多过滤器动态洗浆机的制作方法

专利名称：多过滤器动态洗浆机的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及纤维处理方面的改进措施，特别是涉及用于洗涤造纸用纤维素纸浆纤维的方法和设备方面的改进措施。
当木材经过化学处理得到造纸用纤维素纸浆纤维时，采用的工艺包括用各种不同的制浆药液熬炼或蒸煮木屑，以便树脂和将纤维素纤维粘固在一起的物质溶解于制浆药液中，从而解离出纤维。结果是得到一种悬浮在化学制剂废液或液体中的纤维浆料。为了进一步制备造纸用纸浆，纤维必须从液体中分离，去除液体并洗涤纤维以除去残留于纤维上的化学药品。
纸浆洗涤的目的在于在纸浆纤维中分离可溶性的和不可溶性的杂质，以便获得基本上不含杂质的纸浆。最佳的纸浆洗涤系统会把废药液和其它杂质彻底去除，而仅使用最少量的洗涤液。为了回收化学制剂和/或其它的后续废药液的处理，洗涤阶段添加的任何洗涤液也必须通过蒸发或其它手段进行处理。因此，最理想的是，将洗涤过程中所添加的洗涤液的量减至最少，以便减少制浆药液的稀释程度至最低，以及在后续处理阶段中使化学药品的后续再处理费用减至最低。
为了评估洗涤系统的效率，造纸工业采用了“稀释因子”这一术语，以确定所用洗涤液的量。稀释因子可表述为，当纸浆从系统中排出时，注入系统且没有随被洗涤的纸浆一同排出系统的水或其它洗涤液的量。如果所添加的洗涤液的量等于随纸浆一起排出系统的洗涤液的量，则稀释因子为零。因此，低的稀释因子是最理想的。
目前所使用的洗涤纤维素浆液的方法论述如下在稀释-搅拌-提取(提取洗涤)的洗涤过程中，多余的药液从纸浆中排除，纸浆用水和/或来自下一阶段的稀药液稀释。混合物要充分搅拌以促进平衡。然后，混合物再次脱水至预定程度。过程的效率与搅拌循环中所达到的平衡程度以及各后续稀释阶段之间的提取程度有关。可采用挤压以提高提取程度。在提取洗涤中固形物的去除和稀黑液的浓缩对于给定的稀释因子而言，取决于纸浆的进口和排出的浓度。
提取洗涤系统通常需要多个提取阶段以达到可接受的洗涤效果，且具有固有的高稀释因子。现今的化学回收实践和环境标准减少了采用这种洗涤技术。
在置换洗涤方法中，浆料空隙内的药液为洗涤水和/或来自后续阶段的滤液所取代。洗涤液通过纸浆的扩散受到控制以避免混合。过程的效率与混合程度和置换过程中产生的沟流(沟流会降低效率)以及纸浆纤维、液穴和洗涤药液之间达到的平衡程度有关。
进行置换洗涤的方法包括在旋转多孔转筒或传送带的上表面形成一个纸浆层，并把置换液喷淋到浆层的上面。穿过传送带的液体从传送带下面去除。这种类型设备的主要缺点是在滤网的上面产生泡沫和浮渣，这些必须加以清除和处理。此外，必须设置防护罩或顶盖以控制喷淋。
稀释-提取-置换方法利用上述两种方法的组合操作，其效率取决于影响每一操作的参数。现在，大约85%的牛皮纸浆工厂使用这种方法进行纸浆洗涤。纸浆用来自下一阶段的药液进行稀释并加以搅拌以增进平衡。发生提取，接着置换残留于孔隙内药液。无论是加压还是处于真空状态，均使用转鼓式洗浆机来进行这种洗涤方法。如同上述方法一样，相对于洗涤表面，当发生提取和置换时，纸浆纤维或多或少是处于静态。
采用这一方法的一些困难包括纸浆中夹带有空气的负效应，并且在真空洗浆机条件下，洗涤温度受到限制。一般来说，随着温度升高，会改善药液通过纸浆层的排水，因此，较高的温度可改善洗涤效率。然而，在转筒中在5磅/平方英寸以下范围内工作的真空洗浆机形成了较低的平衡温度条件，因此，不可能显著提高真空洗浆机的操作温度以进一步改善纸浆的排水特性。
压力洗浆机的操作类似于真空洗浆机，但在纸浆层上方的防护罩中具有正压力，在某种程度上克服了真空洗浆机的温度限制。然而，如同真空洗浆机一样，浆料表面暴露于空气中，丧失了借助于浆料压力控制洗涤过程的能力。此外，浆料中的空气夹带量是明显的，并且由夹带空气引起的泡沫有时是难以控制的。纸浆中的空气降低了后续洗涤阶段的效率，进一步增加了为达到所要求的洗涤程度所需的洗涤能力。除沫剂是有利的，但却增加了成本和存在附加处理以及排放问题。
