FI98794C - Menetelmä ja laite kaasumaisen kemikaalin sekoittamiseksi kuitususpensioon - Google Patents

Description

98794

Menetelmä ja laite kaasumaisen kemikaalin sekoittamiseksi kuitususpensioon

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdannossa kuvattuun käyttöön soveltuva menetelmä ja pa tenttivaatimuksen 5 johdannossa perusperiaatteiltaan kuvattu laite. Erityisesti keksintö kohdistuu suurten kaasumää-rien sekoittamiseen kuitususpensioon. Pyrkimyksenä on ollut kehittää kantokaasun mukana syötettävän otsonin sekoituk-10 seen soveltuva menetelmä ja laite kuitenkaan sulkematta pois myös muitakaan sekoitettavia kemikaaleja. Erityisen hyvin keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voi soveltaa otsonin sekoittamiseen keskisakeaan (sakeus 8 - 25 %) kuitususpensioon.

15

Jos halutaan sekoittaa suuria kaasumääriä keskisakeaan kuitususpensioon, mistä nykyaikaisissa valkaisimoissa on yhä useammin kyse, ollaan tilanteessa, jossa kuitususpensi-on sakeus on luokkaa 10 - 15 % ja siihen on pystyttävä 20 sekoittamaan suuri tilavuusosuus kaasua. Toisin sanoen sekoituksen aikana väliaineessa on kuitususpensiota noin 40 - 80 % ja kaasua noin 20 - 60 %, tavallisimmin kaasua kuitenkin on noin 30 - 50 %. Näin suuren kaasumäärän tasainen syöttö ja hyvän sekoitustuloksen saavuttaminen on vaikeaa, 25 koska kaasu erottuu paikallisten paine-erojen vaikutuksesta pienemmän paineen aluelle, jos se on mahdollista. Tästä seuraa kemikaalihävikin kasvu ja epätasainen valkaisutulos sekä prosessin ajettavuus huononee.

30 Ennalta tunnetaan jo joukko mm. otsonin sekoitukseen käy tettyjä sekoittimia, joista osa on aiemmin suunniteltu nestemäisten kemikaalien sekoitukseen ja joita on voitu käyttää myös kaasumaisten kemikaalien sekoittamiseen sitä menestyksellisemmin mitä pienempi sekoitettava kaasumäärä 35 on ollut. Kyseiset sekoittimet ovat kuitenkin toimineet tyydyttävästi monilla valkaisussa käytettävillä kaasumaisilla kemikaaleilla, jolloin niitä on ensin yritetty sei- 2 98794 laisenaan käyttää myös otsonin sekoittamiseen. Pian on kuitenkin huomattu, että, vaikka jokin sekoitin onkin pystynyt tyydyttävästi sekoittamaan muutaman prosentin kaasu-määriä kuitususpensioon, ei otsonin ja kantokaasun kymme-5 niin prosentteihin kohoavan kaasumäärän sekoittaminen mas saan enää ole onnistunut. Nonia edellä mainittuja sekoitti-mia onkin yritetty muuntaa sopiviksi suurten kaasumäärien sekoitukseen, mutta lopputuloksena on ollut poikkeuksetta huono, täysin epätyydyttävä, sekoitustulos.

10

Toisen ryhmän tekniikan tason sekoittimista muodostavat nimenomaan suurten kaasumäärien sekoittamiseen otsonivalkaisun kannustamina ja vaatimina viime vuosina suunnitellut laitteet. Niistä monet ovat jo tähän mennessä saavuttaneet 15 kehityskaaressaan sen vaiheen, jossa prototyyppi viedään tehtaalle ja kokeillaan todellisissa käytännön olosuhteissa. Luonnollisesti tulokset ovat lähes poikkeuksetta olleet positiivisempia kuin aiemmilla muunnetuilla sekoittimilla. Kuitenkaan, etenkään niiden mielestä, jotka tuntevat otso-20 nin potentiaaliset mahdollisuudet valkaisussa, nykyisetkään otsonisekoittimet eivät toimi tyydyttävää paremmin teh-dasolosuhteissa. On siis saavutettu vaihe, jossa sellutehtaat ovat suhteellisen tyytyväisiä saavutettuun valkaisutu-lokseen ja sen suhteeseen otsonivalkaisun käyttöönoton 25 vaatimiin investointeihin.

