FI91980B - Menetelmä ja laite kuitujen erottamiseksi nollavedestä - Google Patents

Description

91980

Menetelmä ja laite kuitujen erottamiseksi nollavedestä.

Förfarande och anordning för att avskilja fibrer ur bakvatten

Keksinnön kohteena on menetelmä kuitujen erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä, erityisesti paperinvalmistusprosessin lyhyessä kierrossa kiertävästä nollavedestä. Keksinnön kohteena on myös laite kuitujen erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä flotaation avulla sekä tämän laitteen käyttö kuitujen nopeaksi erottamiseksi nollavedestä.

Paperinvalmistusprosessi on perinteisesti suunniteltu mahdollisimman hyvän stabiliteetin aikaansaamiseksi siten, että mahdollisten prosessihäiriöiden vaikutus ehtii tasaantua. Samalla kuitenkin prosessin säädettävyys on hidas, ja erityisesti tuotettavan paperilaadun vaihtojen yhteydessä laadun vakiintuminen kestää useita minuutteja. Paperin värisävyn muuttaminen saattaa kestää jopa yli tunnin.

Yleisesti tunnetuissa paperinvalmistusprosesseissa paperi- tai kartonkiarkki tai vastaava muodostetaan suodattamalla massa* sulpusta ylimääräinen vesi viiran läpi, sekä palauttamalla pääosa suodosvedestä n. s. lyhyeen kiertoon. Massavirtaus johdetaan lyhyen kierron viiravesialtaaseen ja sieltä puhdistuslaitteiden, kuten pyörre-erottimien ja suodattimien kautta perälaatikkoon. Puhdistuslaitteiden usein monivaiheiset kierrätykset ja palautukset tekevät systeemistä monimutkaisen ja hitaan. Lisäksi avointen säiliöiden suuret ja osittain epämääräiset vesivolyymit ja ilman sekoittumisen välttämiseksi hitaana pidettävät virtausnopeudet korostavat prosessin hitautta ja vaikeuttavat sen tarkkaa hallintaa.

Paperikoneen formeriosassa syntyy vesiylimäärä, joka yleensä johdetaan prosessin aikaisempiin vaiheisiin niin sanottuna pitkänä kiertona. Tässä vedessä olevat kuidut ja muu kiintoaine erotetaan yleensä vedestä niiden saamiseksi mahdollisim-. man pian takaisin varsinaiseen kuituprosessiin. Kuitujen 2 91980 erotus- tai talteenottolaitteina käytetään yleisesti suodattimia, laskeutusaltaita tai flotaatiolaitteita.

Suodattimessa nollavesi suodatetaan huokoisen massakerroksen läpi, jolloin siinä olleet kiintohiukkaset jäävät massan sekaan, palautuen prosessiin suodatusmass an kanssa. Laskeutus-altaissa taas kiintoaines laskeutuu hitaasti altaan pohjalle, josta se johdetaan takaisin prosessiin. Flotaatiolaitteissa, joita on suuri määrä kaupallisia tyyppejä, nollavesi yleensä kyllästetään ilmalla tai siihen johdetaan paineilmaa. Ilma jakautuu pieniksi kupliksi, joihin vedessä oleva kiintoaines kiinnittyy pintajännityksen ansiosta. Kuplien mukana kiintoaines nousee veden pintaa kohti. Pinnalta erotetaan kuitupitoinen vaahto, ja siinä olevat kuidut viedään vaahdonsammutuksen kautta takaisin prosessiin.

Kaikkien näiden kuitujen erotusmenetelmien heikkous on niiden hitaus, eli suhteellisen pitkä aikaväli nollaveden erkanemisesta siinä olevien kuitujen palautumiseen kuituprosessiin. Lisäksi niihin sisältyy monimutkaisia laitteita monine likaan-tumisalttiine sokkeloineen ja komplisoituine massanvientei-neen. Tämä kaikki tekee prosessin häiriöalttiiksi ja vaikeasti hallittavaksi.

Stabiilissa prosessitilassa hitaudesta ei ole suurta haittaa, mutta mikäli valmistettavan paperilajin vaihdossa tai muuten halutaan muuttaa prosessin asetuksia, tämä hitaus vaikeuttaa prosessin hallintaa. Varsinkin flotaatio- ja laskeutusproses-sit ovat lisäksi herkkiä ja häiriöalttiita, jolloin kuitujen ja kiintoaineiden talteenotto on usein epävakaata, aiheuttaen sekä materiaalihäviöitä että prosessihäiriöitä ja paperin laadun vaihteluja.

Pyrittäessä hyvin nopeaan lajinvaihtoon, kuten saman hakijan aikaisemmassa patenttihakemuksessa FI 922285 on esitetty, perinteiset kuitujentalteenottolaitteet ovat vakavana esteenä prosessin nopealle hallinnalle. Tyypillistä on, että vaikka

II

3 91980 lajinvaihto sinänsä onnistuisi nopeasti, eli valmistettava paperi saataisiin spesifikaation mukaiseksi, vielä puolen tunnin ja muutaman tunnin välillä olevan aikavälin jälkeen nollakuitujen paluuvirtaus muuttuu voimakkaasti. Tämä muuttaa samalla paperirainan vedenpoisto- ja kuivatusominaisuuksia, mistä saattaa seurata paperikoneella ratakatko tai huomattavaa hyi kytuot antoa.

