DE3123873C2

DE3123873C2 - Vorrichtung zum Einmischen von Behandlungsmedium in eine Suspension

Info

Publication number: DE3123873C2
Application number: DE3123873A
Authority: DE
Inventors: Finn Karlstad Jacobsen
Original assignee: Kamyr AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1980-08-19
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1986-01-02
Also published as: ATA271481A; US4427489A; NO812025L; JPS6325117B2; DE3123873A1; AT378542B; BR8105289A; NO152240C; JPS5739293A; CA1174666A; FI75099B; NO152240B; SE8005823L; FI811833L; FR2488812A1; FI75099C; FR2488812B1; SE438273B

Abstract

Vorrichtung zum Einmischen von Behandlungsmedium in Suspensionen, insbesondere Zellulosefaserbrei. Die Vorrichtung besteht aus einem angetriebenen Rotor, welcher den Querschnitt für den Suspensionsstrom in einem Gehäuse ausfüllt, jedoch mit Ausnahme einer oder mehrerer Öffnungen in dem Rotor. In Verbindung mit diesen Öffnungen wird Behandlungsmedium durch Höhlungen in der Welle und dem Rotor in die Suspension eingelassen. Die Vorrichtung benutzt das Prinzip der Fluidisierung der Suspension. Sie ist im wesentlichen für Suspensionen mit etwa 5 bis 15% Feststoffen bestimmt.

Description

45

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einmischen von Behandlungsmedium in eine Suspension mit einem Behälter, durch den die Suspension hindurchbewegt wird, und mit einem in dem Behälter angeordneten und über eine Hohlwelle rotierend antreibbaren Hohlkörper, dessen Innenhohlraum über die Hohlwelle mit der Quelle des Behandlungsmediums verbunden ist und dessen Außenwand mit wenigstens einer öffnung versehen ist, durch die das Behandlungsmedium der Suspen- sion zugesetzt wird.

Es ist eine Vorrichtung der genannten Art bekannt (DD-PS 85 953), bei welcher der Hohlkörper als Pumpenkreisel ausgebildet ist, welcher eine möglichst kleine Turbulenz hervorrufen soll, um eine wirksame Förderung, nämlich eine Zirkulation einer Gärflüssigkeit, zu erreichen, wobei dieser Gärflüssigkeit gleichzeitig Luft zugesetzt wird. Mit einer solchen Vorrichtung ist das Einmischen eines Mediums in die Gärflüssigkeit nicht sehr wirksam möglich.

Es sind auch Mischvorrichtungen für Zellstoffbrei oder Papierbrei bekannt (SE-PS 1 72 981 und SE-PS 54 789), bei welchen der Brei eine oder mehrere bewegbare Auslaßöffnungen für Behandlungsmedium durchsetzt In beiden Fällen bilden die öffnungen spiralförmige »Spuren« in dem Brei, da der Zellstoff- bzw. Papierbrei eine mehr oder weniger lineare Strömung aufweist und sich die öffnungen in Kreisen bewegen. Ein Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß ein Teil des Breies sich in einem Abstand von den Auslaßöffnungen vorbeibewegt, was bedeutet, daß gewisse Teile des Breies nicht ihren Teil am Behandlungsmedium erhalten. Da ferner die öffnungen in den beiden genannten Fällen in Verbindung mit Flügeln oder Armen angeordnet sind, die in einem Durchflußquerschnitt des Breies rotieren, ergibt sich ein beträchtlicher Widerstand und damit ein erhöhter Leistungsverbrauch, der mit höherer Konzentration des Breies ansteigt

