NO872836L - Trykksatt avvanningspresse for fibersuspensjoner. - Google Patents

Description

Trykksatt avvanningspresse for fibersuspensjoner

Det tekniske område.

Den .foreliggende oppfinnelse angar awanning og dermed masse - suspens j oner, bade i forbindelse med oppslutning av plante- og tre-fibre til cellulosemasse og i forbindelse med de-inking, de-lignifisering og eventuelt bleking av returfiber^ samt vasfahj

Awanningspressen kan brukes enkeltvis eller koblet sammen

i serie på flere i et sammenhengende, trykksatt rorsystem.

Teknikkens stand.

Awanning av fiberholdige masse-suspensjoner skjer idag

hovedsaklig ved anvendelse av 3 awanningsprinsipper.

henholdsvis

h/ v, orved 1. en vaeskefiltrering gjennom

JQfyifrdijf en vevet duk,

konsil Mi vanligvis som éolge av et dif ferens i al trykk mellom fortyføina to vaeskenivåer, vanligvis kalt f i 1 ter - f or ty kker e,

av.' \0

nnfiSS(£VS-I2. en mekanisk pressing av en massesuspensjon pa ogmedpc/ iijtn HfJ derav folgende awanning gjennom en perforert metall-

plate, kalt mekaniske press- fortykkere.

3. en kombinasjon av 1. og 2., kalt f ilter- strekk-presser.

Filterfortykkere gir awanning og massefortyning med en finmasket duk som er spent opp på en stor, åpen trommel,

med tette endeflater, med unntak av et avsondret innlo'p eller utlop for massesuspensjonen rundt trommelens senter-linje. Trommelen og duken roterer i et kar, hvortil kontinuerlig fores den massesuspensjon som skal avvannes. Filtre-ringen kan skje enten innenfra trommelen ogvtPE gjennom filterduken, eller den omvendte vei.

Differensialtrykket som bevirker vaeskebevegelsen gjennom filterduken fremskaffes av nivåforskjellen mellom de to vaeskenivåer, henholdsvis innenfor og utenfor siltrommelen.

For å hoyne dette differentialtrykket er enkelte filterfor-

Viktig informasjon

Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave.

Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet.

Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder.

Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning.

Dårlige originale figurer eller tekst, kopiert på best mulig måte.

tykkere utstyrt med utl6ps fallror for den filtrerte vaesken, hvorved dif ferensialt^rykket bkes til henimot fallrorets vertikale Ur. qdc. ^ orondnsfAtd

&ifferensialtrykket (behovet,

o

som kan variere fra noen fa cm vaeskehoyde^ cm VS , til 6-8 meter VS, eller i storrelsesorden 6-8 bar.

Den gjenvaerende, fortykkede fibermassen på filterduken fjernes vanligvis fra denne ved hjelp av en trykk-smitte-valse som roterer sammen med f iltertrommelen, og som er utstyrt med en avstrykningss jaber. } Zcfé^ dih JorfyKkcdc masse-Massen kan også fjernes fra filterduken' ved at luftsjabere blåser gjennom duken og på den måten •'opp fra duken og bort fra denne.

Filterfortykkere er relativt voluminose i utforelse og arbeider "åpent", dvs. trykklost under atmosfaeretrykk.

Mekaniske pressfortykkere anvender mekaniske presselementer,

som f.eks. roterende sta olvalser eller -skruer, som gjennom sin bevegelse presser massesuspensjonen mot en perforert metallplate, hvorved vaesken i suspensjonen penetrerer denne^

f med den folge at de av-filtrerte fibre forblir tilbake på metalloverflaten med en forhoyet massekonsistens.^f>rtykJcei / c y Presselementenes utforming og bevegelse bevirker atlYmassen skyves fremover mot maskinens utl&p, hvorved kontinuerlig frigjores nytt, perforert areale for fortsatt avanning og fortykning.

Av denne type pressfortykkere er skruepressene kjente ut-forelser, som ved sammenligning med filterfortykkerne oppviser den fordel at de er mer kompakte og mindre plasskrevende i utfdreise, og dessuten oppnår en vesentlig hoyere torrstoffprosent i den fortykkede massen.

Også denne type presser arbeider vanligvis "åpent" og ved atmosfaeretrykk, og er således ikke anvendelige for trykk

{ytet bruK av/ H

over 1 bar eller temperaturer over 100 °C *"Yvandige los-ninger.

Fi1ter- strekk- pressene er en kombinasjon av filterfortykkere

og pressfortykkere, hvorved anvendes en roterencje filterduk som avvanner ved hjelp av et mekanisk anpresstymellom press-valser.

Også filterstrekkpressene er "åpne" i utforelse og voluminose i omfang, og arbeider bare under atmosfaeretrykk.

Begrensningene og ulempene

ved de overnevnte avvanningsanordninger er i hovedsak fo-gende : - maskinene er store, plasskrevende, relativt kompli-serte og dertil kostbare, - maskinene arbeider trykklost ved atmosfaeretrykk, og er dermed ikke anvendelige for temperaturer over 100°C trykk over 1 bar,

maskinene inneholder mange bevegelige deler som alle representerer slitasjepunkter og feilkilder, med et tilsvarende behov for tilsyn og vedlikehold.

o

O ppfinnelsens forma<1>

er a eliminere de begrensninger og ulemper som er beskrevet ovenfor.

Utgangspunktet er det forhold at det foreligger et stort behov for en radikal forenkling av fremstillingsprosessen for cellulose, idet dagens teknologi har utviklet seg til å bli så kostbar at nye anlegg ikke gir tilstrekkelig av-kastning på investert kapital. Dette gjelder saerlig anleg?av nye, såkalte "green-field" cellulose-fabrikker, et forhold som er saerlig utilfredsstillende for de utviklingsland som har egne fiberressurser og/onsker a bygge opp sin egen cellulose-, ^-y-

da gens j

I ^^-Vindustrialiserte del av verden oker anvendelsen av returfiber i ny papir- og papproduksjon, og dermed behovet for en kvalitetsmessig oppgradering av innsamlet returfiber. En oppgradering innebaerer en fortsatt de-lignifisering av fibermaterialet, i tillegg til jé* n ev. både de-inking av gammelt trykkpapir og bleking, etterfulgt av en vasking av fiberne. Alle disse arbeidsoperasjonene krever flere gangers awanning

dit- v/ ' s/' #/ mosstn førfyføci. 6 r fyn nes ført fan f tr- eMtr faWrt-

Behovet er derfor stort for en mer kompakt og billigere avvanningsutstyr, som., fortrinnsvis også bor kunne kobles sammen i flere trinn>^EiT et sluttet, trykksatt prosess-system, og som Vkan ar be i de med temperaturer

og trykk over -Oo 0 C o<fVbar.

