CS197334B2 - Method of and apparatus for defibering and conditioning dense cellulosic materials - Google Patents

Description

Vynález se . týká způsobu rozvlákňování a kondicionování hustých celulózových materiálů, zpracovávaných v zařízení skládajícím se nejméně ze dvou do sebe . zabírajících šnekových ústrojí, kde se tento celulózový materiál stlačuje mezi boky šroubovic šneků rovnoběžně s jejich osami otáčení, dále také zařízení k provádění tohoto způsobu.

Americký patentový spis č. 3 064 908 popisuje přístroj pro míšení a zpracovávání materiálu, zejména celulózového materiálu. V tomto přístroji se materiál stlačuje mezi dvěma bočnými plochami do sebe zabírajících .šroubových závitů upravených jako dva spojené a spolu ' se otáčející šrouby. V tomto patentovém spisu je uvedeno, že se tento přístroj . může svým účinkem nejspíše přirovnat kolovému mlýnu, u něhož defibrace je vyvolána spíše jistým způsobem hydraulického ' působení, než vlastním mlecím účinkem mezi spolu zabírajícími a vzájemně vůči sobě pohyblivými mlecími členy. V tomto· americkém spise· se zdůrazňuje, že při použití kolového mlýnu je potřeba poměrně malého množství vody na rozdíl od jiných mlýnů, například holandru nebo Jordánova· mlýnu, kde se do· celulózové hmoty musí přidávat alespoň tolik vody, aby se získala krupičkovitá hmota.

Při použití přístroje podle · uvedeného a2 merického patentového· spisu č. 3 064 908 se používá poměrně vysoké koncentrace· tuhých látek ve zpracované hmotě, jejíž obsah suchých složek během zpracování i po zpracování se pohybuje v hodnotách, které poněkud překračují 12,5 ·%. Pro stejný přístroj se v publikaci uveřejněné v r. 1962 udávají ' koncentrace až ůo 20 %. Při koncentraci přibližně nad IQ % tvoří celulózový materiál zrnitou hmotu, · v níž je všechna voda držena kapilárně nebo· uzavřeně a která s určitostí nemůže být pokládána za tekutou nebo krupičkovitou hmotu. '

Vynález se · týká způsobu rozvlákňování a kondicionování hustého · celulózového materiálu, čímž · se rozumí materiál, jehož koncentrace je taková, že · není tekutý. Materiál se stlačuje· mezi bočními plochami do· sebe zabírajících šroubových závitů vytvořených jako šrouby spojené dohromady pro' společné otáčení.

' Ve známém zařízení se vlastní zpracování děje mezi bočními plochami šroubových závitů, které do sebe v předepsané vzdálenosti zabírají a jejichž axiální tloušťky alespoň na vnějším obvodu tvoří zlomek stoupání, přičemž oběh materiál je zaručen tím, že mezi vnitřními hranami šroubů vytvořených jako vinutí a šroubovým hřídelem · je vytvořen otevřený prostor.

Při zkouškách prováděných pro další vývoj známého zařízení se · ukázalo, že se velmi spolehlivého pracovního· účinku dosáhne i při použití takových šroubů, jejichž závity vycházejí z pevného· tělesa hřídele bez vloženého prostoru, a to za předpokladu, že částice materiálu, který je přiváděn s koncentrací s více než 12,5 % suché složky, se v radiálním směru stlačují ve vloženém prostoru mezi obvodovou hranou závitu jednoho šroubu a dnem závitového prostoru druhého šroubu.

Zpracování při tomto výrobním postupu se skládá z kombinace úpravy materiálu v místech záběru mezi bočními plochami šroubu, přičemž dochází k valení, hnětení a míšení materiálu, a ze značného stlačování dávek materiálu na dně závitového prostoru mezi tímto dnem a protilehlou obvodovou hranou druhého šroubu. Zpracování mezi protilehlými · bočními plochami neznamená, že· dochází ke stříhání materiálu, což by představovalo nebezpečí zkracování vláken, protože nejmenší vzdálenost mezi protilehlými bočními plochami protilehlého závitu je ve všech místech podstatně větší než průměrná velikost částeček materiálu. K úpravě na dně závitového prostoru dochází mezi protilehlými pracovními plochami, které jsou uspořádány · v dané vzdálenosti od sebe, přičemž tato vzdálenost odpovídá · přibližně nejmenší vzdálenosti mezi bočními plochami a přičemž i zde je zabráněno stříhání dávek materiálu, a to tak, že· kruhové obvodové části na šroubovém tělese, popřípadě na vnějším obvodě protilehlých šroubových závitů působí na tyto dávky materiálu kombinací radiálního· tlaku a valení vyvolaného rozdílem · obvodové rychlosti.

