EP1347092B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einmischen von Fluiden in fliessfähige Medien - Google Patents

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EP1347092B1
EP1347092B1 EP03005018A EP03005018A EP1347092B1 EP 1347092 B1 EP1347092 B1 EP 1347092B1 EP 03005018 A EP03005018 A EP 03005018A EP 03005018 A EP03005018 A EP 03005018A EP 1347092 B1 EP1347092 B1 EP 1347092B1
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EP
European Patent Office
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mixed
fluid
rotor
medium
fibre stock
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EP03005018A
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Max Dipl. Ing. Grengg
Peter Dipl.Ing.Dr. Scheucher
Johann Ing. Strasser
Kaj Henricson
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Andritz AG
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    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3131—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
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    • B01F25/3132—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices
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    • B01F27/50—Pipe mixers, i.e. mixers wherein the materials to be mixed flow continuously through pipes, e.g. column mixers

Definitions

  • the invention relates to a method for mixing fluids into flowable media, for example pulp suspensions. Furthermore, it relates to a device for carrying out the method.
  • the US-A-4 577 974 shows a device in which introduced via a pipe bend a medium and this flows axially against a rotor, from where it is "flung" in the outer cross-section.
  • the WO 97 46310 A shows a rotor with openings on the shaft, wherein the rotor is used substantially perpendicular to the flow direction. As a result, the supply of fluid takes place both in the flow direction, as well as on the other half of the rotor against the flow direction.
  • gas is sucked out of the liquid stream.
  • the WO 97 46309 A describes a mixer in which the suspension flow is deflected by a valve acting as a plate in the flow direction such that it enters the mixture chamber eccentrically. On one side of the mixing chamber then chemicals are supplied.
  • the US-A-5,863,120 are introduced through the hollow part of a rotor shaft chemicals, wherein the rotor is arranged in a pipe bend with uneven flow.
  • the aim of the invention is therefore to provide a uniform distribution of fluids to be mixed in flowing media.
  • the Swissmate fluid is introduced by a rotor consisting of a hollow shaft and arranged at the end of the hollow shaft distribution device with outlet openings, such as distribution star directly into this flowing medium with high relative speed and evenly distributed by the rotation of the distributor.
  • An advantageous development of the invention is characterized in that in the flowing medium, such as pulp suspension, mixed with steam and thus the medium, in particular pulp suspension to a higher temperature, for example up to 180 ° C, is heated.
  • the medium for example, pulp suspension
  • the medium can already be supplied evenly warmed up.
  • the type of addition of the vapor is already condensed before entering the container in the medium, so that a complete heating is guaranteed.
  • reaction gas such as, for example, pulp suspension
  • a particularly favorable variant consists in that the rotor is equipped with conveying devices, for example paddles, so that it generates a delivery pressure and the mixed fluids are conveyed at the same time.
  • the invention also relates to a device for mixing fluids into flowable media, for example pulp suspensions, wherein a rotor is provided, wherein the rotor has a rotating hollow shaft for supplying the fluids and at the end of the hollow shaft is provided a distributor star with outlet openings, through which the fluid to be mixed is introduced directly into the flowing medium at a high relative speed. The added fluid is thereby finely distributed in the medium, for example, pulp suspension.
  • outlet openings of the distributor star are formed as nozzles, then the fluids to be admixed can be supplied at the optimum location.
  • the invention also relates to a system for mixing fluids into flowable media, in particular pulp suspensions. It is advantageous if the device is arranged in a pipeline, in particular a deflection of a pipeline.
  • the device may be arranged in a container or directly in front of a reaction container.
  • Fig. 1 shows a device according to the prior art
  • Fig. 2 shows a variant of the invention
  • Figs. 3 to 5 show various arrangements of the invention and Fig. 6 shows an example of a rotor according to the invention.
  • Fig. 1 shows a plant according to the prior art.
  • a pulp or pulp suspension is pumped out of a container 1, the container 1 being e.g. a standpipe of a scrubber or storage tank can be.
