SE502666C2 - Reaktor med omrörningsorgan för ozonblekning - Google Patents

Description

502 666 10 15 20 25 30 35 gasbubblorna slås samman till större gasbubblor så att en del av ozonmolekylerna får alltför lång väg fram till gasbubblans vägg, som gränsar till vätskefasen eller eventuellt direkt till fibern, vilket kan inträffa sär- skilt då fiberns yta är relativt torr. Anledningen till att gasbubblorna blir större kan i sin tur bero på att ett alltför stort tryckfall uppstår i reaktorn. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en reaktor för blekning av massa med ozon som eliminerar ovannämnda problem. Genom uppfinningen möjliggöres följ- aktligen att allt eller praktiskt taget allt i ett steg satsat ozon kommer att förbrukas och att därmed förut- sättningar skapas för att reducera ozonblekningen till ett enda steg så att ekonomiska, konstruktiva och ut- rymmesmässiga besparingar kan göras i samband med ozon- framställningen och ozonblekningen.

Reaktorn enligt uppfinningen kännetecknas i huvudsak av att det nämnda kärlet innefattar en anordning, alterna- tivt flera efter varandra monterade anordningar, för om- röring av gas-massablandingen, varvid varje anordning innefattar minst ett roterbart omröringsorgan anordnat att omröra hela mängden av den gas-massablandning som passerar en tvärsnittsarea av kärlet omedelbart före om- röringsorganet, och att avståndet mellan den nämnda blandningsapparaten och den enda alternativt första an- ordningen och i förekommande fall mellan två på varandra följande anordningar är mindre än 8xD, företrädesvis mindre än 4xD, mer föredraget mindre än 2xD, mest före- draget mindre än lxD, där D är kärlets diameter, varvid omröringsintensiteten hos varje anordning och antalet an- ordningar anpassas så till varandra för en tillförd för- utbestämd mängd ozon att gas-massablandningen vid ut- loppsdelen av nämnda kärl innehåller mindre än 10%, före- trädesvis mindre än 5% och mest föredraget mindre än 2% ozon av den nämnda förutbestämda mängden ozon. Gas-massa- 10 15 20 25 30 35 502 666 blandningen omröres således enligt uppfinningen vid ett ställe eller flera ställen i bleklinjen, där massan fortfarande innehåller oreagerad ozon, så att inom hela tvärsnittet av bleklinjen vid nämnda omröringsställe(-n) fibrer, vätska och bubblor av ozonhaltig gas ändrar sina lägen i förhållande till varandra, och förefintliga gas- bubblor av större storlekar sönderdelas till gasbubblor av mindre storlekar.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande med hänvisning till ritningarna.

Figur 1 är en sidovy av en reaktor enligt uppfinningen med tre specifika anordningar för upprepad omröring av en gas-massablandning.

Figur 2 är en längdgenomskärningsvy av en del av reaktorn enligt figur 1 och visar en av anordningarna med om- röringsorgan.

Figur 3 är en tvärsnittsvy av reaktorn enligt linjen III- III i figur 2.

Figur 4 är en längdgenomskärningsvy av reaktorn som visar omröringsorganet enligt figur 2.

Figur 5 är en längdgenomskärningsvy av en reaktor och visar en anordning med ett omröringsorgan enligt en annan utföringsform.

Figur 6 är en längdgenomskärningsvy av en del av en reak- tor och visar en anordning med omröringsorgan enligt en tredje utföringsform.

Figur 7 är en tvärsnittsvy av reaktorn enligt linjen VII-VII i figur 6. 582 666 10 15 20 25 30 35 Figur 8 är en längdgenomskärningsvy av reaktorn som visar omröringsorganet enligt figur 6.

Figur 9 är en längdgenomskärningsvy av en del av en reak- tor och visar en anordning med ett omröringsorgan enligt en fjärde utföringsform.

Figur 10 är en tvärsnittsvy av reaktorn och visar en an- ordning med två omröringsorgan enligt en femte utförings- form.

Figur ll är en tvärsnittsvy av reaktorn och visar en an- ordning med två omröringsorgan enligt en sjätte ut- föringsform.

Figurerna 12-14 är diagram, som innehåller resultat från försök med avseende pá ändringar i ozonförbrukning, kap- patal respektive viskositet som funktion av tiden i sekunder.

