JP5296070B2 - 製紙工程に化学物質を供給する方法と配置 - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は米国特許出願第１１／３３９，１６９号の一部継続出願であり、この出願は本明細書に参照によって組み込まれている。

本発明は製紙工程のプロセスの流れに化学物質を供給する方法に関するものである。

様々なタイプと量の化学物質が製紙工程に加えられる。特に、化学物質は製紙工程のプロセスの流れに加えられる。これらの化学物質を最適に供給することはプロセスの流れへの化学物質の最適な供給が以下の結果をもたらすという点で、品質とコストの問題である：ａ）抄紙機のよりよい操業性；ｂ）最終製品の量が予想可能でありより均一である；ｃ）繊維の破壊がより少なくて、抄紙桟の停止時間がより短い；ｄ）抄紙機に供給する化学物質の量の削減；ｅ）真水の消費量がより少ない；ｆ）真水の過熱に要するエネルギーが少ない。

プロセスの流れへの化学物質の最適な供給は、プロセスの流れに化学物原を急速に混合したとき、局所的な化学量論状態が存在するとき、供給配置における水の使用量が最少であるとき、及び、化学物質の残留／接触時間が最適である時に起こる。より詳細には、局所的な化学量論状態になると云うことは、化学物質を反応させるためのプロセスへの流れにおける化学物質の比率が最適であることを意味し、化学物質の最適な滞留時間とは、システム中に添加された全ての化学物質が効果を発揮するのに充分な時間であって、望ましい効果を維持するのに長過ぎない時間となるように、化学物質がプロセスの流れに供給されるべきである、ことを意味する。

製紙工程のプロセスの流れに化学物質を供給する多くの先行技術と装置は、製紙工程のプロセスの流れへの化学物質の最適な供給をもたらすものではない。従って、製紙業界では、一もしくはそれ以上の化学物質を最適に加えることができる装置と方法が必要とされている。

本開示は一もしくはそれ以上の化学物質を製紙工程のプロセスの流れに供給する方法に関し、この方法は；一もしくはそれ以上の入口と出口を有する第１の導管と；一もしくはそれ以上の第２の入口と出口を有する第２の導管であって、前記第１の導管が前記第２の導管に固定されており、前記第２の導管を横切っている第２の導管と；一もしくはそれ以上の入口と出口を有する混合室であって、前記第２の固定導管が前記混合室に固定されており、前記第１の導管の出口と前記第２の導管の出口が前記混合室と連通している、混合室と；を具える一又はそれ以上の装置を提供するステップと；
製紙工程の以下位置、すなわち、高濃度原料ライン、リテーナと機械室の出口の間で、基礎おもりバルブ近傍、機械室と基礎おもりバルブの間の開口にアダプタを装着するステップであって、前記アダプタが、前記混合室の前記外と連通しており、前記混合室に固定されているステップと；
前記プロセスの流れが製紙工程を通るように前記製紙工程を稼働させるステップと；
前記第１の導管と前記第２の導管の入口に前記化学物質又は供給液を導入することによって前記化学物質と前記供給液を前記混合室に導入するステップと；
前記化学物質と前記供給液を前記混合室で混合して；前記化学物質と前記供給液の混合物を形成するステップと；
前記プロセスの流れに連通しているアダプタを介して、前記位置の少なくとも一つにおいて、前記プロセスの流れへ前記混合物を分配するステップを特徴とする方法。

以下に、本発明による方法と装置を添付図面を参照してより詳細に開示する。

図１は、本発明の実施例による装置の斜視図である。 図２は、図１に示す装置の断面図である。 図３は、図１に示す装置の第１の導管の斜視図である。 図４は、図１に示す装置のアダプタの斜視図である。 図５は、本発明の一実施例の第１の導管と、第２の導管と、混合室と、アダプタを分解して示した斜視図である。 図６は、本発明の一実施例によるプロセスの流れへ化学物質を供給する方法を示す図である。 図７は、本発明の装置の概略図である。 図８は、基礎おもりバルブ前の供給配置を示す概略図である。 図９は、本発明の一実施例による装置の斜視図である。

