CN113005803A

CN113005803A - 添加附加原料组分至纤维幅材机的流送系统的方法和设备

Info

Publication number: CN113005803A
Application number: CN202011448050.8A
Authority: CN
Inventors: 安帝·凯托莱宁; 尤尼·马杜拉; 莱夫·皮波拉
Original assignee: Finnish Wind Paper Wet End Technology Co; Valmet Technologies Oy
Current assignee: Finnish Wind Paper Wet End Technology Co; Wetend Technologies Oy; Valmet Technologies Oy
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-06-22
Also published as: US11459700B2; EP3839136A1; US20210189650A1

Abstract

本发明涉及用于将至少一种附加原料组分添加到纤维幅材机的流送系统(30)的方法和设备。更具体地，本发明涉及将至少一种附加原料组分与纤维原料混合，使得原料流被均衡化(50)，并且至少一种附加原料组分通过注入混合(80)被引入到原料流。

Description

添加附加原料组分至纤维幅材机的流送系统的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于将至少一种附加原料组分添加到纤维幅材机流浆箱的流送系统(approach flow system，浆料流送系统)的方法和设备。更具体地，本发明涉及至少一种附加原料组分与纤维幅材机流浆箱的流送系统中流动的纤维原料的混合。

背景技术

造纸机，或更广义地讲，纤维幅材机之前是流送系统，在所述流送系统中制备用于在纤维幅材机处制造纤维幅材的纤维悬浮液(通常称为原料)。在流送系统处，各种原料组分(即，原始和/或回收的浆和/或废品)与从纤维幅材机回收的白水混合在一起，填料和其他期望的添加剂与原料混合，并且如果认为必要，对原料或者原料组分中的一种或多种进行脱气。此外，在流送系统处，通过流浆箱进料泵(通常是专门设计的离心泵)将原料引入流浆箱筛，在所述流浆箱筛处，原料被完成以在流浆箱处进行幅材制造。流送系统还设置有一个或多个混合器，用于向原料中添加助流化学品以及可能的其他化学品或添加剂。取决于化学品的类型，这些可以尽量早地添加到原料中(如添加到混合浆池中)或是尽量晚地添加到原料中(如仅添加到流浆箱的上游，即，在流浆箱筛或机器筛与流浆箱之间)。

湿部化学品已经在造纸中使用了很长时间，例如用于将细小的固体如造纸中使用的填料和其他添加剂保留在纤维幅材中，而将水(所谓的白水)在纤维幅材机的成形和干燥部处从纤维幅材中排出。在湿部化学品(诸如助流化学品)被引入到纤维和固体的混合物中以后，很快湿部化学品就将固体彼此粘合，并与原料的纤维粘合。湿部或助流化学品的引入可以发生在流浆箱筛之前或之后。然而，在这样的阶段执行引入通常使得由湿部或助流化学品形成的团聚体仅在流浆箱筛之后形成，这是因为，一方面，筛可能容易地从稍后用于生产幅材的原料中分离出所述团聚体，或者另一方面，筛会由于产生湍流而破坏团聚体，因而减少固体在幅材中的保留。因此，湿部或助流化学品经常被添加到流浆箱筛的出口导管中，在此处仅剩下微弱的湍流，该湍流不能破坏要形成的团聚体，但仍能够帮助湿部或助流化学品的混合。

只要用造纸机制造纸，就一直致力于向更高质量的最终产品发展。在纸质量中起到重要作用的因素是各种化学品和/或添加剂的使用。然而，出于多种原因，一直有减少化学品和添加剂的使用的目标。首先，与纤维素纤维相比，化学品的成本更高，因此，成本方面的考虑推动化学品使用量的减少。其次，自然地，当化学品与造纸原料混合时，一部分化学品最终进入循环水中，而不论水再循环的效率如何，总有一小部分化学品进入废水处理，并且可能进入湖、河或海中。因此，出于经济和环境原因，应尽可能有效地使用化学品和添加剂。换言之，应使用最少量的化学品，并且化学品应与原料流尽可能均匀地混合。