notaatiota ja laskeutusta käytetään myös muissa prosesseissä, m. m. metallurgiassa mineraalien rikastamiseksi. US-patenteissa 4, 279, 743, 4,397,741 ja 4,399,027 Jan P. Miller on esittänyt menetelmän mineraalien flotaatioksi kompaktissa tilassa kaasutetussa hydrosyklonissa. Kiertoliikkeessä olevan suspension kautta painetaan hienojakoista kaasuä, mikä aikaansaa tehostetun flotaation syklonin sisällä. Tätä menetelmää on Ahl-strom-Kamyr Inc, Glenns Falls, USA soveltanut painovärin poistamiseksi jätepaperista. Tällöin painovärihiukkaset kiinnittyvät 1...3% sakean kuitususpension läpi suotautuviin pieniin ilmakupliin ja huuhtoutuvat näiden mukana kuitususpension läpi. Suspensiossa olevat kuidut vuorostaan muodostavat tässä sakeudessa verkoston, joka sitoo kuidut toisiinsa. Kuitujen keskinäinen asema ei siten muutu ilmakuplien vaikutuksesta. Tällaisessa immobilisoidussa kuituverkossa voi kuitenkin pinenet painovärihiukkaset liikkua suhteellisen vapaasti ilma-kuplien mukana ja täten poistua puhdistettavasta kuitumateriaalista puhdistuvien kuitujen jäädessä suspensioon.

Näissä menetelmissä perustuu painovärin poisto ja mineraalien erottuminen erotettavien hiukkasten hydrofobisuuteen.

Perinteisissä flotaatiomenetelmissä, jotka tähtäävät kuitujen erottamiseen, käytetään hyvin laimeata, alle n. 0, 2% kuitupitoista vettä. Näin laimeassa suspensiossa kuidut eivät muodosta kiinteää verkkoa, vaan voivat vapaasti liikkua ilma-kuplien vieminä kohti pintaa. Pinnalle muodostuu tällöin kuitu-vaahto, jonka sakeus on kohtalaisen suuri, yleensä useamman . prosentin, johtuen siitä, että ilma tavallaan syrjäyttää 4 91980 veden. Kriittinen raja, jonka alla kuidut ovat vapaasti liikkuvia, riippuu laajalti kuitujen pituudesta sekä myös suspensioon vaikuttavista leikkausvoimista ja voi vähäisillä leikkaus voimilla vaihdella suunnilleen 0,2 ja 0,02% välillä. Paperikoneen viiran läpi suotautuneessa kiertovedessä kuidut ovat suhteellisen lyhyitä, joten kiertoveden kriitinen kuitu-pitoisuus on yleisesti 0,2% luokkaa. Seuraavassa selityksessä ja patenttivaatimuksissa kuitupitoisella vedellä tarkoitetaan vettä, jossa kuitupitoisuus on niin alhainen, että kuidut eivät muodosta kuituja sitovaa verkkoa.

Perinteisessä flotaatiossa kuitupitoinen vesi johdetaan avoimeen tai muuten hidasta virtausta omaavaan laitteeseen ja veteen dispergoidaan ilmaa, joka kiinnittyy kuituihin ja nostaa ne hitaasti veden pinnalle. Kompaktia laitetta, kuten kaasutettua hydrosyklonia ei kuitujen erottamiseen olla kuitenkaan käytetty. Kuidut eivät ole painovärin ja mineraalien lailla hydrofobisia hiukkasia. Lisäksi tiedetään hydrosyklo-nissa muodostuvan erittäin suuren ilmamäärän sisältävää vaahtoa. Vaahdon sisältämä ilma aiheuttaa varsinaisia ongelmia paperinvalmistusprosessin myöhemmissä vaiheissa eikä kuituja voida palauttaa prosessiin ilmaa poistamatta. Perinteisen paperiteollisuuden muun laitekehityksen tasosta johtuen hyvin nopeaan ja kompaktiin kuitujen talteenottoon ei myöskään ole ollut tarvetta, koska kokonaisprosessin kompaktisuus ei ole ollut tärkeänä tavoitteena.

Saman hakijan edellä mainitussa patenttihakemuksessa FI 922285 on esitetty keksintö, joka koskee paperikoneen märkäpään prosessin nopeuttamista. Mainitun keksinnön hyväksikäyttöä voidaan edelleen tehostaa nopeuttamalla myös talteenotettujen kuitujen palautusta kuituprosessiin.

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite ja menetelmä kuitujen tehokkaaksi ja nopeaksi erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä.

Il 5 91980

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada laite ja menetelmä kuitujen erottamiseksi paperikoneen nollavedestä ja kuitujen taiteenottamiseksi paperinvalmistusprosessissa edelleen käyttämistä varten.

Keksinnön tarkoituksena on erityisesti aikaansaada menetelmä ja laite nollakuitujen entistä nopeammaksi ja tehokkaammaksi erottamiseksi paperikoneen nollavesiylimäärästä ja kuitujen palauttamiseksi nopeasti valmistusprosessiin.

Keksinnön tarkoituksena on myös esittää paperinvalmistus-prosessi, jonka säädettävyys on nopeampi ja hallittavuus on parempi verrattuna perinteisiin paperinvalmistusprosesseihin.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada paperinvalmistusprosessi, jonka kiertovesijärjestelmästä poistuu suhteellisesti hyvin vähän tai ei lainkaan kuituja ja täyteaineita.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu oivallukseen, että ilma pystyy rikastuttamaan kuituja laimeasta kuitupitoisesta nesteestä kompaktissa hydrosyklonissa. Poistamalla tämän jälkeen ilma hydrosyklonissa syntyneestä vaahdosta kuidut voidaan välittömästi pumpata takaisin prosessiin.

