JP3991096B2 - 懸濁液を加圧容器に供給するシステム - Google Patents
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Description
本発明は、懸濁液、好ましくは液体キャリヤ内のチップの懸濁液、をセルロースパルプミルの加圧容器に供給するシステムに関する。本発明は、特に、液体キャリヤ内のチップの懸濁液をセルロースパルプミルの加圧容器に供給するシステム、または、連続操作蒸煮がま内へ直接に、好ましくは加圧蒸煮がまの頂部の入口を通って供給するシステムに関する。このシステムは、例えば加圧苛性化容器等のセルロースパルプミルの他の型の加圧容器に懸濁液を供給するために使用することもできる。
背景技術
図1は、連続操作蒸煮がまへチップを供給するための、序で述べた型の従来のシステムを示す。チップ容器1から、原則的に可変回転速度の回転セルホイールから構成される計量装置2、及び星形ホイールフィーダの形態の低圧フィーダ3を介してチップを蒸し容器4に装填し、そこでチップはガス抜きされ、パルプミルから回収された蒸気の助けで予熱される。蒸し容器4から、蒸されたチップはチップシュート5を介して高圧フィーダ6へ運搬される。高圧用のフィーダ6は、いわゆる高圧フィーダから構成されるが、全体として従来の供給システムの心臓部を構成すると言える。これは、原則として、一方では、上述の部品、及び、第1のポンプ8を備えた線7と砂分離器9とチップシュート5への戻り線11を備えたストレーナ10とバッファタンク13とを具備する下流戻りループによって表される低圧部と、他方では、高圧フィーダ6から連続操作蒸煮がま17へ走る上昇線15と蒸煮がま17自体と蒸煮がま17からの抽出液体用の戻り線18と戻り線18内の第2のポンプ19とによって表される高圧部と、の間の水門として機能する。高圧ポンプ20は蒸煮液体を蒸煮がまの頂部に供給し、蒸煮がま17内の所望の圧力の維持に貢献する。蒸煮液体は、一方では、分離線12を介して供給される白液から構成され、他方では、バッファタンク13からの再循環液体から構成される。更に、黒液を再循環するためのポンプ21がある。
上述のように、高圧用のフィーダ6は高圧フィーダを具備し、高圧フィーダはフィーダハウジング内で緩徐に回転することができ、4つの連続区画を有するため、フィーダは、回転の一定の位置で、チップシュート5から一定用量のチップで満たされ、その用量は、回転の次の位置で、高圧部のポンプ19の影響下で上層線15に排出される。高圧フィーダ6は一定の特定の利点を有する。すなわち、チップを損傷しない、逆流に対して効果的な障害物として機能する、及び、頑丈であり、経験によると極めて信頼性が高い、ということである。しかし同時に、数多くの不利点を有する。すなわち、極めて複雑であるため製造費用が高い、脈動的に操作する、手入れのために極めて頻繁に停止しなければならないことである。しかし、利点が大きいとみなされるため、少なくとも40年間は原則的に変化がなく、依然として連続チップ蒸煮がま用のチップフィーダとして普遍的に使用されている。供給システムの残りの部分もこの同じ期間、ほとんど変わっていない。長い間に一定の変形例が提案されている。例えば、米国特許B第5,476,572号には、修正されたシステムが記載されているが、依然として公知の高圧フィーダを使用することに基づいている。
供給システムには、高圧フィーダを備えたこのような高圧フィーダではなく、フィードイン装置の使用が提案されている。従って、例えば、米国特許A第3,874,996号には、低圧ポンプがスラリーの形態のチップを停止弁を介して円筒に供給し、その後弁を閉じ、円筒の中身は高圧ポンプの助けで反応器内へ入れられる。従って、別の構成要素があるにもかかわらず、このシステムもまた水門とともに作用し、従って従来のシステムと同一の基本原理による脈動方法で作用する。出願人が知っている限りでは、このシステムは実用には供されていない。
発明の開示