Při dalších zkouškách se ukázalo, že změny radiálních pracovních složek mezi dnem závitového prostoru a vnější hranou závitu, která v určité části vyřazuje odvalující se složky, podstatně zlepšuje výsledky co do důležitých vlastností konečného produktu. Této· změny pracovní činnosti se dosáhne tak, že se · určité dávky materiálu podrobí místně ··· omezenému stlačení mezi pásmem plochy · závitové hrany jednoho·· šroubu a dnem závitového· prostoru druhého šroubu. Kvalltativního zlepšení opracovávaného materiálu se dosáhne zejména u průtažnosti a hodnoty přetržení, a to ve srovnání se zpracováním mezi zcela hladkými dny závitových prostorů, · popřípadě ploch závitových hran.

Již dříve se . pro úpravu celulózového · materiálu navrhovalo· použít zařízení, které obsahovalo dopravní šroub [německý patent č. 592 523). Toto známé zařízení se výslovně a výlučně týká zpracování papírového· materiálu v tekutém stavu a mělo především za úkol bez poškození dříve oddělených vláken uvolňovat jednotlivé kompaktní a pevně spolu spojené částice fibrového· . materiálu · předtím, než je'celá · hmota, obsažená v jednom mlýnu; přivedena mezi dva mlýnské kameny ke konečnému zpracování. Se zřetelem na tento úkol pracují · známá šroubová zařízení s velmi· malým vloženým prostorem, a to· jak mezi bočními ' · plochami, tak i dny závitových prostorů, popřípadě obvodem · protilehlého šroubu, přičemž průchozí otvor má · všude takovou · šířku, že se stipy a uzlíky vzniklé v upravovaném materiálu rozmačkají, zatímco dříve oddělená vlákna v suspenzní kapalině protečou, aniž by byly jakýmkoli způsobem· zpracována. V tomto známém zařízení se takto rozmačkají jen některé · částice materiálu čistě mechanickým způsobem. Proto · · jsou · u známých zařízení jak protilehlé boční plochy, tak i obvodové plochy šroubů opatřeny vroubkováním,· které je určeno k tomu, aby se zesílilo· mechanické tření mezi procházejícími · pevnými uzly, které procházejí Zařízením.

Úkolem vynálezu je zlepšit dosavadní známé způsoby rozvlákňování a kondicionování hustých, tj. netekutých celulózových materiálů.

Podle vynálezu je tento úkol vyřešen tak, že všechen celulózový materiál se nejdříve koncentruje na více než 12,5 %, zejména na více než 25 · % sušiny, · načež se alespoň část tohoto· celulózového materiálu stlačuje · radiálně vzhledem k ose otáčení šneku. K provádění tohoto způsobu je podle vynálezu · vytvořeno zařízení, uspořádané tak, · že pro sevření · částic celulózového materiálu mezi dvěma · šnekovými závity je vzdálenost mezi závitovými špičkami jednoho šneku a mezi závitovým dnem druhého šneku · řádově rovna střední velikosti částic, zpracovávaného celulózového· · materiálu.

Zpracování, kterého se v zařízení podle <vynálezu a za · použití · způsobu podle vynálezu dosáhne, představuje jednak uzavřené · rozvlákňování, to je takové štěpení svazků vláken, · které ještě popřípadě spolu ve hmotě souvisí, že vytvořená hmota se skládá alespoň převážně · z oddělených vláken, · jednak · další úprava, · kondicionování nebo rafinování, která je určena k tomu, · aby upravované hmotě dodala nové, pro další zpracování výhodné vlastnosti. Se zřetelem na zplsťování je · žádoucí, aby jednotlivá vlákna byla zvlněna. Tohoto zvlnění · je možno· dosáhnout takovou úpravou hmoty, že vznikne · granulace, to je spojení malých částí hmoty do· shluku vláken, která jsou spolu . spojena a která jsou vůči ostatním částem hmoty podstatně ohraničena a tedy · nezávislá. Způsobem a zařízením podle vynálezu je možno dosáhnout dokonalé a značně rovnoměrné · · regulovatelnosti granulace konečného výrobku, přičemž vlákna v jednotlivých · shlucích vláken nebo v jednotlivých částech hmoty · jsou nerovnoměrně zplstěna a tudíž ukládána ve zvlněném stavu, který ve · značném rozsahu zůstane zachována i při dalším zpracování, například při uvolňování struktury částic mletím. Trvanlivost zvlnění se může zlepšit tím, že během zpracování podle vynálezu se faktory rozhodné pro tření uvnitř mate riálu, . především · koncentrace materiálu, vzdálenost mezí . protilehlými bočními plochami šroubového závitu v pásmu záběru, míra stjačování ke dnu závitového prostoru, doba prodlevy materiálu v místech · zpracování a rychlost otáčení šroubu regulují tak, že alespoň materiál v místech, záběru mezi šroubovými závity se zahřeje na teplotu, při které . lignin měkne, především na 80 °C.