本发明的出发点是维美德公司(Valmet Corporation)的化学品混合器，其被称为OptiMixer^TM，并且在US-A1-2002/0121350中对其进行了讨论。该美国文件公开了一种静态混合器，其包括混合器流管，该混合器流管的直径等于将造纸原料朝向造纸机流浆箱供送的原料流管的直径。混合器流管通过凸缘固定到原料流管，并且混合器流管的内周设置有多个周向布置的成形部件。成形部件的作用是产生湍流，以将化学品混合到原料中。该美国文献教导了将化学品添加到原料中的几种方法。在第一实施例中，将化学品经由成形部件被引入到原料中，在第二实施例中，在成形部件正上游将化学品引入到原料中，在第三实施例中，刚好在成形部件后面引入化学品。以及，在第四实施例中，在周向方向上在成形部件之间将化学品引入到原料中。

在所有上述实施例中，混合化学品的原理是相同的。但是，在最近进行的实验中，已经了解到，如果考虑到一些事实，可以使化学品的使用更加有效。首先，从流浆箱筛或机器筛或任何其他装置沿着原料流管流到静态混合器的原料流具有不规则的浓度(consistency)分布，就像在任何流管中一样。换言之，在最接近流管表面处流动的原料部分具有最低的浓度，而在流管的中心处流动的部分具有最高的浓度。其次，由于化学品或是直接通过混合器流管壁或是经由成形部件被引入到原料中，因此化学品与具有最低浓度的原料部分接触。该美国文献还讨论了实施例，其中将化学品引入到距壁一距离的原料流中，该处的原料浓度略高于管表面处的原料浓度，但仍与流中部的浓度不同。并且该实施例具有明显的缺点，即从管内的管壁延伸出的喷嘴会聚集杂质，这些杂质使化学品的进给更加困难，并降低了最终产品的质量。

上述与浓度有关的问题在实践中意味着，在原料的固体浓度最低的地方，活性化学品(尚未与固体物质反应或尚未固定到固体物质)的浓度(concentration)是最高的。因此，化学品与低浓度原料中的固体有效地进行反应，并且结果是，化学品的浓度降低并且较少的化学品被留给较高浓度原料中的固体。因此，较高浓度原料中的固体具有较少的化学品与之反应或与之固定。因此，这种混合的最终结果是化学品对固体的不均匀处理，并且为了确保在原料的所有部分中都有足够量的化学品，必须将化学品的剂量增加到超出最佳范围。另外，存在这样的风险，例如，在全部原料中填料保留都是不均匀的，从而最终产品中填料的机器横向分布不均匀，并且最终产品的质量也不尽如人意。

发明内容

因此，本发明的一个目的是解决以上讨论的问题中的至少一个。

本发明的另一个目的是使用最佳量的化学品和/或添加剂，从而减少生产幅材状制品所涉及的化学品/添加剂成本。

本发明的又一个目的是减少承载纸厂废水处理中的化学品/添加剂的量。

本发明的又一个目的是改善流浆箱进料管的构造，以使得流浆箱中最终出现最小量的浓度差异。

本发明的另一个目的是改善流浆箱进料管的构造，使得与流浆箱进料管连接设置的各种装置的位置被仔细地确定。

本发明的另一个目的是提供用于新的基于功能性纤维的产品的化学品/添加剂定量方法，该新的基于功能性纤维的产品对化学品/添加剂定量的要求比传统的纸和纸板制造更高。

所述目的中的至少一部分由本申请的一方面实现。

此外，所述目的中的至少一部分由本申请的另一方面实现。

上述目的中的至少一个通过在流浆箱进料管中布置原料流均衡器来实现，所述原料流均衡器在化学品引入的上游有效地混合原料流，使得任何浓度差异被最小化或完全消除。原料流均衡器形成混沌状湍流的强湍流区，所述强湍流区一直持续到化学品引入。通过注入混合站将化学品引入到被均衡后的、但仍是湍流的原料流，所述注入混合站已知能够将化学品均匀地散布到原料流管的整个横截面。此类注入式化学品混合器或注入混合站的良好示例是温德技术公司(Wetend Technologies Ltd)的TrumpJet^TM混合器，所述混合器在将助流化学品和其他化学品混合到纤维悬浮液的领域中已获得广泛认可。在例如EP-B1-1219344中讨论了上述TrumpJet^TM混合器及其使用。TrumpJet^TM混合器用作混合站，所述混合站由布置在原料流管的圆周上的单个注入混合单元或者多个注入混合器或注入混合单元组成，化学品应与其混合的介质在所述原料流管中流动。