本発明の目的は、序に述べた型の供給システムを提供することであり、そのシステムは、システムの低圧部と高圧部との間にある水門として作用するフィーダの使用に基づいていない。本発明はその代わりに、従来のシステムよりも加圧供給線は少ないが、それによって、チップまたは等価物が供給部材によって損傷してはならないという必要条件を撤回しない簡単な供給システムを提供することを提案する。これら及び他の目的は、供給システムが、低圧部と加圧容器との間にあり、低圧部からの懸濁液を加圧容器に入らせる少なくとも1つのポンプを具備し、ポンプはスタックすなわちいわゆるディスクパックを具備する型であり、ディスクパックは、一緒に保持されポンプハウジング内の共通の回転軸の周りを回転する数多くの平行なディスクから構成され、ディスクの間の空間は懸濁液の粒子よりも大きく、懸濁液用の軸方向入口及び接線方向出口を備えるという事実によって達成することができる。この型のポンプは、DISCFLOという商標名で公知である。ポンプ型の基本的原理はEP第0,016,825号に記載されており、同一ポンプの発展は、米国特許第4,514,139号、第4,768,920号及び第4,773,819号に記載されている。この型のポンプは、生きている魚、新鮮な果実及び他の容易に損傷される物品に吸排水するために、比較的に小さな寸法で、かなり使用されている。しかし、この型のポンプには一定の限界がある。従って、この型の単一のポンプが、とりわけチップが損傷されるという危険なしにチップを低圧部から蒸煮がまへ入れるのに必要な大幅な圧力上昇を発生させられるか否かは疑わしい。更に、所望の圧力及び流量を発生させることができるために単一のポンプが必要な寸法が与えられる場合、このポンプを調整することは大変高価になる。これらの問題は、以降はディスクパックポンプと称される連続して配列される2つ以上のポンプであって、好ましくは蒸煮がままたは等価の加圧容器と、連続して連結されるポンプの第1の方から発する出口線と第2のディスクパックポンプに寄与する別の下流ポンプに行く入口線との間の接続線と、の間にある戻り線を介して配列される2つ以上のポンプ、によって、及び、この接続線に導入されて、第1のディスクパックポンプによって接続線に入れられる懸濁液と混合するように配列される液体のストリームによって、かなりの程度まで、軽減することができる。かなりの利点がこの手段によって達成され、すなわち、加圧戻り液体内に含まれるエネルギの一定の量を回収することであり、これはシステムに所望の圧力上昇を提供するために低下エネルギ入力を必要とする。一体型システムの総必要エネルギを減少する別の方法によると、戻り液体流量は、戻り線を介して、加圧容器から、ポンプ、または2つ以上のポンプが連続して連結されるときは第1のポンプ、を駆動してポンプ内のディスクのスタックを回転するよう配列されたタービンへ通じる。
本発明の1つの目的は、図1を参照して述べた従来のフィーダシステムの他の部分を排除することを可能にすることである。この目的のため、連続して連結されたポンプの一方が、第2のディスクパックポンプまたは他方に連続して連結された下流ディスクパックパックが好適であるが、蒸煮がまの圧力を調整するために可変回転速度で回転できるように配列される。
本発明の更に別の目的は、更に改良されたフィーダシステムを提供することであり、このシステムは、本明細書ではディスクパックポンプと称する少なくとも1つの上述の型のフィーダポンプを具備し、このシステムは、チップシュートまたはシステムの低圧部の他のユニットに望ましくないストリームの発達またはいわゆる逆流を効果的に防止するよう配列される。
本発明の更なる特徴及び態様は、添付の請求の範囲及び下記のシステムの好適な実施例から明らかである。
【図面の簡単な説明】
図1は、上述の従来の供給システムの斜視図である。
図2は、本発明の第1の実施例による供給システムの斜視図である。
図3は、システムの部分の概略側面図である。
図4は、図3のIV-IVでのポンプの配列を示す。
図5は、システムにフィーダポンプとして含まれ、本明細書ではディスクパックポンプと称されるポンプの原理を概略形態で示す。
図6は、本発明の第2の好適な実施例による更に改良されたシステムの概略図である。
図7は、図6のVII-VIIでの本システムを示す。
図8は、改良された本システムに含まれるポンプの原理を示す。
図9は、更に別の更に発展して改良されたフィーダシステムの原理を示し、このシステムはチップ用のフィーダポンプとして少なくとも1つのディスクパックポンプを具備する。
発明の詳細な説明