Podle dalšího znaku je zařízení upraveno tak, že stoupání závitu šneku od vstupního · konce směrem k výstupnímu, konci, klesá po úsecích nebo průběžně.

Vynález je blíže znázorněn na připojeném výkrese, kde je znázorněno zařízení k provádění způsobu . podle vynálezu se dvěma do sebe. zabírajícími šrouby uloženými ve skříni, která je . znázorněna v řezu.

Rovnoběžné hřídele 1, 2 ^: jsou . na obou svých koncích uloženy ve vhodných neznázorněných ložiskách a vloženy do skříně · 3, do níž jsou uzavřeny všechny součásti přístroje, s jejich pomocí se děje zpracování podle. vynálezu.' Hřídele 1, 2 jsou spolu spojeny například neznázorněnými ozubenými koly .pro společné otáčení v opačných smyslech. Ve skříni . 3 je každý z hřídelů 1, 2 opatřen šnekem 4, 5, který probíhá po větší části délky hřídele 1, 2 Ve skříni 3. Průřez skříně 3 . je dán plášťovou plochou uvnitř zabírajících šroubových závitů tak, že v pohledu od jednoho . ze . vstupních otvorů pro materiál je vnitřní plocha skříně 3 všude blízko. společné plášťové ploše spolu zabírajících šneků 4, 5.

Šneky 4, 5 jsou opatřeny po dvou úsecích, a to zejména úsekem 4a, · 5a se stoupáním klesajícím od jedné strany ke druhé, na výkrese od pravé strany, . a ' . dále . úsekem 4b, 5b, který pokračuje k .protilehlému konci skříně 3, na · výkrese vlevo·, s rovnoměrným stoupáním, které se ve srovnání s poslední částí úseku 4a, 5a dále zmenšuje. Oseky 4a, 5a působí jako. dopravník, přičemž současně stlačují materiál směrem k úsekům 4b, 5b, kde dochází k vlastnímu zpracování materiálu. Vstupní otvor pro materiál je uspořádán . na místě nad úseky 4a, 5a šroubů 4, 5, kde je stoupání největší. . Materiál se přivádí ve znázorněném příkladu provedení kolmo k rovině nárysny na pravém konci skříně 3.

Na konci skříně 3 protilehlé vstupnímu otvoru je vytvořeno po jednom kruhovém výstupním otvoru v čelní stěně skříně, jimiž jsou . vysunuty vyčnívající části hřídelů 1, 2. Celní stěna 8 skříně je proti těmto otvorům zatažena dozadu, aby se tak dosáhlo jistého vzdutí materiálu na výstupu. Výstupní otvory 6, 7 mohou mít regulovatelné světlosti, například tak, že se čelní stěna 8, jak je na výkrese znázorněno. v podélném směru skříně teleskopicky posouvá a proti působení nezznázorněných pružin, vyvažovačích závaží, pístů apod. přesouvá. V prostoru uvnitř čelní stěny 8, který se kuželovité zužuje, jsou hřídele 1, 2 opatřeny po. jednom závitovém úseku. 9, 10, který přispívá k vytlačování majteriálu otvory 8, 7.

Šneky 4, 5 mají na svých obou úsecích 4a, 4b, 5a, 5b navenek se zužující, v podstatq lichoběžníkový průřez. Sklon bočních ploch k rovině radiální činí přibližně 5 až 15 %. Poměr mezi stoupáním a . rozměry průřezu závitu jsou na jeden úsek 4a, 5a zvoleny tak, že nedojde k podstatnému stlačení přivedených celulózových materiálů mezi protilehlé plochy . na . úseky závitů obou šneků 4, 5, které jsou ve ' . vzájemném záběru. Naproti tomu jsou rozměry průřezu . a stoupání šnekových úseků . 4a, 5a pečlivě voleny tak, že dojde k sevření .materiálu a to . jak mezi protilehlými bočními plochami, tak . i mezi dnem závitového prostoru jednoho šroubu a vnější obvodovou kružnicí druhého šroubu, přičemž vzdálenosti jsou všude zvoleny tak, . že je odstraněno každé nebezpečí zkrácení vláken ustřižením. Vzdálenosti mezi protilehlými . plochami se v praxi pohybují mezi 2 až 6 mm.

