resirkulerte gass som kommer inn i gassrommet 60, har en høyere temperatur enn den masse som kommer inn, og på grunn av sterke hvirveldannelser i gass-

rommet 60 og den store frie overflate av massen som synker ned gjennom dette rom, finner varmeoverføring fra den resirkulerte gass til massen sted ved kondensasjon av vanndamp som inneholdes i den resirkulerte gass, og dette skjer omtrent øyeblikkelig,

hvorved man i stor utstrekning utlignet temperaturen på den resirkulerte gass og den løsnede masse før massen avsettes på

toppen av masselaget 58. Størrelsen på denne varmeoverføring fra den resirkulerte gass til massen vil naturligvis avhenge av volumet av den gass som resirkuleres. Man har imidlertid bereg-

net at i et eksempel der temperaturstigningen i masselaget 58

på grunn av reaksjonsformen ville være 44°C uten gassresirkula-

sjon, vil resirkulasjonen av 0,3-0,8 kg oksygen/kg masse be-

grense temperaturstigningen i masselaget 58 til mellom 22 og 33°C, mens man hever temperaturen på den innkommende masse i gass-

rommet 60 med 11-22°C (f.eks. fra 77-89°C eller 97°C) dvs. til det temperaturnivå som øyeblikkelig vil sette igang en hurtig reaksjon. I masselaget 58 vil den nedadrettede strøm av gass føre til en begrensning av temperaturstigningen ved fordampning av vann og ved absorpsjon av varme som fremkommer ved varmereak-sjonen i den varme masse og dermed unngår man overopphetning og forringelse av massen.

Fig. 2, der deler som tilsvarer delene på fig. 1 har

samme henvisningstall med bokstaven "a" tilføyet, viser en ut-førelsesform for apparatet som er særlig egnet for anvendelser der kjøling av den resirkulerte gass ér nødvendig eller ønskelig.

I utførelsesformen på fig. 2, er en kjøler som generelt er

betegnet med 62, innskutt i gassresirkulasjonsledningen 54a for kjøling av den resirkulerte gass under dens strømning gjennom

ledningen 54a. Kjøleren 62 kan være av en hvilken som helst vanlig konstruksjon, f.eks. en indirekte varmeutveksler eller en direkte virkende dusjkondensator og gjør det mulig å senke temperaturen på den resirkulerte gass tilstrekkelig meget til at man får regulert temperaturen i karet 10a, idet det antas at slik kjøling av den resirkulerte gass er spesielt hensiktsmessig ved anvendelser som f.eks. gassfaseklorinering av cellulosemasse. Bortsett fra kjøleren 62 er den eneste forskjell mellom.apparatet på fig. 2 og fig. 1 at den førstnevnte har en vifte 56a nær ved gassinnløpet 28a, mens forbindelsen mellom gasstilførselsled-ningen 30a og resirkulasjonsledningen 54a ligger foran viften 56a. Virkemåten for apparatet på fig. 2 skulle fremgå av den tidligere beskrivelse av virkemåten for apparatet på fig. 1.

Fig. 3, på hvilken komponenter som tilsvarer de som er beskrevet under henvisning til fig. 1 og 2 har tilsvarende hen-visnings tall fulgt av bokstaven "b", viser en utførelsesform for apparatet som særlig er egnet til anvendelse der den reager-ende gass må tynnes ut med en inert gassbærer, såsom nitrogen, luft eller damp. Som vist på fig. 3, foregår oppdelingen av masse i en oppdelingsanordning 64 som ligger utenfor kammeret 10b og kan være av en konstruksjon svarende til den som er beskrevet i US-patent nr. 3.814.66 4. Oppdeleren 64 kan innbefatte koaksiale ringer av roterende og stasjonære pinner og er tilsluttet materialinnløpet 68 ved den øvre ende av karets øvre del 12b ved hjelp av en materialtilførselsledning 66, mens den øvre ende også er i forbindelse med en gassutløpsledning 70 som er innrettet til å føre ut gass fra den øvre ende, slik at den utmatede gass blåser den oppdelte masse fra oppdeleren 6 4 gjennom ledningen 66 inn i den øvre ende av karets øvre del 12b. Utløpet 48b ved den nedre ende av karet 10b er utstyrt med en dreibar og drevet'utmatningsskrue 72. Karet 10b under kardelen 16b innbefatter et utmatningskammer eller en utmatningsseksjon 74 som er adskilt fra den nedre ende av kardelen 18b ved hjelp av en dreibar og drevet utmatningsplattform 76 som regulerer utmatningen av masse fra bunnen av massesøylen til utmatnings-kammeret 74 rundt plattformen 76. Gassresirkulasjonsledningen 54b kan, som vist, inneholde en kjøler 62b og den står i forbindelse med gassinnløpet 28b gjennom et vanlig gassgenerator-system som generelt er betegnet med 78, og som kan være av en hvilken som helst passende vanlig konstruksjon.