「製紙工程」とは、パルプから紙製品を作る方法を意味し、水性セルロース完成紙料を形成するステップと、この完成紙料を水抜きしてシートを形成するステップと、そのシートを乾燥させるステップを具える。完成紙料の形成するステップ、水抜きするステップ、及び乾燥させるステップは、当業者に公知の従来の方法で行うことができる。

「濃いストックライン」とは、パルパー又は高密度貯蔵室と、機械室の前までの間のパイプラインを意味する。

本発明の装置は、基本的には、反応装置であって、ここでは、化学反応が、ａ）制御された条件下で、速やかに装置に加えられた、化学物質を活性化させるように生じるか、あるいは、ｂ）適切な混合時間に対して化学反応速度とせん断レベルを選択することによって、化学物質が互いにもしくはその他の種類と混合することを防止することができる。例えば、プロセスの流れに加えられている化学物質の反応速度を遅くするか、デバイス内での滞留時間より遅い化学反応速度にすることによって、止めることができる。

本発明に使用されている装置は四つの主要構成要素を含む：すなわち第１の導管（１）；第２の導管（４）；混合室（７）；及び選択的にアダプタ（８）である。この装置の各要素の寸法とジオメトリは、どの位の量の化学物質を製紙工程に加える必要があるか、又、濃いストックライン（９）の構成などのその他の要因に依存している。本発明の装置は、例えば、ステンレススチールなど、様々な種類の製紙用化学物質の処理に適切な材料で作ることができる。

第１の導管（１）は、一又はそれ以上の入口（２）と出口（３）を有する。好ましくは、この導管はヘッド部分（１０）と円錐形状部分（１１）の双方を具えている。

第２の導管（４）は、一又はそれ以上の入口（５）と出口（６）を有する。第２の導管（４）は、当業者に自明である何らかの締結手段によって第１の導管のヘッド部分（１０）に固定されている。例えば、第１の導管のヘッド部分（１０）と第２の導管（４）が一又はそれ以上の開口を有しており、一方の導管をねじで他方に固定するようにしてもよい。

混合室（７）は、一又はそれ以上の入口（１７）と出口（１８）を有しており、これらは、第１の導管（１）と第２の導管（４）の出口と連通している。混合室（７）は、第２の導管（４）に固定されている。混合室（７）は、当業者に自明である何らかの締結手段によって第２の導管（４）に固定されている。例えば、第２の導管（４）と混合室（７）が一あるいはそれ以上の開口部を有しており、第２の導管をねじで混合室に固定可能であるか、あるいは混合室（７）の外表面を第２の導管（４）の外表面と溶接することができる。

アダプタ（８）は、混合室（７）に固定されており、混合室（７）の出口と連通している。アダプタ（８）は、当業者に自明である何らかの締結手段によって混合室（７）に固定することができる。例えば、混合室（７）の一部をアダプタ（８）に挿入するようにしてもよい。

別の実施例では、第２の導管（４）の入口（５）が、第２の導管（４）の出口と直交している。

別の実施例では、第１の導管（１）が、第２の導管（４）の入口（５）に直交している第２の導管（４）を横切っている。

別の実施例においては、第１の導管（１）は、前記第２の導管（４）を横切っていないヘッド部分（１０）と、第２の導管（４）を横切っている部分を有している。前記第２の導管（４）を横切っている部分（１１）は円錐形状であり、前記第１の導管（１）の先端は前記混合室（７）と連通している。

