用于纸浆和一种气态漂白剂之间接触的混合器的制作方法

专利名称：用于纸浆和一种气态漂白剂之间接触的混合器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及纸浆制造方法和设备，更具体地涉及用于促进高稠度纸浆和一种气态漂白剂之间的紧密接触的接触器。
实验研究已经表明，用于与气态漂白剂反应的最佳的纸浆稠度在40-45%范围内。就象在此作为参考的U.S.3，814，664、3，964，962和U.S.申请号S/N07/651，586中所述的，对于高稠度的和很好地疏解的纸浆和以在一种氧气载气中约2-6%浓度的稀释的混合物形式供给的臭氧，在该气相中的臭氧漂白完成最佳。
稠度为40-45%的疏解的纸浆含有相当大比例的单个的纤维，但大部分纤维以称为絮凝物的成团的粒子状存在，每块絮凝物都含有大量的单个的纤维，并测得直径为约1/4至1/2英寸，或约2-4倍的纤维长度。这些粒子是多孔的并且可使气态漂白剂透过。要注意的是，虽然已经广泛研究了纸浆纤维的稀释的水悬浮液的絮凝作用，但是只在最近才弄清，在潮湿的纤维的气态悬浮体中，如在从用于制备气态漂白的纸浆的一种均浆机或疏解机中排出时的纤维的气态悬浮体中会出现相同的现象。(Garner & Kerekes，TAPPI，63(6)103(1980))。
当疏解的纸浆被喷入一种常规漂白设备中时，絮凝物沉积成一个床，其堆积密度为约每立方英尺3.0磅(干纤维重)。在该密度时，该绒毛团由约5%纤维和95%气体(或空隙)体积组成，水大部分含于纤维内。然而漂白所需的气体体积比在疏解的纸浆中的空隙体积大得多。例如，在典型的1%臭氧(基于干的纸浆重)剂量、在氧气载气中的臭氧浓度为6%、和疏解的纸浆堆积密度如上为3.0;该方法要求6.5立方英尺的气体与每立方英尺的疏解的纸浆接触，接触是在1大气压和120°F的典型的反应条件下进行的。这意味着，对于床形或团形的纸浆，6.5份体积的漂白气必须均匀经过1份体积的疏解的纸浆。显然，疏解的纸浆的密度和渗透性必须非常均匀以避免非均匀后果。
通过堆积固体处理设备的作用可容易地压缩疏解的纸浆物以形成填块和密团，它们有高得多的密度和低得多的透气性。漂白气体更慢地流经这样的填块和密团并更快地经过块与块的接触区。结果是接触区过分漂白和填块孔漂白不足。因此已经发现使用常规堆积物料处理设备使疏解的纸浆移动通过漂白保持室同时用臭氧气使之漂白的漂白体系不能成功地产生均匀漂白的纸浆蓬松物。
使用盘式输送机输送疏解的纸浆经过几个室和从一个漂白室排放到另一个室内进行纸浆的多次输送的一种系统，不能产生均匀漂白的纸浆。另一种系统使用刮料机臂将大量疏解的纸浆推入孔或缝中以使它从一个处理室落入另一室，还是产生非均匀的漂白结果。一般地，使用机械输送装置的系统利用臭氧气对高稠度的纸浆不能产生均匀的漂白结果，这是由刮料机臂的作用产生的易变的可透性造成的。
在臭氧漂白中，通过与疏解的纸浆接触的臭氧气体的浓度的迅速减小促进了在疏解的纸浆和漂白剂气体之间的接触均匀性的关注。该减少是归因于臭氧与木浆的非常快的反应速率。因为反应速率取决于浓度，该性质增加了伴随纸浆变化的渗透性的非均匀漂白结果。
常规的纸浆混合器设计如轴柱滚筒机当用于臭氧漂白时，有两个另外的缺点。第一，该混合器叶片产生旋转运动但还使纸浆向前和向后运动。这是对于反应速率足够慢时的混合所希望的，仅有小部分反应在物料停留在混合器中的时间内完成，并且混合的纸浆和漂白化学品经过一个第二室，在该室中停留时间足以完成该反应。
然而在臭氧漂白中，去木质化(或漂白)反应进行得如此之快使得约90-95%在疏解机和第二室之间的输送室内完成，既使输送室通常相当小(如下面阐述)也是如此。这样，一些纸浆万一停留在输送线中比其它物料长几秒钟，它会成为过分漂白的并遭受纤维素纤维的降解。同样，一些纸浆万一向前排放比其它快，它会漂白不足并且不能达到所希望的白度。
这些考虑要求混合叶片如此设计使得木浆的“活塞式流动”不受旋转体的作用干扰，而且轴向输送纸浆实现混合室内无“返混”或“前混”(分散)。