I figur 1 visas en trycksatt reaktor, som är anordnad i en bleklinje i en blekerianläggning. Reaktorn är anordnad stående, men alternativt kan den anordnas liggande. Vid den i figur 1 visade utföringsformen omfattar reaktorn ett làngsträckt rörformigt obrutet (enhetligt) kärl l, en inloppsdel 2 och en utloppsdel 3. Inloppsdelen 2 är an- ordnad nedtill och utloppsdelen 3 upptill av reaktorn, men det omvända förhållandet kan användas, om man i stället önskar mata massa nedåt. Inloppsdelen 2 inne- fattar en blandningsapparat 4 med ett inlopp 5 för massa, som är anslutet till en ledning med en pump (ej visad), som pumpar massan in i reaktorn, varvid ett lämpligt tryck vid pumpens utgàngssida är mellan 3 och 20 bar.

Vidare har blandningsapparaten 4 ett inlopp 6, som är an- slutet till en ledning för tillförsel av en förutbestämd mängd av ozonhaltig gas bestående av en förutbestämd 10 15 20 25 30 35 502 666 andel ozon och resten av en bärgas, såsom t.ex. luft eller syre. Mängden ozonhaltig gas i förhållande till den mängd massa som tillföres per tidsenhet är sådan att volymförhållandet mellan gas och vätska i den utgående gas-massablandningen uppgår till från O,l:l till O,8:l, företrädesvis O,2:l-O,6:1. Blandningsapparaten 4 är av den typ som säkerställer en intensiv homogen inblandning av gas i en massasuspension, t.ex. en s.k. MC-mixer, som genom höga skjuvkrafter åstadkommer en fluidisering av massasuspensionen, som har en konsistens av 5-25%. En dylik mixer har en rotor som drivs med en hastighet av 800-3000 rpm, företrädesvis 1200-1500 rpm. Även om det föredrages att anordna blandningsapparaten 4 i inlopps- delen hos reaktorn kan den placeras på ett lämpligt ställe tidigare i bleklinjen, dvs. uppströms reaktorn.

Kärlet 1 har cirkulärt tvärsnitt och kan även betecknas som en ledning, t.ex. av samma dimension som en del andra ledningar i bleklinjen. Kärlets diameter är lämpligen 0,15-l m, företrädesvis 0,3-0,8 m och mest föredraget 0,4-0,6 m.

Reaktorns utloppsdel 3 innefattar en utrustning 30 för att sänka trycket så att gasen avlägsnas. Vid den visade utföringsformen användes en s.k. dP-mixer, som i sig dessutom har den egenskapen att en omröring erhålles, vilket enligt uppfinningen är gynnsamt om ozon fort- farande finns kvar i gas-massablandningen. Enligt en alternativ utföringsform saknar utloppsdelen 3 ett sådant tryckreduceringsorgan, och en ytterligare liknande reak- tor kan därvid anordnas efter den första reaktorn för att mottaga gas-massablandningen och genomföra ett andra ozonblekningssteg, varvid en tryckhöjande eller tryck- stabiliserande pump i stället kan anordnas i ledningen mellan de två reaktorerna. Om ett sådant andra eller flera ozonblekningssteg skall utföras föredrages det dock att bärgasen avlägsnas genom en tryckreducering innan trycket åter höjes och ozon tillsättes.

LH CD 10 15 20 25 30 35 O\ (JN ON Enligt föreliggande uppfinning innefattar reaktorn minst en anordning 25, som har minst ett roterande omrörings- organ 26, som är anordnat att åstadkomma en omröring av gas-massablandningen och även en sönderdelning av större gasbubblor. Vid den visade utföringsformen användes tre på förutbestämt avstånd från varandra anordnade anord- ningar 25, som har sina omröringsorgan 26 tvärställda matningsriktningen av gas-massablandningen och alterne- rande förskjutna 90° i kärlets l omkretsled i förhållande till varandra. Varje anordning 25 innefattar en motor 7, som driver omröringsorganet 26, vilket vid den i figu- rerna l-4 visade utföringsformen utgöres av en rotor med tre rotorblad 8 för omröring av gas-massablandningen. An- ordningen 25 innefattar ett inre väggorgan 9, som av- stänger huvuddelen av reaktorns tvärsnittsarea vid om- röringsstället och avgränsar en passage 10, genom vilken gas-massablandningen pressas av det rådande trycket i bleklinjen. Väggorganet 9 består av två diametralt mot- stående plåtar 11, 12 och ett diametralt anordnat cylind- fram till vilket plàtarna ll, 12 sträcker sig. Nämnda passage 10 bildas av rotorhuset 13 riskt rotorhus 13, genom att detta är försett med två diametralt belägna likformiga inlopps- och utloppsöppningar 14, 15, som kom- municerar med varandra via rotorhusets inre utrymme 16.