Keksinnön kohteena on siten oheisten patenttivaatimusten määrittelemä menetelmä ja laite kuitujen erottamiseksi nesteestä sekä tämän laitteen käyttö paperinvalmistusprosessissa.

Siten keksinnön kohteena on menetelmä kuitujen erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä jatkuvan flotaatiomenetelmän avulla, jossa menetelmässä kuitupitoinen vesi saatetaan pyörreliikkee-seen pyörähdyskappaleen muotoisen vaipan sisällä, pyörteeseen veteen johdetaan hienojakoista kaasua, muodostuva kuidut sisältävä vaahto saatetaan kulkeutumaan kohti pyörteen keskustaa, ja pyörteen keskelle muodostuvasta, kuiduilla rikastetusta vaahtopatsaasta poistetaan kuitupitoista vaahtoa, joka edullisesti johdetaan vaahdonsammutukseen.

6 91980

Keksinnön kohteena on myös laite kuitujen erottamiseksi jossa laitteessa on pyörähdyskappaleen muotoinen vaippa ja välineet kuitupitoisen veden saattamiseksi pyörteelliseen liikkeeseen pyörähdyskappaleen muotoisen vaipan sisäpinnalla. Laitteessa on välineet kaasun johtamiseksi veteen, jotka välineet käsittävät vaipan kaasua läpäisevän osan hienojakoisen kaasun johtamiseksi pyörteiseen veteen, ja välineet kuitupitoisen vaahdon poistamiseksi laitteesta vaipan keskelle muodostuvan vaahto-patsaan alueella. Laite on edullisesti yhteydessä vaahdon-s ammutus1aittees een.

Keksinnön mukaisen kuitujenerotuslaitteen vaippa on edullisesti sylinterin tai katkaistun kartion muotoinen. Olennaista on, että vaipan pinta sallii veden esteettömän ja nopean pyörre-liikkeen.

Keksinnön muut tarkoitukset, edut ja ominaisuudet sekä vaihtoehtoiset rakenteet ja menetelmät tulevat alan ammattimiehelle ilmeisiksi tutustumalla seuraavaan keksinnön yksityiskohtaisempaan selitykseen, jossa viitataan oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisena akselinsuuntaisena leikkauksena keksinnön mukaisen kuitujenerotuslaitteen erään edullisen s uori tus muodon, kuvio 2 esittää kuvion 1 kuitujenerotuslaitteen poikkileikkausta viivaa A-A pitkin, kuvio 3 esittää kuvion 1 kuitujenerotuslaitteeseen edullisesti liitetyn vaahdonsammutuslaitteen läpileikkausta viivaa B-B pitkin, kuvio 4 esittää kuvion 3 vaahdonsammutuslaitteen läpileikkausta viivaa C-C pitkin, kuvio 5 esittää leikkauskuvantona keksinnön mukaisen kuitujen- li 7 91980 erotuslaitteen erästä toista edullista suoritusmuotoa, jossa vaahtopatsas ja puhdistettu neste poistetaan syklonin samasta päästä, kuvio 6 esittää kaaviomaisena leikkauskuvantona keksinnön mukaisen kuitujenerotuslaitteen vielä erästä suoritusmuotoa, jossa syklonissa on aktiivinen roottori, kuvio 7 esittää kuvion 6 kuitujenerotuslaitteen läpileikkausku-vantoa viivaa A"-A" pitkin, ja kuvio 8 esittää kaaviollisesti paperikoneen kiertoa, jossa keksintöä on sovellettu.

Eri kuvioiden vastaavat viitemerkinnät viittaavat samoihin osiin eri suoritusmuodoissa.

Kuviossa 1 on esitetty yleisesti kuitujenerotuslaite eli kaasutettu hydrosykloni 10, joka käsittää syklonin olennaisesti sylinterimäsien vaipan 15 ja sen toisessa päässä spiraalimaisen syöttöpään 12. Sylinterimäisen vaipan 15 keskellä on kuitupitoisen vaahdon poistoputki eli vaahtoputki 13. Syöttöpäätä 12 vastakkaisessa poistopäässä on pyörteen stabilisaattori 26 ja veden poistoyhde 28. Laitteen syöttöpäässä 12 vaippa 15 ja vaahtoputki 13 määrittävät väliinsä suutinrenkaan 14 ja poistopäässä vaippa 15 ja pyörteen stabilisaattori 26 määrittävät väliinsä rengasmaisen poistoraon 27, joka on yhteydessä poisto-yhteeseen 28. Vaipan 15 seinämässä on huokoista kaasua läpäisevää materiaalia oleva osa 18, joka on kokonaisuudessaan kaasuputkeen 22 yhdistetyn kaasutilan 19 ympäröimä.

Seinämän osuus 18 on valmistettu tukevasta mutta samalla huokoisesta materiaalista siten, että se päästää lävitseen kaasua, joka purkautuu seinämän 18 sisäpinnalle erittäin hienojakoisessa muodossa. Kaasua läpäisevä osuus 18 muodostaa olennaisen osan koko vaipan 15 pinta-alasta, jotta kaasun sekoittu-, minen veteen saadaan syklonissa tehokkaaksi.

91 980 8

Kuviossa 2 on esitetty kuitujen erotuslaitteen 10 poikkileikkaus, jossa näkyy vaipan 15 huokoinen osa 18 ja sitä ympäröivä kaasutila 19. Huokoisen osan 18 sisäpinta muodostaa kaasutus-pinnan 16, jossa huokoisen osan läpi purkautuva hienojakoinen kaasu laitteen käytön aikana sekoittuu vaipan seinämällä kiertävään veteen muodostaen rengasmaisen flotaatiovyöhykkeen 17.