Kuitenkin sekä laite- että prosessipuolella toimivat tuote-kehittäjät ovat sitä mieltä, että sekoitustapahtumaa voidaan parantaa vielä huomattavasti. Tutkimuksissa on todet-30 tu, että sekoitustapahtuma ei ole useimmissa tapauksissa riittävän tehokas tai että sen tuloksena syntyvä otsonin ja kuitususpension seos ei ole riittävän homogeeninen. Tämä voi ilmetä monella eri tavalla. On mahdollista, että massa tulee valkaistuksi epätasaisesti osan massasta vaurioitues-35 sa liian tehokkaasta valkaisusta johtuen, jolloin kyseistä massayksikköä kohti on annosteltu liian paljon otsonia, ja jolloin osa massasta on jäänyt ilman riittävää otsoniannos- . 98794 3 ta jääden siten vain osittain valkaistuksi. On myös mahdollista, että kaasunerotuksessa, joka suoritetaan valkaisu-reaktion jälkeen, erottuu massasta vielä otsonia, joka käytännössä tarkoittaa, että otsoni ei ole sekoittunut 5 riittävän hyvin massaan tai että otsonilla ei ole ollut riittävästi aikaa reagoida kuitujen kanssa. On myös mahdollista, että otsonin kulutus on kohtuuttoman suuri valkaisun tasoon nähden, jolloin taas syynä on otsonin heikko sekoittuminen kuitususpensioon.

10

Tutkimuksissa on todettu, että kaikille tekniikan tason mukaisille sekoittimelle on ominaista, että niissä kuitu-suspension tulopaine, tai laajemmin ilmaistuna tuloaukon aiheuttaman painevaikutus, olipa se sitten positiivinen tai 15 negatiivinen, pääsee vaikuttamaan sekoitustapahtumaan. On myös todettu, että kuitususpension poistoaukon painevaikutus pääsee omalta osaltaan vaikuttamaan sekoitustapahtumaan. Edelleen on todettu, että kuitususpension tuloaukon aiheuttamat painevaihtelut pääsevät heijastumaan poistoau-20 kolle saakka ja poistoaukon painevaihtelut tuloaukolle saakka. Seurauksena on, että osa massasta pääsee kulkemaan sekoittimen läpi hyvin nopeasti, pahimmillaan sekoittimessa voidaan ajatella olevan kanava, jota pitkin osa massasta virtaa lähes esteettä. Vastaavasti osa massasta joutuu 25 viipymään sekoittimessa kauemmin. Lopputuloksena on kaasun epätasainen annostus kuitususpension eri osiin, josta edelleen seuraa epätasainen massan laatu. Syynä edellä kuvattuun ilmiöön on se, että sekoittimeen järjestetyt fluidi-sointilaitteet eivät yksin riitä estämään painevaihteluiden 30 heijastumista laitteen läpi.

Seuraavassa käsitellään vielä otsonin tärkeimpiä ominaisuuksia nimenomaan sekoituksen kannalta.

35 Otsoni on käytetyistä valkaisukemikaaleista luonteeltaan nopeimmin reagoiva. Lisäksi otsoni ei ole vähimmässäkään määrin selektiivinen, vaan se reagoi kaiken tielleen osuvan 4 98794 reagoivan aineen kanssa, myös sellaisten aineiden kanssa, joihin sen ei tulisi vaikuttaa. Voidaan jopa väittää, että otsonia ei edellä mainituista syistä voi verrata mihinkään toiseen valkaisukemikaaliin. Edellä mainituista otsonin 5 ominaisuuksista johtuen otsoni on johdettava lähes kuitu- tasolle fluidisoidussa seoksessa kunkin kuidun kanssa tekemisiin. Ei voida luottaa, kuten muilla valkaisukemikaaleil-la, diffuusioon, jolloin riittää, että kemikaali johdetaan kohtuullisen kokoisen kuituflokin läheisyyteen, josta se 10 löytää itse tiensä kuiduille saakka.

Otsonia voidaan valmistaa teollisesti vain suhteellisen laimeina seoksina. Toisin sanoen otsonia valkaisuun syötettävästä kaasusta on vain noin 5 - 7 % lopun ollessa niin 15 sanottua kantokaasua, jona tavallisimmin on happi tai typ pi, joskin myös muita inerttejä tai ainakin otsoniin verrattuna inerttejä kaasuja voidaan käyttää. Siten, vaikka suhteellisen pienet otsonimäärät riittäisivätkin valkaisuun on kantokaasua syötettävä ja sekoitettava otsoniin nähden 20 noin 20-kertainen määrä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut tekniikan tason mukaisille laitteille ja menetelmille ominaiset haittapuolet keksinnön mukaisella menetel-25 mällä ja laitteella, joille tunnusmerkilliset piirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioi-30 hin, joista kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon, kuvio 2 esittää esillä olevan keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon, 35 kuvio 3 esittää esillä olevan keksinnön erään kolmannen edullisen suoritusmuodon.

