SE535185E - Apparat för att blanda in en andra fluid i en första fluid innefattande en reglerenhet - Google Patents

Abstract

SA M MA N D RA GApparat för att blanda in en andra fluid i en första fluid, vilken apparat innefattar ett hus (1) med en kammare (12), som uppvisar ett första inlopp (13) för mottagande av den första fluiden, en flödeskanal (44) för den första fluiden, ett andra inlopp (15), som mynnar i flödeskanalen, för mottagande av den andra fluiden och ett utlopp (14) för avgivande av en blandning av den första och den andra fluiden. Uppfinningen kännetecknas av att apparaten innefattar en reglerenhet (5), där reglerenheten innefattar ett element (29), vilket är anordnat i flödeskanalen för att reglera flödeskanalens tvärsnittsarea, varvid elementet (29) är anordnat att minska flödeskanalens tvärsnittsarea vid ett lågt fluidflöde hos den första fluiden och öka flödeskanalens tvärsnittsarea vid ett högt fluidflöde hos den första fluiden för att säkerställa att den första fluidens flödeshastighet överstiger ett förutbestämt minsta värde vid det andra inloppet.

Description

Apparat för att blanda in en andra fluid i en första fluid innefattande en reglerenhet Föreliggande uppfinning avser en apparat för att blanda in en andra fluid i en första fluid, vilken apparat innefattar ett hus med en kammare, som uppvisar ett första inlopp för mottagande av den första fluiden, en flödeskanal för den första fluiden, ett andra inlopp, som mynnar i flödeskanalen, för mottagande av den andra fluiden och ett utlopp för avgivande av en blandning av den första och den andra fluiden.

Vid produktion av kemisk cellulosamassa hanteras massasuspensioner vid olika konsistenser från lågkonsistens 1-5%, medelkonsistens 8-14% och upp till högkonsistens >28-30%. Hantering av lågkonsistent massasuspension medför normalt inga större problem, då massasuspensionen mer eller mindre har samma beteende som en vätska.

Uppvärmning av en massasuspension vid medelkonsistens med direktånga kan vara svårt att utföra av flera anledningar. En av svårigheterna är att finfördela ångan och samtidigt hålla massasuspensionen i sådan rörelse att en lugn och kontinuerlig kondensation av ångan sker. För att detta skall uppnås, är det nödvändigt att ångan finfördelas jämnt i massasuspensionen. Detta är speciellt svårt då en stor mängd ånga tillsätts. Vid tillsättning av ånga förekommer det dessutom att ångblåsornas volym kan bli så stor att värmekonvektionen mellan ångan och vätskan blir otillräcklig för att den önskade kontinuerliga kondensationen skall äga rum. På grund av detta uppstår intermittenta ångimplosioner, som orsakar slag och vibrationer. Dessa kan vara så kraftiga att mekaniska skador uppstår, som accentueras ju mer ånga som tillsättes.

Allmänt kan det ställas ett antal krav på en apparat för att blanda in trycksatt, varm ånga till en massasuspension vid medelkonsistens. Ångan skall tillsättas, så att lokala överskott inte förekommer vid passage genom apparaten. Inblandningen måste ske så att lokala tryckvariationer minimeras. Eventuellt förekommande implosioner på grund av ångblåsor skall ske i en del där komponenterna eller konstruktionen inte kan ta skada. Apparaten bör ha någon form av inbyggd elasticitet för att ta upp tryck och slag förorsakade av eventuella momentana störningar i ång- och massaflöde in till apparaten.

Ett flertal apparater för tillsättning av ånga till en massasuspension är kända. SE 502393 beskriver en sådan apparat, som innefattar en kilformad strypkropp för att minska massasuspensionens genomströmningskammare, för att på så sätt erhålla en hög flödeshastighet hos massasuspensionen vid ångans tillsättning. En nackdel med denna apparat är att den ej kan hantera varierande flöden hos en massasuspension.

Vanliga är även apparater med en roterande del för att blanda in ånga i massasuspensionen. Ett problem vid dessa apparater är att rotationen medför stora tryckvariationer, som skapar lokala zoner med mycket lågt tryck dit ångan söker sig med implosioner som följd, såsom beskrivits ovan. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att frambringa en apparat för att blanda in en fluid i en massasuspension, där apparaten dessutom reducerar uppkomsten av implosioner. Detta åstadkommes med en apparat, som tillgodoser att massaflödet håller en hög flödeshastighet i samband med inblandningen.

