对纸浆进行疏解的设备的制作方法

专利名称：对纸浆进行疏解的设备的制作方法
一般说来，本发明涉及一种纸浆制造工艺及设备，具体说，它涉及一种在气体漂白剂存在的情况下对高浓度纸浆进行疏解的设备，它可以促进纸浆与漂白剂之间的密切接触。
再具体地说，本发明涉及一种在一旋转的销钉式疏解机中处理木浆纤维的装置，在一种气体漂白剂存在的情况下，它可以延长疏解时间。
众所周知，木浆来源于蒸煮木片、回收纸的重新制浆、或者其他处理过程，而且一般是在纸浆及造纸厂中以水浆的形式进行处理的。近来，人们已经在采用臭氧漂白剂对高浓度木浆进行处理方面作了许多努力。初看起来，臭氧是一种木质纤维素材料的理想漂白材料，但是，过去，臭氧超常的氧化性能及其较高的成本限制了人们对令人满意的装置的开发。
纸浆的一个主要的性质是其流动性，该性能随纸浆的浓度而变化。高浓度的木浆(绝干浓度约为18～20％)并不具有流浆的性质，称之为潮湿的固体纤维浆团更为合适。高浓度的纸浆可以进行疏解，如同对棉花或羽毛一类干燥的纤维固体进行疏解处理一样，由此使纸浆成为一种轻质、多孔的物质，其内部的纤维也可以被气体形式的化学试剂触及。
但是，由于疏解纸浆的可压缩性能，如果不提高其密度及减小其孔隙率(孔隙体积)则在传统的固体松厚处理设备中很难将之移动或输送。
为了充分实现气相反应在纤维素纤维浆的多步漂白中的优点，生产疏解浆时对纸浆的粉碎必须具备特殊的性质，以使生产出的片段不管其尺寸大小如何，都具有较低的密度，而且整体上是一种多孔隙的结构，基本上不存在任何高压缩部分，即不存在密实的纤素束。只有达到这种被粉碎的纸浆的形式时，气体的反应物才能达到该粉碎浆片段中的任何部分，从而确保气体反应物与疏解纸浆之间的反应迅速而均匀的进行。至于疏解纸浆与漂白剂气体之间接触的均匀性，在采用臭氧进行漂白时，最为相关的是在与疏解纸浆接触中，臭氧气体浓度的迅速下降。这种下降可归结于臭氧与木浆的反应速度极快的原因。由于反应速度受浓度的影响，随着纸浆的可穿透性的波动，上述特性便增大了其漂白的不均匀性。
如上所述，被疏解过的纸浆物质是很容易被膨松固体的处理装置的作用所压缩的，从而形成密度很高而且气体穿透能力很弱的填块及浆料块。漂白气体将很缓慢的通过这些填块或浆料块，却非常迅速地穿过块与块相接触的区域，其结果是接触区域的漂白过度，而块芯部分漂白不足。所以，人们已经发现，如果以采用传统的膨松材料处理设备的漂白系统来处理高浓度的疏解纸浆，即在采用臭氧气对之进漂白的同时使之通过一个漂白滞留腔室，则无法成功地生产出漂白均匀的纸浆纤维。
销钉式撕碎机及疏解机被用于制浆及造纸过程，还被用于撕碎薄片材料或疏解纤维材料的其他许多行业。由这种销钉式撕碎机生产出的颗粒的尺寸受各种因素的影响，例如销钉的尺寸和间距、旋转的速度、滞留时间以及腔室的间隙等。
作为这种机器的一个例子便是一种作为高浓度纸浆漂白试验用的疏解机，在授予De Montigny的美国专利3,725,193中对该机器有所说明。虽然这种机器以及其他的同类机器均已取得不同程度的成功，但是，它们仍然存在若干缺点，降低了它们的使用性。
例如，由于潮湿木浆具有纤维状及絮状的性质，这就造成了要利用筛网(如De Montigny所建设的)来阻挡腔室内的粗颗粒的缺点。为了让絮片能通过筛网，其孔眼或缝隙必须开得过大，从而造成使一些具有相同尺寸的未经疏解的颗粒通过。
