有喇叭入口嵌入件的闪蒸罐和引导流体进入闪蒸罐的方法

有喇叭入口嵌入件的闪蒸罐和引导流体进入闪蒸罐的方法
【专利摘要】闪蒸罐，包括：具有由闪蒸罐侧壁形成的内表面的内腔；结合到内腔上部的蒸汽排气口；结合到内腔下部的液体排放口；具有嵌入出口并嵌入内腔的入口的嵌入入口管，其中，嵌入入口管在侧壁内部延伸，且嵌入出口具有基本平行于闪蒸罐的中心垂直轴并基本垂直于闪蒸罐的径向线的细长的截面形状，使嵌入出口基本与侧壁相切。
【专利说明】有喇叭入口嵌入件的闪蒸罐和弓I导流体进入闪蒸罐的方法
相关申请
[0001]本发明要求2013年5月28提交的美国临时申请61/827，830的优先权，并依照35U.S.C.§ 119(e)以引用方式结合在此。

【技术领域】
[0002]本发明总体涉及从加压反应容器中提取的闪蒸流体，更具体地是由用于来自制浆或生物质处理系统中的加压容器的闪蒸黑液的闪蒸罐。

【背景技术】
[0003]闪蒸罐通常用于闪蒸包括水蒸汽和冷凝物的高压流体液流。闪蒸罐典型具有高压入口、内腔、上部水蒸汽或气体排放口和下部冷凝物或液体排放口。闪蒸罐安全有效地减少加压液流的压力，允许回收液流产生的蒸汽的热能并收集液流冷凝物的化学物质。
[0004]闪蒸罐被用于回收如硫酸盐法蒸煮系统的化学制浆系统的化学物质。闪蒸罐还用于化学和机械-化学制浆系统的其他类型的蒸煮系统。造纸木屑或其他粉碎的含纤维素的纤维有机材料(这里全被称为纤维素材料)，纤维素材料与如水的液体和蒸煮化学物质混合，并泵入加压处理容器。氢氧化钠、亚硫酸钠和其他碱性化学物质被用于如在硫酸盐法蒸煮系统中蒸煮纤维素材料。这些化学物质趋于降解和溶解木质素以及纤维素材料中的半纤维素和纤维素化合物。硫酸盐蒸煮过程典型在100°C到170°C温度范围和大于或基本大于大气压，如超过5巴到15巴压力下执行。在其他传统蒸煮工艺中，将纤维素材料与水或酸一起处理，进行集中于溶解主要半纤维素化合物的酸水解。
[0005]蒸煮(反应)容器可以是分批或连续流容器。蒸煮容器通常垂直定位，且可以足够大来每天处理1000吨或更多纤维素材料。在连续流容器中，材料持续进入和离开容器，并保持在容器中几分钟或几个小时。除了蒸煮容器，传统制浆系统包括其他反应容器(如在大气压或接近大气压或以高于大气压运转的容器)，诸如在蒸煮容器之前用液体浸溃纤维素材料。考虑到大量纤维素材料在浸溃和蒸煮容器中，大量的黑液典型地从这些容器中提取。
[0006]黑液通常包括蒸煮化学物质和有机化学物质或化合物，如水解产物。残碱。木质素、半纤维素和从纤维素喂入材料溶出的其他溶解的有机物质。黑液典型地在闪蒸罐中闪蒸来产生水蒸汽和冷凝物。蒸煮化学物质和有机化合物通常包括具有闪蒸后液滴。由闪蒸形成的水蒸汽通常在蒸煮化学物质和有机化合物之外。可以处理液滴，如回收和再苛化蒸煮化学物质。水蒸汽可以用作制浆系统的热能。
[0007]在传统闪蒸罐中，黑液通常通过结合到罐的侧壁上的入口的入口管进入。其他传统闪蒸罐可以布置在容器顶部的入口。该入口典型地是闪蒸罐侧壁内的圆形或椭圆形开口。黑液典型地从入口管流入闪蒸罐。入口管到闪蒸罐的过渡是突然的，导致流入闪蒸罐的液体扰乱和湍流。


【发明内容】

[0008]在一个示例实施例中，设想的闪蒸罐包括:具有由闪蒸罐侧壁形成的内表面的内腔、结合到内腔上部的蒸汽排气口、结合到内腔下部的液体排放口、具有嵌入出口并嵌入内腔入口的嵌入入口管，其中，嵌入入口管在侧壁内部延伸，且嵌入出口具有基本平行于闪蒸罐的中心垂直轴并基本垂直于闪蒸罐的径向线的细长的截面形状，使嵌入出口基本与侧壁相切。
[0009]嵌入入口管具有与从闪蒸罐的垂直轴径向延伸的直线垂直的纵轴。嵌入入口管组件具有基本与闪蒸罐垂直轴垂直延伸的径向线对齐的嵌入出口和嵌入入口管的纵轴。嵌入入口管包括以纵轴为中心的圆形截面的圆柱段和圆柱段与嵌入出口之间的喇叭段，其中，喇叭段从圆柱段的纵轴朝接近嵌入出口的闪蒸罐侧壁偏移。嵌入入口管的截面面积沿管长度方向基本相同。
[0010]在另一个实施例中，已经设想了用于包括侧壁和入口管的闪蒸罐的嵌入入口管组件，该嵌入入口管组件包括:构造成被插入入口管并固定到入口管的管状部分和嵌入腔体入口管内的管状部分的嵌入出口，其中，嵌入入口管在侧壁内延伸且嵌入出口具有基本平行于闪蒸罐的中心垂直轴且基本垂直于闪蒸罐的径向线的细长的截面形状，使嵌入出口基本与侧壁相切。
