NO156534B - Fremgangsmaate og anordning for innblanding av gass eller vaeske i en massesuspensjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og anordning for innblanding av behandlingsvæske eller -gass i en massesuspen-s jon.

Blanding (miksing) i alminnelighet og kjemikalieinnblanding

i særdeleshet inntar en nøkkelstilling i så godt som all cellulose-prosessindustri.

En god kjemikalieinnblanding, ved f.eks. bleking av cellulose-masse, er en absolutt nødvendighet for at god avlignifisering og/eller bleking skal oppnås. God innblanding av blekekjemikaliene medfører et homogent blekeresultat og en god utnyttelse av kjemikaliene ved lavest nødvendige reaksjonstemperatur og reaksjonstid.

Det "blandingsproblem" innen celluloseindustrien som til

dags dato har synes å være vanskeligst å klare med akseptabelt resultat, er innblanding av kjemikalier i massesuspensjoner ved middelmassekonsentrasjon eller filterkonsentrasjon (5 - 20 %).

Innblanding av blekekjemikalier i massesuspensjoner med lav konsentrasjon (under 5 %, f.eks. tradisjonell klorering) og tilsetning av blekekjemikalier i gassform ved høy konsentrasjon (over 20 %, gassfasebleking) er derimot kjente og velprøvede fremgangsmåter som ikke har forårsaket noen større innblandings-problemer.

Et problem med innblanding ved lav massekonsentrasjon er imidlertid de store væskevolum som krever store pumpeenergier og dessuten forårsaker store utslippsmengder fra motsvarende blekerier.

A arbeide med høye massekonsentrasjoner (over 20 %) medfører på den annen side at eksklusivt utstyr for høyverdig avvanning fordres samt at blekekjemikaliene i dette tilfelle, av naturlige grunner, må kunne eksistere som et gassformig medium ved behand-lingen.

Denne såkalte gassfasebleking ved høyere massekonsentrasjon (over 20 %) er utført og blir utført i teknisk målestokk for bleking med gassformige kjemikalier såsom oksygen, ozon, klor, ammoniakk og klordioksyd.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for homogen og effektiv innblanding av både gass- og væskeformige medier i en massesuspensjon ved middelkonsentrasjon (5 - 20 %). Blandingsmetoden kan beskrives som en intensiv "miksing" med en momentan innblanding av kjemikaliene i massesus-pens jonen. Med momentan innblanding menes her at blandingsanord-ningen (mikseren) i egentlig forstand "mangler" retensjonstid og at kjemikaliene og massesuspensjonen hele tiden tilsettes kontinuerlig og samtidig til mikseren. Mikseren mangler med andre ord en utjevnende effekt av betydning når det gjelder f.eks. "hurtigere" konsentrasjonssvingninger, hvilket jo ofte er tilfelle med tradisjonelle lavkonsentrasjonsmiksere. Oppfinnelsen er basert på at for god innblanding av en flytende eller gassformig kjemikalie såsom oksygengass, klorgass, klordioksydvann eller en blanding av klor og klordioksyd i en massesuspensjon kreves først og fremst at fibrene i suspensjonen frilegges godt, hvoretter kjemikaliene så jevnt som mulig tilsettes disse frilagte fibre.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte og anordning som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Fra NO patentskrift 120 396 er det riktignok kjent raffinering av fibermateriale med kjemikalietilsetning i raffinøren. Oppfinnelsen ifølge foreliggende søknad angår imidlertid en blandeanordning (mixer) samt en. fremgangsmåte for innblanding av behandlingsmiddel. I en raffinør skjer en bearbeiding av materialet i en malespalte mellom to motstående flater som er forsynt med bearbeidingsorgan i form av bommer og spor. Etter å ha strømmet ut gjennom malespalten avledes det raffinerte materiale gjennom et utløp. Det skjer således ingen avbøyning fra utadrettet til aksiell strømning gjennom minst en spalte.

Videre er det fra svensk utlegningsskrift 356 541 kjent en blandeanordning som utgjøres av en beholder som gjennomstrømmes av masse og klor. Det fremgår at den anvendte massekonsentrasjon er lav. Blandingen frembringes ved hjelp av skovler som er anordnet på en roterbar aksel som samvirker med stasjonære element. Massen tilføres således ikke sentralt, noen sylindrisk rotor finnes ikke og heller ikke noen aksiell spalte.

Endelig er det fra US patentskrift nr. 3 525 504 kjent en blandeanordning som særlig er beregnet på å anvendes i forbindelse med spruting av polymermateriale såsom plaster. I en kanal er anordnet en roterbar aksel som er forsynt med to roterbare skiver hvorav den ene er forsynt med hull. Den væske som skal innblandes tilføres gjennom en ledning til kanalens periferi. Det er således ikke tale om en utadrettet strømning som går over i aksiell strømning samtidig med turbulensdannelse.

De tre sistnevnte publikasjoner innebærer således ingen løsning på de innledningsvis omtalte problemer ved teknikkens stilling på området.