上述のように、本発明は、一又はそれ以上の化学物質をプロセスの流れに供給する方法を提供する。一の実施例では、アダプタ（８）は、単独であるいは供給装置（１２）の一部として、高濃度ストックライン（９）の開口（１６）上に装着されており、このアダプタ（８）は、当業者に自明である何らかの手段によって、高濃度ストックライン（９）に固定されている。本発明の供給装置は、すでにそうなっていなければ、アダプタに連結される。この設定を行った後に、一又はそれ以上の化学物質と供給液が装置（１２）に導入され、混合室（７）で混合されて、高濃度ストックライン（９）に供給される。化学物質と供給液を高濃度ストックラインのプロセスの流れに導入する多くの手段が、当業者に知られている。

別の実施例では、以下のステップによって、プロセスの流れ（１３）へ様々な化学物質が同時供給される：いくつかの異なる化学物質を装置（１２）に導入し、異なる化学物質の混合物を形成し、プロセスの流れ（１３）に混合物を投与するステップ；又は、一連の装置（１２）を整列させて、化学物質を投与するステップである。化学物質は、当業者が規定した順でシステムに加えることができる。例えば、化学物質は、順次加えてもよく、同時に、またはあらかじめプログラムされた順で加えてもよい。

別の実施例では、図８に示すように、プロセスの流れに化学物質を加える一もしくはそれ以上の装置（１２）が、前記製紙工程の基礎おもりバルブ（１４）に近接して配置されている。別の実施例では、混合が段階的混合である、すなわち、プロセスの流れに導入する前に化学物質が混合される。段階的混合は、混合装置に加えた化学物質の所望の反応速度に適合する時間、続く。さらに別の実施例では、段階的混合が、約５マイクロ秒乃至約５００ミリ秒続く。

別の実施例では、前記装置に導入される前記化学物質と供給液との流速を調節することによって前記化学物質の活性が制御される。前記装置に連通している一もしくはそれ以上のポンプでこの流速を調節する。段階的混合は、混合室への化学物質と供給液の双方の流速を制御することによって、混合室で行うことができる。

別の実施例では、プロセスの流れへ導入する前に、前記混合室に導入する前記化学物質と供給液の流速を調節することによって、前記化学物質の活性が制御される。

別の実施例では、化学物質は殺生物剤、補強材、光沢剤、染料、充填剤、サイズ剤、歩留り助剤（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ａｉｄｓ）、排水助剤（ｄｒａｉｎａｇｅ ａｉｄｓ）、凝集剤、洗浄助剤、消泡剤、分散剤、ナノ粒子、微小粒子、定着剤、凝固剤、剥離剤、増量剤、軟化剤、洗浄剤、緩和剤、抗ピッチ剤（ａｎｔｉ−ｐｉｔｃｈ ａｇｅｎｔｓ）、固着防止剤、吸収補助剤、及びこれらの組み合わせから成る群の中から選択される。一又はそれ以上の化学物質を用いた様々な化学処理プログラムが当業者によって開発されており、本発明の明細書の装置（１２）にこれを用いることができる。

別の実施例では、供給液は、真水；きれいな濾過液；白水；薄いストック；及びこれらの組み合わせから成る群の中から選択される。

別の実施例では、化学物質が、第１の導管（１）もしくは第２の導管（４）に導入される前に、希釈液で希釈される。さらに別の実施例では、この希釈液が水を含んでいる。

別の実施例では、プロセスの流れ（１３）が、製紙工程の完成紙料を含む。

別の実施例では、プロセスの流れ（１３）が、製紙工程の高濃度ストックを含む。

別の実施例では、製紙工程が薄紙の製造工程である。

図６及び図７を参照すると、一実施例において、化学物質（１９）が第１の導管（１）の入口（２）に導入されている。次いで、化学物質は導管を流れて第１の導管（１）の出口（３）から出て、混合室（７）の入口（１７）に入る。供給液（１５）も第２の導管（４）に導入される。第２の導管（４）中の供給液は、第１の導管（１）の周辺で施回し、あるいは渦巻いて、第２の導管の出口（６）の外に出て、混合室（７）の入口（１７）を経て混合室（７）に入る。第１の導管（１）から、及び第２の導管（４）からの二本の供給液は混合室（７）で混合し、次いで混合室（７）の出口（１８）を通って流れ、プロセスの流れ（１３）の開口（１６）に装着されているアダプタ（８）を通って流れて、この供給液はプロセスの流れ（１３）の中に流れ込む。

