SE512192C2 - Apparat för att införa ett första fluidum i ett andra fluidum, som strömmar i en rörledning - Google Patents

Description

15 20 25 30 512 192 2 och massasuspensionen i rörledningen. Detta medför i sin tur att ångans hastighet, då den inträder i genomströmningsledningen för massan nedsätts och därmed även ångans penetrering i massasuspensionen.

Typiskt för SE 468 341 är att genomströmningsledningen utformas som en smal, ringfonnad passage för det andra fluidet, vilket anses befrämja en god inblandningseffekt. Utan att ta ställning till om denna uppfattning är korrekt eller ej, eller om den möjligen gäller under vissa speciella förhållanden, så kan emellertid konstateras att konstruktionen i praktiken medför vissa problem. Detta torde ha att göra med att det första fluidet, då det med hög hastighet injiceras i det andra fluidet som strömmar genom den smala spalten, interagerar med den förträngningskropp som är anordnad i genomströmningsledningen och att, sannolikt på grund av resonansfenomen, allvarlig vibration kan uppstå i apparaten. Ännu en nackdel med kända apparater är att en ojärnn temperaturfördelning i massasuspensionen efter ångledningen kan erhållas. Ibland har temperaturvariationer på ca l0°C uppmätts mellan övre och undre punkt i ett tvärsnitt i efterföljande rörledning. Det är självfallet en stor nackdel med stora temperaturdifferenser, då man arbetar med blekkemikalier som ofia är mycket temperaturberoende, såsom exempelvis väteperoxid. Vidare gäller att apparater av tidigare känt slag är att de är relativt tunga. Eftersom materialet normalt utgörs av hö gkvalificerat rostfritt stål, och då apparatema dessutom är relativt svåra att tillverka, blir den totala kostnaden för apparaten motsvarande hög.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda en apparat, som inte är behäftad med ovan nämnda begränsningar eller nackdelar.

Mer bestämt syftar uppfmningen till att erbjuda en apparat som ger god inblandning av det första mediet i det andra mediet och medför att en god värmetördelning erhålles i efierföljande rörledning, dvs att mycket små Yxkppksd-cl 1 10\patent\patans\9832sc.doc 20 25 30 512 192 temperaturskillnader erhålles i ett godtyckligt valt tvärsnitt i efterföljande rörledning.

En annan positiv effekt med apparaten är att den är åstadkommer förhållandevis lite vibrationer och ger god möjlighet till justerbar samt reglerbar inblandning av ett första medium i ett andra medium.

Dessa och andra syften kan uppnås vid en apparat som kännetecknas av vad som anges i de efterföljande patentkraven. Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen framgår av följande beskrivning av en föredragen utföringsform.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande beskrivningen av en föredragen utföríngsform kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka F ig. 1 visar en apparat enligt uppfinningen monterad i en rörledning, och F ig. 2 visar valda delar av en sídovy av apparaten, delvis i genomskärning och med vissa delar avlägsnade.

BESKRIVNING AV F ÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Den apparat som skall beskrivas i det följande är utvecklad och avsedd att användas för inblandning av ånga i en suspension av cellulosafibrer (massa) i en transportledning för massa i en cellulosafabriks blekeri för att förvärma massan till önskad temperatur lämpad för ett efierföljande blekste g. Uppfmningens princip kan emellertid utnyttjas även för apparater för inblandning av andra fluida än ånga i ett andra fluidum, t.ex. inblandning av gaser, såsom syrgas, klorgas, eventuellt även ozon, eller för inblandning av en vätska, såsom t.ex. en pH-justerande vätska, klordioxid eller annan behandlingsvätska eller utspädningsvätska i nämnda andra fluidum, som inte nödvändigtvis behöver utgöras av en massasuspension. \\kppksd-el1l0\patent\patans\9832se.doc 10 25 30 512 192 Med hänvisning först till Fig. 1 betecknas en apparat enligt uppfinningen allmänt med siffran 1. Denna är anordnad i en rörledning 2 för en massasuspension, som i det exempel som här skall beskrivas, har en medelhög halt ñber, dvs ”medium consistency, MC”, dvs en torrsubstanshalt av 5-20 %, företrädesvis 8-16 %.

Transportledningen 2 sträcker sig från en icke visad MC-pump till ett icke visat behandlingskärl i ett blekeri, enligt exemplet ett peroxidsteg. Den uppgift som skall lösas med hjälp av apparaten 1 är att med hjälp av ånga förvärma massasuspensionen i transportledningen 1 till en för blekprocessen lämpad temperatur, exempelvis ca 100°C. Massans transporthastighet i ledningen 2 är ca 5-15 m/ s. En tillförselledning för ånga under tryck till apparaten 1 från en icke visad tryckkälla har beteclcnats 4. 1 ledningen 4 finns en avstängningsventil 5.

