JP5332971B2 - Method for improving heat transfer efficiency of steam dryer - Google Patents
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Description
本発明は、回転式のドラム内に水蒸気を供給し、ドラム外面と接触する被乾燥物を乾燥するようにした蒸気ドライヤの伝熱効率改善方法に関する。 The present invention relates to a method for improving the heat transfer efficiency of a steam dryer in which water vapor is supplied into a rotary drum to dry an object to be dried which comes into contact with the outer surface of the drum.
回転式のドラムを備えた蒸気ドライヤは抄紙設備等において広く用いられている。紙を生産する抄紙機(ペーパーマシン)は、一般に紙料流出部、脱水部、圧搾・搾水部、乾燥部、サイズ部(表面強度・耐水性を持たせる加工部)、光沢部、及び巻取り部から構成される。乾燥部では水分含有率50%前後の湿紙をカンバスなどで保持して数十本の直径1.2〜1.8mの円筒形の乾燥機表面に接触させて水分を蒸発させて水分含有率5〜10%程度まで乾燥させる。 Steam dryers equipped with rotary drums are widely used in papermaking facilities. A paper machine that produces paper is generally a paper outflow part, a dewatering part, a pressing / watering part, a drying part, a size part (a processing part that gives surface strength and water resistance), a glossy part, and a winding part. It consists of a take-up part. In the drying section, a wet paper having a moisture content of about 50% is held in a canvas and brought into contact with several tens of cylindrical dryer surfaces with a diameter of 1.2 to 1.8 m to evaporate the moisture content. Dry to about 5-10%.
また、ティッシュペーパー・トイレットペーパー・キッチンペーパー・紙おむつなどの家庭紙用原料紙や片艶包装紙などの製造では、圧搾・搾水部を出た湿紙を、ヤンキードライヤと称される直径3〜5.5mの円筒形で円周部外表面を鏡面仕上げした1本の乾燥機に張り付け、乾燥機内側を蒸気で加熱し、外側の湿紙に熱風を吹きつけて乾燥させる。 Moreover, in the manufacture of raw paper for household paper such as tissue paper, toilet paper, kitchen paper, and paper diapers, and glossy wrapping paper, wet paper that has come out of the squeezing and squeezing section is used for a diameter of 3 to 3 called a Yankee dryer. A 5.5m cylindrical shape is attached to a dryer having a mirror-finished outer peripheral surface, the inside of the dryer is heated with steam, and hot air is blown to the outside wet paper to dry it.
いずれの乾燥機も、乾燥内部の熱源として、圧力0.3〜1MPa程度の飽和蒸気を吹きこんでいる。乾燥機内部では、蒸気の伝熱面への接触・放熱の結果、凝縮水が発生するため、サイホン式やバケット式などの排水手段によって凝縮水を排出している(例えば特許文献1,2)。 All dryers blow in saturated steam having a pressure of about 0.3 to 1 MPa as a heat source inside the drying. Inside the dryer, condensed water is generated as a result of contact / radiation of heat to the heat transfer surface of the steam, so the condensed water is discharged by a drainage means such as siphon type or bucket type (for example, Patent Documents 1 and 2). .
特許文献1,2の通り、蒸気ドライヤのドラム内で生じた凝縮水は、サイホン等によってドラム外へ排出されるのであるが、完全には排出されず、また常に凝縮水が発生するところから、ドラム内には凝縮水がある程度溜っている。この凝縮水は、ドラムの回転に伴って遠心力によってドラム内周面に押し付けられ、ドラム内周面を這い上がるようにリフトされ、ドラム内周面を水膜状に覆うようになる。 As Patent Documents 1 and 2, the condensed water generated in the drum of the steam dryer is discharged out of the drum by a siphon or the like, but it is not completely discharged, and the condensed water is always generated. There is a certain amount of condensed water in the drum. This condensed water is pressed against the drum inner peripheral surface by centrifugal force as the drum rotates, lifted to scoop up the drum inner peripheral surface, and covers the drum inner peripheral surface in the form of a water film.
