JPH09503828A - 流体をパルプ懸濁液に混入するための方法及び装置 - Google Patents

流体をパルプ懸濁液に混入するための方法及び装置

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JPH09503828A JP7511668A JP51166895A JPH09503828A JP H09503828 A JPH09503828 A JP H09503828A JP 7511668 A JP7511668 A JP 7511668A JP 51166895 A JP51166895 A JP 51166895A JP H09503828 A JPH09503828 A JP H09503828A
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Abstract

(57)【要約】 流体をセルロース含有繊維材料のパルプ懸濁液中に混入するための方法及び装置であって、パルプ懸濁液は注入口(17)を通って注入され、回転に供され、固定子核(1)と、前記固定子殻と同軸上にある回転子(7)と、少なくとも1つの流体入口(23)と、を備える反応領域を通る間に所望の圧力で前記流体と混合され、その後、パルプ混合物はパルプ出口(20)を通って反応部から出ていき、流体は、外側に向かうに従って放射状に増加している遠心力のために、パルプ懸濁液の周辺の反応圧よりもパルプ懸濁液の局所圧が低くなっている回転中のパルプ懸濁液の回転中心付近に、前記流体入口(23)を介して、供給される方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】 流体をパルプ懸濁液に混入するための方法及び装置 この発明は流体をセルロース含有繊維材料のパルプ懸濁液、例えば、いわゆる 5−25%の乾燥物質量を有するMCパルプ、に混入するための方法及び装置に 関する。流体は、例えば、オゾン含有ガスを含むことができる。混合は、キャリ ヤーガスと共に供給され、オゾンを含む1以上の漂白剤を用いてパルプ懸濁液を 漂白するために行われる。 技術背景及び課題 オゾン漂白中に、例えば、オゾン含有ガスをパルプ懸濁液に混入する工程は、 反応領域の圧力が増加するにつれかなり漂白反応が改善されると期待されるため に、通常、比較的高圧下で行われる。そのため、オゾン漂白を効果的に実行する ことができるように、パルプ懸濁液及びオゾン含有ガスの両方を加圧しなければ ならない。 オゾンを加圧するために必要とされる装置では、投資コストのほとんど大部分 を、パルプ懸濁液のオゾン脱リグニンに関連する部分で占める。このような装置 のコストは加圧の増加に関連して累進的に増加する。ガスを発生させる時に、大 量のエネルギーがオゾンジェネレータ中のオゾンキャリヤーガス、例えば純粋酸 素、に供給され、それにも関わらず、これに関連して、キャリヤーガスは制限さ れた量のオゾンしか含むことができないため比較的少量のオゾンしか形成されな い。この結果、全体として非常に大量のガス流がその後、高価で流れに対する妨 害を受けやすいいわゆる液体リングコンプレッサ内で圧縮される。 このような状況のなかでは、現在知られているオゾンを用いてパルプ懸濁液を 漂白するための装置においては、可能な反応圧がコンプレッサの容量により制限 されることが課題となっている。現在存在している装置の1つの例では、コンプ レッサは10barの過剰圧で作動する。そのため、ミキサ内の圧力は、流れに 対する妨害の程度が少ないコンプレッサを用い、この滞溜を避けたとしても、実 際には、7−8barの過剰圧を超えることはできない。 今日では、混合は通常、パルプ懸濁液を同軸の固定子(ステーター:stator) が取り囲む回転子(ローター:rotor)を用いて回転させ、コンプレッサに対す る逆圧が最も大きくなる回転しているパルプ懸濁液の周囲にガスを供給すること により行われる。 発明の目的 この発明の目的は流体、例えばオゾン含有ガスの形態の流体、を装置の反応圧 より低い圧力で供給することを可能とする方法及び装置を開発することにより、 上記課題を解決することである。 