Varje öppning 14, 15 har en längd sett i reaktorns tvär- snitt som är från omkring 60% till 100% av reaktorns dia- meter. Öppningarnas 14, 15 bredd är omkring 15-40% av reaktorns diameter och 50-80% av rotorhusets 13 diameter.

Rotorhuset 13 är på sin insida försedd med 4 axiella rib- bor 31, med vilka rotorbladen 8 samverkar så att gas- massablandningen utsättes för fluidiserande skjuvkrafter och turbulenser uppstår i gas-massablandningen, vilket ökar omröringseffekten ytterligare och ger en förbättrad sönderdelning av större gasblåsor. Genom den upprepade omröringen av gas-massablandingen säkerställes att gas- bubblorna, vätskefasen och fibrerna erhåller nya lägen i 10 15 20 25 30 35 502 666 förhållande till varandra och att det kvarvarande ozonet i gasbubblorna tvingas att gå i lösning i vätskefasen och får möjlighet att reagera med en fiber på ett ställe där oxidation ännu inte har ägt rum eller otillräcklig oxida- tion ägt rum. Då gas-massablandningen lämnar reaktorn och bärgasen avlägsnas från massan genom trycksänkning inne- håller bärgasen mindre än 10%, företrädesvis mindre än 5% och mest föredraget mindre än 2% ozon av den i bland- ningsapparaten 4 satsade ozonmängden.

I figur 5 visas en annan utföringsform av en anordning 25 för blandning av gas-massablandningen, där varje plåt ll, 12 består av en yttre del 17, som är inställbar i olika lägen i reaktorns längdriktning, och en inre del 18, som uppbäres av den yttre plåtdelen 17 och är inställbart monterad vid denna för att tätt ansluta sig till rotor- husets 13 vägg beroende på den yttre plåtdelens 17 axiella läge. Inloppsöppningen 14 hos rotorhuset 13 är centralt belägen, medan utloppsöppningen 15 är riktad rakt åt ena sidan av reaktorn så att öppningarna 14, 15 bildar 90° med varandra.

I figurerna 6-8 visas en tredje utföringsform av en an- ordning 25 för omröring av gas-massablandningen, där väggorganet 9 enbart består av två diametralt anordnade plåtar ll, 12, som vardera består av en yttre del 17, som är inställbar i olika lägen i reaktorns längdriktning, och en inre del 18, som uppbäres av den yttre plåtdelen 17 och är inställbart monterad vid denna för att ge ett litet avstånd till rotorn 26. Denna anordning saknar rotorhus, och passagen 10 genom rotorn 26 bildas av öpp- ningen mellan de tvà plàtarna ll, 12. Rotorn 26 är av den öppna typen, dvs. den saknar en central kropp, och inne- fattar axiella stänger 19 som vid sina båda ändar är fastmonterade vid runda skivor 20, av vilka den ena är fastmonterad vid rotorns drivaxel 21. En mittre rund skiva 22 ger ytterligare stabilitet åt stängerna 19.

(II CÜ 10 15 20 25 30 35 Stängerna är fördelade i två grupper med olika avstånd till rotorns centrumaxel.

I figur 9 visas en fjärde utföringsform av en anordning 25 för omröring av gas-massablandningen, där väggorganet 9 enbart består av två tvärställda plåtar 11, 12, en längd som är något större än reaktorns radie och är som har axiellt förskjutna i reaktorn så att de mellan sig bildar ett utrymme för mottagande av en rotor 26 samtidigt som plátarna ll, 12 bildar inlopps- respektive utloppsöpp- ningar 14, 15 mellan sina fria ändar och reaktorväggen.

