JP2002502312A - 少なくとも１種類の処理流体で水性加工媒体を処理する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１種類の処理流体で例えば製紙用パルプ懸濁液を処理する方法および装置は、処理室を有し、そこで回転子（１）が回転して、その周辺に、いくつかの堅固に相互接続される同軸回転子リング（２３）を担持し、いくつかの静止固定子リング（２５）が、回転子リング間に同軸方向に挿入され、少なくとも２つの環状軸方向処理スロット（２７）が、回転子リングと固定子リングとの間に形成されている。加工媒体用入口部材（１９）および処理流体用入口部材（２１）は、前記処理スロットの一方の側と、処理された加工媒体用出口の他方の側に配置され、処理流体を有する加工媒体は、スロットでせん断を受ける。回転子の回転軸（Ａ−Ａ）までの距離が増大するにつれて、径方向範囲が増大するように形成され、実質的に均一なせん断速度が環状処理スロットのすべてにおいて達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも１種類の処理流体で水性加工媒体を処理する方法および装置 本発明は、水性加工媒体、好ましくはパルプ懸濁液、特に製紙用パルプ懸濁液 を、少なくとも１種類の処理流体で処理する方法および装置に関する。この点に ついて、水性加工媒体という表現は、清浄な液体、溶液、繊維懸濁液などの懸濁 液を意味する。本記述では、本発明はパルプ懸濁液分野に主に適用されるので、 パルプ懸濁液を処理するための本発明の利用が、主として記述されているが、決 してこの技術分野に制限されるものでないことを強調する。 製紙用パルプに、例えば白色度などの所望の特性を与えるために、製紙用パル プは、１種類以上の異なる処理流体、例えば塩素ガスまたは酸素で処理される。 そのために、パルプが、処理装置に連続的に導入され、そこで１種類または複数 の処理流体が、パルプ繊維と接触する。最適に処理するために、繊維はできるだ け均等に処理流体と接触し、そのために、繊維はでき るだけ大きく広げられ、処理流体は懸濁液に均質に分配されることが重要である 。 先行の、いわゆる低集約装置において、完全に処理されたパルプを所望の等質 な品質にするため、パルプの処理流体濃度は、中低濃度から低濃度であった。こ れらの低集約処理装置は、従来のタイプに対して高濃度の処理流体を有する高集 約処理装置に置き換えられ、その程度が常に増加している。高濃度タイプの最新 装置は以下の欠点を有する。その欠点は、加工媒体が、繊維を混合するためのせ ん断を受け処理流体に当てられる処理ゾーンが、完全に均質なせん断領域を示さ ず、 １．懸濁液の一部分が不完全に処理されるか、または、 ２．懸濁液の一部分が、「過剰処理される」かのいずれかの結果を有することで ある。 １による処理の結果、不均質に処理された最終製品を生じ、 ２による処理は、多過ぎる処理流体が懸濁液に供給されることになり、および／ または不必要に多くのエネルギーがパルプ懸濁液に供給される必要があることを 意味する。 これらの２つの方法は、費用を追加するものである。 パルプ懸濁液を処理するこのタイプの処理装置は、ＳＥ，Ｃ， ８００１９７０−６に開示されている。この装置は、回転子が配置されている混 合室の方に開口するパルプ懸濁液用軸方向入口を備えている。パルプが、固定子 リングと回転子とで範囲を定められる環状スロットを通して送り込まれ、環状ス ロットでせん断を受ける。供給流体が、軸方向入口を介して回転子の平面な端部 表面に導入され、その後、この表面に沿って径方向に、懸濁液と混合されるせん 断スロットまでおよびせん断スロット内に流動し、その後処理されたパルプが、 スロットの後方に配置される接線方向出口を介して流出する。この文献の第７図 および第８図に示されるように、せん断領域は、相互に接続された固定子リング 間に挿入される回転子リングに接続されたいくつかの回転子によって形成される 同一の径方向範囲を有するいくつかの環状せん断スロットに分割される。本発明 は、かなりの部分、この既知の技術に基づいているので、主な構造のより詳細な 記述についてはこの文献を参照にされたい。しかし、この既知の解決法が、不均 質なせん断領域について上述の欠点をもつことに留意しなければならない。 