CN106795694B - 液压蒸煮器的加热 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热液压蒸煮器、例如单容器液压蒸煮器的方法，所述液压蒸煮器具有顶部分离器、碎屑水平以及高于所述碎屑水平的液相。所述方法至少包括下列步骤：a.在液剂中夹带碎屑以生产具有第一温度的浆料，b.通过所述顶部分离器将所述碎屑浆料进料至所述蒸煮器，c.将直接蒸汽供给至在所述碎屑水平和所述顶部分离器之间的所述液相，从而将所述浆料加热至用于浸渍阶段的第二温度，其中通过使用具有多个蒸汽排放开口的至少一个蒸汽喷射器进料所述蒸汽；以及d.将所述浆料加热至第三温度，并且在蒸煮区域蒸煮所述碎屑，并且从所述蒸煮器的底部收回经蒸煮的浆粕。本发明也涉及一种蒸煮器系统。

Description

液压蒸煮器的加热

本发明涉及一种使用液压蒸煮器，尤其是单容器液压蒸煮器在浸渍阶段和蒸煮阶段生产化学浆粕的方法。本发明也涉及一种蒸煮器系统和一种蒸汽喷射器。

连续蒸煮器被广泛地用于生产化学浆粕。基本上存在两种主要类型的连续蒸煮器：液压蒸煮器和气相蒸煮器。液压蒸煮器是一种被粉碎纤维素纤维材料和液体完全填充的耐压容器；从容器进行任何引入或者移除液体都影响容器内的通常超大气压的压力。气相蒸煮器不完全地填充有液体，但在顶部包含含超大气压蒸汽的部分。由于与其之下的液体区域相比，这种气体区域可压缩，所以气相蒸煮器内的压力通常由存在于蒸煮器顶部的气体压力确定。浆粕化学药剂与粉碎纤维素纤维材料为了生产化学浆粕的反应需要范围为140-180℃的温度。由于在大气条件下，用于处理材料的水性化学药剂将在这种温度下沸腾，所以通常在耐压容器内，在至少约5巴规格的压力下执行商业化学制浆。

这两种类型的蒸煮器的操作方法之间的一种主要差别在于将蒸煮器的内容物加热至期望的140-180℃的方式。在气相蒸煮器中，通常将碎屑(chip)暴露于蒸汽而加热碎屑。通常随着将碎屑引入处于蒸煮器顶部的蒸汽填充区域而执行这种蒸汽加热。在液压蒸煮器中，通常利用加热的液体循环，即一个或者更多再循环回路加热粉碎纤维素纤维材料、通常是木屑和蒸煮液的浆料。通常例如通过使用环状筛组件和泵从蒸煮器除去液体，液体借助于间接热交换器利用蒸汽加热，并且使用位于中心的管再引入至容器内的材料。已经不可能直接将蒸汽添加至液压蒸煮器的顶部，因为冷凝成液剂的蒸汽将导致水锤，并且在更坏的情况下，将导致蒸煮器壳体破裂。在一些情况下，蒸汽管已经被连接至液压蒸煮器的顶部，但是这种蒸汽的目的在于在停机之前从蒸煮器清空碎屑和液剂，而不是用于在正常运行期间加热。

此外，使用不同的机械装置将碎屑引入蒸煮器。通常使用独立进料系统将木屑或者其它粉碎的纤维素纤维材料进料至连续蒸煮器的进口。进料系统通常包含用于在将碎屑和液剂的浆料输送至蒸煮器之前，进行除气、加热、加压和将蒸煮液引至碎屑的设备。在液压蒸煮器的情况下，这种碎屑和液剂的浆液被引入处于蒸煮器顶部的方向向下的螺杆式输送器，其在本领域中称为“顶部分离器”。

