FI101607B - Menetelmä ja laite nesteen poiston tehostamiseksi - Google Patents

Description

TTS-61142 1 101607 MENETELMÄ JA LAITE NESTEEN POISTON TEHOSTAMISEKSI Tekniikan tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite, edullisimmin rumpupuristin, jota voidaan käyttää esimerkiksi kiinteää ainetta ja nestettä sisältävän materiaalin puristamiseen tarkoituksena poistaa materiaalista nestettä.

Rumpupuristimessa on pyörivä rumpu ja sen sisällä samansuuntainen epäkeskeisesti sijoitettu tela. Rummun pyöriessä käsiteltävä materiaali puristuu telan ja rummun välissä. Rummun vaippa on yleensä rei’itetty, jolloin puristettavasta materiaalista poistuu nestettä rummun vaipan läpi.

Rumpupuristinta voidaan käyttää esimerkiksi erilaisten vesipitoisten materiaalien, kuten puunkuoren ja lietteen, kuivaamiseen. Rumpupuristimella voidaan saavuttaa varsin korkeita kuiva-ainepitoisuuksia, kuorella puulajista riippuen edullisesti 40 - 45 %, edullisimmin 45 - 50 %, lietteillä lietteen laadusta ja etenkin biolietepitoisuudesta riippuen tyypillisesti hieman alempia.

Jos kuiva-ainepitoisuutta halutaan edelleen nostaa, voidaan mekaanisten keinojen lisäksi puristettavan materiaalin lämpötilaa nostaa. Sinänsä tunnettua on lämmittää puristettavaa materiaalia esimerkiksi syöttämällä materiaaliin höyryä ennen puristusta tai sen aikana, jälkimmäinen tyypillisesti ruuvipuristimessa, jossa materiaaliin on helppo syöttää höyryä ruuvin akseliin tehtyjen reikien kautta. Esimerkkejä materiaalin lämmittämisestä saavutettavan loppukuiva-ainepitoisuuden parantamiseksi löytyy mm. FI patenttihakemuksesta 934893 ja SU-keksijäntodistuksesta 1005836, jossa massasuspensiota lämmitetään ennen suodatusta. Materiaalin lämmittäminen parantaa loppukuiva-ainepitoisuutta mm. koska lämpimämmällä vedellä on pienempi viskositeetti ja sitä kautta pienempi virtausvastus ulos materiaalista. Massasuspensioita ei kuitenkaan useinkaan tarvitse lämmittää, koska ne ovat tyypillisesti hyvin kuumia jo keittoprosessin ansiosta.

Lämmitysprosessit eivät kuitenkaan ole olleet sikäli kovin optimaalisia, että niillä saavutettu hyöty on jäänyt melko vähäiseksi verrattuna tarvittavaan energiaan, koska kuivattavaan materiaaliin sitoutuneen veden lämmitys vie erittäin paljon energiaa. On siis huomattava, että esimerkiksi yllä esitettyjen viitejulkaisujen tapauksessa koko kuivattava materiaalivirta lämmitetään.

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoitus on ratkaista tämä ongelma hyvin yksinkertaisella ja elegantilla tavalla, minkä on todettu johtavan käytännössä todella • - merkittäviin etuihin ja vähentävän ratkaisevasti energian kulutusta.

Keksinnön kuvaus

Nyt on keksitty patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä ja sen sovellutus rumpupuristimessa. Keksinnön edullisia sovellutuksia esitetään muissa TTS-61142 2 101607 vaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja menetelmää hyödyntävässä puristimessa on lämmityslaitteisto, jonka avulla puristettavaa materiaalia lämmitetään ilman että koko puristettavaan materiaaliin sitoutunutta vesimäärää tarvitsisi lämmittää. Näin saadaan energiankulutusta merkittävästi pienennettyä ja kuitenkin saadaan materiaali ja viimeksi pois puristuva vesi lämpimäksi ja siten tehostetuksi nesteen poistumista materiaalista, jolloin materiaalista saadaan kuivaa.

Menetelmälle on ominaista, että 1) puristettava materiaali esipuristetaan vain vähän tai ei ollenkaan lämmittäen 2) sen jälkeen materiaalia lämmitetään voimakkaasti 3) sen jälkeen materiaali puristetaan ja lämmitetään useaan kertaan niin, että lämmitys seuraa aina puristusta 4) ja lisäksi kohta 3) toteutetaan edullisimmin siten että lämpö johdetaan aina materiaalin märimpään osaan jäljellä olevan veden tehokkaaksi poistamiseksi.

Tällöin lämpö käytetään aina vain mahdollisimman kuivan materiaalin sisältämään jäännösveteen, jolloin kokonaisenergiankulutus minimoituu. Menetelmän edullisessa sovellutusmuodossa käytettävä lämpö johdetaan lisäksi materiaalin kuivumiseen nähden vastavirtaan, niin että tehokkain (kuumin) lämmitys kohdistuu kuivimpaan materiaaliin.