Ett centralt, första element i apparaten 1 har beteclmats 10. Detta forsta element 10 utgörs av ett cirkulärcylindriskt, rörformat element, i det följande benämnt rörkropp. Rörkroppen har sarnrna innerdiarneter som rörledningen 2A uppströms, vid vilken rörkroppen är monterad. Rörkroppens inre, definierad av väggens insida, bildar en genornloppskanal för massan som transporteras i ledningen 2.

För montering av apparaten l i rörledningen 2 fmns en första fläns 1 1, respektive en andra fläns 12. Den första flänsen 11 samverkar med en bakre vägg 13 till en kammare 14 för ånga, som skall beskrivas närmare i det följande. För samverkan med den andra flänsen 12 finns i rörkroppens 10 främre ände en fläns 16.

Flänsen 11 och väggen 13, respektive flänsen 12 och flänsen 16 är förenade med varandra på konventionellt sätt genom skruvförband.

I Fig. 2 visas att kammaren 14 sträcker sig runt rörkroppens 10 bakre och centrala partier. Den bildas av nämnda bakre ändvägg 13, en främre, ringformad ändvägg 17 och en cylindrisk mantel 18. Den främre ändväggen 17 är förenad med både den cylindriska manteln 18 och rörkroppen 10 genom svetsning.

Tillsammans bildar den bakre väggen 13, den fiärnre väggen 17 och den cylind- riska manteln 18 ett hus, som i sig inrymmer den runtomgående kammaren 14.

En anslutningsstuts till kammaren 14 är beteclcnad 19. Ångledningen 4 är via ett flänsförband, allmänt betecknad 21, anslutet till stutsen 19 och därmed till kammaren 14. \\kppksd-c1l l0\patent\patans\9832se.doc 20 30 512 192 I det föreliggande exemplet har rörkroppen 10 en inre diameter på exempelvis 100 mm. I området för kammarens 14 bakre del uppvisar rörkroppen 10 slitsar 28 som sträcker sig genom rörkroppens 10 vägg och som är jämt fördelade i omkretsled runt rörkroppen 10. I det beskrivna exemplet har varje slits en längsutsträclming av ca 10-50 mm och en bredd av ca 4- 12 mm. Avståndet mellan varje slits är ca 5 mm. Vidare är slitsama snedplacerade, så att de bildar en spetsig vinkel med massaflödesriktningen på ca 30°.

En hylsfomrad skärm 32 anligger med god passning mot rörkroppen 10. Skärmen 32 är förskjutbar från ett fiämre läge, där hela ytan på varje slits 28 är exponerad och bildar fri passage mellan kammaren 14 och rörlcroppens 10 inre, till ett bakre läge, såsom visas i F i. 2, i vilket slitsarna 28 är tillslutna av skärmen 32. Skärmen 32 är emellertid inställbar även í lägen mellan det helt främre läget och det helt bakre läget för exponering av en önskad yta på varje slits 28.

För att åstadkomma skärmens 32 rörelser fmns ett rörelseorgan, lämpligen en pneumatisk cylinder 34 på apparatens l utsida. Cylindem 34 har en kolvstång 35.

Denna är via ett ok 36 förbundet med två stänger 37, vilka sträcker sig genom ändväggen 17 in í kammaren 14, där de är förenade med skärmen 32, såsom indikeras i F ig. 2. I genomföringarna genom ändväggen 17 är tätningsringar 38 anordnade i spår, vilka tätningsringar tätande anligger mot stängema 37.

Rörelserna hos kolven iden pneumatiska cylindern 34 och dess positionering i cylindern regleras lämpligen på det vis som beskrivs i vår ansökan 9703 732-9, dvs i beroende av den temperatur som uppmäts i ledningen 2 nedströms om apparaten 1, varvid mätvärdet fónnedlas till en IP-omvandlare för att på känt sätt styra kolvens och kolvstångens 35 positionering för reglering av mängden inblandad ånga, så att temperaturen hålls vid inställt börvärde. Normalt används mellantrycksånga, som håller ett tryck på ca 12 bar. Man kan dock även tänka sig att använda högtrycksånga på 17 å 18 bar och i vissa fall även lågtrycksånga. Det väsentliga är att det fmns en tryckskillnad på minst 0,5 bar mellan trycket i kammaren 14 och i rörledningen 2 och därmed även i rörkroppen 10. Denna tryckskillnad i kombination med positioneringen av skärmen 32 i beroende av önskat ångflöde gör att ångan med mycket hög hastighet strömmar genom hålen Ncppksd-cll 10\patcnt\patans\9832se.doc 10 15 20 25 30 512 192 6 28, vilket säkerställer att ångan penetrerar långt in i massasuspensionen som strömmar genom genomloppskanalen 9 i rörkroppen 10, så att en effektiv inblandning av ångan imassan och därmed en god värmeövertöring, respektive i förekommande fall god inblandning av andra gaser eller vätskor åstadkommes. Ångan har en hastighet på över 100 m/ s och normalt upp mot eller över 200 m/s.

