DE3109530C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einmischen eines gasförmigen und/oder flüssigen Behandlungsmediums in eine Pulpensuspension.

Aus der DE 26 08 425 B2 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Ver­ teilen und Einmischen von Gas und/oder Flüssigkeit in Pulpensuspen­ sionen hoher Konzentration bekannt, wobei die Pulpensuspension tan­ gential zu einem in einem feststehenden Gehäuse rotierenden Rotor eingeleitet wird, während das zuzumischende Behandlungsmedium zentral eingeführt wird. Das flüssige Behandlungsmedium wird beim Einführen als Schicht oben auf die unmittelbar vorher zugeführte Pulpe verteilt, welche als Schicht an der zylindrischen Innenfläche des zylindrischen Teils des Gehäuses dadurch rotiert, daß der mit Schaufeln auf dem Umfang versehene Rotor die zugeführte Pulpe über den Umfang verteilt. Im Verlaufe des Betriebs wird nach und nach eine weitere Pulpe- bzw. Faserschicht auf die Außenseite der ersteren Schicht aufgebracht und eine neue Schicht des Behandlungsmediums darübergelegt. Auf diese Weise werden wiederholt Schichten aufgebaut, die sich nach einwärts und nach auswärts gegen den Auslaß hin bewegen, der am Ende eines trichterförmigen Abschnitts in der Rotorachse ange­ ordnet ist.

Weiterhin ist aus der DE 29 20 337 A1 ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Behandlung von Fasersuspensionen bekannt, wobei das Behandlungsmedium immer in den Zwischenraum zwischen Rotor und Gehäuse eingeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß man ein homogenes und wirkungsvolles Einmischen eines gasförmigen und/oder flüssigen Behandlungsmediums in eine Pulpensuspension, insbesondere bei mittlerer Konzentration erhält.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 erreicht. Dadurch, daß die Pulpen­ suspension und das Behandlungsmedium nicht in verschiedenen Richtungen bezüglich des Rotors eingeführt, sondern durch den gleichen Einlaß eingebracht werden, durch den auch die Pulpensuspension eingeleitet wird, ergibt sich ein augenblickliches und intensives Vermischen von Pulpensuspension und Behandlungsmedium durch den gemeinsamen Strömungsweg von der Mitte des Rotors radial nach außen unter Turbu­ lenzbildung und Umkehr der Strömungsrichtung durch den axialen Ring­ spalt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren An­ sprüchen angegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schrägansichten der abgewandelte Einzelteile der Vor­ richtung,

Fig. 5 und 6 Schnitte entlang der Linien V-V, bzw. VI-VI in Fig. 3 bzw. Fig. 4,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform von Teilen der Vorrich­ tung, und

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem zy­ lindrischen Gehäuse 1, in welchem ein zylindrischer Rotor 2 drehbar ist, welcher in einem äußeren Lagergehäuse 3 abgestützt und durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben ist. Der Einlaß 4 liegt zentrisch zu dem zylindri­ schen Rotor, während der Auslaß 5 tangential an dem zylin­ drischen Gehäuse 1 liegt. Der Einlaß 6 für die Chemikalien­ zuführung liegt konzentrisch im Einlaß 4 und mündet zur 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 notwendigerweise in die Rotormitte 7. Zwischen dem zylindri­ schen 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 Ge­ häuses 1 selbst begrenzt sein. Die Spalthöhe h soll 1-30 mm, zweckmäßigerweise 2-10 mm und vorzugsweise 3-5 mm be­ tragen. Die Spaltlänge l soll so groß sein, daß eine wirkungs­ volle Mischung im Spalt erreicht wird. Die Spaltlänge l sollte daher ein mehrfaches größer, als die Spalthöhe h, z. B. das 3-25fache, zweckmäßig 5-20fache und vorzugsweise das 10-15fache sein. Am weitesten außen am Umfang des Rotors liegt eine Anzahl von Reinigungsfingern 10. Eine Kam­ mer 11 am Boden des Gehäuses 1 wirkt als Abfallsammler. An­ statt der Reinigungsfinger können auch andere Bauteile, z. B. halbkugelförmig vorspringende Teile 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 über den Einlaß 4 zugeführt. In­ folge der Drehung des zylindrischen Rotors 2 wird ein Schub­ feld 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 hin durch­ treten läßt. Durch Wirkung des mit intensiver Schubwirkung arbeitenden Feldes werden sowohl am Eintritt, als auch inner­ halb des Spaltes die Fasern der Aufschwemmung sehr wirkungs­ voll aufgeschlossen. Die auf diese Weise durch den Spalt ge­ führte Pulpe wird dann durch den Auslaß 5 aus­ gepreßt.

In der gleichen kontinuierlichen Weise, wie die Pulpe zugeführt wird, wird das Behandlungsmedium eine Chemikalie oder Chemikalien, 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 Ro­ tors, wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein weiterer Vorteil zu­ sätzlich 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 ge­ bildeten Chemikalienschicht wesentlich vermindert wird. Die­ ses Phänomen ist insbesondere bemerkenswert, wenn gasförmige Chemikalien in der Art von Chlor- oder Sauerstoffgas verwen­ det werden. Da auf diese Weise die Reibung zwischen der Sus­ pension 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 obenerwähnten Reinigungsfinger 10 dienen zusätzlich zu ihrer Wirkung als "Kratzförderer" zur Kammer 11 auch als Mittel zum Aufschließen und Mischen der Fasern, wenn die Pulpe und die Chemikalien in den Spalt eintreten.