Rotorn 26 saknar rotorhus och i detta fall bildas således passagen 10 för gas-massablandningen av utrymmet 23 mellan plátarna 11, 12 och inlopps- och utloppsöpp- ningarna 14, 15. Rotorn är av samma utförande som den enligt figurerna 6-8. Vid utföringsformen enligt figur 9 utsättes gas-massablandningen för inverkan av rotorns 26 stänger 19, då den strömmar i en tvärgàende riktning i reaktorn.

I figur 10 visas en femte utföringsform av en anordning 25 för omröring av gas-massablandningen som består av två roterande omröringsorgan 26, som är monterade i kärlet 1 från motsatta riktningar och har sina rotationsaxlar 24 parallella med varandra och belägna inom samma tvärsnitt av kärlet 1, varvid rotorbladen 27 har böjda ändpartier som ansluter sig till kärlets 1 cylindriska vägg så att rotorerna 26 täcker en större del av tvärsnittsarean. Den resterande delen av tvärsnittet tillslutes av ett vägg- organ 9, som består av två diametralt placerade plåtar 28, rotorhus 29 som är begränsat till utsidan av kärlet 1 för som är fästa vid kärlet 1. Varje rotor 26 har ett att omsluta den bakre delen av motorn 7. Passagen 10 för gas-massablandningen bildas således av de två öppningarna 32, 33 mellan plátarna 28 och kärlväggen, i vilka öpp- ningar 32, 33 de två rotorerna 26 sträcker sig. Rotorerna 26, som är av den öppna typen såsom tidigare beskrivits, 10 15 20 25 30 35 502 666 roterar i olika riktningar och vardera i en sådan rikt- ning att rotorbladen 27 följer gas-massablandningens mat- ningsriktning i kärlet, då de passerar genom dess mitten.

I figur ll visas en sjätte utföringsform av en anordning 25 för omröring av gas-massablandningen som består av två roterande omröringsorgan 26, som är monterade i kärlet från motsatta riktningar och har sina rotationsaxlar 24 parallella med varandra och belägna inom samma tvärsnitt av kärlet, varvid rotorbladen 27 är raka och har en längd som är lika eller i huvudsak lika med kärlets diameter så fatt de två rotorerna 26 täcker en tvärsnittsarea som är lika stor som kärlets cirkulära tvärsnittsarea. Vid denna utföringsform behövs således inte något inre väggorgan, som bildar fasta strypningar. Rotorerna 26 är inneslutna i ett gemensamt rektangulärt rotorhus 34 som har två mot- stående parallella ändväggar 35, 36 och två motstående parallella sidoväggar 37, 38, vilka väggar sträcker sig parallellt med kärlets centrumaxel och tangerar i huvud- sak kärlets inre omkrets. Rotorhuset 34 är försett med två cirkelrunda flänsar 39 för sin montering i två mot- stående cylindriska delar av kärlet. Passagen 10 för gas- massablandningen bildas således av det som en fyrkantig mellandel inmonterade rotorhuset 34, vars tvärsnittsarea innesluter tvärsnittsarean av den cylindriska delen av kärlet så att inga fasta strypningar finns.

Reaktorns längd kan vara mellan 0,3 m och 20 m, före- trädesvis mellan 0,5 m och 6 m.

Rotorerna 26 drivs med en hastighet som lämpligen är minst 800 rpm, företrädesvis 1500-3600 rpm, mer före- draget 1500-3000 rpm, för att åstadkomma en tillräckligt effektiv omröring. Ju högre intensiteten är på omröringen ju större blir omsättningen av kvarvarande ozon och ju färre anordningar 25, dvs. omröringsställen, behövs för att uppnå uppfinningens syfte. Enligt en föredragen '5ø2 ess 10 15 20 25 30 35 10 utföringsform användes tre anordningar 25, vars rotorer drivs med 3000 rpm. Anordningarna 25 kan anordnas rela- tivt nära varandra (exempelvis med flänsförband) så att den tid under vilken gas-massablandningen intar statiskt tillstànd är mycket kort, nämligen från nära O till om- kring 10 sekunder, företrädesvis omkring 0,1-5 sekunder.

