CN1169492A

CN1169492A - 在周围压力有所升降的情况下干燥纤维纸幅的方法和装置

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Publication number: CN1169492A
Application number: CN97104519A
Authority: CN
Inventors: 戴维·I·奥立弗; 梯莫斯·彼特森; 依莎克·鲁德曼
Original assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Current assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-01-07
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: EP0796945A2; US5839203A; EP0796945A3; JPH101892A; ID16601A; KR970066480A; CN1084414C; US5669159A; TW358154B; AU1635297A; AU721682B2

Abstract

一种用来干燥纤维纸幅的方法和装置,是通过压榨纤维纸幅、较佳地是通过脉冲式干燥、然后将纤维纸幅引导到气体加压区域,继而在该区域中的压力减小而实现的,其中压力减少是通过纤维纸幅的冷却而实现的。

Description

在周围压力有所升降的情况下干燥纤维纸幅的方法和装置

本发明是1995年5月10日申请的第08/438,384号美国专利申请的部分继续申请。

本发明总的涉及一种采用压榨操作方式干燥湿纤维纸幅的方法和装置，其中压榨装置的一个表面加热成高温。该装置能够使纸幅暴露于比大气压力大的周围压力下，当压榨装置负荷卸除时冷却速度加快。该压榨装置可以是线性运动压榨装置、辊筒式或闸板式压榨装置。纸幅可以是单张的或连续的纸幅。更具体的，本发明涉及脉冲式干燥湿纸幅。

当湿纸幅由集水毛布携带着经过一对辊筒的压区、或者一个辊和一闸板时脉冲式干燥发生，其中一个辊筒被加热成高温。脉冲式干燥还可以通过采用具有平压板的线性压榨装置实现，在此情况下，一个压板被加热而另一个可以是环境温度。可以预计脉冲式干燥的广泛的工业化将节约大量的工业能源。

除了对能耗发生冲击以外，脉冲式干燥还对纸张结构和性能产生影响。通过与热压表面的瞬间接触，可增强表面纤维的构象程度和纤维之间的结合。脉冲式干燥可使纸张具有与众不同的紧密的外观，其特点是具有紧密的外层。这又使许多等级纸张的物理性能都有所提高。利用脉冲式干燥的一个持久问题在于当压榨负荷卸掉时，作用于纸幅内热流体的压力减小，在纸幅内部会发生闪蒸现象。结果是纸幅脱层。对于重磅级纸张而言，这一问题尤其严重。这已经成为限制脉冲式干燥工业化中的一个主要问题。

已经有报道(克洛斯等人所著的“脱层：实施脉冲式干燥箱板纸技术的障碍”，1989年加利弗尼亚州亚特兰大TAPPI工程技术讨论会)当压榨辊筒表面温度在150℃(300°F)以上干燥箱板纸时伴有不同程度的脱层。虽然在150℃以下操作时可避免脱层，但与传统的压榨技术相比，除水效果没有明显的区别。因此可以断定为了体现脉冲式干燥的潜能，就必须减少脱层现象发生。

根据实验室中按比例缩小的规模(Laverly，H.P.所著的“高强度干燥工艺-脉冲式干燥报告三”DOE/CE/40738-T3，1988年2月)，已经发现增加对纸浆的精磨可促使出现脱层，假定厚的或经过高度精磨的纸张对蒸汽的流动有着比薄的或未精磨的纸幅大的阻力。厚的和精磨的纸幅具有优良的特殊表面，并因此存在较高的流动阻力。当压榨负荷卸除时，较高的蒸汽压力在纸幅内部产生，这是因为蒸汽不能够轻易地逸出纸幅。如果压力足够高，纸幅结构不好，纸幅就会脱层。减小压榨表面的温度可避免脱层，但也可使脉冲式干燥工艺去除水份的效果并不比标准的双毡压榨效果强。

Orloff，D.I.在“脉冲式干燥的脱层控制”一文中和美国专利第5,101,574号中示出了减小被加热的压榨表面的导热性可减小发生脱层的可能性。给定的导热性为K/ρC_v，其中K是导热率，ρ是密度，C_v是比热。这种参数的值决定了具有不均匀温度物体达到热平衡的速度。删除相同项之后，导热性的单位为米平方每秒(m²/s)。

Orloff还注意到压榨表面必须是蒸汽不能渗透的，因为如果采用疏松材料来减小压榨表面的导热性，就不会形成脉冲式干燥所具有独特的高密度外观。Orloff还指出与高导热性表面相比，不渗透的低导热性压榨表面使较高的压榨表面温度能适用于一些配料。一种典型的高导热性表面为钢。低导热性表面可采用陶瓷、聚酯、无机塑料和合成材料及金属合金陶瓷制成。由于低导热性表面使采用高温压榨表面成为可能，故脉冲式干燥的除水效率超出双毡压榨的效率。然而，如果加热的压榨表面温度过高，低导热性压榨表面将使纸幅脱层。

本发明的一个基本目的在于提供一种用于加热表面压榨和脉冲式干燥的方法和装置，当加热的压榨表面温度从纸幅内部液体的环境沸腾温度变化到超出纸幅内部液体的临界点温度的范围内，它可阻止纸幅脱层。无论压榨表面的导热性、纸幅内部结构、纸幅基重或纸幅内部的液体如何，该方法和装置都可有效地阻止纸幅脱层。