Um das Mischen in dem Spalt bei größeren Spalthöhen h, z. B. über 5 mm zu verbessern, wurden einige unterschiedliche Tur­ bulenz erzeugend Bauteile am Rotor 2 bzw. am Stator 8, wie in Fig. 3-6 dargestellt, mit gutem Erfolg erprobt. Die Auf­ gabe war es, die Energieumsetzung im Spalt, d. h. die Energie­ übertragung vom Rotor 2 über die Pulpeschicht auf den Stator 8 zu erhöhen, um die Mischkapazität zu verbessern. Diese Tur­ bulenz erzeugenden Bauteile können z. B. die Form von Stiften 12 oder Streifen 13 haben, die über den Rotor bzw. den Stator verlaufen.

Die Stifte können auch 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 letzt­ erwähnten Fall müssen sie miteinander vorbei verlaufen.

Es können ein oder mehrere umlaufende Streifen 13 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 ist, den Rotor und den Stator so auszulegen, daß, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, mehrere Spalte gebildet werden. Die Anzahl der Spalte kann 3-7, zweckmäßigerweise 3-5 und vorzugsweise 3 betragen. Auf diese Weise wird der freie Durchgangsbereich und damit die Kapazität bei Bei­ behaltung 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 ver­ teilen, ist eine Anzahl von "Speichen" 14 am Rotor vor den Spalten vorgesehen, wobei die Speichen zusätzlich zu der Wirkung als Kratzförderer und Faseraufschließer auch zur Bildung von Turbulenz und zur gleichmäßigen Verteilung der Chemikalien über die verschiedenen Spalten dienen.

Die Stirnseite des Rotors 2 kann eben oder kegelförmig ver­ laufen, wobei die Spitze zum Einlaß 4 oder von diesem weg gerichtet ist. Die Rückseite des Rotors 2 kann glatt sein oder mit Rippen oder Erhöhungen versehen sein, um ein Stauen der Suspension hinter dem Rotor zu verhindern.

Es wurde festgestellt, daß, um eine in jeder Hinsicht opti­ male Mischung zu erreichen, das Verhältnis zwischen der Spalt­ länge l, der Spalthöhe h und dem Durchmesser des Rotors für jede Rotorgeschwindigkeit und Durchsatz gesondert bestimmt werden sollte. Als Beispiel kann darauf hingewiesen werden, daß für drei kreisförmige Spalte mit h = 4 mm, l = 50 mm und einem Rotordurchmesser von 500 mm die Kapazität von 450 Tonnen t je 24 Stunden bei einer Pulpenkon­ zentration von 8-12% gemessen wurde. Die Rotorgeschwindig­ keit war 750 U/min. Die Berechnung war im wesent­ lichen in einer Versuchsanlage für Sauerstoffgaszerfaserung bei einer mittleren Pulpenkonzentration von 5-20%, vor­ zugsweise 10% durchgeführt worden. Bei der Berechnung wurde die Reaktionskinetik für die Sauerstoffgaszer­ faserung bei mittlerer Pulpenkonzentration mit der Kinetik von Sauerstoffgaszerfaserung bei etwa 50% Pulpenkonzentration verglichen. Durch die beschriebene Ausbildung wur­ de ein erstaunlich gutes Resultat erzielt. Die erreichten Bleichergebnisse waren im ge­ samten in jeder Beziehung ebenso gut, wie bei Sauerstoffgas­ zerfaserung bei 30% Pulpenkonzentration (Gasphasenbleichen).

Claims (10)

1. Verfahren zum Einmischen eines gasförmigen und/oder flüssigen Behandlungsmediums in eine Pulpensuspension, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpensuspension durch einen Einlaß zur Mitte der ebenen Stirnfläche eines zylindrischen Rotors geleitet wird, das Behandlungsmedium dem Einlaß für die Pulpensuspension so zugeführt wird, daß die Pulpensuspension und das Behandlungsmedium zunächst nach außen, entlang der ebenen Stirnfläche des Rotors, und dann im wesentlichen axial in Form einer dünnen Schicht durch mindestens einen Ringspalt zwischen dem Rotor und dem äußeren feststehenden Gehäuse strömen, daß eine Turbulenz in der Pulpen­ suspension erzeugt wird, wenn die Strömungsrichtung von der radial nach außen gerichteten Strömung in die im wesentlichen axiale Strömung wechselt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmedium durch den Pulpen­ einlaß in die Mitte des Rotors zugeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz in der Pulpensuspension auch in der Pulpeschicht innerhalb des Spaltes aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konzentration der Pulpensuspension von 5 bis 20% eingestellt wird.

5. Vorrichtung zum Einmischen eines gasförmigen und/oder flüssigen Behandlungsmediums in eine Pulpensuspension, mit einem Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Pulpe und mit einem Einlaß für das Behandlungsmedium, sowie einem Rotor in dem Gehäuse, 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 ver­ laufenden Ringspalt (9) bilden,
• - daß der Pulpeneinlaß (4) zur Mitte der Stirnfläche des Rotors (2) mündet,
• - daß der Einlaß (6) für das Behandlungsmedium in den Pulpeneinlaß (4) mündet,
• - daß Bauteile (10, 14) am Umgang des Rotors (2) unmittel­ bar 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 an­ deren Seite des Spaltes (9) liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (6) für das Behandlungsmedium in die Mitte des Rotors (2) mündet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (5) tangential gerichtet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit einem Raum (11) zum Sammeln von grobem Material, das den Spalt (9) nicht passieren kann, ausgestattet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz erzeugenden Bauteile (12, 13) im Spalt (9) liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spalte (9) zwischen mit dem Rotor (2) oder dem Stator (8) verbundenen konzentrischen Ringen gebildet sind.