NL1024837C2 - Inrichting en werkwijze voor het drogen van een natte film. - Google Patents

Description

► ♦

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET DROGEN VAN EEN NATTE FILM

!

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het drogen van een natte film, zoals papier, omvattende ten 5 minste een roteerbare althans nagenoeg gesloten cilinder welke een mantel omvat die een stoomruimte omhult, filmtransportmiddelen voor het aan- en afvoeren van de film naar en van het buitenoppervlak van de mantel, en stoomtransportmiddelen voor het aanvoeren van stoom in de 10 stoomruimte en voor het afvoeren van stoom en/of condensaat uit de stoomruimte, waarbij de stoomtransportmiddelen een stöomtoevoerleiding en een uitstroomopening omvatten. Onder de term film dient ook een dunne laag los materiaal, zoals aardappelpuree en dergelijke, te worden verstaan.

15

Bij bestaande papiermachines wordt de natte papierbaan over met stoom verwarmde cilinders geleid. Daardoor verdampt water uit het papier. Aan de cilinders wordt stoom toegevoerd van ' een bepaalde druk; deze druk is bepalend voor de temperatuur 20 waarbij condensatie van de stoom optreedt. Bij lage omwentelingsnelheid van de cilinder verzamelt het condensaat zich door de zwaartekracht, onderin de kern en vormt daar eén poel of plas (puddle). De binnenzijde van de cilinderwand komt in contact met deze poel en neemt een dunne film van 25 condensaat mee in haar rotatie. Bij voldoende hoge omwentelingsnelheid van de cilinder is de centrifugale kracht zoveel groter dan de zwaartekracht dat het condensaat niet meer als een poel onderin blijft liggen maar als een film meeroteert; dit leidt tot een toename van de filmdikte.

30

De warmteoverdracht van stoom naar papier wordt bij de huidige techniek gehinderd door de aanwezigheid van de condensaatfilm; de warmtestroom van de condensatie moet immers door de film heen om bij het metalen cilinderoppervlak 1024837 2..

♦ te komen. Er zijn dan ook veel oplossingen bedacht om de genoemde hinder te minimaliseren. Zo kan de dikte van het condensaat minimaal gemaakt worden (syphons), turbulentie in de film opgewekt (stator bars) worden en een hogere stoomdruk 5 toegepast worden. Voorbeelden zijn genoemd in US 6012234 en US 4924603.

Indien de stoom niet uitsluitend waterdamp maar tevens een gas bevat, dat bij de heersende condities niet condenseert, 10 hindert dit gas de condensatie van de waterdamp. Dit gas verzamelt zich direct boven de film en neemt.met de voortdurende condensatie van de stoom in concentratie toe.

Hoe hoger de concentratie van niet condenserende gassen wordt, des te meer wordt de condensatie van de waterdamp.

15 gehinderd en neemt de warmtestroom af. Dit niet condenserende gas wordt veelal verwijderd (middels ontluchten) alvorens het droogproces wordt gestart; ten tijde van het droogproces kan dit alleen geschieden onder een gelijktijdig afblazen van de toegevoerde stoom.

20

Het is bekend om de cilinders van stoom te voorzien waarin een zeer geringe concentratie niet condenserende gassen aanwezig is (carry-over van de boiler). Indien de stoom wel een significante concentratie niet condenserende gassen 25 bezit, moet met deze techniek continu stoom mee afgeblazen worden; dit is on-economisch.

In andere industriële droogprocessen wordt gebruikt gemaakt van mechanische damprecompressie (MVR: mechanical vapour 30 recompression) waarbij de waterdamp, die uit het product ontwijkt, gecomprimeerd wordt en tegen een scheidingswand met het product condenseert (directe MVR); door de hogere druk tijdens de condensatie is de temperatuur waarop de latente 1024837 3.- warmte wordt afgegeven hoger dan het te drogen product en kan er een conductieve warmtestroom plaatsvinden. De warmtestroom is hierbij kenmerkend meer dan de toegevoerde energie (de compressorarbeid).

5

De gekozen toepassingen beperken zich tot die waarbij de aanwezigheid van niet condenserende gassen kan worden uitgesloten (luchtdicht) dan wel de werking hindert. Een voorbeeld hiervoor is beschreven in US4223452. Toepassingen, 10 waarbij de aanwezigheid van niet condenserende gassen wel toegestaan wordt, maken veelal gebruik van een warmteoverdracht naar een ander medium (indirecte MVR), waarbij extra warmtewisselaars noodzakelijk zijn; dit gaat ten koste van de energetische efficiency, verhoogt de 15 kostprijs en de complexiteit. Een voorbeeld wordt genoemd in US4523388, en in DE3307358.

