CN1239240C - 用于在造纸过程中混合流体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对造纸过程中的各流体进行混合的方法和混合器。在本发明中，第一流体(V1)通过一根管道(1)得以输送，并且借助于位于管道内圆周(3)上的成形部分(4a至4d)在其中产生出湍流。混合器中的混合区域包括位于管道内圆周上的进料口(8，11，30，40)，用于将第二流体(V2)从管道(1)外部的进料通道(7)添加至第一流体(V1)，由此各流体在由成形部分所产生的湍流左右下发生混合。根据本发明的一个优选实施例，至少一个成形部分包括一个进料口(8)。

Description

用于在造纸过程中混合流体的装置
本发明涉及一种在造纸过程中使各股流体(flow)相互混合的方法，根据本方法，第一流体(first flow)通过一根管道添加；并且一股或多股的第二流体通过一个进料口被加入到第一流体内，所述进料口与由所述管道限定的空间相连；第一流体在管道内被传输至一个混合区域，该混合区域包括至少一个位于管道的内圆周上的成形部分，该成形部分的控制表面从管道的内圆周朝向管道中部延伸出预定的距离，该控制表面与管道的内圆周共同限定了管道的内表面；借助于所述控制表面在第一流体内产生出湍流；并且第二流体通过一个或多个位于管道内表面上的进料口被输送至混合区域并进入第一流体。
本发明还涉及一种混合器，该混合器包含：一根管道，造纸过程中的第一流体通过该管道得以输送；一个进料口，该进料口与由管道限定的空间和一根用于将第二流体通过该进料口混入第一流体内的进料通道相连；以及一个形成于所述管道内的混合区域，该混合区域包含至少一个位于所述管道内圆周上的成形部分，该成形部分包含从所述管道的内圆周朝向该管道中部延伸预定距离的控制表面，该控制表面用于在所述管道混合区域中的所述流体内产生出湍流；并且，所述管道的内圆周与成形部分的控制表面限定了所述管道在混合区域中的内表面；并且这种混合器在混合区域部分内包含一个或多个位于所述管道内表面上的进料口，所述进料口与进料通道相连，第二流体能通过所述进料口被添加至第一流体中。
本发明还涉及一种造纸机中网前箱的进料设备，包括一根管道，第一流体通过该管道输送至网前箱；一个进料口，该进料口与由所述管道限定的空间和一根用于将第二流体通过该进料口混入第一流体内的进料通道相连；一个工艺组件，例如泵或筛子，被设置在网前箱之前的所述管道内；以及一个位于所述管道内的混合区域，该混合区域从网前箱前的最接近工艺组件延伸至网前箱，并且包含至少一个位于所述管道内圆周上的成形部分，该成形部分包含从所述管道的内圆周朝向管道中部延伸预定距离的控制表面，该控制表面用于在所述管道混合区域中的所述流体内产生出湍流；所述管道的内圆周与成形部分的控制表面限定了所述管道在混合区域中的内表面；并且在混合区域部分内，所述管道的内表面上有一个或多个进料口，所述进料口与进料通道相连接，第二流体能通过所述进料口被添加至第一流体内。
不同的造纸工艺有多种目的，其中，其它的纸浆流体或各种添加料，例如调色剂、填料和助留剂，被混合到由液体和纸浆形成的主流体内。一般来说，需要将键合固体物质颗粒的助留化学品混合到流向造纸机网前箱的纤维悬浮液中，该助留化学品能够改善细小纤维和填料在造纸机网部的留着。不同组分的混合可以利用所谓的管道混合器来完成。因此，添加料通过管道或安装在纸浆管道侧壁上的喷嘴输送至纸浆流体内。然而，这种方案未能带来足够好的混合效果。人们也已经尝试用非常快的速度把添加料喷射到纸浆流体内，以期使添加料射流更好地渗透至纸浆流体内，从而达到想要的效果。但遗憾地是，某些添加料，例如助留剂，在快速进料时会以某种不恰当的方式黏附至纤维或其它固体物质的表面，这就造成所谓的平伏构型(flatconformation)，此时，添加料对填料和细小纤维不再有理想的助留作用。而且，由于剪切力太强，助留剂会发生分解，而这是人们不愿意看到的。由于这些原因，最终产品的匀度会经受有害的变化。