このようにドラム内周面に水膜が存在すると、ドラム内に供給された水蒸気とドラム内周面との接触面積が減少し、また水膜が大きな熱抵抗となって伝熱効率が低下する。 When a water film is present on the drum inner peripheral surface as described above, the contact area between the water vapor supplied into the drum and the drum inner peripheral surface is reduced, and the water film becomes a large thermal resistance and the heat transfer efficiency is lowered.
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、蒸気ドライヤの伝熱効率を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to solve such problems of the prior art and improve the heat transfer efficiency of a steam dryer.
請求項1の蒸気ドライヤの伝熱効率改善方法は、蒸気ドライヤのドラム内に存在する水に、ドラム内周面と水との接触角を増大させる接触角増大剤を含有させることを特徴とするものである。 The method for improving the heat transfer efficiency of a steam dryer according to claim 1 is characterized in that the water present in the drum of the steam dryer contains a contact angle increasing agent that increases the contact angle between the drum inner peripheral surface and the water. It is.
請求項2の蒸気ドライヤの伝熱効率改善方法は、請求項1において、接触角増大剤が長鎖脂肪族アミンであることを特徴とするものである。 The method for improving the heat transfer efficiency of the steam dryer according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the contact angle increasing agent is a long-chain aliphatic amine.
請求項3の蒸気ドライヤの伝熱効率改善方法は、請求項2において、長鎖脂肪族アミンは、一般式CH3(CH2)mNH2(m=9〜23)で表わされる直鎖状長鎖脂肪族アミンであることを特徴とするものである。
The method for improving the heat transfer efficiency of a steam dryer according to
請求項4の蒸気ドライヤの伝熱効率改善方法は、請求項2又は3において、ドラムに導入される水蒸気又はこの水蒸気を発生させるボイラの給水に長鎖脂肪族アミンを添加することを特徴とするものである。
A method for improving heat transfer efficiency of a steam dryer according to claim 4 is characterized in that, in
本発明では、ドラム内の凝縮水に、ドラム内周面と水との接触角を増大させる接触角増大剤を含有させるので、水膜のリフトが抑制され、ドラム内周面と水蒸気との接触面積が大きくなり、伝熱効率が改善される。 In the present invention, since the condensed water in the drum contains a contact angle increasing agent that increases the contact angle between the drum inner peripheral surface and water, the water film lift is suppressed, and the drum inner peripheral surface contacts the water vapor. The area is increased and the heat transfer efficiency is improved.
また、水膜が形成され難く、形成された水膜の剥離も容易になることで、ドラムの回転速度を増大させてもドラム内周面と水蒸気との接触面積を確保できるところから、単位時間当りの乾燥量の増大例えば湿紙の生産性の向上も可能となる。 In addition, since it is difficult to form a water film and the peeling of the formed water film is facilitated, the contact area between the inner peripheral surface of the drum and water vapor can be secured even when the rotational speed of the drum is increased. It is also possible to increase the amount of dry per unit, for example, wet paper productivity.
この接触角増大剤としては、CH3(CH2)mNH2(m=9〜23)で表わされる直鎖状長鎖脂肪族アミンが好適である。この長鎖脂肪族アミン分子のアミノ基−NH2がドラム内周面を構成する金属材料に吸着する。この長鎖脂肪族アミンは、水分子と親和性の低い疎水基である炭素数10〜24の直鎖状アルキル基を有しているため、ドラム内周面に撥水性が付与され、ドラム内周面と水との接触角が増大する。 As the contact angle increasing agent, a linear long-chain aliphatic amine represented by CH 3 (CH 2 ) m NH 2 (m = 9 to 23) is preferable. The amino group —NH 2 of this long-chain aliphatic amine molecule is adsorbed to the metal material constituting the drum inner peripheral surface. Since this long-chain aliphatic amine has a linear alkyl group having 10 to 24 carbon atoms, which is a hydrophobic group having a low affinity for water molecules, water repellency is imparted to the inner peripheral surface of the drum. The contact angle between the peripheral surface and water increases.
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明は、蒸気ドライヤの回転式のドラム内の凝縮水に、ドラム内周面と水との接触角を増大させる接触角増大剤を含有させるようにしたものである。 In the present invention, the condensed water in the rotary drum of the steam dryer is made to contain a contact angle increasing agent that increases the contact angle between the inner peripheral surface of the drum and water.