[0011]一个示例嵌入入口管由金属、聚合物或其他能经受通过嵌入入口管的喂入材料的压力、温度和腐蚀的材料制成。例如，当喂入材料是黑液时，示例嵌入入口管可以由不锈钢或其他能经受黑液腐蚀的的合适材料制成，在那，黑液的温度和压力通过嵌入入口管传输。
[0012]在另一个示例实施例中，嵌入入口管进一步包括一耐磨端部，由如金属、聚合物或其他能长时间经受流动材料的压力和温度的耐磨材料制成。例如耐磨材料可以是不锈钢、钛和钨。在其他示例实施例中，耐磨材料可以覆盖嵌入入口管的材料。
[0013]一示例的管状材料包括圆形截面段和一纵轴。喇叭段在圆形截面段和嵌入出口之间，其中，喇叭段从纵轴朝向靠近嵌入出口的闪蒸罐侧壁逐渐偏移。嵌入入口管组件进一步包括固定到管状部分并沿管状部分的一部分纵向延伸的至少一个角板。
[0014]在又一个示例闪蒸罐中，嵌入入口管的初始长度的横截面积基本大于嵌入入口管的喇叭段。
[0015]构想的闪蒸压缩液体的示例方法包括:将压缩液体喂入闪蒸罐的嵌入入口管，其中嵌入入口管延伸超过闪蒸罐的侧壁内表面并包括靠近侧壁内表面的嵌入出口 ；来自嵌入入口管的压缩液体通过嵌入出口并在侧壁的内表面上平稳流动；当液体在侧壁内表面上流动时闪蒸压缩液体；通过腔体上部排出由闪蒸形成的蒸汽，并通过腔体下部排放由闪蒸形成的液体。
[0016]该方法进一步包括压缩液体流过嵌入入口管，其中，嵌入入口管的初始长度的截面面积基本大于嵌入入口管的喇叭段。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]通过随后图中公开的示例性实施例的具体描述，上述内容将变得清楚，附图中类似的参考特征在全部不同视图中指代相同部件。附图不必按比例，重点在于示出公开的实施例。
[0018]图1是接收黑液的传统闪蒸罐的示意图，其中罐的侧壁的一部分被裁去，来显示进入罐的液体的入口。
[0019]图2是本发明的一个示例闪蒸罐的一部分从上到下的截面图，具有已嵌入的入口管，其中截面是沿入口高度。
[0020]图3显示了本发明的一个示例入口管组件的主视图。
[0021]图4是本发明的一个示例入口管组件的透视图。
[0022]图5是本发明的将黑液喂入闪蒸罐的一个示例入口管组件的示意图，其中，闪蒸罐的侧壁的一部分被裁去，来显示该入口管组件的一示例入口。

【具体实施方式】
[0023]图1是结合到黑液37的源11的传统闪蒸罐9的示意图。黑液37的源11可以是一个接头14，如接受并将来自多股液流的黑液37合成进入闪蒸罐9的单一的液流26的圆柱接头或混合短管，但黑液37还是从生产纸浆的硫酸盐蒸煮工艺中的加压批量或连续蒸煮容器中提取。接头14具有用于黑液37的内通道(见图2)，该通道具有圆形横截面。
[0024]黑液37从接头14通过法兰连接器16流入入口 18。当黑液37流出入口 18通过传统出口 20，黑液37变成一黑液37流26。从传统出口 20到闪蒸罐9的内侧壁表面22的过渡是突然的。当黑液37流26以不统一方式流出传统出口 20时，发生扰乱和湍流。
[0025]黑液37从入口 18通过传统闪蒸罐9的内侧壁表面22上的传统出口 22。内侧壁表面22通常是圆柱形的、连续弯曲的，或曲线表面，使内侧壁表面限定一个内腔。传统出口20截面是圆形的，尤其如果入口 18的纵轴(见图2的40)同轴于与传统闪蒸罐9的中心垂直轴24相交的径向线。如果入口 18不基本对齐垂直于中心垂直轴24，传统出口 20的截面是椭圆形的。黑液37的流26从传统出口 20流出，并从传统出口 20落到传统闪蒸罐9内的液体表面28，因而，进一步加剧传统闪蒸罐9内的扰乱和湍流。
[0026]当黑液的流进入传统闪蒸罐9，液体的压力释放，在接头14内的液体压力基本高于大气压，如高于5巴或高于10巴，传统闪蒸罐9的内腔内的压力基本是在大气压下，如