图1是一种辊筒式压榨机的示意侧视图，加热的压榨表面在压力升降情况下进行压榨操作；

图2是与压榨操作有关的负荷压力分布曲线图；

图3是与图2的负荷压力分布有关的、随压板设定温度变化的平均发出固体物的曲线图；

图4是与图2的负荷压力分布对应的、随设定温度变化的特定弹性的平均系数变量的曲线图；

图5是与图2的负荷压力分布对应的、随平压板基点温度变化的平均特定弹性模数的曲线图；

图6是随时间变化的低压曲线图，示出了根据另一种结构对已处理纸幅进行卸压，其中退出辊筒的纸幅进入气压升降区域；

图7是本发明的另一种工业化实施例的示意端视图；

图8是沿图6中线8-8的装置的示意侧视图；

图9是本发明的另一种工业化实施例的示意端视图；

图10是沿图8中线10-10的装置的示意侧视图；

图11是本发明再一种工业化实施例的示意侧视图；

图12沿图10中线12-12的装置的示意端视图；

图13是一种电动液压榨装置、压力缸和压力活塞的示意侧视图，在压力有所升降的情况下加热的压榨表面进行压榨操作；

图14是说明本发明特征的另一种辊筒式压榨机的局部示意侧视图；

图15是其放大的局部视图；

图16是说明本发明特征的又一种辊筒式压榨机的局部示意侧视图；以及

图17是其放大的局部视图。

本发明总的涉及一种用于干燥湿纤维纸幅或单张纤维纸张的方法和装置，采用一加热的表面进行压榨，并且重要的应用方式是脉冲式干燥。本发明可利用多种工业化装置，包括直线运动压榨装置、辊式压榨装置、底板式压榨机或宽压区压榨装置。本发明提供了在压力升降情况下的加热压榨表面进行压榨操作的方式，其时压力以较小斜度的卸压曲线卸除。

小斜度卸压可采用多种不同的技术实现。例如，当采用辊筒式压榨装置，从压榨辊之间的压区中退出的纸幅适量地缠到加热的辊筒表面，从而为已处理的纸幅提供一个加压的最后步骤。

另外，退出辊筒间压区的纸幅还可以受到一气压升降区和/或增强的冷却速度的影响，当纸幅或纸张上的压榨负荷卸除时该速度与纸张或纸幅所处区域吻合。当纸幅内液体与加热压榨表面温度相同时，升降的气压只需要是对应于液体的热力的饱和压力的几分之一。增压气体可以是空气或其它合适的惰性气体，这些惰性气体不会以不希望的方式与纸幅、蒸汽或装置发生反应。气体可能冷却或足以冷却到低于环境温度。这种方法无论压榨表面导热性、纸幅内部结构、纸幅基重或纸幅内部液体如何都可阻止纸幅脱层。

装置的细部可以改变以适应所用的压榨装置。这种装置一个较佳实施例包括：用于干燥纤维纸幅的装置，与它组合的有用于所述纸幅的压榨装置，所述压榨装置包括一个加热的辊筒和另一个辊筒，它们一起形成一纸幅可通过的压区，该装置还包括用来将从压区中退出的纸幅绕在加热的辊筒上的卷绕装置以将压力作用在纸幅上的时间至少延长到纸幅在压区压榨时间的1至2倍。

另一个较佳实施例包括：用于干燥纤维纸幅的装置，该装置以组合方式包括有用于所述纸幅的压榨装置、一个靠近所述压榨装置的气压腔、用于将增压气体引导到所述压力腔中的装置、用于控制所述气压腔中的气压以使纸幅上的压力作用时间延长为纸幅在压区中压榨时间的至少一至二倍，以及用于使气体从所述气压腔中排出的装置。在直线式压榨装置情况下，该压力腔可能将整个压榨装置围住。在辊筒式压榨装置情况下，该腔可能或是将整个压榨装置封住，或者仅封住压榨装置压区中的出口部分。

本发明发现通过在纸幅上的压榨负荷卸除时提供延长的、逐渐倾斜的卸压方式，而无论压榨表面导热性、纸幅特定的表面、纸幅基重或纸幅内液体如何都可避免纸幅的脱层。不同的压榨装置结构、包括诸如直线运动压榨装置和闸板式压榨装置的转动式和非转动式压榨装置都用来实现延长的、逐渐倾斜的卸压作用，它可防止工业化中重要的平压板或辊筒式压榨装置的温度大范围变化时发生脱层。

卸压循环的终止部分、较佳的表现为低斜度卸压可以由许多不同的方法实现。例如，纸幅可能局部卷在加热的压榨辊上以延长作用于退出压榨辊的压区的纸幅上的压力作用时间。另外，退出压榨辊压区的纸幅还可能工业化地制成使其进入一加压的环境中。

以下内容是为了对用于控制纸幅中蒸汽产生的力的机理进一步了解。应当相信这些机理包括(但并不仅限于)减少闪蒸成蒸汽的液体总量；纸幅或纸张的增冷；减小蒸汽排出速度；减少蒸汽产生的牵引力；预防蒸汽以音速穿过纸幅内部透气孔中的聚集物以及减小静态力不平衡。通过以多步骤方式卸除纸幅上的压力可加强这些机理，其中后一步骤相对前面的各步骤而言是延长的，并且后一步骤具有小斜度的操作特点。

如上所述的，随后的小斜度卸压步骤可较佳地完成，而不需要在压榨辊出口处使用加压气体。然而，从下文中可以了解到，卸压也可采用加压气体来结束，该加压气体被引到一压力腔，并且最好是在其温度低于环境温度的条件下进行。还可采用处于环境压力的气体或被加热到环境温度以上的气体，然而阻止脱层所需的气体压力可能需要增加。加压的气体可以是空气或别的适用气体，它们不会与纸幅、蒸汽或装置发生不必要的反应。

