專利名稱：用于紙漿和一種氣態(tài)漂白劑之間接觸的混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及紙漿制造方法和設(shè)備，更具體地涉及用于促進高稠度紙漿和一種氣態(tài)漂白劑之間的緊密接觸的接觸器。
實驗研究已經(jīng)表明，用于與氣態(tài)漂白劑反應(yīng)的最佳的紙漿稠度在40-45%范圍內(nèi)。就象在此作為參考的U.S.3，814，664、3，964，962和U.S.申請?zhí)朣/N07/651，586中所述的，對于高稠度的和很好地疏解的紙漿和以在一種氧氣載氣中約2-6%濃度的稀釋的混合物形式供給的臭氧，在該氣相中的臭氧漂白完成最佳。
稠度為40-45%的疏解的紙漿含有相當(dāng)大比例的單個的纖維，但大部分纖維以稱為絮凝物的成團的粒子狀存在，每塊絮凝物都含有大量的單個的纖維，并測得直徑為約1/4至1/2英寸，或約2-4倍的纖維長度。這些粒子是多孔的并且可使氣態(tài)漂白劑透過。要注意的是，雖然已經(jīng)廣泛研究了紙漿纖維的稀釋的水懸浮液的絮凝作用，但是只在最近才弄清，在潮濕的纖維的氣態(tài)懸浮體中，如在從用于制備氣態(tài)漂白的紙漿的一種均漿機或疏解機中排出時的纖維的氣態(tài)懸浮體中會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。(Garner & Kerekes，TAPPI，63(6)103(1980))。
當(dāng)疏解的紙漿被噴入一種常規(guī)漂白設(shè)備中時，絮凝物沉積成一個床，其堆積密度為約每立方英尺3.0磅(干纖維重)。在該密度時，該絨毛團由約5%纖維和95%氣體(或空隙)體積組成，水大部分含于纖維內(nèi)。然而漂白所需的氣體體積比在疏解的紙漿中的空隙體積大得多。例如，在典型的1%臭氧(基于干的紙漿重)劑量、在氧氣載氣中的臭氧濃度為6%、和疏解的紙漿堆積密度如上為3.0;該方法要求6.5立方英尺的氣體與每立方英尺的疏解的紙漿接觸，接觸是在1大氣壓和120°F的典型的反應(yīng)條件下進行的。這意味著，對于床形或團形的紙漿，6.5份體積的漂白氣必須均勻經(jīng)過1份體積的疏解的紙漿。顯然，疏解的紙漿的密度和滲透性必須非常均勻以避免非均勻后果。
通過堆積固體處理設(shè)備的作用可容易地壓縮疏解的紙漿物以形成填塊和密團，它們有高得多的密度和低得多的透氣性。漂白氣體更慢地流經(jīng)這樣的填塊和密團并更快地經(jīng)過塊與塊的接觸區(qū)。結(jié)果是接觸區(qū)過分漂白和填塊孔漂白不足。因此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用常規(guī)堆積物料處理設(shè)備使疏解的紙漿移動通過漂白保持室同時用臭氧氣使之漂白的漂白體系不能成功地產(chǎn)生均勻漂白的紙漿蓬松物。
使用盤式輸送機輸送疏解的紙漿經(jīng)過幾個室和從一個漂白室排放到另一個室內(nèi)進行紙漿的多次輸送的一種系統(tǒng)，不能產(chǎn)生均勻漂白的紙漿。另一種系統(tǒng)使用刮料機臂將大量疏解的紙漿推入孔或縫中以使它從一個處理室落入另一室，還是產(chǎn)生非均勻的漂白結(jié)果。一般地，使用機械輸送裝置的系統(tǒng)利用臭氧氣對高稠度的紙漿不能產(chǎn)生均勻的漂白結(jié)果，這是由刮料機臂的作用產(chǎn)生的易變的可透性造成的。
在臭氧漂白中，通過與疏解的紙漿接觸的臭氧氣體的濃度的迅速減小促進了在疏解的紙漿和漂白劑氣體之間的接觸均勻性的關(guān)注。該減少是歸因于臭氧與木漿的非?？斓姆磻?yīng)速率。因為反應(yīng)速率取決于濃度，該性質(zhì)增加了伴隨紙漿變化的滲透性的非均勻漂白結(jié)果。
常規(guī)的紙漿混合器設(shè)計如軸柱滾筒機當(dāng)用于臭氧漂白時，有兩個另外的缺點。第一，該混合器葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動但還使紙漿向前和向后運動。這是對于反應(yīng)速率足夠慢時的混合所希望的，僅有小部分反應(yīng)在物料停留在混合器中的時間內(nèi)完成，并且混合的紙漿和漂白化學(xué)品經(jīng)過一個第二室，在該室中停留時間足以完成該反應(yīng)。