0.1到1.5巴。当黑液37的流26进入传统闪蒸罐9，压力释放导致黑液37中的水蒸汽和其他蒸汽“闪蒸”，这意味着从液相变成汽相，并从黑液的保留液体如冷凝物中分离。闪蒸后水蒸汽和其他蒸汽30从传统闪蒸罐9的上部处的蒸汽排气口 33中排出。从在传统闪蒸罐9的下部处的液体排放口 31提取液体冷凝黑液32。
[0027]图2是本发明的一个示例闪蒸罐10的一部分从上到下的截面图，其中，截面取自入口 18的高度。闪蒸罐10的改变在于在图1所示的结构增加在入口 18内增加空心嵌入入口管34。嵌入入口管34具有一连接到接头14的入口连接器44和一嵌入出口 36。嵌入出口 36紧靠狭缝61或通过狭缝61与内侧壁表面22的区域38分开，狭缝如小于6英寸到小于I英寸(小于152mm到小于25mm)。
[0028]区域38通常平行于嵌入入口管的纵轴40。在一个结构中，嵌入出口 36延伸到延伸通过闪蒸罐10的中心垂直轴24的直线42。虽然在这里公开了示例实施例，嵌入出口 36与直线42对齐不是必须的，嵌入出口 36在距离直线42小于闪蒸罐10的直径百分之25的距离内。在内侧壁表面22的区域38附近具有嵌入出口 36的优势是嵌入出口 36流出的黑夜37流直接且平稳地流到内侧壁表面22上，液流没有大的扰乱或湍流。嵌入出口 36流出的黑夜37流基本与内侧壁表面22的区域38相切。
[0029]嵌入入口管34的截面面积沿该管的整个长度(L)基本相同。嵌入入口管34的截面的一部分，从接头14的入口连接器44到喇叭的开始(LI)是圆形的。嵌入入口管34的这部分(LI)具有纵轴40。沿嵌入出口管34的喇叭段(L2)(见图4的62)，截面逐渐从圆形变成椭圆、跑道或其他细长形状46，如图3所示。嵌入出口 36的细长形状46的优势在于黑液37在高于传统出口 20的更大流速流出嵌入出口 36，且比传统闪蒸罐9更靠近内侧壁表面22。
[0030]嵌入入口管34设计成其截面面积沿嵌入入口管34的长度(L)基本不变。基本不变是指截面面积整个嵌入入口管34的长度(L)变化不超过百分之十。保持基本不变的截面面积有助于最小化流经嵌入入口管34的黑液37的扰乱，如湍流和非层流。沿嵌入入口管34的长度(L)保持基本不变的截面面积允许黑液37以基本不变的速度流经嵌入入口管34。类似地，保持嵌入入口管34内壁平滑且逐渐改变嵌入入口管34的截面形状使黑液37流中扰乱最小。另外，使嵌入入口管34的截面面积和初始长度(LI)的直径(Dl)与接头14的截面面积和直径(Dl)匹配，避免通过接头14和嵌入入口管34之间过渡(如入口连接器44)的液流中的扰乱。
[0031]在另一个示例实施例中，嵌入入口管34的初始长度(LI)的直径(Dl)限定基本大于嵌入出口 36的喇叭段(L2)(见图4的62)的截面面积。基本大于是指在嵌入入口管34的长度(L)上，截面面积变化大于百分之十。
[0032]嵌入入口管34可以嵌入闪蒸罐10的传统入口 18。入口 18的直径(D2)基本大于嵌入入口管34的直径，如是嵌入入口管34直径的两倍。将嵌入入口管34安装在入口 18中，支架和其他安装装置被固定在嵌入入口管34上。这些安装装置包括与入口 18的法兰连接器16结合的圆形板48。圆形板48密封入口 18的端部，且具有开口 50来容纳紧固件，如螺栓来将圆形板48固定到法兰连接器16上。圆形板48具有开口 52，来容纳和支撑嵌入入口管34。开口 52沿朝罐10的内侧壁表面22的区域38方向，从圆形板48的中心偏移，靠近嵌入入口管34的嵌入出口 36。
[0033]圆形支撑板54通常是金属的，但可以是另外的合适材料，安装在入口 18内并具有与入口 18的内直径(D2)基本相同的直径。圆形支撑板54具有用于嵌入入口管34的开口56和支撑件，如焊接到嵌入入口管34。圆形支撑板54通常垂直于嵌入入口管34和入口 18的纵轴40。第一角板58，如金属或适于支撑嵌入入口管34的其他材料，可以是三角形板，为嵌入入口管34提供纵向支撑，且从圆形支撑板54沿嵌入入口管34的长度的一部分延伸。第一角板58固定(如焊接)到嵌入入口管34的外表面，为嵌入入口管34提供纵向支撑。