本発明の目的は、対応する独立請求項のプリアンブルに限定されている処理流 体で加工媒体を処理するための上記種類の方 法および装置を提供し、今まで可能であったものよりも廉価で、加工媒体の実質 的な均質処理を可能とするせん断領域を有する処理ゾーンを提供する。 この目的は、独立方法請求項の特徴部分に限定されている手段によって、また 独立装置請求項の特徴部分に限定されている特徴によって、本発明による方法お よび装置により達成される。 下記の説明において、２つの実施形態が、添付図面を参照にしてより詳細に記 述される。 第１図は、本発明の第１の実施形態の部分断面側面図である。 第２図は、本発明の第２の実施形態の部分断面側面図である。 第３図は、本発明の変形の部分断面側面図である。 第４図は、第１図乃至第３図と対応するように本発明の別の変形を示している 。 第５図は、処理ゾーンのスロット領域の実施形態の拡大断面図を示している。 第１図を参照すると、本発明による装置の第１の実施形態は、詳細に図示され ていないベアリングユニット５に回転可能に軸支され細長いシャフト３に固定さ れる回転子１を備えている。ディスク形状の回転子１は、端部ゲーブル９により ベアリング ユニット側がおおわれているメインハウジング７によって形成される円筒形混合 または処理室で回転する。回転子シャフト３は、端部ケーブル９を通って延在し 、従来の密閉手段で端部ゲーブル９に対して漏れのないように密閉される。接線 方向出口１１は、この場合、製紙用パルプ懸濁液である処理された加工媒体を処 理室から排出する。懸濁液は、処理室７に接続されかつ反対側端部において端部 プレート１５で密閉される、中央延長部１７を含む入口ハウジング１３から処理 室７に入る。パルプ懸濁液は、入口部材１９を介して入口ハウジング１３に送り 込まれる。回転子ディスク１の前方に開口するパイプ接続２１の形状の入口部材 は、加工媒体を処理する処理流体を処理室に導入するものである。 回転子ディスク１の周辺で、いくつかの同心リング２３が、回転子に固定して 接続され、ユニットとして回転子とともに回転する。メインハウジング７のシリ ンダ壁の内側１で、対応する同軸リング配列２５は、シリンダ壁に固定されるフ ランジ２９に取り付けられる。回転子リング２３および固定子リング２５は、同 軸に相互に接続され、かつ必要な大きさにされ、いくつかのリング形状せん断ス ロット２７が、それらの間に形成さ れる（第５図を参照）。今まで述べられているかぎりでは、その構成は、上述の 文献ＳＥ，Ｃ，８００１９７０−６、特に、関連する記載とともに第７図および 第８図に記述されている装置に対応している。したがって、パルプ懸濁液は、入 口部材１９を介して入口ハウジング１３に送り込まれ、そこからメインハウジン グ７の処理室に導入され、そして、回転子リング２３および固定子リング２５の それぞれによって形成されるリングスロット２７を通して押し進められ、そのリ ングスロット２７において、パルプ懸濁液が、同時にせん断を受ける。処理流体 は、流体入口部材２１を介して回転子ディスクの方に流動し、リングスロット２ ７に向けて径方向に偏向され、そこでパルプ懸濁液と合流し作用する。処理ゾー ンで処理完了後、処理された懸濁液が、出口１１を介して排出される。 第１図に示される第１の実施形態は、多くの点で従来技術と異なっている。実 質的な機能上の相違点は、パルプ懸濁液用入口ハウジング１３の入口部材１９が 、接線方向を向いていることである。この構成により、液体の動的運動を増大し 、処理流体との混合過程に非常に好都合である入口ハウジングでパルプを前もっ て回転させ、懸濁液を処理ゾーンに導入するために必 要であるエネルギーを最小とする。さらに、入口ハウジングは、メインハウジン グ７に対して任意の角度で組み立てられることが可能である。これにより、様々 な組み立てのその他の方法を可能とし、設置やパイプラインに対して選択の自由 度が増す。 入口部材２１の１つの開口３１内へパイプの反対側の開口を介して圧力下で排 出される処理流体が供給される入口部材２１は、処理流体および懸濁液の量と特 性に対応して、回転子１に接続される分配プレート３３に対する間隔を調節でき るように軸方向に調節可能である。処理流体は、入口部材２１を通りすぎた後に この分配プレートにぶつかり、プレートに沿って径方向に流動し、処理ゾーンま でプレート３３に沿ってプルームのように広げられる。 提案する解決方法の顕著な利点は、回転子リング２３を有する回転子ディスク １が、パイプラインおよびその他の装置を取り外す必要なく、ユニットとして取 り外し可能なことである。