另外，为了改进混合操作，可以使用延伸至纸浆管道内侧一段距离的喷嘴。然而，问题是纸浆管道内侧喷嘴的端部会积聚一些杂质，这使添加料的进料变得困难，并且使最终产品的质量恶化。
本发明的目的是提供一种新颖并且经过改进的用于在一根管道内使得两股独立流体发生混合的装置。
根据本发明中的方法，其特征在于第二流体通过位于成形部分的进料口被送至第一流体内。
另外，根据本发明中的混合器，其特征在于至少有一个成形部分包含至少一个进料口，并且所述进料口与管道外侧的进料通道相连。
另外，根据本发明中的进料设备，其特征在于至少有一个成形部分包含至少一个进料口，并且所述进料口与管道外侧的进料通道相连。
本发明的基本思想是造纸过程中的第一流体通过管道进行输送，该管道的内圆周上有一个或多个成形部分。这些成形部分包含从管道的内圆周朝向管道中部延伸预定距离的控制表面。这些成形部分控制在所述管道内流动的流体，且在流体内产生出湍流。在本申请中所谓的管道混合区域是指：在流动方向上起始于成形部分前的最接近工艺组件之后，例如泵或筛子之后，而终止于成形部分之后的某一位置，在该位置处，由成形部分所产生湍流的混合效果已经严重减弱。管道的内圆周和成形部分的控制表面共同限定了管道在混合区域中的内表面，例如与在混合区域内流动的流体接触的表面。根据本发明的思想，混合部分包括一个或多个位于管道内表面上的进料口，所述进料口与管道外侧的进料通道相连。从所述进料口开始，至少有一股第二流体被送至在管道内流动的第一流体内。成形部分用作机械混合元件，由其产生的湍流会使各股流体彼此高效地混合。由于成形部分的存在，第二流体向第一流体内的渗透才得以改善。在混合区域内流动的流体的速度可以被控制得相对较慢，但仍能实现良好混合。由于混合的效果比先前要好，因此在混合器之后的各生产阶段可以避免由于不良混合而产生的问题。本发明能够制造出质量更为一致的产品。另外，由于混合良好，昂贵添加料的用量可以比以前少。而在以前，必须在纸浆流体内添加过量的添加料以弥补不良混合现象。
本发明一个优选实施例的基本思想是，在混合区域内至少有一个成形部分包括一个与进料通道相连的进料口。通过成形部分内的所述进料口，第二流体从管道的外部被添加至在管道内流动的第一流体内。成形部分使得待添加的流体能够进入在管道内流动的流体的更接近中部处，这使得流体的混合更为高效。由于进料口与成形部分的控制表面在同一水平上，而且由于成形部分在设计上也易于保持清洁，因此，成形部分及其位于其上的进料口就不会积聚杂质。
本发明第二优选实施例的基本思想是，第一流体是造纸中所用液体与固体物质的混合物，例如纤维与水的混合物，第二流体是造纸化学品，例如助留剂。
本发明第三优选实施例的基本思想是，管道混合器位于机械筛之后的进料通道线上，进料通道线通向造纸机的网前箱。因此，双组分助留剂中的第一组分首先通过混合区域内的进料口被添加至在管道内流动的第一流体内，由第一组分形成的絮凝物根据需要在进料位置之后利用成形部分形成，之后第二助留剂组分根据需要或者从成形部分形成絮凝物的地方进料或者在这之后进料。以这种方式，成形絮凝物所需的剪切力根据需要利用成形部分来获得，而非如先前那样利用机械筛来获得。由此，就可以避免筛子的排斥效应和化学品在筛子内的降解现象，而且昂贵助留剂的消耗量也可以减少。
在附图中对本发明作了更详细的说明，其中
图1示出了一个管道混合器的示意性透视图；
图2-4示出了根据本发明的混合器的示意图，从侧部进行观看并且被剖开；
图5示出了一个根据本发明的混合器的示意图，从纵向进行观看并且成为一个横剖面；
图6a至6c示出了一种根据本发明的应用示意图；
图7另外示出了一种根据本发明的应用示意图，从侧部进行观看并且被剖开。
为清楚起见，附图均被大大简化。附图中的附图标记彼此对应。
