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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Einleitung eines ersten Fluids in ein in einer
Leitung strömendes
zweites Fluid, wobei die Vorrichtung ein erstes Glied mit einem
Durchgangskanal für
das zweite Fluid enthält.
Das erste Glied ist vorzugsweise so angeordnet, dass es einen Querschnitt
in der Leitung bildet, und die Vorrichtung enthält eine oder mehrere Kammern,
die sich mindestens um einen Hauptlängsteil des Umfangs des Durchgangskanals
herum erstrecken. Zwischen dem Innenteil der Kammer und dem Durchgangskanal
ist eine Wand vorgesehen, und es sind Mittel vorgesehen, die in
der Kammer einen höheren
Druck aufrechterhalten sollen als im Durchgangskanal, wobei die
Mittel zur Aufrechterhaltung des Drucks das erste Fluid von einer
Druckquelle der Kammer zuführen sollen.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Es sind zum Beispiel aus der SE 468
341 und der SE 502 393 Verfahren und Vorrichtungen der oben erwähnten allgemeinen
Art bekannt. Die in der SE 502 393 beschriebene Vorrichtung wird
häufig
als Mischer in den Bleichabteilungen der Zellulosanlagen verwendet,
um Dampf in einen Zellstoff einzumischen und so die Temperatur des
Zellstoffs auf eine Höhe
zu erhöhen,
die zur Erzeugung einer gewünschten
Reaktion mit einer gewünschten
Geschwindigkeit in einem anschließenden Bleichschritt wünschenswert
ist. Die Vorrichtung gestattet ein gutes Einmischen von Dampf in
die Zellstoffsuspension, jedoch ist es schwierig, die zur Regulierung
der Temperatur eingemischte oder hinzugefügte Dampfmenge zu steuern,
ohne gleichzeitig die Wirksamkeit des Mischschritts zu vermindern.
Das Einmischen von Dampf wird herkömmlicherweise durch ein Ventil
in der Dampfleitung zur Kammer reguliert. Wenn die Dampfversorgung
reduziert wird, um die Einmischgeschwindigkeit des Dampfes zu verringern,
nimmt jedoch auch der Druck in der Kammer ab, wodurch eine Druckdifferenz
zwischen dem Innenteil der Kammer und der Zellstoffsuspension in
der Leitung verursacht wird. Diese Druckdifferenz führt wiederum
zu einer Abnahme der Geschwindigkeit des Dampfes, wenn er in die
Durchgangsleitung für
den Zellstoff eintritt, was weiterhin zu einem verminderten Eindringen
des Dampfes in die Zellstoffsuspension führt.
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Des Weiteren ist es für die Vorrichtung
der oben beschriebenen Art und das Verfahren, zu dessen Durchführung eine
solche Vorrichtung verwendet wird, typisch, dass die Durchgangsleitung
als ein dünner,
ringförmiger
Durchgang für
das zweite Fluid ausgeführt
wird, von dem man annimmt, dass er einegute Einmischwirkung fördert. Ohne
darüber
zu entscheiden, ob diese Annahme richtig oder falsch ist, oder ob
sie möglicherweise
unter bestimmten Bedingungen zutrifft, lässt sich jedoch darauf schließen, dass
die Konstruktion in der Praxis zu bestimmten Problemen führt. Dies
würde wahrscheinlich
damit in Zusammenhang stehen, dass das erste Fluid bei seiner Injektion
mit hoher Geschwindigkeit in das durch den engen Spalt strömende zweite
Fluid mit dem Drosselkörper
zusammenwirkt, der in der Durchgangsleitung angeordnet ist, und
in der Vorrichtung wahrscheinlich aufgrund von Resonanzerscheinungen
starke Schwingungen entstehen können.
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Noch ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung
der oben erwähnten
Art (und des Verfahrens, zu dessen Durchführung eine solche Vorrichtung
verwendet wird) besteht darin, dass sie relativ schwer ist. Die
Gesamtkosten der Vorrichtung sind aufgrund des Materials, das normalerweise
aus qualitativ hochwertigem rostfreiem Stahl besteht, hoch, und
darüber
hinaus ist die Vorrichtung relativ schwer herzustellen.