例1

由于本发明而可能获得的进步在一个工业规模的装置中以局部卷绕的方法而较佳地得以实现，如图1所示意的。该装置的操作将另外参照图2-5来解释。图1中的装置包括一个总的由标号10所示的辊筒式压榨装置。该辊筒式压榨装置10包括一个加热的辊筒12、与辊筒12协作的加热器14以及一个未加热的下辊16。穿过形成在辊筒12、16之间的压区20的纸幅18由两层材料构成，上层为需干燥的纤维纸幅，盖置在用来传送纤维纸幅的相同尺寸的毛布上表面。在计算机26控制下，一杆臂22由一驱动器24所驱动。纸幅18沿着箭头30所指的下游方向移动，这是采用传统的驱动机构(未示)驱动。如图1中箭头28所指的，改变运动路径，杆臂22在相反方向也可移动，并且可定位以接触纸幅18。图1中所示的纸幅18的部分大致呈S形，并且杆臂22升高接触纸幅18，这样下游部分(即压区20的下游)处于比纸幅的上游部分高的纵向位置上。实际上，这使得纸幅18的下游在退出压区20之后立即卷绕在加热的辊筒12上。通过升高和降低杆臂22，可以改变纸幅在加热辊上的绕量。

以下将仔细研究干燥该纸幅的操作情况，具体地是关于由于改变在加热的辊筒12上的缠绕量而对脉冲式干燥该纸幅的作用的影响。参照图2-5可见，操作加热器14以将辊筒12的温度保持在不同的所需值，这代表传统的工业操作状态。注意加热辊筒的某些温度和缠绕状态下卷纸的脱层情况。

在造纸工业中使用缠绕杆臂和某些控制系统是众所周知的。缠绕杆臂已经和加热辊一起使用用来处理纸幅。然而，一般地说，按照整体或长远的观点，根据在下游位置观察到对纸幅的作用，已经可以看出缠绕杆臂的控制作用。与之相反，本文的重点已经是研究当纸幅从压榨辊之间的压区中退出后立即作用在纸幅上的热力影响和其它影响。如所期望的，作用于纸幅18的压力在压区处达到最大值，该处通常看作是对纸幅施加压力的压榨辊之间的接触线，其沿着辊表面接触线的切线方向移动。当纸幅退出压榨辊时，纸幅上的压力减小到与周围环境有关的量。

对于退出辊筒压区后纸幅下落所经历的压力的方式已经有了特别的关注。在实际的工业化环境下，纤维纸幅的压缩发生得很快，一般是比四分之一秒小几倍。如本文中可见的，本发明的许多实施例都是在纸幅退出压榨辊压区后的第一个四分之一秒内完成的。参见图2，在退出压榨压区后的第一个十分之二秒内作用在纸幅上的压力在多种操作条件下被观察到的。图2-4图表示出的操作情况是对手抄纸进行的，该手抄纸湿度为65％、特定表面为25m²/g、加拿大标准排水度(Candian Standard Freeness)(CSF)400ml、基重为204g/m²(42lb/1000ft²)。进行一系列的压榨试验，其中采用图1中的装置在平压板设定温度下对纸张进行脉冲式干燥，平压板设定温度如图3和4所示，大致范围在200℃和260℃之间。压榨延续时间大约为40毫秒，并且最大平压板压力大约为4.4Mpa。如图2中可见的，进行了四次压榨试验，操作曲线标志为A，B，C和NO。图2中所示的操作曲线大致从施加在纸幅上的压力已达到最大值时开始，并且已经向周围环境值减小。

参见图2，曲线NO示出了没受缠绕杆臂2作用时纸幅所受的压力，即纸幅的移动路径是沿着大致直线式的压榨辊上游和下游，以及大致沿着压榨辊之间接触线的切线。与图2所示的其余曲线相比，曲线NO持续时间最短，大约持续20毫秒。图2所示的其余曲线与缠绕在加热的辊筒12上的纸幅数量的改变有关，缠绕量从曲线C增加到曲线B，曲线A示出了缠绕在加热的辊筒上的最大纸幅量。从图2中可见，试验所关注到的是当纸幅退出压榨压区即刻的纸幅卸压曲线。在这些试验中，通过加入一小斜度倾斜而改变压区后压力曲线的同时，脉冲干燥机周围的环境压力维持在1个大气压(101Kpa绝对值)。从本文中可见，倾斜曲线的范围可以许多种不同方式实现，但较佳地是通过与杆臂22操作协作的脉冲式干燥辊筒后缠绕操作来实现。

采用与上文中所述相同的手抄纸，在四个脉冲式干燥试验中所有的状态都保持恒定，只改变随后的压区卸压曲线和平压板(即加热的辊筒12)的设定温度。在图2中可见，曲线NO在零时和约5毫秒之间基本上为直线部分(即曲率很小)。然后曲线NO在5毫秒和20毫秒之间呈现为连续的曲线部分，并且曲线在20毫秒、周围压为为101KPa时终止。总的来说，曲线NO有关的最大压降发生在开始的直线部分，其时压力从最初的4400KPa下降到大约800KPa。如上所述的，曲线NO是发生在任何一个压榨辊上都没缠上纸幅的情况下。因此，作用在纸幅上的压力在纸幅退出压榨辊之间的压区后以不受限制的方式任意地下降。相反，曲线A、B和C涉及的是在纸幅退出压榨辊之间的压区后作用到纸幅上的压力，因此延长了作用到纸幅上的压力。如图2中可见的，四种试验曲线都开始于大约相同的初始值，并且初始的直线或小曲率部分都具有相差无几的长度。如图2中可见的，曲线A、B和C都具有初始的直线、小曲率部分在开始的4400KPa压力值和约1200KPa(大致为初始的起点值的四分之一)之间延伸。直线或小曲率运作向连续弯曲过渡运作的过渡发生在大约7毫秒时。参照曲线A，连续的弯曲运作持续到大约25毫秒时，其时运作以最后的直线或具有“小斜度”或逐渐缩小的斜度的小曲率部分终止，与开始时的卸压运作时间相比，基本上斜度小于卸压运作的开始部分并且延伸时间大致相同。例如，曲线A是持续约7毫秒的第一步运作，过渡运作在约7毫秒和约27毫秒之间。可是，具有微小曲率部分的大致呈直线的终止部分在27毫秒和约135毫秒之间延伸。总的来说，较佳的是结束时间段至少在大于第一步运作曲线的二至八倍之间，并且运作曲线的第一部分中的压力减小量至少为运作曲线最后部分压力减小量的二至八倍。