  • the pipe 4 in addition to the pump 2 and a steam feed 6, consisting of a plurality of steam valves, which are arranged around the circumference of the pipe provided.
  • the suspension is introduced into a treatment tank 9 by means of a booster pump 8.
  • the suspension must have a lower pressure at the location of the steam supply than the supplied steam, which is usually low-pressure steam.
  • FIG. 2 shows a device 10 according to the invention, wherein the flowable medium, for example a pulp suspension, is fed through a line 11 and the medium mixed with a fluid is removed again via a line 12.
  • the device 10 in this case has a rotating hollow shaft 13, through which a fluid 14, such as. As steam, a gas or a liquid is supplied.
  • a distributor 15 is arranged with openings 16 through which the fluid to be mixed is introduced directly into the flowing or flowing medium at a high relative speed.
  • Fig. 3 to 5 show different arrangements of the device 10.
  • Fig. 3 corresponds to approximately Fig. 2, in which case the device 10 is arranged in a pipe manifold 21. Due to the deflection of the flow, the mixing is improved and friction losses are reduced.
  • FIG. 4 shows a device 10 according to the invention, which is arranged in a container 22.
  • the rotor 23 is seated here on a hollow shaft 13, through which a corresponding fluid, e.g. Steam, gas or a liquid is mixed evenly.
  • a corresponding fluid e.g. Steam, gas or a liquid
  • a so-called Stoffbütte in the paper industry is generated by the turbulence generated by the rotor 23, the entire liquid in the container and thus ensures a uniform interference.
  • FIG. 5 shows an arrangement according to the invention of the device 10 in a reactor 24.
  • the medium for example pulp suspension
  • the fluid e.g. Steam, gas or a liquid reactant is fed through the hollow shaft 13 of the rotor, which is equipped with at least one distributor star, directly into the flowing medium with high relative speed and evenly distributed there.
  • Fig. 6 shows an example of a rotor according to the invention. You can see the outlet openings 16 for the fluid to be mixed well here.
  • a preferred application of the invention is the incorporation of steam and / or chemicals in the area of pulp delignification and bleaching.
  • steam is mixed here in a woodchip cooking liquor suspension or in a pulp suspension with a fiber content of 0.1 to 20% for heating the suspension and / or chemicals for delignification and / or bleaching.
  • gases such as oxygen, ozone, chlorine, chlorine dioxide, sulfur dioxide, or liquids such as white liquor or peroxide can be used.
  • temperature is an essential criterion for the reaction. It is thus brought by steam, the starting temperature of the pulp suspension of between 10 and 100 ° C to a higher temperature up to about 180 ° C.
  • the present invention it is possible to increase the temperature of the pulp suspension evenly and thus avoid adverse partial overheating of parts of the medium.
  • the desired reaction gas or the liquid reaction chemical can be uniformly mixed into the already heated suspension (adjustment of the required / desired reaction temperature). Even acids or alkalis can be mixed in favorably for pH adjustment.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen. Weiters betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Bei verschiedensten Prozessen ist es erforderlich Dampf, Reaktionsgase, Wasser oder Chemikalien alleine oder gemeinsam in fließende Medien einzumischen. Speziell im Bereich der Papier- und Zellstoffindustrie wird zur Aufwärmung von Wasser (Filtraten) und Suspensionen meist Dampf verwendet. Dies erfolgt heute meist in einer Rohrleitung, die zu einem Reaktionsbehälter führt. Weiters sind verschiedenste Chemikalien in gasförmiger und/oder in flüssiger Form in fließende Medien einzumischen. Sollen Flüssigkeiten eingemischt werden, so gibt es die Möglichkeit von statischen Mischern, d.h. die einzumischende Flüssigkeit wird in die Rohrleitung eingebracht, z.B. eingedüst, und dann gemeinsam mit der Flüssigkeit, z.B. Faserstoffsuspension, durch eine Einrichtung gefördert, in der die beiden Medienströme durch vielfache Umlenkungen vermischt werden. Sollen Gase oder Dampf eingemischt werden, erfolgt dies oft durch am Rohrumfang angeordnete Düsen, so dass eine Aufteilung der zu dosierenden Gesamtmenge auf mehrere (viele) Dosierstellen erfolgt Der Nachteil all dieser Verfahren bzw. Anordnungen besteht darin, dass eine Reaktion, speziell bei sehr reaktiven Chemikalien und bei Dampf, bereits örtlich an den Dosierstellen erfolgt, wodurch Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung auftreten können. Wird Dampf zur Aufheizung von Medien verwendet, sind örtliche Überhitzungen an den Dosierstellen zu verzeichnen, was z.B. bei Faserstoffsuspensionen zu Schäden an den Fasern führen würde.
