SE501894C2 - Förfarande och anordning för inmixning av fluid i en massasuspension - Google Patents

Description

35 501 894 2 Problemet med nu kända anordningar för ozonblekning av massasuspensioner, är härvid att det möjliga reaktions- trycket begränsas av kompressorernas kapacitet. I ett exempel taget från en nu existerande anordning, arbetar kompressorerna vid 10 bar övertryck. Trycket i mixern kan då i praktiken ej överstiga 7-8 bar övertryck för att ej vid minsta störning riskera förregling av kompressorerna.

Inmixningen sker idag vanligen genom att massasuspen- sionen bringas i rotation med hjälp av en rotor omgiven av en koaxiell stator, varvid gasen tillföres i periferin av den roterande massasuspensionen, där mottrycket för kompressorerna är som störst.

UPPFINNINGENS SYFTE Syftet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovan nämnda problem genom att framtaga ett förfarande och en anordning som gör det möjligt att tillsätta fluiden, exempelvis i form av ozonhaltig gas, vid ett lägre tryck än anordningens reaktionstryck.

TEKNISK LösNING Ovan nämnda syfte uppnås genom att uppfinningen till- handahåller ett förfarande och en anordning för inmixning av ozonhaltig gas i en massasuspension av ett cellulosa- haltigt fibermaterial, enligt efterföljande patentkrav 1 och 11.

Den genom uppfinningen föreslagna lösningen innebär således i korthet att fluiden tillföres i anslut- ning till den roterande massasuspensionens centrum, där det lokala trycket i massasuspensionen på grund av den radiellt utåt ökande centrifugalkraften är lägre än det vid massasuspensionens periferi rådande reaktionstrycket. 10 15 20 25 30 501 894 Lösningen gör det möjligt att höja det tidigare av komp- ressorerna begränsade reaktionstrycket, med bibehållen kompressor. Alternativt kan en mindre, avsevärt billigare kompressor användas med bibehållet reaktionstryck i anordningen.

Uppfinningen erbjuder därför stora fördelar jämfört med tidigare känd teknik.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till medföljande ritningar, på vilka: Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 3 och 4 visar en längsgående snittvy av en första utföringsform av uppfinningen, visar en snittvy av en andra utförings- form av uppfinningen, visar exempel på strömningspåverkande organ på statornhusets insida, visar en tredje utföringsform av uppfin- ningen, visar en fjärde utförningsform av uppfin- ningen, visar ett diagram över den så kallade gas/vätskekvoten\Q/Vlsom funktion av satsningstrycket p, 10 15 20 25 30 35 501 894 Fig. 8 visar en tillämpning av uppfinningen, där två ozonmixningsanordningar seriekopplats så att en recirkulering av ozongas möj- liggöres.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I fig. l visas en första utföringsform av uppfinningen, där anordningen väsentligen innesluts av ett statorhus 1 indelat i en cylindrisk sektion 2 samt en konisk sektion 3. Statorhuset l uppvisar vidare två ändgavlar 4 respek- tive 5. Inuti statorhuset l är en rotor 7 belägen, vilken är koaxiell med statorhuset 1. En virvelkammare 9 är vid sin ena ände fast förbunden med rotorn 7 medelst en mutter 10, och vid sin andra ände fast förbunden med en stödlagringsaxel 12. Virvelkammaren 9 och nämnda stöd- lagringsaxel 12 är båda koaxiella med rotorn 7. Rotorn 7 är i sin tur fast förbunden med en central utgående axel 13 ansluten till en ej visad drivenhet, exempelvis i form av en elmotor. Virvelkammaren 9, rotorn 7 och de båda axlarna 12 och 13 utgör härvid anordningens roterande del, vilken är lagrad i lagerhusen 14 respektive 15. Ett massainlopp 17 är tangentiellt anslutet till statorhusets 1 koniska sektion 3, så att massasuspensionen matas in i pilens 18 riktning. På motsvarande sätt är ett massaut- lopp 20 tangentiellt anslutet till statorhusets 1 cylind- riska sektion 2, så att den färdiga massablandningen matas ut i pilens 21 riktning. Stödlagringsaxeln 12 är ihålig och inrymmer ett centralt fluidinlopp 23 vilket utmynnar i virvelkammarens 9 centrum. Statorhuset 1 är avtätat mot axlarna 12 och 13 medelst packboxar 25, 26 vid ändgavlarna 4 respektive 5.

Virvelkammarens 9 utsida är vidare försedd med utskjutan- de, svagt spiralvridna vingar 28 för fluidisering av den 10 15 20 25 30 35 5o1,s94 5 genom massainloppet 17 inmatade massasuspensionen.