Menetelmää hyödyntävässä laitteessa, edullisimmin rumpupuristimessa, on lämmitettävä tela, jonka avulla materiaalia lämmitetään. Puristimessa voi kuitenkin lisäksi olla lämmitettävä rumpu tai laitteisto puristettavan materiaalin lämmittämiseksi suoraan esimerkiksi höyryllä, kuitenkin niin, että puristukset ja lämmitykset toteutetaan yllä esitetyn menetelmän kaltaisella tavalla.

Keksinnön mukaista puristinta voidaan käyttää ennen kaikkea lietteen, kuten puhdistamolietteen, kuivaamiseen sekä myös kuoren kuivaamiseen. Luonnolisesti mikä tahansa muukin vastaava materiaali, kuten edellä mainitussa SU-keksijätodistuksessa tai FI-90442 julkaisussa käsiteltävä massa sopii menetelmällä kuivattavaksi.

Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaista menetelmää hyödyntävän laitteen erästä edullista suoritusmuotoa, rumpupuristinta, lähemmin viittaamalla oheisiin - piirustuksiin. Piirustuksissa kuvio 1 esittää rumpupuristinta päästä ja kuvio 2 sivulta.

Rumpupuristimissa käytettyä tekniikkaa on esitetty myös esimerkiksi julkaisuissa FI-69207 ja FI-90442. Seuraavassa itse rumpupuristuksen perusteita kuvataan vain lyhyesti tämän keksinnön kannalta oleellisin osin.

Puristimen pääosat ovat pyörivä rumpu 1, sen sisällä epäkeskeisesti sijoitettu pyörivä puristustela 2 ja kaavari 3 materiaalin irrottamiseksi rummun pinnalta. Rummussa TTS-61142 3 101607 on reikiä, joiden läpi puristettavasta materiaalista poistuu nestettä 300. Telan etäisyys rummusta on edullisimmin järjestetty säädettäväksi.

Rumpupuristin voi olla sellainen, että joko telaa tai telaa ja rumpua tai rumpua pyöritetään.

Kaavari 3 on puristuskohdan jälkeen sijoitettu rummun pituussuuntainen paikallaan pysyvä terä. Kaavari on kiinnitetty päistään puristimen runkoon.

Kaavariin on lisäksi kiinnitetty materiaalin ohjauslevyjä 4. Jotta materiaali poistuisi rummusta, ovat tela ja rumpu kaltevassa asennossa tai ohjauslevyt on kallistettu poistosuuntaan. Rummun pituus ja kaltevuus tai levyjen lukumäärä ja kulma määräävät sen, kuinka monta kertaa materiaali rummun läpi kulkiessaan puristuu.

Telaan 2 liittyy tässä telan lämmityslaitteisto 5. Sen avulla edullisimmin johdetaan telan läpi kuumaa höyryä. Johtaminen tapahtuu edullisimmin alkaen poistopäästä 100 kohti syöttöpäätä 101, jolloin lämmitys tapahtuu vastavirtaan. Mikäli tela pidetään paineastiana, mikä on jäljempänä esiin käyvistä syistä useimmiten edullisinta, järjestetään telaan lisäksi laitteet kondensaatin talteen ottamiseksi, muuten höyryn annetaan purkautua telassa olevista aukoista tai erillisistä höyrynsyöttösuuttimista. Mikäli aukot ovat telassa, samoista aukoista voidaan tällöin poistaa nestettä toiseen suuntaan. Seuraavassa oletetaan telan olevan paineastia.

Puristettava materiaali 200 syötetään koneeseen kohdasta 102. Se puristuu telan ja rummun väliseen nippiin joutuessaan paineen kasvaessa suhteellisen nopeasti johonkin kuiva-ainepitoisuuteen, sellaiseen, mihin puristusvoima, muut puristimen ominaisuudet ja materiaalin ominaisuudet, erikoisesti lämpötila, antavat mahdollisuuden. Koska materiaali on kylmää, se ei kuivu kovin kuivaksi, mutta toisaalta suuri osa vedestä poistuu näin menetellen aivan kylmänä. Lämpö siirtyy materiaaliin sitä tehokkaammin, mitä kovempaa materiaali puristuu vasten telaa. Telan yläpinnalla ei ole mitään painetta. Siten lämmön siirto on tehokkaimmillaan vasta puristusnipissä 103. Näin ollen paikassa 104 olevan materiaalin sisältämä vesi ei lämpene merkittävästi ennen poistumistaan.

Tela 2 lämmittää nyt nipissä olevaa puristettavaa materiaalia. Nipissä kuivuneen materiaalin märin osa 201 on vasten rumpua ja se lämpiää nyt tehokkaimmin. Kun materiaali sitten tulee nipistä ulos, ja siirtyy seuraavaan puristukseen kohdassa 105 se on jälleen paineetonta ja, sitä voidaan haluttaessa sekoittaa tai muuten käsitellä. Joka tapauksessa materiaalin sisältämän veden viskositeetti on saatu alenemaan lämpötilan kasvaessa, jolloin vesi siirtyy helpommin materiaalin ja rummun 1 läpi.