蒸煮器碎屑进料系统可以被分为两类：仅具有大气压汽蒸以加热碎屑并且从碎屑除去空气的系统，以及具有大气压汽蒸和加压汽蒸两者的系统。如果仅存在大气压力汽蒸，则进料系统的温度水平通常约为100℃。如果也存在加压汽蒸，则压力通常比大气压力高0.7至1.5巴，温度水平通常为115-125℃。进料系统和单容器液压蒸煮器的顶部之间不存在另外的加热，并且顶部处的浸渍区域内的温度与进料系统处于相同水平。蒸煮区域中的蒸煮温度通常在140℃至180℃之间。所以在单容器液压蒸煮器的顶部的浸渍区域和蒸煮区域之间存在大温差。由于大温差，所以可能难以通过蒸煮循环均匀地加热碎屑和液剂。如果加热不均匀，则一些碎屑被蒸煮得不如其它碎屑多，并且浆粕质量不均匀，并且在浆粕中可能存在许多未蒸煮材料。顶部的浸渍区域和蒸煮区域之间的温差越大，越难以达到均匀的加热结果。热液剂密度低于冷液剂密度。如果蒸煮区域热液剂和浸渍区域冷液剂之间的密度差太大，则热液剂开始沿通道到达蒸煮器顶部，并且冷液剂开始沿通道到达蒸煮区域，引起对蒸煮过程的严重干扰。所以有利的是，尤其是在其中在进料系统中仅存在大气压力汽蒸并且温差大的情况下，能够提高液压蒸煮器，诸如单容器液压蒸煮器的浸渍区域温度。

WO 94/23120描述了其中使被夹带在相对冷的液剂(约为116℃)中的汽蒸的碎屑朝着蒸煮器顶部进料的方法。冷液剂在处于蒸煮器外部的孤立分离器/液体交换器(诸如颠倒的顶部分离器)中与碎屑分离，并且被热蒸煮液剂(例如，处于143℃)代替。被夹带在蒸煮液剂中的处于蒸煮温度的碎屑被进料至蒸煮器的顶部。这种过程需要无支持的液体交换器。此外，这种过程不解决具有浸渍区域的单容器蒸煮器中的高温差引起的问题。在US5658428中公开了类似方法，但是冷液剂被处于蒸煮器外部的液体交换器内的热浸渍液剂替换。

新方法的目的在于提供一种用于在液压蒸煮器，诸如单容器液压蒸煮器中连续蒸煮的改进方法，使得能够在蒸煮器中均匀地加热碎屑的悬液。

为了实现这些目的，本发明涉及一种使用具有顶部分离器、碎屑水平以及高于碎屑水平的液相的液压蒸煮器，在浸渍阶段和蒸煮阶段生产化学浆粕的方法，所述方法包括下列步骤：a.在液剂中夹带碎屑以生产具有第一温度的浆料；b.通过所述顶部分离器将所述碎屑的浆料进料至所述蒸煮器；c.将直接蒸汽供给至在所述碎屑水平和所述顶部分离器之间的所述液相，从而将所述浆料加热至用于所述浸渍阶段的第二温度，其中通过使用具有多个蒸汽排放开口的至少一个蒸汽喷射器进料所述蒸汽；以及d.将所述浆料加热至第三温度，并且在蒸煮区域蒸煮所述碎屑，并且从所述蒸煮器的底部收回经蒸煮的浆粕。顶部分离器是处于蒸煮器顶部的固体/液体分离器。这种分离器具有围绕螺杆输送器的圆筒筛。

本发明也涉及一种用于从纤维素碎屑生产化学浆粕的连续液压蒸煮器系统，其包含：蒸煮器容器，其具有顶部和底部和壁；顶部分离器，其处于所述容器的顶部，将碎屑浆料引入所述蒸煮器容器中；以及至少一个蒸汽喷射器，其具有多个蒸汽排放开口，所述至少一个蒸汽喷射器位于所述顶部分离器之下，以在所述蒸煮器运行期间将蒸汽引入液相。本发明也涉及一种蒸汽喷射器，其被设置在液压蒸煮器的壁中并且被布置成将蒸汽引入所述蒸煮器的液相，所述蒸汽喷射器包含延伸至所述蒸煮器内部并且具有多个蒸汽排放开口的管。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