用于制浆及造纸行业中另一类已知的销钉式旋转机器，它包括一个圆筒式的腔室，其内侧装有静止销钉，它们与转子上的销钉相互交错。对于低浓度至中浓度范围的加工木浆，例如一种蒸汽混合物来说，这种高速销钉转子式机器已取得了不同程度的成功。但在加工高浓度纸浆时，这些机器的工作却不能令人满意，这是因为在旋转销钉的撕扯作用以及旋转浆料的离心力作用下，当浓度很高时，纸浆纤维会粘附在静止销钉的根部，逐渐聚集的纤维将在腔室内形成堵塞，阻碍所加工的木浆的顺利通过。
在疏解和处理高浓度木浆时，现行的机器中存在着上述的一些缺点，因此很显然，为了克服上述的一个或多个缺点，最好采用另一种方案。以下将对一个适合的替换方案及其特征作更充分的说明。
就本发明的一个方面而言，本发明提供了一种疏解接触器，它包括一个圆筒形的外壳，外壳的一个端部附近设有固体进口，另一个端部附近设有固体出口，还有一个气体试剂的入口，可以将该试剂输入壳内，一个圆筒形可旋转的转子安装在上述壳体内，它具有足够大的直径，以便在适当的轴向长度内形成一个有限的环形空间，转子上带有若干沿径向延伸的销状突起，以便对输入壳体内的固体纤维状材料施加一个圆周向的涡旋力，外壳上装有若干导引片，它们伸入到环形空间内，与上述销状突起所划定的旋转路径相交错，其第一梳理部的方向大致平行于旋转路径，第二轴向导引部则与旋转路径构成一个精确的角度。
此外，本发明还提供了一种方法，可以在对纸浆疏解的过程中，在反应气体存在的情况下，使气体漂白剂与一定量的高浓度木浆之间的反应实现最佳化，且进行足够长的时间周期，以便生产出优良的疏解浆，其中，在一条延长的反应路径中，通过疏解机的反复机械作用，该纸浆已与反应气体进行了密切的接触。
通过以下结合附图对本发明所作的详细说明，上述内容以及本发明的其他方面内容将更为清楚。


图1是现有技术中一台设备的剖视图，其中设备的一个腔室被剖开，以便露出可旋转地安装在其内的销钉式转子。
图2是本发明的一台设备的实施例的垂直剖面图；图3是沿图2中3-3线对本发明的一台设备实施例所作的垂直剖面图；图4是试验性设备的一组曲线，它表示了与现有技术中的锥形表面相比，在一给定的功率输入时，本发明的滞留时间延长的情况；图5是图2和3所示的设备实施例的等角视图，它表示出安装在腔室内部的纵向排列的导引叶片；图6是对图5所示的本发明的设备实施例的局部区域所作的放大的等角视图；图7是本发明的导引片的一幅平面视图；以及图8是本发明的导引片的一个边缘部的正面视图。
一种转动钉销式疏解机接触器在申请号为08/125,053的专利申请中已经有所说明，该申请与本发明是同一受让人。一种垂直轴(如图1所示)采用了一个锥形的表面，以便对通过该机器的纤维的运动方式进行控制。
如图1所示，该疏解机包括一个大致呈锥形的壳体1，它具有一个进口2和一个出口3，分别用于接收和排放纸浆纤维。所示的销钉转子4的断面也大致呈锥形，它安装在一根穿过腔室1的轴5上，可以在腔室1内转动。该转子还带有若干销状的突起6，它们从转子中伸出，延至腔室内壁附近的一点。
纸浆纤维穿过进口1进入该机器，受到转子4和销钉6的梳理作用，纸浆纤维会沿着机器的周壁旋转。在一种垂直设置的机器内，作用在锥形表面8上的纸浆纤维层块(mat)7的离心力使得由于受到重力的影响而引起纸浆纤维的下移受阻。这种锥形表面还可以被用来运送纸浆纤维，使之穿过一个水平放置的机器。
当纸浆纤维层块的转速一定且旋转半径也一定时，腔室的某一个锥形角度将会使浆层块向上的力恰好等于向下的重力。为了使纸浆以一个受控的速度下移，应使转子的转速稍稍低于“平衡”速度。这是一种很精确的平衡，在实践中，由于腔室下方的半径渐小，所以越向下纸浆下移的速度越快，从而使纤维层块的厚度变薄，如图1所示。
