JP3805362B2 - 懸濁液の濃縮方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は懸濁液の濃縮方法、すなわち懸濁液の固形分含量を増加する方法に関するものである。懸濁液は比較的密な第１面と透過性を有し、吸引処理の介在面となる第２面との間を移動しながら固形分含量を増す。
本発明は上記の方法を実施する装置にも関するものであり、該装置は比較的密な第１面と第１面に相対的に移動が可能で透過性を有する第２面と、第２面に懸濁液に連続するウェブを形成する手段と、透過性を有する面を通して吸引を行う手段とからなる。
リサイクル繊維パルプの使用が増加することにより、故紙原料からクレー、印刷用インキ、微細繊維等の填料に代表される微粒子を取り除くためパルプを洗浄する必要が生じる。パルプの洗浄はワイヤーガーゼを通して懸濁液を選別することで行うが、繊維マットは薄く、坪量が少ないために濾過性能はさほど高くはない。従って充分な濾過性能を得るためには、装置を高速で作動させ、比較的密度の高い繊維マットを形成する必要がある。
現在薄膜洗浄機としてはEscher-WyssのVario-Split型、Black ClawsonのＤＮＴベルト洗浄機の２種が主に使用されている。
Vario-Split型は、ロールフォーマーと呼ばれるワイヤーパートの改良と初期の低い歩留りの改良に基づくものである。この洗浄機では、低濃度（０．４〜１．５％）の繊維懸濁液が大きなロールとこれに周設したワイヤーとの間に形成されたニップ内にスプレーされる。水と同伴微粒子はワイヤーを通過するが、大きな繊維はワイヤーを通過できないためにワイヤーの下に繊維マットを形成する。大きな繊維から微粒子の選別を行うとすぐに、連続する濾過処理の間に効率の低下を招くことになる。約１８０°の包囲角度（enclosing angle）に達すると、ワイヤーはプーリーロール等の手段を介して戻される。繊維ウェブはロールに付着し、ドクターブレードにより取り除かれる。パルプの固形分含量は７〜８％となる。この装置は定圧の原理、すなわち全工程中の懸濁液／繊維マットに対する圧力を一定にすることによって作動する。
ＤＮＴ洗浄機は、溝が設けられたロールと滑らかなロールの２つのロールを有しており、これらのロールの径は等しくなっている。これらのロールは中心距離が直径が２倍以上となるように並んで配され、２つのロールの周囲には溝付きロールの上部からロールに沿って下部に、他方の滑らかなロールの下部から上部、さらに溝付きロールの上部へとその移動方向を有するワイヤーが架け渡されている。ヘッドボックスのノズルは、ワイヤーと溝付きロール間のニップに希釈した懸濁液をスプレーする。水と微粒子はVario-Split型と同様にワイヤーを通過する。しかしながら、溝は繊維マットに対して低圧となっているので一部の水はロールの周囲を通過する際に除かれる。この溝によりニップの出口でパルプウェブが離れ、ワイヤーに沿って他方の滑らかなロールに形成されたニップへと移動する。ここではパルプの水と微粒子がさらに押圧される。滑らかなロールの上部に位置する出口でパルプウェブはロールに付着し、ロールに沿って移動する。パルプウェブはドクターブレードにより除去され、コンベアスクリューによる排出用ロールと平行な流路に落下する。
この装置も定圧の原理に従って作動する。但し、第１ロールを通過する間の比較的低い第１圧力と第２ロールを通過する間の比較的高い第２圧力が存在することになる。
定圧の原理によると、実際に脱水はワイヤーとロールの間の押圧が始まる際に全て行われるという固有特性を有することになり、保留繊維はさらに移動する間に繊維の配向に変化が生じることなく、また非常に迅速に密な繊維マットを形成することで他の微粒子がワイヤーを通過するのを阻止するように静電特性により配向される。
本発明の目的は、従来のものに比べ著しく高い固形分含量となるように懸濁液を濃縮する方法及び装置を提供することである。本発明によると、懸濁液またはウェブを過剰な圧力下に晒すことなく、４０％にまで到る固形分含量を得ることが可能である。
添付の図面を用いて、以下に本発明を詳述する。
図１は本発明の第１実施例の略式断面図を示す。
図２は図１の詳細を拡大したもので、懸濁液の異なる相を示したものである。
図３は懸濁液の異なる相を示す平面図である。
図４は本発明装置の第２実施例を示す。
図１に示す装置は、本発明の第１実施例を示すものであり、回転ドラム（１）と複数の穿孔（３）が設けられたマントル壁（２）を含む。ドラム（１）の内部は、半径方向に延びたシールド（４，５）により２つのスペース（６，７）に分けられる。スペース（６）は中央流出口（８）と連通しており、例えば流出口（８）を図示していない真空チューブと接続するなどして、該スペースを真空に保つ。シールド（４，５）には摺動シール（９，１０）がそれぞれ設けられており、ドラムのマントル壁（２）の内部を支持している。ドラムの円周にはすき網（ワイヤー）が配されている。ドラムの回転方向は矢印Ａに示す。