Massasuspensionen matas således in via massainloppet 17 i den koniska sektionen 3 av statorhuset 1 och accelereras upp till fluidiserat tillstånd medelst vingarna 28 på virvelkammarens 9 utsida under det att den matas ut mot den koniska sektionens 3 största diameter 11, där den bringas att vika av mot en gavelyta 30 och in i virvel- kammaren 9, där en virvel bildas vid passage av en konisk yta 31 i virvelkammaren 9. Fluiden tillföres samtidigt axiellt i virvelns centrum genom fluidinloppet 23.

I en alternativ, ej visad utföringsform kan emellertid fluiden även tillföras radiellt i virvelns centrum genom radiella kanaler vid fluidinloppets ände.

Virveln och fluiden rör sig nu inom virvelkammaren 9 till höger i figuren och strömmar ut ur virvelkammaren 9 genom radiella öppningar 33 i virvelkammarens periferi. Öpp- ningarna 33 är belägna i anslutning till virvelkammarens 9 fasta infästning med rotorn 7, och fluid-massabland- ningen tränger nu in i statorhusets 1 cylindriska sektion 2, vilken är avskild från den koniska sektionen 3 med hjälp av en gavel 34 på virvelkammaren 9. En intensiv mixning sker nu i den ringspaltformiga kanal 35 som definieras mellan rotorns 7 och statorhusets 1 cylindris- ka sektion 2. I syfte att förstärka turbulenseffekten och flocknedbrytningen i den genomströmmande fluid-massa- blandningen är statorhuset 1, alternativt rotorn 7, för- sett med strömningspåverkande organ, vilka pga ringa storlek ej framgår i fig. 1, men som visas uppförstorade i fig. 3 och 4, i form av slitsar 37 i statorhusets 1 insida. Slitsarnas dimensioner är härvid 30x5x1 mm (längd x bredd x djup). Alternativt kan slitsarna 37 ersättas med utskjutande bommar, vilkas dimensioner företrädesvis är omkring 30x5x5 mm (längd x bredd x höjd). 10 15 20 25 30 501 894 I anslutning till massautloppet 20 är en gasseparator 40 belägen för avskiljning och bortförsel av, i detta exempel oförbrukat ozon och inert bärgas från den ut- gående massaströmmen. Gasseparatorn 40 innefattar ra- diella avgasningsfluidiseringsblad 41 infästa på rotorn 7 i anslutning till det tangentiella massautloppet 20. Med hjälp av avgasningsfluidiseringsbladet 41 tvingas den utgående massan med hjälp av centrifugalkraften ut genom massautloppet 20, och de kvarvarande gaserna, dvs. oför- brukat ozon och inert bärgas, leds ut genom en längs rotorns 7 axel 13 löpande evakueringskanal 42, vilken utmynnar i ett avgasningshus 43 beläget i anslutning till statorhusets 1 ändgavel 5. Avgasningshuset 43 är försett med en utgående tangentiell ledning 45 för recirkulation av nämnda gaser i processen.

Genom att på det beskrivna sättet tillföra fluiden i virvelns, eller mer allmänt den roterande massasuspen- sionens rotationscentrum, utnyttjas det faktum att det lokala statiska trycket i massasuspensionen på grund av den radiellt utåt ökande centrifugalkraften är lägre i anslutning till rotationscentrum än vid massasuspensio- nens periferi. Anordningens reaktionstryck, dvs det maximala tryck vid vilket effektivast möjliga inmixning erhålles i anordningen, råder i den ringspaltformiga kanalen 35, där den intensivaste inmixningen sker enligt ovan. Den ringspaltformiga kanalen 35 kan härvid anses ligga i den roterande massasuspensionens periferi i förhållande till dess rotationscentrum. Uppfinningens grundidé är således att möjliggöra tillförsel av fluid, såsom i detta fall ozonhaltig gas, vid ett lägre tryck än anordningens reaktionstryck. 10 15 20 25 30 35 501 _8911 En andra utföringsform av uppfinningen illustreras i fig. 2. Denna utföringsform har ett stort antal delar vilkas funktion huvudsakligen överensstämmer med den första utföringsformen i fig. 1, varför sådana delar här beteck- nas med samma hänvisningssiffror som redan använts i samband med beskrivningen av den första utföringsformen.

Anordningen inneslutes härvid huvudsakligen av ett cylindriskt statorhus 1 i vars gavelparti 51 en rotor 7 via en ej visad axel är lagrad. Rotorn 7 drivs av en extern, ej visad drivenhet, exempelvis en elmotor, och är uppbyggd av en cylindrisk hålaxel 52 samt fyra stycken på hålaxelns 52 utsida infästa, vingar eller rotorblad 28.