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Ein weiterer Dampfmischer zur Erwärmung von
Schwarzlauge ist aus der FI92417B bekannt. Hier wird Dampf über kreisrunde
Löcher,
die in der Wand eines kreisförmigen
Durchgangskanals angeordnet sind, dem Schwarzlaugenfluss hinzugefügt. Die
kreisrunden Löcher
sind in mehreren Reihen um den Umfang der kreisförmigen Wand herum angeordnet,
und jede Reihe ist in einem axialen Abstand von benachbarten Reihen
angeordnet. Dies führt
zu einer Zunahme der Dampfzugabe, wobei es sich je nach Position
des Steuersperrglieds nicht um eine lineare Funktion handelt. Wenn
die Sperre damit beginnt, eine Reihe von Löchern zu öffnen, vergrößert sich
die geöffnete
Gesamtfläche
als eine Quadratwurzelfunktion der Position des Sperrglieds, bis
die Löcher
in einer Reihe 50% geöffnet
sind, und danach nimmt die geöffnete
Gesamtfläche
abfallend zu. Wenn die nächste
Lochreihe geöffnet
werden soll, wird diese Funktion wiederholt.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, das
bzw. die nicht den oben erwähnten
Grenzen oder Nachteilen unterliegt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, das bzw. die ein
effektives Einmischen eines ersten Fluids in ein zweites Fluid bereitstellt, ein
reguliertes Einmischen des ersten Fluids unter Aufrechterhaltung
eines guten Einmischens des ersten Fluids in das zweite Fluid und
unter den verschiedensten Temperatur-, Druck- und Fluidgeschwindigkeitsbedingungen
ermöglicht,
sich leicht automatisieren lässt,
um das richtige Einmischen zu erzielen, und sich leicht herstellen
und leicht montieren lässt. Eine
weitere positive Auswirkung der folgenden Erfindung besteht darin,
dass das Verfahren und die Vorrichtung relativ wenig Schwingungen
erzeugen. Die Erfindung zielt im Grunde darauf ab, eine Regulierfunktion
zum einstellbaren Einmischen eines ersten Fluids in ein zweites
Fluid zu erreichen. Die Ziele der Erfindung werden mittels einer
Vorrichtung nach Anspruch 1 und eines Verfahrens nach Anspruch 28 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die vorhergehenden Aufgaben und Vorteile der
vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen,
die durch Verwendung der Vorrichtung und Durchführung des Verfahrens erzielt werden
können,
gehen bei Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor.
Es zeigen in den Zeichnungen:
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1 eine
Seitendarstellung einer Vorrichtung zum Hinzufügen von sich in einer Leitung
befindenden Dampf;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach 1;
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3 eine
teilweise als Querschnitt ausgeführte
Seitenansicht der obigen Vorrichtung, bei der der Übersicht
halber mehrere Teile weggelassen worden sind;
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4 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform;
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5 eine
weitere Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Schnittansicht bei Betrachtung in Richtung der Pfeile A-A von 7;
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8 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Dichtungsplatte,
das heißt
des Sperrglieds;
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9 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform im Dichtungsglied.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Grundzüge der vorliegenden Erfindung sind
auf die Einleitung eines ersten Fluids in ein zweites Fluids anwendbar,
wobei es sich bei den Fluiden um Flüssig-, Gas- oder kombinierte
Phasen handeln kann und wobei partikelförmige Stoffe vorhanden sein
können.
Die vorliegende Erfindung ist besonders in Verbindung mit dem Einmischen
von Dampf in eine Suspension von Zellulosefasern (Zellstoff) in
einer Transportleitung für
Zellstoff in einer Bleichabteilung einer Zellulose-Mühle von Nutzen, um den Zellstoff
auf eine gewünschte
Temperatur vorzuheizen, die sich zum anschließenden Bleichschritt eignet. Somit
wird die Erfindung rein beispielhaft und nicht einschränkend im
Kontext des Einmischens von Dampf in eine Zellstoffsuspension beschrieben.
Es versteht sich, dass, ohne die vorliegende Erfindung einschränken zu
wollen, die Grundzüge
der vorliegenden Erfindung zum Beispiel auf das Einmischen anderer
Fluide als Dampf in ein zweites Fluid anwendbar sind, zum Beispiel
auf das Einmischen von Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff, Chlor,
möglicherweise
auch Ozon, oder auf das Einmischen einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel
einer pH-Einstellflüssigkeit,
Chlordioxid oder einer anderen Behandlungsflüssigkeit oder einer Verdünnungs flüssigkeit,
in das zweite Fluid, bei dem es sich nicht notwendigerweise um eine
Zellstoffsuspension handeln muss.
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Zunächst auf 1 Bezug nehmend, ist eine Vorrichtung
1 zum Hinzufügen
eines erstes Fluids zu einem zweiten Fluid in einer Leitung 2 (die
auch als Transportleitung bezeichnet wird) für ein zweites Fluid angeordnet.
In der beschriebenen Umgebung handelt es sich bei dem zweiten Fluid
um eine Zellstoffsuspension, die in dem hier beschriebenen Beispiel einen
mittelhohen Fasergehalt besitzt, das heißt eine „mittlere Konsistenz, MK", die sich auf einen
Trockensubstanzgehalt von 5–20%,
vorzugsweise 8–16%, bezieht.
Die Transportleitung 2 erstreckt sich zwischen einer MK-Pumpe
zu einem Behandlungsgefäß in einer
Bleichabteilung, wobei es sich gemäß dem Beispiel um einen Peroxid-Schritt
handeln kann. Die MK und das Behandlungsgefäß sind herkömmlicher Art und werden somit
in den Zeichnungen nicht dargestellt. Die Funktion und das Verfahren,
die bzw. das von der Vorrichtung 1 auszuführen ist,
bestehen darin, die Zellstoffsuspension in der Transportleitung 2 mit
einem ersten Fluid, zum Beispiel Dampf in dem beschriebenen Beispiel,
auf eine Temperatur vorzuheizen, die für den Bleichprozess geeignet
ist, zum Beispiel ca. 100°C.