Ved anvendelse av temperaturer over 100°£ okerVéTfekten av de tilsatte prosesskjemikalier^, og et hoyere trykk i systemet ut over 1 bar erYnodvendig for mer a optimalisere virkningen av tilsatte prosessgasser. v / saerlig f gjelderV tilsetning av oxygen, som er et miljøvennlig kjemikalium, som under hoyere trykkbetingelser gir mer effekt i sin inn-virkning på cellulosematerialet, både hva angår selve opp-slutningsprosessen eller de-lignifiseringen, og hva gjelder den etterfolgende blekingen, når oxygen anvendes i stedet for det helse- og milj6-skadelige klor.

Denne oppfinnelse, kalt trykk-plugg-fortykker eller TPF, består av en anordning som konstruksjonsmessig

ti fo rhold

en sterk forenkl i ngr^-rs^da^eTYS f ortykker-apparatur. TPF ^^V^pp tii 20-30 %, er kompakt bygget, tar liten plass, og oppviser i tillegg den fordel at den kan arbeide under trykk og '"^temperaturer over 100 °C, og m& c/ trykk vesentlig hoyere enn 1 bar. En naturlig trykk-grense">"e"r 16 bar, som er et x/anlig klassif iseringstrykk ii forbindelse med styrkemessig materialdimensjonering for pumper og ror, Jry/ ctsafe p. rfisessysttmtr. ^ Dette forhold åpner nye muligheter og frihetsgrader»^

valg av temperatur og trykk under prosessen, og gip r dessuten anledning til en fullstendig og integrert it ^ch■ bruk av motstromprinsippet innen VCrykk systemrmellom

„nat rmtrt puic^cvctj

vaeskestrom og fiberflyt ( under Fig. 2 og 9 ).

Oppsummering av oppfinnelsen.

Et av kjennetegnene ved denne oppfinnelse er at den masse-suspens jon som skal avvannes eller fortykkes, befinner seg under trykk innenfor et tynnvegget, perforert ror. Utenfor dette roret er anbragt et annet, ikke perforert ror, som en kappe rundt det indre roret, og som tar imot det vann eller den vaeske som pga. trykkfallet mellom det indre, perforerte roret og den ytre kappen presses gjennom perforeringen i det indre roret.

YM

Den plugg av forty st masse som etterhanden dannes inne

i det indre roret når masse-suspensjoenen avvannes og masse-konsistensen tiltar/. ,vil under egnede betingelser skyves aksialt cn ennom fr ore t i masse-suspens jonens bevegelsesretning, forårsaket av det pumpetrykket som utoves mot perforeingsroi»rets ene ende. Dette trykket er betydelig hoyere enn trykket innen det omsluttende ror.

Ved at massepluggen på denne måten forskyves over perforeringen mot PTF's utlopsende, frigjores nytt volum med ny, perforert indre rorflate, soraravvanner og fortykker den inns trommende, nye fiberholdige suspensjonen. Dery<*>^ forega or en fornyet awanning i tilknytning til og etter den masseplugg som allerede er dannet, og som kontinuerlig for-lenges og fornyes i samme takt som den opprinnelige masseplugg glir ut av roret.

Materialtykkelsen i det indre og ytre roret, er svaert for-skjellig. Rorveggen i det indre roret err sa tynte som mulig for å unngå at perforeringen i samme r6rvegg tilstoppes og blokkeres av fibreTv""" "materialtykkelsen er derfor beregnet og dimensjonert med beskjeden sikkerhetsmargin09kun for å dekke de spenninger som forårsakes i materialet som en folge av differensialtrykket mellom indre og ytre rorkammer, og som vanligvis ikke overstiger 2 eller 3 bar.

Det ytre rorxj^ som også danner en beskyttelseskappe rundt det indre roret, er dimensjonert for å imøtekomme alle sikkerhetskrav og forskrifter hva angår trykksatte ror-eller dampsystemer under angjeldende trykk.

Når flere awannere kobles etter hverandre i serie, kan awanning og fortykning gjennomføres i flere trinn, med intermitterende fortynninger, under systemtrykk opp til bade 10 og 20 bar i siste trinn. Den ytre rorkappen 1 TPF ^""Vderfor dimensjoner^ tilsvarende.

Massepluggens bevegelse gjennom den indre perforerings-eller awanningssonen bestemmes av utslippsanordningen i siste trinn, som enten kan vaere en trykkbelastet, fjaer-ende kjegle som trykker mot pumpetrykket inne i systemet og balanserer mot dette, eller et utslusingskammer, i prinsippet i form av en rorstykke mellom to ventiler, som åpnes og lukkes vekselvis for å sluse ut deler av den masseplugg som dannes inne i det perforerte roret i trykksystemets siste TPF-trinn.

Ved anvendelse av en trykkkjegle ved trykksystemets utlop vil massepluggen ved egnede betingelser forlate systemet kontinuerlig og med en tilnaermet jevn bevegelse, mens anvendelsen av et utslusingskammer vil bevirke at massepluggen beveges fremover og ut av trykksystemet med rytmiske bevegel-c- s>cr fre mn i ta t±^ > K^ ta^ --v^^estemt avVxakten med hvilken utslusingskam-merets ventiler åpnes og lukkes.

