纸浆漂白反应器及其方法

专利名称：纸浆漂白反应器及其方法
技术领域：
本发明涉及使用气态漂白剂(如臭氧)对木质纤维纸浆脱木质及漂白的新装置和方法。
为了避免使用氯作为纸浆或其它木质纤维材料的漂白剂，以前人们曾试图用臭氧对化学纸浆进行漂白。尽管臭氧在一开始即显示出其是一种用于漂白木质纤维材料的理想材料，然而臭氧的强氧化性和它的比较高的成本，以前曾限制了用于通常木质纤维材料(特别是南方软木)的令人满意的臭氧漂白工艺的发展。
臭氧易于同木质素反应进而有效地降低纸浆中木质素的含量，但在许多情况下臭氧也会腐蚀构成木柴的纤维素纤维的碳水化合物，从而大大降低生成纸浆的强度。另外，臭氧对诸如与其氧化性及化学稳定性有关的pH值等处理条件极其敏感。改变这些处理条件，可明显地改变臭氧对木质纤维材料的活性。
由于臭氧的脱木质能力约在本世纪初首次被认识，所以对发展商业上可行的使用臭氧漂白木质纤维材料的方法，已由本领域的许多人作了相当大的不断努力。此外，本领域已有许多文章和专利发表，而且已有试图在非商业性中试规模基础上实施臭氧漂白的报道。例如授于Brabender等人的美国专利2，466，633描述了一种漂白工艺，其中的臭氧是通过具有水份含量(调整到干燥箱烘干的稠度)在25～55%之间、pH值调整到4至7范围内的纸浆。
其它一些非氯漂白工艺(sequences)，在S.Rothenberg，D.Robinson及D.Johnsonbaugh的“使用臭氧氧化纸浆进行漂白”(纸浆与造纸工业协会Tappi，182-185，1975，-Z，ZEZ，ZP及ZPa，其中Pa为过氧醋酸)，以及N.Soteland的“使用氧和臭氧漂白化学纸浆”(加拿大‘纸浆和纸’杂志，T153-58，1974，-OZEP，OP和ZP)文章中已有叙述。此外，授于Singh的美国专利4，196，043，记述了一种利用臭氧和过氧化物的多级漂白工艺，旨在不使用氯的化合物，且包括回收利用废液及废气。
使用一个其上固定有浆叶件的中心转轴的各种漂白装置，通常是已知的(例如可以参见授于Wolf的美国专利1，591，070，授于Thorne的两篇美国专利1，642，978和1，643，566，授于Hill的美国专利2，431，478以及授于Torregrossa等人的美国专利4，298，426)。还有授于Liebergott等人的美国专利3，630，828和授于deMontigny等人的美国专利3，725，193，其中每份专利都公开了为具有稠度高于15%的纸浆漂白用的装置，它包括带有沿径向分开的粉碎纸浆用的破碎器悬臂的旋转轴。Richter的美国专利4，093，506公开了一种方法和装置，用来连续地分散和混合带处理液(如氯或二氧化氯)的高稠度纸浆。该装置包括一个带有圆柱部分的同心的壳体，一个从该圆柱部分的一端向外伸出的带总体收缩开口的锥形部分，以及一个从该圆柱部分的一端向内伸展的闭合壁。安装在该壳体内的旋转轴包括有毂，其上固定有多个悬臂。这些悬臂中的每一个都与一个传送叶片或者翼板相连。该旋转轴的旋转，能使处理液尽可能均匀地分散在纸浆中及与纸浆混合。
Fritzvold的美国专利4，278，496，公开了一种处理高稠度(即35～50%)纸浆用的竖直的臭氧氧化器。将氧/臭氧气体和纸浆(pH值约为5)两者同时送进反应器顶部使其穿过整个横截面散布开，以使该气体与纸浆颗粒密切接触。这种纸浆与气体混合物，以分层的方式散布在一系列直接处在下面的腔室中的支承装置上。这种支承装置上包括有孔或具有一定形状的缝，以使纸浆穿过它形成块状物填补(massbridges)，这样，当气体穿过整个反应器时便与纸浆密切接触。
纸浆穿过反应器时发生变位，是靠支承装置反复但受控的破碎作用，即通过转动安装在中心转轴上并靠其带动的破碎装置来实现。这就能使纸浆通过这些孔并进入下一层的腔室中。Fritzvold等人的美国专利4，123，317，更加具体地公开了在前述U.S.4，278，496专利中描述的反应器。这个反应器还被用来处理带有氧/臭氧气体混合物的纸浆。
授于Johnson的两篇美国专利4，468，286和4，426，256，公开了一种用来连续处理带臭氧的纸浆的方法和装置。纸浆和臭氧或者一起或者分别沿不同的途径通过。
美国专利4，363，697举例说明某些螺旋形螺旋片输送器的改型，其中包括叶片型、切口及弯折型的螺旋形螺旋片或其组合，被用于漂白带氧的低稠度纸浆。
法国专利1，441，787和欧洲专利申请276，608，其中每种都公开了用臭氧漂白纸浆的方法。欧洲专利申请No.308，314则公开了利用闭合型螺旋片的螺旋输送器的使用臭氧漂白纸浆的反应器，其中的臭氧气体是经过中心转轴泵入的，以便穿过反应器散布开。纸浆的调度为20～50%，而且处理气体中臭氧的浓度在4～10%之间，以致应用2%到8%的臭氧到干燥箱烘干的纤维上就能实现。
尽管在本领域中进行的研究至今已被公开，而且还有一些不成功的报道，然而没有一个商业上可行的工艺，能被用来从软木及相关的纸浆中制造出臭氧漂白的木质纤维素纸浆，特别是南方软木。
本发明提供一种新的装置和气体漂白工艺，能够克服上述已有技术中碰到的难题，以商业上可行的方式生产高质量的漂白纸浆。
本发明涉及一种新的反应器装置，用于使用气体漂白剂(如臭氧)将纸浆颗粒从第一GE亮度漂白到第二个更高的GE亮度。该装置包括一外壳及将纸浆颗粒导入该外壳的装置。该纸浆颗粒应具有高于约20%的稠度和第一GE亮度，而且当暴露给气体漂白剂时，其颗粒的大小足以使气体漂白剂能渗透大部分的纸浆颗粒。
该装置还包括将气体漂白剂导入该外壳的装置，以及将纸浆颗粒弥散在气体漂白剂中，同时又推进此纸浆颗粒穿过该外壳前进的装置。此弥散和推进装置，包括用于使纸浆颗粒与气体漂白剂密切接触、混合及弥散，同时又在径向方向提升、移动和振荡纸浆颗粒及推动纸浆颗粒在轴向方向前进的装置，以使气体漂白剂流动及围绕在提升、移动和振荡的纸浆颗粒周围。这就使大部分纸浆颗粒的几乎全部表面暴露给气体漂白剂。
此弥散和推进装置，以类似单向流动的方式，推进弥散的纸浆颗粒持续足够的迟留时间，在该滞留时间内，保持足够的温度，以实现让气体漂白剂大量转移到纸浆颗粒中。随后，这就遍及大部分纸浆颗粒产生基本均匀地漂白，以形成具有第二个更高GE亮度的漂白纸浆。此滞留时间长短，是建立在反应器尺寸、进来的纸浆颗粒的供给速率、以及弥散和推进装置的结构和操作基础上的。另外，该装置的外壳可以进行定向，以便利用重力来帮助推进纸浆颗粒前进。
气体漂白剂导入装置，用来控制气体漂白剂的流动速率和在外壳内的滞留时间。它是通过控制供给气体流的流动速率并与反应器中固体的充满水平相结合来达到的。供给气体具有特定的臭氧浓度，使得施加在纸浆上的臭氧水平是所需要的。控制供给气体的流动速率和臭氧浓度，并配合以与纸浆颗粒的密切混合和接触，结果就能使气体漂白剂非常大量地转移到纸浆中，以将纸浆漂白到所要求的亮度水平。
纸浆颗粒弥散和推进装置，最好包括一个带有旋转轴的叶片型输送器，此旋转轴沿外壳的纵轴方向伸过该外壳，并有一个位于邻近纸浆颗粒入口处的外壳一端的第一端，以及位于邻近纸浆颗粒出口处的外壳另一端的第二端。此旋转轴包括多个叶片型片，从旋转轴向外径向延伸并固定其上，并且按照能代表叶片型输送器所要求的螺距的予定样型进行定位及取向。除了螺距之外，还要对叶片绕转轴的间隔、叶片的规格和形状，以及叶片的取向角加以选择，以实现纸浆颗粒所要求的穿过外壳运动。
另一个代替的办法是，纸浆颗粒弥散和推进装置，可以是一种由转轴上径向伸出并沿此转轴呈螺旋形伸展的连续螺旋型螺旋片，而且具有予定的螺距。这种螺旋型螺旋片有多个部分，它们是由螺旋片上切开以在其中形成的开口，以及按予定角度相对旋转轴弯折的切开部分。还有，但并非优选的结构是，纸浆颗粒弥散和推进装置，可以包括绕旋转轴径向伸出的、呈螺旋形伸展且有予定螺距的螺条型叶片。当采用螺条型的叶片时，可以使用一种具有无限大螺距的倾斜螺条。
除了无限大螺距的螺条外，对于任何实施例来说，在同样的旋转轴转数/每分钟(RPM)下，为了得到更高的充满水平，可以减小叶片型叶片或螺旋型螺旋片的螺距。这就能增加纸浆在该装置内的滞留时间，从而获得气体漂白剂转化率的提高。处在旋转轴第一端的螺距，可以高于旋转轴第二端的螺距，以便在纸浆具有最低松[堆]密度的外壳上的纸浆入口端提供增高的输送速率。此外，可以通过改变螺距来降低输送效率，使旋转轴可以更高的RPM转动，以便能使纸浆颗粒与气体漂白剂更有效地接触，并且提高气体漂白剂的转化率，同时保持其中的纸浆颗粒滞留时间基本不变。
可以使用一系列楔形螺旋片或者肘角形提升件来替代叶片型叶片或者螺旋型螺旋片，它们以足够大的距离隔开，以便减少或者避免纸浆颗粒之间的挂料或堵塞。
本发明装置中的纸浆颗粒弥散和推动装置，例如叶片型输送器，还可以调整到使外壳中的纸浆颗粒充满水平下降的情况。这种调整可以通过提供具有更高传送速率的第一个传送部件来完成。此第一个传送部件在操作上是和用于将纸浆颗粒弥散在气体漂白剂中的第二个部件相关联的。有利的作法是，第一及第二个传送部件，包括以足够大的距离安装在共用旋转轴上的输送元件，诸如叶片，以便降低或者避免纸浆颗粒之间的挂料或堵塞。还有，用于控制第一及第二个传送部件工作参数的装置，可被用来提供所要求的反应器充满水平、纸浆颗粒滞留时间和/或漂白气体滞留时间。
