DE3109530A1 - "verfahren und vorrichtung zum einmischen von gas oder fluessigkeit" - Google Patents

"verfahren und vorrichtung zum einmischen von gas oder fluessigkeit"

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einmischen von Gas oder Flüssigkeit.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einmischen einer Behandlungsflüssigkeit oder -gases in eine Pulpenaufschwemmung.
Das Mischen im allgemeinen und das Chemikalieneinmischen im besonderen hat eine wesentliche Schlüsselstellung in der gesamten Zelluloseverfahrensindustrie.
Eine gute Einmischung von Chemikalien, z.B. beim Bleichen von Zellulosepulpe ist eine absolute Notwendigkeit, um eine zufriedenstellende Freisetzung des Holzfaserstoffes und/oder Bleichen zu erreichen. Ein gutes Einmischen von Bleichchemikalien bringt ein homogenes Bleichergebnis und eine gute Ausnutzung der Chemikalien bei der niedersten erforderlichen Reaktionstemperatur und der kürzesten Reaktionszeit.
Das "Mischproblem", das bis heute in der Zelluloseindustrie
das am schv/ierigsten zu lösende war, um ein annehmbares Ergebnis zu erhalten, ist das Einmischen von Chemikalien in Pulpensuspensionen bei einer mittleren Pulpe- oder Filterkonzentration (5 - 20 fo).
Das Einmischen von Bleichchemikalien in Pulpensuspensionen mit niedriger Konzentration (unter 5°/° bei der üblichen Chlorierung) und das Zusetzen von Bleichchemikalien in gasförmigem Zustand bei hoher Konzentration (über 20% bei gasförmiger Bleichphase), sind bekannte und erprobte Verfahren, bei welchen keine wesentlichen Einmischprobleme bestehen.
Ein Problem beim Einmischen bei niedriger Pulpekonzentration sind jedoch die grossen Flüssigkeitsvolumina, welche hohe
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Pumpenergie erfordern und ausserdem hohe Ausstossmengen der entsprechenden Bleichanlagen bewirken.
Andererseits schliefst der Betrieb bei hohen Pulpekonzentra-
θ in
tionen (über 20$)/ dass eine besondere Einrichtung für eine hochgradige Entwässerung erforderlich ist, und dass die Bleichchemikalien aus Gründen der Natur in diesem Fall bei der Behandlung als gasförmiges Medium vorliegen müssen.
Dieses sogenannte Gasphasenbleichen bei hohen Pulpekonzentrationen (über 2Ofo) wurde bisher und wird noch in einem technischem Masstab als Bleichen mit gasförmigen Chemikalien, wie Sauerstoff, Ozon, Chlorgas, Ammoniakgas und Chlordioxid aus-
geführt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum homogenen und wirkungsvollen Einmischen, sowohl gasförmiger, als auch flüssiger Medien in eine Pulpesuspension bei mittlerer Konzentration (5-20 $). Das Mischverfahren kann als Intensivmischen mit augenblicklichem Einmischen der Chemikalien in die Pulpesuspension beschrieben werden. Unter augenblicklichem Einmischen ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Mischvorrichtung (Mixer) im eigentlichen Sinne keine Zeitverzögerung hat, und dass die Chemikalien und die Pulpeaufschwenmung über die ganze Zeit kontinuierlich und gleichzeitig dem Mixer zugeführt werden. Mit anderen Worten, der Mixer hat keine wesentliche Ausgleichsv/irkung im Hinblick auf z.B. schnellere Konsentrationsänderungen, wie es häufig bei konventionellen, bei niedriger Konzentration arbeitenden Mixern der Fall ist. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass es zum guten Einmischen einer flüssigen oder gasförmigen Chemikalie, wie Sauerstoffgas, Chlorgas, Chlordioxydwasser oder eine Mischung von Chlor und Chlordoxyd zu einer Pulpeaufscliwemmung die primäre Erfordernis ist, dass die Fasern der Suspension gut aufgeschlossen sind,
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worauf die Chemikalien so gleichförmig als möglich diesen freien Fasern zugesetzt werden.
Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung v/erden aus den Ansprüchen deutlich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. l·,
Fig. 3 Schrägansichten auf abgewandelte Einzelteile derVor- und 4 richtung,
Fig. 5 Schnitte entlang der Linien V - V, bzw. VI - VI in und 6 Fig. 3 bzw. Fig. 4,
Figo 7 eine weitere Ausführungsform von Teilen der Vorrichtung , und
Fig.. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII - VIII in Fig.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in welchem ein zylindrischer Rotor dreht, welcher in einem äusseren Lagergehäuse 3 abgestützt und durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben ist. Der Einlass 4 in den Mixer liegt zentrisch zu dem zylindrischen Rotor, währena der Auslass 5 tangential an dem zylindrischen Gehäuse 1 liegt. Der Einlass 6 für die Chenikalienzuführung liegt symmetrisch im Einlass 4 und öffnet in die Mitte 7 des Rotors. Wenn der Durchmesser des Rotors 2 im Verhältnis zum Durchmesser des Einlasses- 4 gross ist, sollte der Einlass 6 in den Pulpeeinlass 4 münden, jedoch nicht
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notwendigerweise in die Rotormitte 7. Zwischen dem zylindrischen Rotor 2 und einem am Gehäuse befestigten Statorring 8 besteht ein Ringspalt 9. Dieser Spalt kann nach aussen anstatt durch einen gesonderten Statorring durch einen Teil des Gehäuses 1 selbst begrenzt sein. Die Spalthöhe h soll 1- - 30 mm, zweckmässigerweise 2 - 10 mm und vorzugsweise 3 - 5 mm betragen./Spaltlänge J!, soll so gross sein, dass eine wirkungsvolle Mischung im Spalt erreicht wird. Die Spaltlänge ·€ sollte daher ein mehrfaches grosser, als die Spalthöhe h, z.B. das 3 - 25-fache, zweckmässig 5 - 20-fache und vorzugsweise das 10 - 15-fache sein. Am weitesten aussen am Umfang des Rotors liegt eine Anzahl von Reinigungsfingern 10.. Eine Spezialkammer 11 am Boden des Gehäuses 1 wirkt als Abfallsammler. Anstatt der Reinigungsfinger können auch andere Bauteile, z.B. halbkugelförmig vorspringende Teile od.dgl. am Umfang des Rotors 2 vorgesehen sein, um eine Turbulenz in der Suspension zu erzeugen.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Pulpe mit einer Konzentration bis zu maximal 20$ wird kontinuierlich dem Mixer über den Einlass 4 zugeführt. Infolge der Drehung des zylindrischen Rotors 2 wird ein Schubfeld zwischen dem Rotor und der Pulpe erzeugt, welches die Pulpe bei einem gewissen Druck durch den schmalen Spalt 9 zwischen dem zylindrischen Rotor 2 und dem Stator 8 durchgehen lässt. Durch Wirkung des mit intensiver Schubwirkung arbeitenden Feldes werden sowohl am Eintritt, als auch innerhalb des Spaltes die Pasern der Aufschwemmung sehr wirkungsvoll aufgeschlossen. Die auf diese Weise durch den Spalt geführte Pulpe wird dann durch den Auslass 5 aus dem Mixer ausgepresst.
In der gleichen kontinuierlichen Weise, wie die Pulpe dem Mixer zugeführt wird, wird die Chemikalie oder Chemikalien
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in die Suspension über den Chemikalieneinlass 6 eingemischt. Infolge der Zuführung der Chemikalien in die Mitte des schnell drehenden Rotors 2 (500 -""1500 U/min, vorzugsweise etwa 750 U/min) wird eine gleichförmige und homogene Verteilung der zugesetzten Chemikalien radial nach aussen entlang der ebenen Zylinderfläche zur Aussenkante und dem Spalt erreicht. Die zugeführten Chemikalien werden um den Spalt verteilt und jede "Pulpeschicht*', die durch den Spalt gepresst wird, wird mit genau gleichen Mengen von Chemikalien versetzt.