Lisäksi kuvion 1 suoritusmuodossa sekä poikkileikkauskuvioissa 3 ja 4 on esitetty kuitujenerotuslaitteeseen 10 edullisesti vaahtoputkella 13 yhdistetty vaahdonsammutuslaite 30, joka vastaa saman hakijan patenttihakemuksessa FI 922283 esitettyä ilmanerotuspumppua täydennettynä sopivilla laitteilla vaahdon sammuttamiseksi. On kuitenkin selvää,' että keksinnön mukaan voidaan käyttää myös mitä tahansa muuta sopivan tyyppistä vaahdons ammutus väli nettä.

Kuviossa esitetty vaahdonsammutuslaite 30 käsittää olennaisesti kartiomaisesti laajenevan vaipan 38, pyöritettävän roottorin 32, sisääntuloaukon 22 sekä vaipan 38 laajemmassa päässä olevan pumppukammion 45 ja poistoyhteen 44. Roottori 32 koostuu roottorin akselista 34 ja roottorin siivistä 36 ja siivekkeistä 37.

; Vaahdonsammutuslaitteen vaippa 38 voi olla täydellisen pyörähdyskappaleen muodosta poikkeava, kuten lievästi kulmikas tai siten, että sen sisäpintaan on aikaansaatu virtausesteitä. Tälläiset virtausesteet voivat olla esimerkiksi ripoja, kuhmuja tms. sopivaa muotoa olevia poikkeamia pyörähdyskappaleen muodosta.

Roottoriin 32 on edullisesti sijoitettu vaahdon sammutussuuttimet 42, jotka ovat yhteydessä ulkopuoliseen nestelähteeseen roottoriin akseliin 34 sijoitetun kanavan 41 kautta. Koska roottorin 32 pyöriminen aiheuttaa sen, että suihkut roottorin suhteessa kulkevat kaariliikkeessä, huomioidaan pyörimisnopeus suuttimia suunnattaessa niin, että vaahdonsammutussuihku 43

II

9 91980 kohdistuu vaipan pinnassa pyörivään vaahtopyörteeseen 40 eikä roottorin siipeen 36. Sammutussuuttimet 42 voidaan vaihtoehtoisesti järjestää siten, että ne tuodaan roottoriin 32 kiinnitetyn ja sen mukana pyöritettävän erillisen yhteen avulla lähemmäs vaippaa 38. Suuttimet 42 voidaan myös sijoittaa roottorin siipiin 36.

Vaahdonsammutuslaitteen 30 ilmanpoistoaukko 46 on edullisesti kytketty alipainelähteeseen, joka voi olla esimerkiksi lauhdut-timella varustettu imupumppu.

Kuviossa 5 esitetyssä keksinnön mukaisen kuitujenerotuslait-teen suoritusmuodossa syöttöpää 12 sijaitsee syklonin 10 vastakkaisessa päässä vaahtoputkeen 13 nähden. Syöttöpään 12 kanssa samassa päässä sijaitseva keskiökappale 29 ja syklonin vaippa 15 määrittävät väliinsä syöttöraon 14. Kuvion 5 suoritusmuodossa keskiökappale 29 on suppenevan muotoinen, mutta se voi olla muutakin muotoa. Vaahtoputki 13 on valmistettu paksu-seinämäiseksi, millä on aikaansaatu riittävän suuri stabi-lointipinta, jolloin vaahtoputken 13 pää toimii myös vaahto-patsaan stabilisaattorina. Vaahtoputki 13 määrittää lisäksi vaipan 15 kanssa rengasmaisen raon 27, joka on yhteydessä poistoyhteeseen 28.

Kuviot 6 ja 7 esittävät keksinnön erästä suoritusmuotoa, jossa syklonin 10 sisälle on asetettu roottori 50, joka on pyöritettävästä laakeroitu ja tiivistetty syklonin syöttöpäähän 12 ja jonka akselia 52 käytetään yleisesti tunnetulla tavalla. Roottorin 50 keskiöön 54 on edullisesti kinniitetty siivet 56.

Lisäksi kuviossa 6 esitetään vaahtoputken 13 pidennys, joka muodostaa vaahdonsammutuslaitteen 60. Se muodostuu vaahto-putken 13 jatkeesta, jossa on yhteellä 64 syötettyjä suuttimia 62. Osa tai kaikki suuttimet 62 ovat edullisesti yhteydessä poistoyhteeseen 28 palautusjohdon 66 kautta, jonka virtausta säädetään säätöventiilillä 68 tai muulla tunnetulla tavalla. Vaahtoputken 13 pidennys on lisäksi edullisesti liitetty toi- 10 91980 seen vaahdonsammutus1aitteeseen.

Kuviossa 7 on esitetty kuvion 6 mukaisen erotuslaitteen poikkileikkaus, jossa roottorin 50 keskiö 54 ja siivet 56 näkyvät selvemmin.

Keksinnön mukaisen menetelmän suorittamista selitetään seuraa-vassa erityisesti kuvion 1 mukaiseen suoritusmuotoon viitaten. Puhdistettava kuitupitoinen vesi, joka edullisesti on paperikoneen viiran läpi suotautunutta vettä, syötetään kaasutetun hydrosyklonin 10 syöttöpäähän 12. Neste saatetaan syöttöpään 12 suppenevan spiraalimaisen rakenteen johdosta voimakkaaseen pyörimisliikkeeseen ja se kulkeutuu pyörteenä suutinrenkaan 14 kautta sykloniin, jossa se keskipakoisvoiman ansiosta painautuu pyörteenä syklonin vaippaa 15 vastaan.