然而在臭氧漂白中，去木質(zhì)化(或漂白)反應(yīng)進行得如此之快使得約90-95%在疏解機和第二室之間的輸送室內(nèi)完成，既使輸送室通常相當(dāng)小(如下面闡述)也是如此。這樣，一些紙漿萬一停留在輸送線中比其它物料長幾秒鐘，它會成為過分漂白的并遭受纖維素纖維的降解。同樣，一些紙漿萬一向前排放比其它快，它會漂白不足并且不能達到所希望的白度。
這些考慮要求混合葉片如此設(shè)計使得木漿的“活塞式流動”不受旋轉(zhuǎn)體的作用干擾，而且軸向輸送紙漿實現(xiàn)混合室內(nèi)無“返混”或“前混”(分散)。
第二個缺點是混合器的轉(zhuǎn)動引起使紙漿壓到混合器的壁上的離心力，為試劑氣體留下一條暢通的路徑，經(jīng)過該路徑無明顯接觸紙漿。
前面闡述了存在于現(xiàn)有的提供氣態(tài)試劑與紙漿接觸的設(shè)備中的已知的局限。因此，顯然如果提供一種可供選擇的導(dǎo)致克服上面提出的一種或多種局限的設(shè)備將會是有利的。從而，提供一種適宜的可供選擇的裝置，下面將更充分地描述所包括的特征。
本發(fā)明的一個方面是通過使用一個提供紙漿和氣態(tài)漂白劑之間的緊密接觸的接觸器完成的，所述接觸器包括一個細長的基本上為圓筒形的室，該室有一個紙漿和氣態(tài)漂白劑的入口和出口;一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸，該軸沿該室的軸向中心線延伸;安裝在該旋轉(zhuǎn)軸上的裝置，該裝置用于徑向擾動紙漿以保持紙漿在圓筒形室的相繼的橫斷面內(nèi)基本上均勻分布;和用于調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑的流動的裝置，所述流動用于將紙漿經(jīng)該接觸室輸送至出口。
前述和其它方面將由下列對本發(fā)明的詳細描述和附圖變得明顯。


圖1是一個漂白系統(tǒng)的整體的不完全的示意圖，闡明在操作環(huán)境中的本發(fā)明的接觸器;
圖2是該接觸器的一個實施例的側(cè)面剖視圖，表示其關(guān)鍵的操作特征;
圖3是一個從圖2的線3-3觀看上游的端部剖視圖;
圖4是一個如圖3的視圖，表示帶紙漿負載操作的接觸器;
圖5是一個不完全的側(cè)面剖視圖，表示一種可供選擇的接觸器葉片/臂的組裝結(jié)構(gòu);
圖6是一個如圖5所示的視圖，表示第三種可供選擇的接觸器葉片/臂組件的設(shè)計;
圖7是一個表示氣體流速和紙漿經(jīng)過本發(fā)明的接觸器的輸送速度之間的關(guān)系的示意圖。
圖1表示一個紙漿漂白系統(tǒng)，該系統(tǒng)用一種氣態(tài)試劑漂白高稠度紙漿。該紙漿在該試劑/載氣混合物存在下在一疏解機10中疏解，并進入接觸器50的入口52。在經(jīng)過接觸器50后，該紙漿和氣體混合物經(jīng)過排放出口58并進入最后的反應(yīng)器100。圖中該系統(tǒng)的構(gòu)件的相對位置的選擇是出于容易闡述的目的，實際上并不打算限定這些組件的位置。
如圖2和3所示，接觸器50由一個基本上是圓筒形的室60構(gòu)成，該室有一個旋轉(zhuǎn)軸54，該軸54沿該室60的軸向中心線延伸。一些臂55由軸54徑向向外伸展并且在其外端帶有鏟形葉片56。葉片56成形為前沿緊接著室60的壁以避免當(dāng)將紙漿提起離開壁時壓緊紙漿，而且后沿向內(nèi)傾斜以在橫截面內(nèi)徑向向內(nèi)并向軸54拋擲疏解的紙漿。該臂和葉片被制成為無傾斜的，以致于它們不能驅(qū)動紙漿向前或向后而僅僅使紙漿從該壁向內(nèi)。這種“無傾斜”設(shè)計顯著地降低了紙漿在接觸室內(nèi)的分散，并改進了接觸時間的均勻性，葉片的“只徑向”拋擲的行為有效地抵銷了由于轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力，并導(dǎo)致紙漿的相當(dāng)均勻的分散，經(jīng)過室60的徑向長度。紙漿只由經(jīng)過室的氣流從入口52輸送至出口58。葉片56以對稱方式安到兩臂55上以避免對紙漿懸浮液的任何軸向向前或向后的不平衡的影響。這還通過在每個葉片的兩個軸向末端提供支撐而增加強度和剛性。由于改進了強度和剛性這種葉片承受軸向不對中。這還允許使用較薄和較輕的臂，這種臂對疏解的紙漿經(jīng)過接觸器的流動的干擾較小。