  • Die US-A-4 577 974 zeigt z.B. eine Vorrichtung, bei der über einen Rohrkrümmer ein Medium eingebracht und dieses axial gegen einen Rotor strömt, von wo es in den äußeren Querschnitt "geschleudert" wird. Die WO 97 46310 A zeigt einen Rotor mit Öffnungen an der Welle, wobei der Rotor im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung eingesetzt wird. Dadurch erfolgt die Zufuhr von Fluid sowohl in Strömungsrichtung, als auch auf der anderen Hälfte des Rotors gegen die Strömungsrichtung. Bei der WO 93 07961 A wird in einer Variante Gas aus dem Flüssigkeitsstrom abgesaugt. Die WO 97 46309 A beschreibt einen Mischer, bei dem der Suspensionsstrom durch eine als Ventil fungierende Platte in der Strömungsrichtung derart umgelenkt wird, dass er exzentrisch in den Mischungsraum eintritt. Auf einer Seite des Mischungsraumes werden dann Chemikalien zugeführt. Bei der US-A-5 863 120 werden durch den hohlen Teil einer Rotorwelle Chemikalien eingebracht, wobei der Rotor in einem Rohrbogen mit ungleichmäßiger Anströmung angeordnet ist.
  • Ziel der Erfindung ist es daher eine gleichmäßige Verteilung von in fließende Medien einzumischenden Fluiden zu schaffen.
  • Entsprechend dem erfindungsgemäßem Verfahren wird das einzumischende Fluid durch einen Rotor bestehend aus einer Hohlwelle und einer am Ende der Hohlwelle angeordneten Verteileinrichtung mit Austrittsöffnungen, beispielsweise Verteilstern, direkt in dieses fließende Medium mit hoher Relativgeschwindigkeit eingebracht und durch die Drehung der Verteileinrichtung gleichmäßig verteilt. Durch das Einmischen des Fluids über eine am Ende der Hohlwelle angeordnete Verteileinrichtung kann eine weitestgehend gleichmäßige Verteilung des Fluids im fließenden Medium erzielt werden. Damit werden auch lokale Überhitzungen (bei Dampfzufuhr) bzw. Schädigungen z.B. der Fasern praktisch vermieden. Beim Einmischen von Chemikalien kann so eine gleichmäßige Verteilung und somit gleichmäßige Wirkung erreicht werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in das fließende Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, Dampf eingemischt und somit das Medium, insbesondere Faserstoffsuspension auf eine höhere Temperatur, beispielsweise bis zu 180 °C, erwärmt wird. Durch die Einmischung von Dampf kurz vor einem Behälter kann das Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, bereits gleichmäßig aufgewärmt zugeführt werden. Bei geeigneter Wahl der Zugabeart ist der Dampf bereits vor Eintritt in den Behälter im Medium kondensiert, so dass eine vollständige Erwärmung gewährleistet wird.
  • Wird in das Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, ein Gas, vorzugsweise Reaktionsgas, wie z.B. Sauerstoff, Ozon oder Chlor, eingemischt, so ergibt sich eine besonders gleichmäßige Reaktion mit dem Medium.
  • Analoges gilt, wenn in das fließende Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, eine Flüssigkeit und/oder Chemikalien, wie z.B. Wasser, Peroxid, Laugen, Säuren, Additive oder Hilfsstoffe, eingemischt werden.
  • Besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn Dampf und/oder Gas und/oder Flüssigkeit gemeinsam eingemischt werden.