Anordningarna 25 kan även vara av samma typ av utrustning som användes för den inledande blandningen av ozonhaltig gas och massa, t.ex. ett flertal efter varandra ekviva- lenta MC-mixrar, där således rotorerna är anordnade i flödesriktningen i stället för tvärs denna såsom visats på ritningarna. Reaktorn är lämpligen anordnad att be- handla en massa till vilken satsats minst 3 kg, före- trädesvis minst 4 kg, mest föredraget minst 5 kg ozon per ADMT. Som exempel kan nämnas att för en normal dygnspro- duktion av ozonblekt massa kan ett reaktorkärl användas med en diameter av 600 mm, varvid tidsavståndet mellan den inledande blandningsapparaten och det första omröringsorganet och mellan två omröringsorgan är 10 sekunder.

I det följande redovisas ett försök, som utförts i labo- ratorieskala för att fastställa förbrukningen av ozon dels under ett antal omröringsfaser, dels under mellan- liggande stillestàndsfaser efter att ozon blandats inten- sivt med en massasuspension i en inledande blandningsfas, varvid denna inledande blandningsfas och den första stillestàndsfasen kan anses simulera driftsförhállandet som råder vid känd blekning med ozon under användning av en mixer och en efterföljande reaktor, i vilken gas- massablandningen pressas fram i ett statiskt tillstànd.

Den använda massan hade genomgått ett surt behandlings- steg med HZSO4 och hade följande egenskaper: Konsistens 10% Kappatal 12,1 Viskositet 920 dm3/kg 10 15 20 25 30 502 666 ll Vid försöket satsades 4 kg ozon/ADMT i ett behandlings- kärl, vilket var utrustat med en rotor som kopplades in med jämna mellanrum för att köras med en hastighet av 3000 rpm. Rotorn hade en uppvarvningstid av 3 sekunder till 3000 rpm och en retardationstid av 2 sekunder till 0 rpm. Trycket i behandlingskärlet var 4 bar. Den inledande blandningen, då allt ozon satsades, utfördes under en tid av 1 sekund och tre efterföljande omröringar skedde var och en under en tid av 1 sekund.

Stilleståndstiden för rotorn före den första omröringen och mellan två omröringar var i samtliga fall 4 sekunder, som innefattade nämnda retardationstid (2 sekunder).

Prover uttogs efter varje blandnings-/omröringsfas och efter varje stillestàndsfas för att mäta ozonhalt, kappatal och viskositet. Resultaten framgår av efterföljande diagram enligt figurerna 12, 13 och 14, där ozonförbrukning, kappatal och viskositet avsatts som funktion av tiden, varvid uppvarvningstiden (3 sekunder) inte har utritats på tidsaxlarna. De sick-sackstreckade områdena utgör blandnings- och omröringsfaserna, medan de mellanliggande områdena representerar stilleståndsfaserna. Kurvorna visar tydligt att delignifiering (kappatalsänkning) och ozonförbrukning sker då gas-massablandningen omröres. Under varje om- röringsfas omsättes en stor mängd ozon av den mängd ozon som finns kvar då omröringsfasen inledes, medan praktiskt taget ingen ozon omsättes under stilleståndsfaserna.

Eftersom någon reaktion inte sker om inte gas och massa omröres intensivt skulle man kunna antaga att det är masstransporten av ozon till vätskefasen, som är den mest begränsande faktorn och att den kemiska reaktionen mellan ozon i vätskefas och fibrerna sker momentant.

Claims (9)