图1示出了一个管道混合器的基本结构，没有示出与添加料等的进料相关的设备。该混合器包括一根管道1，第一流体V1通过该管道1得以输送；流体可以是液体与固体物质的混合物，例如纤维和水的混合物，或仅仅是液体。成形部分4a至4c排布在管道1的内圆周3上，在该位置处管道的横截面呈波浪状。成形部分从管道的内圆周突出并形成控制表面5，借助于该控制表面5，流体V1其受到控制并在其内产生出湍流。成形部分的数目、形状和尺寸及其彼此的相对位置视具体情况设计而成。优选的是，在管道的内圆周3上沿管道的纵轴方向大体在相同位置处设置有至少三个彼此等距分布的成形部分。成形部分的一种优选形状在图1中示出。从流动方向进行观看，楔形成形部分的面积初始近似为零，因为其前边缘在圆周方向上为线状表面。当沿着流向前进时，线状表面在半径方向上逐渐增加至横剖面为一个圆中的扇形。同时，随其在管道1半径方向上的增加，成形部分在圆周方向上开始减小，并且成形部分的尾部边缘会再次成为线状。因此，流体中的固体，例如纤维，不会黏附于其上，但成形部分基本上没有滞留点，从而易于保持清洁。类似于图1中所示的成形部分也可以沿与所示内容相反的方式设置，即径向的锋利边缘可以指向前方。将所需数目具有合适形状的成形部分组合起来并且在管道中的混合位置处进行尺寸加工，允许为各种目的特制出一个合适的混合器。
接下来，在图2至5以及图7中，为了清楚起见，成形部分被简化为楔形部分。另外，这些附图仅图示了混合器中成形部分的一部分。
图2示出了了本发明的一个优选应用。这里的成形部分4a至4b带有一个横向钻孔6。该钻孔的起始端与添加料组分的进料通道或管道1外部的另外一根进料通道7相连，在钻孔6的第二端处存在有一个进料口8，该进料口8与由管道1限定的空间相连。由此，第二流体V2可以从进料通道7被添加至第一流体V1内，由于成形部分引起的湍流作用，各流体藉此彼此混合。第二流体V2可以是液体或液体与固体物质的混合物。例如，第二流体V2是水与纤维纸浆的混合物、诸如助留剂或调色剂这样的造纸化学品，或者也可以比如是填料、稀释水或诸如清水或者浑水这样的造纸机滤液。另外，第二流体比如可以是网下白水或网前箱纸浆。还有，第二流体也可以是合适的气体与固体物质的组合物。
与进料口8相连的部分可以是喷嘴9，由该喷嘴9以所需方式将第二流体V2送入第一流体V1内。所述喷嘴能够对流体V2的流速进行控制，进而也可以对在第一流体V1中的渗透进行控制。以同样方式，所述喷嘴允许在待添加的第二流体内产生出湍流，由此促进流体彼此之间的混合。而且比如添加料可以通过喷嘴与原料水一道添加，由此，添加料的用量可以通过控制原料水的流量和压力来加以控制。正如当观察图中较下方的成形部分时所能够看出的那样，一个成形部分上可以存在若干个进料口。如图所示，要么不同的物质要么单一的物质可以从单个成形部分上的若干个进料口中进行添加。
图2和3示出了管道中的混合区域S，一股或多股第二流体V2在该区域被混入第一流体V1中，第二流体从管道1外部的进料通道7中导入。混合区域S可以在第一成形部分的前缘之前开始。混合区域也可以沿着流动方向在成形部分前最接近的工艺组件18，例如泵或筛，之后开始，因为在这种情况下成形部分也可以有助于添加料的均匀分布。混合区域S终止于成形部分之后，在该位置处，由成形部分所产生的湍流的混合效果已经严重削弱。
示例
管道的直径为350毫米，成形部分在管道半径方向上的最大尺寸为120毫米，并且成形部分沿着管道轴向的长度为200毫米。纸浆通过管道被传输至纸机的网前箱，管道内纸浆的流速为3米/秒。混合湍流在距成形部分尾部边缘1100毫米之处被削弱。