Når apparatet på fig. 3 er i drift, er den utmatede gass

fra gasskammeret 20b til gassresirkulasjonsledningen 54b stort sett en indert bæregass selv om den fortrinnsvis har med seg rest-

er av reaksjonsgassen for å hindre at reaksjonen skulle bli uønsket langsom nær ved den nedre ende av karets øvre del 12b,

og den blir resirkulert til gassgeneratorsystemet 78 som til-

setter ytterligere reaksjonsgass til bæregassen før denne fører tilbake gjennom gassinnløpet 28b til gassrommet 60b. Utførelses-formen på fig. 3 er spesielt hensiktsmessig ved behandling av løs og oppdelt masse i gassfase med klormonoksyd og klordioksyd,

men anvendelsen er selvfølgelig ikke begrenset til dette. Det skal påpekes at selv om utførelsesformen på fig. 3 er vist og beskrevet med en oppdeler 64 som ligger utenfor karet 10b, kunne karet godt innbefatte en oppdeler inne i karet 10b, f.eks. en oppdeler med roterende pinner vist i den øvre ende av karet 10,

10a på utførelsesformene man finner på fig. 1 og 2. Videre kunne oppdelerne som er vist i utførelsesformene på fig. 1 og 2 om ønskes, byttes ut med en utvendig oppdeler, f.eks. den som er vist ved 64 med utførelsesformen på fig. 3.

Av den foregående beskrivelse vil man se at oppfinnelsen resulterer i et nytt og forbedret apparat og i fremgangsmåter til oppnåelse av alle de tidligere nevnte hensikter og fordeler.

Claims (3)

1. Anordning for behandling av fibermateriale eller ligninholdig materiale med en gass, omfattende et vertikalt kar med materialtilførsel og gasstilførsel ved karets øvre ende og med anordninger for uttak av materiale ved karets nedre ende, hvilket kar har en øvre del og under denne en tilstøtende nedre del med et tverrsnitt som er større enn tverrsnittet av den øvre del, mens den ytre omkrets av karet i området ved overgangen mellom den øvre og nedre del har et gassutløp for utslipp av gass fra karet, hvilket gassutløp er knyttet til et gasskammer som strekker seg langs den ytre omkrets av karet og er åpent mot karets nedre del med en uhindret åpning for å motta gass fra karet, og hvilket gassutløp videre innbefatter gassutløpsanordninger som er tilknyttet kammeret for utslipp av gass fra dette, uten siler eller liknende filtreringsmidler, karakterisert ved en gassresirkulasjonsledning (54,54a,54b) som forbinder gassutløpet med den øvre ende av karet for resirkulasjon av gass som drives ut fra dette gjennom gassutløpet, tilbake til den øvre ende av kammeret, og en vifte innkoplet i gass-sirku-lasjonsledningen for å bringe utdrevet gass fra gassutløpet til å flyte gjennom resirkulasjonsledningen tilbake til karets øvre ende.

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert ved at en kjøleanordning (62,62b) er tilsluttet gassresir-kulas jonsledningen for kjøling av den resirkulerende gass på dens vei gjennom den nevnte ledning.

3. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert ved at gassresirkulasjonsledningen er tilkoblet gassinn-løpet for å resirkulere den innførte gass.