CN1172514A - 以化学试剂处理纤维材料的新方法及实施所述方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种以化学试剂处理纤维物料的方法以及为实施该方法所需要的设备。纤维物料与气态输送剂在混合段内进行混合,然后进入流过式管道段,该段呈螺旋状,其管子与螺旋环之间的直径比为1∶18～1∶60。化学试剂经过沿反应器长度方向安装的喷嘴直接进入反应器。该过程是在反应混合物以1～50米/秒的速度流动的湍流区内进行的。本发明可以获得对纤维物料的高效处理,降低化学试剂的消耗,提高处理后物料的质量。它可以在纸和纸浆工业中用于以漂白剂处理纤维素。

Description

以化学试剂处理纤维材料的新方法及实施所述方法的设备
技术领域
本发明涉及用化学试剂对纤维材料进行处理的过程及所需要的设备，它既可以应用于漂白也可以应用在纸及浆粕工业中。
先有技术水平
目前，包括纸及浆粕纤维在内的纤维加工是采用多种多样方法利用化学试剂来实现的。某些方法，如在悬浮基质的存在下的氯气漂白方法(USSR专利282053,1970)，纸及浆粕纤维在吸附塔中进行氯化的方法(USSR专利209964,1968)或者在塔式反应器中利用气态试剂，例如臭氧、氧气及氯气等进行纤维漂白的某些方法(USSR专利365411,1973)都是熟知的。又据知，有些用气态试剂的纤维处理方法采用某种装置，它备有一种用于维持适当的物料层的循环传送带(USSR专利544724,1977)。
然而，上面列举的所有方法，其共同的特征是反应区内传质不充分，而且试剂利用常数及产品质量都被认为很低。在这些方法中所采用的化学试剂不允许处理高纤维物质浓度的物料，而且其相应的设备还需要大量的金属，使用过程中维修也很复杂。
与要求最接近的方法是一种在流动反应器内借助气态试剂来处理纤维的方法，它在上面提到的所有不足的方面均有改进(俄罗斯联邦专利903419,1993)。这种方法可以应用在以气态试剂进行漂白的制浆及造纸过程中。比如，可以做到按比例配制成按干基计算纤维浓度超过15％的物料，将之经过加料段送入混合段，在此与气态试剂混合，然后反应混合物转移到出料段，该段又连接到用于收集处理好的纤维的集料段。该方法的主要缺点是反应区内的传质不充分以及试剂物质沿整个容积分布得不均匀。因此，其试剂利用常数低，也不能获得具有合适质量的处理纤维(估计的漂白度不超过55％)。
本发明的目的在于提供一种以化学试剂处理纤维的高质量方法，它有利于沿反应物质的整个容积内均匀地处理材料，降低试剂的消耗量，提高处理后纤维的质量(特别是提高浆粕材料的漂白度)，提供了利用多种多样化学试剂，气相或液相均可，来处理高浓度纤维的机会。
发明详述
上述的目的是这样实现的：纤维在混合段中与气态输送剂初步混合，继而形成的混合物转移到管道段，该段呈螺旋形盘绕着用于收集处理后纤维物料的集料段，管道段的管子直径与螺旋环的直径之比为1∶18～1∶60。按照本发明的方案，化学试剂经过沿长度方向分布各个喷嘴喷入，于是过程便在物流的湍流区进行，其流速在1～50米/秒之间。
本发明方法与已知的方法之间的区别在于，化学试剂是经过沿反应器长度方向安装在其侧壁上的喷嘴直接进入反应器的，以及该过程是在1～50米/秒流速的湍流区内进行的。目前，该反应器呈螺旋形盘绕着用于收集处理后纤维物料的集料段，管道段的管子直径与螺旋环的直径之比为1∶18～1∶60。
让纤维物料在以1～50米/秒的速度沿该段呈湍流流动的反应混合物中经受处理，显著地强化了反应区内的传质。反应混合物的湍流流动特性在一定的速度范围内以及在一定的管子与螺旋体之间直径比的条件下得到加强。化学试剂经过安装在该段侧壁上的喷嘴直接进入到该反应段中，有利于纤维在反应物料的整个容积内均匀地接受处理，并且使反应物料得到进一步的混合。纤维物料，尤其在混合段内经过输送剂的发散之后，受到由该段侧壁的约束产生的进一步强制分散作用而得到处理，从而以1～50米/秒的速度流经该螺旋形的反应段，其中管子与螺旋环的直径比为1∶18～1∶60。纤维物料的这种进一步形成薄层结构的趋势有利于加大反应表面，从而导致化学试剂的利用率增加到几乎100％。对反应器出口处反应物的分析结果表明，此时物流中已不再含有任何化学试剂了。特殊形的反应器盘绕集料段延伸，提供了该装置的流动性并减少了配合表面。