再参照图2，曲线B和曲线C的持续时间都小于曲线A，而且具有相同的小斜度缓慢的操作变化曲线。即使是对于较短的操作曲线B和C而言，具有独特的小斜度的终止操作部分的持续时间还是比操作始初周期长至小二至八倍，其时当纸幅压力落到最大值以下后持续约第一个7毫秒。

参见图3，随着增加的平压板设定温度可观察到输出固体物的增量。输出固体物的增量与后压区卸压持续时间的增量有关，它发生在一小段时间内(小于四分之一秒)。

参见图4，采用具有传统特点的不平超声波技术来决定特定的弹性模数的变量系数。这些值相对平压板设定温度的图示出在图4中，对应于图2所示的倾斜曲线。观察到已脱层纸张的变量系数超出10和15％之间。图4中示出了约12％的脱层极限。在图4中，变量系数的较低值与特别要求的产品特性有关。如图4所示的，采用NO倾斜干燥纸张在所有的平压板设定点试验温度下都存在脱层现象。如图4可见的，倾斜C仅在其操作曲线的一部分防止脱层是有效的，一般地对应于小于200℃的平压板设定温度。然而，卸压曲线A和B(如图2所示)在所有平压板设定温度下都可有效地防止脱层。

图5中示出了对于用图2中的转换操作曲线A和B生产的纸张而言、随着平压板设定温度增加的特定弹性模数的增量。图5中可见，与操作曲线A和B相比，曲线NO和C都具有较低的平均特定弹性模数值，并且曲率方向相反。

在本文中可见，本发明通过改变压区后卸压工艺可有效地减少脱层的可能性。根据采用热力原理的理论依据，可以相信脱层可能性的减小是与退出压榨压区的纸幅内部膨胀程度的减小、延长闪蒸的蒸汽可从纸幅中逸出的时间、以及施加在纸幅上可引起脱层的力的减小有关。

例2-7

通过图1所示的采用缠绕控制的结构可实现延长后压区卸压时间。尽管如此，其它的结构也是可能的。例如，延长卸压时间还可通过在紧接压区开口20下游的区域中采用加压气体来实现这一目的。本文中将描述多种采用加压气体的结构。然而，总的来说，这种装置包括：用于盛装加压气体或等同物的腔室、引导加压气体的装置、监测加压气体的压力的装置、控制加压的气体的压力的装置、排出加压气体的装置、将纸张或纸幅引到压榨机的装置以及将纸张或纸幅从加压腔室中移走的装置。

用来防止脱层所需的气体压力值取决于纸幅内部的液体、纸幅内部的液体含量、纸幅内部的结构、纸幅的基重以及加热的压榨表面的导热性。然而，在所有情况下施加一个阻止纸幅脱层的气体压力都是可能的。当液体温度与加热的压榨表面温度相等时，气体压力的升降仅需要是对应于纸幅内液体的热力饱和压力的函数。当压榨负荷释放时，藉由留在纸幅中的或产生在纸幅中的蒸汽的目的不是阻止闪蒸，而是控制作用在纸幅结构上的力。

用于盛装加压气体的腔室仅需维持所需的压力以阻止紧靠纸幅或纸张处的脱层。由腔室所围成的区域必须包括当压榨负荷卸除时被纸幅或纸张所占的区域。如果需要的话，腔室可包含整个压榨装置。腔室区域必须足够大，使纸幅或纸张可在加压区域中保持足够长的时间以阻止脱层。时间长短可随纸幅结构、纸幅基重、纸幅内部液体和加热的压榨表面温度而变化。在一般的含水纸幅中，这段时间小于2秒并且在许多的工业化重要条件下小于200毫秒。腔室不必是封闭的有形结构。在一具体的应用情况下，它可能足够大以利用气体喷嘴产生所需尺寸的加压区域而形成有效腔室。如果腔室采用一有形结构以盛装气体，只要纸幅内的压力保持不变，该腔室就可能会漏气，漏出的气体不会损坏装置、纸幅或构成一危险事故。气体的泄漏可能产生冷却作用。

该装置必须具有将加压气体引导到压力腔室的装置。用来引导气体的方法不应当形成一冲击纸幅或纸张表面的气体喷流而产生引起破坏的足够大的力。如果阻止纸幅分层的压力足够高，这样就会产生一个喷流，那样该喷流就必须是定向的，这样它才不会损坏纸幅或纸张，或者在纸幅和气体喷流之间设置一道阻挡装置。用来将气体引向腔室的方法应当具有将气体流调节到腔室中的装置。

该装置应当包括监控腔室内加压气体压力的装置。所采用的方法取决于应用情况。在批量式生产工艺中，一种简单的工业用计量仪表就足够了。在连续式生产工艺中，需要一个可向控制系统提供连续输出的压力传感器。所采用的装置必须仅提供一个足以控制该压力的腔室内压力指标。测量的精确度和速度是阻止脱层和装置进行有效操作所必需的。有效的操作取决于应用情况。

该装置包括用来排出加压气体的装置。所用的方法应当不会造成对纸幅的损坏。排出气体的所用的方法应用具有控制气体排出速度的装置。

该装置包括将纸幅或纸张引向压榨装置的装置。所用的方法仅需保证当压榨负荷卸除时保持腔室内的压力。在辊筒式压榨装置情况下，可采用毛布将纸幅引向压榨装置。在直线式压榨装置，纸幅或纸张可由人工引导或用机械设备引导。