在优选的配置中，此外壳有两个外壳部件，一个安装在另一个上面，且以相反的方向面对着。第一个(或称上部的)外壳部件中包括有第一及第二个传送部件，纸浆穿过该外壳向着管道推进到下部的外壳部件，并在该外壳部件中作进一步处理，然后由第三个传送部件推进到下部外壳部件的出口。这种配置可以节省平面空间。
穿过本装置的气体流既可以顺着纸浆前进的方向(在同一方向)流动，又可以逆着该方向流动，尽管气体逆向流动是优选的。另外，用于将气体漂白剂导入外壳中的装置，既可以处在单一位置上将气体漂白剂顺着或逆着纸浆前进方向导入，又可在一或多个位置上进行这种导入。
可以采用稀释罐来接收漂白过的纸浆和残余的气体漂白剂。本装置进一步包括用于回收残余气体漂白剂的装置和用于收回漂白过纸浆的装置。用于收回漂白纸浆的装置，包括位于稀释罐下部的第一出口，且为顺流气体流出;用于回收残余气体漂白剂的装置，包括位于稀释罐上部的第二个出口。
本装置中特别有用的部件，还包括用来将纸浆颗粒粉碎用的装置。这种装置在操作上是和用于将纸浆颗粒导入该外壳的装置相关联的。


图1为对于不同直径的纸浆输送器，旋转轴每分钟转数(RPM)对于纸浆凝固压力的曲线图;
图2为对于稠度为42%的南方软木纸浆，纸浆凝固压力对于临界叶片间隔的曲线图;
图3为从反应器出来的纸浆中锂的浓度，对于用锂处理过的纸浆被加到反应器入口之后的滞留时间的曲线图，可用作某些叶片型输送器确定纸浆在反应器中滞留时间的指示器;
图4为对于某些叶片型输送器所具有的比较宽的和比较窄的纸浆滞留时间分布曲线图;
图5为对不同的叶片型输送器，反应器充满水平对于转轴转速的曲线图;
图6为对不同的叶片型输送器，纸浆滞留时间对于转轴转速的曲线图;
图7为根据本发明的优选的臭氧反应器侧视图;
图8为图7的反应器中叶片型输送器的放大了的侧视图;
图9A及9B为图7的反应器中叶片型输送器的视图;
图10为沿图8中线10-10所取反应器的横截面图;
图11及12为用在图9A及9B的输送器上典型叶片的前视及侧视图;
图13为从反应器中出来的纸浆中锂的浓度，对于用锂处理过的纸浆被加到反应器入口之后的滞留时间的曲线图，为对于例5的叶片型输送器;
图14～16为沿平行于转轴的直线拍摄的表示纸浆弥散为不同转轴转速函数的照片;
图17～20为根据本发明使用的不同传输元件的视图。
本发明的反应器利用如臭氧之类的气态漂白剂，而能将对木柴纤维素部分的腐蚀程度减至最小，从而使所形成的制造纸及各种纸制品用的产物具有满意的强度特性。在讲述本反应器装置的细节之前，弄清其中使用的脱木质和漂白工艺是有益的。
用在漂白工艺中的臭氧气体，可以是臭氧与氧和/或一种惰性气体的混合物，或者是臭氧同空气的混合物。混入处理气体中的臭氧的合理含量，受到臭氧在该气体混合物中稳定性的局限。适用在本发明中的臭氧气体混合物，通常含有(但并不必须)重约1～8%的臭氧/氧混合物，或者重为1～4%的臭氧/空气混合物。优选的混合物是6%的臭氧，剩下的主要是氧。对于尺寸比较小的反应器，可允许使用具有较高浓度臭氧的臭氧/氧混合物，这样可缩短处理同等量纸浆的反应时间，从而降低该设备所需的成本。
对于漂白纸浆的另一个控制因数，是用于漂白给定重量纸浆的臭氧的相对重量。这个量的确定，至少局部是由臭氧在漂白过程中所需除去的木质素决定的，以对臭氧漂白时可被容许降低的纤维素相对量平衡。所用的臭氧量，最好能与纸浆中存在的约为50%至70%的木质素反应。
有许多测量脱去木质素程度的方法，但大都不同于高锰酸盐滴定试验。当量浓度的高锰酸盐试验，能够提供高锰酸盐或高锰酸“K号”，它是在规定的条件下被1克干燥箱烘干的纸浆所消耗掉的十分之一当量浓度高锰酸钾溶液的立方厘米数。它是由TAPPI标准试验T-214确定的。
由最终的K号表示的全部木质素量，将表示臭氧不会过度地与纤维素反应而使纤维素的聚合反应度显著降低。最好根据干燥箱烘干的纸浆重量确定臭氧的添加量，通常约从0.2%至约2%，以对所要求的木质素量起作用。如果在此系统中存在着大量被溶固体，则要求更高的臭氧量。由于臭氧比较昂贵，故其优点及成本效益在于利用所需最少量的臭氧来获得所要求的漂白效果。
用于臭氧漂白步骤的反应持续时间，是由臭氧漂白反应要求完成的程度确定的，如由所利用的臭氧被完全或基本上完全消耗来表示。反应持续时间的变化取决于臭氧气体混合物中臭氧的浓度，臭氧混合物的浓度越高，反应越快，并且取决于需要除去的木质素的相对量。对于纸浆和气体的最佳滞留时间，下面将进一步详细描述。
本发明的一个重要特点是纸浆能被均匀地漂白。这个重要特点的取得，部分是由于在处理之前用臭氧将纸浆破碎成具有足够尺寸和松[堆]密度足够低的离散的纸浆颗粒，以使此臭氧气体混合物能够完全渗透到大部分纤维絮片中。
本发明还有另一个重要特点是，在臭氧漂白过程中，被漂白的颗粒通过混合将被暴露在臭氧漂白混合物中，以使进入所有纤维絮片的臭氧气体混合物大致相等。纸浆在臭氧气体混合物中的混合所给出的有关均匀性的结果，优于混合时使用纸浆的静止的或运动的床所得到的结果，在后者中，由于处在床内不同位置处的纸浆在床内的高度和松[堆]密度的差异，致使一些纸浆比另一些纸浆脱离臭氧气体。这就造成含臭氧的气体非均匀地通过纤维床，进而产生气体与纸浆的非均匀接触以及非均匀的漂白结果。本发明的装置与仅用于顺流移动的床式反应器相比，具有更大的能使压力下降减小的能力，而且具有更强的适应性，可使臭氧气体相对纸浆的顺流或逆流移动容易控制。
为了认识本发明反应器的优异的性能，必须熟悉用螺旋式输送器输送固体中使用的术语及原理。这种输送器螺距的概念，对本领域的技术熟练人员是公知的(例如可参见Colijn，H.的“用于松散固体的机械输送器”一文，Elsevier，NewYork，1985)。
例如对于一个封闭型链板螺旋输送器来说，螺距就是平行于旋转轴的轴线由螺纹齿上的任一点到相邻螺纹齿上相应点测量而测得的距离(相应点是指螺旋片边缘绕旋转轴转360°后到达的点)。对于一全螺距的螺纹来说，测得的这些点之间的距离，等于螺纹齿的直径。
封闭型链板螺旋输送器的一种变型，是用沿螺旋线以一定的间隔设置的离散的叶片，这种封闭型链板螺旋输送器将被采纳。因此，在叶片输送器中，叶片取代了螺纹齿，而且螺距就是平行于旋转轴的轴线测得的由叶片上任一点到相邻叶片上相应点的距离。然而对于有些叶片被去掉了的某些叶片结构来说，在这种情况下，相应点是指叶片转360°后沿叶片边缘间路程到达的点。
用于设计叶片间距的术语中，包括有由螺距确定的角度关系和间距。例如对于18″直径的输送器来说，60°全螺距的叶片结构，具有沿旋转轴的轴线彼此间隔3英吋的开始的六个叶片，每一接续的叶片绕旋转轴的圆周距前一叶片60°。然后的叶片型式，再次重复下一个18英吋。对于同样18″直径的输送器来说，120°全螺距的叶片结构，具有沿旋转轴的轴线间隔6英吋的开始的三个叶片，每一接续的叶片绕旋转轴的圆周相隔120°。随后的叶片型式，再次重复下一个18英吋。对于同一个18″直径的输送器来说，120°半螺距的叶片结构，会有沿旋转轴的轴线相距3英吋的叶片，每一接续的叶片绕旋转轴的圆周相隔120°。再一次重复的叶片型式，靠在叶片轴向长度的第一个18″处出现。
240°的叶片结构需作另外的讨论。作为一个例子，对于18″的输送器来说，240°的四分之一螺距的叶片结构，也具有沿旋转轴的轴线相隔3英吋的六个叶片，只不过现在每一接续的叶片绕旋转轴的圆周相隔240°。对于后续的18″长度叶片来说，此叶片型式将会重复。通过沿这些叶片的边缘画一条螺旋线，人们将会发现，沿此旋转轴由此六个叶片每隔18英吋产生四条重复的螺旋线，因而四分之一螺距的排列被确认下来，然而只有第一、第四和第七个叶片处在18″旋转轴长度内的12点(或0度)位置上。
在叶片输送器中还有许多其它可控的变量。叶片的角度是各个叶片的取向，它是由从叶片的面下伸至旋转轴的一条线相对于平行于旋转轴的轴线的线测得的。作为输送器领域技术熟练的人们是公知的，具有45°角的叶片对于被输送的材料能提供最大的轴向力(即在旋转轴轴线的方向上)。当此角度向着0°减小或向着90°增加时，轴向力将减小。在0°及90°时，完全没有轴向力提供。
使用这种叶片结构与其它可供选择的结构(诸如螺条混合机以及在螺旋片上带有弯曲开口的连续螺旋结构)相比的明显优点在于，使用这种叶片，存在着能提供叶片相对转轴为唯一确定取向的选择自由。这就意味着该叶片可被安装在旋转轴上沿转轴的特定点。另外，上面确定的叶片角度可以这样配置使该叶片可为特定取向，以为穿过反应器被处理的材料提供向前或向后的运动。这就在使用本装置时具有如此优点，叶片可按所要求的那样定向，以便在反应器的给定部分内提供给定量的反应，或者使被处理的材料停滞或向前运动。与连续螺旋以及可能需要整个单元更换的类似叶片相比，本发明叶片的进一步优点是，单独的叶片容易进行调整，以便按照不同类型的木柴或不同的处理条件之间的操作条件提供变化。