Durch Zuführen der Chemikalien in die Mitte des drehenden Rotors, wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein weiterer Torteil zusätzlich zur gleichförmigen Verteilung der Chemikalien in der Suspension im Spalt dadurch erreicht, dass die Scherkraft zwischen der drehenden glatten Stirnseite des Rotors 2 und der Pulpeaufschwemmung infolge der dicht an der Rotorfläche gebildeten Chemikalienschicht wesentlich vermindert wird. Dieses Phänomen ist insbesondere bemerkenswert, wenn gasförmige Chemikalien in der Art von Chlor- oder Sauerstoffgas verwendet werden. Da auf diese Weise die Reibung zv/ischen der Suspension und dem Rotor 2 reduziert wird, wird es auch möglich, einen grösseren Anteil der zugeführten Energie für einen wirkungsvollen .Einmischvorgang am Eintritt in den Spalt und innerhalb des Spaltes 9 selbst zu verwenden.
Die oben erwähnten Reinigungsfinger 10 dienen zusätzlich zu ihrer Wirkung als "Kratzförderer" zur Kammer 11 auch als Mittel zum Aufschliessen und Ilischen der Fasern, wenn die Pulpe und die Chemikalien in den Spalt eintreten.
Um das Mischen in dein Spalt bei grösseren Spalthöhen h, z.B. über 5 mm zu verbessern, wurden einige unterschiedliche Turbulenz erzeugende Bauteile am Rotor 2 bzw. am Stator 8, wie in Fig. 3-6 dargestellt, mit gutem Erfolg erprobt. Die Aufgabe war es, die Energieumsetzung im Spalt, d.h. die Energie-
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Übertragung vom Rotor 2 über die Pulpeschicht auf den Stator 8 zu erhöhen, um die Mischkapazität zu verbessern. Diese Turbulenz erzeugenden Bauteile können z.B. die Form von Stiften 12 oder Streifen 15 haben, die über den Rotor bzw. den Stator verlaufen.
Die Stifte können aueh eine andere Form, als dargestellt, z.B. eine halbkugelförmige haben und können am Rotor 2 oder am Stator 8^ oder an beiden vorgesehen sein. In diesem letzterwähnten Fall müssen sie aneinander vorbei verlaufen.
Es kann ein oder mehrere umlaufende Streifen 15 vorgesehen sein, und sie können sowohl am Rotor 2, als auch am Stator 8 angeordnet sein. Sie springen vorzugsweise soweit in den Spalt vor, dass ihre Stifte auf dem gleichen Durchmesser liegen.
Eine Möglichkeit zum Erhöhen der kapazität des beschriebenen Mixers ist es, den Rotor und den Stator so auszulegen, dass, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, mehrere Spalte gebildet werden. Die Anzahl der Spalte kann 5-7, zweckmässigerwexse .3-5 und vorzugsv/eise 5 betragen. Auf diese Weise wird der freie Durchgangsbereich und damit die Mixerkapazität bei Beibehaltung der Spalthöhe erhöht. Um es möglich zu machen, die Chemikalien, die (entweder in gasförmiger oder in flüssiger Form) in die Mitte des Rotors zugeführt werden, gleichförmig über mehrere konzentrisch umeinanderliegende Spalte zu verteilen, ist eine Anzahl von "Speichen" 14 am Rotor vor den Spalten vorgesehen, wobei die Speichen zusätzlich zu der Y/irkung als Kratzförderer und Faseraufschliesser auch zur Bildung von Turbulenz und zur gleichm-ssigen Verteilung der Chemikalien über die verschiedenen Spalten dienen.
Die Stirnseite des Rotors 2 kann eben oder kegelförmig verlaufen, wobei die Spitze zum Einlass 4 oder von diesem weg gerichtet ist. Die Rückseite des Rotors 2 kann glatt sein oder mit Rippen, Erhöhungen od.dgl. versehen sein, um ein
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Stauen der Suspension hinter dem Rotor zu verhindern.