懸濁液の流入口（１２）は、ドラムの円周に隣接し、シールド（４，５）により形成されたセクターの領域上方に設けられたノズル（１３）によって開口している。ノズルは懸濁液（１４）をドラムの回転方向にすき網（１１）上に流すように配される。ノズルは、外縁部（１５）と内縁部（１６）により形成される。外縁部からはフォイルまたは上部リップ（１７）と呼ばれる密で柔軟な布が懸濁液の流動方向、すなわちドラムの回転方向に延びている。この上部リップは重力及び／またはスペース（６）内に発生する真空の作用により単にドラムの円周上に載置されているにすぎない。
上述したことからも明らかなように、本発明装置は実質的に従来の脱水及び／またはシート形成装置に対応するものである。従って、ドラム（１４）が回転する間に懸濁液（１４）をワイヤー（１１）上に流し、スペース（６）内を真空にすることでワイヤー上に懸濁液のウェブ（１８）が形成される。この場合０．２〜０．０５bar、好ましくは約０．１barの圧力差で吸引を行うことが効果的である。懸濁液のウェブ（１８）は、ドラムが回転する間にワイヤーとドラムの穿孔（３）を通った水がスペース（６）内から流出口（８）を通って吸引されることで増加的に脱水される。吸引によりウェブ（１８）とワイヤー間に作用する力が増加することで、これらの間の摩擦力も増加する。脱水した懸濁液から形成されたシート（１９）は、最高で約１０％の固形分含量を有する。
本発明では、ワイヤー（１１）に供給された懸濁液のウェブと上部リップ（１７）の比較的滑らかな下面の間においてもさらに摩擦を増加する手段が設けられる。懸濁液のウェブは主に上部リップ（１７）の下面に沿って摺動する。上部リップのウェブに対向する面、すなわち上部リップの下面には摩擦増加面が設けられる。摩擦増加面は上部リップの一体部材としても良い。図中には、この面を別の層として示してる。例示したように、摩擦増加面は上部リップに取りつけられるかまたは上部リップとは別に移動可能に配されるすき網（２０）からなる。すき網（２０）等の透過性の表層を用いることの利点は、懸濁液のウェブの断面にわたり空気だけでなく水の移動も起こることである。
本発明に基づいて上部リップ面の粗さまたは摩擦を増加し、吸引によりウェブとすき網（１１）間の摩擦を増加した結果、徐々に乾燥するウェブの対向面は一定の固形分含量まで脱水され、形成されるシートを破く（しわを形成する）ような逆方向の力（剪断力）を受けることになり、ウェブの粒子（繊維）は相対的に移動する面、すなわちワイヤー（１１）とワイヤー（２０）間でころがり始めることになる。上述の例において、ワイヤー（２０）とウェブ間に吸引を行うことによって摩擦を増加することも可能である。透明の上部リップを用いて観察した結果、初めはごく小数の分離した繊維（２１）がころがるだけであるが、すぐに雪だるま式により多くの繊維が凝集してロール（２２）または繊維塊を形成し、これらはドラムの移動とは別に移動することが明かになった。各ロール（２２）または繊維塊の移動方向はドラムの回転方向と同一であるが、回転方向はドラムと反対になる。このような装置を用いて実際に測定を行ってみると、固形分含量が著しく増加していることが判明した。すでに繊維がころがり始めた場合には固形分含量は約３０％にまで上昇し、回収される繊維塊では少なくとも３５〜４０％にまで上昇する。
このように固形分含量が飛躍的に上昇する原因としては、一つには（水分保留能力の比較的高い）連続する比較的充実したシートが（水分保留能力の低い）個別の繊維へと分離されること、他にはころがりによる遠心力に起因して回転する繊維束からの脱水が起こることが考えられる。さらに、複数の繊維ロールは円柱または対称形ではなく、長さ方向に沿って異なる直径を有している。その結果、繊維ロールは回転方向に対して傾斜することになり、ふきんを絞るときのような力を受け、多量の水が絞り出されることになる。
図１に示す実施例において、上部リップ（１７）はシールド（４）で、またはドラムの回転方向に見てシールド（４）の直前で終結しており、ワイヤー（２０）はドラムの回転方向にさらに延びている。上部リップ（１７）及びワイヤー（２０）はドラムの円周方向に一体的に移動可能であるか、またはセクター内で両部材を効果的に調節するために独立的に移動可能である。
各繊維塊（２２）は、２つのワイヤー間のスペースを離れるところがり運動を終え、ドラムのワイヤー（１１）に付着し、さらに除去ローラー（２３）に同伴する。最後に、ドクター（２４）が繊維塊を図示していないコンベア上に掻き落し、回収された繊維塊には後続の処理を行う。
また遠心力を用いて、繊維ロールまたは繊維塊がワイヤー（１１）とワイヤー（２０）間のスペースを離れる直後に回収することも可能である。