本发明的目的的至少一部分通过一种将至少一种附加原料组分添加到纤维幅材机流浆箱的流送系统中的原料流的方法来实现，其中，纤维原料通过流浆箱进料泵经由流浆箱筛、流浆箱进料管和化学品混合器被引入到纤维幅材机的流浆箱，在所述方法中，通过使流浆箱筛下游的原料流中普遍存在的浓度差异均衡化并且将所述至少一种附加原料组分与原料相混合来处理原料流。

本发明的目的的至少一部分通过将至少一种附加原料组分添加到纤维幅材机流浆箱的流送系统中的原料流的设备来实现，所述流送系统包括流浆箱进料泵、流浆箱筛、化学品混合器和流浆箱进料管；原料流均衡器布置在流浆箱进料管中，距布置在流浆箱筛与流浆箱之间的化学品混合器一距离处。

在本申请中讨论了本发明的其他特征。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地讨论现有技术和本发明，其中：

图1示出纤维幅材机的现有技术流送系统的局部视图，

图2A示出根据本发明的优选实施例的纤维幅材机的新颖的流送系统的局部视图，

图2B示出根据本发明的另一优选实施例的纤维幅材机的新颖的流送系统的局部视图，

图3示出根据本发明的优选实施例的原料流均衡混合器或原料流均衡器的局部剖切图，

图4a示出从成形部件侧所见的原料流均衡器的成形部件的操作，

图4b示出从流浆箱的方向所见的原料流均衡器的成形部件的操作。

具体实施方式

图1示出纤维幅材机的现有技术流送系统的局部视图。根据该图，除了未示出的部件之外，纤维幅材机的流送系统10还包括流浆箱进料泵12、原料流管14、流浆箱筛16、化学品混合器18和流浆箱20，纤维原料经由流浆箱被输送到纤维幅材机的成形部，通常输送到其网部或成形部上。化学品混合器18是在现有技术US-A1-2002/0121350中更详细讨论的维美德公司的OptiMixer。化学品混合器18具有布置在混合器的圆周上的多个进料口，这些进料口被布置成与混合器的成形部件配合。每个进料口可以具有仅一个化学品进料通道，或具有两个进料通道22’和22”，如图中所示。根据该美国文献，进料通道22’可以用于进给填充剂或纤维浆，而进料通道22”用于进给某些其他化学品，以使得两种组分在经由进料口被引入到原料流管14中的原料之前彼此混合。

如以上已经讨论的，将一种或多种化学品进给到尚未完全混合的原料流中以使得原料流中的浓度变化将被均衡会导致问题，所述问题在最终产品的质量和不必要的高剂量化学品中均可看到，从而导致化学品成本增加。

图2A示出根据本发明的纤维幅材机的流送系统的局部视图。除了未示出的部件之外，纤维幅材机的新颖的流送系统30还包括流浆箱进料泵32、原料流管34、流浆箱筛36、流浆箱进料管38和流浆箱40，纤维原料经由流浆箱被输送到纤维幅材机的成形部，通常被输送到其网部或成形部上。从流浆箱筛36或机器筛延伸到流浆箱40的流浆箱进料管38设置有原料流均衡器50(在图3和图4a至图4b中进行更详细的讨论)和注入混合站80。如图2A所示，注入混合站80具有至少一个入口通道或一组入口通道82，用于供一种或多种化学品被引入到流浆箱进料管38中的原料流中。注入混合站80还具有用于接收注入液体的至少一个入口通道84。注入液体优选地从流浆箱进料管38中提取，并通过泵86被泵送到注入混合站80。根据本发明的最优选的实施例，注入液体从原料流均衡器50与注入混合站80之间的流浆箱进料管38中取出，此处原料流中的浓度变化已经被均衡。根据另一实施例(由虚线所示)，注入液体从原料流均衡器50的上游的流浆箱进料管取出。根据又一实施例，注入液体从注入混合站80的下游的流浆箱进料管取出。注入混合站优选地但非必须地由一个或多个TrumpJet^TM注入混合器形成。在例如EP-B-1219344中讨论了TrumpJet^TM注入混合器及其使用。