Noen utførelsesformer av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives med henvisning til figurene. Fig. 1 viser i gjennomskjæring en anordning ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser et snitt ifølge II-II i fig. 1; Fig. 3 og 4 viser alternative detaljkonstruksjoner i anordningen ; Fig. 5 og 6 viser et snitt ifølge V-V henholdsvis VI-VI i fig. 3 henholdsvis 4; Fig. 7 viser ytterligere en utføringsform av deler av anordningen;

Fig. 8 viser et snitt ifølge VIII-VIII i fig. 7.

Anordningen i fig. 1 består av et sylindrisk hus 1 i hvilket roterer en sylindrisk rotor 2 som er opplagret i et utvendig beliggende lagerhus 3 og drives av en her ikke vist motor. Innløpet 4 til mikseren ligger sentrert i forhold til den sylindriske rotoren mens utløpet 5 er tangentielt plassert på det sylindriske hus 1. Et innløp 6 for kjemikalietilsetning er symmetrisk plassert i innløpet 4 og munner ut i rotorsentrum 7. Dersom rotorens 2 diameter er stor i forhold til innløpets 4 diameter skal innløpet 6 riktignok munne ut i masseinnløpet 4, men ikke nødvendigvis i rotorsentrum 7. Mellom den sylindriske rotoren 2 og en i huset fastgjort statorring 8 dannes en sirkulær spalte 9. Istedenfor av en spesiell statorring kan spalten 9 utad begrenses av en del av selve huset 1. Spaltehøyden (h) bør være 1-30 mm, hensiktsmessig 2 - 10 mm og fortrinnsvis 3-5 mm. Spaltelengden (1) skal være så stor at en effektiv blanding oppnås i spalten. Spaltelengden (1) bør derfor være flere ganger større enn spaltehøyden (h) f.eks. 3-25 ganger, hensiktsmessig 5-20 ganger og fortrinnsvis 10 - 15 ganger. Lengst ute på rotorens omkrets finnes et antall rensefingre 10. I bunnen av huset 1 finnes også et spesielt rom 11 som virker som avfallsfelle. Istedenfor rensefingre kan andre organer være anordnet ved rotorens 2 omkrets for å avstedkomme turbulens i suspensjonen, såsom halvsfæriske utragende partier eller liknende.

Anordningens virkemåte er som følger:

Massen med en konsentrasjon på opptil maksimalt 20 % mates kontinuerlig inn i mikseren via innløpet 4. På grunn av den sylindriske rotorens 2 rotasjon dannes mellom rotoren og massen et skjærefelt som bevirker at massen under et visst trykkfall kan passere den forholdsvis smale spalten 9 mellom den sylindriske rotoren 2 og statoren 8. Under påvirkning av det intense skjærfelt dels under inntrengning i og dels inne i spalten frilegges fibrene i suspensjonen meget vel. Massen som på denne måte har passert spalten trykkes deretter ut av mikseren via utløpet 5.

På samme måte som massen kontinuerlig mates inn i mikseren mates den eller de kjemikalier som skal blandes inn i suspensjonen kontinuerlig inn via kjemikalieinnløpet 6. Ved at kjemikaliene tilsettes ved sentrum av den hurtig roterende rotoren 2 (500 - 1500 r/min., hensiktsmessig ca. 750 r/min.) oppnås jevn og homogen fordeling av de tilsatte kjemikalier radielt ut langs den plane sylinderflate mot ytterkanten og spalten. De tilsatte kjemikalier fordeler seg rundt spalten og hvert "massesjikt" som presses gjennom spalten blir tildelt eksakt like mengder kjemikalier.

Ved å tilsette kjemikaliene til sentrum av den roterende rotoren som figuren 1 viser, oppnås foruten den jevne fordeling av kjemikalier til suspensjonen i spalten, dessuten den fordel at skjærkraften mellom den roterende, glatte fremside av rotoren 2

og massesuspensjonen vesentlig reduseres på grunn av det dannede kjemikaliesjikt nærmest rotorflaten. Dette fenomen er spesielt merkbart ved anvendelse av gassformige kjemikalier av type klor-eller oksygengass. Ved at friksjonen mellom suspensjonen og rotoren 2 på denne måte har kunnet reduseres har også en større del av energiinnsatsen kunnet utnyttes for nyttig innblandings-arbeide ved inngangen til og i selve spalten 9.

De ovenfor beskrevne rensefingre 10 virker foruten som "avfallsutkastere" for avfallsfellen 11 også som fiberfrileggere og blandingselententer ved massens og kjemikalienes inntrengning i spalten.

For å forbedre blandingen i spalten ved større spaltehøyder (h), f.eks. over 5 mm, er der på rotoren 2 henholdsvis statoren 8 med godt resultat blitt utprøvet noen ulike turbulensdannende organer som vist i fig. 3 - 6 i den hensikt å øke energiomsetningen i spalten, dvs. energioverføringen fra rotoren 2 gjennom massesjiktet mot statoren 8, for å øke blandingsevnen. Turbulensdannerne kan f.eks. være utformet som tapper 12 eller rundtløpende lister 13.

Tappene 12, som også kan ha annen form enn den viste, f.eks. halvsfærisk, kan være anordnet på rotoren 2 eller statoren 8

eller begge. I sistnevnte tilfelle bør de strekke seg forbi hverandre.