De uitvinding beoogt een verbeterde inrichting, waarbij bezwaren van de bekende inrichtingen worden opgeheven.

20

Daartoe strekt volgens de uitvinding althans het grootste deel van de uitstroomopening zich nabij het binnenoppervlak van de mantel uit, zodanig dat in bedrijf de stoom in de vloeistoflaag kan uitstromen die wordt gevormd tegen het 25 binnenoppervlak van de roterende mantel als de stoom condenseert.

Hierdoor is het onder meer mogelijk directe MVR in te zetten in het droogproces met gebruik van roterende cilinders, 30 doordat de hinderlijke werking van een hoge concentratie niet condenserende gassen op de condensatie in de cilinders wordt weggenomen. De stoom (met niet condenserende gassen) wordt daarbij bij voorkeur in de cilinders gebracht door een 102483? 4 leiding en stroomt (fijn verdeeld) uit. nabij de binnenzijde van de cilinder in de condensaatlaag; door een snelheidsverschil tussen de uitstroomopening en de condensaatlaag ontstaat een "bubble condenser": de stoom 5 wordt opgedeeld in kleine belletjes in de condensaatlaag; dit leidt tot een groot warmtewisselend oppervlak en intensieve menging van het condensaat. Het niet condenserende gas blijft in de bel achter; de belletjes drijven door de condensaatlaag omhoog en komen in de kern van de cilinder. Doör een 10 geregelde afvoer van de kern kan de concentratie niet condenserend gas op een gewenste waarde worden gehandhaafd.

De stoom wordt niet boven de condensaatlaag in de roterende cilinder gebracht, maar erin, en het verzamelde niet condenserende gas wordt door de condensaatlaag gescheiden van 15 de condensatie van de bellenstroom.'

De toegevoerde damp kan uitsluitend waterdamp zijn maar ook een mengsel van waterdamp met gassen, vloeistofdampen, vaste stofdeeltjes of vloeibare deeltjes.

20 In de cilinder bevindt zich een hoeveelheid condensaat(hoofdzakelijk water) die zich bij voldoende rotatie van de cilinder min of meer verdeelt over de omtrek. Het condensaat vult de cilinder slechts gedeeltelijk. Een kern van de cilinder kan zijn gevuld met restdamp.

25

In een eerste voorkeursuitvoering zijn een of meerdere uitstroomopeningen vast verbonden met de vaste wereld; de relatieve snelheid van het condensaat en de uitstroomopeningen wordt dan bepaald door het toerental van 30 de cilinder.

In een tweede voorkeursuitvoering zijn een of meerdere uitstroomopeningen aangebracht op een as die kan roteren in 10 2 483? 5 de cilinder. (De. as steekt aan een of beide zijden of aan geen enkele zijde van de cilinder uit). Op deze as is een i voorziening (elektromotor of slippende rem) aangebracht die door sturing van buitenaf een toerental van de as 5 bewerkstelligt die verschilt van het cilinder toerental.

De.relatieve snelheid van het condensaat en de uitstroomopeningen wordt bepaald door het verschil in de beide genoemde toerentallen en draairichtingen. Een regeling van het toerental en de draairichting leidt tot een 10 beïnvloeding van de ingebrachte hoeveelheid damp en daarmee de warmtestroom.

Een of meerdere uitstroomopeningen zijn voorzien van een akoestische resonantiekamer die veranderingen in de dampdruk 15 met een hoge frequentie bewerkstelligt en daarmee de vorming van een bellenstroom ondersteunt of versterkt.

De vormgeving en positie van een of meerdere uitstroomlichamen en uitstroomopeningen in de cilinder geeft 20 een bepaalde turbulentie en of een bepaalde richting aan de beweging van de uitstromende damp en of aan de beweging van het condensaatdeel zodat de dampstroom overgaat in een fijn verdeelde bellenstroom en het warmtetransport naar de cilinderwand wordt bevorderd.

25

De vorm en positie van een of meerdere uitstroomlichamen is zodanig dat bij genoemde relatieve beweging tussen het uitstroomlichaam en de binnenzijde van de cilinder een hydrodynamische draagkracht ontstaat welke toeneemt met 30 afnemende afstand tussen het uitstroomlichaam en de binnenwand van de cilinder (verend lager).