Die Wirksamkeit einer Verteilung und Einmischung eines Behandlungsmediums im eine Suspension ist von vielen Faktoren abhängig, wie z. B. von der Konzentration der Suspension in bezug auf die Flüssigkcits- oder Gasmenge, die zugesetzt werden soll, die Löslichkeit der zugesetzten Flüssigkeit oder des zugesetzten Gases in der Suspensionsflüssigkcii: und auch von der Reaktionsgeschwindigkeit der zugesetzten Medien mit den Bestandteilen der Breisuspenision. Allgemein kann festgestellt werden, daß mit höherer Konzentration der Feststoffteilchen oder Fasern in der Breisuspension, es um so schwieriger ist Behandlungsmedium so einzumischen, daß es in dt.- Suspension gleichmäßig verteilt wird. Allgemein kann auch festgestellt werden, daß es umso wichtiger ist, das Medium oder die Medien so schnell und gleichmäßig wie möglich zu verteilen und einzumischen, je schneller die zugesetzten Medien mit der Suspension reagieren. Dies tritt z. B. auf während der Behandlung von Zellstoffbrei mit Chlor in Verbindung mit der Bleichung von Zellstoffbrei bzw. Papierbrei. Chlor besitzt eine besonders schnelle Anfangsreaktion mit dem Zellstoffbrei bzw. Papierbrei, und, um den Brei nicht mit einer unerwünschten Flüssigkeitsmenge zu verdünnen, wird es meist als Gas zugesetzt das in einer verhältnismäßig geringen FiiVsigkeitsmenge zu verteilen ist, was aber wiederum bedeutet daß leicht Probleme auftreten können, diese verhältnismäßig kleine Menge zu verteilen und einzumischer. Ganz besondere Probleme treten somit auf, wenn die Zellstoffbreibzw. Papierbreisuspension eine verhältnismäßig hohe Faserkonzentration besitzt Da in den meisten anderen Behandlungsstufen in industriellen Bleichanlagen die Zellstoffbrei- bzw. Papierbreikonzentration normalerweise auf etwa 10% gehalten wird, ist es auch erwünscht, andere Behandlungen als mit Chlor bei der gleichen Konzentration durchführen zu können, so daß in der Bleichanlage gleichartige Einrichtungen /erwend*:t werden können. Dies hat insbesondere eine Bedeutung dafür, daß zwischen den Behandlungsstufen gleichartige Waschvorrichtungen ermöglicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher das Einmischen von Behandlungsmedium oder von Behandlungsmedien in die Suspension besonders wirksam möglich ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht daß der Hohlkörper als hohle Kreisscheibe ausgebildet ist, deren Ebene rechtwinklig zur Hohlwelle verläuft daß die Kreisscheibe mit ihrem Außenumfang bis nahe an die Innenwand des Behälters reicht, daß die Kreisscheibe wenigstens eine Durchflußöffnung für die Suspension aufweist und daß die öffnung oder die öffnungen für den Durchtritt des Behandlungsmediums oder der Be-

handlungsmedien in der Seitenwand der Durchflußöffnung vorgesehen ist bzw. sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Durchflußöffnung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Mediums erreicht Dabei wird durch den im Querschnitt verkleinerten Strömungsdurchfluß in der verkleinerten Öffnung ein hohes Dnickdifferential erreicht, wodurch eine große Turbulenz erzeugt und auf die Suspension eine Verflüssigungswirkung ausgeübt wird, in welchem Zustand das Einmischen eines Mediums in die Suspension besonders wirksam ist Durch die Erfindung wird auch eine schonende Verteilung und Einmischung eines oder mehrerer Behandlungsmedien in schonender Weise ermöglicht, und zwar mit einem minimalen Leistungsverbrauch, so daß das Behandlungsmedium oder die Behandlungsmedien in erster Linie gleichmäßig -^;n der Suspension verteilt werden. Ferner wird eine gleichmäßige Verteilung dadurch sichergestellt, daß die gesamte Breisuspension durch die Durchflußöffnung gedrängt wird. Dadurch ist es möglich, auch kleine Mengen an Behandlungsmediiira oder Behandlungsrnedien in der Suspension wirksam zu verteilen und in die Suspension einzun?>schen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im wesentlichen aus einer Welle und einem Rotationskörper besteht, die in einem als gebogenes Rohr ausgebildeten Gefäß angeordnet sind,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den rotierenden Körper mit einer Durchflußöffnung für den Zellstoffbrei oder Papierbrei und

F i g. 3 bis 7 verschiedene Formen der Durchflußöffnung.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht aus einem scheibenförmigen Rotationskörper 1, der an einer Welle 2 befestigt ist, die durch eine Stopfbüchse 3 zu einem Lager und einer Antriebsvorrichtung 4 verläuft Die Stopfbuchse 3 ist in einem gebogenen Behälter oder Gehäuse 5 angeordnet das mit Verbindungsflanschen 6 für ein Einlaßrohr und 7 für ein Auslaßrohr versehen ist Die zuletztgenannten Rohre sind nicht dargestellt. Der Körper 1 füllt im wesentlichen dsn Durchflußquerschnitt des Körpers 5 aus, wobei sein Umfang sich nahe der Innenwand des Behälters befindet und sich an diesei Innenwand entlang bewegt. Die Welle 2 besitzt eine sich in Längsrichtung erstreckende innere Höhlung 11, die mit einem Hohlraum im rotierenden Körper in offener Verbindung steht, die wioerum in einer großen oder mehreren kleineren Düsenöffnungen 22 in der Durchflußöffnung 20 endet Die Höhlung 12 hat eine Form, wie sie deutlicher aus F i g. 2 ersichtlich ist Am anderen Ende des Hohlraumes der Welle sind eine oder mehrere öffnungen 13 angeordnet, die während der Rotation in offene Verbindung mit einem Einlaß 14 für Behandlungsmedien kommen.