该装置还包括将纸幅或纸张移离压榨装置和压力腔的装置。所用的方法仅需保证当压力水平下降的一段的时间内将纸幅或纸张保持在一定的加压情况下，从而阻止脱层。在连续操作时，保持腔室压力。藉由气体的有效冷却是需要的。在辊筒式压榨装置中，可采用毛布将纸幅或纸张从压榨压区经压力腔室传送。该毛布还起到集水器的作用。该腔室可具有槽口，毛布和纸幅可通过它。该槽口以纸幅能够通过方式、以及将气体泄漏限制到可藉由将腔室引导气体的方法而补偿的方式密封。该密封件可能具有软刮片或一对辊，它们与纸幅或纸张接触。在直线式压榨装置中，纸幅或纸张由人工卸下或采用一机械设备移下。

在本发明的最佳方式中，纸幅或纸张引导一具有相对表面的加热表面压榨装置中。该加热的表面是由易于加热的固体材料制成的，如钢或覆有具特殊热学或材料性能的材料、即陶瓷、聚酯、无机塑料、复合材料、金属陶瓷或其它具有所需强度特性的材料的。在此，加热的表面可具有高的或低的导热性。其它表面可以由具有特殊的压榨负荷和应用情况所需的强度特性的固体材料制成，诸如钢、或者是涂有聚酯；其它的表面也可以是闸板式压缩装置的传送带。在一个实施例中，当纸幅被引到压榨装置中时，一幅弹性材料、如毛布设置在未加热的表面和加热表面之间。两个压榨表面压在一起以对纸幅提供一压榨力。在纸张的脉冲式干燥情况下，较佳的压榨压区压力大约为0.3MPa到10.0MPa。

加热表面的表面温度加热到纸幅内含流体在大气压下的沸腾温度和其热力学临界温度之间。当纸幅含水时，温度大约为100℃到大约374℃，较佳地大约为200℃到约300℃。

在压榨装置中和加压区域外的停留时间调节到可使流体最快地除去。在纸幅中，停留时间大约为10毫秒到1000毫秒，较佳为20毫秒到约60毫秒。在辊筒式或底板式压榨装置中，停留时间由纸幅的移动速度和压榨装置压区长度所控制。

本发明的方法对于干燥初始湿度大约为75％至约50％的纸幅是有用的。经过根据本发明的脉冲式干燥后的纸幅湿度大抵在65％至30％的范围中。本发明采用的所有百分率都是重量百分率，另外说明的除外。用来阻止脱层所需的气体压力取决于纸张的配料、基重和压榨装置加压表面温度。总之，在加热的压榨表面温度为250℃时，所需的最小测量压力为约0.00MPa(0.00psig)，所需的最大测量压力为约0.70MPa(100psig)。这些压力的降低可采用冷却的气体将其给腔室加压，当压榨负荷卸除后，纸幅进入该腔室中。冷却气体还将使闪蒸成蒸汽的液体量减小、增加纸幅或纸张的冷却程度、减小蒸汽排出速度、减小诱发牵引力的蒸汽、防止蒸汽以音速穿过纸幅内孔中的集聚物以及减小静力不平衡。藉由气体的流动或膨胀可用于冷却作用。

现参见图6，图中示出了混合式解压方式的特征性操作方式。图6示出了在许多重要的操作条件下、采用混合工艺将压力施加到纸幅上以有效地进行脉冲式干燥、且不发生脱层现象时纸幅解压情况的操作曲线。可见，图6的曲线与图2所示的操作曲线类似。如前所测试的解压曲线，图6所示的操作曲线由三部分组成、一是大致呈直线的或小曲率的初始部50、一是连续的曲线中间部分52、以及一也为小曲率的终止部分54(本文中称为大致直线部分)。图6所示解压曲线的第一部分发生在等于0和T₂的时间段中，其间压力从开始的P₁下降到P₂。操作曲线的过渡部分在时间T₂和T₃之间，其时压力从P₂下降到P₃。最后，操作曲线的终止部分54在时间T₃和T₄之间，其间压力下降另外一个数量，从P₃到P₄。在图6所示的一个实施例中，初始和过渡段压降(曲线部分50和52)由机械装置所带来，其中壁和纸幅强劲如前地经过压榨辊筒形成的压区外边，与结合图2所描述的操作情况NO类似。然而，为实现图6所示的操作曲线而采用了向纸幅施加一终止压力的步骤，而延长或延续了纸幅上的解压作用，如曲线部分54所示。曲线部分54较佳地是藉由在纸幅退出压榨辊筒间的压区后立即向纸幅施加一气体压力而实现的，即如图6所示的曲线基本上是连续的。还将注意到纸幅所经受的气体压力的升高不必是瞬时的，并且一般相对主要的升高时间在图6中由紧接时间T₃之前发生的短时间间隔所示出。在下文中的较实施例中，图6中的曲线通常近似上文中述的图2中的操作曲线是较佳的，以享有图2中操作曲线所示的效果。然而，本技术领域中的普通技术人员也将认识到，与可采用与图2中所示的不同的其它压力值、时间值和操作情况图来实现本发明。尽管如此，结束时间段(即时间T₃和T₄之间)至少是初始时间段(在时间T₂时结束)的两至八倍为较佳。而且，初始压力P₁至少是P₂(操作曲线初始段结束时的压力值，其时发生最大的压降)的两至八倍是较佳的。在第一段时间内的压降(曲线50)至少是结束段(即曲线54)的两至八倍是较佳的。另外，初始和结束操作曲线部分(即曲线50和54)的曲率明显小于过渡段52是较佳的，并且因此曲线部分50和54被称为大致直线部分。下文中将给出用于实施图6中操作情况的各种实施方法。

