SE509525C2 - Förfarande och anordning för att behandla ett vätskeartat arbetsmedium med minst en behandlingsfluid - Google Patents

Description

509 525 l0 15 20 25 30 2 beskrivs i SE, C, 8001970-6. Derma mixer innefattar ett axiellt inlopp för massa- suspensionen, vilket mynnar i en blandkarnrnare, i vilken en rotor är anordnad. Massan matas genom och skjuvas i en ringfonnad spalt, som avgränsas av en statorring och rotorn. Tillsatsfluiden förs till genom ett axiellt inlopp in mot rotoms plana ändyta och strömmar därefter radiellt längs denna yta upp till och in i skjuvspalten där den blandas med suspensionen, varefter den behandlade massan strömmar ut genom ett efter spalten anordnat, tangentiellt utlopp. Såsom figur 7 och figur 8 visar i denna publikation, kan skjuvningsområdet vara uppdelat i flera ringfonnade skjuvspalter med samma spaltvidd, vilka bildas av flera med rotom förbundna rotorringar, vilka är infogade mellan med varandra förbundna statorringar.. Då föreliggande uppfinning i väsentlig utsträckning bygger på denna kända teknik hänvisas till derma publikation för närmare beskrivning av den principiella konstruktionen. Det skall dock påpekas att denna kända lösning är behäñad med de ovan påtalade bristema vad beträffar inhomogent skjuvfält.

Syftet med uppfinningen är att anvisa ett förfarande och en anordning av det ovan i motsvarande självständiga kravs ingresser definierade slaget för att behandla ett ar- betsmedium med en behandlingsfluid, vilka ger en behandlingszon med skjuvfält som medger en väsentligen homogen behandling av arbetsmediet till en lägre kostnad än som hittills varit möjlig.

Detta åstdadkoms vid förfarandet och anordningen enligt uppfinningen genom de åtgärder som definieras i det självständiga förfarandekravets resp det självständiga anordningskravets kärmeteckande delar.

I det följande kommer ett par utföringsexempel att beskrivas närmare med hän- visning till de bifogade ritningarna, där: Figur l är en delvis snittad sidovy på en första utföringsforrn av uppfinningen, Figur 2 är en delvis snittad sidovy på en andra utföringsfonn av uppfinningen, Figur 3 är en delvis snittad sidovy på en utföringsvariant av uppfinningen, Figur 4 visar på motsvarande sätt som fig 1-3 en ytterligare utfoiingsvariant av uppfinningen Figur 5 visar ett snitt i större skala på en utformning av behandlingszonens spaltområde.

Med hänvisning till figur l innefattar en första utföringsform av anordningen enligt uppfinningen en rotor 1 vilken är fixerad på en långsträckt axel 3, som är roterbart lagrad i en icke närmare visad lagerenhet 5. Den skivformade rotom 1 roterar i en cylindrisk 10 15 20 25 30 509 S25 3 mixer eller blandningskammare 7, vilken på lagerenhetsidan är tillsluts av en ändgavel 9.

Rotoraxelgenomföríngen i ändgaveln 9 och själva ändgaveln är naturligtvis avtätade för att förhindra läckage med traditionella tätningsorgan. Ett tangentiellt utlopp ll leder ut det behandlade arbetsmediet, som i detta fall är en pappersmassasuspension, från bland- ningskarnrnaren 7. Suspensionen kommer in i blandningskammaren 7 från ett med denna förbundet inloppshus 13, som i motsatt ände är förslutet med en ändplatta 15, vilken innefattar en centrumgenomföring 17. Massasuspensionen matas in i inloppshuset 13 genom ett inlopp 19. En rörförbindelse 21, som mynnar strax före rotorskivan 1, är avsedd att leda behandlingsfluiden för behandling av arbetsmediet till blandnings- eller behandlingskarnrnaren.