U provedení znázorněného. na výkrese je jako příklad . zvlášť výhodného uspořádání vynálezu opatřen . každý závit na hřídelích 1, 2 zářezy 4c, 5c. Větší část závitu . na úsecích 4b, 5b je obvykle opatřena takovými zářezy, které . mohou přesahovat přes celé úseky 4b, 5b. Zářezy jsou v tomto případě . vytvořeny v trojúhelníkovém tvaru a jsou po . obvodě rozděleny v rovnoměrných vzdálenostech a v přímém spojení.

V zářezech 4b, 5b šroubu . má obvodová hrana šneku šířku, která představuje zlomek jeho. stoupání. Tato okolnost . má velký význam se zřetelem na druh a způsob, kterým hřbet šneku vstupuje do protilehlého . šnekového. kanálu naplněného celulózovým materiálem. Poměr mezi hloubkou závitu a šířkou . otevření závitového . kanálu na úsecích 4b, 5b · je také rozhodujícím . činitelem se zřetelem na . kohezi . celulózové hmoty a na její adhezi ke šroubu/ Ve . znázorněném uspořádání . má tento poměr . hodnotu především 2 : 1; Tento poměr nemá být menší než 3 : 2.

Popsané zařízení pracuje tímto. způsobem:

Celulózová . hmota s koncentrací s více než 12,5 % suché složky, . zejména více než . 25 procent se přivádí do· úrovně . šroubových úseků . 4a, 5a a . uvnitř těchto. úseků se posouvá . a stlačuje takže šroubové kanály, na konci úseků 4a, 5a a na celých úsecích 4b, 5b jsou prakticky zcela vyplněny materiálem. Na úsecích 4b, 5b se. celulózová hmota, uzavřená ve šroubovém kanálu, účastní v důsledku své adheze vzhledem k závitu a na základě své koncentrace otáčení šroubu, přičemž . celá hmota je opakovaně stlačována vloženým prostorem mezi protilehlými stěnami na šroubových závitech v pásmu záběru. Rychlost pohybu hmoty místem. úpravy je dána rychlostí přívodu, rychlostí výstupu podmíněnou velikostí šroubů a zvláštními vlastnostmi samotné . hmoty. Protože doba prodlevy materiálu v zařízení je pro· zpracování a jeho účinek zvlášť důležitým činitelem, je regulace výstupního otvoru velmi důležitá pro seřízení stroje se zřetelem na opracování, které jednotlivý -celulózový materiál pro- dosažení optimálních vlastností vyžaduje. Dalšími faktory, jejichž regulace nevyžaduje zásahy do konstrukce přístroje, je rychlost otáčení šneku a množství materiálu přiváděného za jednotku času.

Zvláštní pracovní pochod probíhá v rozmezí šnekových úseků 4b, 5b, kde jsou šnekové hřbety opatřeny zářezy. Protože obvodová rychlost na obvodě hřbetů je podstatně větší než u dna prostoru, mezi šnekovými závity dochází v místech každého· zářezu ke stlačování shluku materiálu k protilehlému dnu kanálu, avšak tento shluk se současně působením boční plochy dalšího- záře zu posune vzhledem k poloze dna kanálu, v níž byl vytvořen, a po celém otočení se zbývající část shluku při přiblížení k rychle se posouvajícím zářezům zcela rozdrobí. Pracovní pochod se sice nemůže v jednotlivostech svého průběhu analyzovat, avšak má velmi příznivé účinky na jisté fyzikální · vlastnosti, například na roztažlivost a hodnotu přetržení materiálu podrobeného úpravě, jak je to patrno z následujících tabulek, které uvádějí účinek úpravy hmoty jednak mezi spolu zabírajícími šnekovými závity · s hladkými plochami hran (tabulka A], jednak mezi spolu zabírajícími šnekovými závity opatřenými· zářezy na plochách hran (tabulka B). Přitom je třeba mít na zřeteli, že· při zkouškách, které byly podkladem pro tabulku A, byly pracovní podmínky se - zřetelem· na nulový pracovní efekt · přizpůsobeny daným faktorům.

