NO146334B - Fremgangsmaate og innretning til fordeling og innblanding av gass og/eller vaeske i massesuspensjoner av hoey konsentrasjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning til fordeling og omblanding ved behandling av cellulosemasse, hvor masse av relativt høy konsentrasjon, fortrinnsvis over 5%, under sin fored-ling må få tilført og blandes med ett eller flere medier som behøves for behandlingen.

Hensikten med oppfinnelsen er å gjøre en slik fordeling og innblanding mest mulig effektiv, slik at mediet eller mediene for det første blir fordelt mest mulig jevnt i massesuspensjonen og jevn-heten for det annet sikres ved en omblanding av massesuspensjonen på en slik måte at selv en relativt liten mengde av et behandlingsmedium blir ensartet fordelt i og omkring massesuspensjonens enkelte partikler eller fibre.

Effektiviteten av en slik fordeling og blanding avhenger av mange faktorer, som f.eks. massens konsentrasjon i forhold til den mengde væske eller gass som skal tilsettes, oppløsligheten av den tilsatte væske eller gass i suspensjonsvæsken såvel som hastigheten av de tilsatte mediers reaksjon med massesuspensjonens bestanddeler. Generelt kan det sies at en innblanding av behandlingsmedier på en slik måte at disse fordeler seg jevnt i suspensjonen, blir vanske-ligere jo høyere massesuspensjonens konsentrasjon av faste stoffer eller fibre er, det vil med andre ord si jo mindre væske suspensjonen inneholder. Generelt kan det også sies at det jo raskere til-førte medier reagerer med massen, er desto viktigere at mediene blir innblandet så raskt og så jevnt som det i det hele tatt er mulig. Et slikt tilfelle forekommer f.eks. ved behandling av masse med klor i forbindelse med blekning av massen. Klor har spesielt rask initial-reaksjon med masse, og for ikke å spe ut massen med en uheldig stor mengde væske tilsetter man ofte klor som gass dispergert i en relativt liten væskemengde, noe som imidlertid i sin tur betyr at man kan få problemer med å fordele og innblande denne relativt lille mengde. En hensikt med oppfinnelsen er derfor å løse dette problem og også å løse de problemer som melder seg når massesuspensjonen har relativt høy konsentrasjon av fibre, fortrinnsvis over 5%, f.eks. ca. 8-12%, resp. omkring 10%.

I masseindustrien har man tidligere i forbindelse med blekning av massen helst utført behandlingen med klor ved en så lav masse-konsentrasjon som 3-4%, hovedsakelig på grunn av mekaniske vanskelig-heter med innblanding og fordeling, om man ser bort fra gassfase-klorering, hvor konsentrasjonen kan ligge i området 20-50%. Da massens konsentrasjon på de øvrige behandlingsstadier i industrielle blekerier normalt holdes omkring 10%, er det ønskelig også å kunne utføre behandlingen med klor ved denne konsentrasjon, så man kan be-nytte enhetlig utrustning i blekeriet. Spesielt har dette betydning for den vaskeapparatur som benyttes mellom behandlingstrinnene. Da behandlingen med klor som oftest inngår i begynnelsen av en bleke-prosess og massen derfor må inntyknes til en konsentrasjon av ca. 10% før den går videre til neste behandlingstrinn, lar det seg gjøre å oppnå besparelser og forenklinger hvis denne første klor-behandling også kan skje med omtrent samme høye konsentrasjon.

De ovennevnte forhold og ønsker blir tilgodesett ved den fore-liggende oppfinnelse, som foruten en fremgangsmåte også omfatter en innretning til utførelse av denne. Hva som er karakteristisk for oppfinnelsen, fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere under hen-visning til tegningen, som skjematisk anskueliggjør utførelses-eksempler.

Fig. 1 viser lengdesnitt av en egnet innretning.

Fig. 2 viser innretningen på fig. 1 i tverrsnitt etter linjen A-A, og

fig. 3 viser et eksempel på hvorledes to innretninger kan kobles sammen.