さらに、同時に、固定子リング２５のおおいをとり、 必要な場合、処理ゾーンを容易に清浄し、検査することが可能である。 前に述べられているように、既知の複数スロットの解決法は、処理ゾーンのせ ん断領域が不均質であり、結果として本記述の 導入部分に記述されている欠点を生ずるという欠点をもつ。 本発明は、処理ゾーンの上部半分の拡大断面図を示している第５図を参照とし て、リングスロットの特別の構成および寸法付けによってこの問題を解決する。 この図において、静止固定子リング２５は、格子で網かけされており、回転子リ ング２３は、単に斜線で網かけされている。 本発明の目的は、処理ゾーンのすべてのスロットに均質であるパルプ懸濁液の 機械的処理を提供することである。この目的は、５つのスロットを有する装置に よって第５図を参照として下記に例示されている、すべてのスロットのせん断速 度を不変に同一にする本発明により解決される。 回転子の回転軸はＡ−Ａで示され、この軸から回転子リングへの径方向距離は ｒ_iで示され、スロットの流れ径方向範囲はｓ_iで示されている。以下の式に使用 されているその他の符号は、ｖ_iはｍ／秒を単位とする半径ｒ_iでの速度、ωはラ ジアン／秒を単位とする角速度、γはスロットのせん断速度ｓ^-1である。 本発明による状態は、せん断速度が、スロットのすべてにおいて同一で一定で あり、すなわち、 γ＝ｖ_i／ｓ_i＝すべてのスロットにおいて一定であり、 ｓ_i＝ｒ_i・ω／γ、すなわち、スロットの径方向範囲は、流れスロットを限定す る回転子リング表面の半径に比例する。 角速度およびせん断速度は、懸濁液が受ける特別の処理に対して予め定められ る操作パラメータである。 リングパッケージは、その他の操作パラメータのもとで処理するため、容易に 交換することが可能であることに留意されたい。この場合、上記式に従う新しい 処理状態により、スロットの径方向範囲が変えられることに留意されたい。適当 な半径およびリング厚さは、スロットの形状および所定の操作状況から容易に計 算することが可能である。 本発明による構成によって、均質で一定のせん断領域が、パルプ懸濁液の様々 な繊維間に必要とされる強い相対運動を有する処理ゾーンのすべてのスロットで 得られる。 このように、様々なスロットは、装置の回転子軸Ａ−Ａから遠ければ遠いほど 、径方向範囲または径方向幅を増大する。典型的に、径方向範囲は、４から２０ ｍｍの間で変化し、リングスロットの数は、２から１０までである。 実施形態のさらなる記述において、同一の参照符号は、最大限可能な範囲にお いて、同一または類似要素を示している。 第２図において、原則として、スロット幅については上述の実施形態と同一の 方法で構成されているが、２つの独立したスロット処理ゾーン２７および３９を 備えることが第１実施形態と異なる実施形態が示されている。これらの２つは、 それぞれに同軸に配列された回転子リング２３および３７と、固定子リング２５ および３５とからなる。前と同じ方法で、管状処理流体入口部材２５は、分配プ レート３３に延在し、処理流体を第１処理ゾーン２７に径方向に分配する。 固定子リング３５と回転子リング３７とからなる第２スロットリングパッケー ジは、同一レベルでまた同一数のスロットを有する第１スロットリングパッケー ジの下流側に軸方向に配列されている。この第２ゾーンには、第１流体入口部材 ２１内に位置し、かつ第２処理流体を第２処理ゾーン３７に径方向に分配する第 ２分配プレート４１の直前に開口する、第２流体入口部材４３を介して第２処理 流体が供給される。第１分配プレートは、第２入口部材４３用中央通路を備え、 第１および第２入口部材の両方は、個々に軸方向に調整可能であり、混合過程を 最適化する。分配プレート３３は、さらに、様々な処理流体が互いに混合しない ようにし、このために、第２入口部材４３と、 結果的に動的シールとして機能する分配プレート３３との間に数ミリメータ以下 の薄いスロットがある。 パルプ懸濁液が、入口ハウジング１３の接線方向入口部材１９を介して供給さ れ、その後、第１処理ゾーンに送り込まれる直前に、第１処理流体が、スロット 処理ゾーンの入口の直前のパルプに供給される。第１処理ゾーンから、パルプは 、第２処理ゾーンの方に流動し、第２処理流体が、第２スロットゾーンの入口の 直前のパルプに供給される。 このように、例えば２種類の異なる流体が、最適な方法で供給され、最良の状 態でパルプを処理する。