符合要求的纤维物料混合及分散程度以及与之相对应的化学试剂处理方法的高效率，是当该段内反应物料的速度数值处于特定区间(1～50米/秒)以及管子与螺旋环直径比介于一定范围(1∶18～60)内的条件下达到的。当反应物料速度低于1米/秒时，处理条件由于反应物料的运动处于脉动模式而变得不稳定，结果所有主要的特性，例如白度、试剂利用常数等都随之便坏。当速度超过50米/秒时，过程的特征表现为动力消耗过大。管子与螺旋环直径低于本发明提出的范围，将导致反应器工作不稳定，而当高出这一比值时，又会使产品的质量变差。
按照本发明的方法，纤维物料与输送剂进行初步混合。该步骤使得混合过程得以在纤维与输送剂之间的比值为10～60∶1的范围内进行。该比例超过60∶1，则可能出现由于反应器被堵塞而造成的故障，而当该比例低于10∶1时，经济上又变得不合理。本发明使用的化学试剂可以是气体，例如氧气、臭氧或氯气，或者液态体系，例如二氧化氯或过氧化氢的水溶液。
由于本化学试剂是气体，因此就不再需要使用一种单独的输送剂了。在这种情况下，一部分气态化学试剂作为输送剂加入到混合段内，然后让得到的混合物进入反应器。其余部分的气态化学试剂经过沿反应器长度方向安装着的喷嘴直接进入反应器。
也可以利用空气或蒸汽作为输送剂。空气常常在以氧化剂水溶液处理纤维物料的情况下作为输送剂。
本发明的方法允许处理高纤维物质含量的物料，其浓度范围，以干基计为35～90％(重量)。
附图简述
本发明的要点表示在下列的附图中：
图1：纤维处理的流程布置
图2：用于加入纤维物料的装置、混合段以及气态试剂进口的安装部位。
本发明的优选实施方案
装置由纤维物料与气态试剂(1)的混合段构成，它配备了用于加入纤维物料(2)的装置以及用于安装气态试剂进口(3)的构造，它可以做成管子加料系统的样子，而该流过式管道反应器直接与混合段相接触，其形状如同一个螺旋，盘绕着用于收集处理后纤维(5)的集料段，管子与螺旋环的直径比为1∶18～1∶60。
该反应器备有作为化学试剂加入系统的喷嘴，安装在侧壁(4)上。安装在反应器出口的集料段(5)备有压送处理后物料(6)的装置，并装有反应尾气(7)的出口。
此前已知并用于加载纤维物料的装置(俄罗斯联邦专利903419，1993)由料斗(8)、加料器(9)组成，外面由壳体(10)包围着，它备有多孔系统(11)，用于让物料中含有的气体排出，以及背压阀(12)。
该装置各具体零件的大小和材质取决于纤维物料及化学试剂的种类，以及工艺条件及反应速度等因素。
本方法的实施过程如下：
浸渍了反应液体(例如碱的水溶液)的纤维物料被送入加料装置(2)的料斗(8)中，然后由加料器(9)输送到出口，在此由于压力的作用物料形成一段“料塞”。在其形成的过程中，该“料塞”不断释放出空气，后者穿过多孔并最终排出加料装置。在“料塞”形成之后料塞在背压阀(12)处不断升压。该压力一旦超过混合段(1)内的压力，背压阀便打开，于是一部分纤维物料就进入到混合段(1)中。气态输送剂是经由其进口(3)的安装座进入混合段(1)的，它占物料中除纤维之外的那部分质量。优选的是，气态试剂的消耗量控制在纤维与输送剂之间的质量比为10～60∶1的水平。从混合段出来并粉碎成散粒状的纤维物料随后被输送剂夹带着加入到流过式管道反应器(4)，该反应器被做成盘绕着集料段(5)的螺旋状，其管子与螺旋环之间的直径比介于1∶18～1∶60。化学试剂经过沿长度方向安装在反应器上的喷嘴直接加入反应器。调整纤维物料与输送剂的混合物的输送速度以及化学试剂的加入速度，以便使反应物料的流动速度达到1～50米/秒。处理后的反应物料进入到集料段(5)。在对纤维素进行漂白的情况下，集料段是一个高浓度的塔，其中积累了反应后的物料，并按照本管理手册，由特殊的装置(6)送往进一步加工，而反应后的气体则或者经由排出单元(7)从系统中取出，循环回去以便二次利用，或者排入大气。