Die Transportgeschwindigkeit des Zellstoffs in der Leitung 2 beträgt ca. 15
m/s, und der Zellstoff fließt
allgemein von rechts nach links in 1.
In der Transportleitung 2 ist in einem geeigneten Abstand
stromabwärts
von der Vorrichtung 1 ein Temperaturfühler 3 vorgesehen.
Ein erstes Fluid, wie zum Beispiel ein druckbeaufschlagter Dampf
in der beschriebenen Ausführungsform,
wird durch eine Zuführleitung 4 von
einer (nicht dargestellten) Druckquelle durch ein Absperrventil 5 zur
Vorrichtung 1 geleitet. Es versteht sich, dass die Begriffe
stromaufwärts
und stromabwärts
zur allgemeinen Bezeichnung der rechten und linken Seite der Leitung 2 in
der Ausrichtung der Vorrichtung nach der Darstellung in den Figuren
verwendet werden. Ein mittleres, erstes Glied 10 (siehe 3) besteht aus einem kreiszylindrischen,
rohrförmigen
Glied oder röhrenförmigen Körper mit
einer stromaufwärts
liegenden Einlassöffnung 7 und
einer stromabwärts
liegenden Auslassöffnung
B. Der röhrenförmige Körper 10 weist
eine Wand 6 mit dem gleichen Innendurchmesser wie der Innendurchmesser
der Leitung 2 auf, in der der röhrenförmige Körper 10 als Querschnitt
angeordnet ist. Das durch die Innenseite der Wand 6 definierte
Innere des röhrenförmigen Körpers 10 bildet
einen Durchgangskanal 9 zwischen der Einlassöffnung 7 und
der Auslassöffnung 8 für das zweite
Fluid, das in der Leitung 2 befördert wird. Es ist ein erster
sich nach außen erstreckender Flansch 11 zur Befestigung
des stromaufwärtigen
Endes der Vorrichtung an der Leitung 2 vorgesehen, und
es ist ein zweiter sich nach außen
erstreckender Flansch 12 zur Befestigung des stromabwärtigen Endes
der Vorrichtung an der Leitung 2 vorgesehen. Die Vorrichtung 1 enthält am stromaufwärtigen Ende
des röhrenförmigen Körpers 10 einen
ersten Flansch 11, der mit einer Innenwand 13 in
einer Kammer 14 für
Dampf zusammenwirkt, und am stromabwärtigen Ende des röhrenförmigen Körpers 10 einen
zweiten Flansch 16, der mit dem Flansch 12 zusammenwirkt.
Vorzugsweise sind die Flansche 11 und 13 auf herkömmliche
Weise, wie zum Beispiel durch Schrauben, aneinander befestigt, und
ebenso sind die Flansche 12 und 16 auf herkömmliche
Weise, wie zum Beispiel durch Schrauben, aneinander befestigt. Bei
einer Ausführungsform
liegt die kürzeste
Strecke quer durch den Durchgangskanal im Bereich der Öffnungen
zwischen einander gegenüberliegenden
Seiten der den Durchgangskanal definierenden Wand zwischen ca. 50
mm und ca. 800 mm. Wie in 1 gezeigt,
weisen die zu und von dem Mischer 1 führenden Rohre 2 im Wesentlichen
den Innendurchmesser des röhrenförmigen Körpers 10 auf, der
im bevorzugten Fall ca. 100 mm beträgt. Vorzugsweise weist das
ankommende Rohr 2 (stromaufwärtige Seite) über die
gesamte Strecke zwischen der Pumpe und dem Mischer 1 genau
den gleichen Durchmesser auf.
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Die Kammer 14 erstreckt
sich um den mittleren Teil des röhrenförmigen Körpers 10
herum und wird durch eine stromaufwärtige, kreisförmige Endwand 13,
eine stromabwärtige,
ringförmige
Endwand 17 und einen zylindrischen Mantel 18 definiert.
Die vordere Endwand 17 ist mit dem zylindrischen Mantel 18 verschweißt. Die
hintere Endwand 13, die vordere Endwand 17 und
der zylindrische Mantel 18 definieren oder bilden zusammen
ein Gehäuse 22,
das die umgebende Kammer 14 hält. Ein röhrenförmiges Verbindungsteil 19 erstreckt
sich von der Kammer 14 nach oben und enthält einen
sich nach außen
erstreckenden Flansch 21, durch den die Dampfleitung 4 mit
dem röhrenförmigen Verbindungsteil 19 und
folglich mit der Kammer 14 verbunden ist.
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Wie in den 1, 2 und 3 dargestellt, ist ein Ring 23 an
der Außenseite
des röhrenförmigen Körpers 10,
knapp vor der Mitte des röhrenförmigen Körpers, angeschweißt. Ein
Gehäuse 22 ist über Schrauben 26 an
dem mit der Außenseite
des röhrenförmigen Körpers 10 verschweißten Ring 23 befestigt. Dichtungen 24, 25 sind
zwischen dem Flansch 11 und der Wand 13 bzw. zwischen
der Wand 17 und dem Ring 23 angeordnet, und Dichtungsringe 27 sind zwischen
der Wand 13 und dem röhrenförmigen Körper 10 vorgesehen,
wie in 3 dargestellt.