第二个缺点是混合器的转动引起使纸浆压到混合器的壁上的离心力，为试剂气体留下一条畅通的路径，经过该路径无明显接触纸浆。
前面阐述了存在于现有的提供气态试剂与纸浆接触的设备中的已知的局限。因此，显然如果提供一种可供选择的导致克服上面提出的一种或多种局限的设备将会是有利的。从而，提供一种适宜的可供选择的装置，下面将更充分地描述所包括的特征。
本发明的一个方面是通过使用一个提供纸浆和气态漂白剂之间的紧密接触的接触器完成的，所述接触器包括一个细长的基本上为圆筒形的室，该室有一个纸浆和气态漂白剂的入口和出口;一个旋转驱动轴，该轴沿该室的轴向中心线延伸;安装在该旋转轴上的装置，该装置用于径向扰动纸浆以保持纸浆在圆筒形室的相继的横断面内基本上均匀分布;和用于调节气态漂白剂的流动的装置，所述流动用于将纸浆经该接触室输送至出口。
前述和其它方面将由下列对本发明的详细描述和附图变得明显。


图1是一个漂白系统的整体的不完全的示意图，阐明在操作环境中的本发明的接触器;
图2是该接触器的一个实施例的侧面剖视图，表示其关键的操作特征;
图3是一个从图2的线3-3观看上游的端部剖视图;
图4是一个如图3的视图，表示带纸浆负载操作的接触器;
图5是一个不完全的侧面剖视图，表示一种可供选择的接触器叶片/臂的组装结构;
图6是一个如图5所示的视图，表示第三种可供选择的接触器叶片/臂组件的设计;
图7是一个表示气体流速和纸浆经过本发明的接触器的输送速度之间的关系的示意图。
图1表示一个纸浆漂白系统，该系统用一种气态试剂漂白高稠度纸浆。该纸浆在该试剂/载气混合物存在下在一疏解机10中疏解，并进入接触器50的入口52。在经过接触器50后，该纸浆和气体混合物经过排放出口58并进入最后的反应器100。图中该系统的构件的相对位置的选择是出于容易阐述的目的，实际上并不打算限定这些组件的位置。
如图2和3所示，接触器50由一个基本上是圆筒形的室60构成，该室有一个旋转轴54，该轴54沿该室60的轴向中心线延伸。一些臂55由轴54径向向外伸展并且在其外端带有铲形叶片56。叶片56成形为前沿紧接着室60的壁以避免当将纸浆提起离开壁时压紧纸浆，而且后沿向内倾斜以在横截面内径向向内并向轴54抛掷疏解的纸浆。该臂和叶片被制成为无倾斜的，以致于它们不能驱动纸浆向前或向后而仅仅使纸浆从该壁向内。这种“无倾斜”设计显著地降低了纸浆在接触室内的分散，并改进了接触时间的均匀性，叶片的“只径向”抛掷的行为有效地抵销了由于转动产生的离心力，并导致纸浆的相当均匀的分散，经过室60的径向长度。纸浆只由经过室的气流从入口52输送至出口58。叶片56以对称方式安到两臂55上以避免对纸浆悬浮液的任何轴向向前或向后的不平衡的影响。这还通过在每个叶片的两个轴向末端提供支撑而增加强度和刚性。由于改进了强度和刚性这种叶片承受轴向不对中。这还允许使用较薄和较轻的臂，这种臂对疏解的纸浆经过接触器的流动的干扰较小。
叶片56的接触纸浆的面是弯曲的或直的。在两种情况下，叶片的该面在其前沿的角度是非常重要的。对于弯曲的叶片，出于结构强度考虑的最小的实际角度为约10度，该角度是与叶片的末端位置在接触器运行期间限定的圆的切线形成的角度。从而该叶片可以向内弯曲以使它的后部角相对相同的切线达到约35度的角。直叶片要求接触面设置在与所述切线形成约15度和25度之间。
臂55和叶片56设置在轴54上并一般只间隔开足以使它们不会产生相邻臂和叶片的重叠。在特殊场合，由于接触器性能的要求，允许间隔等于一个叶片的轴向长度的1/4至1/2。如下所述，因为多个叶片在一个平面上运转传递的旋转运动太多，而对疏解的纸浆的提升运动不够，对于较小直径的机器，重要的是只有一个臂55和叶片56设置在轴54的每个轴向位置上。叶片56和臂55安置在轴54上的不同角度的位置上以平衡旋转并阻止振动。