接触角増大剤は、ドラムに供給される水蒸気に添加されてもよく、この水蒸気を発生させるボイラの給水に添加されてもよく、双方に添加されてもよい。ドラム内に直接に接触角増大剤を添加してもよいが、設備がやや複雑になると共に、接触角増大剤が凝縮水と均一に混合しない可能性もあるので、ボイラ給水又は水蒸気に添加するのが好ましい。 The contact angle increasing agent may be added to the steam supplied to the drum, may be added to the feed water of the boiler that generates this steam, or may be added to both. The contact angle enhancer may be added directly into the drum, but the equipment is somewhat complicated and the contact angle enhancer may not mix uniformly with the condensed water, so it is added to the boiler feed water or steam. Is preferred.
接触角増大剤は、この水蒸気又は給水に連続的に添加されてもよく、間欠的に添加されてもよい。また、蒸気ドライヤの運転開始時に所定時間継続して水蒸気又はボイラ給水に添加し、その後は間欠的に添加するようにしてもよい。蒸気ドライヤの運転開始時に接触角増大剤を多く添加し、その後は添加量を減少させるようにしてもよい。 The contact angle increasing agent may be added continuously or intermittently to the water vapor or feed water. Further, it may be continuously added for a predetermined time at the start of operation of the steam dryer and added to the steam or boiler feed water, and thereafter intermittently. A large amount of contact angle increasing agent may be added at the start of operation of the steam dryer, and thereafter the amount added may be decreased.
本発明で用いる接触角増大剤としては、長鎖脂肪族アミン特にCH3(CH2)mNH2(m=9〜23)で表わされる直鎖状長鎖脂肪族アミンが好適である。なお、mが9よりも小さいと接触角増大作用が不足することがあり、mが24よりも大きいとゲル化し易くなることがある。 The contact angle increasing agent used in the present invention is preferably a long-chain aliphatic amine, particularly a linear long-chain aliphatic amine represented by CH 3 (CH 2 ) m NH 2 (m = 9 to 23). When m is smaller than 9, the contact angle increasing action may be insufficient, and when m is larger than 24, gelation may be easily caused.
この長鎖脂肪族アミンをボイラ給水又は水蒸気に添加する場合、水蒸気中の長鎖脂肪族アミン濃度が0.01〜3mg/kg−水蒸気、特に0.05〜1mg/kg−水蒸気となるように添加するのが好ましい。 When this long-chain aliphatic amine is added to boiler feed water or steam, the long-chain aliphatic amine concentration in the steam is 0.01-3 mg / kg-steam, especially 0.05-1 mg / kg-steam. It is preferable to add.
長鎖脂肪族アミンの具体例としては、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ノナデシルアミン、エイコシルアミン、ドコシルアミンなどの飽和脂肪族アミン、オレイルアミン、リシノレイルアミン、リノレイルアミン、リノレニルアミンなどの不飽和脂肪族アミン、ヤシ油アミン、硬化牛脂アミンなどの混合アミン及びこれらの混合物を挙げられる。 Specific examples of long-chain aliphatic amines include saturated aliphatic amines such as dodecylamine, tridecylamine, tetradecylamine, pentadecylamine, hexadecylamine, heptadecylamine, octadecylamine, nonadecylamine, eicosylamine, and docosylamine. , Oleylamine, ricinoleylamine, linoleylamine, unsaturated aliphatic amines such as linoleylamine, mixed amines such as coconut oil amine, hydrogenated beef tallow amine and mixtures thereof.