技術的な解決 上記目的は、後述の請求の範囲1及び11による、オゾン含有ガスをセルロー ス含有繊維材料のパルプ懸濁液に混入する方法及び装置を使用できるようにする 本発明により達成される。 このため、本発明により提示される解決手段は、簡単に説明すると、流体を回 転しているパルプ懸濁液の中心付近に供給することを意味する。この領域では、 遠心力が放射状に外に向かうに従って増加するという事実により、パルプ懸濁液 中の局所圧がパルプ懸濁液の周辺の反応圧より低くなる。 この解決手段により、同じコンプレッサを用いても従来コンプレッサにより制 限されていた反応圧を増加することができる。そのことは、また、装置内の反応 圧は同じままで維持すれば、より小さな、おそらくより安いコンプレッサを使用 できることを意味する。 そのため、この発明は従来の技術に比べて、多大な利点を提供する。 図面の簡単な説明 以下に、添付の図面を参照して、本発明について詳細に説明する。 図1は本発明の第1の実施形態の縦断面図である。 図2は本発明の第2の実施形態の断面図である。 図3及び図4は固定子殻(シェル:shell)の内側の流れに影響を与える要素 の例を示す図である。 図5は本発明の第3の実施形態を示す図である。 図6は本発明の第4の実施形態を示す図である。 図7は充填圧力pの関数としてのいわゆる気/液比率Vg/Vlのグラフである 。 図8は2つのオゾン混合装置を直列に結合させ、オゾンガスの再循環を可能と した、本発明の適用例を示す図である。 本発明の好ましい実施形態の説明 図1は本発明の第1の実施形態を示す図であり、この装置は本質的には、円筒 形部分2と円錐形部分3に分けられる固定子殻1内に封入されている。固定子殻 1はまた、それぞれ、2つの切妻壁から成るフランジ4及び5を有している。回 転子7は固定子殻1の内側に配置され、その回転子は固定子殻1と同軸上にある 。渦室9がその一端で、ナット10により回転子7に固定され、他端は、つば軸 受けされた軸12に固定されている。渦室9及び前記つば軸受けされた軸12は 両方とも回転子7と同軸上にある。一方、回転子7は、中心軸が外部に突出した 軸13に固定されており、この軸13は図に示されていない駆動ユニット、例え ば電気モーター型式のユニットに接続されている。このような状況の中では、渦 室9、回転子7及び2つの軸12、13はこの装置の回転部分を構成し、この部 分はそれぞれ軸受けハウジング14及び15内に載置されている。パルプ入口1 7は固定子殻1の円錐形部分3に法線方向に接続され、パルプ懸濁液が矢印18 の方向に送り込まれるようになっている。対応する様式で、パルプ出口20が固 定子殻1の円筒形部分2に法線方向に接続され、最終パルプ混合物が矢印21の 方向に送り出されるようになっている。つば軸受けされた軸12は中空で、渦室 9の中央に向かって開いた中央流体入口23を含む。固定子殻1は、それぞれフ ランジ4及び5のパッキン箱25、26により軸12及び13に対し密閉されて いる。 渦室9の外側には、更に、パルプ入口17を通って送り込まれてくるパルプ懸 濁液を流動化させるための、突出したわずかにねじれた羽根28が備えられてい る。このため、パルプ懸濁液はパルプ入口17を通って固定子殻1の円錐形部分 3に送り込まれ、渦室9の外側の羽根28により流動状態になるまで加速され、 最大直径11の円錐形部分3に向かって送り出される。この直径部では、パルプ 懸濁液は切妻壁30で反転され、渦室9に入るようにされ、そこでは、パルプが 円錐面31を通って渦室9に入って行く時に渦が形成される。同時に、流体入口 23を通って渦の中心に流体が軸に沿って供給される。 しかしながら、図示していない別の実施形態では、流体はまた、流体入口の端 にある放射状通路を通って渦の中央に放射状に供給することもできる。 渦及び流体は次に、渦室9内を図の右側に向かって移動し、渦室の周囲にある 放射状の開口33を通って渦室から流れ出る。開口33は渦室9が回転子7にし っかりと固定されている点付近に配置される。