Apparaten enligt uppfinningen kännetecknas av att apparaten innefattar en reglerenhet, där reglerenheten innefattar ett element, vilket är anordnat i flödeskanalen för att reglera flödeskanalens tvärsnittsarea, varvid elementet är anordnat att minska flödeskanalens tvärsnittsarea vid ett lågt fluidflöde hos den första fluiden och öka flödeskanalens tvärsnittsarea vid ett högt fluidflöde hos den första fluiden för att säkerställa att den första fluidens flödeshastighet överstiger ett förutbestämt minsta värde vid det andra inloppet.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 visar en perspektivvy av en första föredragen utföringsform av en apparat enligt uppfinningen.

Figur 2 visar apparaten enligt figur 1 i en sidovy.

Figur 3 visar apparaten enligt figur 1 i en toppvy.

Figur 4 visar apparaten enligt figur 1 i en vy bakifrån.

Figur 5 visar apparaten enligt figur 1 i en sidovy i genomskärning, där en reglerenhet hos apparaten visas mer i detalj.

Figur 6 visar en axel och en klaff hos reglerenheten i genomskärning.

Figur 7 visar en utföringsform, där apparaten innefattar en andra rörledning.

Den apparat, som skall beskrivas i det följande, är avsedd att användas i en processindustri för att blanda in en andra fluid i en första fluid. I en föredragen utföringsform används apparaten i en cellulosafabrik, där den andra fluiden utgörs av en varm ånga och där den första fluiden utgörs av en massasuspension vid medelkonsistens, där den varma ångan är avsedd att förvärma massasuspensionen till en önskad temperatur, som är lämplig för ett efterföljande bleksteg. Uppfinningens princip kan emellertid utnyttjas även för apparater vid inblandning av andra fluider, som t.ex. gaser såsom syrgas, klorgas, eventuellt även ozon eller för inblandning av en vätska, såsom t.ex. en pH-justerande vätska, klordioxid eller annan behandlingsvätska i nämnda massasuspension.

Apparaten omfattar ett väsentligen parallellepipediskt hus 1 för dels mottagande av en massasuspension från en uppströms belägen första rörledning 2, dels avgivande av massasuspensionen till en nedströms belägen andra rörledning 3, ett tillsättningsorgan 4 för att blanda in varm ånga till massasuspensionen och en reglerenhet 5, som tillgodoser att lämplig flödeshastighet råder hos massasuspensionen vid ångans tillsättning, för att undvika att ångimplosioner uppstår. Således tillgodoser reglerenheten 5 att massasuspensionens flödeshastighet överstiger ett förutbestämt minsta värde vid ångtillsättningen.

Huset 1 begränsas utvändigt av en övre begränsningsyta, som bildas av takpartiet 6, sidobegränsningsytor, som bildas av sidoväggarna 7 och 8 samt den uppströms belägna kortsidoväggen 9 och den nedströms belägna kortsidoväggen 10, och en nedre begränsningsyta, som bildas av bottenpartiet 11.

Invändigt innefattar huset 1 en väsentligen parallellepipedisk kammare 12. Kammaren 12 uppvisar ett cirkulärt första inlopp 13 för mottagande av massasuspensionen från den uppströms anordnade första rörledningen 2, en flödeskanal 44, som mynnar i det första inloppet 13 och ett rektangulärt utlopp 14 för avgivande av massasuspensionen till den nedströms anordnade andra rörledningen 3. Det första inloppet 13 är anordnat vid den uppströms belägna kortsidoväggen 9 och utloppet 14 är beläget vid den nedströms belägna kortsidoväggen 10. Takpartiet 6, sidoväggarna 7, 8 och bottenpartiet 11 definierar flödeskanalen 44 för massasuspensionen, således är flödeskanalen 44 anordnad mellan det första inloppet 13 och utloppet 14. Det första inloppets 13 cirkulära inloppsöppning är i allt väsentligt lika stor som den första rörledningens 2 rörarea och mindre än flödeskanalens 44 tvärsnittsarea. Utloppets 14 rektangulära utloppsöppning är i allt väsentligt lika stor som flödeskanalens 44 tvärsnittsarea. Kammarens 12 längdriktning sammanfaller med flödeskanalens 44 längdriktning och massasuspensionens flödesriktning.