5 98794 kuvio 4 esittää esillä olevan keksinnön erään edullisen neljännen suoritusmuodon, kuvio 5 esittää sekä keksinnön mukaisen sekoittimen että erään tekniikan tason mukaisen sekoittimen tehonkulutuksen 5 muutoksen sekoittimen kierrosnopeuden ja sekoitettavan kuitususpension kaasusisällön funktiona.

Kuviossa 1 esitetään keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen sekoitin, joka koostuu pitkänomaisesta pääosin 10 sylinterinomaisesta sekoitinpesästä 10, kahdesta päädystä 12 ja 14, pesään järjestetyistä yhteistä tulevalle kuitusu-spensiolle 16, lähtevälle kuitususpensiolle 18 ja sekoitettavalle kaasulle/kaasuseokselle 20 sekä pyörivästi toisen päädyn 14 kautta pesän sisälle järjestetystä roottorista 15 22. Roottori 22 koostuu akselille 24 sopivalla tavalla kiinnitetyistä siivistä ja sekoituselimistä. Roottorin 22 akseli 24 on kytketty tavanomaisiin käyttölaitteisiin (ei esitetty).

20 Kuvion 1 suoritusmuodossa käsiteltävä kuitususpensio syöte tään joko radiaalisesti tai tangentiaalisesti sekoitinpesä-än 10 järjestetyn yhteen 16 ja pesän seinämässä olevan aukon 26 kautta ensimmäiseen sekoituskammioon 28, ns. esi-sekoitustilaan, johon myös sekoitettava kaasu tuodaan kuvi-25 on suoritusmuodossa sekoitinpesän 10 päädyssä 12 olevasta yhteestä 20. Tosin kyseinen kaasunsyöttöyhde on myös mahdollista järjestää pesän seinämään 30 (esitetty mm. kuviossa 2), kuitususpension syöttöyhteeseen 16 tai jopa jonkin verran kauemmas sekoittimesta tulevan massan syöttöputkeen 30 (ei esitetty). On ainoastaan pidettävä huolta siitä, että kaasua ei syötetä niin aikaisin massan joukkoon, että olennainen osa siitä ehtisi kulua reaktioissa ennen sen tehokasta sekoittamista massan joukkoon, jolloin olisi myös luonnollisesti vaarana, että osa kuitususpensiosta tulisi 35 käsitellyksi liian tehokkaasti eli kuidut itsesään ehtisi vät vaurioitua.

• 98794 6

Sekoittimen roottorin 22 kärki 32 ulottuu edullisesti jonkin matkaa esisekoitustilaan 28, jossa roottorin 22 kärkeen 32 järjestetyt siivet 34 aiheuttavat voimakkaan kuitusus-pension fluidisoinnin, jolla suuret kuituflokit rikotaan ja 5 syötetty kaasu jaetaan tasaisesti koko esisekoitustilaan 28 pienten flokkien välisiin tiloihin. Edullisesti esisekoi-tustilan 28 seinämälle on järjestetty ripoja 36, joilla estetään kuitususpension lähteminen liiallisesti pyörimään roottorin 22 siipien 34 mukana. Edullisimmin rivat jatkuvat 10 koko laitteen pituudelle, mahdollisesti vain muuttaen kor keuttaan sekoittimen eri vyöhykkeillä. Pesän 10 päätyyn 12 on myös mahdollista lisätä kiinteitä sekoituselimiä 38, joiden ainoa tarkoitus on lisätä massan turbulenssia esise-koitustilassa 28 ja estää omalta osaltaan massan liiallinen 15 pyöriminen roottorin 22 mukana. Edullisesti pesän 10 päädyn 12 sekoituselimet 38 sijoittuvat säteen suunnassa roottorin siipien 34 sisäpuolelle välimatkan päähän niistä. Sekä roottorin siivet 34 että pesän seinämällä olevat rivat 36 ovat edullisesti olennaisesti aksiaalisia, joskin myös muun 20 suuntaiset fluidisointielimet voivat tulla kyseeseen. Tar vittaessa roottorin 22 siivet 34 voidaan tehdä jonkin verran kuitususpensiota seuraavalle vyöhykkeelle syöttäviksi. Siipien 34 ja ripojen 36 suuntaa huomattavasti tärkeämpi asia on siipien 34 ja ripojen 36 välimatka ja muut niiden 25 mitat, joiden avulla säädetään esisekoitustilan fluidisoin- titaso sekoitukselle sopivaksi. Tarvittavaan fluidisointi-tasoon vaikuttavia asioita ovat mm. käsiteltävän kuitususpension määrä (t/h), kuitususpension sakeus, sekoitettavan kaasun määrä, kuitujen alkuperä jne. Koska yllämainitut 30 tekijät aiheuttavat mitä moninaisimpia kombinaatioita, ei mitään yleispäteviä mittoja tai mitoitusperiaatteita voida antaa.