Innretningen på fig. 1 og 2 består av et hus 1 som har sirkel-rundt tverrsnitt , og hvori der kan rotere en konsentrisk anbragt rotor 2 drevet av en ikke vist motor. Huset 1 består av et sylindrisk parti 3, et konisk forparti 4 og et konisk bakparti 5. Rotoren består av et nav 6 festet til en aksel 7. Et antall medbringer-blader eller vinger 9 er festet til navet med armer 8. Akselen er lagret i et lagerhus 10 og avtettet mot utsiden med en egnet meka-nisk tetning eller pakkboks 11. Lagerhuset 10 er festet til huset med stag 12.

På fig. 2 ses en stuss 20, hvorigjennom massen strømmer inn i innretningen, og en stuss 21 for tilsetning av kjemikalier. Begge stussene 20 og 21 er anbragt på husets sylindriske parti 3 og kan være rettet tangensialt slik det er vist for stussen 20. I forhold til retningen av stussen 20 har rotoren en rotasjonsretning som vist med pilen 22. Etter behandlingen i innretningen strømmer massen ut gjennom en åpning 13 i det koniske forpartiet 4.

Innretningen på fig. 1 og 2 virker på følgende måte: Masse av en viss konsentrasjon, f.eks. 10-12%, tilføres innretningen i en kontinuerlig strøm gjennom stussen 20. Rotoren, som dreier seg med et bestemt, egnet omdreiningstall, setter den innkommende masse i kraftig rotasjon. Huset 1 er hele tiden fylt med masse, som så forlater innretningen gjennom utløpet 13. Rotorens vinger 9 er utført slik at den innkomne masse allerede ved inngangen til innretningen blir bragt til å rotere innenfor det sylindriske parti 3, som den innkomne masse slynges imot på grunn av sentrifugalkraften. Gjennom stussen 21 tilsettes et væskeformet behandlingsmedium eller f.eks. klorgass dispergert i en relativt liten mengde væske. Denne tilsatte væskemengde som tilføres periferisk i det sylindriske parti 3, vil fordele seg som et skikt ovenpå den like før innførte masse som roterer som et skikt mot husets sylindriske innerflate. Når masseskiktet med pålagt kjemikalieskikt har rotert rundt husets indre og er kommet tilbake til innløpet 20, vil et nytt skikt av masse legge seg utenpå det foregående, og et nytt skikt av kjemikalier vil legge seg utenpå dette skikt igjen. Dermed dannes gjen-tagne skikt som tvinges til å bevege seg radialt innover og aksi-alt utover mot utløpet 13 på grunn av husets dobbeltkoniske form.

Er det ønskelig å fordele kjemikaliene eller å tilsette flere kjemikalier, kan flere stusser 21 plaseres etter hverandre på det sylindriske parti 3.

Det har ved praktiske forsøk vist seg at massen under bevegel-sen i husets indre fra det sylindriske parti ut gjennom det koniske parti mot utløpet undergår en intens blanding, som hovedsakelig kan tilskrives den sammentrengning som foregår i det konisk konverge-rende rom, samtidig som friksjonen mot husets innervegger bremser rotasjonen, mens rotasjonen i rommets sentrale deler går videre, så der oppstår en intens virvel med innad tiltagende omdreiningstall. På grunn av disse forhold inntrer der forskyvninger mellom masse-skiktene, og den tilsiktede blandevirkning inntrer.