在图3所示的解决方案中，成形部分4a和4b是中空的，由此一个或多个喷射管10至少穿过某些成形部分，第二流体V2沿这些喷射管从进料通道7被添加至管道1的内部。喷射管10的最外端由此形成一个进料口8，该进料口8与成形部分的外表面基本在同一水平上，以这种方式在成形部分上就不会产生积聚杂质的滞留点。喷射管的最外端可以带有一个合适喷嘴。而且，添加料或其它流体甚至在成形部分4a和4b之前就可以被添加至第一流体V1内。因此，就可以使用安装在管道1内圆周上的喷嘴11，或者可选择地，在管道1的内圆周上安装第二成形部分12a和12b，也可以通过该部分添加添加料组分。第二成形部分12a、12b也可以在流体V1内获得湍流，并且可以改善混合效果。根据图3所示的解决方案，能够使用双组分添加料。因此，第一添加料组分L1在成形部分4a、4b之前添加，第二添加料组分L2此后通过成形部分4a、4b和/或在成形部分之后比如通过喷嘴30添加。这就使得双组分助留剂中两种组分的添加只能在造纸机筛子之后发生。第一助留剂组分与纸浆混合物中的固体共同形成所谓的絮凝物，这些絮凝物被混合器中成形部分4a、4b所产生的剪切力分散开。然后，第二助留剂组分通过成形部分上的进料口8和/或通过喷嘴30添加，该组分根据需要使得所述絮凝物重新形成。与现有技术相比，这种解决方案使得助留剂的用量大大减少，在现有技术中，第一助留剂组分在造纸机筛子前加入，在这种情况下，昂贵的助留剂部分通常与由筛子所分离出来的杂质发生混合。
正如从图2和3所看到的那样，进料口可以以所需方式进行定向，或垂直于第一流体，逆流或顺流，这取决于具体情况。
图4示出了具有中空成形部分4a、4b的混合器。因此，比如一种添加料组分被从进料通道7添加至成形部分的中空空间13内，这种添加料组分通过一个或者多个形成于成形部分控制表面5上的进料口8被添加至由管道1限定的该空间内。进料口的数目、形状和位置可根据情况加以选择。进料口可根据一种预定图案形成在成形部分的控制表面上。
图5示出了一个根据本发明的混合器，从管道1的端部进行观看。在这种情况下，成形部分4a至4d具有弯曲的控制表面5。穿过各个成形部分，不同的流体被输送至管道1的内部。而且，一种流体可以通过一个或者多个位于成形部分之间的进料口40被添加至第一流体内。
图6a示出了一种根据本发明的应用。一种纸浆组分被利用泵16沿着主管线17添加至造纸机筛子18，此后，这种纸浆组分在管道1内被输送至造纸机的网前箱50。在这种情况下，混合区域S开始于网前箱前最接近的工艺组件之后，例如筛子18之后。成形部分已经被设置在筛子18与网前箱50之间的管道部分内，所需的添加料流体以根据本发明的方法被供应至混合区域。筛子18可以是本身公知的筛子结构，例如缝隙式篮框筛(slotted basket screen)或孔式篮框筛(holebasket screen)。在根据图6b的应用中，纸浆管线在筛子18之后被分成至少两根二级管线19，纸浆组分沿此被输送至网部的网前箱，即多层网前箱20，其中所述网部与造纸机中纸幅分离(separate web)装置一道发挥作用，网前箱20将具有两层或多层的纸幅定量提供给造纸机的网部。至少一根二级管线19包含一个根据本发明的混合器21，该混合器21能够使得比如在造纸机筛子之后对双组分助留剂进行进料。可以单独控制每根二级管线的混合和添加料的添加。
图6c所示的解决方案与图6b所示的方案大体对应，只是在这里网前箱20前最接近的工艺组件是一个泵16。因此，混合区域S从泵16延伸至网前箱20。
由于渗透和混合效果得以改善，所以添加料可以从一根或多根较小的进料导管进料，由此在造纸机中，纸幅匀度在造纸机方向和横切方向上的变化减小。换句话说，纸幅匀度由此更为均匀，无需作太多的修整。按照上述方法，当混合规模减小时，混合效果会更好。由此，构造(formation)即小规模的定量变化得以改善，换句话说，构造读数的变化减小。由于匀度变化和定量变化的减小，助留剂的进料位置比如可以被定位于更为靠近网前箱。由此，可以节省化学品，因为随着作用时间的增加某些助留剂的效果会削弱。在造纸机中填料的横向匀度无法固定。助留剂稀薄或进料不均匀都会导致填料的匀度变差。根据本发明可以改善助留剂的进料，由此填料的留着现象更均匀，填料匀度也因此更为均匀。