已知的采用提取或置换的洗涤技术在要洗涤的纤维和借以实现分离的留着表面之间保持相对的静态关系。现今，这一般地包括在滤网、转鼓等上面形成浆层。去除液体时，浆层对于转鼓或滤网是静止的。所引起的比较慢的提取或置换需要大的设备以提供足够的能力。因此，需要较多的设备费用和较大的场地。
有一种设备采用了一种连续操作装置，其中，纸浆浆料在一个圆筒形滤网上沿一个方向移动。然而，这种设备的能力受到限制，而当今的造纸机械的消费需求要求纸浆洗浆机能够大容量地连续操作以满足需要。
本发明的一个目的是提供一种连续操作的纸浆洗浆机和改进的纸浆洗涤方法，这种洗浆机和方法基本上优于目前现有设备，它显著地增加了生产率而不需要增加占地面积。
本发明的又一个目的是提供一种连续操作的装置和纤维素浆料的洗涤方法，该装置和方法避免了目前现有方法和结构的缺点，并能够进行洗涤操作而不产生浮渣和泡沫。
本发明的另一个目的是提供一种经改进的浆料洗涤机和方法，该装置和方法改善了要洗涤的浆料质量，并利用浆料中的载液进行洗涤，使纤维在添加的新洗涤液减至最少时，在搅拌下进行一种连续的再减水和再洗涤的过程，而使液剂的稀释程度减至最低。
本发明的还有一个目的是提供一种浆料洗浆机，该设备具有经改进的用于处理各种药液和溶液的装置和经改进的排放浆料纤维的装置。
本发明的另一个目的是提供一种浆料洗浆机，该设备在压力环境下工作，以处理高温浆料同时也改善洗涤操作效率。
本发明的又一个目的是提供一种浆料洗涤机，该设备使浆料在高浓度下处于高紊流状态以改善洗涤操作的效率。
本发明的另一个目的是提供一种浆料洗涤设备和方法，该设备和方法增加了既定装置的能力，从而减少洗涤设备所需的场地面积，并实现管道和泵送的经济性并且与现有的既定洗涤程度的洗涤设备相比，减少了洗涤设备的资金投资。
本发明提供了一种用于在压力条件下在封闭的环境中洗涤纸浆浆料的方法和专门设备，其中，浆料在洗浆机的浆料进口和浆料出口之间的压力差作用下，沿固定式洗浆机过滤器推进。设置有相继的环形洗浆机过滤器，其中，浆料沿一个过滤器按第一轴向方向通过，然后反转沿另一个过滤器按相反的轴向方向通过。受转动驱动的专用的环形壳体在过滤器之间延伸，限定了纸浆的流动通路且同时在浆料中产生高频低幅脉动。从入口到出口，壳体同时也在浆料中产生轴向、径向和环向或切向速度，加强了洗涤液流过过滤器。通过设置两或三个环形过滤器和多个环形旋转壳体，满意地获得了显著增加的能力，甚至加强了纤维的脱水。可使新洗涤液导入位于洗涤过滤器区段间的浆料以置换从纤维中排出的药液。
通过结合本说明书中所公开的优选实施例、权利要求和附图而对本发明的原理的说明，本发明的其它目的、优点和特性以及各种结构和方法的其它实施例将变得更加明了。附图中

图1是通过根据本发明的原理构建和使用的一种纸浆洗涤设备的轴线截取的垂直剖视图;
图2是另一个在图1结构基础上并根据本发明的原理使用而进行了某些修改的洗涤设备，沿该设备的轴线截取的垂直剖视图;
图3是旋转壳体部分的放大局部视图。
如图1所示，其中环形机壳10设置有加压室，用于接收于进口11进入机壳的浆料液流。洗涤过的浆料经浆料出口12从机壳排出。
附图上的箭头标线表明在进行浆料纤维洗涤时通过机壳的浆料和滤液的走向。
机壳内有第一和第二洗涤过滤器19和25，用于当浆料纤维在加压室中通过机壳时，顺序地通过由浆料纤维中所提取的液体。过滤器19和25是环形的多孔体，同轴配置，过滤器19沿径向布置在里面，但距过滤器25有一定间隔。