For 1 lette massepluggens bevegelse gjennom og ut av det indre, perforerte awanningsroret, kan det vaere aktuelt

<?/ o

med kort'intervaller a sende trykkimpulser inn i systemet, i motsatt retning av trykkfallet mellom indre og ytre rorkammer, og der^° forårsake en kortvarig tilbake-føring av utpresset vaeske til det indre awanningskammer inne i det indre, perforerte roret. Den lille vaeskemengde som således trenger, tilbake inn gjennom perforeringen vil nedsette massepluggensY^I fiberpluggens ytreV^ToTJ dermed for-anledige en "smoring" av skiktet mellom massepluggens ytre lag sett i radial retning og perforeringsrorets indre flate. Etter denne impulsinjiseringen av vaeske etterfulgt av en

tilsvarende pluggbevegelse inne i roret, snus trykkfallfor-holdet tilbake til det normale for awanning og fortykning.

Forutsetningene for at massepluggen skal kunne gli gjennom awanneren og ut av roret som en samlet plugg er at for-holdene legges slik til rette at friksjonen mellom rorvegg og fiberplugg er mindre enn de interne skjaerkrefter mellom de interne fiberlag inne i massepluggen, sett i aksialret-ning.

■fc/n

Hvorvidt denne type frksjonsnedsetende "smoring" gjennom stotvis og kortvarig • tilbakepressing av små mengder utpresset vaeske er påkrevet for å '<c>^^<a>~^v^aksialf forskyvning av en samlet og enhetlig masseplugg, vil vaere avhengig av en rekke produksjonsparametre, ,hvorav nevnes pumpetrykk-\ mc // om mørt ytre reX & mme ^ s,ftdif ferment i a 1 trykk r, massesuspens 3 onens konsistems, type fiber og " Vmal^grad. veggtykkelsen i det perforerte

n 1r-0'r cts^- \, ror og '"■ Vperforeringsmonster, og endelig den indre ror-flates overflatebeskaffenhet.

Et annet saertrekk ved oppfinnelsen er at flere masse-plugg-fortykkere kan kobles sammen i serie og dermed utgjore et lukket, trykksatt rorsystem, hvor trykket okes trinnvis fremover j. prosessen. Denne trinnvise trykkokningen gjor

c Se v *ntv"..^

det> Umulig a anvende motstromprinsippet maksimalt mellom vaeskestrom og fiberflyt i prosessen., ved at vaeske (vann) injiseres i trykksystemet ved prosessens avslutning hvoretter vaeskemengden gjennom resirkulering og trykkfall fra et trykktrinn til det foregående arbeider seg tilbake mot prosessens begynelse. Dette er naermere beskrevet i annen pa-tentbeskrivelse av samme innlevert som no. 870562 til Patentstyret i Oslo den 12.2.1987, med titel "Fremgangsmåte for fremstilling av masse av plante- og/eller trefiber og egnet som råstoff for blandt annet papir, papp eller f iberplater". >Si / øz- arnjj aps- J un</ er titt/ ci 4>r,

Kortfattet beskrivelse av tegningene.

De vedlagte tegninger er forsynt med en Fig.-nummerering fra 1 til 10, o^ denne nummerering samsvarer også med innholdet i de respektive 10 patentkrav som er listet opp på slutten av denne beskrivelse. Fig.l og Fig.2 viser den prinsippielle, mekaniske oppbygging av den enkelte PTF og sammensetningen av disse til integrerte trykksystemer. Figurene 3,4 og 5 viser forskjellige anordninger for utslipp av fortykket massesuspensjon fra systemets siste fortykkertrinn. Fig. 6 viser hvorledes friksjonen mellom masseplugg og indre rorflate reduseres gjennom kortvarige forandringer av vaeske-strommens bevegelsesretning gjennom perforeringen.

Fig.7 viser andre mekaniske utførelser for samme formål.

Fig. 8 viser eksempler på perforeringsmonstre i awannings-rdret, og Fig.9 viser eksempel pa sammenkobling til et sluttet, trykksatt rorsystem. Fig. 10 viser en synkronisering mellom moir-in j isering av vaeske gjennom perforeringen og utslipp av fibermasse fra systemet.

Detaljert beskrivelse av tegninger og virkemåte.

Fig. 1.

viser den prinsippielle oppbygging av trykk-plugg-fortykkere^ (TPF).

Massesuspensjonen ledes inn i pumpen 1 som pumper massen videre inn i rorene 2,3 og 4.

Rundt reiret 3 er anbragt roret 5, hvorfra ledes et utlops-ror 6.srnitkm roter >c $, f 09 ^^ Tetningene 7 mellom rorene 2,3 og 5 og tetningenSYer kon-struert slik at roret 3 danner et indre trykkammer 9 som er forse<g>et og tettet sideveis mot det ytre trykkammer 10.

Ro(ret 3 er perforert og fungerer som awanningssil mellom indre trykkammer 9 og ytre kammer 10, nar det indre trykk

tr.cii/^trYAsLJZ^.^M....a/erjesjvor/e^y

K$ K5frutCSj0ri tr, /<9>

Ur/ vri jf/ k <S

<gjr rfcf /' rttfffP2 er storre enn trykket p4 i det ytre kammeret, med strom-ptrhrtfbt- Vretning som pilene viser.

reint 3

Virkemåten er folgende: Massesuspensjonen har ved punktet A vanligvis en fiberkonsentrasjon stor 3-6% og et trykkbulks Ut

J.. pl. (Det kan ogsa anvendes s.k. MC masse-konsentras joner /Tit*OU firl- \ ^^ir^a^lSi^^£il£si^-'±v ("Medium Consistency", dvs. ca. 6-15%, t--"n"v ilk én imidlertidnet ror Tit(J

fiy ti/ ir forutsetter bruken av spesielle/sk. MC-pumper).

fortrmdrtt Over pumpen^cSkes trykket til p2 ved punktet B, hvor suspen-p- t rforertno-<y>sjoneTTanar samme f iberkonsentras jon V7 under sin bevegelse inne i roret 3 fra punkt /til/ vil massesuspensjonen pas-

sere over perforeringen i det samme roret.

Da trykket p2 inne i roret er storre enn trykket p4 i kammeret utenfor, vil endel av vaeskemengden i suspensjonen passere gjennom perforeringene i rørveggen, slik pilene antyder. Fiberne i massesuspensjonen vil stort sett forbli inne i roret, hvorved fiberkonsentrasjonen inne i roret oker tilsvarende.

