NO164047B - Fremgangsm te og anordning for avfarging av fibermaer fibersuspensjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og en fremgangsmåte for avfarging av en fibermasse eller fibersuspensjon slik det fremgår av ingressen til de etterfølgende selvstendige krav.

Avfarging har tradisjonelt blitt gjort enten ved vasking

eller ved fIotasjon. Begge disse systemene har sine begrens-ninger. Vasking resulterer ofte i en lite effektiv og en ufull-stendig fargefjerning som medfører liten klarhet. Flotasjon er en følsom prosess som kan være ustabil ved variasjoner i de inkommende råmaterialene, fargetyper osv., og fargeavgiv-elsen ved fIotasjons-avfarging av fibermasse på papirmaskinen er mindre enn for utvasking-avfargings-fibermasse.

Dessuten kan fIotasjonscellene selv ha betraktelige tap. Problemet oppstår ettersom flotasjonen består av mange enhetprosesser som er ganske uavhengige. Imidlertid blir hele fIotasjonsprosessen i de fleste tilfeller utført i et enkelt trinn i en enkelt utstyrsenhet, fIotasjonscellen.

Dette tillater ikke individuell styring av parametrene og resulterer i mindre enn optimal ydelse.

Videre har de kjente prosessene ikke løst problemet med å fjerne sammenklebet materiale eller varmesmelter når det blir brukt resirkulert avfall.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å overvinne de pro-blemene som er beskrevet ovenfor.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art som' kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken til det etterfølgende selvstendige krav. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige fremgangsmåtekrav.

De tre trinnene blir utført enkeltvis i tre forskjellige sam-menkoblede innretninger. Dermed kan hver enkelt bli justert, optimal-isert eller modifisert uavhengig av de andre. I luftinjeksjonsfasen blir mengden av luft og størrelsen på luftboblene styrt.

I sammenblandingsfasen øker muligheten for kontakt mellom luftboble og fargepartikkel ved å utsette massen for intensiv turbulent sammenblanding og graden av turbulens blir styrt i denne fasen. I luftseparasjonsfasen kommer luftboblene, hver med så mye farge som mulig, til overflaten etter en tilbake-holdelsestid som er bestemt av cellehøyden, hvor de danner skum som blir fjernet. Skum som blir dannet av bobler med liten diameter viser seg å være mere stabilt enn skum som er dannet med store bobler/ og bobler med liten diameter klapper ikke sammen under fjerningsprosessen.

Tap av faste stoffer blir holdt til et minimum ved å utføre separasjonen i et styrt strømningsmønster.

Ifølge oppfinnelsen er det videre tilveiebragt en anordning av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende selvstendige anord-ningskrav. Ytterligere trekk ved anordningen fremgår av de uselvstendige anordningskrav.-

Luftinnløps-innretningene kan omfatte flere venturidyser eller mere å foretrekke et porøst medium, så som et nett eller en porost sintret mansjett. Luft under trykk blir tilført det porøse mediet og kommer dermed inn i massen som bobler. Lufttrykket og porestørrelsen kan bli variert for å justere mengden av luft som føres inn og størrelsen på boblene.

Den turbulentstrøm-génererende innretningen kan bestå av takkete rør, statiske sammenblandere eller agitatorer i trykk-bendiaere eller mere å foretrekke hullede plater (turbulensskiver). I den foretrukne utførelsesversjonen er tre turbulensskiver anbragt i rekke i avstand fra hverandre med turbulenskammere mellom.

Separasjonscellen omfatter fortrinnsvis en tank med innløp fra blandeseksjonene som kommer inn i bunnen, en vakuum-forbindelse for å trekke ut skum, et utløp for masse som er dannet av et stigerør eller en demning med regulerbar høyde med øvre åpning og en separasjonsplate som forløper inn i væsken og deler tanken for å adskille skum fra masseutløpet.

Foreliggende oppfinnelse vil nå bli ytterligere beskrevet neden-for, kun ved hjelp av et utførelseseksempel og med henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er en skjematisk tegning som viser de prinsippielle

komponentene i anordningen i henhold til oppfinnelsen; figur 2 viser skjematisk strømningsmønsteret i separasjonscellen; figur 3 er et planriss langs III-III i figur 4, som viser en ut-førelsesversjon av anordningen i henhold til oppfinnelsen; figur 4 er et sideoppriss av anordningen i figur 3.