図2〜4において、図1の従来のシステムと全く等価である構成部品に対しては図1と同一の参照符号を使用してある。本発明によると、2つのディスクパックポンプ、すなわち第1のポンプ25と第2のポンプ26とは連続してボルテックスチャンバ14と供給線15との間に連結される。この実施例によると、ボルテックスチャンバ14は極めて短いチップシュート5を介して第1のポンプ25の軸方向入口に連結される。2つのポンプ25、26は各々、それぞれモータ28、18によって駆動される。第1のポンプ25の接線方向出口と第2のポンプ26の軸方向入口との間に接続線29がある。図4参照。供給線15は第2のポンプ26の接線方向出口30に接続される。図3参照。
2つのポンプ25、26は簡単に上述した型であり、本明細書ではディスクパックポンプと称する。構造原理は図5に示し、この場合、第1のポンプ25を表し、第2のポンプ26も同一の原則で建造されるが、寸法は異なり、その理由は下記に説明する。ポンプハウジングは全体として35で示す。ポンプハウジングチャンバ36は軸方向入口37及び接線方向出口38を有する。ポンプハウジングチャンバ内にいわゆるディスクパック39があり、各々が中央穴41を有する数多くの平行な環状ディスク40と、ディスク42と、からなり、ディスク42の中央部は入口開口37の軸方向に反対側にある駆動シャフト44に接続される。ディスクは、一体型ディスクパック39を形成するために接続要素45によって互いに結合され、一体型ディスクパック39は、駆動シャフト44を介してモータ27の助けにより回転軸45の周りをユニットとして回転することができる。ディスクの間にチップ粒子の長さより大きな空間46がある。空間46のサイズ、すなわちディスク間の距離は20〜200mmの間が好適である。ディスクパック39が回転すると、ディスク40、42が媒体を空間46内に引いて、この媒体を駆動して大きな圧力差を発生させずに出口38を通って外へ出す。新鮮な媒体、すなわち液体の形態であるキャリヤと一緒になったチップは、入口37を通って吸入され、中央開口41を介してディスク間の空間46へ分配される。
本実施例によると、第1のポンプ25は、ボルテックスチャンバ14内の約1.3バールの圧力を接続線29内の約5〜10バールに増加するよう配列され、第2のポンプ26は、チップと液体との懸濁液を上行線15を介して入口16へ、蒸煮がま17内へ駆動するために、13〜17バールの必然的な高圧へ圧力を更に増加するよう配列される。本実施例は、液体で満たされる蒸煮がまを含む用途に関するため、下方に供給する頂部ストレーナを使用して輸送液の部分を懸濁液から分離する。当業者には公知であるが、頂部ストレーナはストレーナバスケット内部に配列されたフィーダねじから構成される。戻り輸送液用の抽出線50は2つの戻り線51、52に分岐する。線51は、成分流量を減圧弁53を介してポンプ25、26間の接続線29へ供給する。この成分流量は第2のポンプ26の操作を助け、その結果、第2のポンプ26の駆動モータ28の容量を実質的に低下することができる。
線51内の圧力を、接続線29の圧力に対応するように、減圧弁53内で減じる。流量のおよそ25〜50%に相当する成分流量は、戻り線51を通って第1のポンプ25へ供給される。これは、第1のポンプ25は第2のポンプ26に比べて操作する流量がかなり少なく、そのような寸法にされることを意味する。
蒸煮がま17から第2の成分流量の形態の戻り液と白液線12からの白液との混合液が、線52及び白液線12からの接続線56を通って、ボルテックスチャンバ14の上流にある極めて短いチップシュート5へ供給される。
第2のポンプ26は、蒸煮がま17の圧力を調整するために可変回転速度で操作するよう配列することが好ましい。
図6、7において、先行図面と全く等価である構成部品に対しては同一の参照符号を使用してある。図6、7に概略的に示された本システムの好適な実施例によると、線51を通る蒸煮がま17からの成分流量は、25’で示されている第1のポンプと第2のポンプ26との間にある接続線29ではなく、タービン61の接線方向入口60へ戻される。タービンは、タービンの回転速度を調整する調節可能な羽根、及び、ブレードホイール62及び液体用軸方向出口を備えたフランシス型でもよい。しかし、従来のフランシスタービンとは対照的に、ブレードホイール62に接続されたシャフト63はタービンの軸方向出口を通って外へ延在する。タービン61は、軸方向出口を介して、ボルテックスチャンバ14の入口に更に接続され、ボルテックスチャンバ14の入口は次に第1のポンプ25’の軸方向入口に接続される。タービンシャフト63は、ボルテックスチャンバ14を通って且つ第1のポンプ25’の第1のポンプ25’の開口を通って更に延在し、ディスクスタック39に接続され、より具体的にはポンプハウジングチャンバ36の内部のディスクスタック39に接続される。
