DE2608425B2

DE2608425B2 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen verteilen und einmischen von gas und/oder fluessigkeit in zellstoff-fasersuspensionen hoher konzentration

Info

Publication number: DE2608425B2
Application number: DE19762608425
Authority: DE
Inventors: Johan Christoffer Fredrik Carl Nizza Richter (Frankreich)
Original assignee: Kamyr AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-01
Publication date: 1978-01-05
Also published as: SE7502870L; JPS565875B2; FI62868B; CA1043147A; FI62868C; FR2333083B1; DE2608425C3; NO146334B; BR7601502A; US4093506A; JPS51114769A; SE389351B; FR2333083A1; NO146334C; NO760772L; FI760444A; DE2608425A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verteilen und Einmischen in Verbindung mit der Behandlung von Zellstoff-Fasern, wobei der Vorrichtung eine Zellstoff-Fasersuspension verhältnismäßig hoher Konzentration, vorzugsweise über 5%, zugeführt und mit einem oder mehreren für die Behandlung erforderlichen Medien gemischt werden muß.

Ziel der Erfindung ist es, eine solche Verteilung und Einmischung so wirksam wie möglich durchzuführen, d. h., daß das Medium oder die Medien in erster Linie so gleichmäßig wie möglich in der Fasersuspension verteilt werden und daß in zweiter Linie die Gleichförmigkeit sichergestellt wird durch ein Mischen der Zellstoff-Fasersuspension, so daß auch eine verhältnismäßig geringe Menge eines Behandlungsmediums gleichmäßig verteilt wird, und zwar in und um jedes einzelne Teilchen oder jede Faser der Zellstoff-Fasersuspension herum.

Die Gleichförmigkeit einer solchen Verteilung und Mischung ist von zahlreichen Faktoren abhängig, wie z. B. der Zellstoffkonzentration in bezug zur Flüssigkeitsmenge oder Gasmenge, die zuzusetzen ist, der Löslichkeit der zugesetzten Flüssigkeit oder des zugesetzten Gases in der Suspensionsflüssigkeit und der Reaktionsgeschwindigkeit der zugesetzten Medien mit den Teilchen der Zellstoff-Fasersuspension. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß es um so schwieriger ist, Behandlungsmedien so einzumischen, daß sie in der Suspension gleichmäßig verteilt sind, je höher die Konzentration der Zellstoffe oder Fasern in der Zellstoff-Fasersuspension ist, mit anderen Worten, je weniger Flüssigkeit in der Suspension vorhanden ist. Im allgemeinen kann auch gesagt werden, daß es um so wichtiger ist, daß die Medien so schnell und gleichmäßig wie es überhaupt möglich ist verteilt und eingemischt werden, je schneller die zugesetzten Medien mit den Zellstoff-Fasern reagieren. Ein solcher Fall tritt z. B. auf während der Behandlung von Zellstoff mit Chlor in Verbindung mit einem Bleichvorgang des Zellstoffes. Chlor hat eine besonders schnelle Anfangsreaktion mit Zellstoff, und um den Zellstoff nicht mit einer nicht erwünschten Flüssigkeitsmenge zu verdünnen, wird Chlor meistens als Gas zugesetzt, das in einer verhältnismäßig geringen Flüssigkeitsmenge verteilt ist, was aber wiederum bedeutet, daß leicht Probleme auftreten können, disse verhältnismäßig geringe Menge zu verteilen und einzumischen. Ziel der Erfindung ist es, dieses Problem zu lösen und auch die Probleme zu lösen, die auftreten, wenn die Zellstoff-Fasersuspension eine verhältnismäßig hohe Konzentration an Fasern, vorzugsweise über 5%, beispielsweise etwa 8 bis 12% oder

um 10%, aufweist.