下面，通过实例来说明本发明。
实例1、被压至干物质含量为30％(重量)并浸渍了反应液体(碱的水溶液)的纸及浆粕物料，用漂白剂进行处理。初级产物中木质素的含量等于30κ单位。该过程是在如下条件下进行的。漂白剂是氧气。空气与氧气的混合物作为输送剂。纤维素与输送剂之间的质量比是20∶1。过程的时间是3分钟。反应器内反应物料的流动速度是1.33米/秒。反应器的管子与螺旋环的直径比为1∶26。反应器内的压力为1公斤/平方厘米。反应区内的温度为60℃、在上述条件下进行了该过程。经过该过程之后，纤维素物料中木质素的含量为19κ单位。每吨纤维素消耗的反应试剂为19.7公斤。反应器出口处处理后纤维素物料的分析结果显示，在该纤维素的全部体积中完全不存在漂白剂。
实例2、质量指标与实例1相同的纤维素物料，用漂白剂进行处理。过程是在下列条件下进行的。漂白剂是1.5％的过氧化氢水溶液。用空气作为输送剂。纤维素与输送剂之间的质量比为20∶1。过程的时间是3分钟。反应器内反应物料的流动速度是1.33米/秒。反应器的管子与螺旋环的直径比为1∶26。反应器内的压力为1公斤/平方厘米。反应区内的温度为60℃、在上述条件下进行了该过程。经过该过程之后，纤维素物料中木质素的含量为19κ单位。每吨纤维素消耗的反应试剂为12公斤。反应器出口处处理后纤维素物料的分析结果显示，在该纤维素的全部体积中完全不存在漂白剂。
相比之下，用于漂白同样种类的纤维素的先有技术的方法(俄罗斯联邦专利903419，1993)所产出的纤维素物料中木质素含量为27κ单位。反应器出口处可观察到漂白剂。其反应试剂的利用率不超过15％。
由以上所列举的数据可看出，采用本发明，能够以较高的效率用反应试剂来处理纤维物料，结果，由于强化了传质和反应试剂沿整个反应物料体积分布得更均匀，降低了反应试剂的消耗，提高了处理后物料的质量。本发明的方法以及为实施该方法所开发出的设备既允许用气态的化学试剂，也允许用液态的化学试剂来处理高纤维物质含量的物料，而且该反应器的结构能显著减少设备所需要的金属用量以及配合的表面。

Claims (7)

1.一种以化学试剂处理纤维物料的新方法，包括纤维物料与反应试剂混合物的加入系统，接着将处理后纤维物料收集在集料段，其中该纤维物料预先与气态输送剂混合，然后所得到的混合物被送到螺旋形流过式管道段中，该管道段的管子与螺旋环的直径比为1∶18～1∶60，化学试剂经过沿反应器长度方向分布的喷嘴直接进入反应器，该过程是在反应混合物以1～50米/秒的速度流动的湍流区进行的。
2.权利要求1的方法，其中该纤维物料与输送剂以10～60∶1的质量比进行混合。
3.权利要求2的方法，其中该化学试剂是气态试剂，例如臭氧、氧气或氯气。
4.权利要求3的方法，其中该化学试剂也可以用作输送剂。
5.权利要求4的方法，其中该化学试剂可以是二氧化氯或过氧化氢的水溶液。
6.权利要求5的方法，其中该输送剂可以是空气或蒸汽。
7.一种用于以化学试剂处理纤维物料的装置，包括用于将纤维物料与气态试剂混合的段，备有用于加入纤维物料的装置以及用于容纳气态试剂进入该段进口的部位，包括流过式管道段，它与该混合段相连接，还包括收集处理后纤维物料的集料段，它连接在该流过式管道段的出口上，其中该流过式管道段被做成盘绕着集料段的螺旋形，其管子与螺旋环的直径比为1∶18～1∶60，还设有沿长度方向安装的反应试剂加入喷嘴。
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