例2

现参见图14，15，图中总的以标号520示出的辊筒式压榨装置。辊筒式压榨装置520大体上与图1所示的辊筒式压榨装置结构10相同，只是还具有一总的由标号522示出的高压闸板结构。包括在闸板结构522中的是一个气缸524，它将一闸板526推向和推离辊筒12。由辊532支撑的传送带530以一封闭路径绕闸板526移动。如图1 5所示的，传送带530的一部分位于闸板526和纸幅之间。当气缸524被起动时，闸板526将传送带530压在纸幅上，从而将纸幅压在辊筒12的外表面上，从而增加杆臂22对纸幅的作用。较佳的，运行着的气缸524由计算机26控制，这样当纸幅退出压区后所受到的过压力可被较好地加以控制，这样杆臂22和闸板组件522之间的相对平衡可维持所需的比例。另外，如果需要的话，杆臂可由闸板组件522拉回而在纸幅上单独提供压区后压力。而且，任何一种形式的气体加压装置、如图16中所示气体集合管506都可用来与闸板组件522的连接，虽然目前还没有发现有这种必要。

例3

参见图16、17，图中示出了总的由标号500所指的辊筒式压榨装置，它具有两种不同的压区后卸压结构。辊筒式压榨装置500基本上与上文所描述的辊筒式压缩装置10相同，只是还具有总的由标号502示出的高压空气集合管，其中采用多个空气管线504将高压气体经喷嘴装置506排到纸幅上。如上所述的，本发明已经发现藉由一幅支撑用的毛布的支持，可直接应用于干燥纸张复合物的纤维纸幅。较佳的，空气被用作加压气体，但也可采用其它的气体混合物。如图16所示的较佳的是，加压气体被引到纸幅侧面，其处有支撑用毛布。如上所介绍的，杆臂22将张力作用到有支撑用毛布的纸幅的那一侧上。较佳的是，经喷嘴装置506所释放的压力在计算机26的控制下施放，这样纸幅上的累积作用可与杆臂22和空气集合管506的作用的成比例平衡一起被控制。

例4

本发明的方法可以在一如图7和8所示的工业规模上实施。图7和8所示的装置是一辊筒式压榨装置。它包括一加热的辊筒101、一加热器102、一下部未加热的辊筒103，在用来传送的毛布105上的纸幅104在辊筒之间被压榨，一对侧盖106和多个气刀107。加热的辊筒101和下辊筒103都安装一标准的辊筒式压榨装置上，并且用来在纸幅104和毛布105上提供一压榨力。下辊筒103可由一闸板式压榨装置所替代。

气刀107用来引导流体或气体在直线上流动，其处纸幅104和加热辊筒101停止接触、毛布105和辊筒103停止接触。经过气刀107的气流速度足够大并且方向适当以在辊的压区开口处产生一高压区域，该开口提供了一等同的压腔室。气刀107的数量足够多以在加热的辊筒101和下辊筒103的整个表面上产生一均匀的高压区。用于气刀107的气体可以是空气或其它不会与纸幅104、毛布105或别的装置发生反应以及不会对操作装置的人员造成危险的气体。可采用比周围温度低的气体。利用冷却气体可减少所需的压力以阻止纸幅104的脱层。

另外，气体流动可发生在压区能有效冷却的区域之外。侧盖106起到限制气流通过辊筒表面、纸幅104和毛布105的作用，但可调节成有足够流量用于冷却。将气流引向毛布105的气刀106可由刚性平台所代替，它可直接位于毛布105的下方并且可支撑毛布105和纸幅104。一个压力探针可插入紧靠压区的开口的区域中，用来测量来自气刀107的气流所产生的压力。

加热的辊筒101和下辊筒103的转动方向在图7中由箭头示出。辊筒转动起到在两辊筒之间推进毛布105和纸幅104的作用。加热的辊筒可由钢、涂有低导热性材料的钢、如陶瓷制成，或由其它具有所需强度特性的材料制成。加热的辊筒的热力学特征可影响阻止脱层所需的气体压力。

例5

本发明的方法还由如图9和10所示的一个工业规模生产实现。图9和10中的装置是一个辊筒式压缩装置。它包括一个加热的辊筒201、加热器202、未加热的下辊筒203、正被压榨的纸幅204、一用来传送纸幅204的毛布205、一对侧盖206和多个气体入口207、多个气出口208、一腔室盖210、软密封件209以及辊子211。该软密封件在腔室盖210和加热的辊筒201之间、腔室盖210和下辊筒203之间提供气密作用。辊子211在腔室盖210和纸幅204以及腔室盖210和吸水毡205之间提供气密作用。加热的辊筒201和下辊筒203都安装在一标准辊筒式压缩装置中，并且用来在纸幅204和毛布205上提供一压榨力。下辊筒203可由一闸板式压榨装置代替。气体入口207都用来将气体引入由腔室盖210、加热的辊筒201、下辊筒203和侧盖206形成的腔室中。将气体引入腔室使腔室加压因而阻止纸幅的脱层。

气体出口208可用来对腔室卸压，以及控制腔室内的压力程度以及流过腔室的气体。气体入口207还可用来控制腔室压力。经气体入口207引入的气流需要是这样的方向和流量，即不会损坏纸幅204，但又会在腔室中产生所需的压力。如果需要的流量足够高，那么纸幅204可能被损坏，这样应当在气体入口207和纸幅204之间设置一阻挡件(未示)。