In der Zellstoffindustrie ist bisher zum Bieichen von Zellstoff-Fasern die Behandlung mit Chlor vorzugsweise bei einer Konzentration von 3 bis 4% durchgeführt worden, und zwar aufgrund mechanischer Schwierigkeiten beim Einmischen und Verteilen, allerdings unter Außerachtlassung der Gasphasen-Chlorierung, in welchem Falle die Konzentration im Bereich von 20 bis 50% liegen kann. Da in anderen Behandlungsstufen industrieller Bleichanlagen die Zellstoffkonzentration normalerweise bei etwa 10% gehalten wird, ist es erwünscht, die Behandlung mit Chlor auch mit dieser gleichen Konzentration durchführen zu können, so daß man in der Bleichanlage eine gleichförmige Ausrüstung verwenden kann. Dies hat besondere Bedeutung für die Waschvorrichtung, die zwischen den Behandlungsstufen verwendet wird. Da die Behandlung mit Chlor meistens zu Beginn der Bleichanlage stattfindet und der Zellstoff infolgedessen auf etwa 10% Konzentration eingedickt werden muß, bevor der Zellstoff in die nächste Behandlungsstufe eintritt, können Einsparungen und Vereinfachungen erreicht werden, wenn diese erste Chlorbehandlung auch bei der gleichen hohen Konzentration stattfinden kann.

Die obigen Probleme werden durch die Erfindung gelöst, die sich neben einem Verfahren auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bezieht. Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Patentansprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläuten. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in F i g. 1 und

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei Vorrichtungen miteinander gekoppelt sind.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem konzentrischen Gehäuse 1, in welchem ein Rotor 2 mit -to Hilfe eines nicht dargestellten Motors gedreht werden kann. Das Gehäuse 1 besteht aus einem zylindrischen Teil 3, einem konischen Vorderteil 4 und einem konischen rückwärtigen Teil 5. Der Rotor 2 besteht aus einer Nabe 6, die an einer Welle 7 befestigt ist. An der Nabe sind mit Hilfe mehrerer Arme 8 Transportblätter oder Transportflügel 9 befestigt. Die Welle ist in einem Lagergehäuse 10 gelagert, und sie ist mittels einer geeigneten mechanischen Dichtung oder einer Stopfbüchse 11 nach außen abgedichtet. Das Lagergehäuse 10 ist am Gehäuse mittels Tragstangen 12 befestigt.

In Fig.2 ist ein Verbindungsstück 20 dargestellt, durch welches Zellstoff-Fasersuspension in die Vorrichtung einfließt. Ferner ist ein Verbindungsstück 21 für den Zusatz von Chemikalien vorgesehen. Beide Verbindungsstücke 20 und 21 sind in dem zylindrischen Teil 3 des Gehäuses angeordnet. Sie können tangential angeordnet werden, wie es bei dem Verbindungsstück 20 der Fall ist. In bezug auf die Richtung der Verbindung 20 weist der Rotor eine Drehrichtung auf, wie sie durch bo den Pfeil 22 angedeutet ist. Nach der Behandlung in der Vorrichtung fließt die Zellstoff-Fasersuspension durch die Öffnung 13 im konischen Vorderteil 4 aus.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: es wird Zellstoff-Fasersus- h. pension mit einer bestimmten Konzentration, z. B. 10 bis 12%, der Vorrichtung in kontinuierlichem Strom durch die Verbindung 20 zugeführt. Der Rotor dreht sich mit einer bestimmten, geeigneten Umdrehungsgeschwindigkeit und bewirkt auch eine intensive Rotation der eintretenden Zellstoff-Fasern. Das Gehäuse 1 wird ständig mit Zellstoff-Fasern gefüllt, die später die Vorrichtung durch den Auslaß 13 wieder verlassen. Dit Rotorflügel 9 sind so ausgebildet, daß die eintretenden Zellstoff-Fasern bereits beim Eintritt in den inneren Teil der Vorrichtung innerhalb des zylindrischen Teils 3 in Rotation versetzt wird, gegen welche die eintretenden Fasern aufgrund der Zentrifugalkraft gezogen werden. Ein flüssiges oder gasförmiges Behandlungsmedium, z. B. in einer verhältnismäßig geringen Flüssigkeitsmenge verteiltes Chlorgas, wird durch die Verbindung 21 zugesetzt. Diese zugesetzte Flüssigkeitsmenge, die in dem zylindrischen Teil 3 am Umfang zugesetzt wird, wird als Schicht oben auf den unmittelbar vorher zugeführten Zellstoff-Fasern verteilt, welche als Schicht an der zylindrischen Fläche rotieren. Wenn die Faserschicht mit der zugesetzten Chemikalienschicht sich um den inneren Teil des Gehäuses gedreht hat und wieder zurück zu dem Einlaß 20 gelangt, wird eine weitere Faserschicht auf die Außenseite der ersten aufgebracht, und es wird eine neue Schicht aus Chemikalien auf der Außenseite der letztgenannten Schicht aufgebracht. Auf diese Weise werden wiederholt Schichten aufgebaut, die sich nach einwärts und nach auswärts gegen den Auslaß 13 bewegen, und zwar aufgrund der doppelt konischen Form des Gehäuses. Wenn es erwünscht ist, die Chemikalien zu verteilen oder mehrere Chemikalien zuzusetzen, können mehrere Verbindungen 21 nacheinander auf dem zylindrischen Teil 3 angeordnet werden.