Tabulka A

Hladina pevnosti výchozího materiálu

Změna vzhledem k . výchozímu materiálu

délka trhání	9 500	žádná změna
protažení	5 '%	žádná změna
činitel přetržení	120	žádná změna

délka trhání protažení činitel přetržení

Tabulka B

Hladina pevnosti výchozího materiálu

500 až 9 000 až 8 %

120 až 150

Změna vzhledem k výchozímu materiálu

000 až 1 500 m až 2 o/₀ · až·30

Zařízení podle vynálezu může být oproti popsanému příkladu mnoha způsoby obměněno.

Tvar průřezu šnekového závitu v úsecích 4a, 5a může být ve srovnání se znázorněným příkladem upraven. Tak je· například kromě jiného · moožné, aby hřídele 1, 2 v rozmezí úseků 4a, 5a měly jiné průměry než · v rozmezí úseků 4b, 5b.. Je také možno, aby mezi úseky 4a, 4b, .popřípadě 5a, 5b byly přechodové úseky bez závitů. Dále mohou být skříně v rozmezí úseků 4a, 5a upraveny jako odvodňovací zařízení tak, že stěny skříně jsou korézní nebo děrované. Při tomto uspořádání je možno· upravovaný materiál přivádět s malou koncentrací a dopravu před vstupem do úseků 4b, 5b kombinovat s takovým druhem odvodnění, že materiál při vstupu do oblasti zpracování v úsecích 4b, 5b má požadovanou a pro vynález vhodnou koncentraci. Jisté úseky mohou být vyměnitelné, což platí především pro pracovní úseky 4b, 5b, které mohou být provedeny na pouzdru posuvném po hřídeli 1, 2. Tím je · umožněno- měnit stoupání šroubového závitu 1 vzdálenost mezi protilehlými šroubovými plochami a dále i · rozdělení a vlastnosti ozubení vytvořeného na šroubových závitech, a to jak se· zřetelem na změnu vlastností, opracovávaného materiálu · se zřetelem na dříve · zpracovávaný materiál.

Na výkresu je obvodová plocha šnekového závitu v pohledu axiálního · řezu znázorněna se zakřivením konvexním směrem vně. Je také možno protilehlé kanálové dno· upravit s odpovídajícím· konkávním zakřivením směrem dovnitř. Obvodová plocha může · mít také jiný profil průřezu, například může mít drážky probíhající v obvodovém směru. Ve znázorněném příkladu má ozubení směrem ven · ostré hrany. Tyto· hrany mohou být zakulaceny.

Je přirozeně také možno, aby se· šneky otáčely ve stejném smyslu a 'byly k tomuto otáčení upraveny a spolu · spojeny.

Claims (6)

1. Způsob rozvlákňování a kondicionování hustých celulózových materiálů zpracovávaných v zařízení, skládajícím se nejméně ze dvou do sebe zabírajících šneků, kde se tento celulózový materiál stlačuje mezi boky závitů šneků rovnoběžně s jejich osami otáčení, ' vyznačený tím, že všechen celulózový materiál se nejdříve koncentruje na více než 12,5 % zejména na více než 25 ' · % sušiny, načež se alespoň část tohoto celulózového· materiálu stlačuje radiálně vzhledem k ose otáčení šneku.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1, které má skříň se vstupem a výstupem, dále také nejméně dva stejně vytvořené šneky, · zabírající do sebe a spojené pro společné otáčení, · vyznačené tím,' že · pro sevření části celulózového materiálu mezi · dvěma šnekovými závity je vzdálenost (21) · mezi závitovými špičkami (41, 51) jednoho šneku vynalezu (4, 5) a mezi závitovým · dnem (42, 52) · druhého· šneku · (4, 5) řádově rovna střední velikosti částic · zpracovávaného celulózového· materiálu.

3. Zařízení podle · bodu 2, vyznačené tím, že stoupání závitu šneku (4, 5) · od vstupního konce směrem k výstupnímu konci, klesá po úsecích nebo· průběžně.

4. Zamení podle · bodů · 2 a 3, vyznačené tím, že alespoň část obvodu závitu šneku (4, 5) zejména v místech nejmenšího stoupání,· je opatřena zářezy (4c, 5c) zejména · ve tvaru zubů, vrubů nebo · oblouků. ·

5. Zařízení podle bodu ·4, vyznačené tím, že alespoň · část šnekových závitů, opatřených zářezy · (4c, 5c) · má průřez klínového tvaru zužujícího· se směrem · ven.

6. Zařízení podle bodů 3 až 5, vyznačené tím, že boky (14, 24) · závitů jsou konvexní.