叶片的规格和形状是一些附加变量。用于不同直径叶片输送器中的特定平面叶片的物理尺寸，已由输送器设备制造协会(“CEMA”)在其ANSI/CEMA300-1981通报上题为“螺旋输送器尺寸标准”中进行了标准化。这份通报记述了特定规格的细节以及可更换的输送元件结构。此外，其它一些形状(诸如杯形的，弯曲形的或成角度形的叶片设计)也可以采用，这取决于需要漂白的效果。
最后，叶片输送器还有一个可靠的“手”，它与旋转轴的转动方向结合以决定被输送材料流动的轴向方向。旋转轴上的“左手”结构，是当从旋转轴的一端观察时该旋转轴为顺时针方向转动，并输送材料离开观察者;而“右手”结构顺时针转动时，是将材料朝向观察者输送。对于逆时针转动，材料的输送方向相反流动方向的逆转是靠转动方向的逆转实现。
当本发明的装置的最佳工作方式利用的容器充满水平约为10～50%(最好约为15～40%)时，图象分析技术表明，位于本发明反应器中的大多数纸浆纤维，是以气相悬浮。这与使用封闭型螺旋片的连续螺旋输送器时，通常可期望的纤维沿着输送管底部移动的情形形成对比。
这里所说的“充满水平”，是指在反应器的开放空间中纸浆占有的体积量。例如，25%的充满水平，表明反应器25%的开放空间被纸浆充满，是建立在静止时的纸浆松[堆]密度、反应器中的纸浆量和反应器体积的基础上的。对于任何特定的输送器设计、纸浆进给和旋转轴每分钟的转数(RPM)来说，可以得到特定的充满水平。在纸浆进给速率不变的情况下，通过变化RPM可以改变充满水平。如果RPM增加，充满水平将相应地减小。对于本发明来说，充满水平必须足以使重大比例的纸浆能被弥散。这一般要求充满水平高于10%。同样，充满水平最好比约50%低，以便提供足够的开放空间，以使纸浆能被弥散其中。有利的充满水平范围约从15%至40%。如约75%高的充满水平也可以采用，但气体/纸浆的接触效率会下降。
本发明的反应器可以按照让向前输送的纤维的轴向扩散减至最小的方式设计。常规技术教导则偏离叶片输送器这样使用，包括以非搭接(nonoverlapping)叶片结构方式安装的比CEMA的标准尺寸小的叶片。已有技术予期，反应器中大的未扫过面积和死区会造成宽广的纸浆滞留时间分布，其结果是使纸浆非均匀漂白。常规技术也还教导，将纤维悬浮起来会使一部分纤维落在输送器中心的旋转轴上，在这种情况下纤维不能有效地向前输送，会再一次引起纤维广泛的轴向扩散。本发明优选的叶片设计，会意外地造成纤维很窄的轴向扩散。这种优选的叶片设计通过传递足够的动量而将纤维悬浮起来将其朝前输送，而另一方面产生径向运动而将纤维悬浮在气相中。这同一个现象还将力加在死区中的纤维上同样使其向前运动，其最后结果是当纤维向前运动时，该纤维仅有很小程度的轴向扩散。这种很小程度的扩散等效于很窄的纤维滞留时间分布，从而得到均匀的漂白。这些特性能使纸浆颗粒被均匀地脱木质和漂白，使其达到所要求的木质素含量、粘度和亮度。
最佳输送器，是一种带有沿旋转轴的长度以240°的间隔分开的按四分之一螺距样型配置的叶片的输送器，每个叶片以大约45°角相对于旋转轴的轴线装定。在19英吋的输送器反应器中(如前所述，输入高浓度的纸浆)，输送器的长度是使纸浆的滞留时间在旋转轴速度约75转/每分时约为60秒，而气体的滞留时间约为50秒。
对于叶片型、切口及弯折型螺旋片以及其它类型的输送器，可以采用不同的螺距。对于本发明的反应器来说，四分之一螺距被认为是最佳的，尽管对一些特殊的应用也可使用其它比例的螺距。
CEMA标准对于给定的直径规定了一定的尺寸。在本发明中，这些尺寸将被看作“标准”尺寸。为了实现纸浆与气体的充分接触，具有面积为标准规格两倍的大叶片也可以采用。然而这样大的叶片还可使输送速率显著地增加。为了提高混合效果，具有面积约为标准叶片之半的小叶片也可以使用。
需要时，也可以改变叶片的角度。虽然45°角对于获得最大的轴向运动是最佳的，然而为了增加纸浆在反应器中的滞留时间，也可以采用其它角度。
为了避免当纸浆运动通过反应器时出现挂料，叶片的间隔是重要的，因为挂料会使所得到的均匀纸浆漂白受到损害。挂料(即朝前运动的纸浆以大块或大堆的形式拱起在接连的叶片之间)，是由作用在纸浆上的压实力和凝固力以使纸浆的密度及其自身的粘附能力增加引起的。
对于任何特定的输送器设计来说，本领域的技术熟练人员，可以从输送器所采用的来自叶片离心运动的惯性力以及来自其中的纸浆重量的静压力工作特性中，计算出作用在纸浆上的估计的凝固力或者应力。对于工作在充满水平约为25%以及各种不同的RPM的不同直径的标准叶片输送器来说，凝固压力表示在图1中。例如工作在60RPM的2′直径的叶片反应器，将要产生大约35磅/平方英寸的估计的凝固压力。
对于被漂白的特定的纸浆来说，人们可以测出纸浆强度与凝固压力的关系曲线，然后评价相距多远处必须防止叶片挂料(即在此长度之外，纸浆无法支承其重量并将断成更小的块。对于稠度为42%的南方软木纸浆来说，图2表示计算出来的临界(最小)叶片间隔对于凝固压力的函数曲线图。作为特定的例子，35磅/平方英寸的凝固力，暗示的最小叶片间隔约为6英寸。
叶片间隔是靠测量相邻叶片边缘的两个最接近点之间的直线距离确定的。对于240°的四分之一螺距叶片输送器来说，这两个最接近点就是第一个叶片的后缘和第四个叶片的前缘。对于其它结构例如60°全螺距来说，两个最接近点将是第一个叶片的后缘和第二个叶片的前缘。对于任何特定的叶片结构来说，此距离必须大于纸浆的临界拱起尺寸，以避免挂料。
穿过反应器外壳的外壁，可将臭氧气体在任何位置导入。叶片还可帮助臭氧气体沿着径向流动，因而可改善块状物的传送。
在RPM低时，叶片驱使纸浆按一定方式运动，使其看来象是“翻滚”或被“提升及跌落”穿过反应器。当RPM高时，纸浆在该反应器中将被弥散为气相，纸浆颗粒被均匀地分离和遍及气体分布，使纸浆产生均匀的漂白。因此，目前本发明优选的叶片输送器，能够达到本漂白工艺的目的，具体说来(1)在充满水平高到足以产生纸浆/气体满意地接触时，高达数吨的纸浆可被输送穿过反应器而基本上无有纸浆的压实、挂料或堵塞，同时纸浆是以接近单向流动的方式推进的;
(2)基本上所有的纸浆颗粒在它们离开反应器时都被均匀地漂白，以及(3)大量的臭氧(大于75%，而最好是大于90%)在它们离开反应器时被消耗掉。
在臭氧漂白反应器设计中另一个重要因素是，通过控制纸浆在反应器中的滞留时间分布，使用气态漂白剂能够达到纸浆颗粒的均匀漂白。纸浆在反应器中的滞留时间分布应当尽可能窄，即纸浆应以单向流动的方式理想地穿过反应器。假如某些纸浆颗粒穿过反应器时速度过快，则它们就会漂白不足，而当它们运动过慢时就变成漂白过量。
如前面指出过的那样，叶片输送器能使纸浆与气体有效地接触及混合。然而出乎意外的发现，增加那些比较低效率的输送器的RPM，能使弥散的纸浆以单向流动的方式穿过该反应器。这种弥散的单向流动运动，能使反应器中的纸浆达到所要求的窄的滞留时间分布。
为了确定特定输送器的纸浆滞留时间，使用锂盐的计量技术被开发出来。由于在使用臭氧进行漂白的本发明反应器的局部脱木质的纸浆中一般不存在锂，所以该技术包括将锂盐(例如硫酸锂或氯化锂)作为示踪剂加入在特定时间送入反应器的纸浆中，在添加锂盐之后按予定的时间间隔对由反应器出来的纸浆进行采样，测出每一样品中的锂含量，并且作出锂浓度相对时间的曲线。
图3表示对于一个19.5″内径的反应器外壳中五种不同的叶片输送器的滞留时间分布，其中少量的用锂处理过的纸浆是在反应器上的纸浆入口处添加的，并在其后按固定的时间间隔从反应器上的纸浆出口进行采样。对于每种输送器结构而言，反应器工作在20%的充满水平下，而且纸浆的进给速率为20吨/每日。该曲线表明，低效率的输送器，要求工作在高RPM下以保持所要求的充满水平，提供接近于真实单向流动的窄的纸浆滞留时间分布。这种对于纸浆滞流时间分布的控制，会对纸浆漂白的均匀性作出贡献。
用一种简化的符号来表示各种叶片的结构第一个符号是叶片的角度间隔，这个符号是依次由字母F，H或Q构成，分别意味着全螺距、半螺距或四分之一螺距的叶片配置。接下去的两个字母表示叶片的规格SD为标准规格(即用于全螺距输送器的CEMA标准);LG为大规格(即为标准规格的2倍);SM为小规格(即为标准规格之半)。最后一个符号是旋转轴的RPM，而且每个叶片的角度均相对该旋转轴为45°，除非另有表示的之外。因此，举例来说，240Q-SM-90RPM，表示装在以90RPM转速转动的旋转轴上的240°四分之一螺距的小规格叶片。240Q-SM-90RPM25°为同样的设计，除了叶片的角度为25°而不是45°之外。
在理想的单向流动反应器中，经过该反应器流动的所有材料都有同一个滞留时间，即在它们于另一端排出之前在该反应器中都花费相同的时间量。其实这种结果是不能准确得到的。而有些材料在反应器中将比其它材料花费更多的时间，以致于相对平均量会漂白过度，同时具有较短滞留时间的其它纸浆，相对该平均量将漂白不足。