Anordningens övriga delar kommer nedan att introduceras under nedanstående beskrivning av anordningens funktion.

Massasuspensionen pumpas in genom ett tangentiellt massainlopp 17 i en injektkammare 54 i statorhuset 1, försättes i rotation och accelereras upp till fluidiserat tillstånd med hjälp av rotorns 7 vingar 28 och matas samtidigt vidare genom ett i matningsriktningen diverge- rande koniskt parti 55 i injektkammaren 54, varefter den fluidiserade massasuspensionen strömmar in i en virvel- kammare 9 vilken koniskt konvergerar i matningsriktningen så att en cykloneffekt uppstår. Den då uppkomna virveln ger en lokalt kraftig, statisk trycksänkning. Virvelkam- maren 9 är tillsluten i anslutning till den koniska ytans spets, varför massasuspensionen, under virvelrörelse, tvingas ändra riktning och strömma in i rotorns 7 hålaxel 52. Fluiden tillföres samtidigt i virvels centrum, där trycket är som lägst, via det centrala fluidinloppet 23.

Rotationshastigheten hos virveln är härvid en funktion av rotorhastigheten, geometrin och genomströmmande flöde.

Utförda prov har visat att rotationshastigheten kan ligga i storleksordningen 10.000 rpm och ge en lokal trycksänk- ning av 5-6 bar under rådande reaktionstryck. Fluiden och 10 15 20 25 30 35 501 894 8 massablandningen passerar sedan genom avlånga hål 33 i rotorns 7 hålaxel 52 ut till en mixningskammare 57, där ett pumphjul 58 finns. Interncirkulationerna i mixnings- kammaren 57 skapar en god mixningseffekt samtidigt som det höga reaktionstrycket kan bibehållas. I de fall där processen kräver ytterligare agitering under reaktionsti- den kan den beskrivna anordningen exempelvis anslutas till någon form av statisk mixer, varigenom tryckfallet kan tillgodogöras i form av mixningseffekt. Den färdiga fluid-massablandningen matas slutligen ut genom ett tangentiellt massautlopp 20. Genom en central spridar- kropp 24 belägen vid fluidinloppets 23 mynning, ges den axiellt inströmmande fluiden även en radiell rörelsekom- ponent, vilket ger en gynnsam inblandning i virveln av fluidiserad massasuspension. Spridarkroppen 24 kan även göras axiellt förskjutbar, varvid den spaltarea som bildas mellan spridarkroppens 24 koniska yta och fluidin- loppets 23 cirkulära mynning, kan varieras i syfte att reglera fluidflödet in i virvelkammaren 9.

I fig. 5 visas en tredje utföringsform av uppfinningen, där en befintlig mixerutrustning användes, varvid fluiden tillsättes genom en för uppfinningen modifierad ihålig axel i densamma. Härvid har den befintliga mixern 62 ett axiellt massainlopp 17 till höger i figuren samt ett tangentiellt massautlopp 20. Mixern 62 är utrustad med en rotor 7, här i form av en schematiskt streckad axel, samt ett till rotorn 7 infäst pumphjul 58. Rotorn 7 och pump- hjulet 58 kan i analogi med föregående utföringsformer sägas vara innesluten av ett statorhus 1. I syfte att kunna tillämpa uppfinningen genom att modifiera den befintliga mixern 62, görs rotorns 7 axel grövre och ihålig så att en kanal 60 löper centralt genom rotorn 7, där kanalen 60 mynnar ut genom rotorns raka del via borrade hål 61 av relativt stor diameter för att ej sättas igen av massasuspensionen. Risken för att kanalens 10 15 20 25 30 35 501 8_94 9 60 hål 61 igensättes är emellertid liten eftersom massa- suspensionens rotation kastas massan bort från hålens 61 mynningar. I den visade utföringsformen drivs rotorn 7 med hjälp av en elmotor 65 via en kilremsväxel 66, vilket gör det möjligt att placera fluidinloppet 23 i änden på rotorns 7 axel såsom framgår av figuren.

I fig. 6 visas en befintlig mixer 62, identisk med den som visats i fig. 5, där fluidinloppet 23 är tangentiellt anslutet till kanalen 60 via en mekaniskt avtätad sats- ningsbox 68. Denna utföringsform lämpar sig väl då ro- torns 7 axel drivs direkt med en extern elmotor (ej visad).