图7中的上部实施例图示了一个混合器，其中两种不同组分L1与L2的混合物通过成形部分4添加。因此，比如某些填料或纤维纸浆可以通过第一进料通道7进料，而某些化学品可以通过第二进料通道31进料，由此在其所形成的混合物进入流体V1之前各组分就已彼此混合。如果待混合的第一组分是液体与固体物质的混合物，例如纸机滤液，而第二组分是助留剂，那么所述组分预混合的时间以这样一种方式加以固定，即助留剂没有时间以不希望的方式与第一组分中的固体物质颗粒发生反应。这种解决方案能够使得在它们进入第一流体之前利用包含有固体物质的不纯液体对助留剂和其它化学品进行稀释。
在图7下部的解决方案中，混合器包括三个在管道纵向上连续的成形部分。添加料L1通过第一成形部分12添加，第二添加料L2通过第三成形部分32添加。第二成形部分4即最中间的成形部分用作一个静态混合元件。这种解决方案尤其适用于定量添加双组分化学品。
所述附图及其相关说明仅用于例证本发明的思想。本发明的细节可以在权利要求的范围内进行变化。因此，成形部分的形状可以根据需要来加以选择。因此，成形部分可以呈楔形或金字塔形，可以是一个包括弯曲表面的部分，或者以其它合适方式进行设计。最基本的是，成形部分包含控制表面，为了混合目的，控制表面能在纸浆流体内产生足够的湍流。另外，在纸浆组分的流体内，成形部分要保持清洁，这也是基本的。而且，成形部分在排列上可以进行调整，这样为了实现所需混合，它们相对于管道的位置(在管道的圆周上和在管道的纵向上)和/或其形状可以得以调整。例如，可以控制成形部分的控制表面从管道的圆周朝向管道的圆周内部延伸所需距离。

Claims (13)

1.一种在造纸过程中使各流体彼此混合的方法，根据本方法，第一流体(V1)通过一根管道(1)进料，一股或多股第二流体(V2)通过一个进料口被添加至第一流体(V1)内，所述进料口与由管道(1)限定的空间相连，第一流体在管道(1)内被输送至一个混合区域(S)，该混合区域包括至少一个位于所述管道内圆周(3)上的成形部分(4a至4d)，该成形部分的控制表面(5)从管道(1)的内圆周(3)朝向管道中部延伸预定的距离，并且与所述管道的内圆周共同限定出所述管道的内表面；并且借助于所述控制表面在第一流体(V1)内产生出湍流；第二流体(V2)通过位于所述管道内表面上的一个或多个进料口(8，11，30，40)被添加至混合区域(S)部分并进入第一流体，其特征在于，第二流体(V2)通过位于成形部分(4a至4d)上的进料口(8)被添加进入第一流体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过管道(1)输送作为第一流体(V1)的纤维悬浮液，通过进料口(8，11，30，40)将作为第二流体(V2)的某些造纸化学品添加至所述纤维悬浮液内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，一种双组分助留剂中的第一组分在成形部分之前通过进料口(11)被添加至纤维悬浮液，该组分与纤维悬浮液中的固体物质共同形成絮凝物，其中，该助留剂是要被输送到混合区域(S)的第二流体(V2)；所述絮凝物借助于成形部分所产生的湍流而被分散开；所述助留剂中的第二组分在成形部分之后添加，该组分根据需要重新形成所述絮凝物。
4.根据前述权利要求1至2中任一所述方法，其特征在于，一种第一添加料组分(L1)通过第一进料通道(7)添加，并且一种第二添加料组分(L2)通过第二进料通道(31)添加；所述添加料组分在添加入混合区域之前彼此混合；形成第二流体(V2)的所述添加料组分的混合物被配量添加至第一流体(V1)中。