纸浆滞留时间分布(“RTD”)，可以使用前面描述过的锂计量技术进行测定，其中少量的纸浆是用锂盐示踪剂处理过的。然后将此纸浆按时间为0(即t＝0)一齐加到反应器的入口。随后通过对纸浆的不连续取样和对锂的浓度进行测定，在反应器的出口处对纸浆中锂的浓度进行监示。如果对锂的浓度进行连续监示，则可以得到连续的RTD。
下面的定义取自Levenspiel，O.的《化学反应器大全》，OSUBookStores，Inc.，1989，1(ISBND-88246-164-8)。平均纸浆滞留时间为t平均=∫0∞CTtdt ,∫0∞CTdt]]>如果示踪剂的浓度CT′是按连续方式获得的，而如果CT是以离散形式，则t平均可近似地表示为
t平均＝Σi = 1nCT · ftf△tfΣi = 1nCT · f△tf]]>其中n是对于滞留时间分布而得到的样品。滞留时间分布的离散(variance)σ2，乃是滞留时间分布宽度如何变化的量度。可给定如下σ2=∫0∞CTt2dt∫0∞CTdt-(t平均)2]]>而且作为离散分布可被近似为σ2＝Σi = 1nCT · ftf2△tfΣi = 1nCT · f△tf-(t平均)2]]>
对于理想的单向流动容器来说，离散σ2将为0。离散σ2越大，纸浆的滞留时间分布越宽，因而存在更强的轴向掺和。此外，更宽的滞留时间分布会使某些纤维漂白过量而另一些漂白不足，因而将导致均匀漂白的下降。这就能综合考虑漂白纸浆的质量，并可消耗掉过剩的漂白化学物质。因此，离散σ2可被用作漂白均匀性的量度，而以小的数字最佳。
为了比较具有不同的平均滞留时间的各种实验之间的漂白均匀性，需要将离散σ2归一化。弥散指数(“DI”)被定义如下DI=100σ2(t平均)2= 100 〔∫0∞CTt2dt∫0∞CTtdt-1 〕]]>是对连续测得的滞留时间分布而言，可被近似为DI=100 σ2(t平均)2=100 〔Σi = 1nCT · ftf2△ tfΣi = 1nCT · ftf△tf〕]]>是对离散分布而言。此弥散指数与离散σ2成正比。这种归一化的离散σ2，能用来测量对于单向流动的偏离，因而乃是轴向弥散的量度，将被用作漂白均匀性的标记。其值为0将表明为理想的单向流动。其值越大则表明漂白均匀性越差。
为了阐明上述概念，可参看图4，其中由实验确定的纸浆滞留时间分布，是对两种不同的叶片设计绘制的即带有搭接叶片的60°全螺距和带有非搭接叶片的240°四分之一螺距。每种情况下的纸浆产出率都是约20吨/每日。该叶片旋转轴的转速分别为25和90RPM。尤其需要指出的是，尽管它们的平均滞留时间接近相等(即分别为49秒和45秒)，然而其分布宽度是极不相同的。
在第一种情况下(60°设计)，大约有10%的纸浆所具有的滞留时间小于32秒，而另外10%的纸浆的滞留时间大于71秒。对于第二种情况而言(240°设计)，相应的范围为36秒和55秒。较宽的分布范围是由于弥散指数8.2比2.6高暗示的。相对于平均量漂白来说，具有最短滞留时间的纸浆将漂白不足，而具有最长滞留时间的纸浆将漂白过度。对于具有高弥散指数的情况而言，这种作用是比较大的。
还可与闭合型螺旋片的螺旋输送器进行比较。当提供了接近于具有低弥散值DI值的单向流动时，闭合型螺旋片的螺旋不能把纸浆弥散到漂白用的气体中。仅得到单向流动是不够的，除非纸浆也能被弥散，因为无弥散的纸浆的单向流动也会造成非均匀地漂白。正如前面指出过的那样，叶片输送器中的纸浆，会在反应器中提升和振荡，由于暴露给臭氧的纸浆纤维表面积量的增大，故能使漂白过程的速率和效率最高。
也曾发现，采用切口及弯折型螺旋的螺旋片设计得到的结果，与通过采用叶片型输送器得到的结果有某些类似。典型的切口及弯折螺旋的螺旋片设计，以图17中的52表示。此螺旋片56的开口部分54能让漂白气体直接通过，而弯折部分58既能使该气体沿径向分布和作适当的提升、振荡及交换位置，又能在纸浆前进时被弥散在漂白气体中，以得到所要求的均匀漂白。因此，通过正确地设计(tailoring)反应器长度、螺旋螺距、螺旋转速及结构，可以实现让纸浆均匀地暴露在漂白气体中而具有比较短的气体及纸浆滞留时间，其结果是使纸浆得到高度均匀地漂白。
用于漂白的本装置的总体效果，基本上是靠拟定完全不同于传统输送技术的内部叶片结构加以控制的。正如前面指出过的那样，输送用的传统叶片结构被特殊开发来提高输送效率，而在本发明中这种结构是用来充分降低输送效率。然而这种输送效率的降低，能够改进对于纸浆滞留时间、能与漂白气体接触的纸浆量，以及为实现气体同纸浆适当混合所需利用的能量的控制。比较低的输送效率是供比较高的叶片转速之用，从而增加纸浆以气相方式的弥散及悬浮，同时在反应器中维持比较长的纸浆滞留时间以与臭氧接触。
图5及6分别表示叶片结构改变对于充满水平及纸浆滞留时间的影响。对于这些输送器来说，纸浆进给量为每天20干燥箱烘干吨(ODTPD);除非另有标明之外，叶片相对旋转轴的角度为45°，而且有6%的臭氧/氧混合物是在35标准立方英尺/分下被重新利用。气体滞留时间约为60秒。纸浆的稠度约为42%，以致于所使用的臭氧占干燥箱烘干纸浆的1%。这些数据启示，当所使用的臭氧约占所使用的干燥箱烘干纸浆的1%时，在旋转轴速度为40～90RPM且纸浆滞留时间约为40～90秒的情况下，纸浆的充满水平约在20%与40%之间为最佳。此外，这些曲线表示旋转轴RPM的改变是如何影响充满水平、纸浆滞留时间和臭氧转化的。在本发明中，气体滞留时间至少约为纸浆滞留时间的50%或者更高是有利的，至少约为其67%则最好。
在图5及6中，臭氧转化的百分比，由与曲线上相关的某些数据点的数值表示。这些数值还与相应的叶片结构和反应器工作条件一起，列在例10的表9中。这些数据启示，通过减小输送器的螺距、采用较小的叶片或者采用较平直的叶片角，可以达到较高的充满水平。具体说来，输送效率引入注目的降低，可以通过仅将叶片角从45°改变到25°来得到。作为补偿，必须以高得多的旋转轴RPM来维持充满水平。
在维持所要求的20%至40%的充满水平而不会产生纸浆挂料或堵塞时，低螺距小叶片的输送器应工作在更高的旋转轴RPM下。而且，臭氧气体转化率在90～99%的范围内是能够达到的，因而能够有效地消耗臭氧和降低生产成本。
本领域的技术熟练人员，可从这些数据中选择出为达到所要求的滞留时间和充满水平而需要的最佳叶片结构，以及了解到如何通过调整RPM来控制任意纸浆进给速率下的充填速率。例如，在进给速率不变的情况下，降低旋转轴的RPM，便会增加滞留时间和充满水平。因而，这种设计能供操作者根据纸浆进给性能、产出率或其它工作条件的变化来调整输送器的运行。
尽管本发明的反应器可用来漂白很宽品种的不同的纸浆，然而作为软木或硬木纸浆进入反应器的固有的纸浆性能所希望的范围，应是K号为10或更小，粘性大于约13厘泊，稠度高于25%，但低于60%。在进入反应器之前，纸浆颗粒可通过酸化作用使其达到所要求的状态，和/或加入金属螯合剂以提高纸浆消耗臭氧的效率。在纸浆如此所述被漂白之后，由臭氧反应器中出来的纸浆所具有的GE亮度，至少约为45%，通常约为45～70%，而且软木通常高于45%，硬木通常高于55%。纸浆(对于硬木或软木来说)还具有大于约10的粘性以及K号为5或者更小，而且一般约在3和4之间。
根据本发明的装置，示意表示在图7中。在进入本装置之前，纸浆被导入混合箱并在其中用酸和螯合剂进行处理，使其达到所要求的状态。这种酸化作用过的螯合的低稠度纸浆被导入增稠单元，以便从该纸浆中除去多余的液体，诸如在其中进行双辊挤压而使纸浆的稠度提高到所需要的水平。至少一部分这种多余的液体可被再回收到混合箱中。
然后让得到的高稠度纸浆流过螺旋进给装置，其在反应器一端的作用象是臭氧气体的气密封;随后通过象松砂机之类的粉碎单元，而在该单元中纸浆被粉碎成具有足够尺寸的纸浆纤维絮片，最好测出约为10毫米或更小的尺寸。然后将粉碎过的纸浆颗粒导入动态臭氧反应室，该室包括一个输送器，被特别设计来混合及运送该纸浆颗粒，以便在纸浆运动时能让颗粒的整个表面暴露在臭氧气体混合物中。经过臭氧漂白处理之后，此纸浆纤维絮片便从反应器落入稀释罐中。
如图7中所示，高稠度的纸浆10被导入象松砂机12那样的粉碎装置，它安装在臭氧反应器14的一端。松砂机12将进来的高稠度纸浆粉碎成纸浆纤维颗粒16，随后落入反应器室。按一定方式将臭氧气体18导入反应器14，使其逆着纸浆的方向流动。纸浆纤维颗粒16在反应器14中由臭氧进行漂白，通常是由其脱去木质素的大部分而不是全部。通过使用叶片输送器20使纸浆纤维颗粒16同臭氧密切接触和混合，这种输送器20的最佳实施例，包括安装在由马达26驱动旋转的转轴24上的多个叶片22。
输送器20推进纸浆纤维颗粒16前进，而与此同时沿半径方向使其振荡和移动位置。而且，臭氧气体是靠叶片22导致流动并环绕在纸浆纤维颗粒周围的，以致使该颗粒的全部表面暴露在臭氧中，从而被其基本上完全渗透。叶片输送器以类似单向流动的方式，在可被控制的纸浆滞留时间内推动该纸浆纤维颗粒前进。臭氧气体的滞留时间也是可被控制的。这些性能是使纸浆纤维颗粒基本上能被臭氧均匀地脱木质及漂白。
在逆流工艺结构中，还应特别注意纸浆纤维入口/气体出口部件的设计，以便能将气体和纤维流有效地分离。具体说来，在气体-纸浆分离区内，气体的速度应保持在临界速度之下，而临界速度可在出射的气体流中夹带纸浆。