Esisekoitustilaan 28 ulottuva roottorin 22 kärkiosa 32 on 35 esimerkiksi kartiomainen niin, että roottorin 22 pinnan kääntyessä kohti akselin suuntaa siirrytään edellistä voimakkaamman fluidisoinnin vyöhykkeelle ns. homogenointivyö- 7 98794 hykkeelle 40. Kyseisellä vyöhykkeellä 40 kuitususpension ja kaasun seos fluidisoidaan niin tehokkaasti, että käytännöllisesti katsoen kaikki suspensiossa olevat kuituflokit rikotaan niin pieniksi enintään vain muutaman kuidun käsit-5 täviksi mikroflokeiksi, että kaasu voidaan jakaa/annostella tasaisesti kautta koko seoksen. Tässä erittäin voimakkaan turbulenssin vyöhykkeessä 40 päästään sekoittamaan kaasu niin tarkoin mikroflokkien pinnalle, että kaasun kulutus voidaan minimoida ja samalla olla varmoja, että kaikki 10 mikroflokit ja niissä olevat kuidut tulevat tasalaatuisesti käsitellyiksi.

Homogenointitilan 40 erittäin voimakas fluidisointi saadaan aikaan roottorin 22 pinnalla olevien edullisesti radiaalis-15 ten tappien 42 ja pesän 10 seinämään 30 järjestettyjen ham- mastusten 44 avulla. Mitä tulee mainittujen ns. tappien 42 muotoon, voivat ne olla pyöreitä ja radiaalisia, mutta myös suorakaiteen tai pyramidin muotoiset elimet voivat aivan hyvin tulla kyseeseen. Itse asiassa sekä tapit että ns.

20 hammastukset voivat olla muodoltaan hyvin samanlaiset.

Kuviossa 1 on esitetty kaksi roottorin 22 pinnalla kehän suunnassa olevaa tappiriviä 42 ja yksi niiden väliin sijoittuva hammaskehä 44 pesän 10 seinämällä 30. Luonnollisesti sekä tappikehiä 42 että hammaskehiä 44 voi olla kuva-25 tusta poikkeava määrä. Edullisesti viereisten kehien tapit 44 on sijoitettu niin, että ne eivät ole roottorin 22 päädystä katsoen peräkkäin vaan lomittain. Sama koskee myöskin hammastuksia 44, mikäli niitä on enemmän kuin kuvattu yksi hammaskehä. Edullisesti kukin hammaskehä muodostuu pesän 30 seinämään järjestetystä ehjästä renkaasta 46 ja siitä sisäänpäin kohti akselia ulottuvista hampaista 44. Siten virtausta selvästi kuristetaan hammaskehän 44 kohdalla.

Sekä hampaiden 44 että tappien 42 lukumäärä kussakin kehässä vaihtelee laitteen koosta riippuen välillä 2-15. Toi-35 nen tapa kuristaa virtausta homogenointivyöhykkeellä on luonnollisesti järjestää roottorin tappikehä alkamaan root- 8 98794 torin pinnalle järjestetyn radiaalisesti kohti sekoitin-pesän seinämää ojentuvasta rengasmaisesta laipasta.

Juuri edellä kuvatulla virtauksen kuristamisella pystytään 5 estämään tulo- ja poistoaukon painevaihtelujen heijastele minen toisiinsa saakka. Pakottamalla kuitususpensiovirtaus läpi riittävän pienestä virtauskanavasta varmistetaan se, että sekoitustapahtumasta saadaan homogenointivyöhykkeellä optimaalinen, jolloin kaasu jakautuu ehdottoman tasaisesti 10 koko kuitususpensioon. Kuviossa 1 kuvatun kuristuksen toi minta on seuraava. Roottorin virtaussuunnassa ensimmäinen tappikehä "heittää" kuitususpension pesän seinämää ja vas-taripaa vasten, josta virtauksen edetäkseen aksiaalisuun-nassa on kuristusta väistääkseen siirryttävä kohti akselia, 15 josta kuristuksen ohitettuaan kuitususpensio jälleen heite tään toisen tappikehän vaikutuksesta vasten pesän seinämää ja vastaripaa.

Homogenointivyöhykettä 40 seuraa heikomman turbulenssin 20 vyöhyke ns. ylläpitovyöhyke 48, jota myös reaktiovyöhyk- keeksi tai poistovyöhykkeeksi kutsutaan. Roottorin 22 halkaisija on kuvion suoritusmuodossa selvästi pienempi kuin homogenointivyöhykkeellä 40 ja roottori 22 on varustettu esisekoitusvyöhykkeen 28 siipiä 34 vastaavilla siivillä 50.

