FI81619B - Foerfarande och anordning foer homogenisering av pulp. - Google Patents

Description

1 81619

Menetelmä ja sovitelma massasulpun homogenoimiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä massasulpun homogenoimiseksi, jossa menetelmässä massasulppuun muodostuneet 5 kuitukimput hajotetaan niihin kohdistettujen leikkausvoi-mien avulla.

Edelleen keksinnön kohteena on sovitelma keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi.

Paperia tai kartonkia valmistettaessa raaka-aineet 10 sekoitetaan suureen vesimäärään niin, että koneelle tulevassa massasulppuvirtauksessa on n. 1 % puukuitua ja loput vettä. Tämä siksi, että kuiduilla on taipumus sitoutua toisiinsa ja muodostaa kasautumia, joita kutsutaan flokeiksi. Kuitukimput eli flokit aiheuttavat rainassa haitallisia 15 vaihteluja, jonka vuoksi ne eivät ole suotavia.

Ennestään tunnettua on hajoittaa flokkeja paperikoneen perälaatikoissa käyttäen siihen mikroturbulenssia. Mikroturbulenssilla tarkoitetaan virtaavaan veteen kehitettyä hydrodynaamista, pienimittakaavaista pyörteilyä, joka 20 aiheuttaa virtaukseen nestekerrosten välisiä leikkausvoimia. Nämä leikkausvoimat puolestaan rikkovat syntyneitä kuitu-kimppuja. Haluttu mikroturbulenssi synnytetään virtausvastuksen avulla. Vanhastaan tehtävään on käytetty virtauksessa hitaasti pyöriviä reikäteloja, jotka on nykyaikaisissa 25 perälaatikoissa korvattu erilaisilla, virtaussuunnassa laajenevilla, pienillä kanavilla. Käytännön toteutuksena ovat reikälevyt, putkipatterit tai muovihetulat.

On kuitenkin käytännöstä todettava, että mikroturbulenssilla on mahdotonta synnyttää niin suuria leikkaus-30 voimia, että flokkien hajoitus olisi riittävän tehokasta.

Syy tähän on yksinkertainen. Nykyisellä turbulenssigene-raattorilla saadaan virtaukseen kehitettyä mikroturbulens-sitehoa muutamia kymmeniä kilowatteja. Sulpun viskositeetin takia pyörteily sammuu kuitenkin erittäin nopeasti.

35 Virtauksen ehtiessä perälaatikon huulelle voidaan siinä 2 81 619 mitata enää muutamien kymmenien wattien mikroturbulenssi-teho. Vasta tämän jälkeen suihku tulee viiraosalle eli formerille, jossa raina syntyy, ja jossa rainan homogeenisuus on kaikkein tärkeintä. Sillä hetkellä, kun flokkien 5 hajoitusta ehkä kipeimmin tarvittaisiin tai siitä olisi

eniten hyötyä, keinot flokkien hajoittamiseen on käytetty J

loppuun.

Mikroturbulenssiin liittyy lisäksi haittatekijä, joka koneen tuotantonopeuden noustessa on pahentunut. Kun 10 virtausnopeus perälaatikossa kasvaa koneen nopeuden mukana, kasvaa mikroturbulenssin pyörrekoko. Kun halutun mikrotur- j bulenssin haluttu pyörrekoko olisi muutamasta millimetris-tä yhden senttimetrin luokkaa, alkaakin virtauksessa olla j merkittävästi pyörteitä, joiden koko on desimetriluokkaa. j 15 Tämä suurimittakaavainen pyörteily ilmenee valmiissa Tainassa vastaavanlaisena pintapainovaihteluna, jota kutsutaan jäännöshajonnaksi. Se puolestaan merkitsee, että rainassa j on heikkoja kohtia, jotka osaltaan aiheuttavat katkoja ja !

muita ongelmia jatkoprosesseissa paperia käytettäessä. I

20 Jäännöshajonnan luonteeseen kuuluu, että samoissa virtaus- j olosuhteissa, eli samalla perälaatikolla tuotetussa rainas- j.

sa jäännöshajonta kasvaa virtaaman eli tuotantonopeuden ne- : liössä.

Kokemuksesta tiedetään, että standardoidulla mit-25 tausmenetelmällä mitattuna kahden prosentin taso jäännös- hajonnassa merkitsee heikkolaatuista paperia. Se taso näyttää tulevan vastaan tuotantonopeudella 20 m/s, mikä puolestaan on uusien paperikoneiden tavanomainen tuotantonopeus.

Jos jäännöshajonta saadaan tasolle yksi prosentti, ei sii-30 tä ole mitattavissa olevaa haittaa. Niinpä rainan tasaisuuden parantaminen olisi etu ja edellytys paperinvalmistuksen laatutason ja tuottavuuden nostolle.