Der Ring 23 könnte
deshalb auch als Teil der die Kammer 14 definierenden Vorderwand
betrachtet werden. Das Gehäuse 22 kann
bei Auseinanderbau der Vorrichtung 1 nach Lösen der
Schrauben 15 und 26 vom röhrenförmigen Körper 10 entfernt werden.
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In dem vorliegenden Beispiel weist
der röhrenförmige Körper 10 einen
Innendurchmesser von 100 mm auf. Der röhrenförmige Körper 10 weist bei der
dargestellten Ausführungsform
sieben Reihen oder Sätze
von kreisförmigen
Löchern
oder Öffnungen
auf, die allgemein mit 28a–28g bezeichnet werden
(obgleich nur den Sätzen 28a, 28b, 28c und 28g Bezugszahlen
gegeben worden sind), und die Öffnungen
verlaufen im Bereich des hinteren Teils der Kammer 14 durch
die Wand 6 des röhrenförmigen Körpers 10.
Jede dieser Reihen oder Sätze
von kreisförmigen
Löchern
umfasst zehn bis dreißig
Löcher, die
am Umfang des röhrenförmigen Körpers 10 verteilt
sind. Vorzugsweise werden für
jede Reihe oder für
jeden Satz von kreisförmigen
Löchern
zwanzig Löcher
verwendet. Die Mitte der Löcher
in jeder Lochreihe fällt
mit einer Radialebene des röhrenförmigen Körpers 10 zusammen.
Jedes Loch weist in dem beschriebenen Beispiel einen Durchmesser
von 8,5 mm auf, was bedeutet, dass der Abstand zwischen benachbarten
Löchern
kleiner ist als der Durchmesser der Löcher. Benachbarte Lochreihen sind
bezüglich
einander um den Umfang versetzt oder verschoben, so dass die Löcher in
einer speziellen Reihe in der Mitte zwischen den Löchern in
der nächsten
Reihe angeordnet werden, das heißt, die Mitte der Löcher liegt
in den Teilungsebenen zwischen den Löchern in der benachbarten Lochreihe. Der
axiale Abstand zwischen benachbarten Lochreihen ist auch kleiner
als der Durchmesser der Löcher. Die
Verbindungslinien zwischen Löchern
benachbarter Reihen bilden eine Zickzacklinie um den Umfang des
röhrenförmigen Körpers herum.
Diese Anordnung sorgt bei insgesamt 20 Löchern pro Satz x 7 Sätzen = 140
Löcher
gemäß dem Beispiel
dafür, dass
die Löcher
eine sehr enge Verteilung aufweisen.
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Die Löcher 28a–28g sind
an der Außenseite des
röhrenförmigen Körpers 10 mit
einem umgebenden Drahtgewebe 29 bedeckt, das verhindert,
dass Fasern durch die Löcher
in die Dampfkammer 14 gelangen. Das Äußere des Drahtgewebes 29 ist
wiederum auf der Außenseite
durch ein Gehäuse 30 bedeckt,
das mit einer Reihe von allgemein kreisförmigen Löchern 31 versehen
ist, die zu den Löchern 28a–28g koaxial
verlaufen. Das innere Glied 6 bildet somit mit dem äußeren Glied 30 eine
Sandwich-Konstruktion, wobei das Drahtgewebe 29 zwischen
diesen zylindrischen Glieder gequetscht ist. Das Drahtgewebe wirkt
als Filter und verhindert, dass Schmutzteilchen und Fasern in die
das erste Fluid zuführende Kammer
eintreten. Die kreisförmigen
Löcher
in dem äußeren Glied 30 weisen
einzeln mindestens die gleiche Größe, das heißt den gleichen Durchmesser,
wie die entsprechenden Öffnungen
des inneren Glieds 6, die auf die Öffnungen des äußeren Glieds
ausgerichtet sind, auf. An der Außenseite des Gehäuses 30, das
aus einem Lagermetall hergestellt sein kann und das somit als ein
Lagergehäuse
bezeichnet wird, befindet sich am Gehäuse gebildete Dichtungsplatte 32,
die passgenau am Lagergehäuse 30 anliegt.
Die Dichtungsplatte 32 ist zwischen einer vorderen oder stromabwärtigen Position,
wie in 3 gezeigt, in der
alle Löcher 28a–28g freiliegen
und freie Durchgänge
zwischen der Kammer 14 und dem Innenteil des röhrenförmigen Körpers 10 bilden,
und einer stromaufwärtigen
oder hinteren Position, in der alle Löcher 28a–28g durch
die Platte 32 verschlossen werden, verschiebbar. Die Platte 32 ist
jedoch zwischen der vorderen und der hinteren Position axial verschiebbar,
wodurch zum Beispiel eine, zwei, drei oder alle sieben Lochreihen 28a–28g freigelegt
werden.