  • Eine besonders günstige Variante besteht darin, dass der Rotor mit Fördereinrichtungen, beispielsweise Paddeln ausgestattet ist, so dass er einen Förderdruck erzeugt und die vermischten Fluide gleichzeitig gefördert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, wobei ein Rotor, vorgesehen ist, wobei der Rotor eine rotierende Hohlwelle zur Zuführung der Fluide aufweist und am Ende der Hohlwelle ein Verteilstern mit Austrittsöffnungen vorgesehen ist, durch die das einzumischende Fluid direkt mit hoher Relativgeschwindigkeit in das fließende Medium eingebracht wird. Das zuzusetzende Fluid wird dadurch feinst im Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, verteilt.
  • Werden Austrittsöffnungen des Verteilsterns als Düsen ausgebildet, so können die einzumischenden Fluide an optimaler Stelle zugeführt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, insbesondere Faserstoffsuspensionen. Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung in einer Rohrleitung, insbesondere einer Umlenkung einer Rohrleitung, angeordnet ist.
  • Alternativ kann die Vorrichtung in einem Behälter oder direkt vor einem Reaktionsbehälter angeordnet sein.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Variante der Erfindung,
  • Fig. 3 bis 5 verschiedene Anordnungen der Erfindung und Fig. 6 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellen.
  • Fig. 1 zeigt eine Anlage nach dem Stand der Technik. Hier wird mittels einer Pumpe 2 eine Faserstoff- bzw. Zellstoffsuspension aus einem Behälter 1 abgepumpt, wobei der Behälter 1 z.B. ein Standrohr eines Wäschers oder Speichertanks sein kann. In der Rohrleitung 4 ist neben der Pumpe 2 auch eine Dampfeinspeisung 6, bestehend aus mehreren Dampfventilen, die um den Leitungsumfang angeordnet sind, vorgesehen. Anschließend wird mittels einer Druckerhöhungspumpe 8 die Suspension in einen Behandlungsbehälter 9 eingebracht. Die Suspension muss an der Stelle der Dampfzufuhr einen geringeren Druck aufweisen, als der zugeführte Dampf, der meist Niederdruckdampf ist.
  • Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10, wobei durch eine Leitung 11 das fließfähige Medium, beispielsweise eine Faserstoffsuspension, zugeführt und über eine Leitung 12 das mit einem Fluid vermischte Medium wieder abgeführt wird. Die Vorrichtung 10 weist dabei eine rotierende Hohlwelle 13 auf, durch die ein Fluid 14, wie z. B. Dampf, ein Gas oder eine Flüssigkeit, zugeführt wird. Am Ende der Hohlwelle 13 ist eine Verteileinrichtung 15 mit Öffnungen 16 angeordnet, durch die das einzumischende Fluid direkt mit hoher Relativgeschwindigkeit in das fließende bzw. strömende Medium eingebracht wird.
  • Fig. 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Anordnungen der Vorrichtung 10. Fig. 3 entspricht dabei etwa Fig. 2, wobei hier die Vorrichtung 10 in einem Rohrleitungskrümmer 21 angeordnet ist. Durch die Umlenkung der Strömung wird die Vermischung noch verbessert und Reibungsverluste reduziert.
  • Die Anordnung in Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10, die in einem Behälter 22 angeordnet ist. Der Rotor 23 sitzt hier auf einer Hohlwelle 13, durch die ein entsprechendes Fluid wie z.B. Dampf, Gas oder eine Flüssigkeit gleichmäßig eingemischt wird. Im Fall einer sogenannten Stoffbütte in der Papierindustrie wird durch die vom Rotor 23 erzeugte Turbulenz die gesamte Flüssigkeit im Behälter umgewälzt und somit eine gleichmäßige Einmischung gewährleistet.
  • Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung der Vorrichtung 10 in einem Reaktor 24. Das Medium, beispielsweise Faserstoffsuspension, wird über eine Rohrleitung 11' dem Reaktor 24 zugeführt. Das Fluid, z.B. Dampf, Gas oder ein flüssiges Reaktionsmittel wird durch die Hohlwelle 13 des Rotors, der mit mindestens einem Verteilstern ausgestattet ist, direkt in das fließende Medium mit hoher Relativgeschwindigkeit eingespeist und dort gleichmäßig verteilt.