De vorm en positie van een of meerdere uitstroomlichamen is «024837 * 6 · zodanig dat bij de genoemde relatieve beweging tussen uitstroomlichaam en de binnenzijde van de cilinder de damp als een dunne film in de condensaatlaag wordt ingébracht.

5 De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het drogen van een natte film, zoals papier, waarbij ten minste een althans nagenoeg gesloten cilinder welke een mantel omvat die een stoomruimte omhult wordt geroteerd, waarbij de film naar en van het buitenoppervlak van de 10 roterende mantel wordt aan- en afgevoerd, en waarbij stoom in de stoomruimte wordt aangevoerd en stoom en/of condensaat uit de stoomruimte wordt afgevoerd, en waarbij althans het grootste deel van de stoom nabij het binnen'oppervlak van de mantel in de stoomruimte wordt gevoerd.

15

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden, waarin:

Figuur 1 schematisch een inrichting voor het drogen van 20 papier weergeeft;

Figuur 2 een schematisch perspectiefaanzicht van een met stoom verwarmde cilinder weergeeft; en 25 Figuren 3, 4,5 en 6 gedeeltelijke dwarsdoorsnedes van een met stoom verwarmde cilinder weergeven.

Volgens figuur 1 wordt bij een papiermachine 1 de natte papierbaan 2 over met stoom verwarmde cilinders 3 geleid; de 30 papierbaan kan eventueel ondersteund worden door een of meerdere weefselbanen(dryer fabrics, felts). Het droogdeel (de cilinders 3) is omsloten door een mantel 4 waar door relatief nauwe openirigen de natte papierbaan naar binnen 1024837 » 7 .

geleid 5 wordt en evenzo de gedroogde papierbaan naar buiten 6; de mantel 4 kan bestaan uit stijve delen (kast of hood), flexibele delen en/of verwijderbare delen, laat weinig of geen gasvormige stoffen door en is bestand tegen een 5 temperatuur van tenminste 100°C.

De genoemde cilinders bezitten aan de buitenzijde een oppervlaktetemperatuur van tenminste 100°C en door het contact van de papierbaan met de genoemde cilinders stijgt de 10 temperatuur van het water dat zich in de papierbaan bevindt tot het kookpunt. Het water in de papierbaan gaat bij het kookpunt over van de vloeibare fase in de dampfase en treedt uit de papierbaan.

15 De dampdruk binnen de mantel is bij stabiel bedrijf minstens gelijk aan de luchtdruk direct buiten de mantel (ongeveer 1 bar) of is een weinig hoger. Deze damp wordt door een mechanische compressor 7 afgezogen en gecomprimeerd naar een hogere druk (b.v. 5 bar); hierbij wordt mechanische energie 20 toegevoerd. Na compressie zal de damptemperatuur gelijk zijn aan of hóger zijn dan de condensatietemperatuur die behoort bij de genoemde hogere druk.

Volgens figuren 2 en 3 wordt de in druk verhoogde damp met 25 leidingen 8 naar de stoomcilinders gebracht en stroomt middels een leiding 9 en uitstroomlichaam 10 dicht tegen de binnenzijde van de cilinder 11 in het condensaat 12; dit condensaat heeft een temperatuur die lager is dan de condensatietemperatuur bij de verhoogde druk. De genoemde 30 leiding 9 en uitstroomlichaam 10 zijn in de lagering 13 en 14 van de cilinder gefixeerd zodat zij al dan niet kunnen roteren in de cilinder 3 en zodanig dat het uitstroomlichaam en de binnenzijde 11 van de cilinderwand een relatieve 1024837 8 rotatiesnelheid om de denkbeeldige as door de lagering 13 en 14 bezitten.1 Door deze snelheid wordt de dampstroom, die uit het uitstroomlichaam treedt, verdeeld over de volledige omtrek van de binnenzijde 11 van de cilinderwand.

5

Volgens figuren 5 en 6 bevindt het uitstroomlichaam 10 zich in het condensaat op een vaste en bij voorkeur minimale afstand van de binnenzijde 11 van de cilinderwand en heeft een zodanige vorm en positie dat, bij een relatieve beweging 10 van uitstroomlichaam en cilinder, het condensaatdeel A 20, zijnde het grootste gedeelte van het condensaat, over hét uitstroomlichaam heen gevoerd wordt en het condensaatdeel B 21, zijnde hèt kleinste gedeelte van het condensaat, tussen het uitstroomlichaam 10 en de binnenzijde 11 van de 15 cilinderwand gevoerd wordt.