图4表示铲形叶片56对接触器50中的疏解的高稠度纸浆的作用。虽然纸浆落到60的底部，叶片56连续地将它铲起并将它向上和向内抛掷，在横截面内抛向该轴，从而使粒子75沿横向飞行路径经过该室。在该飞行过程中，由试剂气体混合物流轴向向前携带室60中的纸浆粒子75直至它们再次碰到室壁并被摩擦停止。这样纸浆粒子75以一系列短的气体载过的跃进距离轴向经过该室直至它们到达排放出口58并沉积到最后反应器100中，在该反应器中漂白反应的低速率部分进行到它的实际上的极限。所述的输送机械已用实验确认，实验使用具有透明壁的接触器室，在正常运行过程中同时停止纸浆进料和轴的转动。纸浆悬浮液停止转动并落到该室的底部，装填该室至1/3和1/2满的高度。(纸浆静止时堆积密度为每立方英尺约3.0磅干纤维，同时在正常的接触器操作过程中运动时的堆积密度为每立方英尺约1.2磅干纤维。)虽然保持着气流，但纸浆不再向前运动直至旋转器重新启动。当气流和纸浆进料停止而旋转器仍旋转时，旋转的纸浆悬浮液继续充填该室但不向前或向后运动。这表明叶片56和臂55的“无偏流”操作并确认气体实现可控制地输送经过接触器50。
图5表示一种每个叶片56对称地安到一个单臂55上的接触器50。这是一种叶片/臂组件的可供选择的实施例，该例提供实际上的净效果无偏离的纸浆抛掷。作为整体，纸浆没有受到来自叶片的输送偏流作用;然而由于纸浆粒子从叶片的轴向端下降有轻微程度的局部向前和向后分散。由于该原因，图2的双臂设计是优选的。
图6所示的可供选择的实施例与关于图5所述的实施例相同，但不同之处为叶片56在一个端部处连接到臂55上以在超过叶片的投影的方向上产生轻微的输送偏离。这还被认为是归因于纸浆从偏置的叶片56的自由端的一些轴向向前散落。这在设置气体流量需要的范围方面是最有用的，所述需要是为了在不同尺寸的室中所希望的纸浆输送速率。叶片56的偏置表示为下游，但它还可为上游，这种设计会产生稍微的上游偏流。对于给定的生产吨数速率，用给定尺寸的设备，和给定浓度的试剂气体混合物，确定接触器中纸浆的最佳停留时间或截留时间。通过改变叶片56的偏置，改变偏流程度，而且作为该倾斜改变的一个结果，为该纸浆截留时间所需的气体流量也改变。
对于一个15英寸直径的接触器在产率为30TPD(吨/天)时气体流速与纸浆输送速度的关系图示于图7中。如图7所示，一般来说纸浆输送经过该接触器的速度近似为试剂气体混合物速度的1/10。这是由于每次纸浆粒子飞行中它们碰撞到室壁上的中断所致。当然，如果没有该速度差别，漂白反应会更不均匀和效率更低，正如所述的，由叶片56引起疏解的纸浆粒子的横向飞行期间完成的气载的跃进方式进行纸浆输送。由于纸浆的向前的轴向运动只在那些飞行期间发生，显然，对于给定的气体流速，纸浆输送速率与旋转器速度成正比或与纸浆粒子由于叶片作用而飞行的时间长短成正比。
下面是一个典型的木浆漂白反应实例，用臭氧作为氧气载体中的试剂气体将纸浆以每天500吨(每分钟694磅干纤维)的速率送入疏解机10中。将由如在氧气载气中的浓度为1 3/4 %的臭氧组成的气态试剂通过阀102和管120注入疏解机中，在该机中它与纸浆混合。纸浆和气体经入口52进入接触器50并一起经过出口58进入最终反应器100。对于一个3 1/2 英寸直径和11英寸长的接触器，每分钟60至90转的旋转器速度约为最适宜的。在120°F，气体流量约每分钟6000立方英尺，得到气体经过接触器的速度为约每秒10英尺。得到的纸浆流速为约每秒0.9英尺，产生的纸浆停留时间为12秒。
本发明消除了在用氧气载气中的臭氧漂白高稠度纸浆中遇到的许多困难。特别是由过分漂白和漂白不足引起的不均匀白度大大降低，所述降低是由气体输送纸浆经过接触器而提供的疏解的纸浆的活塞式流动和紧密接触实现的。叶片和臂的无倾斜设计确保只有通过与输送试剂气体混合物紧密接触纸浆才可以经过该接触器。设置用于平衡漂白气体和载气的体积流量的定量阀以产生所要求量的气态漂白剂(该量由纸浆输送和纸浆漂白需要确定)，能高度调节接触器室内的反应。
权利要求