0"! (I) l\J 10 15 20 25 30 35 V en anordning (25), 666 12 P A T E N T K R A V
1. l. Reaktor för blekning av massa av cellulosahaltigt fibermaterial med ozon vid framställning av kemisk massa, som matas kontinuerligt i en bleklinje, vilken reaktor innefattar ett trycksatt kärl (1) av förutbestämd längd och med företrädesvis konstant tvärsnittsyta, del (2) och en utloppsdel (3), nefattar eller föregås av en blandningsapparat (4) för en inlopps- vilken inloppsdel (2) in- inblandning av en förutbestämd mängd av en ozonhaltig gas i den genomströmmande massan, vilket kärl (1) innefattar alternativt flera efter varandra monterade anordningar (25), för omröring av gas-mas- sablandningen, varvid varje anordning (25) innefattar minst ett roterbart lagrat omröringsorgan (26), som drivs med en hastighet av minst 800 rpm, företrädesvis 1500- 3600 rpm, ningsapparaten (4) för den inledande inblandningen av mer föredraget 1500-3000 rpm, varvid bland- ozonhaltig gas har ett rotororgan som drivs med en has- tighet av 800-3000 rpm, företrädesvis 1200-1500 rpm, kännetecknad av att varje omröringsorgan (26) är anordnat att omröra hela mängden av den gas-massabland- ning som passerar en tvärsnittsarea av kärlet omedelbart före omröringsorganet (26), att avståndet mellan den nämnda blandningsapparaten (4) och den enda, alternativt första anordningen (25) och i förekommande fall mellan två pà varandra följande anordningar (25) är mindre än 8xD, än 2xD, mest föredraget mindre än 1xD, där D är kärlets företrädesvis mindre än 4xD, mer föredraget mindre diameter, varvid omröringsintensiteten hos varje anord- ning (25) och antalet anordningar (25) anpassas sà till varandra för en tillförd förutbestämd mängd ozon att gas- -massablandningen vid utloppsdelen (3) av nämnda kärl (l) innehåller mindre än 10%, företrädesvis mindre än 5% och mest föredraget mindre än 2% ozon av den nämnda förutbe- stämda mängden ozon, och att utloppsdelen (3) innefattar 10 15 20 25 30 35 502 666 13 eller följs av ett tryckreducerande organ (30) för av- lägsnande av gas ur den behandlade gas-massablandningen.
2. 2. Reaktor enligt krav 1, kännetecknad av att den innefattar 2-5, företrädesvis 3 anordningar (25) för omröring av gas-massablandningen .
3. 3. Reaktor enligt krav 1 eller 2, k ä nne tec k na d av att varje anordning (25) har ett i kärlet (1) anord- nat väggorgan (9), som avgränsar en passage (10) med en genomströmningsarea som är reducerad i förhållande till kärlets (l) tvärsnittsarea före och efter passagen (10), vilken passage' (lO) genomströmningsarea företrädesvis är belägen i ett plan tvärs kärlet (1), varvid minst ett omröringsorgan (26) är anordnat i den av väggorganet (9) avgränsade passagen (10) och inriktat tvärs kärlet (1).
4. 4. Reaktor enligt krav 3, kännetecknad av att omröringsorganen (26) hos två på varandra följande anord- ningar (25) är förskjutna i kärlets (l) omkretsled om- kring 90° i förhållande till varandra.
5. 5. Reaktor enligt något av kraven 3 och 4, känne - tecknad av att den har en längd av mellan 0,3 m och 20 m, företrädesvis mellan 0,5 m och 6 m.
6. 6. Reaktor enligt något av kraven 3-5, k änne - tecknad av att kärlet är cylindriskt och har en dia- meter mellan 0,15 m och l m, företrädesvis mellan 0,3 m och 0,8 m, mest föredraget mellan 0,4 m och 0,6 m.
7. 7. Reaktor enligt något av kraven 1-6, k ä nne - t ecknad av att den är anordnad att behandla en massa till vilken satsats minst 3 kg, företrädesvis minst 4 kg, mest föredraget minst 5 kg ozon per ADMT. Û L! 10 15 20 25 30 35 2 666 14
8. 8. tecknad roterbart lagrade omröringsorgan (26), Reaktor enligt något av kraven 1-7, känne - axl att varje anordning (25) innefattar tvà som har sina rota- tionsaxlar (24) parallella med varandra och som är be- lägna i var sin hälft av kärlets tvärsnitt och tvärs kär- let.
9. 9. Reaktor enligt krav 8, kännetecknad av att varje anordning innefattar ett rektangulärt rotorhus (34), med gas-massablandningens matningsriktning vilket rotor- som har väggar (35, 36, 37, 38) som är parallella hus (34) bildar en mellandel av kärlet (1) och har en tvärsnittsarea som i projektion innesluter kärlets tvär- snittsarea och att de tvà omröringsorganen (26) utfyller hela tvärsnittsarean av rotorhuset (34).