Massesuspensjonens fiberkonsentrasjon vil derfor gradvis tilta under suspensjonens bevegelse fra B til C. Fiberkonsentrasjonen ved innløpet til reiret 4 vil variere i størrel-sesorden mellom 15 og 30 %, og er avhengig av aktuelle tilstandsparametre som dif f erensial trykk ^^ y*"* wæi^/" type fibre, oppslutningsgrad, fibersuspensjonens malgrad, mon-steret for perforeringen, prosentvis åpent areal i perfo-reringsflaten i % av den totale rorflate, samt perforeings-rorets diameter i relasjon til nevnte parametre og trykkfallet (p2-p3).

Den avvannede vaesken ledes fra rØret 5 ut gjennom roret 6 ■

Ved bruk av flere fortykkere i serie, vil denne vaesken fortrinnsvis bli tilsatt prosessen igjen som forty$ningsvann pa et tidligere trinn i prosessen med et lavere trykkniva, og forøvrig motstrØms til prosessens fiberflyt.

Den konstruksjonsmessige utforming kjennetegnes ved at både tilløps- og utlopsrorene 2 og 4 samt roret 5, som danner den ytre kappen rundt selve silroret 3, består av trykkserti-fiserte ror hvis dimensjonering tilsvarer de aktuelle forskrifter ved angjeldende prosesstrykk.

Da flere TPF'er med fordel settes sammen til et sammenhengende, trykksatt rørsystem, vil trykket bygge seg opp trinnvis inne i systemet , som en resultant av pumpetrykket fra de seriekoblede pumpene mellom de enkelte TPF'ere. Med en trykkokning i størrelsesorden 2 bar<<>^v</>pumpe ,og YPF-enhet, og 8 enheter koblet i serie i et system, vilV*^

måtte utlegges for ca 16 bars trykk, som forøvrig er en vanlig klassifikasjonsgrense for pumper og ror i trykksatte systemer.

Det indre perforeringsrøret 3 dimensjoneres imidlertid med

jon evnte

en langt lavere sikkerhetsmargin, og dessuten^""- "Vstyrke-messig^Tor a motstå differensialtrykket mellom indre(9) og ytre(10) rorkammer.

Dermed kan roret 3 utfores av relativt tynt rormateriale, fortrinnsvis av en tynn, syrefast plate med tykkeLse 0,5-.2,0

mm, hvori brennes med en nummerisk styrt lasermaskin det ønskede perforeringsmonster, hvoretter den perforerte platen poleres på innsiden for den bøyes rundt og sveises sammen til et ror..

At rørveggen kan utfores av så tynt materiale letter utfore!-sen av en perforering med små dimensjoner. En ytterligere fordel er at et tynt materiale minsker muligheten for fibere a sette seg fast i og tilstoppe<p>erforerings-åpningene.

Det teoretiske og fysikalske grunnlaget for konstruksjonen er følgende: Fibersuspensjonens vaesketrykk ved punkt B, p2, tilveie-bringes av pumpen 1. Imidlertid svekkes dette trykket gjennom det forhold at awannet vaeske strømmer fra indre kammer 9 til ytre kammer 10 gjennom perforeringen i røret 3. Fibersuspensjonen øker dermed sia konsistens under bevegelsen fra B mot C Og forutsettes å bevege seg som en masseplugg i relativt langsom bevegelse gjennom punkt C og inn i røret 4. Det er to forhold som tilveiebringer en slik bevegelse: - Pumpe 1 frembringer et spesifikt pumpetrykk;p2 som virker pver det innvendige tverrsnitt av rør 3 og. dermed sflker a bevege suspensjonen inn i roret i retning mot

c.

Trykket p2 vil oke i samme grad som en masseplugg dannes inne i roret, dvs. når vaeskestrommen gjennom perforeringen hemmes og reduseres under oppbyggingen av en hoyere massekonsentrasjon inne i roret. Uten bevegelse av den masseplugg som dannes vil tilslutt massepluggen dekke hele den perforerte rorflaten og trykket p2 oppnå sitt maksimale trykk, tilsvarende tilnaermet pumpe l's statiske pumpetrykk.

Nar pluggen beveger seg mot C, frilegges imidlertid perforeringsåpninger på nytt,vaeskegjennomgangen gjennom perforeringen tiltar igjen, trykket p2 faller og pluggdannelsen fortsetter. Na tildekkes perforeringen igjen av ny pluggdannelse, trykket p2 oker igjen og gir ny og forhøyet skyvekraft på massepluggen i retning C igjen.

Med en egnet utslippsanordning, beskrevet eksempelvis i Fig.3 nedenfor, kan her oppnå os et balansepunkt, hvor pumpetrykket p2 balanserer mot mottrykket p oa utslippsan-ordningerjog friksjonskraften mellom massepluggen og indre rorvegg samt utslippsanordningen (på Fig.3 ut-si ippskjeglen). - Dannelsen av en sammenhengende, bevegelig fiberplugg forutsetter at friksjonen i aksialretningen mellom de interne fiberskikt i pluggen ( d^rl) og d/r2))) er storre enn friksjonskraften mellom indre, perforerte rorvegg og naermeste fiberskikt i pluggen (djir3] og rørvegg). Forutsetningene for en slik tilstand vil variere fra ett produks jonsti lf elle til et annet, men vil vaere avhengige av en tilstrekkelig høy fiberkonsentrasjon i rørets indre f -som igjen er trykkfall-avhengig og tidsavhengig, dvs. tid for awanning dessuten av fibertype, nedkokningsgrad, malgrad, perforeringsmØnster og overflateglatthet på indre side av awanningsroret.

Likeledes spiller dette rørets diameter en rolle, idet pumpetrykkets aksiale resultantkraft , over hele rør-tverrsnittet oker med kvadratet av rxadien mens den indre friksjonskraft mellom masseplugg og innvendige rørflate bare øker lineaert med rørdiameteren ved ellers like trykkforhold,09. ror/ tngdt.