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Alle Löcher 28a–28g weisen
gleiche Durchmesser auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Löcher in
den verschiedenen Reihen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Die Löcher 28a in
der ersten Reihe oder im Umfangssatz können zum Beispiel etwas größer sein
als die Löcher 28b in
der zweiten Reihe oder im zweiten Satz, und die Löcher 28c können eine
andere Größe und/oder
Form als die vorhergehende Lochreihe aufweisen. Dadurch können in Verbindung
mit der Injektion des ersten Fluids gewisse Vorteile erreicht werden,
die später
beschrieben werden. Zur Steuerung der Bewegung der Platte 32 befindet
sich eine Bewegungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Druckluftzylinder 34,
an der Außenseite der
in 3 ausführlich dargestellten
Vorrichtung 1. Der Zylinder 34 (1) weist eine durchgehende Kolbenstange 35 auf,
die über
ein Joch 36 mit zwei Stäben 37 verbunden
ist, die sich durch den Ring 23 und die Endwand 17 in
die Kammer 14 erstrecken, wo sie mit der Platte 32 verbunden
sind. Dichtungsringe 38 sind in Nuten im Ring 23 angeordnet
und liegen an den Stäben 37 an,
um das Lecken von Fluid aus der Kammer 14 zu verhindern.
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Die Bewegung des Kolbens im Druckluftzylinder 34 und
seine Positionierung im Zylinder wird in Abhängigkeit von der Temperatur,
die mittels des Temperaturfühlers 3 stromabwärts der
Vorrichtung 1 in der Leitung 2 gemessen wird,
reguliert. Das Messprüfergebnis
wird an einen IP-Konverter 40 übertragen, um die Positionierung
des Kolbens und der Kolbenstange 35 auf bekannte Weise
zwecks Regulierung der eingemischten Dampfmenge zu steuern und so
die Temperatur des Fluids auf den eingestellten Sollwert zu halten.
Somit wandelt der IP-Konverter 40 in
dem beschriebenen Beispiel den Strom von einem Temperaturmesser
in Druck um, der die Bewegung des Kolbens steuert. 3 zeigt die Position der Platte, in der
alle Löcher 28a–28g geöffnet sind.
In der Kammer 14 befindet sich Dampf unter einem bestimmten
Druck. Es kann zum Beispiel Zwischendruckdampf mit einem Druck von
ca. 12 bar verwendet werden. Es kommt jedoch auch die Verwendung eines
Hochdruckdampfs von 17 bis 18 bar und in gewissen Fällen auch
eines Niederdruckdampfs in Betracht. Wesentlich ist, dass eine Druckdifferenz
von mindestens 2 bar zwischen dem Druck in der Kammer 14 und
dem in der Leitung 2 und somit auch im röhrenförmigen Körper 10 besteht.
Diese Druckdifferenz bewirkt, dass der Dampf mit einer sehr hohen Geschwindigkeit
durch die Löcher 28a–28g strömt und in
die durch den Durchgangskanal 9 im röhrenförmigen Körper 10 strömenden Zellstoffsuspension eintritt.
Der Dampf weist eine Geschwindigkeit von über 100 m/s und normalerweise
bis zu oder über 200
m/s auf. Die Verwendung einer Geschwindigkeit von nahe ca. ein MACH
scheint bevorzugt zu sein. In Verbindung mit dem Dampfeintritt in
den Zellstoff kommt es normalerweise zu isolierten Implosionen, die
aufgrund ihres ungleichmäßigen Musters
nicht zu Schwingungsresonanz führen.
Diese Implosionen regen im Gegenteil ein effektives Einmischen von Dampf
in den Zellstoff und somit eine gute Wärmeübertragung und in anwendbaren
Fällen
ein gutes Einmischen von anderen Gasen oder Flüssigkeiten an.
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In diese Hinsicht sei darauf hingewiesen, dass
ein Zellstofftemperaturanstieg von mindestens 15°C als Reaktion auf das Einmischen
von Dampf wünschenswert
ist, wobei sich versteht, dass herkömmliche Dampfmischer einen
solchen Temperaturanstieg nicht erreichen würden. Des Weiteren versteht
sich, dass es gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung in Betracht kommt, möglicherweise einen Temperaturanstieg
von ca. 30°C
zu erreichen.
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Sollte der Temperaturfühler 3 eine
Temperatur aufzeichnen, die höher
ist als der Sollwert, liefert er ein elektrisches Signal an den
IP-Konverter 40, so dass die Bewegungsvorrichtung 34 über die
beschriebene mechanische Kraftübertragung
die Platte 32 nach hinten in eine Position verschiebt,
in der die Platte 32 einige der hinteren Reihe von Löchern abdeckt
und sie dadurch schließt.
Dampf wird durch die anderen Löcher
28a, 28b usw.
weiter in den Zellstoff eingespritzt, und zwar mit einer Geschwindigkeit,
die nicht durch die Positionsänderung
der Platte 32 beeinflusst wird. Somit wird Dampf mit einer
Geschwindigkeit in den Zellstoff eingespritzt, bei der es sich um die
maximal hohe Geschwindigkeit bei der Druckdifferenz zwischen dem
Dampfdruck und dem Druck in dem Durchgangskanal 9 handelt,
und zwar unabhängig
von der Position der Platte 32.