当浆料于进口11进入机壳时，浆料沿轴向流入敞口室17，在这里，浆料改变方向径向向外沿相反的轴向方向流经环形通道18。在环形通道18中，浆料流经第一过滤器19的通孔。纤维浆料中的液体从过滤器19的第一侧即外侧流入第二侧即内侧并进入室20。在这里，液体沿轴向流动，然后沿径向流入液体出口13。穿过过滤器19的药液与纤维分离，当纤维沿轴向流过环形室18时变得更加浓缩。
环形通道18的径向外侧界面即外壁是由环形壳体21形成的，环形壳体21与环形过滤器19同轴并安装在转子22上。转子和环形壳体受驱动装置(未示出)驱动而旋转。环形壳体可以有一个成形面或多个成形面以便把转动加速度传递给浆料。
环形壳体的转动产生低频紊流并沿洗涤表面混合浆料。为了加强这一作用，在环形壳体的两个径向表面上安装有多个凸块，如图3所示。环形壳体在其径向外表面上具有成形的凸块28，在其径向内表面上有成形的凸块29。这些凸块可采用各种不同的所希望的形状，但较为有利的是半球形的，且遍及环形壳体的整个轴向长度。这些凸块仅在图3中加以详细表示，而为了图面的清楚起见，在图1和图2中省略了凸块。
旋转环形壳体有助于形成浆料速度，该速度具有轴向、周向即切向分量。浆料的轴向速度一般是由浆料进入洗浆机时流经的进口11和洗涤过的浆料离开洗浆机时流经的出口12之间的压力差所形成的。环形壳体21的旋转引起转动即切向速度。径向速度是由横过两过滤器之间的压力差和由旋转环形壳体的成形表面产生的所附加脉动形成的。
当浆料在过滤器19和环形壳体21之间沿轴向流动时，流向是向左的，如图1所示，浆料到达洗涤室23，在此处，可以通过洗涤液管道16的入口添加洗涤液。洗涤液与纤维混合并有助于置换在纤维通过轴向通道18时从纤维中排出的液剂。然后浆料改变流动方向，如箭头标线所示，并沿环形的轴向延伸的通道24按反方向轴向流动。通道24界定在环形壳体21的外表面和环形过滤器25之间。所示过滤器25为被壁25a分开的两个环形带，液体从纤维中出来流过滤网进入室26和27，经管道14和15流出洗浆机。受驱动而旋转的环形壳体21产生浆料的周向和径向速度，而轴向速度是由进口11和出口12间的压力差产生的。
如本实施例中所示及所说明的那样，在占用比较小的空间的机壳10中，浆料走过了两个完整的贯穿机壳的轴向通道并经历了通过过滤器19和25的两个全长的轴向过程。然后洗涤过的浆料通过出口12排出。
现在参看图2，由于进口31和出口32之间的压力差，浆料流过环形机壳30内的各室。
当浆料经由进口31进入环形机壳时，浆料流经在环形洗涤过滤器34和第一即内壳体38间形成的环形通道33。在其经由过滤器34的内侧沿轴向向右流动的尽头处，如图2所示，浆料在室39中改变方向按相反的轴向方向流经在环形洗涤过滤器36和第二外环形壳体37之间形成的环形通道35。壳体37和38安装在共同的转子42上并受驱动而转动。各壳体具有按图3所示方式配置的凸块。结构形式呈鼓形的内壳体38在其外侧表面38a上有凸块，而环形壳体37在其内外两侧表面上都有凸块，如图3所示。凸块在浆料中引起脉动，有助于通过洗涤过滤器而促成脱水。同样，旋转壳体有助于形成从壳体表面上经过浆料的周向的即切向的以及径向的速度。
当浆料在室39中改变方向并沿轴向流经通道35时，从浆料中滤出的药液流入滤网间的区域49并沿轴向流动经由出口48而流出洗浆机。
流过通道35后，浆料再次改变轴向流向经由双区域洗涤过滤器44流经轴向环形通道43。洗涤过滤器44支撑在环形壁45上，从纤维排出的液体从过滤器44后面的室经管道46和47流出。浆料改变方向流入通道43之前，浆料流经洗涤液稀释室40，在这里，洗涤液可以通过一根管道或多根管道41输入。
根据图2表示并加以说明的这一实施例中，纤维流经三个洗涤表面并在最小的设备区域中经受了有效的洗涤作用。