それから、流体/パルプ混合物は 固定子1の円筒形部分2内に通り抜けていく。円筒形部分2は渦室9上の切妻壁 34により円錐形部分3から分離されている。次に、環状の間隙型通路35内で 強い混合が起きる。この通路は回転子7と固定子殻1の円筒形部分との間で規定 される。流動中の流体/パルプ混合物において、乱流効果を増幅し、綿状沈殿物 を粉砕するために、固定子殻1あるいはその代わりに回転子37に流れに影響を 与える要素が備えられる。この要素は、その大きさが小さいので、図1では明ら かになっていないが、図3及び4において、固定子殻1の内側の溝37の構造と して、拡大して図示されている。溝の大きさは30×5×1mm(長さ×幅×深 さ)である。その代わりに、溝37を突起した棒とすることができる。その場合 、棒の大きさは、約30×5×5mm(長さ×幅×高さ)であることが好ましい 。 パルプ出口20と接続させて、この実施形態においては、取り出されるパルプ ストリームと分離して未消費オゾンと不活性キャリヤーガスを送り出すために、 ガスセパレータ40が配置されている。ガスセパレータ40は、法線方向パルプ 出口20と接続され、回転子7内に固定された放射状の脱ガス/流動化ブレード 41を備える。脱ガス/流動化ブレード41を用いて、遠心力の助けを借りて、 出ていくパルプにパルプ出口20を通って出ていくよう付勢する。残存ガス、す なわち未消費オゾン及び不活性キャリヤーガスは、回転子7の軸13に沿って固 定子殻1の切妻壁5の近くに配置された脱ガス容器43内で開いている排気通路 42を通って外に誘導される。脱ガス容器43は、前記ガスを処理中に再循環さ せるために、送り出し用の法線方向導管45を備える。 前述したように、渦の回転中心に、あるいはより一般的には回転しているパル プ懸濁液の中心に、流体を供給することにより、外に向かうに従って放射状に増 加する遠心力のためにパルプ懸濁液中の局所静圧は、パルプ懸濁液の周辺部でよ りも回転中心の近くにおいて低くなるという事実が利用されている。装置の反応 圧、すなわち装置内で可能な最も効果的な混合が得られる最大圧、は環状間隙型 通路35において得られる。この環状間隙通路においては、上述したように最も 強い混合が起こる。このような状況の中では、環状間隙型通路35は、回転中心 に対して回転するパルプ懸濁液の周辺部に位置していると考えられる。このため 、この発明の基本概念は、流体、この場合はオゾン含有ガス、を装置の反応圧よ りも低い圧力で供給することを可能にすることである。 本発明の第2の実施形態を図2に示す。この実施形態では、原則として、図1 に示した第1の実施形態の部品の機能原理に対応した部品を多く有しており、こ のため、そのような部品はここでは第1の実施形態の説明と関連させてすでに使 用しているものと同じ符号で示している。この場合、この装置は、主に、円筒形 の固定子殻1内に封入されている。固定子殻1の切妻壁51には回転子7が図示 されていない軸により支持されている。回転子7は図示されていない外部駆動ユ ニット、例えば電気モーター、により駆動され、円筒形の中空軸52と中空軸5 2の外側に固定されている4つの羽根あるいは回転ブレード28を備える。この 装置の残りの部分は、以下のこの装置の機能の説明と関連させて、次に説明する 。 パルプ懸濁液は、法線方向パルプ入口17を通って注入室54に供給され、回 転させられ、回転子7の羽根28の補助を受けて流動化状態にまで加速され、同 時に、注入室54内の円錐形部分55を通って外に送り出される。この円錐形部 分は、送出方向に広がっている。その後、流動化されたパルプ懸濁液は渦室9内 に流れ込む。渦室は送出方向に円錐形状に収束しているため、サイクロン効果を 導き出す。このようにして起きた渦は局所的に大きな静圧の降下を引き起こす。 渦室9は円錐面の先端で閉鎖されており、このため、乱流のように移動している パルプ懸濁液に力がかかり、方向転換し、回転子7の中空軸52内に流れ込むよ うになる。同時に、中央流体入口23を介して、流体が圧力の最も低い渦の中心 に供給される。