Oavsett skärmens 32 position injiceras alltså ångan i massan med en hastighet som är optimalt hög vid den tryckdifferens som finns mellan det tillgängliga ångtrycket och trycket i genomloppskanalen 9.

Vidare visas att efterföljande rörledning 2b har en väsentligt större diameter än inkommande rörledning 2a. Areaökningen i förhållande till genomloppskanalen 9 bör vara åtminstone ca 50 %. Av Fig. 2 framgår att areaökningen med fördel kan vara ca 400 %. (Notera att Fig. 2 visar apparaten sedd i en vy från sidan men från annat håll än Fig. 1, dvs bakifrån.) Enligt Fig. 2 visas således att den efterföljande rörledningen 2b har en diameter som är ungefär dubbelt så stor som diametern inuti genomloppskanalen 9. I det visade exemplet innebär detta således att genomloppsledningens diameter är 100 mm och att efierföljande rörledning har en diameter på 200 mrn.

Av Fig. 2 *framgår även att hålen/ slitsarna 28 är positionerade nära bakre kanten av genornloppskanalen 9. I syfte att eliminera behov av mycket gods mellan inre kanten av flänsen 13 och rörkroppen 10 fmns med rörkroppens bakre ände anordnat ett ringforrnigt anslutningsstycke 7, som på tätande vis anordnas vid både rörkroppen 10 och flänsen 13, lärnpligen medelst svetsning. I Fig. 2 visas att avståndet från framkant av slitsama 28 till bakre kant av genomloppskanalen 9 understiger diametem, dvs understiger 100 mm. Tack vare den plötsliga areaökningen direkt efter genomloppskanalen 9 skapas en turbulens som medför en extra omblandning av den tillförda ångan, varigenom säkerställes att en god och jämn fördelning av den tillförda värmen erhålles i massan i den efterföljande rörledningen 2b.

Den plötsliga areaökningen sker företrädesvis i ett enda steg, såsom visas i figur 2. Eventuellt kan en viss successiv areaökning ske, men det väsentliga är att Ntppksd-cll 10\palent\patans\9832se.doc 20 25 30 512 192 areaökningen sker inom en sträcka som väl understiger diametern på röret 10.

Den plötsliga areaökningen skapar en retardationszon för massaflödet, i vilken zon ångan hinner att fördela sig i massan, samt med den skapade turbulensen erhåller god inblandning.

Den ånga som tillföres massan tränger ner i massan i form av smala strålar med hög hastighet, vilka strålar avlänkas av massaflödet. Genom den plötsliga areaökningen reduceras sannolikheten att ånga når väggen i kanalen 2B, vilket annars resulterar i snabb nedkylning och implusioner, vilka irnplusioner orsakar buller.

Kombinationen av att hålen 28 är anordnade nära genomloppskanalens 9 bakkant (7), samt att areaökningen sker i ett enda steg om minst 50 % av genomloppskanalens area, förhindras uppkomsten av buller, orsakad av mot kanalväggen imploderande ånga, på ett effektivt sätt.

Samtidigt erhålles en god och jämn inblandning av ångan i massaflödet.

I F ig. 1 visas att den efterföljande rörledningen 2b är en separat enhet i förhållande till apparaten 1 och således utgör rörledningen fram till nästa apparat i linjen. Det inses dock att denna turbulenszon kan utgöras av en egen begränsad rörsektion eller en med apparaten integrerad enhet, vilken med fördel kan anpassas, så att den kan anslutas till önskad efterföljande rörledning, vilken vanligen kanske har samma diameter som ingående rörledning Za.