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Im Folgenden wird ein anderer Vorzug
und Vorteil der vorliegenden Erfindung erläutert. Gemäß dem Stand der Technik besteht
eine Verbindung zwischen der Zellstoffleitung und der Dampfversorgung. Wenn
das System zuerst angefahren oder aktiviert wird, muss zunächst Zellstoff
zugeführt
werden und durch die Leitung strömen,
bevor der Dampf zugeführt
und eingemischt werden kann. Somit besteht eine Anfahr- oder anfängliche
Zeitspanne, während der
der Druck in der Zellstoffleitung größer ist als der Druck in der
Dampfkammer, was dazu führt,
dass der Zellstoff in die Dampfkammer eintritt. Fasern in der Dampfkammer
sind natürlich
nicht erwünscht,
da sie zu Problemen wie zum Beispiel Verstopfen der beweglichen
Teile führen.
Die vorliegende Erfindung stellt jedoch insofern eine bedeutende
Verbesserung dar, als sie gestattet, dass die Dampfkammer vollständig gegen
den Zellstoffstrom abgedichtet wird, indem die Platten 32 in
die stromaufwärtige
Position bewegt werden und somit all Löcher 28a–28g verschließen. Somit
kann die Platte 32 als Verschlussplatte angesehen werden.
Diese führt
zu dem Vorzug und Vorteil, dass die Dampfkammer 14 vor
Beginn des Zellstoffstroms im röhrenförmigen Körper 10 mit dem
Dampfdruck beaufschlagt werden kann, und sobald der Zellstoffstrom
beginnt, kann die Verschlussplatte 32 so bewegt werden,
dass die gewünschte Anzahl
von Einlasslöchern 28a–28g freigelegt
wird, um eine optimale Dampfversorgung zu erreichen.
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Die Injektionsgeschwindigkeit des
Dampfes in den Zellstoff hängt
von der Größe (der
Fläche,
die von der Form abhängt)
der Löcher 28a–28g und
die Anzahl oder Menge der Löcher
ab. Auf die Eindringtiefe des Dampfes in den Zellstoff kann deshalb
etwas Einfluss genommen werden. Wenn die Fläche oder der Durchmesser von
zum Beispiel der ersten Reihe von Löchern 28a etwas größer ist
als die Fläche
oder der Durchmesser von zum Beispiel der zweiten Reihe von Löchern 28b,
besitzt der durch die erste Reihe von Löchern 28a herausströmende Dampf
eine etwas geringere Eindringtiefe als der durch die nächste Reihe
von Löchern 28b herausströmende Dampf,
was für
ein optimales Einmischen von Dampf günstig sein sollte.
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Als Nächstes auf 4 Bezug nehmend, wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform
der Öffnungen
oder Löcher
in der Wand 6 des mittleren ersten Glieds oder röhrenförmigen Körpers 10 gezeigt.
Bei der Ausführungsform
nach 4 sind die mit 28' bezeichneten
Löcher
als längliche
Schlitze ausgebildet, welche an jedem Ende abgerundet sind. Die
Löcher 28' sind, wie bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform,
in einer oder mehreren Reihen angeordnet, die vorzugsweise gleichmäßig um den
Umfang der Wand 6 verteilt sind. 4 zeigt einen Teil des röhrenförmigen Körpers 10,
der lediglich für
Erläuterungszwecke
in planarer Form dargestellt ist. Die Löcher gemäß der Ausführungsform sind, wie in dieser
Figur gezeigt, bezüglich
der Längsachse
des Durchgangskanals 9 und somit der Strömungsrichtung
des zweiten Fluids abgewinkelt. Gemäß der Ausführungsform ist der Winkel ein
spitzer Winkel von ca. 20°–30°. Diese Form
der Löcher 28' führt dazu,
dass das erste Fluid, das zum Beispiel aus Dampf bestehen kann, über einen
größeren und
breiteren, radial freiliegen Strom des zweiten Fluids, das zum Beispiel
aus einem Zellstoffstrom bestehen kann, spült oder streicht, um dadurch
eine verbesserte Verteilung des Dampfes in den Zellstoff zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird durch
diese Form der Löcher 28' die Einleitung
von Dampf kontinuierlicher statt unterbrochen, das heißt naht- oder stufenlos.
Die Anzahl von Löcher
in jeder Reihe liegt geeigneterweise zwischen zwanzig und dreißig Löchern, wenn
der Innendurchmesser des röhrenförmigen Körpers 10
100 mm beträgt,
wodurch der Abstand zwischen benachbarten Löchern in jeder Reihe vorzugsweise
kleiner ist als die Breite der Löcher.
Bei der Ausführungsform von 4 ist die stromaufwärtige Seite
des röhrenförmigen Körpers die
Linke Seite in der Zeichnung, und die Strömungsrichtung des zweiten Fluids
(Zellstoffs) verläuft
in Richtung des Pfeils.