葉片56的接觸紙漿的面是彎曲的或直的。在兩種情況下，葉片的該面在其前沿的角度是非常重要的。對于彎曲的葉片，出于結(jié)構(gòu)強度考慮的最小的實際角度為約10度，該角度是與葉片的末端位置在接觸器運行期間限定的圓的切線形成的角度。從而該葉片可以向內(nèi)彎曲以使它的后部角相對相同的切線達到約35度的角。直葉片要求接觸面設(shè)置在與所述切線形成約15度和25度之間。
臂55和葉片56設(shè)置在軸54上并一般只間隔開足以使它們不會產(chǎn)生相鄰臂和葉片的重疊。在特殊場合，由于接觸器性能的要求，允許間隔等于一個葉片的軸向長度的1/4至1/2。如下所述，因為多個葉片在一個平面上運轉(zhuǎn)傳遞的旋轉(zhuǎn)運動太多，而對疏解的紙漿的提升運動不夠，對于較小直徑的機器，重要的是只有一個臂55和葉片56設(shè)置在軸54的每個軸向位置上。葉片56和臂55安置在軸54上的不同角度的位置上以平衡旋轉(zhuǎn)并阻止振動。
圖4表示鏟形葉片56對接觸器50中的疏解的高稠度紙漿的作用。雖然紙漿落到60的底部，葉片56連續(xù)地將它鏟起并將它向上和向內(nèi)拋擲，在橫截面內(nèi)拋向該軸，從而使粒子75沿橫向飛行路徑經(jīng)過該室。在該飛行過程中，由試劑氣體混合物流軸向向前攜帶室60中的紙漿粒子75直至它們再次碰到室壁并被摩擦停止。這樣紙漿粒子75以一系列短的氣體載過的躍進距離軸向經(jīng)過該室直至它們到達排放出口58并沉積到最后反應(yīng)器100中，在該反應(yīng)器中漂白反應(yīng)的低速率部分進行到它的實際上的極限。所述的輸送機械已用實驗確認，實驗使用具有透明壁的接觸器室，在正常運行過程中同時停止紙漿進料和軸的轉(zhuǎn)動。紙漿懸浮液停止轉(zhuǎn)動并落到該室的底部，裝填該室至1/3和1/2滿的高度。(紙漿靜止時堆積密度為每立方英尺約3.0磅干纖維，同時在正常的接觸器操作過程中運動時的堆積密度為每立方英尺約1.2磅干纖維。)雖然保持著氣流，但紙漿不再向前運動直至旋轉(zhuǎn)器重新啟動。當(dāng)氣流和紙漿進料停止而旋轉(zhuǎn)器仍旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)的紙漿懸浮液繼續(xù)充填該室但不向前或向后運動。這表明葉片56和臂55的“無偏流”操作并確認氣體實現(xiàn)可控制地輸送經(jīng)過接觸器50。
圖5表示一種每個葉片56對稱地安到一個單臂55上的接觸器50。這是一種葉片/臂組件的可供選擇的實施例，該例提供實際上的凈效果無偏離的紙漿拋擲。作為整體，紙漿沒有受到來自葉片的輸送偏流作用;然而由于紙漿粒子從葉片的軸向端下降有輕微程度的局部向前和向后分散。由于該原因，圖2的雙臂設(shè)計是優(yōu)選的。
圖6所示的可供選擇的實施例與關(guān)于圖5所述的實施例相同，但不同之處為葉片56在一個端部處連接到臂55上以在超過葉片的投影的方向上產(chǎn)生輕微的輸送偏離。這還被認為是歸因于紙漿從偏置的葉片56的自由端的一些軸向向前散落。這在設(shè)置氣體流量需要的范圍方面是最有用的，所述需要是為了在不同尺寸的室中所希望的紙漿輸送速率。葉片56的偏置表示為下游，但它還可為上游，這種設(shè)計會產(chǎn)生稍微的上游偏流。對于給定的生產(chǎn)噸數(shù)速率，用給定尺寸的設(shè)備，和給定濃度的試劑氣體混合物，確定接觸器中紙漿的最佳停留時間或截留時間。通過改變?nèi)~片56的偏置，改變偏流程度，而且作為該傾斜改變的一個結(jié)果，為該紙漿截留時間所需的氣體流量也改變。