Det skall inses att uppfinningen kan varieras inom den ram som definieras av de efterföljande patentlcraven. Det har redan nämnts att de fluida som skall sarnmanblandas kan utgöras av andra fluida än ånga och en massasuspension, varvid det i allmänhet är andra storheter än temperaturen som skall regleras genom reglering av ínblandningsförhållandet av det första fluidet i det andra fluidet. Exempelvis kan avses inblandning av kemikalier i massaflöden. Vidare kan självfallet många andra organ än en pneurnatisk kolvcylinder användas för förflyttning av skärmen 32, såsom exempelvis en hydraulisk kolvcylinder eller en elmotor samverkande med ett ställdon, etc. Vidare kan andra rörelsemönster än “lcppksd-cll l0\patent\patans\9832sc.doc 10 512 192 f* rent axiella, t.ex. skruvlinjeforrniga, tänkas för skärrnens 32 förflytming. En ytterligare modifikation gäller apparatens 1 orientering. I det visade exemplet strömmar det andra mediet, massasuspensionen, med hänvisning till Fig 1 och F íg 3, från höger till vänster. Apparaten l kan emellertid istället vändas helt om, så att skärmen 32 i sitt helt öppnade läge kommer att orienteras uppströms om hålen 31 och 28a-g. Om skärmen 32 från sitt helt öppnade läge i detta fall förs till ett läge där någon serie hål täcks endast delvis, så att strömmen av det första fluidet genom hålen i denna serie hål stryps, vilket skulle kunna resultera i att fluidet genom dessa hål fmge ett mindre penetreringsdjup i det andra fluidet, så elimineras denna effekt av flödet i de följande, nedströms orienterade hålen.

Fackmannen inser även att det rörforrniga elementet resp. ledningar kan ha annat tvärsnitt än ovan visade rent cirkulärcylindriska, exempelvis rektangulärt. Vidare inses att det är möjligt att använda mer än en anslutning för tillförsel av fluiden.

Dessutom inses att istället för slitsar, som visas ovan, kan cirkulära hål användas.

Likväl inses att slitsamas orientering kan ändras till annat än den i F ig. 2 visade.

Därutöver inses att mer än en rad av slitsar kan anordnas.

Ncppksd-cl l l0\patent\patans\9832se.doc

Claims (13)

20 25 30 512 192 PATENTKRAV

1. Apparat för att införa ett första fluidum i ett andra fluidurn som strömmar i en rörledning (2A,2B), vilken apparat omfattar ett rörforrnigt element ( 10) med en genomloppskanal (9) för nämnda andra fluidum med väsentligen konstant tvärsnittsarea, en eller flera kammare (14) som sträcker sig omlqing åtminstone huvuddelen av genomloppskanalens omkrets utmed åtminstone ett parti av dennas längsgående sträckning, en anslutning ( 19) för tillförsel av det forsta fluidet till närrmda kammare fiån en tryckkälla, varvid en serie genomgående hål (28) är anordnade i nämnda rörformiga element (10) i området för nämnda en eller flera kammare (14), genom vilka hål det forsta fluidet kan inledas i det andra fluidet som strömmar genom nämnda genomloppskanal (9) under inverkan av skillnaden mellan trycket i nänmda kammare och i nämnda genomloppskanal, k ä n n e t e c k n a d av att nedströms om nämnda genomloppskanal i direkt anslutning till denna finns anordnad en efterföljande sektion (2B) med en tvärsnittsyta som är väsentligt större än genomloppskanalens, så att en areaökning om minst 50 % erhålles i nära anslutning till införseln av det första mediet.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda areaökning lämpligen uppgår till 200-600 %, företrädesvis 400 %.

3. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att areaökningen sker i ett enda steg.

4. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att areaökningen sker inom en sträcka som understiger diametem på genomloppskanalen (9).

5. Apparat enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d av att areaökningen sker inom ett avstånd som understiger diametern på genomloppskanalen (9), räknat från de genomgående hålen (28) och sett i strömningsriktningen på den andra fluiden. l: palentansökningarß 8'-.9832se2. doc 10 25 10 512 192

6. Apparat enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda hål (28) utgörs av långsmala slitsar.

7. Apparat enligt lcrav 6, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda slitsar är sned- ställda.

8. Apparat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att en rörlig skärm (32) är anordnad på. utsidan av det rörforrniga elementet (10), vilken skärm (32) kan reglera hur stor del av slitsama som exponeras.

9. Apparat enligt laav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nänmda genomloppskanal (9) har ett cirkulärt tvärsnitt.

10. Apparat enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en väsentlig del av nämnda hål (28) fmns placerade kring det rörformiga elementet (10) inom ett avstånd från det rörformiga elements bakre kant som understiger 200 mm och som företrädesvis understiger 100 mm.

11. ll. Apparat enligt lcrav 9, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda efterföljande rörsektion (2B) utgör en med apparaten integrerad del.

12. Apparat enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda anslutande rör- sektion (2B) utgör en separat del.

13. l3. Apparat enligt krav 9. k än n e t e c k n a d av att närrmda anslutande rörsektion (2B) utgör en delsektion av den efterföljande rörledningen med sarnrna dimension. l:Hpatcntansökningar'~98\9832se2. doc