Vid rotorskivans 1 periferi är ett antal koncentriska ringar 23 stelt förbundna med rotorn till att rotera med denna som en enhet. På insidan l av den cylindriska bland- ningskamrnarens 7 cylindervägg är ett motsvarande koaxiellt ringarrangemang 25 fixerat i en med cylinderväggen fast förbunden fläns 29. Rotorringarna 23 och stater-ringarna 25 är därvid koaxiellt infogade i varandra och dimensionerade så att det bildas flera nng+ formade skjuvspalter mellan dem, se även figur 5. Så långt som det nu beskrivits mot- svarar konstruktionen den anordning som ñrms beskriven i vårt ovarmämnda patent SE, C, 8001970-6, speciellt fig 7 och fig 8 med tillhörande text. Massasuspensionen matas sålunda in genom inloppet 19 till inloppshuset 13, varifrån det leds till behandlingshuset 7, och trycks genom de av rotor- och statorringama 23 resp 25 bildade ringspalterna 27, i vilka massasuspensionen samtidigt utsätts för skjuvning. Behandlingsfluiden strömmar genom fluidinloppsröret 21 fram mot rotorskivan och avböj s radiellt mot ringspaltema 27, i vilka den påverkar och förenas med massasuspensionen. Efter genomförd behandling i behandlingszonen avleds den behandlade suspensionen genom utloppet 11.

Den i fig 1 visade första utiöringsformen skiljer sig på åtskilliga punkter från den kända tekniken. En väsentlig fiinktionell skillnad är därvid att inloppet 19 i inloppshuset 13 för massasuspensionen är tangentiellt. Detta arrangemang får massan att rotera redan i inloppshuset vilket ökar dynamiken i vätskerörelsema och är mycket gyrmsamt för inblandningsförloppet med behandlingsfluiden och minimerar den energi som krävs för att styra in suspensionen i behandlingszonen. Vidare kan inloppshuset monteras i valfri vinkel mot blandningskammaren 7. Detta gör olika monteringsaltemativ möjliga, vilket ger en stor valfrihet vad beträffar installation och rördragning.

Det rör 21, i vars ena öppning 31 behandlingsfluiden tillförs för att under tryck 10 l5 20 25 30 509 525 4 matas ut genom rörets motsatta öppning, kan vara axiellt inställbart för att anpassa avståndet till en med rotom 1 förbunden spridarplatta 33 i beroende av behand- lingsfluidens och suspensionens mängd och egenskaper. Behandlingsfluiden träffar denna spridarplatta efter att ha lämnat röret 21 och strömmar radiellt längs denna och sprids likt en plym efter plattan 33 upp till behandlingszonen.

En stor fördel med den föreslagna lösningen är att rotorskiva l med rotorringama 23 kan avlägsnas som en enhet utan att rörledningar eller arman instrumentcring behöver avlägsnas. Samtidigt fiiläggs då även statorringama 25, så att behandlingszonen enkelt kan rengöras och inspekteras vid behov.

Såsom tidigare nämnts är den tidigare flerspaltslösningen behäfiad med bristen att den uppvisar inhomogena skjuvfält i behandlingszonen med de nackdelar som angivits i inledningen av denna beskrivning som följd.

Uppfinningen löser detta problem genom den speciella utformningen och dimen- sioneringen av ringspaltema, varvid det nu hänvisas till figur 5, som visar ett snitt i större skala av den övre halvan av behandlingszonen. På denna ritning är de stationära statorringama 25 rutskrafferade, medan rotorringarna 23 enbart är snedskrafferade. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en i samtliga spalter i behand- lingszonen likformig mekanisk behandling av massasuspensionen. Detta löses enligt uppfinningen genom att skjuvhastigheten görs konstant lika i samtliga spalter, vilket exemplifieras i följande exempel enligt figur 5 genom en anordning som uppvisar fem spalter.

Härvid betecknas rotoms geometriska axel med A-A, det radiella avståndet fiån denna axel till en rotorring med rf, och sf den föreliggande spaltvidden. Andra be- teckningar som utnyttjas i nedanstående formel är vf =hastigheten vid radien rf i m/s, w vinkelhastigheten i rad/s och y skjuvhastigheten i s” spalten.