I ett praktiskt tillämpningsfall har det visat sig att man med hjälp av en utföringsform enligt fig. 5 eller 6 gör det möjligt att höja reaktionstrycket med omkring 2 bar, från omkring 7-8 bar till 9-10 bar. Detta kan tyckas vara en marginell vinst, men dess betydelse framgår tydligt i fig. 7 där ett diagram över den så kallade vätske/gaskvoten V;/V1 (m3 gas/ma vätska) som funktion av satsningstrycket p, vid en ozonsatsning på 4 kg 03/ADMT och olika ozonkoncentrationer (5-10 %). I diagrammet framgår att gas/vätskekvoten Vš/Vi planar ut i just detta förhöjda tryckområde (9-10 bar), varvid man i detta tryckområde uppnår närmast optimal inmixningseffekt, där ytterligare tryckförhöjning ej märkbart skulle förbättra resultatet.

I fig. 8 visas slutligen en synnerligen fördelaktig tillämpning av uppfinningen, där massasuspensionen via ett massainlopp 17 matas in tangentiellt i en första mixer A försedd med virvelkammare 9 enligt den beskrivna första utföringsformen i fig. 1. Massasuspensionen matas därefter ut genom det tangentiella massautloppet 20 för att därpå matas in i det tangentiella inloppet l7b till 10 15 20 25 30 501 894 10 en andra mixer B, varefter massasuspensionen matas ut genom den andra mixerns tangentiella utlopp 20b. Såväl mixern A som mixern B är härvid försedda med gasseparato- rer 40a respektive 40b i anslutning till sina massautlopp 20a respektive 20b. Gasflödet i anordningen löper på följande sätt: högkoncentrad ozongas tillsättes till det tangen-tiella gasinloppet 23b till mixern B via den ingående ledningen 70. Efter mixerpassagen avgasas massa- suspen-sionen i gasseparatorn 40b. Den separerade gasen matas ut genom en ledning 71 och styrs medelst manipule- ring av ventilerna 72 och 73 antingen in i ledningen 74, vilken leder till det centrala gasinloppet 23a i mixer A, eller via ledningen 75 vidare till en ej visad extern skrubberenhet. Vid det första alternativet matas således gasen in till mixer A. Denna fördelaktiga inmatning av separerad gas möjliggöres genom det låga centrumtryck som råder vid mixerns A centrala gasinlopp 23a enligt upp- finningen. Den gas som sedan separeras från mixern A i gasseparatorn 40a leds ut via ledningen 78 till den tidigare nämnda skrubberenheten. Ledningen 70 för till- sättning av högkoncentrerad ozongas till mixer B är även förbunden med en avgreningsledning 79 vilken kan öppnas eller stängas med hjälp av reglerventilen 80. Härvid kan ozongas vid stängning av ventilen 72 och öppning av ventilen 80 direkt matas från ledningen 70 via ledningen 79 och in i mixern A via ledningen 74 om så önskas.

Gastillförseln till mixerns B gasinlopp 23b kan vidare öppnas och stängas med hjälp av en reglerventil 81.

Genom att mixern A har centralt gasinlopp 23a enligt uppfinningen, skapas således en möjlighet att återcirku- lera gasen från mixern B, som är en mixer av mer kon- ventionell typ med tangentiellt gasinlopp 23b, där sys- temstrycket är lika med det maximala reaktionstrycket 10 501 _894_ ll även vid gasinloppet. Genom en sådan seriekoppling uppnås stor flexibilitet i satsning av färsk ozongas samt recir- kulation av inertgas och restozongas. Härigenom kan även gas-massaförhållandet regleras.

Föreliggande uppfinning är ej begränsad till ovan be- skrivna och på ritningarna illustrerade utföringsformer, utan kan fritt varieras inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (21)

10 15 20 25 30 501 894 12 Patentkrav

1. Förfarande för inmixning av fluid i en massa- suspension av cellulosahaltigt fibermaterial, där massa- suspensionen pumpas in genom ett massainlopp (17), bring- as i rotation och vid önskat tryck mixas med nämnda fluid under passage genom ett reaktionsavsnitt innefattande ett statorhus (1), en därmed koaxiell rotor (7) samt åtmin- stone ett fluidinlopp (23), varefter massablandningen lämnar reaktionsavsnittet genom ett massautlopp (20), k ä n n e t e c k n a t a v, att fluiden via nämnda fluidinlopp (23) tillföres i anslutning till den rote- rande massasuspensionens rotationscentrum, där det lokala trycket i massasuspensionen pga den radiellt utåt ökande centrifugalkraften är lägre än det vid massasuspensionens periferi rådande trycket.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v , att fluidens densitet är väsentligt lägre än densiteten för massan i nämnda massasuspension.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v , att fluiden tillföres i centrum av en, i en virvelkammare (9) genererad, virvel i massasu- spensionen.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e - t e c k n a t a v , att fluiden tillföres axiellt i centrum av nämnda virvel. 1D 15 20 25 30 501 394 13

5. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e - t e c k n a t a v , att fluiden tillföres radiellt i centrum av nämnda virvel.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e - t e c k n a t a v , att massasuspensionen tangentiellt matas in i en konisk sektion (3) av statorhuset (1) och accelereras upp till fluidiserat tillstånd medelst vingar (28) på virvelkammarens (9) utsida; matas ut mot den koniska sektionens (3) största diameter (11), där den bringas att vika av in i virvelkammaren (9), där en virvel bildas, i vars centrum fluiden tillföres, varefter fluid-massablandningen strömmar ut genom åtminstone en öppning (33) i virvelkammaren (9) för vidare inmixning mellan rotorn (7) och statorhuset (1).

7. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e - t e c k n a t a v , att massasuspensionen tangentiellt matas in i en injektkammare (54) i statorhuset (1), bringas att rotera och accelereras upp till fluidiserat tillstånd medelst vingar (28) på rotorns (7) utsida, varefter den matas in i virvelkammaren (9), där en virvel bildas, i vars centrum fluiden tillföres, varefter fluid- massablandningen passerar genom en hålaxel (52) i rotorn (7) till en mixningskammare (57) innefattande ett pump- hjul (ss).

8. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v , att fluiden tillföres genom kanaler (60) i rotorn (7). 10 15 20 25 30 501 894 14

9. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v, att fluiden utgöres av ozonhaltig gas, och att gas-massablandningen i anslutning till mas- sautloppet (20) passerar en gasseparator (40) i vilken oförbrukat ozon och inert bärgas avskiljes från den utgående massaströmmen för recirkulation i processen.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e - t e c k n a t a v, att en mixeranordning med i för- hållande till den roterande massasuspensionen centralt gasinlopp (23a) seriekopplas med en mixeranordning med tangentiellt gasinlopp (23b), varvid separerad gas från den sistnämnda anordningen återmatas till det centrala gasinloppet i den förstnämnda anordningen.

11. Anordning för inmixning av fluid i en massa- suspension av cellulosahaltigt fibermaterial, innefattan- de ett massainlopp (17) för nämnda massasuspension, ett massautlopp (20) för färdigbehandlad massablandning, samt ett däremellan beläget reaktionsavsnitt, innefattande ett statorhus (1), en därmed koaxiell rotor (7) samt åtmin- stone ett fluidinlopp (23), k ä n n e t e c k n a d a v , att nämnda fluidinlopp (23) är beläget i nära anslutning till rotorns (7) och statorhusets (1) gemensamma centrumaxel på sådant sätt att fluiden tillföres i anslutning till den roterande massasuspensionens rotationscentrum.

12. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e - t e c k n a d a v , att fluidinloppet (23) utmynnar i en virvelkammare (9) utformad för att skapa en virvel i massasuspensionen. 10 15 20 25 30 35 501 394 15

13. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e - t e c k n a d a v , att fluidinloppet (23) utmynnar i virvelkammarens (9) centrum.

14. Anordning enligt patentkrav 12 , k ä n n e - t e c k n a d a v , att virvelkammaren (9) är koniskt utformad för att förstärka virvelbildningen i massasu- spensionen.

15. Anordning enligt patentkrav 13, k ä n n e - t e c k n a d a v , att virvelkammaren (9) är integrerat utformad med rotorn (7).

16. Anordning enligt patentkrav 15, k ä n n e - t e c k n a d a v , att virvelkammarens (9) utsida är försedd med vingar (28) för fluidisering av den genom massainloppet (17) inmatade massasuspensionen.

17. Anordning enligt patentkrav 13, k ä n n e - t e c k n a t a v , att virvelkammaren (9) är stationär.

18. Anordning enligt patentkrav 17, k ä n n e - t e c k n a d a v , att rotorns (7) utsida är försedd med vingar (28) för fluidisering av den genom massain- loppet (17) inmatade massasuspensionen.

19. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e - t e c k n a d a v , att fluidinloppet (23) via åtmin- stone en kanal (60) utmynnar genom rotorn (7).

20. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e - t e c k n a d a v, att fluiden utgöres av ozonhaltig gas. 501 894 i i ' , 16

21. Anordning enligt patentkrav 20, k ä n n e - t e c k n a d a v, att en gasseparator (40) är belägen i anslutning till massautloppet (20) för avskiljning och bortförsel av oförbrukat ozon och inert bärgas från den utgående massaströmmen.