In F i g. 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in F i g. 1 in bezug auf eine sektorförmige Durchflußöffnung 20, die den Rotationskörper in axialer Richtung durchsetzt In der Wand 21 zwischen der Höhlung 12 des Körpers und der öffnung 20 befinden sich verschiedene Öffnungen 22, die runde Löcher oder Schlitze sein können. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, die ganze Wand 21 offet zu lassen, so daß die Höhlung 12 in einem radialen Schlitz in der gesamten radialen und axialen Erstreckung der öffnung 20 endet Hierdurch dieni eine zusammenlaufende Form der öffnung, wie sie in der Figur gezeigt ist, dazu, zu verhindern, daß Zellstoffbrei oder Papierbrei weiter eindringt und den Behandlungsmediumeinlaß verstopft, wenn sich der Apparat in Ruhe befindet Die zusammenlaufende Form macht es leicht, eine mögliche Verstopfung zu lösen, wenn der Druck auf das Behandlungsmedium aufgebracht wird.

Mit der Anordnung der Auslässe 22, wie sie dargestellt sind, sollte der Körper im Uhrzeigersinn rotieren, wie es durch den Pfeil 23 angedeutet ist

Entsprechende Bezugszeichen sind auch in den anderen Figuren verwendet worden. Die F i g. 3 bis 6 zeigen den oberen Teil des Rotationskörpers nach F i g. 2 mit den folgenden Formeln der Durchflußöffnung 20.

F i g. 3 zeigt eine rechteckförmige Öffnung 20 mit radialer Erstreckung.

F i g. 4 zeigt eine rechteckförmige Öffnung 20 mit radialer Erstreckung, die sich ferner aus dem Umfang des Körpers herauserstreckt und den Uniting durchbricht F i g. 5 zeigt eine kreisförmige DurchflnBöffnung 20.
F i g. 6 zeigt zwei Durchflußöffnungen 20, die jeweils eine innere Höhlung 12' und 12" aufweisen.

F i g. 7 zeigt einen Teil der Welle 2 mit dem Rotationskörper i und einer Durchflußöffnung 20, wie sie in Fig.4 gezeigt ist wobei diese Durchflußöffnung 20 aber radial geneigte Seitenflächen 25,26 besitzt so daß während der Rotation in Richtung das Pfeiles 23 diese Flächen dazu beitragen, aufgrund eines gewissen Vortriebseffektes den Zellstoffbrei oder Papierbrei durch die öffnung nach rechts zu transportieren. In den Ausführungen nach F i g. 1 und F i g. 7 strömt der Zellstoffbrei bzw. Papierbrei von links nach rechts, jedoch ist eine entgegengerichtete Strömungsrichtung auch möglich. In dem Ausführungsbeispiel mit der Rotorscheibe nach F i g. 7 muß natürlich die Rotationsrichtung entgegengesetzt zu dem Pfeil 23 verlaufen.

Es wird darauf hingewiesen, daß auch dann, wenn in F i g. 6 nur mehrere Durchflußöffnungen 20 gezeigt sind, es offensichtlich ist, daß die Zahl der Öffnungen beliebig gewählt werden können, um sie irgendeiner der gezeigten Ausführungen anzupassen. Die am meisten bevorzugte Ausführung besteht aus einem rechteckigen Schlitz, der in radialer Richtung eine gräßere Ausdehnung hat als in Umfangsrichtung. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen den Auslaßdüsen für das zugesetzte Behandlungsmedium und den Teilchen für alle Teilchen etwa gleich, und ferner wird eine Turbulenz in der ganzen öffnung erzeugt, wenn enge öffnungen verwendet werden, was sowohl für das Einmischen als auch für die Durchströmung vorteilhaft ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Zellstoffbrei oder Papierbrei mit einer gewissen Konzentration, z. B. etwa 8 bis 12%, wird der Vorrichtung in einem kontinuierlichen Strom durch eine nichtgezeigte horizontale Leitung zugeführt, die mit dem Einlaßflansch 6 in F i g. 1 verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung 4 dreht die Welle 2 und den Rotationskörper 1 mit einer gegebenenfalls veränderbaren Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 300 bis 1500 Umdrehungen pro Minute.