25 Pesän 10 seinämä 30 ylläpitovyöhykkeellä 48 on edullisesti varustettu rivoilla 52, jotka kuitenkin ovat matalampia kuin esisekoitusvyöhykkeen 28 vastaavat rivat 36. Kuten jo vyöhykkeen nimestä voi päätellä, kyseessä olevan vyöhykkeen 48 tarkoitus on ylläpitää riittävän voimakasta turbulenssia 30 tai fluidisointitasoa kuitususpensiossa, jotta kaasu ei pääsisi erottumaan, vaan voisi jatkaa sitä reaktiota, joka tehtiin mahdolliseksi homogenointivyöhykkeen 40 tasaisella kaasun jakamisella lähestulkoon kuitutasolle saakka. Ylläpitovyöhykkeellä 48 on myös tarkoitus kiihdyttää kuitusus-35 pension ja kaasun seoksen pyörimisnopeutta niin, että seos voidaan poistaa laitteesta edullisesti tangentiaalisen yhteen 18 kautta. Kuitenkin pyörimisnopeus on pidettävä ta- 9 98794 solia, joka ei anna kaasulle mahdollisuutta erottua roottorin 22 ympärille. Tällaista kaasun erottumispyrkimystä voidaan vielä vaikeuttaa järjestämällä pesän 10 päätyyn 14 kiinteät roottorin 22 siipien 50 ja roottorin 22 pinnan 5 välille sijoittuvat edullisesti aksiaalisesta ylläpitovyö- hykkeelle 48 ulottuvat siivet 54. Kun roottorin 22 siivillä 50 kuitususpensiolle on annettu sopiva liikenopeus ja kun poistoyhde 18 on muotoiltu virtausopillisesti oikein, saadaan kuitususpensio-kaasuseos poistettua sekoittimesta 10 niin, että kaasu ei pääse erottumaan, vaan jäännöskaasussa oleva valkaisukemikaali voi esteettä jatkaa reaktiota myös poistoputkessa ja/tai sitä seuraavassa varsinaisessa val-kaisureaktorissa, mikäli sellainen katsotaan tarpeelliseksi. Kyseistä erillistä valkaisureaktoria ei kuitenkaan 15 tarvita, mikäli kuitususpensio-kaasuseoksen viipymäaika ylläpito- tai reaktiovyöhykkeessä saadaan otsonivalkaisulle riittäväksi. Useimmissa tapauksissa tämä kylläkin vaatii reaktiovyöhykkeen huomattavaa pidentämistä, josta seuraa ylimääräistä energiankulutusta, jos halutaan koko ajan 20 ylläpitää riittävää turbulenssitasoa kaasun erottumisen eliminoimiseksi.

Kuviossa 2 esitetään keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukainen sekoitin. Kuvion mukaisessa ratkaisus-25 sa sekoittimen roottorin 122 halkaisijaa ei pienennetä homogenointivyöhykkeen 40 jälkeen, vaan sitä kasvatetaan kartiomaisella välikappaleella 156 niin, että päästään poistoaukon 18 kohdalla suhteellisen suurihalkaisijäiseen roottoriin 122, jonka pinnalla on ripoja 158 turbulenssi-30 tason säilyttämiseksi riittävän korkeana kaasun pitämiseksi tasaisesti jakautuneena kautta koko suspension. Kuvion suoritusmuodossa esitetään myös toinen hammaskehä 144, joka sijoittuu kartiomaisen välikappaleen 156 kohdalle ja jonka hampaiden ei siten tarvitse ulottua niin syvälle homoge-35 nointitilaan 40. Edelleen kuvion suoritusmuodossa esisekoi- tusvyöhykkeellä 28 roottorin 122 kärjessä 132 olevat siivet 134 ovat muodoltaan hieman kuvion 1 suoritusmuodosta poik- 10 98794 keavat. Toisin sanoen siipien 134 kiinnityskohdasta homo-genointivyöhykettä 40 kohti ojentuvat siipien jatkeet on jätetty pois. Luonnollisesti kuviossa 2 esitettyjä eri variaatioita voidaan soveltaa yksitellen ilman mitään tar-5 vettä käyttää kaikkia juuri nimenomaan kuvion esittämällä tavalla. Kuviossa 2 esitetään lisäksi se, että kaasun tulo-yhde 120 voi olla sekoitinpesän seinämässä 130 ja että massan tuloaukko voi olla myös kulma-asemassa poistoaukon 18 suhteen (90° kulma esitetty).