令人惊讶地，已经发现可以通过使用一个或者更多蒸汽喷射器，将直接蒸汽安全地进料至单容器液压蒸煮器顶部的碎屑水平之上的液剂相。在这些喷射器中，蒸汽流被分为小气泡，并且小气泡的冷凝不引起水锤或者液压全蒸煮容器破裂的风险。

在新方法中，通过一个或多个蒸汽喷射器将直接蒸汽添加至单容器液压蒸煮器顶部的碎屑水平之上的液剂相，以提高浸渍区域的温度。温度升高可以为1至40℃，优选地5至30℃。温度升高应显著，以实现可观益处。另一方面，升高太高可能不利，因为与直接蒸汽相比，在蒸煮器的液剂循环加热器中以间接蒸汽加热并且收集蒸汽冷凝物更经济。另外，过高的浸渍温度可能对浆粕质量造成不利影响。当在液压蒸煮器的碎屑进料系统中不存在加压汽蒸阶段或者仅存在稍微加压的汽蒸阶段(压力低于0.5巴(g))，并且碎屑浆料的温度为110℃或者更低时使用新方法尤其有利。这意味着根据新方法，浸渍区域的温度将低于约110℃，不需要另外加热。

通过被布置在蒸煮器的顶部的壁内的蒸汽喷射器进料蒸汽。蒸汽喷射器包含延伸至蒸煮器的内部，并且被连接至位于蒸煮器外部的蒸汽源的管。蒸煮器内的管的长度为150-2500毫米(mm)，通常为200-600mm。管具有多个开口，以将蒸汽排放至碎屑水平之上的液剂相。通常，开口是具有0.1-15毫米(mm)，优选1.5-5.0mm直径的圆形小孔。这些孔通常可以被构造成圆孔，但是也可以被构造成间隙或者狭槽。因此，术语“孔”不应被赋予任何限制性含义，而是应涵盖所有通孔，狭槽等等而与形状无关。

通常为几百个小孔的开口作为连续区域或者单独区域沿管壁的圆周和长度分布。单独区域可以被布置成沿管的长度和圆周间隔隔开。孔的数目取决于用于加热碎屑悬液所需的蒸汽流，因而一个区域或者多个区域可以覆盖管壁的适当部分。管壁的一些部分可以不带穿孔。例如，管端和/或最靠近蒸煮器壁的部分可以不带穿孔，而之间的部分可以被部分或全部穿孔。

可以存在沿蒸煮器壁的圆周布置的多于一个管(喷射器)，使得所述管可以彼此相等或者不相等地间隔隔开。例如，管之间的距离可以取决于蒸煮器的顶部部分的构造。

根据新系统的一方面，来自蒸汽开口的蒸汽流的方向可以在蒸煮器中为径向和/或圆周的。沿圆周方向的蒸汽流可以加强液相中的热传递。

穿过足够小的孔排出蒸汽产生小气泡。当冷凝的蒸汽气泡小时，振动水平将明显更小，并且避免水锤。

附图说明

图1和2示出两个常规的连续蒸煮器的顶部部分。图1中示出气相蒸煮器的顶部，10；在图2中示出液压蒸煮器，20。图3是根据本发明的蒸煮器的典型进口和上部的类似于图1和2的视图的视图，图4a和4b示出蒸汽喷射器的实施方式，并且图5示出蒸汽喷射器在蒸煮器的壁内的位置。