Esillä olevassa keksinnössä on massasulpun homoge-nointi toteutettu jo ennen perälaatikkoa siten, että kui-35 dut menettävät taipumuksensa muodostaa flokkeja ennen huo- !· i 3 81619 pautumistaan rainaksi. Samalla yksinkertaistuu perälaati-kon rakenne oleellisesti tullen valmistusteknisesti edullisemmaksi, ja mm. nykyisin pulmallinen mm. mikroturbulens-sia aikaansaavista elimistä johtuva likaantumisilmiö vähe-5 nee.

Keksinnön mukaisella laitteella homogenoidaan perä-laatikkoon tuleva massasulppu syöttämällä siihen korkea-taajuista, mekaanista, sopivimmin ultraäänitaajuista väräh-telyenergiaa.

10 Keksinnön mukaisessa laitteessa värähtelyt synnyte tään joko sopivilla ultraääniantureilla, tai imploosiolla.

Imploosio on käänteinen ilmiö eksploosiolle eli räjähdykselle. Kun veteen johdetaan sopivan paineista kylläistä tai hieman tulistettua höyryä, syntyy aluksi höyry-15 kupla. Lämpötilaeron vuoksi höyryn sisältämä höyrystymislämpö siirtyy veteen. Silloin höyry tiivistyy äkillisesti vedeksi ja kuplan tilalla nesteessä onkin lähes absoluuttinen tyhjiö. Kuplassa on tavallisesti hieman veteen liuennutta ilmaa. Ulkoisen paineen ansiosta kupla romahtaa 20 kokoon, ja kuplan keskustassa vesimolekyylit puristavat ilmamolekyylit yhteen synnyttäen tavattoman suuren paikallisen paineaallon, joka leviää vedessä kaikkiin suuntiin. Teoreettisten tarkastelujen perusteella hetkellinen ja paikallinen paine saattaa nousta tuhanteen baariin. Koska ky-25 seessä on adiabaattinen kaasun kokoonpuristuminen, seurauksena on myös erittäin suuri lämpötilan nousu. Järjestämällä höyryn syöttö sopivasti, esim. huokoisen seinämän läpi, saadaan kuplia syntymään jatkuvasti, ja tuloksena on jatkuva painevärähtelylähde. Höyryn käyttö on edullista, sil-30 lä useassa tehtaassa sitä on ylen määrin, eikä sille voida laskea mitään olennaista taloudellista arvoa.

Imploosiolla synnytetty värähtely on laajakaistaista, eli syntyy ns. valkoista kohinaa. Imploosiokuplan koko riippuu veden paineesta ja sen lämpötilasta, höyryn 35 paineesta, lämpötilasta ja tulistusasteesta. Koska höyry 4 81 619 syötetään virtaavaan veteen, sen paine vaihtelee turbulenssin takia paikallisesti.

Käytettäessä yksinomaan ultraääniantureita voidaan ne asentaa massaputken ympärille, tarkemmin sanottuna ne 5 muodostavat osan putkesta. Käytännössä nykyaikaisen pape- 1 rikoneen perälaatikkovirtaama on 75-150 1/sm, eli leveällä

3 I

8 m:n koneella 0,6-1,2 m /s. Kun perälaatikon syöttöputken halkaisija vaihtelee virtaamaa vastaavasti alueella 600-800 mm, tulee virtausnopeudeksi n. 2 m/s. Haluttaessa vä-0 rähtelyn vaikuttavan sekunnin ajan, saadaan laitteen pituudeksi kaksi metriä. Putken seinän tulee olla sellaista materiaalia, että rajapinnan akustinen impedanssi on mahdollisimman pieni, eli värähtelyenergian vaimeneminen on minimissään. Toisena mahdollisuutena on käyttää virtauksen 5 sisällä ns. flextension-anturia. Mainittu anturi muistuttaa ulkomuodoltaan siipiprofiilia, eli anturin poikkileik- , kaus on esim. ellipsi. Anturin muodon ansiosta suurenee j sen lähettämän värähtelyn amplitudi. Tällainen anturi voi olla virtauksessa joko poikittain tai pitkittäin. | 0 Ultraääntä käytettäessä sopiva taajuus on 20-100 kHz ' 2 ja tehotiheys rengasanturissa 20-200 W/cm .