10

Kuviossa 3 esitetään keksinnön erään edullisen kolmannen suoritusmuodon mukainen sekoitin, joka voi muulta rakenteeltaan olla joko kuvion 1 (esitetty kuviossa) tai kuvion 2 tai niissä esitettyjen variaatioiden jonkin eri kombinaa-15 tion mukainen paitsi, että kuitususpension tuloaukko 226 on kuvion 3 ratkaisussa aksiaalinen ja kaasun (kuviossa esitetty) tuloyhde 220 radiaalinen. Toisin sanoen kuitususpension tuloaukko 226 sijoittuu edullisesti pesän päätyyn 12 ja kaasun tuloyhde 220 edullisesti pesän 10 seinämään 20 30.

Kuviossa 4 esitetään vielä eräs vaihtoehto aiemmissa kuvioissa esitetylle roottorin kärkiosalle, joka voi kuvion mukaisesti olla varustettu lähes tai jopa akselilinjalle 25 saakka ulottuvilla sekoitinsiivillä 360 aiempien suoritus muotojen akselin suuntaisten, mutta välimatkan päähän akselista sijoittuvien, siipien 334 lisäksi. Kuviossa on myös esitetty se mahdollisuus, että roottorin 22 halkaisija voi olla käytännöllisesti katsoen vakio koko roottorin 22 pi-30 tuudelta, siis ainakin homogenointivyöhykkeellä 40 ja yllä- pitovyöhykkeellä 48.

Esimerkki

Suoritetuissa kokeissa verrattiin erään tunnetun kemikaa-lisekoittimen suurten kaasumäärien sekoittamiseen modifioi- 35 11 98794 tua versiota keksintömme mukaiseen sekoittimeen. Helpoimmaksi tavaksi vertailla mainittuja sekoittimia todettiin sekoittamiseen tarvittavan energian muutoksen seuraaminen kaasu-kuitususpensioseoksen kaasumäärän funktiona. Suorit-5 tamissamme kokeissa on nimittäin todettu, että optimaali sessa sekoituksessa sekoitustehon tarpeen tulisi pienentyä samassa suhteessa kuin kaasua suspensioon lisätään. Toisin sanoen 20 %:n kaasulisäyksen tulisi laskea sekoitustehoa vain noin 20 %:lla.

10

Kuviossa 5 esitetään tekniikan tason mukaisen modifioidun kemikaalisekoittimen tehonkulutuksen lasku kaasupitoisuuden ja roottorin kierrosnopeuden funktiona. Kuviossa on verrattu 20 % kaasua sisältävän massan sekoittamiseen tarvittavaa 15 tehoa pelkän kaasuttoman massan sekoittamiseen tarvittavaan tehoon. Toisin sanoan 100 %:n viiva kertoo pelkän massan sekoittamiseen tarvittavan tehon ja alemmat käyrät 20 % kaasua sisältävän massan sekoittamiseen tarvittavan tehon suhteellisen määrän. Voidaan nähdä, että esimerkiksi ko-20 keissa käytetyllä kierrosnopeusalueella tekniikan tason mukaisen sekoittimen tehonkulutus vaihteli kaasupitoisella massalla noin 40 % ja 23 %:n välillä kaasuttoman massan sekoittamiseen tarvittavasta tehosta. Keksinnön mukaisella sekoittimellä tehonkulutus oli välillä 78 - 82 prosenttia 25 kautta koko kierroslukualueen. Toisin sanoen keksinnön mu kaisella sekoittimella tehonkulutus laski vain 18 - 22 prosenttia, kun taas tekniikan tason mukaisella sekoittimella lasku oli 60 - 77 prosenttia.

30 Selitys tekniikan tason sekoittimen tehonkulutuksen valta vaan pienenemiseen on se, että suuri osa sekoittimen sekoittavista elementeistä pyörii kaasukuplassa, jolloin luonnollisesti tehontarve pienenee lähes olemattomiin. Vastaavasti keksintömme mukaisen sekoittimen pieni tehonku-35 lutuksen väheneminen tarkoittaa sitä, että tehontarve vähe nee vain sen määrän, minkä kaasun lisäys pienentää massan tiheyttä. Toisin sanoen tekniikan tason mukainen sekoitin 12 98794 ei ole pystynyt sekoittamaan kaasua juuri ollenkaan, vaan kaasu on päässyt erottumaan sekoitinelimien ympärille.

Kuten edellä esitetystä huomataan, on pystytty kehittämään 5 aiempia prosessiin sovellettuja laitteita huomattavasti luotettavammin toimiva kemikaalisekoitin, jolla pystytään sekoittamaan suuria kaasumääriä keskisakeaan massaan ilman pelkoa kaasun erottumisesta sen enempää kesken sekoitusta-pahtuman kuin suspensiota sekoittimesta poistettaessa.