Die Oberfläche des Körpers 1, welche der Zellstoffbrei- bzw. Papierbr.-j.strömung zugekehrt ist, glatt, so daß eine sehr geringe Leistung verbraucht wird. Der Zellstoffbrei oder Papierbrei wird durch den Leitungs-

druck durch die Öffnung oder die Öffnungen 20 gedrängt, während gleichzeitig das gewünschte Behandlungsmedium durch den Einlaß 14, die Öffnungen 13 und die Höhlungen 11,12 durch die DUsenöffnung oder Öffnungen 22 in der — in Drehrichtung 23 gesehen — Vorderwand der Öffnung 20 zugesetzt wird. Der Rotationskörper 1 rotiert mit seinem Umfang nahe dem Gehäuse 5, z. B. mit einem Abstand von 0,5 mm, so daß der Zellstoffbrei oder Papierbrei, der zwischen dem Gehäuse und dem Körper hindurchtritt, vernachlässigbar ist. Der Zellstoffbrei oder Papierbrei, der durch die Öffnung 20 strömt, fließt weiter durch das Gehäuse 5 und verläßt das Gehäuse durch eine nicht dargestellte Leitung, die mit dem Auslaßflansch 7 verbunden ist. Während des Durchganges durch die Öffnung oder Öffnungen 20 wird eine verhältnismäßig kleine Geschwindigkeitserhöhung erzeugt, die in Verbindung mit der schnellen Rotation des Körpers eine notwendige turbulente Strömung und Fluidisierung des Breies erzeugt, was die bestmöglichen Bedingungen für eine wirksame Ein mischung des Behandlungsmediums sicherstellt, welches durch die Öffnungen 22 ausfließt. Die Größe der Öffnung 20 und die Umfangsgeschwindigkeit sollten so gewählt werden, daß die Relativgeschwindigkeit des Breies durch die Öffnung im Fluidisierungsbereich für den Brei der vorliegenden Art und Konzentralion liegt. Hierdurch wird auch die Möglichkeit der Verdickung und des Verstopfens der Öffnung ausgeschaltet. Die Öffnung 20 sollte allgemein nicht größer sein, als sie in einem Sektor von maximal 45* des Körpers angeordnet werden kann.

Während tatsächlich durchgeführter Experimente hat sich erwiesen, daß die Vorrichtung im Vergleich mit bekannten Geräten einen minimalen Leistungsverbrauch hat. Der Leistungsverbrauch wird im wesentlichen durch die Reibung zwischen den Breifasern und dem Rotationskörper hervorgerufen. Das Druckdiffe- __An4J_Al ;_{n nu};_nU_r Dlnkhinn s4hi*/n1i Α\λ Affmmor On Ιαα

I blltlOI III BAIUIWI IMVIIIUIIg Uut«,*· M.-w W.......Q _-~ ,„_β

zwischen 1 und 3 Meter Wassersäule (0,1 bis 0,3 kg/cm²). Bei Verwendung einer veränderbaren Antriebsgeschwindigkeit mit 300 bis 1500 Umdrehungen pro Minute hat sich ein Leistungsverbrauch von weniger als 40 PS ergeben, und zwar im wesentlichen Abhängigkeit von der Breimenge, welche die Vorrichtung durchsetzt hat. Der geringe Leistungsverbrauch kann auf der Tatsache beruhen, daß der Breistrom nur während des Bruchteiles einer Sekunde in turbulente Bewegung versetzt wird. Flüssigkeit, Gas, Pulver oder deren Mischungen können als Behandlungsmedium zugesetzt werden. Das vorgenommene Einmischen ist im wesentlichen das Ergebnis der Kombination der gleichmäßigen Verteilung des Behandhingsmediums in den verhältnismäßig schnell strömenden Brei durch die Strömungsöffnung und die Turbulenz, die während und nach dem Durchgang durch diese Öffnung erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

60 65

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einmischen von Behandlungsmedium in eine Suspension mit einem Behälter, durch den die Suspension hindurchbewegt wird und mit einem in dem Behälter angeordneten und über eine Hohlwelle rotierend antreibbaren Hohlkörper, dessen Innenhohlraum über die Hohlwelle mit der Quelle des Behandlungsmediums verbunden ist und dessen Außenwand mit wenigstens einer öffnung versehen ist, durch die das Behandlungsmedium der Suspension zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper als hohle Kreisscheibe (1) ausgebildet ist, deren Ebene rechtwinklig zur Hohlwelle (2) verläuft, daß die Kreisscheibe mit ihrem Außenumfang bis nahe: an die Innenwand des Behälters (5) reicht, daß die Kreisscheibe wenigstens eine Durchflußöffnung (20) für die Suspension aufweist und daß die öffnung (22) oder die Öffnungen für den Durchtritt des Behandlungsmediums in der Seitenwand der DufCnPiuuuifniing (2G) vorgesehen ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (20) in einem Sektor von 45" des Querschnitts der Kreisscheibe (1) liegt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (20) schlitzförmig ausgebildet ist und in radialer Richtung eine größere Abmessung hat als in Umfangsrichtung.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine öffnung (22) — in Drehrichiung der Kreisscheibe gesehen — in der Vorderseite: der Durchflußöffnung (20) angeordnet und als Düsenöifnung (22) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (22) schlitzförmig ausgebildet ist, wobei die radiale Ausdehnung etwa gleich der Ausdehnung der Durchflußöffnung (20) ist