Villkoret enligt uppfinningen sätts nu till att skj uvhastigheten skall vara lika och konstant i samtliga spalter, dvs att y = vf /sf = konstant i samtliga spalter sf = rf w/y, dvs att spaltvidden skall vara proportionell mot radien hos den _ rotoningyta som begränsar den aktuella spalten.

Vinkelhastighet och skjuvhastighet är arbetsparametrar som bestäms på förhand efter den speciella behandling som suspensionen skall utsättas för.

Det bör därvid påpekas att ringpaketen enkelt kan bytas ut för behandling vid andra 10 15 20 25 30 5 0 9 5 2 5 5 arbetsparametrar. Observera att spaltviddema då förändras enligt de nya behand- lingsvillkoren i enlighet med ovanstående formel. Lämpliga radier och ringtjocklekar kan enkelt beräknas ur spaltgeometrin och de givna arbetsbetingelsema.

Genom utformningen enligt uppfinningen erhålls homogena och konstanta skj uvfält i samtliga spalter i behandlingszonen med erforderlig krafii g relativrörelse mellan de olika fibrerna i massasuspensionen.

De olika spaltema har sålunda ökande spaltvidd ju längre ut från anordningens geometriska axel A-A de ligger. Typiskt varierar den radiella utsträckningen mellan 4 och 20 mm, varvid ringspalternas antal kan vara två upp till ett tiotal.

I den fortsatta beslaivningen av utföringsformerna har samma hänvisnings- beteckningar i största möjliga utsträckning bibehållits för att beteckna identiska eller liknande element.

I ñgur 2 visas en utföringsfonn som i princip är konstruerad på samma sätt som den nyss beskrivna utföringsformen i fiåga om spaltvidder, men som skiljer sig från den första i och med att den innefattar två från varandra skilda spaltbehandlingszoner 27 resp 39, vilka båda är sammansatta av koaxiellt anordnade rotorringar 23 resp 37 och sta- torringar 25 resp 35. På samma sätt som tidigare leder ett rörfonnat behandlingsfluid- inlopp 21 fram till spridarplattan 33 för att radiellt fördela behandlingsfluiden till den iförsta behandlingszonen 27 .

Det andra av statoningar 35 och rotorringar 37 bestående spaltringsringpaketet är anordnat axiellt nedströms det första spaltringspaketet på samma nivå som detta och med samma antal spalter. Denna andra zon förses med en andra behandlingsfluid genom ett i det första fluidinloppet 21 anordnat andra fluidinlopp 43, vilket mynnar strax före en andra spridarplatta 41, vilken radiellt sprider den andra behandlingsfluiden till den andra behandlingszonen 37. Den första spridarplattan innefattar en central genomföring för det andra inloppsröret 43 och både det första och det andra inloppsröret är axiellt inställbara var för sig för att optimera inblandningsförloppet. Spridarplattan 33 fungerar även som hinder mot att de olika behandlingsfluidema skall blandas med varandra och av denna anledning föreligger det endast en smal spalt på någon millimeter eller mindre mellan det andra inloppsröret 43 och spxidarplattans 33 genomföring, vilken därigenom fungerar som en dynamisk tätning.

Massasuspensionen tillförs precis som tidigare genom inloppshusets l3 tangentiella inlopp 19 och matas därefier till den första behandlingszonen, varvid den första be- 10 15 20 25 30 509 525 6 handlingsfluiden tillsätts massan strax före inloppet i spaltbehandlingszonen. Från den första behandlingszonen strömmar massan vidare mot den andra behandlingszonen, varvid den andra behandlingsfluiden tillförs massan strax före inloppet till den andra spaltzonen.

På detta sätt kan exempelvis två olika behandlingsfluider på ett optimalt sätt tillföras för att under de bästa betingelser behandla massa. Tidigare har man antingen tvingats till att tillföra två olika behandlingsfluider i ett och samma tillopp, vilket åtminstone för en av behandlingsfluidema inte ger optimala behandlingförhållanden eller också har man nödgats tillgripa en kostnadskrävande seriebehandling med en första behandlingsfluid i en första behandlingsanordning och en andra behandlingsfluid i en andra behandlingsanordning. Det bör vidare påpekas att en och samma behandlingsfluid naturligtvis kan tillföras i båda inloppen, t ex för att erhålla en differentierad satsning av denna fluid.