.· Myös veden ja materiaalissa olevan kiinteän aineen väliset sidokset (erityisesti veden ja kuitujen väliset vetysidokset) heikkenevät lämpötilan kasvaessa, mikä edelleen tehostaa veden irtoamista materiaalista.

Kun materiaali johdetaan vielä uuteen vastaavaan puristukseen, saadaan jälleen aikaan tilanne, jossa jäljellä oleva poistettavissa oleva vesi poistuu kovin paljon aikaisempaa enempää lämpiämättä, mutta jälleen tässä puristuksessa poistamatta jäänyt vesi lämpiää entistä enemmän ja poistuu taas seuraavassa puristuksessa entistä 101607 TTS-611-12 4 tehokkaammin.

Menetelmä toteutettuna niin, että tela on paineastia merkitsee myös, että höyryä lauhtuu kondensaatiksi vain sen verran, kun liete vaihe vaiheelta kuivuessaan ottaa vastaan energiaa. Ylimääräistä energiaa ei ole näin edes mahdollista syöttää, ei edes materiaalivirran suuruuden vaihdellessa.

Menetelmän ominaisuuksia voidaan säädellä eristämällä telan 2 syöttöpään puoleinen osa 21 kokonaan höyrynsyötöstä, jolloin se ei ollenkaan lämpiä. Toinen mahdollisuus on syöttää materiaaliin jonkun verran suoraa höyryä esipuristuksen jälkeen, jolloin höyryä ei tarvitse syöttää enää kovin paljoa, koska suuri osa vedestä on jo poistunut ja jatkaa sitten yhden suorahöyrytyksen jälkeen edellä kuvatulla menetelmällä.

Kun veden irtoaminen tehostuu, haluttu kuiva-ainepitoisuus saavutetaan pienemmällä puristusteholla ja laitteella. Juuri monivaihepuristimessa näin saavutettu etu edellä esitetyllä tavalla edullisesti kertautuu.

Edellä esitetyssä selostuksessa lämmitys tapahtui höyryllä. Lämmitys voidaan toteuttaa myös kuumalla nesteellä, sähköllä tai muulla soveltuvalla tavalla.

Menetelmää voidaan soveltaa patenttivaatimusten antamissa rajoissa myös muissa puristintyypeissä. Rumpupuristin tarjoaa kuitenkin erittäin edullisen sovellutuksen, koska a) rumpupuristimessa materiaali puristetaan ohuena mattona ja pitkällä nipillä), mikä edesauttaa materiaalin lämmitystä (esimerkiksi ruuvipuristimessa paksu matto, kaksoistelapuristimessa taas lyhyt nippi) b) rumpupuristimessa materiaali saadaan luontevasti ensimmäiseen puristukseen sen lämpiämättä ' c) rumpupuristimessa saadaan luontaisesti aikaiseksi menetelmälle edullinen paineen vaihtelusykli.

Claims (9)

1. Menetelmä kuivattavan materiaalin kuivaamiseksi puristimessa, kuten rumpu-, tela-, kaksoistela, ruuvi-, ketjumatto- tai viirapuristimessa, tunnettu siitä, että a) materiaali esipuristetaan materiaalia lämmittämättä tai vain vähän lämmittäen b) seuraavaksi materiaalia lämmitetään voimakkaasti lämmittäen voimakkaimmin sen märintä osaa c) seuraavaksi materiaalia puristetaan d) seuraavaksi vaiheet b) ja c) toistetaan tässä järjestyksessä ainakin kerran

2. Patenttivaatimuksen 1. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmityksen jälkeen materiaaliin kohdistuva paine laskee ennen seuraavaa puristusta ja lämmitystä.

3. Patenttivaatimuksen 1. tai 2. mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitysenergia johdetaan materiaalivirtaan nähden vastavirtaan, niin että kuumin lämmitys kohtaa kuivimman materiaalin.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristusten välillä materiaalin ollessa paineettomassa tilassa tuodaan materiaalia sekoittamalla lämmitetty märempi materiaali ainakin osaksi kuivemman materiaalin paikalle.

5. Kuivattavan materiaalin puristamiseen tarkoitettu laite, jossa on pyörivä rumpu (1) ja rummun sisällä pyörivä puristustela (2), tunnettu siitä, että sanotussa laitteessa on lämmityslaitteisto (5) puristettavan materiaalin lämmittämiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, jossa on pyörivä rumpu (1) ja rummun sisällä pyörivä puristustela (2), tunnettu siitä, että sanotussa laitteessa on lämmityslaitteisto (5) telan (2) lämmittämiseksi.

7. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 5-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on laitteisto materiaalin lämmittämiseksi suoralla höyryllä esipuristuksen jälkeen.

8 Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 5-7 mukaisen laitteen toteutus yhdessä prosessilaitteessa, edullisimmin rumpupuristimessa.

9. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 5-8 mukaisen rumpupuristimen ? käyttö lietteen tai kuoren puristamiseen. 6 101607