Denne type pluggbevegelse lar seg derfor lettere til-veiebringe når rørdiameteren økes, forutsatt at massepluggen har en tilstrekkelig høy fiberkonsentrasjon.

I de tilfeller hvor friksjonskraften mellom massevegg og indre rorvegg av forskjellige grunner skulle vaere større enn pumpekraftens aksialkraft, og hvor massepluggen fester seg i røret, vil den plugg som dannes kunne gjøres bevegd ig ved injisering av vaeske utenfra, som naermere beskrevet nedenfor under Fig.6 og Fig.7.

Dselt ik ear t vdie ktmiag sseapt lugmgaesr sefsoorm tykdkaenrnnee s iskokm-re pesmkorteevr et hin<u>d<t>r<fo>in<rm>ge<e>r<s>i form av innsnevrete, rortverrsnitt under sin bevegelse gjennom og ut av perforeringsrorene.

Fig. 2

viser hvorledes TPA'ene kan kobles etter hverandre i serie i et lukket og trykksatt system.

Den fortykkede massesuspensjonen ved D, som er en fiberplugg med mellom og 30 % fiberkonsentrasjon, trykkes inn i fortynningskammeret 11 hvor den tilsettes fortynningsvaeske gjennom innlopsroret 12. Pumpen 13 pumper den fortynnede suspensjonen inn i massefortykkeren 14, hvor massen igjen avvannes som beskrevet under Fig. 1 ovenfor. Den fortykkede massen skyves av pumpetrykket forbi punkt G og inn i fortynningskammeret 16, som i likhet med kammer 11 kan ha omtrent samme hovedmål og utforming som massefortykkeren, dog uten det indre, perforerte røret.

Etter at fortykket masse er blandet med fortynningsvaeske i kammeret 16/fortsetter den fortynnede suspensjonen over punkt H og inn i pumpen 17, hvoretter fortynningsoperasjonen gjentas på nytt i TPF 19.

En seriemessig sammenbkobling av fortykkere og fortynnere på denne måten muliggjør en tilbakeføring og resirkulering av utpresset suspensjonsvaeske motstroms til fiberflyten ved fu11\ dl i venaeIse av motstromprinsippet, naermere beskrevet under Fig. 9.

De massepumpene som anvendes har en pumpekapasitet som er vesentlig større enn det volum av fortykket masse som for-later trykksystemet fra siste fortykkertrinn. Dette overskudd av sirkulert vaeske bevirker at det internt i hele trykksystemet resirkuleres og gjenbrukes store mengder avsilet suspensjonsvaeske som under sin turbulente gang gjennom pumper og rørledninger kommer gjentatte ganger i berøring med nytt fibermateriale før vaesken igjen siles bort fra den masseplugg som dannes i fortykkerne.

Derved oppstar en betydelig "vaske-maskin-effekt" som bevirker et raskere, kjemisk prosessforløp Vcellulosefrem-stilling, oppgradering av returfiber, samt bleking, eller ved vasking av fibermateriale enn hva er vanlig ved dagens konvensjonelle prosessanlegg.

Resirkulering av utpresset suspensjonsvaeske i motstrøm til fiberflyten arrangeres ved at utpresset vaeske fra fortykker 19 ledes ut gjennom utlopsroret 20 og tilfores pri-maert fortynningskammeret 17 gjennom innlopsroret 16 samtidig som den overskytende vaeskemengde tilføres fortynningskammeret 11 gjennom innlØpsrØret 12.

Pa samme måte tilbakeføres vaeske fra fortykker 14 fra ut-løpet 15 hovedsklig til innløp 12, med den overskytende vaeskemengde til den forangående fortykker, som ikke er vist på tegningen. Se forøvrig også Fig. 9.

Fig- 3.

viser skjematisk den trykksatte massefortykker utfort som siste trinn i en cellulose-eller vaskeprosess.

Oppbygging og virkemåte er som beskrevet under Fig. 1, men i tillegg er anbragt et stoppelement 21 i rorets untgangsende/i:f farm av* fortrinnsvis ?e"nkjegleformet gjenstand som trykkes inn mot rør-enden ved hjelp av et regulerbart trykk-organ, fortrinnsvis en luftbelg 22, som utover et trykk mot stopp-v e/jr*)tntt t j, „ v- " n/og dermed mot massestrommen inne i rorsystemet. Trykket p 4 vil variere i takt med pluggdannelsen inne i det perforerte rØret: nar massepluggen, som først vil dannes ved L, tiltar i lengde inne i røret i retning K, tildekkes av fiberlagene en stadig større del av den indre, perforerte rørflaten, hvorved vaeskegjennomgangen forsinkes og trykket p 4 stiger. Maksimalt pumpetrykk foreligger nar fiberpluggen dekker hele ,dep perforerte, rordel fra._L til K og. vaeske f ly- ten gjennom perforeringen I tilnaermet^ har/stoppet opp. Gjennom regulering av trykket i luftbelgen 22 kan oppnås ^%a lanse-punkt, hvor belgens trykk mot kjeglen^ "***^'pumpe trykket p 4 minus friksjonskreftene mot indre rorvegg og kjeglens overflate mot massebevegelsen.

Under drift vil denne balansen opprettholdes automatisk, idet massepluggens lengde vil vaere tilnaermet konstant. ^år en forlengelse dekker til perforeringen og høyner inn-lopstrykket, bevirkerVet stotre utslipp av fortykket masse over kjeglen, hvorved igjen blottlegges et større

v.hv orved/

perforeringsareale, *"*=*—! trykket faller, og balansen igjen er opprettet.

Den fortykkede massen slipper ut av systemet i pilretningen. Det utpressede vannet ledes med roret 23 tilbake til prosessen, som beskrevet under Fig. 2.

Fig. 4

viser en annen utførelse av siste fortykkertrinn i et system, hvor utslippet reguleres gjennom en utsiipps-sluse, som utgjøres av tb kule- eller kalott-venti ler 25 og 26, som åpnes og lukkes vekselvis.