Stroomafwaarts van het uitstroomlichaam wordt de damp ingesloten door de condensaatdelen A en B, kan condenseren en daarbij haar condensatiewarmte afgeven. Een uitvoeringsvorm 20 van de leiding 9 en het uitstroomlichaam 10 kan tevens zodanig zijn gekozen dat de stromingsweerstand van beide door de genoemde beweging in het condensaat minimaal is. De vorm en positie van het uitstroomlichaam is tevens zodanig dat bij genoemde relatieve beweging tussen het uitstroomlichaam en de 25 binnenzijde van de cilinder voldoende damp kan uitstromen. Door de vormgeving en positie van het uitstroomlichaam 10 en de uitstroomopening 22 kan turbulentie en of richting aan de beweging van de uitstromende damp en aan de beweging van het condensaatdeel worden gegeven; daarmee kan worden bereikt 30 dat: -de damp in een groot aantal kleine dampbellen wordt opgesplitst, - de damp zo dicht mogelijk en zo lang mogelijk tegen de wand 102483? 9 » gebracht wordt, -het warmtewisselende oppervlak tussen de dampstroom en het condensaat sterk wordt vergroot, -de overgedragen warmte in het condensaat wordt verdeeld, 5 -de warmte van het condensaat naar de cilinderwand. wordt getransporteerd, en - een liftkracht op. het stromingslichaam werkzaam is, van de cilinderwand af of er naar toe gericht.

10 In een uitvoering kan de uitstroomopening zijn voorzien van een akoestische resonantiekamer 23 zoals in figuur 5, die veranderingen in de dampdruk met een hoge frequentie bewerkstelligt en daarmee de vorming van de bellenstroom ondersteunt of versterkt. De vorm en positie van het 15 uitstroomlichaam is tevens zodanig dat, bij genoemde relatieve beweging tussen het uitstroomlichaam en de binnenzijde van de cilinder, een hydrodynamische draagkracht op het stromingslichaam werkzaam is (zoals bij een hydrodynamisch lager), zoals het uitvoeringsvoorbeeld in 20 figuur 6.

Door geschikte keuze van materialen, met elastische eigenschappen, kan de vorm en positie van het uitstroomlichaam zich onder belasting aanpassen. Door 25 geschikte keuze van materialen kan tevens de oppervlaktegesteldheid van het stromingslichaam bijdragen aan de bellenvorming (contacthoek) en of de stromingsweerstand.

Indien niet alle toegevoerde damp dicht bij de cilinderwand 30 kan condenseren, stroomt het overschot aan damp door het condensaat 12 naar de kern 15; hierbij kan een gedeelte van de damp in het condensaat 12 condenseren (fig.3).

De dikte van het condensaat kan daarbij groter zijn dan 1024837 10 gebruikelijk. De condensaatfilm heeft twee functies, te weten t een scheiding te onderhouden tussen de hoge concentratie gas in de kern 15 en de condensatiefase en tevens een bijdrage te leveren aan de warmtestroom door condensatie van de 5 dampbellen op hun weg van het uitstroomlichaam 10 naar de kern 15.

De restdamp in de kern 15 kan tegen het oppervlak 16 van het condensaat 12 condenseren. Een afsluitbare condensaatleiding 10 17, al dan niet verbonden met leiding 9 of zich daarbinnen bevindt, heeft een instroomopening 18 op een zekere instroomhoogte 19 van de binnenzijde van de cilinder 11 zoals in figuur 4 is getoond. Indien het condensaat 12 een dikte heeft die groter is dan de instroomhoogte 19, kan het 15 condensaat door de instroomopening .18 van condensaatleiding 17 naar buiten de cilinder worden afgevoerd. Indien de dikte van het condensaat kleiner is dan de instroomhoogte 19, kan de restdamp met de hoge concentratie gas uit de kern 15 naar buiten de cilinder worden afgevoerd.

20

In een uitvoeringsvorm kan het gas ook door een separate afsluitbare leiding worden afgevoerd. In diverse uitvoeringsvormen kunnen een of meerdere dampleidingen 9, een of meerdere uitstroomlichamen 10, een of meerdere 25 condensaatleidingen 17 en een of meerdere instroomopeningen 19 toegepast worden met een gelijke werking.