10 Vaikka edellä olevissa kuvioissa on kussakin esitetty eri laisia rakenteita, ovat kaikki rakenteet vaihto- ja kom-binointikelpoisia, joten on selvää, että eri kuvioissa esitettyjä rakenteita voidaan yhdistellä vapaasti.

15 Kuten vaatimuksista hyvin käy ilmi keksintöön kuuluu myös sellaisen suoritusmuoto, jossa sekä esisekoitusvyöhyke että ylläpitovyöhyke on poistettu kuvioissa esitettyyn ratkaisuun nähden. Toisin sanoen homogenointivyöhyke kyllä pystyy hoitamaan koko sekoitustapahtuman. Ainoa sen yksinomaista 20 käyttöä vastaan oleva seikka on sen vaatima suuri teho, jonka minimoimiseksi homogenointivyöhykettä edeltävä ja seuraava vyöhyke on otettu käyttöön.

Claims (27)

1. 98794 • 1. Menetelmä suurten kaasumäärien sekoittamiseksi keskisakeaan (8 - 25 %) kuitususpensioon sekoitinpesään 5 järjestetyn pyörivän roottorin avulla, joka menetelmä koos tuu pääosin seuraavista vaiheista: a) johdetaan mainittu kaasu ja kuitususpensio sekoittimeen, b) sekoitetaan mainittu kaasu fluidisoidussa tilassa olevaan kuitususpensioon ja c) poistetaan näin aikaansaatu seos sekoittimesta, tun-10 nettu siitä, että vaihe b) jakautuu ainakin kahteen osaan; b2) homogenointiin, jossa kuitususpensio fluidisoidaan kuitu- tai mikroflokkitasolle saakka ja kaasu johdetaan kosketuksiin kunkin kuidun/mikroflokin kanssa, ja jonka aikana kaasu-kuitususpensioseoksen virtausta kuristetaan niin, 15 että estetään kuitususpension tulovirtauksen ja/tai poisto- virtauksen aiheuttamien painevaihteluiden vaikutus sekoi-tustapahtumaan, ja b3) ylläpito-/reaktio-osaan, jossa kaasu-kuitususpensioseoksen fluidisointitaso pidetään riittävän korkeana kaasu-20 kuplien muodostumisen ja kaasun erottumisen estämiseksi.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen b) ennen osavaihetta b2) kuuluu lisäksi 25. bl) esisekoitus, jossa kuitususpensio f luidisoi daan flokkitasolle saakka ja kaasu jaetaan tasaisesti kautta koko suspension.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että roottorin aiheuttamaa kuitususpension kiertoliikettä jarrutetaan koko osavaiheen b2) ajan.
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että roottorin aiheuttamaa kuitususpension kierto- 35 liikettä jarrutetaan kaikkien osavaiheiden a), b) ja c) ajan. 98794
5. 5. Laite suurten kaasumäärien sekoittamiseksi kes-kisakeaan kuitususpensioon, joka laite pääosin koostuu se-koitinpesästä (30), sen kahdesta päädystä (12, 14), mainitussa sekoitinpesässä (30) olevasta ainakin kahdesta yh- 5 teestä (16, 18), ts. yhteistä käsiteltävälle kuitususpen- siolle ja laitteesta poistettavalle kaasu-kuitususpen-sioseokselle, sekä pesän (30) sisälle järjestetystä pyörivästä roottorista (22) ja sen akselista (24), tunnettu siitä, että laitteen pesä (30) on jaettu akselin suunnassa 10 ainakin kahteen seuraavista vyöhykkeistä; esisekoitusvyöhy- ke (28), homogenointivyöhyke (40) ja ylläpito eli reak-tiovyöhyke (48), ja että mainitulla homogenointivyöhykkeel-lä on sekä laitteet (42, 44, 46, 144) virtauksen kuristamiseksi että kaasu-kuitususpensioseoksen homogenoimiseksi. 15
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite tunnettu siitä, että mainitut laitteet koostuvat ainakin yhdestä ainakin toiselle mainitusta roottorista (22) ja sekoitinpesästä (30) järjestetystä kuristusrenkaasta (46) ja sen kanssa 20 yhdessä toimivista sekoitinelimistä (42).
7. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite tunnettu siitä, että laitteen pesä (30) on jaettu akselin suunnassa kolmeen vyöhykkeeseen: esisekoitusvyöhyke (28), homogenoin- 25, tivyöhyke (40) ja ylläpito eli reaktiovyöhyke (48).
8. 8. Patenttivaatimuksen 5 tai 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että esisekoitusvyöhyke (28) on varustettu laitteilla (34, 36, 38, 134, 334, 360) mainitun kuitusus- 30 pension fluidisoimiseksi flokkitasolle saakka ja mainitun kaasun jakamiseksi tasaisesti kautta koko esisekoitus-vyöhykkeen (28).