这样，图1和图2所示的每一种结构中，浆液经由环形机壳的流动是由进口和出口间产生的压力差引起的，浆料的压力促成滤液穿过洗浆机过滤器。受其中所产生的轴向和切向速度作用的纤维不会穿过过滤器通孔，如果纤维仅受径向速度的作用则过滤器通孔会使纤维穿过。由于液体的提取，洗浆机内的浆料层达到较之进口浓度更高的浓度。输入的洗涤液置换部分提取液体并继续洗涤纤维，从而除去可溶性和不可溶性的杂质。
位于各顺序洗涤区域的浆料受到反复的洗涤过程，包括稀释、搅拌、提取和置换。工艺的效率取决于在特定的洗浆机使用条件下搅拌所达到的平衡程度以及所达到的提取置换程度。由于转子的操作，在洗浆机中实现了高程度的搅拌，该转子驱动壳体或多个壳体在紧靠着洗涤过滤器处旋转。当浆料中溶介物的高浓液与溶介物的低浓液或新鲜水混合时，在洗浆机任何位置就迅速产生均匀的溶解物的浓度。达到平衡浓度后的药液通过过滤器提取。流经圆筒形机壳的浆料经受了反复产生的轴向变向的反复洗涤。
壳体转子不但引起浆料的脉冲紊流，而且引起浆料中纤维的周向速度，保证它们连续越过用于排放纤维中洗涤过的液体的过滤器的开口。所示的优选结构提供了两或三个轴向反向并贯穿洗浆机的通路，必须理解的是，虽然采用所示结构达到了较高的效率，但是可以采用具有四个或更多通路的另外结构。
试验中，与在装置中采用单一一个洗涤过滤器的装置相比，本发明设备的液体处理能力至少增加50%，而与采用单一过滤区每分钟流量为300加仑的装置相比，它可按每分钟450加仑运行。这是在大体上相同的占地面积和大体上相同的电力输入情况下实现的。可容易地采用各种变形结构，比如采用通过改变过滤器孔径的方法以在每一区域中获得不同的滤液透明度的装置。所需去除药液的洗涤量可以通过控制压力、流速、转子转速以及在各个阶段所导入的洗涤液的量而方便地加以平衡。
虽然设备主要用于洗涤纤维和除去不需要的化学药品、油墨、胶体、溶解的固体等，但其适用范围不局限于这类用途。
权利要求
1.一种木材纸浆纤维的洗涤设备，包括一个中空机壳，它限定了用于接收载液中的纸浆纤维的浆料液流的沿轴向延伸的可加压室，且设置有一个浆料进口和一个浆料出口；一个第一和一个第二固定式环形洗涤过滤器，在上述机壳内同轴配置，阻止纸浆纤维从每个过滤器的一侧穿过进入过滤器的相对侧，但允许液体通过；上述的第一环形洗涤过滤器在里面沿径向布置且距上述第二环形洗涤过滤器有一定距离；机壳内设置有通路机构用以沿轴向引导浆料通过第一过滤器的上述一侧，其后沿相反的轴向方向通过上述第二过滤器的上述一侧；用以在上述过滤器的上述一侧的浆料中产生脉动，以便液体穿过过滤器的装置；用以产生通过上述第一和第二洗涤过滤器的轴向速度的装置；用以使沿上述过滤器流动的纸浆浆料脱水的径向速度产生装置；以及一个通往机壳的洗涤液进口，用于导入洗涤液与浆料混合并置换经过滤器排出的液体。
2.根据权利要求1所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，用以产生脉动的装置包括一个可旋转的壳体，该壳体内在中空机壳内轴向配置，位于上述第一和第二洗涤过滤器之间并距上述第一和第二洗涤过滤器有一定距离。
3.根据权利要求2所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述壳体包括一个基本上为圆柱状的表面，其上有多个向外凸出的凸块。
4.根据权利要求3所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述凸块基本上是半球形的。
5.根据权利要求1所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述的洗涤液进口位于上述第一和第二过滤器之间以导入洗涤液。
6.根据权利要求1所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述脉动产生机构为受驱动而旋转的转子形式。