[0034]第二角板60在紧靠内侧壁表面22的区域38的嵌入入口管34的侧面，且靠近嵌入入口管34的嵌入出口 36。第二角板60是相对窄(与第一角板58相比)的筋，高度和宽度小于一英寸(25mm)。第二角板60固定到嵌入入口管34，来提供嵌入入口管34的加固和嵌入入口管34结构支撑。第二角板60抵靠闪蒸罐或入口 18的内壁38。第二角板60还最小化嵌入出口 36相对闪蒸罐10的内侧壁表面22的震动。由于嵌入出口 36和闪蒸罐10的内侧壁表面22之间可能的震动，小于一英寸(25mm)的狭缝61在嵌入出口 36和闪蒸罐10之间形成。狭缝61由第二角板60的尺寸来决定。
[0035]图3是一个示例嵌入入口管34的主视图。如图3所示，嵌入入口管34的喇叭段62偏离嵌入入口管34的截面部分(LI)的圆的纵轴40。偏移64有助于嵌入出口 36的定位，因此黑液(图2中的37)流接近内闪蒸罐10的侧壁表面22和区域38。嵌入出口 36的形状46还被用于引导黑液从嵌入出口 36平稳且直接在闪蒸罐10的内侧壁表面22上流动。形状46沿平行于闪蒸罐10的中心垂直轴(图2和图5中的24)方向被拉长。形状46允许黑液37以高于流经传统出口 20的黑液37的速度进入闪蒸罐10的内腔(见图5)。在示例实施例中看，黑液和蒸汽37可以以每秒10英尺到每秒5000英尺范围内的速度进入闪蒸罐10.
[0036]图4是嵌入闪蒸罐10的入口 18之前的嵌入入口管34的一个示例实施例的透视图。嵌入入口管34可以预制成包括用于接头14的入口连接器44的法兰、安装到入口 18的法兰16的圆形板48、滑入并抵靠嵌入入口管34的圆形支撑板54、和为嵌入入口管34提供加强和纵向支撑的第一角板58和第二角板60。另外，嵌入入口管34预制成喇叭段62具有跑道的形状46。嵌入出口 36的形状46在嵌入入口管34嵌入闪蒸罐10之间预制。
[0037]在另一个示例实施例中，闪蒸罐10设计成没有大直径入口 18，来直接容纳嵌入入口管34。嵌入入口管34的合适的支撑件可以放置在闪蒸罐10的内侧壁表面22的内部和外部，来支撑嵌入入口管34。嵌入出口 36具有一固定(如焊接到闪蒸罐10)的边缘，来提升从嵌入入口管34到闪蒸罐10的内侧壁表面22的黑液流的稳定。
[0038]图5是嵌入闪蒸罐10的入口 18之后的一个示例嵌入入口管34的侧视图。黑液37流进入接头14，并分别流经嵌入入口管34和喇叭段62。喇叭区域进一步包括由禁得起黑液37流的压力、温度和腐蚀的材料构成的耐磨端部72。在一示例实施例中，耐磨端部72包括整个喇叭段62。在其他示例实施例中，磨损端部72包括靠近嵌入出口 36的喇叭区域的一部分。在另外的其他示例实施例中，耐磨端部72覆盖喇叭段62的全部或部分。嵌入出口 36基本与闪蒸罐10的中心垂直轴24相切。
[0039]跑道、椭圆或平行于闪蒸罐10的中心垂直轴24的其他细长开口的形状46有助于黑液37流动平稳，且从嵌入出口 36到闪蒸罐10的内侧壁表面22上具有最小扰乱。形状46允许黑液37以高于传统闪蒸罐内黑液37的速度进入闪蒸罐10。在示例实施例中，黑液37以每秒10英尺到每秒5000英尺范围内和之间一个或一系列范围内的速度进入闪蒸罐。黑液37的高速和垂直于与闪蒸罐10的中心垂直轴24相交的径向线的嵌入出口 36允许黑液进入闪蒸罐10，形成分开的溪流86。这个分开的溪流是离心分离溪流86，沿闪蒸罐10内的液体表面28上方或里面的内侧壁表面22切向向下流动。当黑液在内侧壁表面22上流动时，黑液37的溪流26沿内侧壁表面22扩张和缩窄。分离溪流86沿内侧壁表面22形成黑液37的鞘或层。分离溪流86的扩张和变窄促进来自黑液的水蒸汽和其他蒸汽30的释放。类似地，黑液37流的扰动的减少促进来自黑液37的水蒸汽和其他蒸汽30的释放。
[0040]结合最实用和优选的实施例描述了本发明，可以理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，试图覆盖包含在附属权利要求精神和范围内的不同改变和等同布局。
【权利要求】
1.闪蒸罐，包括: 具有由闪蒸罐侧壁形成的内表面的内腔； 结合到内腔上部的蒸汽排气口； 结合到内腔下部的液体排放口； 具有嵌入出口并嵌入内腔入口的嵌入入口管，其中，嵌入入口管在侧壁内部延伸，且嵌入出口具有基本平行于闪蒸罐的中心垂直轴并基本垂直于闪蒸罐的径向线的细长的截面形状，使嵌入出口基本与侧壁相切。