用来给腔室加压的气体可以是空气或其它不会与纸幅204、毛布205或装置发生反应、以及不会对操作人员造成危险的气体。可以采用低于周围温度的气体。冷却气体的利用可减小阻止纸幅204脱层所需的压力。毛布205下方的腔室部分可由一刚性平台(未示)所代替，它可直接放在毛布205下方，同时支撑毛布205和纸幅204。第二个腔室盖210可放在第一个腔室盖210的下游。在此结构中，由第一个腔室盖210所盖住的区域可处于压力P1，第二个腔室盖210和第一个腔室盖210之间的区域可处于压力P2，其中P1＞P2。将一压力探针插入各个腔室，用来测量腔室中的压力。

加热的辊筒201和下辊筒203的转动方向由图10中的箭头示出。辊筒的转动起到在两个辊筒之间推进毛布205和纸幅204的作用。加热的辊筒可由钢、涂有低导热性材料、如陶瓷的钢，或者其它具有所需强度特性的材料制成。加热的辊筒的热力学特性可能影响阻止脱层所需的气体压力。

例6

本发明的方法可由图11和12中所示的工业规模生产中实施。在图11和12中的装置是一辊筒式压榨装置。它包括一加热的辊筒301、一加热器302、一未加热的下辊筒303、正被压榨的纸幅304、用来传送纸幅304的毛布305、一对侧盖306、多个气体入口307、多个气体出口308和一薄片组件309。该加热的辊筒301和下辊筒303可安装在一标准的辊筒压榨装置中，并且用来在纸幅304和毛布305上提供一压榨力。下辊筒303可由一闸板式压榨装置代替。薄片组件309由多个叶片310构成，它们在连接的叶片310和纸幅304或毛布305之间形成小形的封闭腔室。薄片组件309的侧面由侧盖306封住。

由最靠近加热的辊筒301的叶片310构成的腔室以及由最靠近下辊筒303形成的腔室的压力最高。从辊筒向下游移动，各个连续腔室中的压力小于前一个腔室中的压力。这样，纸幅304受到一系列不同等级压力的作用，当纸幅移离辊筒时它们减小压力。气体入口307用来将气体引入各个由叶片310和纸幅304或毛布305形成的腔室中。将气体引入腔室可使腔室加压，因而阻止纸幅脱层。气体出口308可用来使腔室卸压，并且控制腔室内的压力等级。气体将从高压腔室流到低压腔室，并且流出气体出口308。气体入口307还可用来控制腔室压力。经气体入口307引入的气流必须是这样的方向和流量，即不会损坏纸幅304、并可在腔室内产生所需的压力。如果所需的流量大得使纸幅304损坏，那么就要在气体入口307和纸幅304之间设置一阻挡件。用来使腔室加压的气体可以是空气或其它不会与纸幅304或毛布305发生反应、或不会造成对操作人员的危害的气体。可采用低于周围温度的气体。冷却气体的使用可减小阻止纸幅304脱层所需的压力。毛布305下方的腔室部分可由一直接位于毛布305下方、并支撑毛布305和纸幅304的刚性平台(未示)代替。一压力探针(未示)应插入各个由叶片310形成的腔室中。

加热的辊筒301和下辊筒303的转动方向由图12中的箭头示出。辊筒的转动起到在两个辊筒之间推进毛布305和纸幅304的作用。加热的辊筒由钢、涂有低导热性材料、如陶瓷的钢材，或者其它具有所需强度特性的材料制成。加热的辊筒的热力学性能将影响到阻止脱层所需的气体压力。

例7

实验室规模的模拟压榨是采用图13所示的装置进行的。该装置包括一个其上安装有液压缸412的框架411。液压缸412的活塞413通过一承载壳416驱动一压力缸414和加热的头部415。加热的平压板422安装在加热头部415的最下部。一热电偶423安装在加热头部和加热平压板之间以测量平压板的温度。一压榨活塞417支撑一其上设有一毛布419的平压板418。该压榨活塞还支撑一环420，其上放有要被压榨的纸张421。一个气体入口424安装在压榨缸414的上部。一气体出口425安装在压榨缸的下部。

一压力传感器426位于压榨缸的下部。该压榨活塞417有一衬垫槽427和一衬垫428，当压榨缸423和加热的平压板422向下平压板418移动以开始压榨纸张421时，该衬垫428可提供一液压密封。压榨缸414和压榨活塞417的尺寸可保证在加热的平压板422接触上升的环420和纸张421组合件之前形成一液压密封。压榨缸414的运动、经气体入口424引入气体以及经气体出口425排出气体都可由一计算机控制。经气体入口424引入的气体来自一罐(未示)。罐内的气体压力与阻止被压榨的纸张脱层所需的压力相等。

操作时，毛布419放在下平压板418上并且纸张421放在上升的环420上。开始时，气体入口424关闭以阻止气体流入压榨缸414，气体出口425打开以使压榨缸414内部与大气连通。压榨缸414的向下运动由液压缸412所驱动。在加热的平压板422接触上升环420和纸张421之前，衬垫428在压榨缸414和压榨活塞417之间产生一液压密封，而形成一完全关闭的腔室并使该腔室加压。

当压榨缸414继续向下运动时，环420上的销接触加热头部415，并且环420被向下推直至纸张421与毛布419接触。紧接这种接触，加热的平压板422接触纸张421，并且纸张421和毛布419在加热的上平压板422和下平压板418之间被压榨。在压榨的过程中，气体出口425关闭，气体入口424打开，腔室加压。

在完成实现脉冲式干燥的平压板式压榨时，压榨缸414向上移动到一中间位置。在此位置，有足够的空间以使环420和纸张421返回到原来的位置，将纸张421从毛布419上分开。该中间位置是这样的，即衬垫428仍然在压榨缸414和压榨活塞417及由压榨缸414形成的腔室整体之间形成密封，并且压榨活塞417不受影响。该位置保持一小段时间，一般小于2秒并且较佳地少于10毫秒。在此时间结束时，气体出口425打开，气体入口424关闭，将腔室与大气连通。在连通过程中，排出气体通过强迫的对流传热而使纸张冷却。然后该压榨缸414升高到原来的位置而卸下纸张421和毛布419。