I tegningene er det vist en anordning for avfarging av en fibermasse. Fremgangsmåten for avfarging har i henhold til foreliggende oppfinnelse tre faser. Luftinjeksjon, hvor luft blir ført inn i fibermassen som skal avfarges; sammenblanding, hvor fibermassen blir nøye blandet sammen med luft slik at fargepartiklene blir tatt opp av luftboblene; separasjon, hvor et resulterende fargerikt skum blir fjernet fra en ren masse.

Ved først å vise til figur 1, strømmer den fargede massen langs rør 1 og kommer tangensielt inn i et rør 3 og strømmer gjennom et kammer 5 som akkomoderer en mansjett 7. En massiv sylindrisk innretning 29 er anbragt på innsiden av mansjetten. Stør-relsen på mellomrommet mellom den innførte innretning og mansjett blir kontrollert. Det har blitt funnet at det er et optimalt område på mellomromstørrelsen for boblestørrelse-regulering og luftboble-fordeling. Formålet med å regulere størrelsen på mellomrommet er å kontrollere væskehastigheten som beveger seg forbi mansjetten 7 for å kunne optimalisere bobledannelsen i strømmen. Denne hastigheten er for - trinnsvis mellom 3;05 og 7,62 m pr. sekund. Enda mer å foretrekke er at det optimale hastighetsområdet er mellom 5,19 og 6,10 m pr. sekund. Mansjetten 7 er fortrinnsvis laget av et porøst materiale, slik som et nettverk eller mere å foretrekke et sintrert porøst materiale. Lufttrykk blir tilført mansjetten og dette føres inn i massen i form av luftbobler. Massen og luften føres så gjennom en turbulensskive 9 og inn i et turbulenskammer 11 hvor massen og luftboblene nøye blir blandet sammen.

Ytterligere turbulensskiver 13 kan bli anbragt i serie der hvor ytterligere sammenblanding er påkrevet. Blandingen blir ført gjennom en innløpsdyse 15 som er utformet slik at den gir en bestemt innløpshastighet for å sikre korrekt cellestrømnings-bane inn i en separasjonscelle hvor luftboblene med tilheftet farge stiger til overflaten som et skum 21, for så å bli fjernet ved hjelp av en vakuumuttappings-innretning 17. En plate 19 adskiller skummet 1 fra en avtapping 25 for den rene massen. Strømningsbanen i separasjonscellen er vist i figur 2. Væsken følger en generelt eliptisk bane 23, mens luftboblene stiger til overflaten og følger parabolske baner. Banene blir bestemt av resultanten av oppdriftskraften og væskehastigheten. Hastigheten på massen ved inngangen til cellen blir regulert slik at boblebanen blir begrenset, og ikke forløper forbi sperreplaten 19. Dermed unngås forurensning av den andre avfargede massen som tømmes ut ved 25. En åpning 27 er anordnet i celletaket for å tillate at luft kommer inn i cellen og skaper et trekk 28 med regulert hastighet over overflaten av massen for dermed å lede skummet mot vakuum-uttømmingsutløpet.

I den utførelsesversjonen av anordningen som er vist i figurene 3 og 4 blir separasjonscellen 31 matet med slam fra flere innløpsdyser 33. Antallet avhenger av strømmen som.skal be-handles. I den viste utførelsesversjonen er det anordnet 8 fibermasse-mateinnløp 35 og hver har et luftinjeksjonskammer 37 og tre turbulensskiver 39, og tilhørende turbulenskammeret 41 som avgrenser en blandeseksjon. For å oppnå den ønskede blandingen av luft og slam kan antallet turbulensskiver bli redusert eller øket. Luft-injeksjonskammeret omfatter en sintrert mansjett, gjennom hvilken luft blir tvunget under trykk. Ved å forandre porøsiteten på mansjetten og/eller lufttrykket, og/eller mellomrommet mellom den innførte innretningen 29 og mansjetten 7 kan mengden av innført luft og størrelsen på de frembragte boblene bli regulert.

Separasjonscellen 31 omfatter en lukket tank, i hvilke væske-nivået blir styrt med et stigerør 43, hvilke høyden er regulerbar. Den rene fibermassen flyter av ved hjelp av stigerøret 43. Det er sirkulasjon av masseblandingen ved innføring i cellen mens luftboblene med de festede fargepartiklene stiger til overflaten som skum. Strømmønsteret i cellen er slik at slammet bskriver en elipseformet bane 50 som vist, mens luftboblene følger rette eller paraboliske baner oppover til overflaten.