På fig. 3 er to prinsippielt identisk like innretninger sammenkoblet på en spesiell måte som har vist seg meget gunstig ved praktiske forsøk. Innretningene er koblet sammen med innløp mot innløp, det vil med andre ord si at innløp 32 og utløp 33 hos den første innretning 30 har ombyttede funksjoner, idet massen tilføres innretningens koniske parti og forlater den gjennom et tangensialt utløp som er sammenkoblet med den annen innretnings normale, tangensiale innløp. Det er selvsagt også mulig å koble innretningene i serie på mer konvensjonell måte slik at massen pumpes inn i det tangensiale innløp til den første innretning og forlater denne gjennom dens koniske parti, som da er koblet til det tangensiale innløp til neste innretning, hvor massen går ut gjennom det koniske utløp. Avhengig av antall ønskede kjemikaliebehandlinger er det selvsagt mulig å koble flere innretninger sammen på den førstnevnte eller den sist-nevnte måte. En behandling som i de senere år er blitt meget van-lig, er sekvensklorering, hvormed menes at et klorholdig medium, f.eks. klordioksyd, i viss mengde tilsettes massen før den egentlige klorering. En slik prosess kan anvendes på en effektiv måte om to innretninger kobles sammen på den måte som er vist på fig. 3. Gjennom et innløp 31 anordnet på det sylindriske parti av den første innretning 30, kan der da f.eks. pumpes inn en klordioksydoppløsning. Oppløsningen kan også tilsettes tidligere i massestrømmen, f.eks. i det koniske parti etter innløpet. Kloroppløsningen, eller klorgassen dispergert i væske, tilsettes annen innretning gjennom stussen 34.

En innretning ifølge oppfinnelsen har vist seg meget effektiv, noe som er overraskende når man tar det relativt lille volum i be-traktning. Det er sannsynlig at de overraskende gode fordelings- og blandingsresultater for en stor del beror på at massesuspensjonen blir satt i en relativt kraftig rotasjon med en lineær omkretshas-tighet som ligger ved eller i nærheten av den hastighet hvor massesuspensjonen blir fluidisert og forlater sin viskoelastiske tilstand. Denne hastighet varierer med forskjellige massetyper, suspensjons-væske og antagelig også med massens innhold av gassblærer.

En meget aktuell anvendelse av oppfinnelsen består i å gjøre bruk av prinsippet i forbindelse med oksygengass-lignifisering av massen, hvor det er mulig å anvende en eller flere innretninger ifølge oppfinnelsen for å blande inn den nødvendige mengde oksygengass. Da oksygengass imidlertid løser seg meget langsomt i vann, kan massesuspensjonen hensiktsmessig tilføres et oppholdskammer,

en reaktor, etter fordelingen og innblandingen av gassen. Videre kan oppfinnelsen meget godt tenkes anvendt også ved forhøyet trykk, som det f.eks. vil være tilfellet i forbindelse med G^-delignifise-ring.

En annen anvendelse av oppfinnelsen kan være i forbindelse med tilførsel av kjemikalieoppløsninger til masse, hvor kjemikaliene er oppløst i store mengder væske på grunn av svak oppløslighet, å til-føre masse av høy konsentrasjon, f.eks. 40%, og siden fordele og innblande under samtidig utspedning av massen til f.eks. 10%. Da en slik høykonsentrert masse normalt ikke lar seg pumpe, kan man tenke seg å la innretningen ha vertikalt innløp som massen så å si kan falle ned i. Forøvrig er oppfinnelsen uavhengig av om innretningen har horisontal eller vertikal akse.

Oppfinnelsen kan belyses ytterligere ved de følgende praktiske utførelseseksempler, hvor to innretninger er sammenkoblet som vist på fig. 3. Under forsøkene utgjordes jnassen av normal bjerkesulfat-masse, og massemengden som ble tilført innretningene, lå mellom 50

og 80 tonn/døgn. Under forsøkene ble klordioksydoppløsning tilført

den første innretning og dispergert klorgass tilført den annen innretning svarende til et totalt klorforbruk på 3,6 vektprosent i for hold til massen. Massen hadde en konsentrasjon mellom 8 og 12% slik den kom fra kokeri og vaskeri. Massen ble pumpet til innretningen

ved hjelp av en tykkmassepumpe, og etter klorbehandlingen fortsatte massen til bunnen av et 10 m høyt bleketårn med innbyggede konti-nuerlige vaskeinnretninger av diffusørtype. Innretningenes rotorer ble kjørt med ca. 250 o/min, noe som ved den aktuelle apparatstør-relse med største innvendige diameter 800 mm svarte til en omkrets-hastighet på ca. 10 m/s i det sylindriske parti. Energiforbruket var 8 kWh pr. tonn masse. Massens temperatur lå under forsøkene mel lom 40 og 60°C, noe som er en usedvanlig høy temperatur for klorering, som ellers normalt foregår ved værelsestemperatur, dvs. ca. 18-25°C. Den høye temperatur er imidlertid en følge av at sys-temet var lukket, og innvirker selvsagt på hastigheten av kjemi-kalienes reaksjon med massen. Dette ble bekreftet ved prøver som ble tatt, og som viste at så godt som alt klor ble forbrukt under passasjen gjennom innretningene med en senkning av kappa-