由销钉转子对纸浆层块进行的适当搅拌和疏解存在一个最大的厚度。一种不均匀的纸浆层块将引起疏解机负荷效率的降低，从而使得需要一种又大又不经济的机器。机器采用圆锥的形状，也不利于提高空间使用率。
图2和图3所描绘的是该种设备10的一个试图商业化的实施例，它可以用来对大量的高浓度木浆进行连续疏解，而且可以连续地促进高浓度纸浆与气体漂白剂之间的密切接触。其腔室分作二部分，下腔室12和上腔室13，它们通过一个组合法兰32而结合在一起。上腔室13接收来自于一个形成组合的进料及气体密封装置中的一种连续的高浓度木浆流，该组合装置将高浓度木浆压成一个带有气密的浆塞。浆塞伸入纤维入口22内，一根销钉转子轴15可旋转地支承着一个销钉转子筒(drum)14，并驱动之。销钉转子筒14的上部装有一台螺旋式纤维撕碎机26，其外周边具有齿形的表面(未示出)，该表面可以将浆塞撕成小片，并将它们送入下腔室12内的疏解接触区。
该螺旋形撕碎元件26同时使纸浆颗粒具有一种沿内圆周运动的速度，销钉16的尖部从圆环形的纸浆中梳过，所述的纸浆环是紧靠着腔室的内表面形成的。当开始疏解时，销钉转子及销钉16对纸浆纤维层块的作用将导致浆层块的旋转，如同一种流动的固体。
本发明采用了一系列的导引片25，用来对所形成的流体化的纸浆纤维层块的运动进行控制和导向。这一排排的导向片同时也为纸浆层块的梳理提供了另一个表面，从而使疏解质量得以提高。此外，通过这些导引片的作用，相邻转子销钉16之间所形成的纸浆纤维的“架桥”现象也得以消除。
导引片包括一个平坦的“纸浆层块插入”表面33，紧随其后的是一个提升表面或翼片28。这些导引片可以沿着内圆周表面设置，如同图5所示的那样进行排布，其中，有一些导引叶片被安装在一块安装板31上，并沿轴向垂直对齐，以便对沿圆周方向输入的需进行疏解的纸浆纤维层块进行拦截。
在重力的作用下，输入进来的受控的涡流状沿周向移动的纸浆便逐渐从入口22流入出口24。可以将一种反应气体从气体入口处23加入，以便形成一种气体与纸浆的涡流混合体，以一种延长的周向通道的形式穿过该疏解机。在疏解过程中气体的介入，可以使之与诸纤维发生极其迅速和彻底的接触，从而使反应进行得最为有效。
如图7和图8所示，在每一个导引片上都有一个前缘30，它略向内偏离，形成夹角40°(一般情况下与径向直线间的夹角为60°，如图7所示)，这样作，一方面可以阻止纸浆塞的发展，另方面可以使聚集的纤维脱落，如果采用一种方形的前缘，则会造成纤维的聚集。选择前缘部分具体角度，主要是为了提供足够大的表面干扰作用，以便使旋转的销钉能有效地进行梳理和撕扯。
此外，这些导引片25还被用来控制和引导这些流体化了的纸浆层块，使之沿着周向的通道绕着腔室的内层运动。为此，每个导引片都带有一个平坦的纸浆层块插入表面33，紧随其后的是一个提升表面或翼片28，后者的作用基本上相当于飞机的机翼提升器或者副翼，它对在成排导引片之间流动的纸浆层块的流动方向施加一种轻微的提升作用。当纸浆层块滑过导引片时，将会被赋予一种向上速度。纸浆层块连续地沿疏解机腔室12的内周面运动，当向上的速度分量被重力抵消时，纸浆层块就开始下落。纸浆层块向下作加速运动并下移一段垂直距离，正好处于它被第一导引片提升时的点的下方。
在该处，另一个导引片将对该纸浆层块进行提升，并重复上述过程。纸浆纤维层块的这种沿垂直方向的抛物线运动将沿着机器的长度方向重复进行。这些导引片允许将疏解机制成圆筒形的，而不是锥形的，后者不具备上述的优点，这样，就可以使一台机器，不须改变其机器长度，便可具有一种提升机理。由此便产生了一种稳定的提升力，并使流量及纸浆层块的厚度保持稳定。