Genom det beskrivna “twin”-a.rrangemanget kan suspensionen nu behandlas i en enda anordning. Även om i figur 2 behandlingszonema är väsentligen lika, samma antal spalter på samma nivå, behöver detta inte alls vara fallet utan zonema kan vara belägna på olika nivåer och ha olika antal zoner för att optimalt anpassa behandlingarna efter de krav som behandlingsfluidema och massasuspensionen ställer.

Figur 3 visar en variant på den i figur l visade anordningen. Här finns en strypning 45 anordnad i inloppshuset 13 alldeles innan ingången till blandningskamrnaren 7. Syftet med denna strypning är ge massan en mera turbulent strömning innan den kommer in i sj älva behandlingszonen. Strypningen 45 bidrar även till att ge en god initialfördelning i massaströmmen. Denna variant kan naturligtvis även utnyttjas i min-utförandet.

Ytterligare en variant, som kan sägas utgöra ett mellanting mellan utförandet enligt figur I och twin-utförandet figur 2 kan ses i figur 4. Här identifierar man behandlings- kamrnaren 7 med en enda tillhörande spaltbehandlingszon, bestående av rotorringar 23 och statorringar 25. Någon liknande andra spaltbehandlingszon finns inte här, trots att det finns två stycken rörtillopp 21 resp 43, det ena anordnat i det andra och mynnande framför en spridarplatta 41 till spaltbehandlingszonen. På rotorn finns en strypskiva 47 anordnad med en genomtöring för det inre tilloppsröret 43 i mittpartiet. Strypskivan 47 bildar en andra behandlingszon 49 i blandningskammaren 7 uppströms spaltbehand- lingszonen med en betydligt lägre blandningsintensitet än denna. Två olika behand- lingsfluider med väsentligt olika krav ifråga om behandling kan därvid tíllsättas.

S 09 ' 5 2 5 7 Exempelvis kan ånga matas in genom röret 21 till strypskivan 47, vilken blandas med massan i den lågintensiva zonen 49 medan en behandlingskemikalie av lämpligt slag förs genom det inre inloppsröret 43 till spaltbehandlingszonen.

I samtliga varianter kan ringpaketen demonteras från lagerenhetsidan.

Claims (19)

10 15 20 25 30 509 525 Patentkrav

1. Anordning för att behandla ett vätskeartat arbetsmedium, såsom en suspension, företrädesvis en pappersmassasuspension med åtminstone en behandingsfluid, inne- fattande en i en behandlingskammare (7) roterbar rotor (1), vilken vid sin periferi uppbär ett antal med varandra fast förbundna, koaxiellt anordnade rotorringar (23), varvid ett antal stationära statorringar (25) är koaxiellt infogade mellan rotorringama, så att det mellan rotoningama och statorringama bildas minst två iingformade, axiella behand- lingsspalter (27) och varvid tillopp (19 resp 21) for arbetsmediet och behandlingsfluiden är anordnade på behandlingsspaltemas ena sida med ett utlopp (1 1) för det i behand- lingsspaltema (27) behandlade arbetsmediet är anordnat på den andra sidan, varvid arbetsmediet skjuvas i ringspaltema under genommatningsrörelsen, kännetecknar! av behandlingsspaltemas spaltvidd ökar med ökande avstånd till rotorns geometriska axel (A-A) så att en väsentligen homogen skjuvhastighet uppnås i samtliga ringformade spalter.

2, Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att spaltvidden (sí) i varje ring- formad spalt är direkt proportionell mot radien (rf) hos den begränsningsyta på den rotoning (23) som avgränsar denna ringforrnade spalt (27).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att ett inloppshus (13) är förbundet med behandlingskammaren (7) med ett tangentiellt tillopp (19) för arbets- mediet så att detta bibringas en roterande strömning innan tillförseln till behand- lingskammaren.