Dette mønsteret medvirker til en væskestrømningshastighet under skumlaget.som hindret at fibre, korn og støv blir avgitt fra skummet. Dette er grunnen for de meget lave tapene fra denne enheten. Skum blir suget av massens overflate ved hjelp av et vakuum grenrør 45 der hvor fIotasjonscellen er delt i celler av delplater, vist med 56, er det å foretrekke at grenrøret 45 (som vist på tegningen) øker i vidde fra den fremre enden og bakover i cellen for å akkomodere det ytterligere volumet med skum, idet det blir tatt opp fra suksessive celler. En sperre— plate 47 er festet til tankens mantel 49 og stikker inn i massen for å isolere skum fra det alminnelige brukte fiber-massekammeret 51 som innbefatter masseutløpet 43.

Posisjonen og dybden av denne sperreplaten er viktig. Sperre-platens stilling i forhold til innløpet er avhengig av strømnings-mønsteret og følgelig innløpshastigheten. Sperreplaten blir anbragt etter at all luften har blitt separert og før vending strømningsmønsteret skjer, (det vil si fra figur 2: strømningsmønsteret 50 sirkulerer mot urviseren og ville forår-sake en liten nedoverstrøm hvis sperreplaten ikke avsluttet cellen).

Sperreplatedybden må være tilstrekkelig til å hindre luft-rik masse fra å slippe inn i mottagelsen, men ikke så dypt som å hindre strømmen. Dybder på 55% - 75% av celledybden har vist seg å være akseptabelt.

Som et alternativ til stigerøret 43 kan en demning som er regulerbar i høyden bli anordnet på lignende måte som overløpskanten vist i figurene 1 og 2.

Foreliggende fremgangsmåte og anordning fjerner ikke kun farge men også seigheter, varmesmelter og andre lignende materialer. Ved å skille fremgangsmåten i tre faser kan hver fase bli regulert og omformet slik at den gir optimale resultater. Det har vist seg at maskinen kan fjerne opp til 90% farger, og gir et utbytte pr. gjenomstrømning på omkring 98,5% til 99%.

Fremgangsmåten og anordningen kan være hovedkomponenten eller

kun en komponent i et fibermasse-behandlingssystem eller kan bli integrert, sammen med andre enhetprosesser og annet utstyr, med forskjellige fibermasse-behandlingsprosesser i henhold til søknaden, slik som I) på hovedfibermasse-ledningen for farge

og klebrige elementers fjerning; II) på strømmen med grovere partikler fra vaskerne for fargefjerning; III) på avfallet fra renserne, sikterne og lignende for sammenklebet, fjernet materiale; IV) i papirmaskin-fibermasseføringsstrømmen eller V) på papirmaskinen svart vann og hvitt vann. Oppfinnelsen kan også finne anvendelse i tremassebaserte maskiner (for eksempel fjerne harpiks og kvae), ikke tremassemaskiner, f.eks. fjerne harpiks fra knuste sukkerrør) eller i gruveindustrien eller i en hvilken som helst separasjonsprosess som er basert på flotasjon.

I luftinjeksjonsfasen blir mengden av luft og størrelsen på luftboblene regulert med det formål å sikre at fargepartiklene og luftboblene kommer i kontakt med hverandre. Hensikten er å produsere bobler med mindre enn 1 mm diameter. Dette blir bestemt av porestørrelsen i en sintrert mansjett og av dyse-diameter og væskehastighet i en venturi injektor.

I blandefasen blir sannsynligheten for kontakt mellom luftboble og fargepartikkel øket ved å utsette massen for intensiv turbulent sammenblanding. Hydraulisk turbulens eller mekanisk omrøring kan bli anvendt. Graden av luft/farge-kontakt blir bestemt av mengden av liten skala turbulens som blir frembragt. Dette er avhengig av turbulensplatene og antall gjennomstrøm-ninger gjennom turbulensplatene.

I separasjonsfasen tillates luftboblene å komme til overflaten. Fullstendig fjerning av luft blir bestemt av tilbakeholdelses-tiden og, derfor av lengden og høyden på cellen, ettersom bred-den vanligvis vil være fast ved kapasitetsbetraktninger. Styrt to-dimensjonalt strømningsmønster i separasjonscellen gir en økning av utbyttet. Langsgående skilleplater 56 kan anordnes for å sikre to-dimensjonal strøm. I det tilfellet av hydraulisk frembragt celleturbulens representerer innløpshastigheten den energien som går med til å frembringe turbulens.