この場合、渦の回転速度は回転子速度、幾何学的形状及び流れて いる流量の関数となる。行った実験から、回転速度は10、000rpmの大き さのオーダーとすることができ、一般的な反応圧より5−6bar低い圧力の局 所的な降下が見られることが示されている。流体及びパルプ懸濁液はその後、回 転子7の中空軸52内の長方形の穴33を通って混合室57に出ていく。混合室 には羽根車58が備えてある。混合室57の内循環は良好な混合効果を引き出し 、同時に、高い反応圧が維持できる。反応時間中にプロセスに付加的な撹拌が必 要とされるこれらの例では、説明した装置は、例えば、何らかの静的ミキサーに 接続することができる。このミキサーにより、圧力降下を混合効果に寄与するも のとして利用することができる。最終的に得られる流体/パルプ混合物は法線方 向パルプ出口20を通って最終的に送り出される。流体入口23のオリフィスに 配置された中央の拡散体24により、軸に沿って流れ込む流体には更に放射状に 移動する作用力成分が与えられ、好都合な混合が生じ流動化されたパルプ懸濁液 の渦となる。拡散体24はまた軸に沿って移動可能なように作製することもでき 、これにより、渦室9に入り込む流体の流れを調製するために、拡散体24の円 錐面と流体入口23の環状オリフィスとの間に形成される間隙領域を変化させる ことができる。 図5は本発明の第3の実施形態を示す図であり、この図においては、現存する 混合装置が使用されており、流体は中空軸を通って供給され、この中空軸がこの 装置において本発明のために改良されている。この場合、現存するミキサ62は 図の右側の軸方向パルプ入口17と法線方向パルプ出口20を有する。ミキサ6 2には回転子7が備えられ、この回転子はここでは点線で図示されているように 軸型のものであり、更にミキサには回転子7内に固定されている羽根車58が備 えられている。前述した実施形態と同様に、回転子7と羽根車58は固定子殻1 内に封入されている。現存するミキサ62を改良することにより本発明が適用で きるように、回転子7の軸はより厚くかつ中空に作製されており、そのため、通 路60が回転子7の中央を通って設けられている。そこでは、通路60は回転子 の直線部分を通り、パルプ懸濁液により流れを妨害されないように比較的大きな 直径のくり抜き穴61を介して開口している。この場合、パルプ懸濁液の回転に よりパルプは穴61のオリフィスからはねのけられるので、通路60の穴61で 流れが妨害される危険はわずかである。図示した実施形態では、回転子7はV− ベルトギア66を介して電気モーター65により駆動される。このギアにより、 図から明らかなように、流体入口23を回転子7の軸の直接端に配置することが できる。 図6は図5に示したものと同一の現存するミキサ62を示す図であり、この図 において、流体入口23は機械的に密閉された充てん箱68を介して法線方向で 通路60に接続されている。この実施形態は回転子7の軸を直接外部電気モータ (図示せず)により駆動する際に非常に適している。 実際に適用した例においては、図5あるいは図6による実施形態を使用すると 、反応圧を約2bar、すなわち約7−8barから約9−10barに、増加 させることができる。これは重要な利点ではないと思われるかもしれないが、そ の重要性は図7より明確である。図7は、4kgのO3/ADMTを異なるオゾ ン濃度(5−10%)でオゾン充てんしたときの充てん圧力pの関数としてのい わゆる気/液比率Vg/Vl(m3/ガス/m3/液体)のグラフを示す。このグラ フから、気/液比率Vg/Vlはこの増加された圧力範囲(9−10bar)にお いては同レベルになり、この圧力範囲ではほとんど最適な混合効果が達成され、 更に圧力を増加させても結果は顕著に改善されないであろうことが明らかである 。 最後に、図8は本発明の特に好都合な適用例を示す。この図において、パルプ 懸濁液は法線方向に、パルプ入口70を介して、図1の第1の実施形態による渦 室9を備える第1のミキサAに送り込まれる。それから、パルプ懸濁液は法線方 向パルプ出口20を通って送り出され、その結果、第2のミキサBへの法線方向 入口17bに送り込まれ、その後、パルプ懸濁液は第2のミキサの法線方向出口 20bを通って送り出される。