以前は、２種類の異なる流体を、少なくとも１つの処理 流体のために、最適な処理状態を与えない全く同一の入口に供給するか、または 、第１処理装置内の第１処理流体と第２処理装置内の第２処理流体とを用いる費 用のかかる直列処理を使用するかのいずれかであった。さらに、もちろん、全く 同一の処理流体が、例えば、この流体の異なる供給を得るために、２つの入口に 供給されることを留意されたい。 記述されている「対」の配置によって、懸濁液は、ここでは、単一の装置で処 理されている。処理ゾーンは、実質的に同一で あり、同一レベルの同一数スロットであるが、これは問題ではなく、ゾーンが、 処理流体およびパルプ懸濁液の必要条件に対して処理を最適に調整するために、 異なるレベルに配置され、かつ異なる数のゾーンを有する場合がある。 第３図は、第１図に示される装置の変形を示している。この場合、メインハウ ジング７の混合室への入口の直前の入口ハウジング１３に絞り手段４５がある。 この絞り手段の意図は、パルプが処理ゾーン自体に入る前に、パルプに乱流を与 えることである。絞り手段４５は、さらにパルプの流れに良好な初期分布を生じ させる。もちろんこの変形も、この対の実施形態で利用できる。 第１図による実施形態と、第２図による対の実施形態との間にある状態を構成 するとも言えるさらなる変形が、第４図に示されている。ここでは、処理室を、 回転子リング２３と、固定子リング２５とによって形成される単一の結合された スロット処理ゾーンと同一であると見なしている。この場合、一方が他方の内側 に配置され、スロット処理ゾーンへの分配プレート４１の前方に開口している、 ２つの入口部材２１および４３があるという事実にもかかわらず、類似の第２ス ロット処理ゾーン がない。回転子には、中間部分において内側入口パイプ４３用通路を備えた絞り ディスク４７がある。絞りディスクは、混合室よりもかなり低い混合強度を有す るスロット処理ゾーンの上流側の混合室の第２処理ゾーン４９を形成する。処理 に関する実質的に異なる必要条件を有する２種類の異なる処理流体を供給するこ とが可能である。蒸気が、例えば、絞りディスク４７への入口部材２１に送り込 まれて、低い集約ゾーン４９でパルプと混合され、一方、適当な処理化学薬品が 、スロット処理ゾーンへの内側入口部材４３を介して導入される。 すべての実施形態において、リングパッケージは、ベアリングユニット側面か ら取り外し可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストレーム，クラス スウエーデン国、エス―860 25・クーブ ランド、オリエンテラルベーゲン・23

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１種類の処理流体で水性加工媒体を処理する装置であって、処理 室を形成するメインハウジング（７）と、前記処理室に配置され、軸（Ａ−Ａ） まわりに回転する回転可能な回転子（１）と、回転子の周辺で回転子によって担 持されるいくつかの堅固に相互接続され同軸に配置された回転子リング（２３） と、回転子リング間に同軸に挿入されるいくつかの静止固定子リング（２５）と 、回転子リングと固定子リングとの間に形成される少なくとも２つの環状軸方向 処理スロット（２７）と、前記処理スロットの一方の側に配置される加工媒体お よび処理流体用の入口部材（それぞれ１９および２１）と、前記処理スロットの 反対側に配置され処理スロット（２７）内の処理された加工媒体用の出口（１１ ）とを備え、加工媒体が、操作中に前記処理スロットでせん断を受ける装置であ り、回転子（１）の前記軸（Ａ−Ａ）までの距離が増大するにつれて、前記環状 処理スロット（２７）の径方向範囲が増大し、実質的に均一なせん断速度が、前 記環状処理スロットのすべてにおいて達成されることを特徴とする装置。 ２．それぞれの環状処理スロット（２７）の径方向範囲（ｓ_i）が、この環状処 理スロット（２７）を画定する回転子リング（２３）の制限表面の半径（ｒ_i） に正比例することを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．円筒形入口室を有する入口ハウジング（１３）が、メインハウジング（７） に接続され、かつ加工媒体用入口室に対して接線方向入口（１９）を備え、それ によって、加工媒体が、入口ハウジングの処理室に入る前に、入口室で渦を形成 することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。 ４．処理流体が、回転子（１）に接続される分配手段（３３）からある距離をお いて開口する中央処理流体入口部材（２１）を介して供給され、入ってくる処理 流体を環状処理スロット(２７)に向けて径方向に分配するために、前記分配手段 が構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置 。 ５．分配手段が、実質的に環状ディスク（３３）であることを特徴とする請求項 ４に記載の装置。 ６．処理流体入口部材（２１）の開口が、分配手段（３３）に対して軸方向に調 節可能であることを特徴とする請求項４また は５に記載の装置。 ７．加工媒体用絞り手段（４５）が、加工媒体入口部材（１９）と処理室との間 に配置され、加工媒体が処理室に入る前に、加工媒体に乱流が生じることを特徴 とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。 ８．加工媒体を第２処理流体で更に処理する処理ゾーン（３５、３７、３９、４ ９）が、処理室の加工媒体の流動通路に配置されることを特徴とする請求項１か ら７のいずれか一項に記載の装置。 ９．第１処理流体を供給する中央処理流体入口部材（２１）を更に備え、一方の 処理流体入口部材が他方の処理流体入り口部材に配置される、第２処理流体を供 給する第２流体入口部材(４３)により特徴付けられる請求８に記載の装置。 １０．両方の処理流体入口部材（２１、４３）が、互いに独立して、軸方向に調 節可能でことを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．回転子（１）が、第１および第２処理流体それぞれのために、第１および 第２分配手段（３３、４１）を備えていることを特徴とする請求項８から１０の いずれか一項に記載の装置。 １２．分配手段が、軸（Ａ−Ａ）に対し間隔を開けて、かつ垂直に位置する２つ の環状プレート（３３、４１）によって構成されていることを特徴とする請求項 １１に記載の装置。 １３．第２処理ゾーンが、回転子（１）に接続される径方向絞りディスク（４７ ）によって形成され、第２処理ゾーンが、第１ゾーンより低い機械的な作業強度 を与えるように形成されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一 項に記載の装置。 １４．第２処理ゾーンが、第２同軸回転子リング（３７）によって形成され、第 ２固定子リング（３５）が、第２処理スロット（３９）を形成するために同軸方 向に挿入されることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の装置 。 １５．第１処理スロットと類似する第２処理スロットが、回転子の軸（Ａ−Ａ） までの距離が増大するにつれて増大する径方向範囲を有することを特徴とする請 求項１４に記載の装置。 １６．処理ゾーンが、異なるせん断速度を与えるように形成されることを特徴と する請求項１５に記載の装置。 １７．装置の構成部品が、ベアリングユニット側から取り外し可能であることを 特徴とする請求項１から１６のいずれか一項 に記載の装置。 １８．請求項１から１７のいずれか一項による装置において、処理流体で水性加 工媒体を処理する方法であって、加工媒体が、入口ハウジング（１３）から処理 ゾーンを有するメインハウジング（７）の処理室に導入され、そこで同軸方向に 配置される回転子リング（２３）が、回転軸（Ａ−Ａ）を有する回転子（１）に 堅固に接続され、少なくとも２つの環状処理スロット（２７）を形成するために 、固定子リング（２５）が回転子リング間に同軸方向に挿入され、加工媒体が、 前記スロットを通して流動するとき前記スロットでせん断を受け、処理流体が、 処理ゾーンの上流側の処理流体入り口部材（２１）を介して供給され、スロット の径方向範囲が、回転子（１）の軸（Ａ−Ａ）までの距離が増大するにつれて増 大するように、スロット（２７）が構成されることを特徴とする方法。 １９．スロットの径方向範囲が、スロットの回転子リング（２３）から回転子（ １）の軸（Ａ−Ａ）までの距離に比例するように、それぞれのスロット（２７） が構成されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。