Es wurde festgestellt, dass, um eine in jeder Hinsicht optimale Mischung zu erreichen, das Verhältnis zwischen der Spaltlänge £, der Spalthöhe h und dem Durchmesser des Rotors für jede Rotorgeschwindigkeit und Produktionshöhe durch den Mixer "besonders bestimmt werden sollte. Als Beispiel kann darauf hingewiesen werden, dass für drei kreisförmige Spalte mit h = 4 mm, £. = 50 mm und einem Rotordurchmsser von 500 mm die Kapazität von 450 Tonnen t je 24 Stunden bei einer Pulpenkonzentration von 8 - 12 °/o gemessen wurde. Die Rotorgeschwindigkeit war 750 U/min. Die Berechnung des Mixers war im wesentlichen in einer Versuchsanlage für Sauerstoffgaszerfaserung bei einer mittleren Pulpenkonzentration von (5 - 20 c/d), vorzugsweise 10$ durchgeführt worden. Bei der Berechnung des Mixers wurde die Reaktionskinetik für die Sauerstoffgaszerfaserung bei mittlerer Pulpenkonzentration mit der Kinetik von Säuerstoffgaszerfaserung bei etwa 50$ Pulpenkonzentration verglichen. Durch die beschriebene Ausbildung des Mixers wurde ein erstaunlich gutes Resultat erzielt.. Die durch den beschriebenen Mixer erreichten 'Bleichergebnisse waren im gesamten in jeder Beziehung ebenso gut, wie bei Sauerstoffgaszerfaserung bei 30?ä Pulpenkonzentration (Gasphasenb!eichen).
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Claims (1)

  1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr. fc£. Assmann -Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
    PATENTANWÄLTE
    ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    40/4/Zi Sunds Defibrator Aktiebolag, Sundsvall (Schweden)
    Patentansprüche :
    1J Verfahren zum kontinuierlichen Einmischen von Behandlungs-""""' medien in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand in eine Pulpensuspension,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Pulpensuspension durch einen Einlass (4) in die Mitte eines zylindrischen Rotors (2) mit einer- ebenen Stirnfläche zugeführt·wird, das Behandlungsmedium durch den Pulpeneinlass (4) zugeführt wird, dass die Pulpe und das Behandlungsmedium zuerst nach aussen, entlang der ebenen Oberfläche des Rotors und dann im wesentlichen axial in Form von wenigstens einer dünnen Schicht durch wenigstens einen Ringspalt (9) strömt und Turbulenz in der Suspension erzeugt wird, wenn die Strömungsrichtung von der nach aussen gerichteten Strömung in die im wesentlichen axiale Strömung wechselt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    . dadurch gekennzeichnet , dass das Behandlungsmedium durch den Pulpeneinlass (4) in die Mitte des Rotors (2) zugeführt wird.
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    5. Verfahren nach. Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet ,· dass die Turbulenz in der Pulpensuspension auch in der Pulpeschicht innerhalb des Spaltes (9) erzeugt wird.
    4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , dass die Konzentration der Pulpensuspension 5 - 20 fo beträgt.
    5. Vorrichtung zum kontinuierlichen Einmischen eines Behandlungsmediums in gasförmigem und/oder flüssigem Zustand in eine Pulpensuspension mit einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass für die Pulpe und mit einem Einlass für das Behandlungsmedium,
    dadurch gekennzeichnet , dass
    - das Gehäuse (1) einen zylindrischen Rotor (,2) mit einer ebenen Stirnfläche und einen Stator (8) einschliesst, die zwischen sich wenigstens einen im wesentlichen axial verlaufenden Ringspalt (9) bilden,
    - dass der Pulpeneinlass (4) in die Mitte der Stirnfläche des Rotors (2) mündet,
    - dass der Einlass (6) für das Behandlungsmedium in den Pulpeneinlass (4) mündet,
    - dass Bauteile (10,14) am Umfang des Rotors (2) unmittelbar vor dem Spalt (9) angeordnet sind, um eine Turbulenz in der Suspension zu erzeugen, und
    - dass der Auslass (5) am Umfang des Gehäuses an der anderen Seite des Spaltes (9) liegt.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet', dass der Pulpeneinlass (4) und der Einlass (6) für das Behandlungsmedium in die Mitte des Rotors (2) münden.
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    7. Vorrichtung nach Anopruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet , dass der Auslass (5) tangential gerichtet ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit einem Raum (11) zum Sammeln von groben Material ausgestattet ist, das nicht durch den Spalt(9) gehen kann.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet , dass die Turbulenz erzeugenden Bauteile (12,13) im Spalt (9) liegen.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spalte (9) zwischen mit dem Rotor (2) bzw. dem Stator (8) verbundenen konzentrischen Ringen gebildet sind (fig.' 7,8)
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