图8是图7中反应器14的放大的外观图。图9A及9B表示布置在反应器内的叶片输送器20的输送器部件。来自松砂机的纸浆通过入口34进入反应器14，并且落到上部外壳38内的叶片输送器部件20A上。输送器部件20A具有如下所述的右手叶片设计。纸浆入口34包括有气体漂白剂出口82，能让臭氧/氧混合物与纸浆接触之后由其退出。纸浆沿箭头A的方向运动，直到它到达上部外壳38的一端为止，这时它经过滑槽40形式的管道降落并跌落在下部外壳44内的输送器部件20B上。输送器部件20B具有左手叶片设计，以使纸浆能沿箭头B的方向输送。在下部外壳44的端部，纸浆经过出口46降落并进入如图7中表示的稀释罐。在稀释罐30的上部，含有残留量臭氧的高稠度纸浆被接收下来。残余的臭氧可与纸浆继续反应，直到它到达该罐的底部为止，此罐底部有稀释水32，被用作该反应器另一端处的臭氧气体密封，加进来以将纸浆的稠度降低到低水平，便于使漂白过的纸浆34运动以通过后续的工艺步骤。叶片输送器部件20A和20B是由马达48驱动的，它使输送器部件20B的轴转动，然后由20B部件经过驱动联接器50将转动力传递给输送器部件20A的转轴。可供选择的是，采用分离的驱动电机来驱动每一根转轴。
上部外壳38中的输送器部件20A用的旋转轴(表示在图9A中)有三个性质不同的区域第一个为纸浆进给区(A)，位于纸浆入口34的正下方;第二个区域(B)用作气体漂白剂反应区;第三个为纸浆颗粒送出区(C)，由带有非叶片的光的旋转轴组成，位于滑槽40的上方。在某些应用中，区域A可以具有与区域B同样的叶片结构。
当纸浆进入上部外壳38中时，它是在通过松砂机12之后以其最低的松[堆]密度存在的。当这种低密度的纸浆与进给区的叶片22A相遇时，将发生最初的压实。因此，旋转轴的第一个区域具有能比第二个区域输送速率高的叶片结构，为的是提供所要求的纸浆充满水平。纸浆运动的速度约为气态漂白剂反应区域(B)中出现的速度的二倍。为此，区域(A)中采用的是与旋转轴成45°角取向的120°半螺距标准规格叶片22A，而区域(B)则采用也与旋转轴成45°角取向的240°四分之一螺距小规格(即一半)叶片22B。在区域A和B中的叶片按“右手”结构被固定在输送器20A的转轴上，通过该转轴的顺时针转动(当从图8左侧观看时)而将纸浆朝向纸浆颗粒出口区域C输送。
在经由滑槽40降落到下部的外壳44中后，纸浆在输送器部件20B上以与输送器部件20A转动得出的方向相反的方向运送。这种运动的产生，是由于输送器部件20B上的叶片22C为“左手”结构排列，它与输送器部件20A上的叶片22A和22B的“右手”结构恰好相反。输送器部件20B的叶片22C，也是以类似于上部外壳38中叶片的方式按顺时针方向旋转的(从左侧看)。在输送器部件20B上，纸浆开始进入气态漂白剂反应区D，并在这里同叶片22C接触。叶片22C是与旋转轴成45°角取向的240°四分之一螺距小规格(即为一半)叶片。正如前面指出过的那样，这种安排是为了方便纸浆和含臭氧的漂白剂之间进行反应。直接位于出口46上方的输送器部件20B的E区，在规定长度内没有叶片，以让纸浆与该反应器脱离，通过出口46并进入直接位于下方的稀释罐。
如前所述，马达48和联接器50，同时同步驱动每一转轴旋转。
图10表示分别处于上部外壳38及下部外壳44的气体漂白剂反应区(即B区和D区)中的叶片的结构。如上所述，叶片22B和22C为与转轴成45°角取向的具有240°四分之一螺距的叶片。
图11及12表示所有叶片22都连在转轴24上。叶片的片22被焊接或以其它方式适当地固定在螺母23上。这种组合靠螺杆25穿过螺帽23a与螺母23结合将其固定在转轴24上。以便按所要求的方向将叶片的片22可靠地夹持在该转轴24上。对于图11～12中表示的叶片来说，叶片的片22是以最优选的45°角相对于旋转轴24的纵轴定位的。通过松开螺帽23a，转动叶片22并再拧紧螺帽23a，可以让叶片22以任意需要的角度定位，因而能让输送器的叶片针对特定的用途加以变化。替代这种螺栓连接安排，作为更永久性的输送结构，可将叶片直接焊在转轴上。
该叶片包括一个具有一定宽度及长度的表面，足以沿反应器的整个半径拾取、提升及弥散纸浆。该表面的构形及定位也能沿轴向推进纸浆颗粒。
尽管叶片输送器是优选的，然而其它输送器结构也可采用。实用的反应器，可以使用具有如图17中表示的上述被称之为“切口及弯折”螺旋片的螺旋式螺旋片输送器来制做。以横截面表示在图20中的楔形螺旋片60，或以侧视图及横截面表示在图19中的肘角形提升件62系列，对于让纸浆悬浮在气体漂白剂中都是有效的。还可以采用螺条混合器64(图18)。一种倾斜的反应器，采用了总体上为平的螺条式螺旋片(即一种具有无限大螺距的)，以平的叶片取代成角度的叶片，能以类似于提升及滴落(dropping)作用的方式输送纤维颗粒，以对所需要的气体-纸浆接触及反应产生影响。这种倾斜螺条(ribbon)结构，会造成带有少量返混的弥散纸浆单向流动式前进，但这种结构不象叶片输送器那样容易调节。如果需要的话，可根据上文采用叶片和切口及弯折型螺旋片的组合。常用的未改变的全螺旋式的螺旋片输送器是不能接受的，因其一般是将纸浆向前“推动”，而不是象叶片输送器那样使其振荡及移位。因而，传统性的螺旋式螺旋片是不能为纸浆及臭氧提供充分混合及接触以实现纸浆均匀漂白的，除非它们工作在极低的充满水平(＜10%)和比较高的纸浆滞留时间之下。
如本说明书所论述的那样，优选的气态漂白剂是臭氧。然而本反应器的工作原理可被应用在使用其它气态漂白剂(例如氯气、二氧化氯气等)对纸浆进行漂白。而含氯的漂白剂并不是优选的，由于会产生含有大量氯的废水及废气，而且这种废水及废气中的氯的有机物会造成潜在的环境影响，但它们可以成功地在本发明的反应器中用作漂白剂。为了避免环境污染，臭氧是最优选的气态漂白剂。
在图7中臭氧反应器被画成一个水平的长形外壳。然而如果需要，该外壳也可相对水平线略微倾斜，以使重力能帮助推进纸浆颗粒前进。常用的高达25°的“前进角”可以采用。
图7的反应器表明，纸浆是使用逆流的臭氧气体混合物进行臭氧处理的。纸浆在进入该反应器时具有最高的木质素含量并开始接触臭氧混合物，而从反应器出来时几乎耗尽臭氧混合物，从而为消耗掉实际上全部臭氧提供了最佳机会。这是一种从臭氧/氧或臭氧/空气混合物中除去臭氧的有效方法。然而另一方面，也可以让被漂白至最低程度的一部分纸浆，通过顺着纸浆流动方向流动的含臭氧气体，使其一开始就同新导入的含有最大臭氧量的臭氧混合物接触。
当臭氧18以逆流方式与纸浆接触时，残余的臭氧气体28可如图7中那样被回收。从出口82(图8)出来的残余的臭氧气体28被导入载体气体予处理阶段36，并在这里将载体气体氧(或空气)37添入。然后将这种气体混合物40送入臭氧发生器42，并在其中产生适量的臭氧以达到所要求的浓度。恰当的臭氧/气体混合物18，如上所述，最好包括重量比约为6%的臭氧，随后被送进臭氧反应器14以进行脱木质及漂白纸浆。
经臭氧处理后的漂白纸浆，将具有降低量的木质素，因而具有较低的K号和满意的粘度。所能得到的K号和粘度的确切植，取决于纸浆所经受的特定处理工艺。所得到的纸浆亮度，还将明显地高于开始的纸浆。例如南方软木，将具有约为45～70%的GE亮度。
实例本发明的范围将结合下面的实例作进一步描述，这些实例的提出仅为了说明的目的，并不以任何方式构成对本发明范围的限制。除另有说明外，所有化学物质的百分比，都是在干燥箱烘干的纤维重量基础上计算出来的。另外，本领域的技术熟练人员将会理解，并不需要准确地达到目标亮度值，而作为目标亮度值±2%的GEB值就是可以接受的。在这些实例中，供给的纸浆是疏松过的被氧漂白的纸浆，具有约为10或者更低的K号，粘度大于约13厘泊，稠度约为42%，而且送入的亮度一般在约38～42%GEB的范围内。在导入本发明的反应器之前，这种纸浆被酸化到pH值约为2。
在例1～10和13中，反应器的内径为19.5″，外壳内被限定的输送间隔为20英尺长。对于这种反应器的全螺距是19″，而且供给速率除非另有说明的之外，通常约为每天20吨稠度42%的部分漂白过的上述软木纸浆。除非另有说明的外，所利用的是逆向流动的臭氧气体流。例如11及12中的数据，是在17″输送器内得到的。
例1将一种切口及弯折型螺旋输送器的反应器，同采用了类似纸浆供给速率、转速和气体滞留时间的本发明的叶片型输送器的反应器的一种实施例进行了比较。如由表1中列举的结果所表示的那样，使用叶片结构所得到的臭氧转化作用率，约比使用普通切口及弯折型螺旋输送器的反应器高18%。此叶片型反应器还表现出改进了的弥散指数(即降低了的)，表示纸浆运动接近于单向流动。
例2在普通的螺旋型输送器的反应器和叶片型输送器的反应器之间进行对比，此叶片型输送器的结构是特别设计来以比螺旋型低的速率传送纸浆。这就要让叶片型输送器以显著高的转速运转，同时保持充满水平与螺旋型相当。表2说明，叶片型输送器大大高的转速的结果，是使臭氧转化作用在叶片型输送器中提高了24%。表2还说明，如何才能特殊设计叶片结构来实现极好的气体-纤维接触，以与普通输送结构形成对照。