De rundtløpende lister 13 kan være én eller flere i antall

og bør være anordnet på både rotoren 2 og statoren 8. Hensiktsmessig strekker listene seg så langt inn i spalten at deres tapper er beliggende på omtrent samme diameter.

En måte hvorved kapasiteten til den beskrevne mikser kan

økes er å utføre rotor og stator slik at flere spalter dannes slik som vist i fig. 7 og 8. Antallet spalter kan da være 3-7, hensiktsmessig 3 - 5 og fortrinnsvis 3. På denne måte har man med bibehold av spaltehøyde kunnet øke det åpne areal og dermed mikserens kapasitet. For at de kjemikalier som tilsettes rotorens sentrum (enten i gass- eller væskeform) skal kunne fordeles jevnt over flere spalter som ligger konsentrisk utenfor hverandre, finnes et antall "eker" 14 på rotoren foran spaltene, hvilke eker foruten som avfallsutkastere og fiberfrileggere også virker som turbulensdannere og fordelere av kjemikaliene jevnt over de ulike spalter.

Rotorens 2 forside kan være plan eller konet med spissen

vendt mot eller fra innløpet 4. Rotorens 2 bakside kan være glatt eller forsynt med ribber, opphøyninger eller liknende for å forhindre stagnasjon av suspensjonen bak rotoren.

For å oppnå en i alle henseende optimal blanding har det

vist seg at forholdet mellom spaltelengde (1), spaltehøyde (h) og rotordiameter bør velges for hver rotorhastighet og produksjonsnivå gjennom mikseren. Som eksempel kan nevnes at ved tre sirkulære

spalter med h = 4 mm, 1 = 50 mm og en rotordiameter på 500 m har en kapasitet på 450 tonn pr. 24 timer blitt målt ved massekonsen-tras jonen 8 - 12 %. Rotorturtallet var 750 r/min. Utprøvingen av mikseren har hovedsakelig blitt gjennomført i et pilotanlegg for oksygengass-delignifisering ved middelmassekonsentrasjon (5 - 20 %), særlig ved ca. 10 %. Ved utprøving av mikseren er derunder reaksjonskinetikken for oksygen-delignifiseringen ved middelmasse-konsentras jon blitt sammenliknet med kinetikken ved oksygen-delignif isering (ca. 30 % massekonsentrasjon). Derved har man ved hjelp av den beskrevne mikserkonstruksjon oppnådd et oppsiktsvek-kende godt resultat. Ved hjelp av den beskrevne mikser har et i alle henseende like godt blekeresultat som ved oksygengass-delignif isering ved 30 % massekonsentrasjon (gassfasebleking) blitt oppnådd.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig innblanding av gass- og/eller væskeformige behandlingsmidler i en massesuspensjon, karakterisert ved at massesuspensjonen tilføres gjennom et innløp (4) til sentrum av en sylindrisk rotor (2) med plan forside idet behandlingsmidlet tilføres til masseinnløpet (4), at massen og behandlingsmidlet først strømmer utad langs rotorens plane forside og deretter i hovedsak aksielt i form av minst et tynt sjikt gjennom minst en ringformet spalte (9) samt at turbulens avstedkommes i strømningen ved overgangen fra utadrettet til hovedsakelig aksielt rettet strømning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteriser't ved at behandlingsmidlet tilføres masseinnløpet (4) i sentrum av rotoren (2).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at turbulens avstedkommes i massesuspensjonen også i massesjiktet til spalten (9).

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at massesuspensjonens konsentrasjon er 5 - 20 %.

5. Anordning for kontinuerlig innblanding av gass- og/eller væskeformige behandlingsmidler i en massesuspensjon, innbefattende et hus (1) med et innløp (4) og et utløp (5) for massen samt et innløp (6) for behandlingsmiddel, karakterisert ved at huset (1) omfatter en sylindrisk rotor (2) med plan forside og en stator (8) hvilke mellom seg danner minst én rundtløpende hovedsakelig aksielt rettet spalte (9), at masseinn-løpet (4) munner ut i sentrum av rotorens (2) plane forside, at innløpet (6) for behandlingsmiddel munner ut i masseinnløpet (4), at organer (10, 14) er anordnet ved rotorens (2) omkrets umiddelbart foran spalten (9) for å avstedkomme turbulens i suspensjonen, og at utløpet (5) er beliggende ved husets (1) omkrets på den andre siden av spalten (9).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at såvel masseinnløpet (4) som innløpet (6) for behandlingsmiddel munner ut i sentrum av rotoren (2).

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at utløpet (5) er tangensielt rettet.

8. Anordning ifølge et av kravene 5 - 7, karakterisert ved at huset (1) er utformet med et rom (11) for oppsamling av grovt materiale som ikke kan passere spalten (9).

9. Anordning ifølge et av kravene 5-8, karakterisert ved at turbulensdannende organer (12, 13) er anordnet i spalten (9).

10. Anordning ifølge et av kravene 5-9, karakterisert ved at flere spalter (9) dannes mellom konsentriske ringer som er forbundet med rotoren (2) henholdsvis statoren (8) (fig. 7, 8).