Het condensaat wordt buiten de cilinder in temperatuur gemeten. De druk van de damptoevoer naar de cilinders wordt 30 gemeten en de bijbehorende fysisch bepaalde condensatietemperatuur van water wordt vastgesteld.

Indien het verschil tussen de condensaattemperatuur en de condensatietemperatuur een regelwaarde overschrijdt, opent 1024887 11 een regelorgaan.de afsluitbare leiding in meer of mindere mate.

1024837

Claims (11)

1. Inrichting voor het drogen van een natte film (2), zoals papier, omvattende ten minste een roteerbare althans 5 nagenoeg gesloten cilinder welke een mantel (3) omvat die een stoomruimte omhult, filmtransportmiddelen voor het aan- en afvoeren van de film (2) naar en van het buitenoppervlak van de mantel (3), en stoomtransportmiddelen (8, 9, 10) voor het aanvoeren van 10 stoom in de stoomruimte en voor het afvoeren van stoom en/of condensaat uit de stoomruimte, waarbij de stoomtransportmiddelen een stoomtoevoerleiding (8, 9, 10. en een uitstroomopening (22) omvatten, met het kenmerk, dat althans het grootste deel van de 15 uitstroomopening (22) zich nabij het binnenoppervlak van de mantel (3) uitstrekt, zodanig dat in bedrijf de stoom in de vloeistoflaag (12) kan uitstromen die wordt gevormd tegen het binnenoppervlak (11) van de roterende mantel (3) als de stoom condenseert. 20

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de filmtransportmiddelen de film (2) tangentiaal aan- en afvoeren naar en van het buitenoppervlak van de mantel (3) . 25

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de positie van de uitstroomopening (22) in de inrichting is gefixeerd.

4. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de inrichting is 30 voorzien van aandrijfmiddelen voor het roteren van de uitstroomopening (22) rond de rotatie-as van de cilinder (3) met een rotatiesnelheid die anders is dan de rotatiesnelheid van de cilinder (3). 1024837 *

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1-4, waarbij de uitstroomopening (22) een gleuf omvat die zich in de langsrichting nabij het binnenoppervlak van 5 de mantel (3) uitstrekt.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, waarbij de stoomtransportmiddelen een zich in de cilinder (3) uitstrekkende roteerbare axiale leiding (8) 10 omvatten, waarvandaan zich een radiale leiding (9) uitstrekt, aan het uiteinde waarvan de uitstroomopening (22) is aangebracht.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij zich aan het 15 uiteinde van de radiale leiding (9) een vleugelvormig uitstroomlichaam (10) bevindt dat zich in de langsrichting nabij het binnenoppervlak van de mantel (3) uitstrekt.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, waarbij zich aan het uiteinde van de radiale leiding (9) een uitstroomlichaam (10) bevindt dat is voorzien van een akoestische resonantiekamer (23) voor het opwekken van kleine stoombelletjes in de vloeistoflaag (12). 25

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 6-8, waarbij zich aan het uiteinde van de radiale leiding (9) een uitstroomlichaam (10) bevindt, waarvan het buitenoppervlak althans gedeeltelijk flexibel is, 30 zodanig dat het lichaam (10) zich onder druk van de langsstromende vloeistoflaag (12) kan vervormen teneinde voor de betreffende relatieve snelheid betere hydrodynamische eigenschappen te krijgen en/of een 102483? » 14 . ft ί betere verdeling van de stoom in de vloeistoflaag (12) te bewerkstelligen.

10. Werkwijze voor het drogen van een natte film (2), zoals 5 papier, waarbij ten minste een althans nagenoeg gesloten cilinder welke een mantel (3) omvat die een stoomruimte omhult wordt geroteerd, waarbij de film (2) naar en van het buitenoppervlak van de roterende mantel (3) wordt aan- en afgevoerd, en waarbij stoom in de· stoomruimte 10. wordt aangevoerd en stoom en/of condensaat uit de stoomruimte wordt afgevoerd, met het kenmerk, dat althans het grootste deel van de stoom nabij het binnenoppervlak (11) van de mantel (3) in de stoomruimte wordt gevoerd. 15

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de stoom in de stoomruimte condenseert en daarbij een vloeistoflaag tegen het binnenoppervlak van de roterende mantel vormt, waarbij, de stoom in de vloeistoflaag uitstroomt. 1024837