2.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中，嵌入入口管纵轴垂直于从闪蒸罐的垂直轴径向延伸的直线。
3.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中，嵌入入口管包括具有圆形截面的圆柱段和圆柱段与嵌入出口之间的喇叭段，其中，喇叭段从圆柱段的纵轴朝接近嵌入出口的闪蒸罐侧壁偏移。
4.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中，嵌入入口管的截面面积沿管长度方向基本相同。
5.根据权利要求1所述的闪蒸罐，其中，嵌入入口管的初始长度的横截面积基本大于嵌入入口管的喇叭段。
6.用于包括侧壁和入口管的闪蒸罐的嵌入入口管组件，该嵌入入口管组件包括: 构造成被插入入口管并固定到入口管的管状部分，和 嵌入内腔入口管内的管状部分的嵌入出口，其中，嵌入入口管在侧壁内延伸且嵌入出口具有基本平行于闪蒸罐的中心垂直轴且基本垂直于闪蒸罐的径向线的细长的截面形状，使嵌入出口基本与侧壁相切。
7.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，圆柱段的截面面积沿圆柱段长度方向基本相同。
8.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，嵌入出口基本对齐沿闪蒸罐垂直轴垂直延伸的径向线和嵌入入口管纵轴。
9.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，管状部分包括具有圆形截面和纵轴的段和在圆形截面和嵌入出口之间的喇叭段，其中，喇叭段从纵轴朝靠近嵌入出口的闪蒸罐侧壁逐渐偏移。
10.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，进一步包括固定到管状部分并沿其一部分纵向延伸的至少一个角板。
11.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，嵌入出口是椭圆形。
12.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，嵌入出口是跑道形状。
13.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，嵌入出口是基本细长的形状，且嵌入出口构造成引导黑液以每秒10英尺到每秒5000英尺范围速度进入闪蒸罐。
14.根据权利要求6所述的嵌入入口管组件，其中，嵌入入口管的喇叭段进一步包括一耐磨端部。
15.闪蒸加压液体的方法，包括: 将加压液体喂入闪蒸罐的嵌入入口管，其中嵌入入口管延伸超过闪蒸罐的侧壁内表面并包括靠近侧壁内表面的嵌入出口； 加压液体从嵌入入口管通过嵌入出口并在侧壁的内表面上平稳流动； 当加压液体在侧壁内表面上流动时闪蒸加压液体； 通过腔体上部排出由闪蒸形成的蒸汽；且 通过腔体下部排放由闪蒸形成的液体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，平稳流动步骤包括沿侧壁内表面切线方向流出嵌入出口的加压液体。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，进一步包括加压液体流经嵌入入口管，嵌入入口管沿加压液体流通路径具有基本相同的截面面积。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，进一步包括加压液体流经嵌入入口管，嵌入入口管的初始截面面积基本大于嵌入入口管的喇叭段。
【文档编号】B01D3/06GK104208889SQ201410229050
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】理查·M·格罗根, 沃尔特·爱德华·奈利斯, 泰森·布拉福德·亨特 申请人:安德里兹有限公司