Imploosion käyttöön perustuva anturi voi puolestaan j olla rakenteeltaan sellainen, että massaputken sisällä on i saraankeskeinen, huokoinen putki, joka on päästä suljettu. II-5 man höyryn painetta massa pyrkii virtaamaan huokosten läpi, .

mutta kuidut tukkivat ulkopinnalta huokoset nopeasti, ja vuoto lakkaa. Kun nyt annetaan höyryn virrata huokoisen putken sisään, puhaltaa se huokoset auki ja kuplanmuodos-tus alkaa.

0 Keksintöä selostetaan lähemmin viittaamalla ohei siin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön erästä sovellutusmuotoa, jossa värähtelyn synnyttämiseksi käytetään ultraääniantu- i reita, 5 kuvio 2 esittää keksinnön toista sovellutusmuotoa, i 5 81619 jossa käytetään toisentyyppistä ultraäänianturia, kuvio 3 esittää keksinnön kolmatta sovellutusmuo-toa, jossa värähtelyn synnyttämiseen käytetään imploosiota. | Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen menetel- 5 män toteuttamiseksi sovitelma, jossa massasulpun homoge-nointi on toteutettu massaputkessa ennen massasulpun saapumista perälaatikkoon.

Sovitelmaan kuuluu massaputkeen 1 asennettu putkimainen runko 2, jonka läpi massasulppu 3 virtaa. Rungon 2 10 ympärille on asennettu rengasmaisesti ultraääniantureita 4, joita voi tarpeen mukaan olla yksi tai useampia peräkkäisiä renkaita massasulpun homogenointiin tarvittavasta tehosta, putken halkaisijasta, massasulpun virtaamasta ja massasulpun ominaisuuksista riippuen. Ultraääniantureiden 15 muodostamat renkaat voidaan sijoittaa joko välittömästi toisiinsa kiinni tai vaihtoehtoisesti välimatkan päähän toisistaan.

Kuitumassan virratessa sovitelman läpi siihen aiheutetaan ultraääniantureiden avulla mekaanisia värähtely-I 20 jä, jotka aikaansaavat massasulpussa leikkausvoimia. Leik- j kausvoimat puolestaan pyrkivät siirtämään kuituja massasul- j pussa ja tällöin irrottavat toisiinsa tarttuneet kuitukimp- puja muodostaneet kuidut toisistaan irralleen ja siten homogenisoivat massasulpun.

25 Sovitelmassa käytetty putkimainen runko 2 on poikki leikkaukseltaan edullisesti olennaisesti massaputken kokoinen ja muotoinen, jolloin ei synny massasulpun virtausta häiritseviä virtauskanavan muutoksia. Runko 2 on edelleen edullisesti valmistettu komposiittimateriaalista, joka on 30 akustisilta ominaisuuksiltaan mahdollisimman sopiva ja muodostaa mahdollisimman pienen vastuksen ultraäänen etenemiselle anturista 4 massasulppuun.

Kuviossa 2 on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi sopiva sovitelma, jossa on | 35 vastaavalla tavalla massaputkeen 1 asennettu ultraääniantu- ---------- ——— ' e 81619 reita 5.

Ultraäänianturit 5 ovat ns. flextension-tyyppisiä ja ne on asennettu massaputkeen 1 massasulpun virtaukseen nähden poikittain. Useita antureita käytettäessä ne voidaan 5 asentaa massaputkeen 1 peräkkäin ja edullisesti toisiinsa |

nähden akseleiltaan ristikkäin, jolloin ultraääniaaltojen vaikutus saadaan massasulpussa eri suuntiin ja siten toi- I

siaan tehostaviksi.

Flextension-antureiden 5 poikkileikkaus on tyypil-3 lisesti ellipsin muotoinen ja anturissa on aktiivisesti

värähtelevä kide 6 ellipsin pidemmällä halkaisijalla. Ki- I

teen 6 värähdellessä pituussuunnassaan välittyy värähtely ellipsiin. Sen muodon ansiosta pieni pidemmän halkaisijan ! pituusmuutos aiheuttaa suuren muutoksen ellipsiin pienem-5 pään halkaisijaan. Näin voidaan synnytetyn värähtelyn amp- litudi suurentaa geometrisesta ja päästä riittävän suuriin tehotiheyksiin.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön kolmas sovellutus-muoto, jossa värähtely on aikaansaatu massasulppuun syöte-I tyn höyryn vaikutuksesta tapahtuvalla imploosiolla.

Kuviossa 3 on massaputkeen 1 asennettu poikkileikkaukseltaan olennaisesti massaputken 1 muotoinen runkokap-pale 2. Runkokappaleeseen on asennettu höyrynsyöttöputki 7, jota kautta höyry syötetään rungon 2 sisään asennettuun höyrynsyöttösuuttimeen 8. Paineista edullisesti yli 100°c lämpötilassa olevaa höyryä syötetään suuttimen reikien kautta massasulppuun, jolloin aiemmin esitetty imploosio aikaansaa värähtelyjä keksinnön tarkoituksen mukaisesti.