Vidare uppvisar kammaren 12 ett avlångt andra inlopp 15, som mynnar i flödeskanalen 44, för mottagande av den trycksatta, varma ångan från tillsättningsorganet 4 till flödeskanalen 44. Det andra inloppet 15 är anordnat vid husets takparti 6 och är beläget nära kammarens utlopp 14. Tillsättningsorganet 4 ansluter till det andra inloppet 15 från takpartiets 6 ovansida. Det andra inloppet 15 har sin längdriktning tvärs massasuspensionens flödesriktning genom flödeskanalen 44.

Dessutom uppvisar kammaren 12 en avlång öppning 16 tvärs kammarens 12 längdriktning och två stycken halvmånformade urtag 17. Öppningen 16 är anordnad vid husets bottenparti 11 nära kammarens första inlopp 13, och urtagen 17 är anordnade vid husets sidoväggar 7,8 på ömse sidor av öppningen 16.

Tillsättningsorganet 4, för tillsättningen av den trycksatta, varma ångan till kammaren 12 och flödeskanalen 44 via det andra inloppet 15, innefattar en rörfläns 19, som ansluter mot en ångledning (ej visad) för matning av trycksatt ånga till tillsättningsorganet 4. Vidare innefattar tillsättningsorganet 4 en rördel 20 med en första ände 21 och en andra ände 22. Den första änden 21 är anordnad till rörflänsen 19 och den andra änden 22 är ansluten till en avlång ventil 23 hos tillsättningsorganet 4. Den andra änden 22 är sammantryckt, vilket gör den andra ändens röröppning avlång. Ventilen 23 ansluter via ett skruvförband 24 till det andra inloppet 15 hos kammaren 12. Ventilen 23 innefattar en roterbar ventilaxel 25, vilken uppvisar en avlång längsgående spalt 26 för passage av ångan och ett ventilaxelhus 27, som omsluter ventilaxeln 25. Genom att rotera ventilaxeln 25 från 0° till 90°, kan ventilen 23 gå från ett helt öppet läge till ett helt stängt läge. Spalten 26 sträcker sig över hela det andra inloppets 15 längd. Ventilaxelns 25 rotation regleras av ett reglerorgan 28, vilket är anordnat på ventilaxelhuset 27 vid ventilaxelns 25 ena ände.

Reglerenheten 5 innefattar ett element 29 i form av en klaff 29, en vridbar axel 37, två momentarmar 48 och 49, och två pneumatiska cylindrar 50 och 51.

Klaffen 29 är anordnad i flödeskanalen 44 och har en bredd, som är i huvudsak lika stor som kammarens 12 och flödeskanalens 44 respektive bredder och en längd, som är något kortare än kammarens 12 och flödeskanalens 44 respektive längder. Klaffen 29 är företrädesvis rektangulär och platt och innefattar en ovansida 30, som vänder från husets bottenparti 11, en undersida 31, som vänder mot husets bottenparti 11, två parallella långsidor 32, 33, som vänder mot husets sidoväggar, en första, bakre ände 34 eller främre kortsida 34 och en andra, främre ände 35 eller främre kortsida 35. Den första kortsidan 34 är fast anordnad med tre stycken bultar 36 till den vridbara axeln 37, som är anordnad i den avlånga öppningen 16 och urtagen 17. Den andra kortsidan 35 är fri och vridbart rörlig med axeln 37 mellan ett nedre ändläge 38 och ett övre ändläge 39. Den andra kortsidan 35 är belägen i huvudsak i jämnhöjd med det andra inloppet 15 och nedströms den första kortsidan 34. Klaffens 29 ovansida 30 bildar en spetsig vinkel med massasuspensionens flödesriktning. Axelns 37 längd överstiger husets 1 bredd så att axeln 37 har ett utstick på ömse sidor av huset. Den del av axeln 37, som sticker ut utanför kammaren 12, är delvis omsluten av en kåpa 41 hos reglerenheten 5, i vilken kåpa 41 axeln 37 är lagrad med två stycken självsmörjande lager 43. Kåpan 41 är fast anordnad i husets 1 bottenparti 11 så att kåpans 41 övre parti sticker in i kammaren 12 och kåpans 41 nedre parti 45 sticker ut under kammaren 12 och från husets 1 bottenparti 11.