Pyörteiseen veteen painetaan tai imetään kaasua huokoisen vaippaosan 18 kautta, jolloin hienojakoinen kaasu sekoittuu kuitupitoiseen veteen kaasutuspinnalla 16. Keskipakoisvoimasta johtuen kaasu leviää pyörivään kuitupitoiseen veteen muodostaen tämän kanssa flotaatiovyöhykkeen 17, jossa hienojakoiset kaasukuplat kiinnittyvät nesteessä oleviin kuituihin ja mahdollisesti läsnäoleviin täyteainehiukkasiin. Hienojakoiset kaasu-kuplat hakeutuvat kohti syklonin 10 keskustaa, jossa muodostuu ; kuiduilla ja täyteaineilla rikastettu vaahtopatsas 20.

Vaahtopatsaaseen 20 kohdistetaan edullisesti yli- tai alipaine, jonka vaikutuksesta se kulkeutuu vaahtoputken 13 kautta sykloniin 10 liitettyyn vaahdonsammutuslaitteeseen 30. Kaasun avulla kirkastettu neste kulkeutuu edelleen syklonin vaippaa 15 pitkin rengasmaisen raon 27 kautta veden poistoyhteeseen 28.

Kuvioden 1 ja 2 esittämässä tilanteessa flotaatiovyöhyke 17 ulottuu aina pyörteen stabilisaattoriin 26 asti siten, että vaahtopatsas 20 ja kirkastettu vesi eivät joudu suoraan koske-.· tukseen toistensa kanssa. Vaahdon ja veden välisessä raja-

II

11 91980 pinnassa saattaisi tapahtua sekoittumista ja siten kuitujen palautumista kirkastettuun veteen. Tällaisten kuituhäviöiden estämiseksi pyritään käyttöparametrien asetuksilla tilanteeseen, jossa flotaatiovyöhyke 17 ulottuu aina pyörteen stabilisaattoriin 26 asti.

Kuitujenerotuslaitteesta 10 vaahto johdetaan vaahtoputkeen 13 ja sieltä edullisesti vaahdonsammuttimeen 30, missä pyörivä roottori 32 sekä sisääntulonaukon 22 tangentiaalinen järjestely saattaa vaahdon nopeaan pyörreliikkeeseen vaahdonsammutti -men vaippaa 38 vastaan. Keskipakoisvoiman ja mekaanisen rasituksen vuoksi vaahto romahtaa, muodostaen vaipaa 38 vastaan kuitususpensiorenkaan 40.

Kuitupitoinen vaahto on suhteellisen korkean kuitupitoisuutensa ansiosta melko stabiilia. Vaahdon sammumista voidaan edesauttaa suuntaamalla vaahtoon vettä roottoriin 32 sijoitettujen vaahdonsammutussuuttimien 42 ja suihkujen 43 kautta. Vaahdon sammumista voidaan myös tehostaa muilla tunnetuin tavoin lisäämällä vaahtoon kohdistuvaa mekaanista rasitusta. Vaahdon laimentuminen vedellä heikentää sinänsä sen stabiilisuutta. Suut-timiin 42 tuotava vaahdonsammutusvesi on edullisesti kuitujen-erotuslaitteen 10 kirkastettua vettä tai muuta vettä, mutta tähän tarkoitukseen voidaan käyttää muitakin fluideja, kuten ilmaa tai muuta kaasua tai nestettä. Erikoisen tehokkaasti vaahdonsammutus toimii, mikäli siihen lisätään vaahdonsammutus-ainetta, joita markkinoilla on saatavana useata kaupallista tyyppiä.

Ilmanpoiston tehostamiseksi voidaan edullisesti asettaa vaahdonsammutin 30 imun alaiseksi kytkemällä sen ilmanpoisto-aukko 46 alipainelähteeseen. Tällöin myös vaahtopatsas 20 ja sen kautta sykloni 10 joutuvat imun alaiseksi, mikä edesauttaa kaasun imeytymistä huokoisen vaippaosan 18 läpi flotaatio-vyöhykkeeseen 17. Näin ollen kaasuttamiseen tarvittava paine-ero voidaan aikaansada joko syöttämällä paineenalaista kaasua kaasuputken 22 kautta tai vastaavasti imemällä kaasunpoisto- 12 91980 aukon 46 kautta tai näitä menetelmiä yhdistämällä.

Kuviossa 5 esitetyssä suoritusmuodossa kuitupitoinen vesi syötetään syklonin 10 alapäähän sijoitettuun syöttöpäästä 12 syöttörakoon 14. Tässä suoritusmuodossa oleva suppeneva keskiö-kappale 29 antaa tilaa syötettävälle kaasulle. Keskiökappaleen keskeinen tehtävä on edesauttaa pyörreliikkeen muodostumista.

Muuntamalla keskiökappaleen muotoa voidaan saada aikaan veden virtauksen kiihtymistä, mikä antaa tilaa kaasulle. Ei myöskään ole välttämätöntä, että flotaatiovyöhyke koskettaa keskiö-kappaletta 29, kuten kuviossa 5 on esitetty, vaan keskiö-kappale voi päättyä heti pyörteen alkamisen jälkeen.