線51を通る戻り流量は、好ましくは減圧せずに、タービン61を駆動するよう配列され、タービン61は次に通常操作の間にシャフト63を介して第1のポンプ25’を駆動する。しかし、例えばプラントを開始するとき等、必要に応じてポンプ25’を駆動するモータ26がある。ボルテックスチャンバ14の入口に接続されたタービン61からの出口で、チップが均質に分配された所望の混合ボルテックスが得られる。このボルテックスも、ディスクパックポンプ25’の機能に積極的に寄与する。ボルテックスチャンバ14から、回転する液体は、ポンプ25’の軸方向入口の領域にあるシャフト63を囲繞する環状隙間37’に流れ入る。タービン61を適切に寸法づけることによって、タービン61は高効率を達成することができ、その結果、駆動モータ27から入るエネルギが最小であるにもかかわらず、第1のポンプ25’は2つの連続してつながったポンプ25’、26の全体的加圧の大半を提供することができる。本実施例によると、第2のディスクパックポンプ26を第1の場合に使用して、蒸煮がま17内の圧力を調節することができる。この発展したシステムの利点は、図2〜4のシステムに比較してエネルギ回収が更に改良されていること、より良好なチップ混入、及び、第1のポンプ25’の望ましい木材/液体比である。更に、タービン61及びポンプ25’は両方とも、二重軸受、すなわち、タービンハウジング及びポンプハウジングの両方のシャフト63の軸受、で極めて強固に製造することができる。
本発明により、加圧容器に供給される懸濁液は、高圧フィーダで操作する従来のシステムよりも高いチップ/液体比を有することができ、すなわち、チップ含有量は5重量%を超えることができ、好ましくはチップ含有量は8〜20重量%であり、8〜15重量%が好適である。流量は、例えば、200〜600リットル/秒であってもよく、250〜350リットル/秒が好適である。
蒸煮がま17の上部の温度、従って線50から引かれる液の温度は、通常、110〜130℃であり、例えば120℃である。高温の液がシステムの低圧部に導かれると、図6、7を参照して記載されるように、いわゆる逆流の危険、または少なくとも、導入チップビン内で望ましくない激しい蒸気が発達することを無視することはできない。図9は、フィーダシステムの発展した実施例を示し、この危険は排除されている。発展した実施例によると、システムは液体を輸送するための液体交換機70を具備する。残部に関しては、システムの装置は、図6〜8を参照して記載したものと実質的に同一である。従って、システムのこれらの部分は図6〜8と同一の参照符号を付してある。
液体輸送用の液体交換機70の図示した主要部は、垂直輸送ハウジング72内で操作する垂直フィーダねじ71から構成される。輸送ハウジングの下部は垂直な円筒形スクリーン73の形状であり、スクリーンハウジング74によって囲繞され、スクリーンハウジング74は米国特許A第5,504,987号及び/または米国特許A第5,503,323号に従って製造されることが適切である。スクリーン73とスクリーンハウジング74との間にあるリング形状空間75はスクリーンチャンバと呼ばれる。液体輸送用の液体交換機70の上部には、チャンバ76があり、本明細書では液体交換機チャンバと呼ばれ、ねじ山を切ってないことが好ましい。ねじ71は、装置の頂部にある図示しないモータ77によって駆動される。