Axeln 37 innefattar två axeltappar 46, 47 i axelns längdriktning, vilka axeltappar 46, 47 bildar axelns 37 båda ytterändar, där axeltapparna 46, 47 skjuter ut ur kåpan 41 på ömse sidor av kåpan 41. På vardera axeltapps 46, 47 fria ände är momentarmen 48, 49 fast anordnad vinkelrätt mot axelns 37 längdriktning. Momentarmarna 48, 49 roterar således tillsammans med axeln 37 och klaffen 29 när dessa vrids. Respektive momentarm 48, 49 anligger mot den pneumatiska cylindern 50, 51. I den visade utföringsformen utgörs denna pneumatiska cylinder av en kolvstångsfri bälgcylinder 50, 51 med gavelplattor 52, 53, vilka anligger mot momentarmarna 48, 49. Bälgcylindrarna 50, 51 är fast anordnade. I den visade utföringsformen är respektive bälgcylinder 50, 51 fast anordnad på varsin sidovägg 7, 8.

Vid användning passerar massasuspensionen i flödeskanalen 44 över klaffens 29 ovansida 30. Vid ett högt massaflöde pressas klaffen 29 nedåt så att flödeskanalens 44 tvärsnittsarea ökar ovanför klaffen 29. Vid ett lågt massaflöde pressas klaffen 29 uppåt av bälgcylindrarna 50, 51 så att flödeskanalens 44 tvärsnittsarea minskar ovanför klaffen 29. Detta gör att massasuspensionens flödeshastighet säkerställes på en förutbestämd minsta flödeshastighet vid det andra inloppets 15 tillsättning av ånga oberoende av massasuspensionens flöde, vilket bidrar till att en god inblandning erhålles som reducerar uppkomsten av implosioner. Förutom att bälgcylindrarna 50, 51 anligger med en tryckande kraft mot momentarmarna 48, 49, så dämpar dessutom bälgcylindrarna 50, 51 ut slag och vibrationer som uppstår i momentarmarna 48, 49 från klaffen 29, då massasuspensionen passerar över klaffen 29 och ånga blandas in i massasuspensionen.

Klaffen 29 inställer sig således i ett jämviktsläge, där massasuspensionens flöde orsakar en tryckande kraft på klaffen 29, som balanseras av kraften från bälgcylindrarna 50, 51. Klaffen 29 är således självreglerande och dess aktuella vinkel relativt bottenpartiet 11 är beroende av massaflödets storlek. Den förutbestämda flödeshastigheten, vid det andra inloppet 15, kan ställas in genom att bälgcylindrarnas 50, 51 anliggningskraft mot momentarmarna 48, 49 regleras, varvid andra jämviktslägen kan ställas in för att undvika att implosioner uppstår. Genom att öka bälgcylindrarnas 50,51 anliggningstryck mot momentarmarna 48, 49, vrids axeln 37 så att klaffen 29 pressas uppåt till ett nytt jämviktsläge. Detta medför att massaflödets tvärsnittsarea ovanför klaffen minskar, vilket gör att flödeshastigheten hos massasuspensionen vid tillsättningen av ånga vid det andra inloppet 15 ökar.

Således är apparaten självreglerande i det att reglerenheten 5 tillgodoser att massaflödets flödeshastighet vid tillsättningen av ånga hela tiden är tillräckligt hög för att uppkomsten av ångimplosioner skall reduceras.

I figur 7 visas en utföringsform, där apparaten innefattar den nedströms anordnade andra rörledningen 3. Kammarens 12 utlopp 14 ansluter mot den andra rörledningens 3 inlopp medelst en rörfläns 55, som är anordnad till en rörfläns hos den andra rörledningen 3. Den andra rörledningens 3 tvärsnittsarea är större än kammarens 12 tvärsnittsarea. I en föredragen utföringsform är den andra rörledningens 3 tvärsnittsarea minst 50 % större än flödeskanalens 44 tvärsnittsarea. Areaökningen mellan utloppets 14 tvärsnittsarea och den andra rörledningens 3 tvärsnittsarea sker momentant i ett enda steg. Den andra rörledningens 3 längd är med fördel från två gånger ända upp till tio gånger den andra rörledningens 3 diameter eller annat ekvivalent tvärsnittsmått.