Flotaatio jatkuu kunnes flotaatiovyöhykkeeseen 17 syötetty ilma on keskipakoisvoiman avulla saavuttanut vaahtopatsaan 20. Kuviossa 5 esitetyssä tapauksessa tämä tapahtuu ennen virtaa-van flotaatiovyöhykkeen saapumista vaahtoputkeen 13 asti, joten vaahtopatsaan 20 ja kirkastetun veden välille muodostuu rajapinta 23. Vaahdon poistoputki 13 toimii myös pyörteen stabilisaattorina, ja on riittävän stabilointipinnan aikaansaamiseksi valmistettu paksuseinämäiseksi.

Rajapinnassa 23 saattaa tapahtua tiettyä sekoittumista, mikä voi palauttaa kuituja kirkastettuun veteen ja edelleen sen mukana kuituhäviöinä pois prosessista tai sekoittaa kirkastettua vettä talteenotettavaan vaahtopatsaaseen 20. Koska tämä alentaa laitteen tehokkuutta, pyritään käyttöparametrien asetuksilla tilanteeseen, jossa rajapinta 23 on mahdollisimman lyhyt. Kirkastettu vesi poistuu syklonista rengasmaisen raon 27 kautta poistoyhteeseen 28.

Vaikka edellisessä esityksessä yksinkertaisuuden vuoksi puhutaan syklonin ylä- ja alapäistä on alan ammattilaiselle selvää, että keksinnön mukaisen laitteen toiminta ei ole riippuvainen sen asennosta, vaan se voidaan asettaa esimerkiksi *. vaakasuoraan tai viistoon. Lisäksi on selvää, ettei sillä ole tl 13 91980 merkitystä, kumman päädyn suuntaan vaahto ja kirkastettu vesi poistetaan tai että kumman päädyn suunnasta kuitupitoinen vesi syötetään laitteeseen.

Kuvioiden 6 ja 7 esittämässä suoritusmuodossa syklonin 10 sisälle asennetun roottorin 50 siivet 56 pitävät pyöriessään syklonin sisällä olevat kuitupitoisen veden, flotaatiovyöhyk-keen 17, vaahtopatsaan 20 ja kirkastetun veden tasaisessa pyörimisliikkeessä.

Poistettavan vaahdon sammutuksen tehostamiseksi suihkutetaan erillisessä vaahtoputken 13 pidennyksen muodostamassa vaahdon-sammutuslaitteessa 60 vettä, kaasua tai muuta fluidia ohivirtaavaan vaahtoon suuttimien 62 kautta/ joita suuttimia syötetään yhteellä 64. Veden käyttäminen on erityisen edullista, koska se laimentaa samalla suuren kuitupitoisuuden ansiosta stabiilia vaahtoa. Vaahdon s ammutusfluidina voidaan edullisesti käyttää paperikoneen kiertovettä, joka tällöin palautuu talteenotettujen kuitujen mukana kiertoon. Suuttimilla 62 aikusammutettu vaahto viedään edullisesti vielä toiseen vaahdonsammuttimeen, joka voi olla edellä kuvion 1 mukaisen suoritusmuodon yhteydessä kuvatun kaltainen.

Kirkastetun veden pyörteen pyörimisenergia voidaan erikoisesti tässä, mutta myös muissa suoritusmuodossa ottaa talteen pumppausenergiana muotoilemalla poistoyhdettä 28 pumppukammion muotoiseksi jolloin roottorin siipiä voidaan käyttää pumpun j uoks upyöränä.

Sykloniin 10 tuleva kuitupitoinen vesi jakautuu vaahtopatsaak-si 20 ja kirkastetuksi vedeksi suhteessa, jonka määrittelee lähinnä vaahtopatsaan 20 ominaisuudet, jotka määräytyvät syötetyn ilman määrän ja erotetun kuitumateriaalin määrän ja ominaisuuksien perusteella. Kun halutaan säätää kuitujen talteenotti -mesta poistuvan kirkastetun veden määrää tapahtuu tämä edullisesti palauttamalla osa vedenpoistoyhteeseen 28 tulevasta kirkastetusta vedestä palautusjohdon 66 kautta vaahdonpoisto- 14 91980 putkeen 13, jolloin palautusjohdosta 66 palautuva kirkastettu vesi edullisesti käytetään yhtenä tai useampana vaahdonsammu-tussuihkuna 63. Palautuvan veden määrä säädetään säätöventtii-Iillä 68 tai muulla tunnetulla tavalla.

Paperikoneen hallinnan parantamiseksi tulee, kuten saman hakijan edellä mainitussa pantenttihakemuksessa FI 922285 on esitetty, nopeuttaa viiran läpi kulkeutuvan aineen palauttamista prosessiin eli paperikoneen perälaatikkoon mahdollisimman pal j on.

Kuvio 8 esittää mainitun patenttihakemuksen esittämän järjestelmän mukaisen paperikoneen märän pään, johon on sijoitettu keksinnön mukaisen kuitujenerotuslaitteän 10, ja vaahdonsammut-timien 60, 30 yhdistelmä, josta yhdistelmästä käytetään tässä nimitystä kuitujentalteenottolaite 80.

Paperimassan valmistuksesta 70 syötetään paperimassaa ja sen komponentteja massan syöttölinjan 72 kautta massan sekoitti -meen 74, jossa se laimennetaan siihen tuotavin kiertovesivir-tauksin, joita syöttävät formerin vedenpoistoyksikköihin yhteydessä olevat ilmanerotuspumput 86, jotka edullisesti ovat saman hakijan patenttihakemuksen FI 922283 mukaisia pumppuja.