長鎖脂肪族アミンは、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の溶媒に溶解させて水蒸気又はボイラ給水に添加してもよいが、乳化剤を用いて水性エマルジョンとし、これを水蒸気又はボイラ給水に添加するのが好ましい。乳化剤としては、脂肪酸アルカリ金属塩、特に炭素数8〜24とりわけ炭素数10〜22の飽和又は不飽和の脂肪酸アルカリ金属塩を好適に用いることができ、具体的には、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸などの飽和又は不飽和の脂肪酸のナトリウム塩やカリウム塩が挙げられる。また、この脂肪酸アルカリ金属塩としては、食用油脂から製造される脂肪酸のナトリウム塩やカリウム塩も好ましく用いることができる。脂肪酸アルカリ金属塩としては、特に炭素数14〜22の不飽和脂肪酸、例えば、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸から選ばれる少なくとも1種を25重量%以上含有する脂肪酸のアルカリ金属塩が好適である。 Long-chain aliphatic amines may be dissolved in a solvent such as methanol, ethanol, isopropanol and added to water vapor or boiler feed water. However, an emulsifier is used to form an aqueous emulsion, which is added to water vapor or boiler feed water. preferable. As the emulsifier, a fatty acid alkali metal salt, particularly a saturated or unsaturated fatty acid alkali metal salt having 8 to 24 carbon atoms, particularly 10 to 22 carbon atoms, can be preferably used. Specifically, capric acid, lauric acid, Examples include sodium salts and potassium salts of saturated or unsaturated fatty acids such as myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, behenic acid, oleic acid, erucic acid, linoleic acid, and linolenic acid. Moreover, as this fatty acid alkali metal salt, the sodium salt and potassium salt of the fatty acid manufactured from edible fats and oils can also be used preferably. Examples of the fatty acid alkali metal salt include an alkali metal salt of a fatty acid containing at least 25% by weight of at least one selected from unsaturated fatty acids having 14 to 22 carbon atoms, such as oleic acid, erucic acid, linoleic acid, and linolenic acid. Is preferred.
長鎖脂肪族アミンと脂肪酸アルカリ金属塩との配合割合は重量比(長鎖脂肪族アミン/脂肪酸アルカリ金属塩)で40/1〜1/1特に20/1〜2/1程度が好適である。その他、グリセリンと前述の脂肪酸とのエステルを好適に用いることができ、特にステアリン酸とのエステルを好ましく用いることができる。 The blending ratio of the long-chain aliphatic amine and the fatty acid alkali metal salt is preferably about 40/1 to 1/1, particularly about 20/1 to 2/1 in terms of weight ratio (long-chain aliphatic amine / fatty acid alkali metal salt). . In addition, an ester of glycerin and the aforementioned fatty acid can be suitably used, and an ester of stearic acid can be particularly preferably used.
蒸気ドライヤは各種産業設備のいずれに設置されたものであってもよい。蒸気ドライヤは、湿紙の乾燥工程に広く用いられているので、ヤンキードライヤを用いた湿紙乾燥設備に本発明方法を適用した場合の一例を第1図に示す。 The steam dryer may be installed in any of various industrial facilities. Since a steam dryer is widely used in a wet paper drying process, an example in which the method of the present invention is applied to a wet paper drying facility using a Yankee dryer is shown in FIG.
補給水装置1、給水槽2、配管3及び給水ヘッダ4を介してボイラ5へ給水が供給される。ボイラ5で発生した水蒸気は、水蒸気配管6、水蒸気ヘッダ7、配管8、流量調節バルブ9及び配管10を介してヤンキードライヤのドラム11内に供給される。
Water is supplied to the
このドラム11は、第1図において時計方向に回転駆動されており、湿紙Pは、このドラム11の外周面に接触して乾燥され、該外周面から剥離された後、製品巻取り工程へ送られる。乾燥された紙の含水率とドラム外周面の温度とがセンサによって測定され、これらに基づいて前記バルブ9によって水蒸気流量が調節される。
The
ドラム内で水蒸気が凝縮して生じた凝縮水Wは、サイホン管12及び配管13を介してフラッシュタンク14へ送られ、濾過器15を介して給水槽2へ返送される。
Condensed water W generated by the condensation of water vapor in the drum is sent to the flash tank 14 via the
ドラム11の回転に伴う遠心力によって、凝縮水Wはドラム11の内周面に押し付けられ、ドラム11の回転方向にリフトされ、ドラム11の内周面に水膜が形成される。
Due to the centrifugal force accompanying the rotation of the
この実施の形態では、ボイラ給水又は発生した水蒸気に対し前記接触角増大剤を添加する。この接触角増大剤の添加位置としては、給水に添加する場合は前記配管3が好適であり、水蒸気に添加する場合は水蒸気ヘッダ7が好適である。配管3にて給水に添加する場合は、給水槽2に添加する場合に比べて、ボイラ給水中の該増大剤の濃度を迅速に変更することができる。また、安定性が低い接触角増大剤の場合であっても、配管3で添加したときには添加後直ちにボイラ5に供給されるので、給水槽2に添加するときよりも好適である。ボイラ給水に添加された接触角増大剤は、水相から水蒸気相に移行し、水蒸気と共にドラム11へ送られる。
In this embodiment, the contact angle increasing agent is added to boiler feed water or generated steam. As the addition position of the contact angle increasing agent, the
なお、ヤンキードライヤ以外の多筒式ドライヤなど各種の抄紙機ドライヤにも本発明を適用でき、抄紙機ドライヤ以外の蒸気ドライヤにも本発明を適用できる。 The present invention can be applied to various paper machine dryers such as a multi-cylinder dryer other than the Yankee dryer, and the present invention can also be applied to steam dryers other than the paper machine dryer.