図9には図示しない第2のポンプ26の接線方向出口30から、線80が、液体輸送用の液体交換機70の底部にあるチップ入口81へ延びる。線83は、スクリーンハウジングの濾液用の排出出口82からタービン61の入口60へ延びる。線83はスクリーンハウジングの濾液の排出出口82からタービン61の入口60へ延びる。成分流量は線83からバイパス線89を通って、ポンプ25’と26との間にある接続線29(図7参照)へ導かれる。黒液用の線12は化学物質添加用にボルテックスチャンバ14へ延び、この線を通って線83からの濾液の成分流量を加えることもできる。蒸煮がま17の頂部からポンプ86の液用の出口線51’が液体交換機チャンバ76へ延びる。ポンプ86の上流に白液用の線が配列されることが好ましい。チップ用の入口供給線15’はチャンバ76から蒸煮がま17の頂部へ延びる。
上述のシステムは下記のように操作する。接線方向出口30から、チップは、温度が100℃を超えない第1の輸送液体内の第1の懸濁液として線80を通ってチップ入口81へ輸送され、この入口を通って液体輸送用の液体交換機70の底部内へ入る。ねじ71の助けによって、懸濁液は液体輸送用の液体交換機70内の上方へ供給され、同時に第1の輸送液体の一部として出口82から引かれ、液体交換機内の高圧によって再循環されてタービン61を駆動し、タービン61は、出口82から引かれる液体内にあるできるだけ多くの運動エネルギを回収するよう設置される。モータ27が残りのエネルギの必要性を引き受けてポンプ25’を駆動する。タービン内の液体の圧力低下はおよそ10〜15バールである。液体交換機チャンバ76において、濃縮懸濁液は、線51’を通ってポンプ86によって上入口開口87を通って液体交換機チャンバ76へ導かれる引かれて可能であれば加えられる液に遭遇する。チップは、上出口開口88から出て、下出口開口82を通っては引かれなかった第1の輸送液体の残余部分と一緒に加えられた液を構成する第2の懸濁液の線15’へ押圧される。この第2の懸濁液の温度は100℃を超え、通常は110〜130℃であり、例えば、120℃である。輸送ねじ71を備えたて液体輸送用の液体交換機70は、このシステムにおいて、システム内の逆流を効率的に妨げるものとして作用する。同時に、導入チップビン内の激しい蒸気の発達が排除される。液体輸送用の液体交換機70を備えて図示された実施例は、高圧フィーダを伴わない他の用途にも使用することができる。
Claims (16)
- 液体キャリヤ内のチップの懸濁液をセルロースパルプミルの加圧容器に供給するシステムであって、該供給システムは、低圧部と該加圧容器との間にあって該懸濁液を該低圧部から該加圧容器内へ入れる少なくとも2つのポンプ(25、26)を具備し、該ポンプは、該低圧部と該加圧容器との間に連続して連結され、一緒に保持されてスタック(39)を形成し、ポンプハウジング内のポンプチャンバ(36)内で共通の回転軸の周りを回転する数多くの平行なディスク(40、42)を具備し、該ディスクの間の空間(46)は該懸濁液の粒子よりも大きく、該懸濁液用の軸方向入口及び接線方向出口を有する型であることを特徴とするシステム。
- 戻り線(50、51)が、前記加圧容器(17)と、前記ポンプの一方を構成する第1のポンプ(25)からの出口線と該ポンプの他方を構成する第2の下流ポンプへ行く入口線との間の接続線(29)と、の間に配列され、該加圧容器からの液体の流れは、該第1のポンプによって該接続線に入れられる懸濁液と混合するように、該接続線(29)に導入されるよう配列されることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つの減圧部材(53)を前記戻り線(50,51)に配列することを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 戻り線(50、51’)が、前記加圧容器とタービン(61)への入口(60)との間に配列され、該戻り線の戻り液体の流れに含まれるエネルギを使用して該タービンのブレードホイール(62)を駆動し、該ブレードホイールのシャフト(63)が、前記ディスクスタック(39)を回転するために、前記2つのポンプのうちの第1のポンプに連結されることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記シャフト(63)は、前記ポンプの前記ディスクスタックを回転するように配列された前記タービンから、該ポンプの入口開口を通してポンプチャンバ内に延在し、前記懸濁液は、該入口開口の域内の該シャフト(63)の周りの環状隙間(37’)を通って該ポンプに供給されるように配列されることを特徴とする請求項4記載のシステム。