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5 zeigt
noch eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Strömungsrichtung des zweiten Fluids
wieder durch die Pfeilrichtung, das heißt von links nach rechts in
der Zeichnung, dargestellt ist. Die Ausführungsform nach 5 enthält Umfangsreihen von länglichen
Schlitzen oder Löchern 28', wobei benachbarte
Reihen von Schlitzen um den Umfang versetzt sind. Somit erstreckt
sich das Ende jedes Lochs in jeder Reihe von Löchern zwischen den Enden der
Löcher
in der benachbarten Reihe. Die Löcher
sollten in diesem Fall so ausgebildet sein, dass die offene Gesamtfläche A in
jedem Abschnitt einer gegebenen Länge ΔL der Wand 6 in ihrer
Längsrichtung
unabhängig
davon, wo der Abschnitt in dem Wandteil, in dem die Löcher angeordnet
sind, positioniert ist, die Gleiche ist. Des Weiteren ist die Beziehung
zwischen der Länge „L" eines solchen Abschnitts
und der Gesamtfläche
A in dem Abschnitt unabhängig
von der gewählten
Länge ΔL konstant.
Dies lässt
sich ausdrücken
als: ΔL/ΔA = konstant, wobei ΔA = a1 +
a2 + a3 +...
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Dies gilt natürlich nicht für die erste
und die letzte Lochreihe, die nur eine benachbarte Lochreihe auf
einer Seite haben. Auch diese Ausführungsform erreicht eine kontinuierliche
oder „stufenlose" oder „nahtlose" Einleitung des ersten
Fluids in das zweite Fluid, da die Bewegung der Sperre oder Platte
32 um eine gewisse Strecke zu einem konstanten, vorhersagbaren Ausmaß der Zunahme
(oder Abnahme, je nach Bewegungsrichtung) der Fläche ΔA führt. Somit bezieht sich „stufenlos" in diesem Zusammenhang auf
das Fehlen von Diskontinuitäten.
Somit gewährleistet
die vorliegende Erfindung als ein Merkmal, dass, wenn die offene
Gesamtfläche
A der Öffnungen
in einem Abschnitt einer gegebenen Länge „L" unabhängig von der Wahl der Position
der Länge „L" die Gleiche ist,
und weiterhin als ein weiteres Merkmal, dass die Beziehung zwischen
der Länge „L" jedes Abschnitts
und der Gesamtfläche
A unabhängig von
der Länge „L" konstant ist.
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Die Längsrichtung der durchgehenden
Löcher
kann gemäß den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung parallel zur Längsachse des Durchgangskanals
verlaufen.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt; insbesondere erstreckt sich
eine einige Reihe von länglichen Öffnungen 28'' um den Umfang des röhrenförmigen Körpers 10.
Es wird nur eine Reihe von Öffnungen
dargestellt, obgleich natürlich
auch mehrere Öffnungsreihen
vorgesehen sein können. Bei
der Ausführungsform
nach 6 befindet sich die
horizontale Achse jeder länglichen Öffnung in
einem Winkel von ca. 25°,
bei einer Länge
jeder Öffnung
von ca. 31 mm, wobei die Länge
der gekrümmten
Endteile außer
Acht gelassen wird.
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7 zeigt
eine Schnittansicht bei Betrachtung in Richtung der Pfeile A-A von 6. In den 6 und 7 ist
eine Reihe von Öffnungen 28" sich um den
Umfang des röhrenförmigen Körpers erstreckend
dargestellt. Die Bewegung der (in diesen Figuren nicht dargestellten)
Platte 32 bestimmt den Teil jeder Öffnung, der freigelegt wird,
damit Dampf strömen
kann.
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In 8 wird
eine alternative Ausführungsform
der ringförmigen
Hülse 32 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform
ist die ringförmige
Hülse 32 in
drei identische ringförmige
Hülsen
unterteilt, die jeweils durch einen Abstand dSP , der zumindest
der axialen Länge
dSL einer Hülse 32a (oder 32b, 33c)
entspricht, getrennt sind. Jede Hülse ist am Steuerglied 37 befestigt.
Die Öffnungen
könnten
dann gegenüber
passierenden Strom des ersten Fluids an 3 verschiedenen Stellen
entlang der Wand 6a/30a in Strömungsrichtung des zweiten Fluids
freigelegt werden. Der Vorteil bei einem solchen Konzept besteht
darin, dass der hinzugefügte
Strom des ersten Fluids eine geringere Auswirkung auf die Strömungsgeschwindigkeit
des zweiten Fluids hat.
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In 9 wird
eine alternative Ausführungsform
der Öffnungen 28'/31' in der Wand 6a/30a gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Öffnungen bezüglich der
(durch einen fettgedruckten Pfeil angezeigten) Strömungsrichtung
des zweiten Fluids unter Bildung eines Winkels a zwischen der Strömungsrichtung
des ersten Fluids beim Passieren der Öffnungen geneigt. Dieser Winkel
sollte kleiner als 90 Grad sein und vorzugsweise in einem Bereich
von 30–80
Grad und vorteilhafterweise bei 45 Grad liegen. Durch eine solche
Neigung der Öffnungen
würden
die ankommenden Strahlen des Dampfs, das heißt des ersten Fluids, eine
Ausstoßwirkung
auf den Strom des zweiten Fluids ausüben und somit den Strom des
zweiten Fluids in einem geringeren Ausmaß behindern.