图2B示出根据本发明的纤维幅材机的流送系统的局部视图。部件与图2A类似，但是图2B给出另一种选择，来执行在使流浆箱筛下游的原料流中普遍存在的浓度差异均衡化之前和/或之后，将至少一种附加原料组分与原料相混合的方法。图2B中示出的设备呈现为化学品混合器80被布置在原料流均衡器50上游。对于某些类型的附加原料组分(可能是纤维组分)，这是优选的选择，而对于某些附加的原料组分，图2A的实施例是优选的。图2A和图2B的实施例的组合也是可行的(图中未示出)，则化学品混合器80被布置在原料流均衡器50的上游和下游。然后，在使流浆箱筛36下游的原料流中普遍存在的浓度差异均衡化之前和之后，将至少一种但可能多种附加原料组分与原料混合。该设备例如对于按照选定的顺序混合阳离子和阴离子附加原料组分可以是优选的。如果需要混合甚至更多的附加原料组分，也可以将化学品混合器之一加至双倍或三倍。

图3示出本发明的原料流均衡器50的局部剖切图。在该图所示的实施例中，原料流均衡器50通过凸缘52’和52”紧固到流浆箱进料管38。原料流均衡器50具有管状壁54，所述管状壁的直径对应于流浆箱进料管38的直径。管状壁54的内表面56设置有成形部件58，在该实施例中，成形部件布置在内表面56的相同周边上。在另一实施例中，成形部件直接附接到流浆箱进料管的内表面，使得不需要附加管道凸缘，而是仅使流浆箱进料管在其第一端处紧固到机器筛并且在其第二端处紧固到流浆箱。每个成形部件58具有前导表面60，所述前导表面沿着其前导边缘62紧固到管状壁54的内表面56。箭头F指示穿过原料流均衡器50的原料流方向。在前导边缘62下游，前导表面60从内表面56升高，使得三角形的侧表面64’和64”可以设置在前导表面60的侧边缘与内表面56的侧边缘之间。前导表面60朝向其尾部尖端66逐渐变细，使得侧表面64’和64”可以在成形部件58的尾部边缘68处彼此紧固。

成形部件58起作用(参见图3、图4a和图4b)，使得成形部件的前导表面60从内表面56的附近升高更靠近管状流管的中心的处于低浓度的原料流，以将该低浓度的原料与更靠近流管的轴线的较高浓度的原料混合。同时，沿着前导表面60流动的一部分原料与每个前导表面60与侧表面64’和64”之间的侧边缘70相遇，因此该部分原料流在每个成形部件58的两侧处产生两个反向旋转涡流。首先，所述涡流与仍沿着内表面56流动经过成形部件的低浓度的原料流混合。之后，当两个相邻的成形部件的涡流彼此相遇时，涡流彼此混合并形成在成形部件的下游延伸的混沌状湍流区。这样的湍流区在原料流均衡器的整个直径上延伸，并且使已经存在的浓度差异均衡化。在进行的实验中，已经了解，使原料流完全均衡化需要的距离至少为1*D，优选地为3*D，其中，D是流浆箱进料管的直径。

关于原料流均衡器50，应理解的是，其成形部件58的数量可以在3-15个之间变化，成形部件可以布置在原料流均衡器50的内表面56的相同圆周上，或者它们可以在若干个圆周上分成若干组，或者它们可以自由地布置在内表面上的任意位置。自然地，它们彼此之间的轴向距离不应过长，过长的轴向距离会降低原料流均衡功能的效率。原料流均衡器的优选长度，即，从上游成形部件的前导边缘到下游成形部件的尾部尖端的优选长度为0.5*D至3*D，其中D为流浆箱进料管的直径。成形部件58的径向高度优选地在0.1*D与0.5*D之间，其中D为流浆箱进料管的直径。成形部件的宽度优选地为成形部件的长度的0.1至1倍。另外，成形部件的前导表面60在其径向或轴向横截面中或者在其径向和轴向横截面两者中也不必一定是平面的，而是可以是弯曲的，即，是凸的或凹的。