tallet fra 18 til 4. Uttatte prøver viser at massens styrkedata er overordentiig gode med sliteindeks ved 35°SR på 100-105 kNm/kg og riveindeks ved 35°SR på 8,0-7,5 Nm /kg samt med viskositets-senkning innen normale grenser, nemlig 1150-1070 SCAN C 15. Om man tilsetter klorgassen uten først å dispergere den i væske,

blir resultatet det samme, og man unngår den lille utspedningen av massen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig å fordele og blande masse av høy konsentrasjon, fortrinnsvis over 5%, med minst én behandlings-væske og/eller behandlingsgass, karakterisert ved at masse kontinuerlig tilføres en innretning hvori der meddeles den en rask sirkulær bevegelse innenfor en konsentrisk begrensnings-flate (3), gjennom hvilken behandlingsmediet eller -mediene periferisk (21) og kontinuerlig tilføres massen på en slik måte at behandlingsmediet eller -mediene blir fordelt i et hovedsakelig jevnt skikt over det masseskikt som befinner seg i bevegelse nærmest over-flaten, og at massen deretter blandes med det eller de fordelte medier ved at dens sirkulære bevegelse går .over i en virvelbevegelse med avtagende diameter mot et utløp (13), hvorigjennom massen ved hovedsakelig opphørt virvelbevegelse kontinuerlig føres bort fra innretningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der anvendes et eller flere behandlingsmedier som inneholder klor.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at der som behandlingsmedier anvendes klordioksyd og klor.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at klordioksyd og klor tilsettes massen gjennom separate innløp.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at der anvendes adskilte innløp (31, 34) som befinner seg i adskilte fordelings- og blandeinnretninger.

6. Innretning til kontinuerlig fordeling og blanding av masse av høy konsentrasjon, fortrinnsvis over 5%, med minst én behandlings-væske og/eller behandlingsgass, egnet for utførelse av en fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav og hovedsakelig bestående av et lukket hus (1) som er forsynt med innløp (20) og utløp (13) for masse samt innløp (21) for kjemikalier, og hvori der kan rotere en dreven rotor (2) forsynt med medbringere eller vinger (9), karakterisert ved at huset (1) har et konsentrisk innvendig rom med et sylindrisk parti (3), innenfor hvilket rotorens vinger (9) passerer, og som mot det ene hold går over i et konisk parti (4) som ender i et konsentrisk masseutløp (13), og mot det annet hold går over i en vegg, fortrinnsvis i en mot rommet innragende, konisk vegg (5), gjennom hvis sentrale parti rotorens akse (7) er ført gjennomgående og avtettet (11), samt at såvel masseinnløp (20) som kjemikalieinnløp (21) er anordnet på det sylindriske parti.

7. Innretning som angitt i krav 6, karakterisert ved at masseinnløpet (20) er anordnet tangensialt på det sylindriske parti (3), og at minst ett kjemikalieinnløp (21) er anordnet like etter masseinnløpet (20), regnet i rotasjonsretningen.

8. Innretning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at dens masseinnløp (20) direkte eller via et kort tilslutningsstykke er tilsluttet masseinnløpet (32) på en hovedsakelig identisk innretning (30) med den forskjell at innretningens normale innløp (32) og utløp (33) for masse har motsatt funksjon.

9. Innretning som angitt i krav 8, karakterisert ved at de sammenkoblede innretninger har hvert sitt kjemikalie-innløp (31, 34), og at, regnet i massens strømningsretning, det første innløp (31) er innløp for klordioksydoppløsning og det annet (34) er innløp for kloroppløsning, klorgass eller dispergert klorgass.