例3对于叶片型输送器的叶片设计加以改变，以让其以更高的RPM进行工作，同时在供给速率约为每日18～20干燥箱烘干吨的情况下保持20%的充满水平不变，从而保持纸浆滞留时间不变。这种设计的改变提供如表3中证明的臭氧转化作用的显著增加。如由此例表明的那样，按照本发明的教导改变全螺距普通叶片的结构，让其以合理的充满水平在高RPM下工作，能够显著地改善气体-纤维间的接触。
例4纸浆滞留时间分布被认为是漂白均匀性的关键指标。在本发明的一个实施例中，叶片结构被调整到反应器具有改进了的(即窄的)纸浆滞留时间分布。表4中表示的结果说明，采用变化了的叶片结构，能够在充满水平不变的高RPM之下，以显著改善了的弥散指数(DI)更好地混合。DI为0是一种理想的无弥散的单向流动，而较高弥散指数值表明纸浆以较低的类似单向流动方式流动。
例5优选的叶片结构，是采用以25°输送角安装的规格为CEMA标准一半的叶片的240°四分之一螺距设计。采用这样的结构，能够提供如例2中叶片输送器表示的高的臭氧转化效率。令人意外的是，采用这种结构，还能够为在广泛的操作条件范围内保持滞留时间分布和纤维滞留时间不变提供额外的好处，因而确保漂白的均匀性。这可由图13中表示的锂指示数据来说明。
例6对于气体沿逆向流动和沿同向流动的两种流动方向所得到的好结果进行了对比。如表5中表示的效率的增加，是由采用逆向气流得到的。
例7将反应器内气体的滞留时间调整到与纸浆滞留时间相似的水平。下表6中表示的结果，说明臭氧转化作用接近全部完成，同时获得极好水平的亮度提高。
例8通过改变任何具体结构叶片的转速，可对纸浆的滞留时间加以控制，以便实现如下表7中表示的所要求的臭氧转化目标。这里的数据是作为240°Q-STD45°输送器提供的。
例9以下的试验，旨在表示作为固定供给速率及同样的转轴RPM下，叶片结构变化产生的效果。
这些数据表明，换成小规格的叶片，能够显著地降低输送效率，同时提高反应器中的充满水平和增加纸浆滞留时间。这些变化的结果是使漂白性能得到改善，如由臭氧转化率和GEB亮度变化测得的那样。
其它一些变化表示在例10中。从这些资料中，本领域的技术人员能够很好地确定，对于特定纸浆所要求的漂白程度，如何去设计和操作特定的叶片输送器的反应器。
例10下表9中总结了特定叶片的结构和操作条件，曾被用来产生出图5和6。对于表9中前五行在约20%的目标充满水平下，所使用的是每日20吨的纸浆供给量和19.5″内径的反应器外壳尺寸。此外，使用的是重量比为6%的臭氧漂白剂，以35标准立方英尺/分钟(SCFM)的流动速率将约1%的臭氧加进干燥箱烘干(OD)的纸浆中。
表9中的数据与其图5和6中的图示一起，说明可能的漂白结果取决于变化的操作条件，由此可以确定最佳的气体-纸浆接触和臭氧转化水平。这些数据还告诉我们如何去改变转轴的RPM，以控制充满水平和纸浆滞留时间。
例11.
为了验证图1及2中提供的能够反映该叶片输送器实际工作的理论计算出来的结果，需要作一系列实验，以确定工作在不同参数下的各种叶片输送器中纸浆挂料的情况。为了进行这些实验，给17″的输送器装配上一个具有五种不同叶片间隔(3.5″，4.7″，5.9″，7.2″及9″)的叶片旋转轴，然后让其按下表10中表示的那样工作。以磅/每平方英尺为单位的实际的纸浆凝固力(PCF)是计算出来的，而且最小的叶片间隔是由理论数据估算出来的，并同实际结果进行比较。

这些数据暗示，理论计算出来的结果与实际观察的结果一致，误差在±1″范围内，而且此理论计算结果对估算出最大叶片间隔是有用的。
例12为了确定在不同工作条件下纸浆进入反应器开放空间的相对弥散度，需进行下面的实验。17″，240°的四分之一螺距的标准规格45°叶片型输送器，以逆时针转动工作在不同的RPM下，。反应器对每一实验均有相同的充满水平-约为25%。在转轴的一端安装一台摄影机，并且拍摄当一个叶片处在12点位置时旋转轴工作在不同RPM下的静止照片。对反应器左上部控制区内的图象进行过分析，并且进行过计算，以确定有多少纸浆进入这一控制区，因为它代表转轴工作在特定转速下输送器对纸浆的相对弥散特性。这些结果表示在下表11及图14～16中。
表11
这就说明当叶片型输送器工作在高转速RPM时，其对纸浆的弥散能力也高。如前面解释过的那样，当采用较高的转轴RPM时，反应器的充满水平将下降，但这些数据说明，对于同样的充满水平来说，纸浆弥散方面的获益，也可在高RPM下实现。
例13在很宽的纸浆供给速率范围内，叶片型输送器都能获得优良的结果。例如，在18ODTPD供给速率和11ODTPD供给速率的情况下，可以达到转化率至少为90%，而且亮度提高的水平相同，而在11ODTPD供给速率下，降低叶片的转速以维持反应器中的充满水平大致固定，如下表12中表示的那样。
表12<
当这里公开的本发明经过精心计算以达到上述目的变得明显时，应当意识到，本领域的技术熟练人员可从中想出许多变化和实施例。例如，除了优选的叶片型输送器之外，其它一些输送元件也可以采用，如图17～20中表示的切口及弯折螺旋型螺旋片，螺条混合器，肘角形提升元件和楔形螺旋片元件。企图让所附的权利要求书能够包括所有这些变化及实施例，因此落在本发明的真实精神和范围之内。
权利要求
1.一种用于将具有稠度高于20%的、第一GE亮度的高稠度纸浆颗粒用臭氧漂白成具有第二较高GE亮度的纸浆颗粒的高稠度纸浆/臭氧漂白反应器装置，当纸浆颗粒暴露给臭氧时，其颗粒的大小足以使臭氧能渗透大部分的纸浆颗粒，该装置包括一个具有一纸浆入口和一纸浆出口的外壳；用于将高稠度纸浆颗粒导入该外壳的装置；用于将含臭氧的气态漂白剂流体导入外壳以在所述的外壳内提供含臭氧气体相的装置；及弥散和推进装置，用于连续地将大部分高稠度纸浆颗粒的几乎全部表面弥散和暴露给气体漂白剂，通过沿径向提升、移位和振荡纸浆颗粒而使纸浆颗粒弥散并且以气相悬浮，使臭氧能与全部纸浆颗粒等量接触，同时以弥散指数约小于8的单向流动方式推进弥散的和暴露给臭氧的纸浆颗粒穿过外壳，在预定的纸浆滞留时间内，当纸浆颗粒以气相悬浮时，足以维持被弥散的纸浆颗粒充满水平至少约为上述外壳中的10%，并通过与所述穿过大部分纸浆颗粒的臭氧反应，得到基本均匀的漂白以形成具有第二GE亮度的漂白的纸浆，所述的弥散和推进装置包括一个穿过壳体并沿外壳纵轴线延伸的旋转轴，该旋转轴在靠近纸浆入口处有一第一端，在靠近纸浆出口处有一个第二端，以及从该旋转轴上沿径向伸展的装置，该装置用于将颗粒移动穿过壳体，既在沿径向提供所述的暴露和弥散，又沿纵向提供所述单向流动和所述的预定滞留时间。
2.如权利要求1的装置，还包括用于回收残余气体漂白剂的装置和收回已漂白过的纸浆的装置。
3.如权利要求1的装置，其中所述的弥散和推进装置包括一相对于水平面斜置的壳体，以便在推进纸浆颗粒时借助地心引力。
4.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置上包括多个以限定弥散和推进装置的螺距的预定样型定位和取向的叶片型片。
5.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置包括限定了弥散和推进装置螺距的连续的螺旋型螺旋片，所述的螺旋片上有多个部位被切开而形成开口，所述的切开部位相对于该旋转轴以一预定角度被弯折。
6.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置包括限定了弥散和推进装置的螺距的连续螺旋型螺旋片，所述的螺旋片有一个或多个装在每个螺旋片上的提升件。
7.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置包括一限定了弥散和推进装置螺距的螺条型叶片。
8.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置，包括一具有无限大螺距的斜置的螺条。
9.如权利要求4、5、6、或7中任一权利要求的装置，还包括在给定的旋转轴RPM的转数下，通过减少所述的螺距而获得较高的充满水平并增加装置中的纸浆滞留时间，以增加气体漂白剂的转化的装置。
10.如权利要求4、5、6、7或8中任一权利要求的装置，还包括在不改变纸浆颗粒弥散和推进装置的螺距的条件下，通过减少旋转轴RPM的转数而增加充满水平，进而增加气体漂白剂的转化或控制纸浆滞留时间的装置。
11.如权利要求4、5、6、或7中任一权利要求的装置，其中弥散和推进装置具有变化的螺距，其位于旋转轴第一端的螺距大于位于旋转轴第二端的螺距，以便在外壳上纸浆颗粒入口处提高输送速率，由此得到在所述反应器中提供预定的纸浆颗粒充满水平的装置。
12.如权利要求1的装置，其中从旋转轴上沿径向伸展的装置，沿该旋转轴轴向地以足够的距离间隔开，以使其间纸浆颗粒的挂料或堵塞最少或得以避免。
13.如权利要求2的装置，进一步包括用于接收已漂白的纸浆的稀释罐。