如上面已经结合图2A所讨论的，在流浆箱进料管38上在原料流均衡器50的后面是注入混合站80。原料流均衡器与注入混合站之间的距离应被布置为使得混沌状湍流已经使浓度均衡化，但是没有衰减到浓度差异已经开始形成的程度。实际上，从(在原料流方向上)最后一个成形部件的尾部尖端到注入混合站的距离应为流浆箱进料管38的直径D的0.5至10倍，优选地2至5倍，即，2*D至5*D。另外，对于流浆箱进料管的优化和附加原料组分混合而言重要的是，原料流均衡器50被布置在距流浆箱40一距离处。需要仔细考虑从注入混合站80到流浆箱40的距离。自然地，如果原料流均衡器50连同注入混合站80太靠近流浆箱，则由均衡器导致的湍流将对流浆箱中的原料流产生影响，并且对于待形成的幅材将更难以获得均匀的基重分布。而如果原料流均衡器50连同注入混合站距离流浆箱太远，则流浆箱进料管38中的原料流将有时间在原料流中开始形成浓度差异。因此，从原料流均衡器50到流浆箱40的优选距离在5*D与15*D之间，其中D为流浆箱进料管38的直径。

优选地，化学品混合器80为注入混合站，其可以由单个注入混合器或一组注入混合器形成。在狭窄的管中单个注入混合器可能是足够的，但对于较大的管来说，则在流浆箱进料管的周边需要具有若干注入混合器的注入混合站。在操作中，至少一种附加原料组分和注入液体被带入注入混合器中，每种沿着其自身的进料通道。附加原料组分和注入液体经由公共的喷嘴彼此被引入均衡化的原料流，使得附加原料组分与注入液体混合，并且注入液体由于其高速和注入压力，确保了相对少量的附加原料组分和注入液体的混合物足够深地渗透到流浆箱进料管中的被均衡后的原料流中。注入液体优选地但不是必须地是与附加原料组分所要混合的原料相同的原料。优选地但不是必须地，所述注入液体被带到混合器上游，以通过混合器与附加原料组分一起被注入到流浆箱进料管中的原料流中。前面已经提到过，注入液体可以在原料流均衡器的上游、均衡器与注入混合站之间、或在注入混合站的下游从流浆箱进料管取出。注入液体的其他选择是新鲜浆、再生浆、白水、淡水等，仅举几个选择，无意将适用液体仅限制为所列选项。

还应理解，本发明涵盖将单一附加原料组分或者两种或更多种附加原料组分混合到原料流均衡器的上游和/或下游的原料中。换言之，可行的是，在使用多于一种附加原料组分的情况下(除了在原料流均衡器的下游混合的一种以外)，一种附加原料组分被混合到流浆箱筛与原料流均衡器之间的原料中，和/或一种附加原料组分被混合到流浆箱筛的上游的原料中。自然地，优选地在后两种可选方案中，附加原料组分是缓慢反应的附加原料组分，因而仅在原料流均衡器之后才起作用或形成团聚体。

最后，还应该理解，至少一种附加原料组分是以下中的至少一种：助流化学品、如烯基琥珀酸酐(ASA)或烷基烯酮二聚体(AKD)的施胶剂、淀粉、填料、纸染料或颜料、微纤维素或纳米原纤化纤维素(MFC、NFC)或者其他天然/生物基纤维或合成纤维，仅举几个例子。这些附加原料组分可以与其他附加原料组分一起或独立地与原料混合。如果与一些其他附加原料组分一起引入，则或是可以在被注入到原料中之前将其与附加原料组分预混合，或可以仅将其与附加原料组分一起注入到原料中。

还应理解，在不同的实施例中，与流浆箱进料管直径D相关的上述尺寸可以根据实际应用而显著变化。在纤维幅材机流浆箱的小型流送系统中，直径D可以为50mm至100mm。在大型纤维幅材机中，直径D可以为近似1200mm。

尽管已经参考具体示出的实施例描述了本发明，但是要强调的是，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。