7.根据权利要求6所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述转子包括一个可旋转地设置在上述第一和第二滤网之间的环形壳体。
8.根据权利要求7所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述壳体具有用以在上述浆料中产生脉动的凸块。
9.一个中空的圆筒形机壳，其中限定了用于接收载液中的纸浆纤维浆料的沿轴向延伸的可加压室，并设置有一个浆料进口和一个浆料出口;在上述机壳内轴向配置的第一和第二固定式环形洗涤过滤器，阻止纸浆纤维沿径向从每一过滤器的一侧穿过进入每一过滤器的相对侧，但允许液体从中通过;以及位于机壳内的一个环形通路机构，设置在过滤器之间，用以沿轴向引导浆料通过第一过滤器上述一侧，然后沿相反的轴向方向通过第二过滤器的上述一侧。
10.根据权利要求9所述的中空圆筒形机壳，其中，上述的通路机构受驱动而旋转。
11.根据权利要求10所述的中空圆筒形机壳，还包括位于上述通路机构上的凸块，用于在上述浆料中产生脉动以进一步强化液体穿过过滤器;以及一个通往机壳的洗涤液进口，用于导入洗涤液与浆料混合并置换浆料中的液体。
12.根据权利要求11所述的中空圆筒形机壳，其中，上述洗涤液进入到上述第一和第二过滤器之间。
13.一种洗涤纤维素纸浆纤维的方法，包括以下步骤提供带有可加压室的一个中空机壳;把液体状的纸浆纤维浆料输送进机壳;从机壳接收洗涤过的纤维;在机壳内设置第一和第二洗涤过滤器;引导浆料流沿一个方向通过第一过滤器，然后沿相反的方向通过第二过滤器地流经机壳;使每个过滤器一侧的浆料中产生脉动;输入洗涤液以取代从浆料中排出的液体。
14.根据权利要求13所述的洗涤纤维素纸浆纤维的方法，其中，上述中空机壳是圆筒形的，机壳内的上述第一和第二过滤器是环形的;以及引导浆料沿第一轴向方向流经第一过滤器并沿相反的轴向方向流经第二过滤器。
15.根据权利要求14所述的洗涤纤维素纸浆纤维的方法，还包括在上述第一和第二过滤器之间输入洗涤液。
16.根据权利要求14所述的洗涤纤维素纸浆纤维的方法，还包括在上述浆料中产生切向、径向和轴向速度，以帮助纤维通过过滤器脱水。
17.一种木材纸浆纤维洗涤设备，包括一个环形中空机壳，其中具有用于接收载液中纸浆纤维浆液液流的沿轴向延伸的可加压室，并设置有一个浆料进口和一个浆料出口;第一和第二固定式环形洗涤过滤器，相互之间沿径向隔开一定距离，适用于液体从每一过滤器的一侧穿过进入每一过滤器的相对侧却阻止纤维穿过过滤器;位于过滤器之间的一个室，用于输导从纤维中排出的液体;沿轴向引导浆料首先通过第一过滤器、然后沿相反的轴向方向通过第二过滤器的机构;一个第三环形过滤器，与第一和第二过滤器同轴并向外隔开一定距离;以及引导浆料在通过第一和第二过滤器后沿轴向按相反方向通过第三过滤器的机构。
18.根据权利要求17所述的木材纸浆纤维洗涤设备，包括在流经过滤器的纸浆中产生轴向、环向和径向速度的装置。
19.根据权利要求18所述的木材纸浆纤维洗涤设备，其中，上述速度产生装置包括位于第一过滤器内的第一环形壳体;位于第二和第三过滤器之间的第二环形壳体;以及驱动上述环形壳体转动的装置。
全文摘要
一种加压动态纸浆洗浆机，包括一个环形中空机壳，在机壳中按可轴向换向的方向沿多个固定式环形同轴洗涤过滤器轴向驱动浆料，洗涤过滤器之间有一个环形的可转动壳体，用以促使液体穿过过滤器上的通孔，并在浆料中产生轴向、径向和周向速度以便在浆料中产生局部脉动从而促使液体穿过过滤器，并用输入的洗涤液置换从浆料纤维中滤出的液体。
文档编号B01D36/00GK1111306SQ9411822
公开日1995年11月8日 申请日期1994年10月28日 优先权日1993年10月28日
发明者卢吉·西尔弗瑞, 威廉·A·盖罗, 戈达·兰格马纳 申请人:贝洛特工艺技术公司