Ventilenes gjennomlopsåpning 27 må minst vaere like stor som rorarealet i rør 28 for å sikre en uhindret gjennomgang. Denne type utsiippssluse kan anvendes når den fortykkede fibersuspensjonen, dvs. massepluggen, som skal slippes ut av trykksystemet til atmosfaeretrykk har en temperatur som er hoyere enn 100 °C og som utvikler indre damp når ventilen 26 åpnes mot atmosfaeretrykk, med ventil 25 stengt.

Ved denne type indre damputvikling, forårsaket av trykkfallet mot atmosfaeretrykk, skyves eller blåses massen ut av slusen og ventil 26. Slusevolumet blåses derved tilnaermet tomt for fiber og fylles samtid med damp med atmosfaeretrykk. Nar ventil 26 lukkes og ventil 25 åpnes for å sluse ut neste del av massepluggen, vil den damp eller luften som befinner seg inne i slusen komprimeres tilsvarende tr^ykket i trykksystemet og dermed gi plass for en ny porsjon masseplugg som skal sluses ut av systemet.v"I/

Under enkelte produksjonsforhold kan ventile '25 og 26 fordel-aktig vaere utført som spesielle spjeldventiler , hvor spjeldene har en saerlig skarp og skjaerende utformi ng

/ddt tcutk j^ som bedre kan rmassepluggen.

Flg. 5

viser den samme sluseanordning som beskrevet under Fig. 4, men forsynt med et innlØpsror 30 og ventil 31 som kommer til anvendelse når innholdet i slusen 32 ikke beveger seg ut av slusen ved egen hjelp. Ved stengt ventil Vog apen ventil 34 vil trykkluft tilført gjennom åpningen av ventil 31 blcfse sluseinnholdet ut av systemet gjennom ventil 34. Deretter lukkes ventilene 31 og 34, ventil 33 åpnes hvorved slippes inn neste del av massepluggen, som beskrevet under

Fig. 4 ovenfor.

Fig- 6

viser en tilleggsanordning som letter massepluggens bevegelse i og ut av fortykkeren.

Anordning av pumpe 35 og oppbyggingen av fortykkerens forskjellige deler 36, 37, 38 og 39 er som beskrevet under

Fig. 1.

Ti 1leggsanordningen består av en treveisventi1 40, plassert i utlopsledningen 39 og 42, og som har en tilførsel fra røret 4l/som forer vaeske eller gass med et trykk som er hoyere enn rtrykket jnne. / >K/ sstrøre. ne.

En fleksibel rør f orbindelse~>^r\ eksS£-4i?f -gummi mans jett, plas-eir o#o t/e Jr masse,j Jfr^^sMw^ sert som et bindeledd melfoTirYror ^ oppfange og absorbere de kortvarige trykkstot som opptrer i

dt

En alternativ trykk-støt-absorbering er anvendelsen av en standard membran ekspansjonstank 44, dimensjonert

<3tter de aktuelle trykkstØt som opptrer i systemet.

I del A foregår awanning hhv. fortykking av fibermassen på samme måte som beskrevet under Fig. 1.

For å lette massepluggens bevegelse ut av fortykkeren foretas med jevne mellomrom kortvarige ombyttinger av trykkforholdene inne i massefortykkeren.

Dette fremgår av tegning B som viser hvorledes treveisven-tilen 40 ved en kortvarig dreining over 90° i urviserret-ningen stenger for utlope^42 og slipper vann eller gass

(eksempelvis surstoff) med hoyere trykk inn i motsatt retning gjennom utlØpsrØret 39 og inn i ytre trykkammer 36 for der-o

etter a trykke tidligere utpresset vaeske fra massesuspensjonen i roret 38 tilbake gjennom perforeringen og inn i røret igjen.

Disse periodevis opptredende og kortvarige trykkstot i motsatt retning av den vanlige vaeskestrommen fanges opp av de elastiske anordningene 43 og 44 beskrevet ovenfor.

Den vaeskemengde som i tilfelle B presses tilbake gjennom perforeringen og inn i roret 37 kan reguleres gjennom tryk-kets størrelse eller lengden av den tid -trykket utenfra fir anledning til å virke, eller begge deler.

Det tilbakepressede vannet vil nedsette konsentrasjonen i de lag av massepluggen som befinner seg naermest den per-fØrerte, indre førflaten. Ved nedsatt konsentrasjon i disse fiberlagen;nedsettes også friksjonskreftene mellom massepluggen og rØrvegen, idet den tilbakepressede vaesken virker som et smøremiddel mellom plugg og indre rorflate.

Ile. mengder vaeske som .smøremiddel, ^som her kommer tiltan.ven-aelse er sa sma at de er av liten eller ingen T>etydning for selve massepluggens samlede fiberkonsentrasjon, som av flere grunner ønskes å vaere så høy som mulig.

Pluggens relativt langsomme bevegelse ut av det indre røret i de respektive fortykkertrinnene skjer i samme takt som utslippet av massepluggen fra siste fortykkertrinn, beskrevet under Fig. 3.4 og 5 ovenfor, og kan dermed reguleres tilsvarende.

Etter en kortvarig injisering av "smøremiddel" i røret som vist i del B, med bevegelse av massepluggen til folge, dreies 3-veis-ventilen tilbake til samme posisjon som vist i del A, hvoretter massefortykning og dannelse av ny plugg fortsetter, hvoretteVreamme syklus gjentas.

Fig. 7

viser samme funksjon som beskrevet under Fig. 6, men i stedet for tre-veis-ventil og eget rørsystem for injisert medium anvendeWVclen utpressede vaesken fra fortykkeren for samme formål.

Del A viser at det i utlopsroret 45 er anbragt en sylinder 46 med et stempel 47 som beveges med et manovreringsorgan, eksempelvis en luftbelg, 48. Nar stempelstiIlingen er som på tegningen, vil awanning og fortykking av massesuspensjonen forega som tidligere beskrevet.

Del B viser at en kortvarig stempelbevegelse til Øvre posisjon som vist på tegningen bevirker både at utlopsstrttmmen brytes og dessuten forandres trykkfor^joldene innen fortykkeren ved at sylindervolumet ^ Vinjiseres tilbake

i fortykkeren, med tilsvarende effekt som beskrevet under

Fig. 6. De kortvarige trykkstotene fanges opp med den elastiske rørforbindelsen 43 eller en trykktank 44, ille" / >$' r. t* </ t anordn aj tr. Del C og D viser virkemåten av et tilsvarende arrangement,

men hvor sylinder, stempel og bevegeIsesorgan utgjor en avgrening av utlopsroret .-ZDel C viser ventil- og stempel-stilling 49 og 51 under awanning og fortykning av massen inne i det perforerte roret.