對于一個15英寸直徑的接觸器在產(chǎn)率為30TPD(噸/天)時氣體流速與紙漿輸送速度的關(guān)系圖示于圖7中。如圖7所示，一般來說紙漿輸送經(jīng)過該接觸器的速度近似為試劑氣體混合物速度的1/10。這是由于每次紙漿粒子飛行中它們碰撞到室壁上的中斷所致。當(dāng)然，如果沒有該速度差別，漂白反應(yīng)會更不均勻和效率更低，正如所述的，由葉片56引起疏解的紙漿粒子的橫向飛行期間完成的氣載的躍進方式進行紙漿輸送。由于紙漿的向前的軸向運動只在那些飛行期間發(fā)生，顯然，對于給定的氣體流速，紙漿輸送速率與旋轉(zhuǎn)器速度成正比或與紙漿粒子由于葉片作用而飛行的時間長短成正比。
下面是一個典型的木漿漂白反應(yīng)實例，用臭氧作為氧氣載體中的試劑氣體將紙漿以每天500噸(每分鐘694磅干纖維)的速率送入疏解機10中。將由如在氧氣載氣中的濃度為1 3/4 %的臭氧組成的氣態(tài)試劑通過閥102和管120注入疏解機中，在該機中它與紙漿混合。紙漿和氣體經(jīng)入口52進入接觸器50并一起經(jīng)過出口58進入最終反應(yīng)器100。對于一個3 1/2 英寸直徑和11英寸長的接觸器，每分鐘60至90轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器速度約為最適宜的。在120°F，氣體流量約每分鐘6000立方英尺，得到氣體經(jīng)過接觸器的速度為約每秒10英尺。得到的紙漿流速為約每秒0.9英尺，產(chǎn)生的紙漿停留時間為12秒。
本發(fā)明消除了在用氧氣載氣中的臭氧漂白高稠度紙漿中遇到的許多困難。特別是由過分漂白和漂白不足引起的不均勻白度大大降低，所述降低是由氣體輸送紙漿經(jīng)過接觸器而提供的疏解的紙漿的活塞式流動和緊密接觸實現(xiàn)的。葉片和臂的無傾斜設(shè)計確保只有通過與輸送試劑氣體混合物緊密接觸紙漿才可以經(jīng)過該接觸器。設(shè)置用于平衡漂白氣體和載氣的體積流量的定量閥以產(chǎn)生所要求量的氣態(tài)漂白劑(該量由紙漿輸送和紙漿漂白需要確定)，能高度調(diào)節(jié)接觸器室內(nèi)的反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種用于紙漿和一種氣態(tài)漂白劑間接觸的接觸器，包括一個細長的基本上為圓筒形的室，該室有一個用于所述紙漿和所述氣態(tài)漂白劑的入口和出口；一個可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸，該軸沿所述室的軸向中心線延伸；安裝在所述可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸上的裝置，該裝置用于徑向拋擲所述紙漿以在所述圓筒形室的相繼的橫截面內(nèi)基本均勻地機械懸浮所述紙漿而不會提供任何紙漿輸送偏流；和用于調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑的流量的裝置，所述漂白劑用于將所述紙漿經(jīng)所述接觸器室輸送至所述出口。
2.權(quán)利要求1的接觸器，其特征是用于徑向拋擲所述紙漿的裝置包括一組葉片，每個所述葉片安裝在一個或多個臂上該臂連接到所述可旋轉(zhuǎn)的軸上，所述葉片前沿軸向定向于與所述室的一個壁平行并提供徑向提升力以將紙漿向軸拋擲。
3.權(quán)利要求1的接觸器，其特征是用于調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑的流量的裝置包括一個用于控制所述氣態(tài)漂白劑的體積流速的配合閥裝置。
4.權(quán)利要求3的接觸器，其特征是用于調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑的流量的裝置進一步包括用于將需要量的一種漂白氣體與一定量的載體結(jié)合的混合裝置以提供氣態(tài)漂白劑在一定的希望的濃度下的需要的體積流速。