以下、実施例及び比較例について説明する。 Hereinafter, examples and comparative examples will be described.
[実施例1]
第1図に示す抄紙乾燥設備において、ヤンキードライヤのドラム直径3m、供給水蒸気圧力0.6MPa、水蒸気供給量約900kg/hとし、ドラムの外表面温度が100℃となり、乾燥後の製品(紙)の含水率が20〜30%となるように、ヤンキードライヤへの水蒸気供給量を流量調節弁9で制御した。
[Example 1]
In the papermaking drying equipment shown in FIG. 1, the drum diameter of the Yankee dryer is 3 m, the water vapor pressure is 0.6 MPa, the water vapor supply rate is about 900 kg / h, the outer surface temperature of the drum is 100 ° C., and the dried product (paper) The water supply amount to the Yankee dryer was controlled by the flow rate control valve 9 so that the water content of the water became 20-30%.
配管3から重油焚ボイラ給水に対しオクタデシルアミンを、給水中の濃度が0.2mg/Lとなるように添加した。なお、オクタデシルアミンは、オレイン酸ソーダで乳化させてボイラ給水に添加した。オレイン酸ソーダの配合量は、オクタデシルアミン100重量部に対し15重量部とした。水蒸気中のオクタデシルアミン濃度は0.2mg/kg−水蒸気であった。
Octadecylamine was added to the heavy oil fired boiler feed water from the
[実施例2]
実施例1において、オクタデシルアミンの給水への添加量を2.0mg/Lとしたこと以外は同様にして湿紙の乾燥を行った。
[Example 2]
In Example 1, the wet paper was dried in the same manner except that the amount of octadecylamine added to the feed water was 2.0 mg / L.
[実施例3]
オクタデシルアミンの代わりにドデシルアミンを給水への添加量が0.2mg/Lとなるように添加したこと以外は同様にして湿紙の乾燥を行った。
[Example 3]
The wet paper was dried in the same manner except that dodecylamine was added in place of octadecylamine so that the amount added to the feed water was 0.2 mg / L.
[比較例1]
オクタデシルアミンを添加しなかったこと以外は同様にして湿紙の乾燥を行った。
[Comparative Example 1]
The wet paper was dried in the same manner except that no octadecylamine was added.
[結果]
実施例1〜3と比較例1において、同時期に30日間連続運転したときのボイラの重油消費量を比較したところ、比較例1を100%とした場合、実施例1では99.0%、実施例2では98.0%、実施例3では99.0%であり、実施例1〜3では重油消費量の低減効果が認められた。
[result]
In Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, when the fuel oil consumption of the boiler when operated continuously for 30 days in the same period was compared, when Comparative Example 1 was set to 100%, in Example 1, 99.0%, In Example 2, it was 98.0%, and in Example 3, it was 99.0%. In Examples 1 to 3, the effect of reducing heavy oil consumption was recognized.
4 給水ヘッダ
5 ボイラ
7 水蒸気ヘッダ
11 ドラム
12 サイホン
W 凝縮水
4
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