  • Fig. 6 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Rotor. Man kann hier die Austrittsöffnungen 16 für das einzumischende Fluid gut erkennen.
  • Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt bei der Einmischung von Dampf und/oder Chemikalien im Bereich der Zellstoffdelignifizierung und -bleiche. Im allgemeinen werden hier in eine Hackschnitzel- Kochlaugen-Suspension oder in eine Zellstoffsuspension mit einem Faseranteil von 0,1 bis zu 20 % Dampf zum Erhitzen der Suspension und/oder Chemikalien zur Delignifizierung und/oder Bleiche eingemischt. Dabei können je nach Bedarf Gase wie Sauerstoff, Ozon, Chlor, Chlordioxid, Schwefeldioxid, oder Flüssigkeiten wie Weißlauge oder Peroxid eingesetzt werden. Zusätzlich ist für die Reaktion die Temperatur ein wesentliches Kriterium. Es wird somit mittels Dampf die Ausgangstemperatur der Zellstoffsuspension von zwischen 10 und 100 °C auf eine höhere Temperatur bis zu etwa 180 °C gebracht. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Temperatur der Zellstoffsuspension gleichmäßig zu erhöhen und somit nachteilige teilweise Überhitzungen von Teilen des Mediums zu vermeiden. Bei geeigneter Wahl der Zufuhrpositionen kann in die bereits aufgeheizte Suspension (Einstellung der erforderlichen/gewünschten Reaktionstemperatur) gleichmäßig das gewünschte Reaktionsgas bzw. die flüssige Reaktionschemikalie eingemischt werden. Auch Säuren bzw. Laugen können günstig zur pH-Wert Einstellung eingemischt werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, wobei das einzumischende Fluid durch einen Rotor bestehend aus einer Hohlwelle und einer am Ende der Hohlwelle angeordneten Verteileinrichtung mit Austrittsöffnungen, beispielsweise Verteilstern, direkt in dieses fließende Medium mit hoher Relativgeschwindigkeit, eingebracht und durch die Drehung der Verteileinrichtung gleichmäßig verteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das fließende Medium, insbesondere Faserstoffsuspension, Dampf eingemischt und somit das Medium, insbesondere Faserstoffsuspension auf eine höhere Temperatur, beispielsweise bis zu 180 °C, erwärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Medium, insbesondere Faserstoffsuspension, ein Gas, vorzugsweise Reaktionsgas, wie z.B. Sauerstoff, Ozon oder Chlor, eingemischt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Medium, insbesondere Faserstoffsuspension, eine Flüssigkeit und/oder Chemikalien, wie z.B. Wasser, Peroxid, Laugen, Säuren, Additive oder Hilfsstoffe, eingemischt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf und/oder Gas und/oder Flüssigkeit gemeinsam eingemischt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit Fördereinrichtungen, beispielsweise Paddeln ausgestattet ist, so dass er einen Förderdruck erzeugt und die vermischten Fluide gleichzeitig gefördert werden.
  7. Vorrichtung (10) zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, wobei ein Rotor vorgesehen ist, der eine rotierende Hohlwelle (13) zur Zuführung der Fluide aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Hohlwelle (13) ein Verteilstern (15) mit Austrittsöffnungen (16) vorgesehen ist, durch die das einzumischende Fluid direkt mit hoher Relativgeschwindigkeit in das fließende Medium eingebracht wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnunge (16) des Verteilstems als Düsen ausgebildet sind.
  9. Anlage zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in einer Rohrleitung (21), insbesondere einer Umlenkung einer Rohrleitung, angeordnet ist.
  10. Anlage zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in einem Behälter (22) angeordnet ist.
  11. Anlage zum Einmischen von Fluiden in fließfähige Medien, beispielsweise Faserstoffsuspensionen, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) direkt vor einem Reaktionsbehälter (24) angeordnet ist.
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