Sekoittimeen 74 johdetaan myös talteenottolaitteen 80 yhteestä k 44 sammutetusta vaahdosta saatu kuitususpensio. Systeemi suunnitellaan ja mitoitetaan siten, että massa laimennetaan sekoit-timessa 74 sopivaan sakeuteen keskipakoiserottimessa 75 seuraa-vaksi tapahtuvaa lajittelua varten, eli edullisesti alle 1,5% kuitupitoisuuteen. Keskipakoiserottin 75 on edullisesti saman hakijan patenttihakemuksen FI 922282 mukainen erotin, jossa on aktiivinen roottori ylläpitämässä pyörimisliikettä. Erotimessa syntyvä rejekti laimennetaan useammassa portaassa 89, joita jokaista porrasta syöttää ilmanerotuspumppu 86.

Keskipakoiserottimesta 75 puhdistettu massa viedään edelleen painesihtiin 79, jossa rejekti laimennetaan kiertovesivirtauk-

II

15 91980 sella 84, jota syöttää yksi tai useampi ilmanerotuspumppu 86. Sihti on edullisesti saman hakija patenttihakemuksen FI 922284 mukainen sihti. Sekä erottimelle 75 että painesihdille 79 on ominaista, että ne sisäistä rejektin laimennusta käyttäen suorittavat massan puhdistuksen ilman rejektivirtauksen takaisin kytkentää ja ilman useampia puhdistusportaita.

Painesihdistä 79 massa viedään perälaatikkoon 90, josta laimea massa virtaa liikkuvalle viiralle 92, jolla paperirainaa muodostetaan poistamalla kuitumateriaalista erottuva vesi viiran läpi. Viiran 92 alla on välineet viiran läpi kulkeutuneen veden johtamiseksi ilmanerotuspumppuihin 86.

Viiran 92 läpi kulkevan veden mukana kulkeutuu osa perälaati-kosta 90 tulleesta kuitumateriaalista, jonka määrä riippuu vedenpoiston nopeudesta, kuitumateriaalin ominaisuuksista ja arkinmuodostuksen edistymisestä siten, että suurin kuitupitoisuus on lähinnä perälaatikkoa 90 poistetussa vedessä. Tämän jälkeen viiran läpi kulkevan veden kuitupitoisuus asteittain alenee, mutta se voi taas imusta johtuen kohota uudestaan vedenpoiston loppuvaiheessa imulaatikoilla 98 ja imutelalla 99. Imutelan 99 jälkeen rainasta on poistunut kaikki viiralla poistettava vesi.

Viiralta 92 poistuvan rainan kuiva-ainepitoisuus on suurempi kuin massanvalmistuksesta 70 syöttölinjan 72 kautta tulevan massan kuiva-ainepitoisuus, jolloin systeemiin syntyy vesi-ylimäärä, joka poistetaan liikavesilinjan 103 kautta. Poistettua vettä voidaan johtaa laimennusvesilinjan 104 kautta viira-kaivoon 71 ja poistovesilinjan 105 kautta uudestaan käytettäväksi massanvalmistuksessa 70 tai jätevedeksi. Jotta liikavesilinj aan 103 menevän veden alunperin sisältämät kuidut saataisiin mahdollisimman nopeasti palautetuiksi perälaatik-koon 90 erotetaan ne keksinnön esittämässä kuitujen talteen-ottolaitteessa 80 ja palautetaan sekoittimen 74 kautta edelleen perälaatikkoon 90.

16 91980

Paperikoneen toiminnan kannalta on tärkeää, että sen perä-laatikkoon 90 ohjataan määrältään tarkasti säädetty virtaus. Vesikiertojen muodostaessa suljetun systeemin, johon massa tulee ainoastaan massalinjasta 72 ja josta poistuu paperi-rainan 100 lisäksi ainoastaan kirkastettua vettä liikavesi-linjan 103 kautta, on prosessin tasapaino pidettävä yllä säätämällä liikavesilinjan 103 kautta poistuvan kirkastetun veden määrää. Tämä tapahtuu säätämällä kuvion 6 venttiilillä 66 ohitusputken 68 ja vaahtoputken 13 kautta sammutetusta vaahdosta erotetun kuitususpension mukana prosessiin palautuvan kirkastetun veden määrää.

Prosessia suunniteltaessa kuitujenerotuslaitteeseen 10 kuitupitoista vettä syöttävät ilmanerotuspumput valitaan siten, että niiden tuottama kuitupitoisen veden määrä riittää kaikissa ajotitilanteissa riittävän poistovirtauksen ylläpitämiseksi liikavesilinjassa 103. Tällöin on myös edullista säätää viiran kautta poistuvien vesien kuituainepitoisuudet siten, että kuitujentalteenottolaitteeseen 80 viedään mahdollisimman vähän kuituja sisältävää vettä. Kuvion 8 esittämässä prosessissa viedään vaahdonsammutuslaitteeseen 60 ja vaahdonsammutus -laitteen 30 roottorin vaahdonsammutusvesisuihkuihin kuitupitoista vettä ilmanerotuspumpusta 86. Vaihtoehtoisesti tässä voidaan käyttää ohitusputken kirkastettua vettä, jolloin kuitenkin syklonin 10 läpivirtausta tulee vastaavasti lisätä.

Edellä esitetyn perusteella onkin nähtävissä, että keksinnön mukaisen kuitujenerotuslaitteen avulla saadaan kiertovesissä olevat kuidut ja täyteaineet nopeasti ja tehokkaasti erotettua ja palautettua prosessiin, jolloin sen säätö nopeutuu ja hukkaantuvien kuitujen ja täyteaineiden määrä vähenee.