Claims (13)

1. 一又はそれ以上の化学物質を、製紙工程のプロセスの流れに供給する方法において：
   ａ．一又はそれ以上の入口と出口を有する第１の導管と、一又はそれ以上の入口と出口を有する第２の導管であって、前記第１の導管が前記第２の導管に固定されて前記第２の導管と交差する第２の導管と；一又はそれ以上の入口と出口を有する混合室であって、前記第２の導管が前記混合室に固定されており、前記第１の導管の出口と前記第２の導管の出口が前記混合室と連結している混合室と；を具え、前記第１の導管は、前記第２の導管と交差していないヘッド部分と、前記第２の導管と交差する部分とを具え、前記第２の導管と交差する部分は円錐形であり、前記第１の導管のその部分が前記混合室と連通している一又はそれ以上の装置を提供するステップと；
   ｂ．製紙工程における以下の位置：すなわち、高濃度ストックライン、精製機と機械室出口の間、坪量制御弁近傍、及び機械室と坪量制御弁の間、のうちの少なくとも一つにある開口上にアダプタを取りつけるステップであって、前記アダプタが前記混合室の前記出口に連通しており、前記混合室に固定されている、ステップと；
   ｃ．前記プロセスの流れが前記製紙工程を通って流れるように前記製紙工程を稼働させるステップと；
   ｄ．当該化学物質及び当該供給液のいずれか一方を前記第１の導管の入口に導入し、他方を前記第２の導管の入口に導入することによって、当該化学物質と供給液を前記混合室に導入するステップと；
   ｅ．前記化学物質と前記供給液を前記混合室にて混合して、前記化学物質と供給液の混合物を作るステップと；
   ｆ．上述の少なくとも一の位置において、前記混合物を、前記プロセスの流れと連通しているアダプタを通して前記プロセスの流れへ投入するステップと；
   を具え、
   前記プロセスの流れが製紙工程の濃いストックを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質が前記第１の導管もしくは前記第２の導管へ導入される前に希釈されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質と前記供給液が、連続して、同時に、もしくは予めプログラムされている順に導入されることを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法において、前記化学物質を希釈する希釈液が水であることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記供給液が真水；きれいな濾過液；白水；薄いストック；又はこれらの組み合わせから成る群から選択されることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質は、殺生物剤、補強材、光沢剤、染料、充填剤、サイズ剤、歩留り助剤（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ａｉｄｓ）、排水助剤（ｄｒａｉｎａｇｅ ａｉｄｓ）、凝集剤、洗浄助剤、消泡剤、分散剤、ナノ粒子、微小粒子、定着剤、凝固剤、剥離剤、増量剤、軟化剤、洗浄剤、緩和剤、抗ピッチ剤（ａｎｔｉ−ｐｉｔｃｈ ａｇｅｎｔｓ）、固着防止剤、吸収補助剤、及びこれらの組み合わせから成る群の中から選択されることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質は複数であり、前記混合ステップは、前記プロセスの流れへ投入される前に前記複数の化学物質が混合される段階的混合ステップであることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記段階的混合ステップが約５マイクロ秒乃至約５００ミリ秒続くことを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記プロセスの流れが製紙工程の完成紙料を含むことを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質の活性が、前記混合室に導入する前記化学物質と前記供給液の流速を調節することにより制御されることを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法が更に、前記装置に連通する一又はそれ以上のポンプを提供するステップを具え、当該ポンプが前記化学物質と前記希釈液の流速を制御することを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法において、前記化学物質の活性は、前記混合室に導入する前記化学物質と前記供給液の流速を前記プロセスの流れに化学物質を導入する前に調節することによって制御されていることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法において、前記製紙工程が薄紙の製造工程であることを特徴とする方法。

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