Tekemällä runkokappale 2 komposiittimateriaalista, jonka akustiset ominaisuudet sopivat ultraäänitaajuiselle värähtelylle, voidaan imploosioon tarvittavan höyrysuutti-men lisäksi käyttää ultraääniantureita, esimerkiksi kuvion 1 mukaisesti asennettuina, jolloin ne tehostavat värähtelyyn siirtymistä ja toisaalta tahdistavat höyrysuuttimesta 8 purkautuvien höyrykuplien luhistumista tietyn taajuisen i 7 81619 imploosion aikaansaamiseksi.

Keksintö ei ole rajoitettu edellä esitetyihin so-vellutusmuotoihin, vaan eri sovellutusmuotoja voidaan yhdistää halutulla tavalla keskenään sopivan tuloksen aikaan-5 saamiseksi. Massavirtauksen suunnassa peräkkäin olevat ultraäänianturit voidaan vaiheistaa siten, että sama massa-seos on peräkkäisten antureiden kohdalla aina sopivasti samassa vaiheessa tai peräkkäisissä värähtelyn vaiheissa vaikutuksen tehostamiseksi. Höyrysuutin 8 voi olla putkilo mainen, jossa on reikiä tai rakoja tai se voi olla muodostettu useista sauvamaisista tai putkimaisista suuttimista, jotka ovat esimerkiksi virtauksen suuntaisesti rinnakkain asennettuja jne. Rengasmaisesti sijoitettuja ultraääniantureita ja flextension-tyyppisiä antureita voidaan aset-15 taa vuoron perään ja flextension-tyyppiset anturit voidaan myös asettaa virtaussuunnan kanssa samansuuntaiseksi.

r

Claims (9)

81619 l

1. Menetelmä massasulpun homogenoimiseksi, jossa menetelmässä massasulppuun muodostuneet kuitukimput ha- j jotetaan niihin kohdistettujen leikkausvoimien avulla, jolloin leikkausvoimat aikaansaadaan saattamalla massa-sulppu korkeataajuisen mekaanisen värähtelyn alaiseksi, tunnettu siitä, että massasulppu saatetaan värähtelyn alaiseksi massaputkessa tai vastaavassa välittömästi j ennen sen saapumista paperi- tai kartonkikoneen perälaa-tikkoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, j tunnettu siitä, että värähtely on ultraäänitaa- juista, edullisesti 20-100 kHz.

) 3. Patenttivaatimuksekn 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että värähtely synnytetään ultraääniantureilla .

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, ! tunnettu siitä, että värähtely synnytetään mas- ! } sasulpun sekaan kuplina syötetyn vesihöyryn aikaansaaman imploosion avulla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imploosion taajuus tahdistetaan ultraääniantureilla synnytetyn värähtelyn avulla.

6. Sovitelma massasulpun homogenoimiseksi ennen sen syöttämistä ulos paperi- tai kartonkikoneen perälaatikos-ta, jossa sovitelmassa on massasulppuun (3) korkeataajuis-ta mekaanista värähtelyä synnyttäviä elimiä (4, 5, 8) leikkausvoimien aikaansaamiseksi massasulppuun (3) siinä 0 olevien kuitukimppujen hajottamiseksi, tunnettu siitä, että elimet (4, 5, 8) leikkausvoimien aikaansaami- seksi on sijoitettu perälaatikkoon massasulppua (3) johtavaan massaputkeen (1, 2) välittömästi ennen perälaatik-koa. !; (5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sovitelma, j : tunnettu siitä, että eliminä (4, 5, 8) leikkaus- ί f·· i | 9 81619 voimien aikaansaamiseksi massasulppuun (3) on ultraääniantureita (4), jotka on sijoitettu rengasmaisesti massa-putken (1, 2) ympärille ainakin yhden renkaan muotoon.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sovitelma, 5 tunnettu siitä, että eliminä (4, 5, 8) leikkaus-voimien aikaansaamiseksi massasulppuun (3) on ultraääniantureita (5), jotka on sijoitettu massaputken (1) sisälle massasulppuvirtaan.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen sovi-10 telma, tunnettu siitä, että eliminä (4, 5, 8) leikkausvolmien aikaansaamiseksi massasulppuun (3) on massaputkeen (1, 2) asennettu rel,lllä tai vastaavilla varustettu höyrysuutin (8), jonka kautta massasulppuun (3) syötetään paineista, edullisesti yli 100°C olevaa 15 höyryä lmploosion aikaansaamiseksi höyrykuplien avulla. F 10 81619