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Somit versteht sich, dass bei den
verschiedenen Ausführungsformen
die Platte oder Sperre und die Öffnungen
(Menge, Größe und Konfiguration)
und das Zusammenwirken zwischen ihnen jeweils zur Regulierung des
Volumens des durch die Wand strömenden
ersten Fluids beitragen können. Die Öffnungen
in benachbarten Reihen können
sich gegebenenfalls überlappen;
sie können
radial versetzt sein oder radial miteinander fluchten; sie können gleichmäßig um den
Umfang verteilt sein; der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen
kann kleiner sein als die Durchmesser der Öffnungen usw. Die kombinierte
Querschnittsfläche
der Öffnungen
in einer Reihe kann zwischen 7 mm2 und ca. 320 mm2 liegen.
Die kombinierte Querschnittsfläche
aller Öffnungen
kann von einem Minimum von ca. 3000 mm2 bis
zu einem Maximum von ca. 50 000 mm2 reichen. Der
zuvor erwähnte
spitze Winkel kann von mindestens 10° bis ca. 80° betragen, obgleich ein engerer Bereich,
wie zum Beispiel mindestens 15° bis
ca. 60°, bevorzugt
und ein Bereich von mindestens 20° bis ca.
50° besonders
bevorzugt wird. Die zuvor erwähnte
Platte oder Sperre 32 ist beweglich, um die Öffnungen
wie gewünscht
abzudecken und/oder freizulegen, und somit kann eine solche Bewegung
dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit des durch die Öffnungen
strömenden
ersten Fluids einzustellen.
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Das Vorhergehende ist eine vollständige Beschreibung
der vorliegenden Erfindung. Es ist bereits erwähnt worden, dass es sich bei
den zusammenzumischenden Fluiden auch um andere Fluide als Dampf
und eine Zellstoffsuspension handeln kann, wobei es sich allgemein
um andere Parameter als die Temperatur handelt, die durch Regulierung
der Einmischbedingungen des ersten Fluids in das zweite Fluid gesteuert
werden sollen. Wenn das Fluid zum Beispiel aus einer den pH- Wert einstellenden
Zusammensetzung besteht, besteht der Fühler 3 statt dessen
aus einer pH-Messvorrichtung, anstatt aus einem Temperaturfühler, welche
ein elektrisches Signal erzeugt, das an einen IP-Konverter weitergeleitet wird,
um die Einstellung des Kolbens im Zylinder und somit die Einstellung
der Platte 32 zu regulieren und so eine geeignete Anzahl
von Reihen von Löchern 28a–28g von
allen Löchern
freizulegen oder abzudecken. Des Weiteren versteht sich, das mehr
als eine Platte 32 vorgesehen sein und dass jede solche
Platte durch eine getrennte Bewegungsvorrichtung gesteuert werden
kann. Dadurch können
verschiedene Messparameter zur Regulierung des Abdeckens der Löcher verwendet
werden. Des Weiteren können
andere Muster als rein axiale für
die Bewegung der Platte 32 vorhanden sein, zum Beispiel
eine schraubenförmige
Bewegung. Noch eine andere Modifikation betrifft die Ausrichtung
der Vorrichtung 1. Das zweite Medium, die Zellstoffsuspension,
strömt
in dem gezeigten Beispiel unter Bezugnahme auf 1 und 3 von
rechts nach links. Die Vorrichtung 1 kann jedoch auch vollständig herumgedreht
werden, so dass die Platte 32 in ihrer vollständig geöffneten
Position stromaufwärts
der Löcher 31 und 28a–28g ausgerichtet
ist. Wenn die Platte 32 aus ihrer vollständig geöffneten
Position in diesem Fall in eine Position bewegt wird, in der eine
beliebige Reihe von Löchern nur
teilweise bedeckt ist, wird der Strom des ersten Fluids durch die
Löcher
in der Reihe gedrosselt, was dazu führt, dass der Strom des ersten
Fluids durch diese Löcher
eine kürzere
Eindringtiefe in das zweite Fluid aufweist, dann würde diese
Wirkung durch den Strom in den folgenden stromabwärts ausgerichteten Löchern beseitigt
werden. Des Weiteren versteht sich, dass die gezeigten Durchmesser
der zu dem Mischer 1 und davon weg führenden Rohre von dem Gezeigten
abweichen können,
um die Funktion/Konstruktion speziellen Erfordernissen anzupassen. Wenn
zum Beispiel eine weitere Mischwirkung von Bedeutung ist, ist es
von Vorteil, direkt hinter dem Mischer 1 (stromabwärts davon)
einen divergierenden Bereich anzuordnen, indem zum Beispiel ein
konischer Teil zwischen dem Flansch 13 und einem stromabwärtig angeordnete
größeren Rohr
hinzugefügt
wird, der einen Durchmesser aufweist, welcher mindestens das Doppelte
des röhrenförmigen Körpers beträgt, vorzugsweise
zwischen dem Zwei- und dem Sechsfachen des Durchmessers und besonders bevorzugt
ca. das Drei- bis das Fünffache
des Durchmessers aufweist. Deshalb sollte die vorliegende Erfindung
nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche begrenzt werden.