On myös huomattava, että keksintö ei rajoitu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, sillä edellä olevan esityksen perusteella alan ammattimies löytää helposti lisää vaihtoehtoisia suoritusmuotoja. Voidaan esimerkiksi ajatella, että vaipan kaasua ·, läpäisevä huokoinen osa korvataan lukuisalla joukolla hienoja

II

17 91980 suuttimia tai pillejä, jolloin sen ympärillä ei tarvita erillistä kaasutilaa. Lisäksi voidaan ajatella, ettei kaasutilaa tarvita siinä tapauksessa, että syklonissa käytetään riittävää alipainetta kaasun imemiseksi ympäröivästä ilmasta huokoisen osan läpi, jolloin syklonin rakennetta saadaan yksinkertaistettua.

Claims (16)

91980

1. Menetelmä kuitujen erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä jatkuvan flotaatiomenetelmän avulla, tunnettu siitä, että - kuitupitoinen vesi saatetaan pyörreliikkeeseen pyörähdyskappaleen muotoisen vaipan sisällä, - pyörteiseen veteen johdetaan hienojakoista kaasua, - muodostuva kuidut sisältävä vaahto saatetaan kulkeutumaan kohti pyörteen keskustaa, ja - pyörteen keskelle muodostuvasta, kuiduilla rikastetusta vaahtopatsaasta poistetaan kuitupitoista vaahtoa, joka edullisesti johdetaan vaahdonsammutukseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitupitoinen vesi saatetaan pyörreliikkeeseen syöttämällä vettä tangentiaalisesti vaipan sisäpintaa vasten suurella nopeudella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitupitoinen vesi saatetaan pyörre-liikkeeseen vaipan sisällä toimivan roottorin avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hienojakoista kaasua dispergoidaan vaipan ilmaa läpäisevän osan läpi vaipan sisäpinnalla pyörre-liikkeessä olevaan veteen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahto johdetaan vaahdon-sammutuslaitteeseen vaahdon sammuttamiseksi ja syntyvän kuitu-suspension talteenottamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdonsammutuslaitteen ilmanpoistoaukko liitetään alipainelähteeseen alipaineen aikaansaamiseksi vaipassa ole- *. vaan vaahtopatsaaseen ja sammutuslaitteeseen. Il 91980

7. Laite kuitujen erottamiseksi kuitupitoisesta vedestä flo- taation avulla, jossa laitteessa (10) on välineet kuitupitoisen veden syöttämiseksi laitteeseen, välineet kaasun johtamiseksi veteen kuitupitoisen vaahdon muodostamiseksi sekä välineet puhdistetun veden ja kuitupitoisen vaahdon poistamiseksi laitteesta, tunnettu siitä, että laitteessa (10) on pyörähdyskappaleen muotoinen vaippa (15) ja välineet (12) kuitupitoisen veden saattamiseksi pyörteelliseen liikkeeseen pyörähdyskappaleen muotoisen vaipan (15) sisäpinnalla, ja että välineet kaasun johtamiseksi veteen käsittävät vaipan (15) kaasua läpäisevän osan (18) hienojakoisen kaasun johtamiseksi pyörteiseen veteen, ja että välineet (13) kuitupitoisen vaahdon poistamiseksi laitteesta sijaitsevat vaipan (15) keskelle muodostuvan vaahtopatsaan alueella ja ovat edullisesti yhteydessä vaahdonsammutuslaitteeseen (30; 60).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaippa (15) on olennaisesti sylinterin tai katkaistun kartion muotoinen ja että pyörteen aikaansaava väline muodostuu virtausnopeutta kohottavasta spiraalimaisesta syöttö-päästä (12).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen (10) syöttöpäätä (12) vastakkaisessa päässä on pyörteen stabilisaattori (26), jolloin stabilisaattori (26) ja vaippa (15) määrittävät väliinsä rengasmaisen raon (27) puhdistetun veden poistamiseksi laittesta (10).

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaipassa (15) on huokoinen osa (18) hienojakoisen kaasun syöttämiseksi vaippaan ja että osaa (18) ympäröi kaasutila (19) johon liittyy kaasunsyöttö-välineet (22).

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen syöttöpään (12) J kanssa samassa päässä on pyörreliikettä edesauttava keskiö-kappale (29) ja että laitteen poistopäässä olevan vaahdon 91980 poistoputken (13) seinämä määrittää pyörteen stabilointi-pinnan.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7. . . 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen (10) sisällä on siivellinen roottori (50) veden ja vaahtopatsaan pyörittämiseksi.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaahdonpoistovälineet (13) ovat yhteydessä vaahdonsammutuslaitteeseen (30), jossa on olennaisesti katkaistun kartion muotoinen vaahdonsammutus -vaippa (38) ja pyöritettävä siivellinen roottori (32) sekä kartion laajemmassa päässä kuitususpension poistokammio (44).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaahdonsammutuslaitteen (30) roottorin (32) siipien välissä tai niiden yhteydessä on fluidin suihkutus-laitteet (42) vaahdon sammuttamisen tehostamiseksi.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimksen 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että vaahdonpoistoputken (13) jatke muodostaa vaahdonsammutuslaitteen (60), jossa on nesteen-suihkutussuuttimia (62).

16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-15 mukaisen laitteen käyttö kuitujen talteenottamiseksi paperikoneen kierrossa muodostuvasta nollavesiylimäärästä ja kuitujen erottamiseksi ja palauttamiseksi nopeasti kuituprosessiin. II 91980