Del D viser den kortvarige stengningen av ventil 49, hvoretter stempelet 51 beveges av bevegelsesorganet 50 mot ut-

„ ,so/ty^rorsa ker/

lopsrdret, /dermed ™ ' *v omvendte trykkforhold og ^ vaeskebevegelse inn ^"yfortykkerroret som beskrevet ovenfor.

Del E og F viser i prinsippet en anordning hvor det omvendte impulstrykket fremskaffes ved at et ytre presslegeme 52 presses mot en elastisk rorforbindelse eller mellomstykke 53, innsatt mellom utlopsrorene 54 og 55, etter at ventilen 56 stenger utlopet. Mellomstykket 53 kan vaere fremstillet av gummi, eller et annet, elastisk materiale som er anvende-

lig (rfor "Cte^aktuelle trykk og temperaturer.

Denne type impulsgivning er saerlig aktuell ved vasking

av cellulosefibre, og i de tilfeller hvor massesuspensjonen har en relativt lav temperatur, under 100 "C.

Fig- 8

viser eksempler pa forskjellige monstre for avvanningsrorets perforering. Del A viser en regulaer, hullet perforering,

likt fordelt over hele rorflaten.

P.g.a. den lave godstykkelsen i rørveggen, som ikke overstiger Vmm, kan hullene skjaeres ut aV en nummerisk styrt laser-skjaeremaskin ned til 0,2 mm diameter. Aktuelle hull-diametre og slissebredder vil vaere^ størrc/ scsarder) :

for oppgradering av returfiber:0,2 - 0,8 mm,

oppslutning av ett-ars-vekster: 0,4 - 1,0 mm,

oppslutning av ved: 0,5 - 1,5 mm,

vasking av fibre: 0,4 - 1,0 mm.i c/vs.C<?*SÅpen sil flate i perforert rØr (rl^apningVperforering^/ vil variere mellom5 og 25 % av rØrflaten, avhengig av type utslippsanordning og hvorvidt impulsstøt av mottrykk anvendes.

Del B viser en annen type perforering i slisseform, med slissene anbragt parallelt til massesuspensjonens bevegelsesretning. Dette perforeringsmonster er også gjort mulig ved a anvende laserbrenning, dog anvendt på en måte som sikrer at det perforerte roret oppebaerer den nødvendige styrke for a motstå<J>de differensialtrykk som opptrer, både i radial og aksial retning. Radialkreftene fanges opp av feltene a og b, og aksialkreftene av c samt det rørmaterialet som foreligger mellom slissene^. Hvis sistnevnte er styrkemessig tilstrekkelig, vil c ogsa kunne fyylles med langsgående riller som indikert ved 57.

Del C viser i detalj hvorledes slissebredden tiltar fra e til f i massesuspensjonens bevegelsesretning for a mot-virke en mulig aksialrettet tilstopping av slissen, vanligvis

( a ly <-^V

ved ^Vsi issebreddenVmed 0,3 - 0,5 mm over 20 mm slisselengde.

Slissenes dimensjonering vil for slissebreddens vedkommende vaere av samme størrelsesorden som diameter-dimensjoneringen ved del A.

Fig. 9

viser eksempel pa anvendelse av TPF i et såkalt TPS-system, "Tube Pulping System" naermere beskrevet i patentanmeldelse no 870562 ved Patentstyret i Oslo, innlevert den 12.2.1987 av samme opfinner, med titel "Fremgangsmåte for fremstilling av masse av plante- og/eller trefibre og egnet som råstoff for blandt annet papir, papp eller fiberplater"

Av Fig. 9 fremgår at hver av massepumpene P 2, P 6, P 7 og P 8, satt sammenVT serie, hver etterfølges av en TPF. Fortyn-ningskammerne, plassert foran massepumpene foran hver fortyk-kerenhet, er ikke inntegnet spesielt på tegningen, men tal-lene i parantes indikerer hvorledes f i ber suspen^jone"nVveks 1 ep i konsistent mellom 20 % som masseplugg og 4

% som pumpbar suspensjon.

£ _érv ék s i/ster» tt~ y Ved at pumpene er koblet i serie inne i ——'—■ vil#trykkokningen skje trinnvis, et forhold som c $)'o'r att rnu/jb g/tøt.. ^bayer*^/ 1 *Vutpresset vaeske fra ettrTfrykk-trinn tilbake til de to foregående og lavere trykktrinn. 1 9 Dermed sikresYen fullstendig/bruk av motstromprinsipp mei Lom vaeske og fiberflyt, idet innpumpet-'Vann i systemet, tilsaxt ,

tyfcit rrt^/cxcjh^/nrit? umiddelbart foran siste TPF v^resirkuT.érés o~g préssélT'motT^t<*>/}/^-prosessens begynnelse, for sa a forlate trykksystemet i naerheten av det sted hvor fibermaterialet mates inn i trykksystemet.

Denne vaeskebevegelsen motstroms til fiberflyten innen et trykksatt system er bare mulig ved å anvende pumper med etterfølgende TPF og fortynningskammere koblet i serie-5o^

i// i>+ p- t? / ny uren.

Fig 10

viser hvorledes flere TPF'ere, koblet etter hverandre i serie, arbeider synkront og i takt med sluseanordningen .

for utslippet ut av systemet.

Del A viser den normale avvannings- og fortykningssituasjon

i TPF'ene 58,59 og 60, med fortynningsvannet strømmende i fortynningskarene 61 og 62, og den utpressede vaesken strømmende ut av utløpene 69, 70 og 71.

I og med at ventil 63 er stengt, er det ingen aksial bevegel-

se av de fiberpluggene som dannes kontinuerlig inne i de indre, perforerte rorene.