4. Anordning enligt ett av kraven 1- 3, kännetecknad av att behandlingsfluiden tillförs genom ett centralt behandlingsfluidinlopp (21), vilket mynnar på avstånd från en med rotom (l) förbundet spridarorgan (33), vilket är anordnat att sprida den inkommande behandlingsfluiden radiellt mot de ringformade behandlingsspaltema (27).

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att spridarorganet är en väsentligen ringforrnad platta (33).

6. Anordning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad av att behandlingsfluidinloppets (21) mynning är axiellt inställbar relativt spridarorganet (33).

7. Anordning enligt ett av kraven 1-6, kännetecknad av att en strypning (45) för arbetsmediet är anordnad mellan arbetsmedieinloppet (19) och behandlingskammaren (7) för att bibringa arbetsmediet en turbulent strömning innan den kommer in i behand- 10 15 20 25 30 509 525 lingskammaren.

8. Anordning enligt ett av kraven 1-7, kännetecknad av att ytterligare en behandlingszon (35, 37, 39; 49) för att behandla arbetsmediet med en andra behandlingsfluid är anordnad i arbetsmediets strömningsväg.

9. Anordning enligt krav 8, innefattande ett centralt behandlingsfluidinlopp (21) för tillförsel av den första behandlingsfluiden, kännetecknad av att ett andra behandlingsfluidinlopp (43) för tillförsel av den andra behandlingsfluiden, varvid det ena behandlingsfluidinloppet är anordnat i det andra.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av att de båda behandlingsfluid- inloppen (21, 43) är axiellt inställbara oberoende av varandra.

11. Anordning enligt ett av kraven 8-10, kännetecknad av att rotom är försedd med ett forsta och ett andra spridarorgan (33, 41) för den forsta resp den andra be- handlingsfluiden.

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad av att spridarorganen utgörs av på avstånd från varandra anordnade, vinkelrätt mot axeln (A-A) liggande, ringformade plattor (33, 41).

13. Anordning enligt ett av kraven 8-12, kännetecknad av att den andra behandlingszonen bildas av en med rotom (1) förbunden radiell strypskiva (47), varvid den andra behandlingszonen uppvisar en lägre mekanisk bearbetningsintensitet än den första.

14. Anordning enligt ett av kraven 8- 12, kännetecknar! av att den andra be- handlingszonen bildas av med varandra koaxiella andra rotorringar (37), i vilka andra statorringar (35) är koaxiellt infogade till att bilda andra behandlingsspalter (39).

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att de andra behandlingsspaltema likt de första behandlingsspaltema uppvisar en ökande spaltvidd med ökande avstånd från rotoms geometriska axel (A-A).

16. Anordning enligt krav 15, kännetecknad av att skjuvhastighetema är olika i de båda behandlingszonema.

17. Anordning enligt ett av kraven 1-16, kännetecknad av att de ingående elementen kan demonteras från lagerenhetsidan.

18. Förfarande för att behandla ett vätskeartat arbetsmedium med en behand- lingsfluid i en anordning enligt ett av de föregående kraven, varvid arbetsmediet leds 10 509 525 10 från ett tilloppshus (13) till en behandlingskammare (7) med en behandlingszon bestående av koaxiellt anordnade, med en rotor (1) fast förbundna rotorringar (23) och däremellan koaxiellt infogade statorringar (25), så att minst två ringformade behandlingsspalter (27) bildas, varvid arbetsmediet utsätts for skjuvning i spaltema vid strömningen genom dessa, samt behandlingsfluidtillopp (21) for tillförsel av en behandlingsfluid strax fore behandlingszonen, kännetecknat av att spaltema (27) utfors så att spaltviddema ökar med ökande avstånd från rotoms (1) geometriska axel (A-A).

19. Förfarande enligt krav 18, kännetecknar av att spaltvidden i varje spalt ut- formas så att den är proportionell mot avståndet från spaltens rotorring (23) till rotoms (1) geometriska axel (A-A).