Claims

1.一种将至少一种附加原料组分添加到纤维幅材机流浆箱(40)的流送系统(30)中的原料流的方法，其中，纤维原料通过流浆箱进料泵(32)经由流浆箱筛(36)、流浆箱进料管(38)和化学品混合器(80)被引入到纤维幅材机的流浆箱(40)，其特征在于，通过使所述流浆箱筛的下游的原料流中普遍存在的浓度差异均衡化并将所述至少一种附加原料组分与均衡后的原料混合，来处理原料流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将原料流均衡器(50)设置在所述流浆箱筛(36)与所述化学品混合器(80)之间并距所述化学品混合器(80)一距离，以使原料流中普遍存在的浓度差异均衡化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在使所述流浆箱筛(36)的下游的原料流中普遍存在的浓度差异均衡化之前和/或之后，将所述至少一种附加原料组分与所述原料混合。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过使用新鲜浆、再生浆、白水和淡水中的至少一种作为注入液体，使用注入混合站(80)来将所述至少一种附加原料组分添加到所述均衡后的原料流。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用注入液体来使得所述至少一种附加原料组分渗透到所述均衡后的原料流中。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从位于所述原料流均衡器(50)的上游或下游以及所述注入混合站(80)的上游的所述流浆箱进料管中取得原料，以用作将所述至少一种附加原料组分进给到所述原料流的注入液体。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种附加原料组分是以下中的至少一种：助流化学品、如烯基琥珀酸酐(ASA)或烷基烯酮二聚体(AKD)的施胶剂、淀粉、填料、纸染料或颜料、微纤维素或纳米原纤化纤维素(MFC、NFC)或者其他天然/生物基纤维或合成纤维。

8.一种纤维幅材机流浆箱(20、40)的流送系统，包括：用于将至少一种附加原料组分添加到所述流送系统(10、30)中的原料流的设备，所述流送系统包括流浆箱进料泵(12、32)、流浆箱筛(16、36)、化学品混合器(18、80)和流浆箱进料管(38)，其特征在于，原料流均衡器(50)布置在所述流浆箱进料管(38)中，距布置于所述流浆箱筛(36)与所述流浆箱(40)之间的化学品混合器(80)上游一距离处，以使原料流中普遍存在的浓度差异均衡化。

9.根据权利要求8所述的流送系统，其特征在于，所述化学品混合器(80)被布置在所述原料流均衡器(50)的上游和/或下游。

10.根据权利要求8或9所述的流送系统，其特征在于，所述化学品混合器(80)为包括一个或多个注入混合器的注入混合站，所述注入混合站通过使用注入液体将所述至少一种附加原料组分进给到所述原料流。

11.根据权利要求10所述的流送系统，其特征在于，在所述原料流均衡器(50)与所述注入混合站(80)之间、在所述原料流均衡器(50)的上游、或是在所述注入混合站(80)的下游，入口通道(84)连接到所述流浆箱进料管(38)。

12.根据权利要求10所述的流送系统，其特征在于，从所述原料流均衡器(50)到所述化学品混合器(80)的距离为所述流浆箱进料管(38)的直径的0.5至10倍，优选地2至5倍，并且从所述原料流均衡器(50)到所述流浆箱(40)的距离为所述流浆箱进料管(38)的直径的5至15倍。

13.根据权利要求10所述的流送系统，其特征在于，所述原料流均衡器(50)具有管状壁(54)，所述管状壁的内表面(56)具有圆周，所述内表面(56)设置有布置在其圆周上的多个成形部件(58)。

14.根据权利要求13所述的流送系统，其特征在于，每个成形部件(58)的径向高度为所述流浆箱进料管(38)的直径的0.1至0.5倍。

15.一种用于根据权利要求9所述的流送系统的流浆箱进料管，所述流浆箱进料管用于纤维幅材制造机的流浆箱筛与流浆箱之间的联接，所述流浆箱进料管包括化学品混合器(18、80)，其特征在于，原料流均衡器(50)被布置在流浆箱进料管(38)中、位于所述流浆箱筛(36)与所述化学品混合器(80)之间、在所述化学品混合器(80)的上游且距所述化学品混合器一距离处，以使原料流中普遍存在的浓度差异均衡化。