导引片之间一种较为理想的周向间距在12～20英寸之间，这种尺寸已被使用，但更宽的范围也是可以采用的。在试验设备中已经证明，当长度为2～3英寸时，所形成的提升表面向上弯曲的半径约为30英寸是有效的。圆筒14与圆筒12的内表面之间的纸浆层块的厚度为4英寸时，也是很有效的。以上的尺寸将根据设备的尺寸，圆筒的转速，所需的疏解度以及滞留时间而有所变化。
对于本技术领域的普通技术人员来说都很清楚，在该容器的任何部位可以实现任何所需的提升度。例如，在加速过程中，在容器的顶部采用较大的提升可能是有效的，而在容器的下部，由于疏解作用的发生，当被疏解纸浆层的体积增大时，应减小提升作用。在该设备10的操作过程中，高浓度的木质纸浆层块沿轴向穿过腔室。可以通过各种不同的技术实现之，例如，沿垂直方向，重力将实现这种运动。沿垂直方向之外的方向，可以根据需要，用导引叶片来促进或者阻碍纸浆沿某一方向的流动。
除此之外，还可以借助于所引入的(例如在入口23处)气体漂白化学物质的流动来实现纸浆的轴向运动，以将疏解纸浆吹过腔室。当然，这些作用将与导引叶片相结合而进行，从而产生并控制穿过腔室的纸浆流，并由此生产出一种疏解纸浆，使之基本上沿着一条大致为抛物线形的变化了的螺旋延长通道运动，并由入口至出口逐渐穿过该疏解机，事实上，上述作用伴随着反应气体的存在，使反应气体与所疏解的纸浆产生了一种密切的混合，使主要部分都能发生反应并持续足够长的时间，例如，当采用臭氧气体、氯气或过氧化物气体作为漂白剂时所发生的反应。其后，可以将这些密切混合的气体和纤维送至一个脱气容器中去，在那里对气体反应物作有效的分离。
在现有技术中，有一种分离的方法是在一种固定床装置中完成的，在装置内，可以将纸浆床压实，由此将残存的反应气体压出。业已证明这种类型的容器是一种有效的而且高效率的装置，可以在不因机械作用而导致纤维降解的前提下使密切接触的反应气体完成其反应。
图4中表明了与仅仅具有锥形表面的装置相比，当功率相同时，本发明的装置可以使滞留时间大大延长。
对于一个给定的功率来说，提高滞留时间有几个原因，在实验室中业已发现，输入纸浆内的总能量为0.4Hp/O.D.TPD时，就以外形分析而言足以产生出质量很好的疏解浆。如果增加总的输入能量，其结果是对疏解的质量略有提高，但可能引起纤维的破坏及很高的机械磨损。采用低能量转化率可以产生一种良好的柔和梳理作用。采用很高的总能量输入还可能提高纸浆流的排放温度，这对于漂白处理来说是有害的。
在采用二级旋流器的实验设备中，导引片的效果十分明显，对于一种单排的导引片来说，其滞留时间可以提高4～7秒而能量转化率由0.209降低到0.115Hp/Sec/O.D.TPD。而二排的导引片可以使滞留时间有更大增加，并相应减少其能量转化率。以实验设备作为分析模型可以预测采用四排导引片的圆筒式机器，其能量转化率可以达到0.02Hp/Sec/O.D.TPD，其总能量输入为0.4Hp/O.D.TPD，滞留时间为20秒。
以上通过优选实施例对本发明作了说明和解释，应当明白，在不脱离权利要求书所限定的本发明的前提下，还可以对其进行各种变形和变化。
权利要求
1.一种疏解接触器，它包括一个圆筒形的外壳，在其一端附近有一个固体进口，在其另一端附近有一固体出口，还具有一个气体进口，以便将一种气体送入该外壳内；一个圆筒形的转子可旋转地安装在上述外壳内，该转子具有足够的直径，以便在适当的轴向长度内形成一种受限的环形空间；所述的转子还具有若干个沿径向向外伸出的突起物，它们划定了一个旋转路径，以便对输入壳体内的固体纤维材料施加一种周向的涡旋力；所述的外壳还具有若干导引片，它们伸入到所述的环形空间内，介于被上述突起物所划定的旋转路径之间，该导引片中第一梳理部分的方向大致平行于所述的旋转路径，而其第二轴向导引的部分则与所述的旋转路径构成一个精确的角度。