1.一种用于纸浆和一种气态漂白剂间接触的接触器，包括一个细长的基本上为圆筒形的室，该室有一个用于所述纸浆和所述气态漂白剂的入口和出口；一个可旋转的驱动轴，该轴沿所述室的轴向中心线延伸；安装在所述可旋转的驱动轴上的装置，该装置用于径向抛掷所述纸浆以在所述圆筒形室的相继的横截面内基本均匀地机械悬浮所述纸浆而不会提供任何纸浆输送偏流；和用于调节气态漂白剂的流量的装置，所述漂白剂用于将所述纸浆经所述接触器室输送至所述出口。
2.权利要求1的接触器，其特征是用于径向抛掷所述纸浆的装置包括一组叶片，每个所述叶片安装在一个或多个臂上该臂连接到所述可旋转的轴上，所述叶片前沿轴向定向于与所述室的一个壁平行并提供径向提升力以将纸浆向轴抛掷。
3.权利要求1的接触器，其特征是用于调节气态漂白剂的流量的装置包括一个用于控制所述气态漂白剂的体积流速的配合阀装置。
4.权利要求3的接触器，其特征是用于调节气态漂白剂的流量的装置进一步包括用于将需要量的一种漂白气体与一定量的载体结合的混合装置以提供气态漂白剂在一定的希望的浓度下的需要的体积流速。
5.一种纸浆漂白设备，有一个纸浆疏解机，一个漂白气体和载气供给装置，一个接触室，和一个与所述接触室结合的床型最终反应器，其改进之处包括一个可旋转的驱动轴，该轴沿所述接触器室的轴向中心线延伸，并且有装在其上的装置，该装置用于在所述筒形室的相继的横向平面内径向抛掷所述纸浆而不会提供任何纸浆的输送偏流;和用于将纸浆经所述接触室输送至所述出口的装置，该装置通过调节气态漂白剂的流量来输送。
6.权利要求5的设备，其特征是用于径向抛掷所述纸浆的装置包括一组叶片，每个所述叶片安装在一个或多个臂上，所述的臂连接到所述可旋转的轴上，所述叶片有与所述室的一个壁平行的轴向定位的前沿并提供径向提升力以使纸浆抛向轴并具有最少的轴向混合和所述纸浆无任何轴向输送。
7.一种用于提供木浆和一种气态漂白剂之间的均匀接触的接触器，包括一个有内和外表面的细长的基本上为圆筒形的室;用于机械搅动所述纸浆以形成所述纸浆在所述室的径向范围内的均匀的悬浮液而不会提供任何纸浆输送偏流的装置;和通过调节气态漂白剂经过所述室的流量来控制纸浆经过所述室的输送速度的装置。
8.权利要求7的接触器，其特征在于用于机械搅动所述纸浆的装置包括沿所述室的轴向中心线延伸的一个可旋转的驱动轴，所述轴有一组安到其上的径向延伸的臂，和一个或多个叶片，所述每个叶片连接到至少一个所述径向延伸的臂上并有一个与所述室的内表面平行的轴向定位的前沿。
9.权利要求7的接触器，其特征是用于控制纸浆经过所述室的输送速度的装置包括混合装置，用于将需要量的一种漂白气体与一定量的载气结合以提供气态漂白剂在所希望的一种浓度下的需要的体积流速，和一个配合阀装置，用于调节所述气态漂白剂的体积流速。
10.一种用于改进木浆和一种气态漂白剂间在一个纸浆漂白设备的纸浆接触器室中的接触均匀度的方法，包括提供一个沿所述室的中心轴延伸的可旋转的驱动轴;在所述轴上设置一个或多个径向延伸的臂并将一个叶片连到每一个或多个臂上，所述叶片有一个与所述室的一个壁平行的和轴向成一直线的前沿以提供给纸浆径向提升力和将所述纸浆抛向轴，而无传递任何轴向输送偏流;和将一定流量的气态漂白剂引入接触器室的一个入口并按一个给定的轴速度成比例地调节所述流量，以在一种产生所述接触器中的所希望的停留时间的速度下输送所述纸浆。
全文摘要
一种用于提供纸浆和一种气态漂白剂之间的紧密接触的接触设备，有一个细长的基本上为圆筒形的室，该室有与混合容器成比例的内径和一个用于纸浆、载气和气态漂白剂的入口；一个可旋转轴的沿该室的轴向中心线延伸经过该室的轴；装在可旋转的轴上的装置，用于在相继的横截面内径向抛掷纸浆以使纸浆在圆筒形室的径向范围内保持基本上均匀的分布并具有最小的轴向混合；和进一步的装置，用于调节气体经过入口的流量以输送纸浆经过该混合设备。该流量与在室内提供已确定的纸浆停留时间成比例。
文档编号B01F7/04GK1092833SQ93119919
公开日1994年9月28日 申请日期1993年12月18日 优先权日1992年12月18日
发明者L·A·卡尔史密夫, P·D·默菲, O·卢蒂 申请人:英格索尔-兰德公司