この場合、ミキサA及びミキサBの両方ともにそ れぞれ、パルプ出口20a及び20bにそれぞれ接続されているガスセパレータ 40a、40bが備えられている。装置のガスの流れは以下のように進む。高濃 度オゾンガスが供給導管70を介してミキサBの法線方向ガス入口23bに供給 される。ミキサを通った後、パルプ懸濁液はガスセパレータ40bにおいて脱ガ スされる。分離されたガスは導管71を通って送出され、バルブ72及び73を 操作することにより、ミキサA中の中央ガス入口23aにつながる導管74に、 あるいは導管75を介して更に外に向かって図示されていない外部ガス洗浄ユニ ットまで、導かれる。分離されたガスのこの好都合な送出は、本発明によるミキ サAの中央ガス入口23aでの低い中心圧力により可能となる。ガスセパレータ 40a中でミキサAから分離されたガスは導管78を通って前述したガス洗浄ユ ニットに導出される。高濃度オゾンガスをミキサBに供給するための導管70は また、調整バルブ80により開閉可能な分岐導管79に接続される。バルブ72 が閉じられバルブ80が開かれると、この配列を用いて、所望であれば、オゾン ガスは直接導管70から導管79を介して、ミキサAに送り込むことができる。 更に、ミキサBのガス入口23bへのガスの供給は調整バルブ81により開閉で きる。 ミキサAは本発明による中央ガス入口23aを有するという事実のため、ミキ サBからのガスを再循環させる機会が得られる。ミキサBは法線方向ガス入口2 3bを有する従来型のミキサであり、その中では系の圧力はガス入口においてで さえも最大反応圧と同じである。このように直列に連結することにより、新鮮な オゾンガスを用いて充てんし、不活性ガス及び残存オゾンガスを再循環させるの に大きな順応性が達成される。ガス/パルプ比はまたこの手段により調製するこ とができる。 本発明は前述すると共に図面に示した実施形態に限定されるものではなく、後 述する請求の範囲内において変化させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ),AM, AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CZ,DE,DK,ES,FI,GB,GE,HU ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LT, LU,LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,N Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK ,TJ,TT,UA,US,UZ,VN (72)発明者 ニストローム ペル アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 シャーロッテ クイーンズ ロード 1323 アパートメント 309

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.流体をセルロース含有繊維材料のパルプ懸濁液に混入する方法であって、 パルプ懸濁液はパルプ入口(17)を通って注入され、 回転に供され、 固定子殻(1)と、前記固定子殻と同軸上にある回転子(7)と、少なくとも 1つの流体入口(23)と、を備える反応領域を通る間に所望の圧力で前記流体 と混合され、 その後、パルプ混合物はパルプ出口(20)を通って反応部から出ていく前記 方法において、 流体は、外側に向かうに従って放射状に増加している遠心力のために、パルプ 懸濁液の周辺の反応圧よりもパルプ懸濁液の局所圧が低くなっている回転中のパ ルプ懸濁液の回転中心付近に、前記流体入口(23)を介して、供給されること を特徴とする方法。 2.流体密度は実質的に前記パルプ懸濁液中のパルプ密度よりも低いことを特徴 とする請求項1記載の方法。 3.流体は渦室(9)内で発生するパルプ懸濁液中の渦中心に供給されることを 特徴とする請求項1記載の方法。 