2.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的多个导引片伸入所述的环形空间内时，其第一梳理部分还具有一个带一定角度的前缘，以便拦截引入壳体内的周向涡流，并且使与所述前缘部分相遇的纸浆颗粒发生偏移。
3.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述导引片的第二轴向导引部分与所述旋转路径之间的精确夹角的大小的设置使得对输入壳体内的固体纤维材料的周向涡流产生一种提升作用。
4.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的突起物是销钉。
5.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的气体是一种反应气体。
6.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的受限环形空间的深度为2～10英寸。
7.如权利要求6所述的疏解接触器，其中所述的受限环形空间的深度约为6英寸。
8.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的突起物基本上穿过所述的受限环形空间。
9.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的导引片基本上穿过所述的受限环形空间。
10.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的导引片的第一接触部分还带有一个前缘，它稍稍向内偏离形成一个角度。
11.如权利要求10所述的疏解接触器，其中所述的向内偏离的角度为与一径向直径线相交的角度，且约为60度。
12.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述导引片的第二轴向导引部分包括一个从所述第一梳理部分延伸出来的弯曲翼片。
13.如权利要求12所述的疏解接触器，其中所述的弯曲翼片向上弯曲的半径约为30英寸。
14.如权利要求1所述的疏解接触器，其中所述的导引片在壳体内沿周向的分布间隙在12～20英寸之间。
15.如权利要求12所述的疏解接触器，其中所述的弯曲翼片向上弯曲一定的角度，以能提供一个自入口至出口的辅助提升作用。
16.如权利要求15所述的疏解接触器，其中所述的弯曲翼片弯曲一角度，以促进流体的流动。
17.如权利要求5所述的疏解接触器，其中所述的反应气体是一种漂白气体。
18.如权利要求15所述的疏解接触器，其中所述的漂白气是臭氧与氧的混合气体。
全文摘要
在一销钉式疏解机中设置了一种导引片,当浆料层块从导引片的上方通过时,它对浆料层块提供了一个周期性的提升分力,从而有助于疏解过程中纸浆层块的滞留,由此延长纸浆在疏解机中的滞留时间。
文档编号D21C9/10GK1169760SQ95196787
公开日1998年1月7日 申请日期1995年10月27日 优先权日1994年11月7日
发明者克里斯托弗·J·拉里维尔 申请人:贝洛特工艺技术公司