Del B viser samme system idet trykkfallet byttes om inne

i TPF'ene, etter at ventil 64 er stengt og ventil 63 åpnet,

og dermed gir anledning for massepluggen i TPF 60 a komme inn i utlopsslusen, som er naermere beskrevet under Fig.

6 og 7.

I og med at inj iseringsanordningene 66, 67 og 68 samtidig /^f trykker utpresset vaeske tilbake inn i PTF' ene vil masse-LvviJ/\y pluggene inne i disse, 58, 59 og 60, "smøres" samtidig, ogl^X^

usotm oveer n mfoot lge masasv epdluegt gepnuem, petsrkyykvkees t som^ massepumpene r resm ammloert /, \\ ■ ^ -T^ L kornprimcrine , M / cntr\ ito-utslippsslusen, inntil denne er fyllt opp^VTTrykkimpulsene Ven d<\ fanges opp av demperne 72, 73 og 74, som tidligere beskrevet, Deretter stenges ventirv/<*>^ ventilene 64 og ev. 65 åpnes/ t/^ tsr,

inr><;(sistnevnte for utblåsing av slusekammeret), samtidig &om\,'$/vset, injiseringsorganene 66, 67 og 68 åpner for fornyet utløp gjennom 69, 70 og 71, hvoretter samme syklus gjentas.

Som mottrykkspulsgivere kan på samme måte anvendes andre anordninger som beskrevet under Fig. 6 og 7.

Claims (10)

1.^ nordning for å avvanne og fortykke fiberholdige massesuspens.joner inne i et lukket, trykksatt rørsystem, karakterisert ved at den fibersuspensjon som skal avannes og fortykkes pumpes inn i et tynnvegget, perforert ror, som er omgitt av et tykkvegget, ytre ror, dimensjonert etter de trykk som anvendes, og hvor trykkdifferansen mellom trykket inne i det perforerte roret og trykket i rørkappen utenfor bevirker at vaeske fra den fiberholdige suspensjon presses radialt ut av det indre i' roret gjennom perforeringen , samtidig som fibermate-rt <i> ålet holdes tilbake inne i roret, hvorved dannes en måssefortykning i form av en masseplugg, bestående av en fortettet ansamling av fibre, hvor friksjonen mellom fiberlagene inne i pluggen i aksial retning er større enn friksjonen mellom fiberpluggens ytre fiberlag og innerveggen av det indre, perførerte ror, hvorved sikres at massepluggen kan bevege seg aksialt som et sammenhengende legeme eller ^—""^ inne i og ut av det perforerte rØret, trykket frem av pumpetrykket fra den foranstående suspensjonspumpe.

2.^ nordning ifølge krav 1, karakterisert ved at flere massepumper, fortykkere og fortynnere plasseres etter hverandre i serie i et lukket, trykksatt system, og som kobles sammen på en måte som sikrer full anvendelse av motstrømprinsippet mellom suspensjonsmengde og fiberflyt inne i det trykksatte systemet, hvorved fremskaffes et prosessystem som er saerlig egnet for vask av fibre i en fibersuspensjon.

3. anordning ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at siste avvanningstrinn forsynes med en utslippsanordning for den fortykkede fibersuspensjon ut av trykksystemet, bestående av en kjegleformet stopp-anordning innsatt i utløpsrorets ende og som trykker mot det indre systemtrykk og balanserer mot dette ved regulering av trykket i en pressluftbelg eller lignende trykkanordning.

4.A nordning i folge krav 1 og 2, karakterisert ved at siste fortykkertrinn forsynes med en utslippsanordning i form av en utslipps-sluse, dannet mellom to vekselvis virkende ventiler innsatt med en viss avstand i utlopsroret for fortykket masse ut av trykksystemet.

5. A.nordning ifolge krav 1, 2 og 4, karakterisert ved at utlopsslusen forbindes med et trykk-system, fortrinnsvis trykkluftsystem, som gjennom åpningen av tillopsventilen vil bevirke tilnaermet renspyling av utlopsslusen ved tomming.

6. A nordning , ifolge krav 1 og 2,karakterisertved at utlopsroret fra trykk-plugg-fortykkeren forsynes med en treveisventil, som iVkorte, intermitterende intervaller stenger av utlopsstrommen av utpresset vaeske, og samtidig åpner vei i samme utlopsrbr .■ for vaeske eller gass med hoyere trykk, som bevirker delvis tilbakelop av utpresset vaeskemengde hvorved ned-settes friksjonen mellom fiberplugg og indre rorvegg, og med anvendelse av en elastisk rorforbindelse i masse-roret, eller anvendelse av en membran trykktank som ka elastisk fange opp de injiserte trykkstot som anvendes, som foranlediger kortvarige forandringer i trykkfall og stromningsretning.

7.A nordning, ifolge krav 1 og 2, karakterisert ved at mottrykkimpulsen fremskaffes ved innsettelse av en stempelcylinder i utlopsroret, og hvor stempelet beveges pneumatisk eller hydraulisk, eller ved at stempelsylinderen innsettes i en avgrening av utlopsroret, som forsynes med en avstengningsventil i utlopsstrommen, eller ved et ytre trykk på en elastisk del av utlopsroret i kombinasjon med en avstengningsventil i utlopsroret.

8.A nordning ifolge krav 1 - 7, karakterisert ved at trykkpluggfortykkernes indre, tynn-veggede ror forsynes med en perforering som fremstilles ved anvendelse av brenning med laserstråler og med dimensjonering ned til 0,2 mm for hulldiameter eller slisse-bredde, hvorav sistnevnte utfores med tiltagende bredde i slissens lengderetning og massesuspensjonens bevegelsesretning.

9. -ordning ifolge krav 1-8, karakterisert ved at det integrerte, trykksatte rør-system tilsettes kjemikalier og" gasser og derfor kan anvendes som oppslutningssystem og de-lignifiseringsan-legg for cellulosefibre og andre fibre, eller som et vaskeanlegg for samme type fibre i suspensjon.

10.a nordning ifolge krav 1-9, karakterisert ved at mottrykksimpulsene i alle trykk-plugg-fortykkerne anvendes synkront og i takt med ut-slusingen av fortykket masse ut av trykksystemet.