4.流体は前記渦中心で軸に沿って供給されることを特徴とする請求項1記載の 方法。 5.流体は前記渦中心で放射状に供給されること特徴とする請求項1記載の方法 。 6.パルプ懸濁液は固定子殻(1)の円錐形部分(3)内に法線方向に送り込ま れ、渦室(9)の外側の羽根(28)により流動化状態まで加速され、 前記パルプ懸濁液は、円錐形部分(3)の最大直径部分(11)に向かって送 り出され、その最大直径部分では前記懸濁液が渦室(9)内に向かって反転され 、そこで渦が形成され、その渦の中心に流体が供給され、その後、流体/パルプ 混合物が渦室(9)内の少なくとも1つの開口(33)を通って流出し更に回転 子(7)と固定子殻(1)の間で混合されることを特徴とする請求項5記載の方 法。 7.パルプ懸濁液は注入室(54)内に法線方向に送り込まれ、回転させられ、 渦室(9)の外側の羽根(28)により流動化状態まで加速され、その後、前記 懸濁液は渦室(9)に送り込まれ、そこで渦が形成され、その中心に流体が供給 され、その後、流体/パルプ混合物が回転子(7)の中空軸(52)を通って羽 根車(58)を含む混合室(57)まで運搬されることを特徴とする請求項5記 載の方法。 8.流体は回転子(7)内の通路(60)を通って供給されることを特徴とする 請求項1記載の方法。 9.流体はオゾン含有ガスを含み、ガス/パルプ混合物は、パルプ出口(20) にて、ガスセパレータ(40)を通り、そのガスセパレータでは未消費オゾンと 不活性キャリヤーガスがプロセスで再循環するために、取り出されるパルプスト リームから分離されることを特徴とする請求項1記載の方法。 10.回転するパルプ懸濁液に対して中央ガス入口(9)を有する混合装置が法 線方向ガス入口(23b)を有する混合装置に直列に接続され、後者の装置から 分離されたガスは前者の装置の中央ガス入口に送り戻されることを特徴とする請 求項9記載の方法。 11.流体をセルロース含有繊維材料のパルプ懸濁液に混入するための装置であ って、前記パルプ懸濁液のためのパルプ入口(17)と、十分処理されたパルプ 懸濁液のためのパルプ出口(20)と、その間に反応領域と、を備え、固定子殻 (1)、固定子殻と同軸上にある回転子(7)と、少なくとも1つの流体入口 (23)と、を備える前記装置において、 前記流体入口(23)は回転子(7)と固定子殻(1)の共通の中心軸に非常 に接近して配置され、流体が回転しているパルプ懸濁液の回転中心付近に供給さ れるようにしてあることを特徴とする装置。 12.流体入口(23)はパルプ懸濁液中に渦を形成させるように設計された渦 室(9)内で開口していることを特徴とする請求項11記載の装置。 13.流体入口(23)は渦室(9)の中央で開口していることを特徴とする請 求項12記載の装置。 14.渦室(9)はパルプ懸濁液中の渦の形成を増幅するために円錐形としてあ ることを特徴とする請求項12記載の装置。 15.渦室(9)は回転子(7)に固定されていることを特徴とする請求項13 記載の装置。 16.渦室(9)の外側にはパルプ入口(17)を通って送り込まれるパルプ懸 濁液を流動化させるための羽根(28)が備えられることを特徴とする請求項1 5記載の装置。 17.渦室(9)は固定されていることを特徴とする請求項13に記載の装置。 18.回転子(7)の外側にはパルプ入口(17)を通って送り込まれるパルプ 懸濁液を流動化させるための羽根(28)が備えられることを特徴とする請求項 17記載の装置。 19.流体入口(23)は少なくとも1つの通路(60)を介して回転子(7) を通って開口していることを特徴とする請求項11記載の装置。 20.流体はオゾン含有ガスを含むことを特徴とする請求項11記載の装置。 21.ガスセパレータ(40)はパルプ出口(20)と接続して配置され、未消 費オゾン及び不活性キャリヤーガスを外に出ていくパルプストリームから分離し 運搬することを特徴とする請求項20記載の装置。
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