- ボルテックスチャンバ配列(14)が出口開口を介して前記2つのポンプのうちの第1のポンプの前記入口開口へ接続される請求項1〜5のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記ボルテックスチャンバ配列(14)は前記タービン(61)と前記ポンプ(25’)との間に配列され、前記駆動シャフト(63)は前記タービンホイールから該タービンの軸方向出口開口を通り、該ボルテックスチャンバを通って先へ進み、該ポンプの軸方向入口開口を通って該ポンプ内に延在することを特徴とする請求項6記載のシステム。
- 前記加圧容器からの戻り液体の流れも前記低圧部に導入されるように配列され、圧力調整装置(55)が該戻り液体の圧力を該低圧部のレベルまで低下するよう配列されることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記連続して接続された2つのポンプの第1のポンプ(25)は、当該2つのポンプの第2のポンプ(26)よりも15〜75%少ない流量で給排水するよう配列されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記連続して連結されたポンプの最下位のポンプは、前記加圧容器内の圧力を調整するために可変回転速度で回転することができるように配列されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記加圧容器は連続して操作する蒸煮がまから構成され、前記懸濁液は液体キャリヤ内のチップの懸濁から構成され、該懸濁液は該蒸煮がまの頂部に導入されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記懸濁液はチップ含有量が8〜20重量%であることを特徴とする請求項11記載のシステム。
- 前記懸濁液を、200〜600リットル/秒の流量で前記加圧容器へ供給することを特徴とする請求項12記載のシステム。
- 液体キャリヤ内のチップの懸濁液をセルロースパルプミルの加圧容器に供給するシステムであって、該供給システムは、低圧部と該加圧容器との間にあって該懸濁液を該低圧部から該加圧容器内へ入れる少なくとも2つのポンプ(25、26)を具備し、該ポンプは、一緒に保持されてスタック(39)を形成し、ポンプハウジング内のポンプチャンバ(36)内で共通の回転軸の周りを回転する数多くの平行なディスク(40、42)を具備する型であり、該ディスクの間の空間(46)は該懸濁液の粒子よりも大きく、該懸濁液用の軸方向入口及び接線方向出口を有し、前記2つのポンプのうちの1つのポンプと該加圧容器(17)との間に、温度が100℃を超えない第1の輸送液体の第1の懸濁液用の第1の入口(81)及び該第1の輸送液体の一部を引き出すための第1の出口(82)を備えた第1の部分を備えた液体輸送用の液体交換機(70)と、該第1の懸濁液の固体物質と該第1の輸送液体の残りの部分とを該液体輸送用液体交換機の第2の部分へ輸送する手段であって、該第2の部分は、温度が100℃を超える熱い液体用の第2の入口(87)と第2の懸濁液用の第2の出口とを有し、該第2の懸濁液は、該熱い液体から構成される第2の輸送液体の固体物質と、該第2の出口から該加圧容器への線(15’)内の該第2の懸濁液の輸送用の該第1の輸送液体の残りの部分、とから構成される手段とがあることを特徴とするシステム。
- 前記加圧容器は連続して操作する蒸煮がまから構成され、前記懸濁液は液体キャリヤ内のチップの懸濁から構成され、該懸濁液は該蒸煮がまの頂部に導入され、該蒸煮がまに導かれる該懸濁液は前記第2の懸濁液から構成され、前記熱い液体は少なくとも部分的には該蒸煮がまの頂部から引かれた液から構成されることを特徴とする請求項14記載のシステム。
- 前記液体輸送用の液体交換機(70)の前記第1の部分から、全体的または部分的に引かれた前記第1の輸送液体の部分は、前記2つのポンプのうちのいずれかのポンプを駆動する助けをするために戻り流として再循環されることを特徴とする請求項14または15記載のシステム。
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