9. 9. Patenttivaatimuksen 5 tai 7 mukainen laite, tun- 35 nettu siitä, että homogenointivyöhyke (40) on varustettu laitteilla (42, 44, 46, 144) esisekoitusvyöhykkeellä (28) muodostetun kaasu-kuitususpensioseoksen fluidisoimiseksi 98794 kuitu- tai mikroflokkitasolle saakka ja mainitun kaasun johtamiseksi tekemisiin kunkin kuidun/mikroflokin kanssa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 5 tai 7 mukainen laite, tun- 5 nettu siitä, että ylläpito- eli reaktiovyöhyke (48) on va rustettu laitteilla (50, 52, 54, 158) homogenointivyöhyk-keellä (40) muodostetun homogeenisen kaasu-kuitususpensio-seoksen turbulenssitason pitämiseksi riittävän korkeana kaasukuplien muodostumisen estämiseksi ja seoksen pitämi- 10 seksi homogeenisena.
11. 11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluu roottori (22), joka tai jonka jokin osa ulottuu laitteen toi- 15 sesta päädystä (14) läpi koko laitteen sen vastakkaisen toisen päädyn (12) läheisyyteen.
12. 12. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluu root- 20 torin (22) pinnalle järjestetyt sekoituselimet (50, 158).
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluu sekoitinpesän (30) sisäpinnalle järjestetyt roottorin (22) sekoituselin- 25. ten (50, 158) kanssa yhdessä toimivat sekoituselimet (52).
14. 14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluu sekoitinpesän (30) ainakin toiseen päätyyn (14) järjestetyt roottorin 30 (22) sekoituselinten (50) kanssa yhdessä toimivat sekoi tuselimet (54).
15. . 15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut sekoituselimet (52, 54) ovat 35 radiaalisen välimatkan päässä mainituista roottorin (22) sekoituselimistä (50, 158). 98794
16. 16. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluvat rivat (36, 52) sekoitinpesän (30) seinämällä sekä radiaa- lisuunnassa välimatkan päähän mainituista rivoista (36, 52) 5 ulottuvat roottorin (22) siivet (34, 134, 334, 50, 158).
17. 17. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuihin laitteisiin kuuluvat roottorin (22) pinnalle järjestetyt tappimaiset elimet (42) 10 ja niiden kanssa yhdessä toimivat sekoitinpesän (30) seinä mästä sisälle päin ojentuvat sekoituselimet (44, 46, 144).
18. 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut tappimaiset elimet (42) on järjestetty 15 ulkonemaan roottorin (22) pinnalle järjestetystä rengasmai sesta kappaleesta.
19. 19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut sekoituselimet (44, 144) on järjestet- 20 ty ulkonemaan sekoitinpesän (30) seinämän sisäpuolelle kiinnitetystä rengasmaisesta kappaleesta (46).
20. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut rengasmaiset kappaleet (46) muodosta- 25. vat mainitut laitteet virtauksen kuristamiseksi.
21. 21. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut sekoituselimet (44, 144) ovat hammas-tuksia mainitun renkaan (46) sisäreunalla. 30
22. 22. Patenttivaatimusten 13 ja 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekä mainitut tappimaiset elimet (42) että mainitut pesän (30) seinämästä ojentuvat sekoituselimet (44, 144) ovat kehän suuntaisissa riveissä. 35
23. 23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut tappimaiset elimet (42) ja mainitut 98794 pesän (30) seinämästä ojentuvat sekoituselimet (44, 144) ovat aksiaalisuunnassa välimatkan päässä toisistaan.
24. 24. Patenttivaatimuksen 5 tai 7 mukainen laite, tun- 5 nettu siitä, että homogenointivyöhykkeellä (40) sekoitin- pesän (30) ja roottorin (22) välinen virtauspoikkipinta-ala on pienimmillään.
25. 25. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu 10 siitä, että mainittujen tappimaisten sekoituselimien (42) lukumäärä yhtä tappikehää kohti on 2 - 15.
26. 26. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaasu-kuitususpensioseoksen poistoyhde on toi- 15 sessa sekoitinpesän päädyssä.
27. 27. Patenttivaatimuksen 16 mukainen laite, tunnettu siitä, että roottorin (22) siiven (50) ja roottorin (22) välille on jätetty virtauksen mahdollistava aukko ts. siipi 20 (50) on sijoitettu välimatkan päähän roottorista (22). 98794