湿度为65％、特殊表面为25m²/g、Canadian Standard Freeness(CSF)为400毫升、基重为204g/m²(42 lb/1000ft²)的手工抄纸已被制成并且进行一系列压榨试验，其中采用图13中所示的装置在平压板温度120℃、130℃、140℃、150℃、175℃、200℃、260℃和330℃的条件下对纸张进行了脉冲式干燥。压榨停留时间为60毫秒，并且最大平压板压力大约为424MPa。在上平压板温度为120℃和130℃、在大气压条件下，不存在纸张脱层现象。在平压板温度为140℃及其以上温度时，纸张脱层范围是由局部隔开的区域至全部分离。在130℃以上的的各种温度下，进行了试验，并且增加了由压榨缸414和压榨活塞417形成的腔室内部的气体压力。所增加的压力直至不出现纸张脱层现象为止。

以上已经对本发明的各个方面作了具体的描述；然而，对于本技术领域中的普通人员来说，显然本发明还可以有多种变化和变型。

Claims

1.一种用来干燥纸幅的方法，包括：在加热的表面和另一表面之间传送纸幅和集水毛布，将所述表面之间施加压力以及在第一时间段内以初始速度从一初始值释放所述压力、在过渡时间段内释放所述压力、以及在基本上比初始时间段长的结束时间段内以比所述初始速度大的量卸除所述压力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热表面和所述另一表面为加热辊筒表面、另一辊筒表面或闸板表面，在所述表面之间施加压力的步骤包括在所述加热表面和所述另一表面之间形成一压区，以及将纸幅和集水毛布进给到压区中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卸除压力的步骤包括将纸幅和集水毛布从辊筒间送过，同时保持纸幅与加热的辊筒接触一段规定的时间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述规定的时间大致对应于所述结束时间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结束段时间至少是所述初始时间段的两至八倍。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力的初始值至少是所述第二个压力值的两至八倍。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力在结束时间段内以大致直线速度减小。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始时间段的减少的压力至少是最后时间段减少的压力的两至八倍。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一个压力值至少是第二个压力值的两至八倍，并且其中初始时间段减少的压力至少是最后时间段减少压力的两至八倍。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在结束时间段压力呈直线速度减少。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述加热的表面和所述另一个表面包括加热的辊筒表面和另一个辊筒表面或闸板表面，并且在所述表面之间施加压力的步骤包括在所述加热表面和所述另一个表面之间形成压区的步骤，以及将纸幅和集水毛布进给到压区中，以及

其中卸除所述压力的步骤包括将来自所述加热表面和所述另一个表面间的纸幅送到气压有所升降的区域。

12.如权利要求11所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，气体温度低于内部流体的温度。

13.如权利要求1所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，所述表面对脉冲式干燥起作用。

14.如权利要求11所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，气体有效地冷却纸幅。

15.如权利要求14所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，冷却是由气体流动和/或膨胀而实现的。

16.如权利要求1所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，施加在表面间的压力约在0.3MPa和10.0MPa之间。

17.如权利要求11所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，内部流体是水，加热的表面温度在100℃和374℃之间。

18.如权利要求1所述的干燥纸幅的方法，其特征在于，纸幅在压力下停留的时间为10毫秒至1000毫秒之间。

19.如权利要求11所述的干燥纸幅方法，其特征在于，所述气体压力的测量值在约000MPa和0.70Mpa之间。

20.一种用来干燥内部含水的纸幅的方法，包括：将纸幅在一加热的表面、其温度为大气压下所述流体的沸腾温度和超出所述流体的热力学临界温度之间，与另一个表面之间送过、在所述表面之间施加压力并且在初始时间段中以第一种速度从一初始值卸除所述压力、继而在一过渡时间段中卸除所述压力、以及在结束时间段内以大于所述第一速度的直线速度将所述压力卸除另一数量，该结束时间段基本上大于初始时间段。

21.一种用来干燥纸幅的方法，包括在一加热的表面和另一个表面之间传送纸幅、在所述表面之间施加压力并根据压力与时间的操作曲线卸除所述压力，该操作曲线具有初始时间段的初始部分，其间压力以第一速度从初始值开始减少，还具有过渡部分以及具有比初始部分小的斜度的接着的小斜度结束部分，其中压力在基本上大于初始时间段的结束时间段中以大于所述第一速度的方式从第二个值减少。

22.一种用于干燥纤维纸幅的装置，总的包括：用于所述纤维纸幅的压榨装置，包括一加热的辊筒和另一个辊筒或闸板，它们一起形成一压区，纸幅从中经过，该装置还包括缠绕退出辊筒间压区的纤维纸幅的缠绕装置，以使纤维纸幅上的压力延长的时间段至少是纤维纸幅在压区间压榨时间的一至两倍。

23.一种用来干燥纤维纸幅的装置，总的包括用于所述纤维纸幅的压榨装置、邻近所述压榨装置的气体压力腔室、用来将加压气体引导到所述压力腔中的装置、用来控制所述气体压力腔室中的气体压力的装置以使纤维纸幅上的压力作用时间是纤维纸幅在辊筒压区中挤压时间的一至两倍，以及用来排出所述气体压力腔室中气体的装置。

24.如权利要求23所述的干燥纤维纸幅装置，其特征在于，所述压榨装置包括一用来接触纤维的辊。

25.如权利要求23所述的干燥纸幅的装置，其特征在于，所述压榨装置是一闸板式压榨装置。

26.如权利要求23所述的干燥纸幅的装置，其特征在于，所述用来引导加压气体的装置包括多个气刀。

27.如权利要求23所述的干燥纸幅的装置，其特征在于，所述气体压力腔室包围所述压榨装置。