5.一種紙漿漂白設(shè)備，有一個紙漿疏解機，一個漂白氣體和載氣供給裝置，一個接觸室，和一個與所述接觸室結(jié)合的床型最終反應(yīng)器，其改進之處包括一個可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸，該軸沿所述接觸器室的軸向中心線延伸，并且有裝在其上的裝置，該裝置用于在所述筒形室的相繼的橫向平面內(nèi)徑向拋擲所述紙漿而不會提供任何紙漿的輸送偏流;和用于將紙漿經(jīng)所述接觸室輸送至所述出口的裝置，該裝置通過調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑的流量來輸送。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征是用于徑向拋擲所述紙漿的裝置包括一組葉片，每個所述葉片安裝在一個或多個臂上，所述的臂連接到所述可旋轉(zhuǎn)的軸上，所述葉片有與所述室的一個壁平行的軸向定位的前沿并提供徑向提升力以使紙漿拋向軸并具有最少的軸向混合和所述紙漿無任何軸向輸送。
7.一種用于提供木漿和一種氣態(tài)漂白劑之間的均勻接觸的接觸器，包括一個有內(nèi)和外表面的細長的基本上為圓筒形的室;用于機械攪動所述紙漿以形成所述紙漿在所述室的徑向范圍內(nèi)的均勻的懸浮液而不會提供任何紙漿輸送偏流的裝置;和通過調(diào)節(jié)氣態(tài)漂白劑經(jīng)過所述室的流量來控制紙漿經(jīng)過所述室的輸送速度的裝置。
8.權(quán)利要求7的接觸器，其特征在于用于機械攪動所述紙漿的裝置包括沿所述室的軸向中心線延伸的一個可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸，所述軸有一組安到其上的徑向延伸的臂，和一個或多個葉片，所述每個葉片連接到至少一個所述徑向延伸的臂上并有一個與所述室的內(nèi)表面平行的軸向定位的前沿。
9.權(quán)利要求7的接觸器，其特征是用于控制紙漿經(jīng)過所述室的輸送速度的裝置包括混合裝置，用于將需要量的一種漂白氣體與一定量的載氣結(jié)合以提供氣態(tài)漂白劑在所希望的一種濃度下的需要的體積流速，和一個配合閥裝置，用于調(diào)節(jié)所述氣態(tài)漂白劑的體積流速。
10.一種用于改進木漿和一種氣態(tài)漂白劑間在一個紙漿漂白設(shè)備的紙漿接觸器室中的接觸均勻度的方法，包括提供一個沿所述室的中心軸延伸的可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸;在所述軸上設(shè)置一個或多個徑向延伸的臂并將一個葉片連到每一個或多個臂上，所述葉片有一個與所述室的一個壁平行的和軸向成一直線的前沿以提供給紙漿徑向提升力和將所述紙漿拋向軸，而無傳遞任何軸向輸送偏流;和將一定流量的氣態(tài)漂白劑引入接觸器室的一個入口并按一個給定的軸速度成比例地調(diào)節(jié)所述流量，以在一種產(chǎn)生所述接觸器中的所希望的停留時間的速度下輸送所述紙漿。
全文摘要
一種用于提供紙漿和一種氣態(tài)漂白劑之間的緊密接觸的接觸設(shè)備，有一個細長的基本上為圓筒形的室，該室有與混合容器成比例的內(nèi)徑和一個用于紙漿、載氣和氣態(tài)漂白劑的入口；一個可旋轉(zhuǎn)軸的沿該室的軸向中心線延伸經(jīng)過該室的軸；裝在可旋轉(zhuǎn)的軸上的裝置，用于在相繼的橫截面內(nèi)徑向拋擲紙漿以使紙漿在圓筒形室的徑向范圍內(nèi)保持基本上均勻的分布并具有最小的軸向混合；和進一步的裝置，用于調(diào)節(jié)氣體經(jīng)過入口的流量以輸送紙漿經(jīng)過該混合設(shè)備。該流量與在室內(nèi)提供已確定的紙漿停留時間成比例。
文檔編號B01F7/04GK1092833SQ93119919
公開日1994年9月28日 申請日期1993年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月18日
發(fā)明者L·A·卡爾史密夫, P·D·默菲, O·盧蒂 申請人:英格索爾-蘭德公司