For optimale kanalstrømningsforhold er høyeste innløpshas-tighet omkring 10-20% høyere enn høyden av fluidum over inn-løpet. For maksimalt utbytte er det ønskelig å ha to-dimensjonal strømning. Således er innløpsdysene 15 brede og tynne, verdier på 2 - 2,5 liter pr. minutt pr. mm bredde har vist seg å

være passende.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for avfarging av en fibermasse eller fibersuspensjon ved å innføre luft til suspensjonen slik at luftboblene kommer i kontakt med fargepartiklene, og ved å adskille de fargeholdige luftboblene fra fiberslammet, karakterisert ved at massens strømning og luftstrømningen til massen styres automatisk, at de til massen matede luftboblers mengde og deres størrelse styres, at massen sammen med til denne matede luftbobler føres til en blandingssone, at luft og masse omrøres for å bringe luftboblene i kontakt med fargen og omrøringen styres uavhengig av lufttilførselen, at den omrørte luft- og masseblandlng føres fra blandingssonen med styrt strømnings-hastighet til en utskillelsescelle, og at de fargeholdige luftboblene separeres fra f ibersuspensjonen i utskillelsescellen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at luftmengden og luftboblenes størrelse styres i et lufttilførselstrinn ved å variere lufttrykket eller luft-matningsanordningens dysestørrelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at luft tilføres som bobler, hvilkes diameter er under 1 mm.

4 . Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1,2 eller 3, karakterisert ved at luftboblene og massen bringes til virvlende omrøring under blandefasen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at turbulensen frembringes hydraulisk.

6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at de fargeholdige luftboblene i utskilningscellen stiger til overflaten og. danner på overflaten et fargeholdig skum som fjernes.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at skummet fjernes ved hjelp av sug.

8. Anordning for avfarging av en fibermasse eller fibersuspensjon, til hvilken anordning hører organer for å tilføre luft til massen, en omrøringsavdeling (5;41) på baksiden av luftmateanordningen (7;37) og en utskillelsescelle (31) på baksiden av omrøringsavdeling, karakterisert ved at en luftmateanordning (7;37), som er plassert i en masseinnløpskahal (3;33) på fremsiden av omrøringsavdelingen (5;4l), til hvilken omrøringsavdeling hører i det minste ett virvelstrømsdannende organ (9;13;39) for å danne en blanding av luftbobler og masse for mating til utskillelsescellen (31), hvorved til nevnte utskillelsescelle (31), der det fargeholdige skummet (21) dannes på massens overflate som resultat av separasjonen, hører en beholder med en mot cellens bunn anordnet tilførselsdyse (15) for å motta blandingen fra omrøringsavdelingen (5;41), et i høyden regulerbart stigerør (43) eller demning for å faststille massens overflatenivå i beholderen, organ (17;45) for å fjerne det fargeholdige skummet fra overflaten av massen, en utløpskanal (25;43) for den rene massen, og en styreskive-(19;47), som når inn i massen og delvis deler beholderen for å isolere skummet (21) fra utløpskanalen (25;43) for ren massesuspensj on.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at organet for å fjerne fargeholdig skura er et sugerør (45).

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at luftmateanordningen er et porøst medium.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at det porøse medium er en sintret hylse (7).

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at den sintrede hylsen (7) er plassert i en massiv sylindrisk sokkel (29) for å danne en åpning mellom disse deler, gjennom hvilken massen strømmer.

13. Anordning ifølge et eller flere av kravene 8-12, karakterisert ved at til virvelstrømnings-dannelsesorganene hører minst en turbulensskive (9,13;39).

14. Anordning ifølge et eller flere av kravene 8-12, karakterisert ved at til virvelstrøms-dannelsesorganene hører tre turbulensskiver (39), som er plassert i serie og som ligger adskilt fra hverandre gjennom mellom disse foreliggende turbulenskammere (41).

15 . Anordning ifølge et eller flere av kravene 8-14, karakterisert ved at utskillesescellen (31) er oppdelt i flere kammere, hvorved hvert kammer mates fra motsvarende innløpskanal (35) med luftmateanordningen (37) og omrøringsavdelingen (41).