图1和2中的蒸煮器通常接收粉碎的纤维素纤维材料、通常是蒸煮液剂诸如牛皮纸白液剂中的木屑的浆料。通常首先将浆料在进料系统中处理。图1的气相蒸煮器通常在导管11中进料碎屑和液剂的浆料。使用在本领域中称为“颠倒顶部分离器”的常规的垂直方向的螺杆输送器12将浆料引入蒸煮器。将浆料在分离器12中向上运输，并且如箭头13所示，碎屑和液剂被从分离器12的顶部排出。随着浆料被向上运输，使用圆筒筛14将过量液剂从浆料中除去，并且通过导管15使液剂返回至进料系统。从分离器12排出的碎屑和液剂13穿过气体填充区域16落到碎屑堆17上。为了继续对碎屑进行蒸汽加热，如图1中所示，保持碎屑堆17的水平高于蒸煮液剂的水平18。在蒸汽加热后，碎屑被浸入蒸煮液剂中，进入图1中以18所示的液体水平之下，并且蒸煮过程继续。为了改善跨碎屑柱和碎屑堆17的热分布，气相蒸煮器10通常也包含液剂除去筛19和循环21，以径向向外地提取液剂，将其除去，并通过位于中心的管24使其返回至碎屑柱。循环21通常包含泵25，并且可以包含液剂加热器25'。在本领域中，液剂除去筛19和相关联的循环21(包含泵25和管24)被称为“修整循环”。在修整循环筛19之下，在热和化学药剂的更均匀分布下，蒸煮过程继续。通常使用图1中以28示意性示出的常规压力释放装置排出过剩压力，例如通过输入的碎屑浆料引入的气体所引入的压力。区域16内的温度被监控，并且通过经由来自蒸汽源23的导管22添加加压蒸汽来控制。

与图1的气相蒸煮器10类似，图2中的常规的液压蒸煮器20通过导管60从进料系统接收碎屑和液剂浆料。浆料被作为方向向下的螺杆输送器的常规“顶部分离器61”引入蒸煮器20。被分离器61引入的液剂以双箭头62示出；碎屑以单箭头63示出。随着浆料被输送器61向下输送，过量液剂通过圆筒筛64从浆料除去，并且通过导管65返回至进料系统(例如，高压进料器)。分离器61引入的碎屑生成碎屑水平66。由于蒸煮器20是全液压的，所以碎屑水平66之上的区域67被液体填充，所以通常不存在气体区域。

在图2中，堆66顶部的碎屑通常不被加热至完全蒸煮温度，而是在浸渍区域中处理，其中温度通常与进料系统中的温度为同一水平。然后，必须在蒸煮开始之前加热碎屑。通常采用一个或多个加热的蒸煮循环回路70完成加热。可以顺流或者逆流地执行加热；图2中所示的循环回路70逆流地加热碎屑。浆料首先穿过液剂除去(回收)筛71，所述筛将液剂从浆料通过导管78除去。通过导管78除去的液剂可以被运送至化学回收。这种液剂除去如双箭头76所示地抽取自由液剂，逆流经过如单箭头77所示的向下流动的碎屑。从循环70获得热液剂76。首先经由导管73和泵79通过筛72从浆料除去液剂，将液剂在间接蒸汽加热器74中加热(例如，加热至140℃至170℃的温度)，并且通过位于中心的返回导管75返回至筛72附近。蒸煮液剂，例如牛皮纸白液剂通常被添加至这种循环。在循环70中加热至蒸煮温度后，浆料可以被蒸煮，并另外在筛72之下进一步处理。

浸渍区域中的温度通常为100-120℃。蒸煮区域中的蒸煮温度通常在140℃和180℃之间。所以在处于单容器液压蒸煮器的顶部的浸渍区域温度和蒸煮区域之间存在大的温差。由于温差较大，可能难以通过蒸煮循环均匀地加热碎屑和液剂。如果加热不均匀，则一些碎屑被蒸煮得少于其它碎屑，并且浆粕质量不均匀。这可能导致浆粕中未蒸煮材料含量较高。顶部中的浸渍区域和蒸煮区域之间的温差越大，则越难以达到均匀的加热结果。

这可以通过本文提出的新方法解决。图3示出可以用于实现新方法的系统。

与图2类似，图3中的常规液压蒸煮器68通过导管60'从进料系统(未示出)接收碎屑和液剂的浆料。进料系统可以不被加压或者被稍微加压，并且浆料的温度为约110℃或者更低。浆料被常规的作为方向向下的螺杆输送器的“顶部分离器”61'引入蒸煮器68。被分离器61引入的液剂以箭头62'示出；碎屑以箭头63'示出。随着浆料被输送器61'向下输送，过量液剂通过圆筒筛64'从浆料除去，并且通过导管65返回至进料系统(例如，高压进料器或者泵)。分离器61'引入的碎屑产生碎屑水平66'。由于蒸煮器68是全液压的，所以区域67'，即碎屑水平66'之上的液相充满液体，所以通常不存在气体区域。