図１の実施例において、可撓性上部リップ（１７）は、ワイヤー（１１）に対して弾性摺動シールとして作用するように流入口（１２）の周囲を延び、さらに内縁部（１６）を超えて延びている。また図１から明かなように、懸濁液がワイヤー（１１）上に供給される前に、ワイヤーはシールド（４，５）で形成された吸引セクター内に達している。
上述した例では、脱水に介在する可動面は多孔ローラーによって支持されている。しかしながら、非支持型のワイヤーを通して脱水を行うような先行技術タイプの脱水及びシート形成装置に本発明を適用することも可能である。このような装置の一例を図４に示す。該装置は、ローラー（２６）が矢印Ｂの方向に回転することによって吸引ボックス（２７）の上方へと案内される無端ワイヤー（２５）と、ワイヤー（２５）に懸濁液をスプレーするノズル（２８）を含んでいる。可撓性上部リップ（２９）はノズル（２８）から吸引ボックスの上方の領域まで延びている。この先行技術装置に本発明を適用するためには、上部リップ（２９）の下面に、第１実施例と同様の方法でワイヤー（３０）等の摩擦増加面を設ければ良い。
本発明は、製紙用繊維と水からなる懸濁液以外にも他の液体中に他の粒子を含む懸濁液に適用することも可能である。

Claims (14)

1. 比較的密な第１面（１７）と第１面と相対的に移動する透過性を有する第２面（１１）の間をウェブ（１８）として移動する懸濁液の固形分含量を増加する方法において、
   懸濁液を脱水し、さらに懸濁液のウェブ（１８）と第２面（１１）との摩擦を増加するために第２面を介して吸引を行い、ウェブが第１面（１７）と第２面（１１）の間の相対運動により発生する剪断力を受け、懸濁液の粒子または繊維（２１）がこれらの面内でころがることを特徴とする懸濁液の濃縮方法。
2. 前記懸濁液中の繊維は分離したロール（２２）を形成するまでころがり続けることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記繊維のロール（２２）は絞り力を受けることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記ロール（２２）はころがりを終えた後に前記第２面（１１）に付着し、その後取り除かれることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
5. 前記ロール（２２）はころがりを終えた後、遠心力によって前記第２面から除去されることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
6. ０．２〜０．０５barの圧力差で前記第２面を介して吸引を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
7. ０．１barの圧力差で前記第２面を介して吸引を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
8. 比較的密な第１面（１７）と第１面に相対的に移動する透過性を有する第２面（１１）とを有する懸濁液の固形分含量を増加する装置において、
   懸濁液を脱水し、さらに懸濁液のウェブと第２面（１１）との摩擦を増加するために第２面を介して吸引を行う手段と、ウェブが第１面と第２面の間の相対運動により発生する剪断力を受け、懸濁液の粒子または繊維（２１）がこれらの面内でころがるようにウェブに対する第１面（１７）の摩擦を増加する手段とを設けたことを特徴とする懸濁液の濃縮装置。
9. 前記第１面は密で弾性の布（１７）からなることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記第１面（１７）は粗面であることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記第１面は密な層（１７）と懸濁液のウェブ（１８）と面する透過性の層（２０）との２つの層からなることを特徴とする請求項９または１０記載の装置。
12. 前記透過層（２０）は前記第１面（１１）の移動方向に前記密な層（１７）よりも突出して延びていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記２つの層（１７，２０）はそれぞれ前記第１面の移動方向に位置していることを特徴とする請求項１１または１２記載の装置。
14. 前記２つの層（１７，２０）は共に前記第１面の移動方向に変位可能であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項記載の装置。

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