Genom att den andra rörledningens 3 tvärsnittsarea är större än flödeskanalens 44 tvärsnittsarea, kommer massasuspensionen, efter utloppet 14, att retarderas i de områden av den andra rörledningen 3 som ligger radiellt utanför och kvarhållas mot den uppströmsbelägna sidan av den andra rörledningen 3. Längs den andra rörledningens 3 inre mantelyta kommer därför en fibervolym successivt att byggas upp av stillastående cellulosamassa. Däremot kommer massasuspensionen i mitten av den andra rörledningen 3 att fortsätta med en hög hastighet genom den andra rörledningen 3 till en efterföljande tredje rörledning 54, vilken har en diameter som är väsentligt mindre än den andra rörledningens 3 diameter.

I husets 1 bottenparti 11 och i kåpan 41 är två pluggar 45 och 56 anordnade. Pluggarna 45, 56 är avsedda att tas ut för att spola rent huset 1 och kåpan 41 i händelse av en eventuell pluggning av massasuspensionen.

Med uppfinningen uppnås följande fördelar gentemot känd teknik: - att uppkomsten av ångimplosioner reduceras - att det undvikes att apparaten och tillhörande rörledningar skakar sönder och orsakar driftstopp, samt att tunga och överdimensionerade fundament och/eller rörledningar behövs, som tål dessa kraftiga smällar.

Uppfinningen har ovan beskrivits utifrån en specifik utföringsform. Det inses emellertid, att ytterligare utföringsformer och varianter är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan en annan typ av pneumatisk cylinder användas, bl.a. cylindrar av kolvstångstyp. Det inses även, att ett annat tryckande organ kan användas, t.ex. kolvstångscylindrar, fjäderbelastade cylindrar och vridfjädrar.

Det inses även, att apparaten inte nödvändigtvis behöver innefatta en rörledning enligt den andra rörledningen 3, enligt figur 7. Apparaten kan givetvis anordnas till rörledningar, med vilka dimensioner som helst, som befordrar massasuspensioner.

Det hastighetsreglerande elementets utformning kan ha en annan utformning än en platt klaff, utan kan exempelvis vara kilformad.

Claims (7)

PATENTKRAV- ren version

1. Användning av en apparat för att blanda in varm ånga i en massasuspension. vilken apparat innefattar: ett hus (1) med en kammare (12), som uppvisar ett första inlopp (13) för mottagande av den massasuspensionen, en flödeskanal (44) för den massasuspensionen, ett andra inlopp (15), som mynnar i flödeskanalen (44), för mottagande av ångan och ett utlopp (14) för avgivande av en blandning av massasuspensionen och ångan, kännetecknad av att apparaten innefattar en reglerenhet (5), där reglerenheten (5) innefattar ett element (29), vilket är anordnat i flödeskanalen (44) för att reglera flödeskanalens (44) tvärsnittsarea, varvid elementet (29) är anordnat att minska flödeskanalens (44) tvärsnittsarea vid ett lågt fluidflöde hos den massasuspensionen och öka flödeskanalens (44) tvärsnittsarea vid ett högt fluidflöde hos den massasuspensionen för att säkerställa att den massasuspensionens flödeshastighet överstiger ett förutbestämt minsta värde vid det andra inloppet (15), och att elementet (29)) är en klaff (29), som har en första ände (34) och en andra ände (35), där den första änden (34) är fast anordnad till en vridbar axel (37) och där den andra änden (35) är fri.

2. Användning av en apparat enligt krav 1, kännetecknad av att klaffens (29) andra ände (35) är anordnad i huvudsak i jämnhöjd med det andra inloppet (15).

3. Användning av en apparat enligt något av kraven 1-2, kännetecknad av att klaffens (29) ovansida (30) bildar en spetsig vinkel med flödesriktningen.

4. Användning av en apparat enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att reglerenheten (5) innefattar minst en momentarm (48, 49), som är anordnad på axeln (37) och där momentarmen (48, 49) är tryckbelastad.

5. Användning av en apparat enligt krav 4, kännetecknad av att reglerenheten (5) innefattar en pneumatisk cylinder (50, 51), vilken är anordnad att åstadkomma tryckbelastningen på momentarmen (48, 49).

6. Användning av en apparat enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att apparaten innefattar en andra rörledning (3), vilken ansluter till utloppet (14) på utloppets nedströmssida, varvid den andra rörledningens (3) tvärsnitts area är minst 50 % större än utloppets (14) tvärsnittsarea.

7. Användning av en apparat enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att elementet (29) är anordnat att inställa sig omkring ett jämviktsläge, som är beroende av den massasuspensionens flöde.