14.如权利要求13的装置，其中水被加入到稀释罐用以降低被漂白的纸浆的稠度，并用于臭氧气体的密封，且其中用于收回漂白后的纸浆的装置包括一位于稀释罐下部的第一出口。
15.如权利要求1的装置，进一步包括与将纸浆颗粒导入外壳的装置协同工作的用于粉碎纸浆颗粒的装置。
16.如权利要求1的装置，其中用于将气体漂白剂导入外壳的装置，被安置于能在与前行的纸浆逆流的方向上导入该漂白剂的位置上。
17.如权利要求1的装置，其中用于将气体漂白剂导入外壳的装置，被安置于能在与前行的纸浆顺流的方向上导入该漂白剂的位置上。
18.一种用于将具有稠度高于20%的第一GE亮度的纸浆颗粒用臭氧漂白成具有第二较高GE亮度的纸浆颗粒的高稠度纸浆/臭氧漂白反应器装置，当纸浆颗粒暴露给含臭氧的气体漂白剂时，其颗粒的尺寸足以促使含臭氧的气体漂白剂渗透大部分的纸浆颗粒，该装置包括一个具有一纸浆入口和一纸浆出口并包括一第一纸浆颗粒充满水平提供区和一第二纸浆颗粒/漂白剂反应区的外壳;用于将高稠度纸浆颗粒导入该外壳的装置;以一个足以能提高纸浆颗粒GE亮度的量将含臭氧的气体漂白剂导入该外壳的装置;用于为纸浆颗粒提供预定充满水平至少为所述外壳中的约10%的装置;以及弥散和推进装置，用于连续地将大部分纸浆颗粒的几乎全部表面弥散和暴露给气体漂白剂，通过沿径向提升、移位和振荡纸浆颗粒而弥散该颗粒，使臭氧几乎能与全部纸浆颗粒等量接触，同时以单向流动方式推进该弥散和暴露给臭氧的纸浆颗粒穿过壳体，在预定的滞留时间内维持预定的充满水平，并通过与所述穿过大部分纸浆颗粒的臭氧反应得到基本均匀的漂白，以形成具有第二GE亮度的漂白的纸浆，所述的弥散和推进装置包括一位于所述第一区的第一输送器部件和一位于所述第二区的第二输送器部件，其中每所述的输送器部件包括一个穿过壳体并沿壳体纵轴线伸展的旋转轴，该旋转轴在靠近纸浆入口处有一第一端，在靠近纸浆出口处有一第二端，以及从该旋转轴上沿径向伸展的装置，该装置用于将颗粒移动穿过壳体，既在沿径向上提供所述的暴露和弥散，又沿纵向提供所述的单向流动和所述的预定滞留时间;其中，用于在所述的壳体中提供所述纸浆颗粒预定充满水平的装置包括其输送速率大于所述第二输送器部件的输送速率的第一输送器部件。
19.如权利要求18的装置，其中第一输送器部件与第二输送器部件有一个公用旋转轴。
20.如权利要求18的装置，其中第一和第二输送器部件，包括以能最大限度地减少或避免其间纸浆颗粒的挂料或堵塞的间隔安装在旋转轴上的输送件。
21.如权利要求20的装置，其中第一和第二输送器部件上的输送件包括装在旋转轴上的叶片型片。
22.如权利要求20的装置，其中第一和第二输送器部件的输送件，包括一连续的螺旋型螺旋片，该螺旋片上有多个部位被切开而形成开口，所述的开口部位相对于旋转轴按预定角度被弯折。
23.如权利要求20的装置，其中纸浆颗粒弥散装置包括一连续的螺旋型螺旋片，该螺旋片沿旋转轴作径向和螺旋形伸展，并具有预定的螺距，所述的螺旋片的每一个片上有一个或多个提升件。
24.如权利要求20的装置，其中第二输送器部件的输送件，包括一相对于旋转轴沿径向和螺旋形伸展的并具有预定螺距的螺条型叶片。
25.如权利要求20的装置，其中第二输送器部件的输送件，包括无限大螺距的并与旋转轴分离开的斜置螺条。
26.如权利要求20的装置，其中第一或第二输送器部件的输送件，包括一系列装在旋转轴上的楔形螺旋片。
27.如权利要求20的装置，其中第一或第二输送器部件的输送件，包括一系列肘角形提升件。
28.如权利要求18的装置，其中气体漂白剂导入装置在操作上与纸浆颗粒导入装置相关联，并包括将恒量气体漂白剂导入纸浆颗粒中的装置。
29.如权利要求28的装置，其中气体漂白剂导入装置包括以纸浆颗粒运动方向逆流方向导入气体漂白剂的装置。
30.如权利要求18的装置，其中第一和第二输送器部件提供的在反应器中纸浆颗粒的滞留时间至少约40秒，且气体漂白剂导入装置提供的在反应器中气体漂白剂滞留时间至少是纸浆颗粒滞留时间的67%。
31.如权利要求18的装置，其中第一和第二输送器部件提供的反应器充满水平约为15～50%，且弥散指数约小于8。
32.一种用臭氧将稠度高于20%的第一GE亮度的纸浆颗粒漂白成第二较高GE亮度的纸浆颗粒的反应器装置，当纸浆的颗粒暴露给包含臭氧的气体漂白剂时，其颗粒的尺寸足以使含臭氧的气体漂白剂基本完全渗透大部分的纸浆颗粒，该装置包括一个包括一纸浆颗粒导入区、一纸浆颗粒充满水平提供区、至少一个纸浆颗粒/臭氧气体漂白剂反应区以及一个已漂白的纸浆颗粒出口区的外壳;用于将纸浆颗粒导入该外壳中的纸浆颗粒导入区的装置;位于外壳的纸浆颗粒充满水平提供区的用于提供纸浆颗粒的预定充满水平的装置;用于以预定的充满水平将纸浆颗粒弥散到气体漂白剂中去的装置，同时该装置以单向流动方式推进弥散的纸浆颗粒穿过外壳，在足够的时间内，使大部分纸浆颗粒基本上被均匀地漂白，形成具有第二GE亮度的已漂白的纸浆，所述的弥散和推进装置包括通过沿径向提升、移位和振荡弥散纸浆颗粒，使大部分纸浆颗粒的全部表面基本上都暴露给气体漂白剂而使纸浆颗粒与气体漂白剂密切接触和混合的装置;以及用于从外壳的已漂白纸浆颗粒出口区除去已漂白的纸浆颗粒的装置。
33.如权利要求32的装置，其中纸浆颗粒充满水平提供装置，包括一用于弥散和推进纸浆颗粒的装置中的第一输送器部件，所述的第一输送器部件具有足够高的输送速率，用以提供并维持预定的纸浆颗粒的充满水平，纸浆颗粒弥散和推进装置还包括一个在臭氧气体漂白剂中提升和弥散纸浆的第二输送器部件，其第一输送器部件的输送速率大于第二输送器部件的输送速率。
34.如权利要求33的装置，其中所述的外壳包括第一和第二外壳部分，第一外壳部分包括纸浆颗粒导入区、纸浆颗粒充满水平提供区和一第一纸浆颗粒/臭氧气体漂白剂反应区;第二外壳部分包括一第二纸浆颗粒/臭氧气体漂白剂反应区和已漂白的纸浆颗粒出口区。
35.如权利要求34的装置，其中第一外壳部分位于第二外壳部分的上方，并通过滑槽与第二外壳部分相连，第一和第二输送器部件位于第一外壳部分内，并且每个都包含安装在一公用旋转轴上并且间隔开来的输送件，该间隔足以最大限度地减小或避免其间纸浆颗粒的挂料或堵塞，第二外壳部分包括一第三输送器部件，其输送件安装在一旋转轴上，用以将纸浆颗粒从滑槽中导出，穿过第二纸浆颗粒/臭氧气体漂白剂反应区，并到达纸浆颗粒出口区。
36.如权利要求35的装置，其中第一和第二外壳部分以反向相对，第三输送器部件的旋转轴及其上的输送件被排列成能以与第一和第二输送器部件的输送件相反的方向输送纸浆颗粒，故用单台驱动装置即可使每个旋转轴沿同一方向旋转。
37.如权利要求36的装置，其中第一、第二和第三输送器部件中至少有一个输送器部件的输送件包括叶片型片。
38.一个用于将高稠度纸浆颗粒弥散进入一气体反应剂中的装置，包括用于将高稠度纸浆颗粒导入外壳的装置;用于将气体反应剂导入外壳的装置;在一定的输送速率和输送效率下，穿过壳体输送颗粒的装置;弥散和推进装置，包括用于降低输送装置的输送效率的装置，及在推进颗粒沿轴线方向前行时，通过使颗粒沿径向提升、换位和振荡以使纸浆颗粒与气体反应剂密切接触和混和的装置，其中气体反应剂在被提升、被换位和被振荡的颗粒周围流动和环绕;以及用于提高输送装置的输送速率的装置，用于以单向流动方式推进弥散的纸浆颗粒穿过外壳，为在外壳中的纸浆颗粒提供一个预定的充满指数。
39.一个用于将高稠度纸浆颗粒弥散进入一气体反应剂中的装置，包括一个外壳;用于将高稠度纸浆颗粒导入该外壳的装置;用于将含臭氧的气体反应剂导入该外壳的装置;以一定的输送速率和输送效率输送颗粒穿过外壳，同时为外壳内的纸浆颗粒提供预定的充满水平的颗粒输送装置;以及弥散装置，该装置包括;通过在径向提升、换位和振荡该颗粒以使纸浆颗粒与气体反应剂密切接触和混合的装置、用于降低输送效率的装置和用于提高输送速率的装置，其中的气体反应剂在被提升、被换位和被振荡的颗粒周围流动和环绕，且在降低输送效率时提高输送速率，在预定充满指数下以单向流动方式推进弥散的颗粒穿过壳体。
40.一个用于将高稠度纸浆颗粒弥散进入气体反应剂中的装置，包括一个含有一颗粒导入区、一颗粒充满水平提供区、至少一个颗粒/气体反应剂混合区和一个颗粒出口区的外壳;用于将高稠度纸浆颗粒导入该外壳的颗粒导入区的装置;用于将含臭氧的气体漂白剂导入该外壳的装置;在一定的输送速率和输送效率下输送颗粒穿过外壳，并在该外壳内的颗粒充满水平提供区提供该外壳中的的纸浆颗粒预定的充满水平的颗粒输送装置;弥散装置，该装置包括通过在经向上提升、换位和振荡颗粒使颗粒与气体反应剂密切接触和混合的装置，其中气体反应剂在被提升、被换位和被振荡的颗粒周围流动和环绕，并且在减小输送效率时提高输送速率，以单向流动方式推进弥散的颗粒穿过壳体;以及将纸浆颗粒从壳体的颗粒出口区移出的装置。
41.如权利要求38、39或40中任一项权利要求的装置，其中所述的颗粒输送装置包括一旋转轴;所说的弥散装置包括多个安装在该旋转轴上的叶片组件;所述的输送效率减少装置包括能至少相对于该旋转轴改变所述的叶片组件的尺寸、形状、结构和取向中一项参数的装置;以及所述的输送速率提高装置，包括用于提高旋转轴的每分钟内的转数以补偿叶片组件的改变并获得所述的单向流动的装置。