具有连续弯曲横截面的蒸煮器壁43设置有蒸汽喷射器40，所述蒸汽喷射器40包含穿过壁延伸至蒸煮器68内部的管41。管被连接至蒸汽源(未示出)，以将蒸汽(箭头42)引导至蒸煮器。蒸煮器内部的管41的长度可以为150-2500毫米(mm)，通常为200-600mm。管位于碎屑水平66'之上，以及顶部分离器61'的下边缘之下，使得蒸汽被引导至液相67'。管通常在垂直方向上位于顶部分离器61'之下0.1-5.0米(m)。当进料蒸汽时，温度升高可以为1至40℃，优选为5至30℃。

管41具有多个开口50(图4a和4b)，以将蒸汽排放至碎屑水平66'之上的液剂相67'。通常，开口是具有0.1-15毫米(mm)，优选1.5-5.0mm的直径(D)的圆形小孔。这些孔通常可以被构造成圆孔，但是也可以被构造成间隙或者狭槽。因此，术语“孔”不应被赋予任何限制性意义，而是应涵盖所有通孔，狭槽等等，与形状无关。

通常为几百个小孔的开口50沿管壁52的圆周和长度作为连续区域51或者单独区域分布。单独区域可以被布置成沿管的长度和/或圆周间隔隔开。孔50的数目取决于用于加热碎屑悬液所需的蒸汽流，因而一个区域或者多个区域可以覆盖管壁的适当部分。管壁的一些部分可以不带穿孔。例如，管端53和/或最靠近蒸煮器壁的部分54可以不带穿孔，而之间的部分55被部分地或者完全地穿孔。

图5示出可以存在沿蒸煮器壁43的圆周布置的超过一个喷射器40(管41)，使得管41可以彼此相等或者不相等地间隔隔开。管之间的距离例如可以取决于蒸煮器的顶部部分的构造。

如图5中所示，来自蒸汽开口50的蒸汽流的方向在蒸煮器中为径向(箭头57)和/或圆周的(箭头56)。沿圆周方向的蒸汽流可以加强液相中的热传递。蒸汽流的方向可以由管壁中的穿孔和非穿孔区域的位置限定。

看来，通过蒸汽喷射器添加直接蒸汽解决了关于液压蒸煮器操作的主要问题。这种问题在于浸渍和蒸煮区域之间的太大温差。所有液压蒸煮器都将受益于蒸汽添加，尤其是其中浸渍区域温度已经仅为约100℃的那些液压蒸煮器。

虽然上文已经描述了根据本发明的方法的仅一些优选实施例，但是本发明涵盖被包括在权利要求中所限定的范围内的所有这些变型和变体。

Claims (5)

1.一种使用液压蒸煮器在浸渍阶段和蒸煮阶段生产化学浆粕的方法，所述液压蒸煮器具有顶部分离器、碎屑水平以及高于所述碎屑水平的液相，所述方法至少包括下列步骤：

a.在液剂中夹带碎屑以生产具有第一温度的浆料，

b.通过所述顶部分离器将所述碎屑的浆料进料至所述蒸煮器，

c.将直接蒸汽供给至在所述碎屑水平和所述顶部分离器之间的所述液相，从而将所述浆料加热至用于所述浸渍阶段的第二温度，其中通过使用具有多个蒸汽排放开口的至少一个蒸汽喷射器进料所述蒸汽；以及

d.将所述浆料加热至第三温度，并且在蒸煮区域蒸煮所述碎屑，并且从所述蒸煮器的底部收回经蒸煮的浆粕。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一温度低于110℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第二温度比所述第一温度高1至40℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第二温度比所述第一温度高5至30℃。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤c通过经由蒸汽排放开口将所述蒸汽进料至所述液相来实施，所述蒸汽排放开口具有0.1-15mm的直径以产生小气泡。