5.一种用于在造纸过程中使各流体彼此混合的混合器，包括一根管道(1)，造纸过程中的第一流体(V1)通过该管道(1)得以输送；一个进料口，该进料口与由管道(1)限定的空间和一个用于将第二流体(V2)通过该进料口混入第一流体(V1)内的进料通道(7)相连；以及一个形成于所述管道中的混合区域(S)，该混合区域(S)包括至少一个位于管道(1)的内圆周(3)上的成形部分(4a至4d)；并且所述成形部分包括从管道(1)的内圆周(3)朝向管道中部延伸预定距离的控制表面(5)用于在所述管道混合区域(S)内的所述流体(V1)内产生湍流；所述管道的内圆周与成形部分的控制表面限定所述管道在混合区域中的内表面；并且该混合器在混合区域(S)部分内包括一个或多个位于所述管道内表面上的进料口(8，11，30，40)，进料口与进料通道(7)相连，并且第二流体(V2)通过所述进料口可被添加至第一流体(V1)内，其特征在于，至少一个成形部分(4a至4d)包括至少一个进料口(8)，所述进料口(8)与管道(1)外部的进料通道(7)相连。
6.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，沿着管道(1)的纵向进行观看，该混合器包括至少两个连续的成形部分。
7.根据权利要求5或6所述的混合器，其特征在于，所述成形部分包括管道(1)的一个横向钻孔，该横向钻孔的第一端与所述管道外侧的进料通道(7)相连，其第二端与由管道(1)限定的空间相连。
8.根据权利要求5或6所述的混合器，其特征在于，所述成形部分是中空的，进料通道(7)与成形部分的中空空间(13)相连，并且在所述成形部分的控制表面(5)上成形有一个或多个进料口(8)。
9.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述成形部分(4a至4b)相对于管道(1)的位置是可调节的。
10.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述成形部分(4a至4d)的形状是可调节的。
11.造纸机中网前箱的进料设备，包括一根管道(1)，第一流体(V1)通过该管道(1)被输送至网前箱；一个进料口，该进料口与由管道(1)限定的空间和一个用于将第二流体(V2)通过该进料口加入第一流体(V1)内的进料通道(7)相连；一个工艺组件，该工艺组件被设置在网前箱前的所述管道(1)中；以及一个混合区域(S)，该混合区域(S)位于管道(1)内，从网前箱前最接近的工艺组件延伸至该网前箱(20，50)；并且所述混合区域(S)包括至少一个位于管道(1)的内圆周(3)上的成形部分(4a至4d)；所述成形部分包括从管道(1)的内圆周(3)朝向管道中部延伸预定距离的控制表面(5)，用于在所述管道混合区域(S)中的所述流体(V1)内产生湍流；所述管道的内圆周与成形部分的控制表面限定所述管道在混合区域中的内表面；在混合区域(S)的部分内，所述管道的内表面上带有一个或多个与进料通道(7)相连的进料口(8，11，30，40)，第二流体(V2)通过这些进料口(8，11，30，40)被可添加至第一流体(V1)内，其特征在于，至少一个成形部分(4a至4d)包括至少一个进料口(8)，并且进料口(8)与管道(1)外部的进料通道(7)相连。
12.根据权利要求11所述的进料设备，其特征在于，所述进料设备在成形部分前的混合区域(S)中包括一个进料口(11)用于将一种双组分助留剂中的第一组分输送至在管道(1)内流动的纤维悬浮液内，并且该进料设备在混合区域(S)中还包括一个第二进料口，该第二进料口用于将所述助留剂的第二组分添加至由成形部分所产生的湍流所混合的流体内。
13.根据权利要求11至12中任一所述的进料设备，其特征在于，管道(1)在网前箱前最接近的工艺组件之后分成至少两个二级管线(19)，第一流体沿此从所述工艺组件被输送至多层网前箱(20)或网部的网前箱，所述网部与一个纸幅分离设备一起发挥作用，并且至少一个二级管线(19)包括至少一个成形部分(4a至4d)和至少一个进料口(8，11，30，40)用于将第二流体添加到流过该二级管线的流体内。
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