42.如权利要求1的反应器装置，其中所述的旋转轴以一定速度转动，所说的径向伸展装置具有一定的螺距、间隔、角度、尺寸和形状;且其中所述的速度、螺距、间隔、角度、尺寸和形状可选成能在反应器内提供一预定的纸浆颗粒充满水平并且提高纸浆颗粒的径向弥散及减小其轴向弥散，同时以单向流动方式弥散和推进纸浆颗粒穿过壳体，在预定的滞留时间内获得预定的臭氧转化。
43.如权利要求42的反应器装置，其中预定的滞留时间约少于2分钟，且预定的臭氧转化约大于70%。
44.如权利要求43的反应器装置，还包括用于控制所说的漂白剂的流动以为在壳体中的所述漂白剂提供一个预定的滞留时间的装置，并且其中所述的控制装置被调整成将所述滞留时间至少设置为实际纸浆滞留时间的50%。
45.一种用于对具有稠度高于20%的高稠度纸浆颗粒进行臭氧漂白的高稠度纸浆/臭氧漂白反应器装置，包括一个具有一纸浆入口和一纸浆出口的壳体;用于将高稠度纸浆颗粒在纸浆入口处导入壳体的装置;用于将含臭氧气体流导入壳体以在所述壳体内提供含臭氧气氛的装置;以及在所述壳体内的弥散和输送装置，用以将高稠度纸浆颗粒弥散进入臭氧，通过在含臭氧的气体中沿径向弥散纸浆颗粒，使几乎等量的臭氧与纸浆颗粒接触，并以单向流动方式将纸浆颗粒从入口输送到出口，在预定的时间内足以使在所述壳体内弥散的纸浆颗粒的充满水平至少为10%，所述的弥散和输送装置，还可用作增加纸浆的径向弥散使大多数纸浆颗粒悬浮在含臭氧的气体中的装置，和减少纸浆的轴向弥散使当弥散和输送所述纸浆颗粒穿过壳体时提供约小于8的弥散指数的装置，所述弥散和输送装置包括一个穿过壳体并沿壳体纵轴线伸展的旋转轴，其第一端靠近入口，其第二端靠近出口，及从该旋转轴上沿径向伸展的、用以沿壳体的径向提升、换位和振荡纸浆颗粒，以使大部分纸浆颗粒悬浮在含臭氧的气体中，同时轴向地输送纸浆颗粒穿过该壳体的装置，所述的沿径向伸展的装置围绕所述的旋转轴安装，以便为在预定的速度下工作的所述混合和输送装置提供至少一个预定的输送速率。
46.如权利要求45的反应器装置，其中所述的弥散和输送装置使纸浆颗粒最大限度地径向弥散和最小限度地轴向弥散，以使所述装置的输送效率低于一个可能达到的最大的输送效率。
47.如权利要求45的反应器装置，其中所述的弥散和输送装置包括在上述的壳体内提供一个预定的纸浆充满水平的装置;以及所述的提供装置包括一个在上述旋转轴上的第一部件，其第一部件的输送速率高于后续部件的输送速率。
48.如权利要求47的反应器装置，其中所述的径向伸展装置包括小于CEMA标准尺寸以非搭接结构安装的叶片。
49.如权利要求47的反应器装置，其中所述的径向伸展装置包括至少沿着旋转轴上的一部分以1/4螺距为间隔的螺旋线样型成约240°地将叶片定位。
50.如权利要求47的反应器装置，其中所述沿径向伸展的装置被构形为可在所说的反应器中提供15～40%的纸浆充满水平，并且使沿轴向对纸浆的弥散具有约为3或约小于3的弥散指数(DI)。
51.如权利要求47的反应器装置，其中径向伸展装置包括沿着旋转轴的长度上以1/4螺距为间隔的螺旋线的样型成约240°地将叶片定位，所述的在第一部件上的所述叶片为CEMA标准尺寸叶片;且所述的旋转轴包含一第二部件，其中所述的叶片具有1/2CEMA标准尺寸。
52.一种用于将高于20%的高稠度的第一GE亮度的纸浆颗粒漂白成具有第二较高GE亮度的纸浆颗粒的方法，当纸浆颗粒暴露给气体漂白剂时，其颗粒的尺寸足以促使气体漂白剂基本完全渗透大部分的纸浆颗粒，该方法包括将所述高稠度纸浆颗粒导入反应器;将含臭氧气体的漂白剂导入反应器;以及通过沿径向提升、换位和振荡纸浆颗粒来弥散纸浆颗粒，使纸浆颗粒与臭氧密切地接触和混合，并使大部分纸浆颗粒的全部表面基本上暴露给气体漂白剂，同时以单向流动方式推进弥散的纸浆颗粒穿过该反应器，在一个预定的时间内基本上使大部分的纸浆颗粒被均匀漂白并形成具有第二GE亮度的已漂白的纸浆。
53.如权利要求52的方法，该方法还包括控制反应器中纸浆颗粒的充满水平及滞留时间，同时还控制反应器中气体漂白剂流速和滞留时间。
54.如权利要求52的方法，该方法还包括当使纸浆颗粒被提升、换位和振荡时，减小纸浆颗粒的轴向运动，而将纸浆颗粒的径向运动增至最大，以便最大限度地使纸浆颗粒与气体漂白剂混合和接触。
55.如权利要求53或54的方法，其中控制气体漂白剂的流速和滞留时间以便使气体漂白剂的转化率至少约为69%。
56.如权利要求52的方法，其中将气体漂白剂以与纸浆颗粒运动逆流的方向被导入。
57.如权利要求52的方法，还包括通过将高稠度的纸浆和残留的气体漂白剂导入一个罐的上部，并在该罐的下部加水来降低被漂白的纸浆的稠度，以在随后的处理步骤中有利于使纸浆运动的从反应器中收回已漂白的纸浆的方法。
58.如权利要求53的方法，其中通过操作在一个可转动的旋转轴上安装有多个叶片型的输送装置而使纸浆颗粒与气体漂白剂接触并混合。
59.如权利要求58的方法，其中通过结合旋转轴的转动速度选取特定的叶片结构、间隔、螺距、形状或表面积，将反应器中的纸浆颗粒控制在至少一种充满水平或滞留时间下。
60.如权利要求59的方法，该方法还包括至少改变叶片结构、间隔、螺距和表面形状之一以降低输送效率，并使旋转轴在较高的转数下转动以补偿这种输送效率的降低，可使纸浆颗粒与气体漂白剂有效接触，提高气体漂白剂的转化或壳体内纸浆颗粒的基本恒定的充满水平。
61.如权利要求59的方法，该方法还包括控制气体漂白剂的滞留时间，以便既能获得高的漂白速度又能获得气体漂白剂的高的转化率。
62.如权利要求59的方法，其中叶片的结构、间隔、螺距、形状或表面积以及旋转轴转速均被选定，以控制纸浆滞留时间获得高的漂白速度。
63.如权利要求52的方法，还包括在将所述的纸浆颗粒导入该反应器之前，将纸浆颗粒粉碎成具有较低松(堆)密度的纸浆颗粒;通过开始时以第一速率推进所述较低松(堆)密度的纸浆颗粒使在该反应器中维持所述纸浆颗粒在一基本恒定和预定的充满水平，并以低于所述第一速率的第二速率推进所述松(堆)密度增加了的颗粒。
64.如权利要求52的方法，其中所述的开始时的接触和混合包括将大部分的纸浆颗粒悬浮在气体漂白剂中。
65.如权利要求58的方法，还包括在所述的叶片之间基本上防止纸浆颗粒的挂料。
66.如权利要求60的方法，其中旋转轴以约大于每分钟30转的速度转动。
67.如权利要求52的方法，其中所述的开始时使纸浆颗粒与臭氧接触和混合的步骤，包括沿反应器的径向弥散纸浆颗粒，使大部纸浆颗粒悬浮于含臭氧的气体漂白剂中，以利于基本全部的纸浆颗粒表面的所述暴露。
68.一种用于将高于20%的高稠度的第一GE亮度的纸浆颗粒用臭氧漂白成具有第二较高GE亮度的纸浆颗粒的方法，当纸浆颗粒暴露给气体漂白剂时，其颗粒的尺寸足以促使气体漂白剂基本完全渗透大部分的纸浆颗粒，该方法包括将一含臭氧的气体漂白剂导入一个反应器，以在所述的反应器中提供含臭氧的气氛;将高稠度纸浆颗粒导入该反应器;以及通过沿径向提升、换位和振荡纸浆颗粒来沿该反应器径向弥散纸浆颗粒，使纸浆颗粒与臭氧密切接触和混合，以使大部分纸浆颗粒悬浮在含臭氧的气氛中，因而当以单向流动方式推进弥散的纸浆颗粒穿过该反应器时，大部分纸浆颗粒的几乎全部表面都暴露给气体漂白剂，在预定的时间内，使大部分的纸浆颗粒获得基本均匀的漂白并形成具有第二GE亮度的已漂白的纸浆。
69.一种用臭氧漂白具有高于20%高稠度纸浆颗粒的方法，包括将含臭氧的气体导入具有第一和第二端的反应器中;将高稠度纸浆颗粒导入该反应器的第一端;以单向流动方式从反应器的第一端推进高稠度纸浆颗粒穿过含臭氧的气体到达该反应器的第二端;径向地将高稠度纸浆颗粒弥散入所述含臭氧气体中以连续地使大部分纸浆颗粒的几乎全部表面暴露给含臭氧的气体，所述的弥散与所述的推进同时进行;维持弥散的高稠度纸浆颗粒在反应器中的预定的充满水平，所述的充满水平介于约10%至50%之间。
70.如权利要求69的方法，还包括在将高稠度纸浆颗粒导入反应器前，通过粉碎来降低该高稠度纸浆颗粒的松(堆)密度。
71.如权利要求70的方法，其中维持预定的充满水平的步骤包括维持将纸浆颗粒导入所述壳体的速度基本恒定;在所述的导入之后，立即以第一速度推进所述的纸浆颗粒;以及随后以第二速度推进所述纸浆颗粒，其中所述的第一推进速度大于所述的第二速度。
全文摘要
一种不使用氯元素而脱去木质素并漂白木质纤维纸浆的装置和方法。该漂白反应器是一个具有中心旋转轴的水平容器，中心旋转轴上最好包括叶片型、切口及弯折型螺旋片或螺条型螺旋片，用来以单向流动方式弥散和推进纸浆颗粒，同时使纸浆颗粒与诸如臭氧的气体漂白剂接触并混和，从而获得基本均匀的漂白。
文档编号B01F7/00GK1078006SQ92103090
公开日1993年11月3日 申请日期1992年4月24日 优先权日1990年10月26日
发明者D·E·怀特, M·A·皮库林, T·P·冈德克, W·H·弗兰德 申请人:友联坎普专利控股有限公司