Bei praktischen Versuchen hat es sich gezeigt, daß die Zellstoff-Fasern während der Bewegung innerhalb des Gehäuses von dem zylindrischen Teil nach auswärts durch den konischen Teil in Richtung auf den Auslaß einem intensiven Mischvorgang unterworfen werden, was im wesentlichen der Kontraktion zugeschrieben werden kann, die in dem konisch zusammenlaufenden Raum stattfindet, und zwar zur gleichen Zeit, während die Reibung an den Gehäuseinnenwänden die Rotation verringert, während die Rotation in den Innenteilen des Raumes andauert, da hier ein intensiver Wirbelstrom mit nach einwärts größer werdender Umdrehungsgeschwindigkeit aufgebaut wird. Aufgrund dieser Bedingungen treten zwischen den Faserschichten Verschiebungen auf, und es wird die erwünschte Mischung erreicht.

In Fig.3 sind zwei im wesentlichen identische Vorrichtungen miteinander gekoppelt, und zwar in besonderer Weise, die sich während praktischer Versuche als vorteilhaft erwiesen hat. Die Vorrichtungen sind miteinander mit Hilfe der beiden Einlasse gekoppelt, d. h., daß der Einlaß 32 und der Auslaß 33 der ersten Vorrichtung 30 umgekehrte Funktionen haben, da die Zellstoff-Fasern dem konischen Teil der Vorrichtung zugesetzt werden und diese Vorrichtung durch einen tangentialen Auslaß verlassen, welcher mit dem normalen tangentialen Eingang der anderen Vorrichtung verbunden ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Einrichtungen in einer mehr üblichen Weise in Reihe zu schalten, indem der Zellstoffbrei in dem tangentialen Einlaß der ersten Vorrichtung eingepumpt wird und diese Vorrichtung durch den konischen Teil verläßt, der dann mit dem tangentialen Einlaß der nächsten Vorrichtung verbunden ist, wobei die Fasern dann die Vorrichtung durch den konischen Auslaß verlassen. Je nach Anzahl der erwünschten

chemischen Behandlungen können natürlich mehrere Vorrichtungen in der ersten oder in der letztgenannten Weise miteinander verbunden werden. Eine Behandlung, die während der letzten Jahre üblich geworden ist, ist die Folge-Chlorierung, womit gemeint ist, daß ein Chlor enthaltendes Medium, z. B. Chlordioxid, mit bestimmter Menge den Fasern zugefügt wird, und zwar vor der eigentlichen Chlorierung. Ein solcher Vorgang kann in sehr wirksamer Weise angewendet werden, wenn zwei Vorrichtungen miteinander gekoppelt sind, wie es in Fig.3 gezeigt ist. Dann kann z.B. Chlordioxidlösung in den Einlaß 31 am zylindrischen Teil der ersten Vorrichtung 30 eingepumpt werden. Die Lösung kann sogar früher in den Zellstoff-Faserstrom eingebracht werden, z. B. im konischen Teil hinter dem Einlaß. Die Chlorlösung oder in Flüssigkeit verteiltes Chlorgas wird der zweiten Vorrichtung durch die Verbindung 34 zugesetzt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich als sehr wirksam erwiesen, was überraschend ist, wenn man das verhältnismäßig geringe Volumen berücksichtigt. Es ist wahrscheinlich, daß die überraschend gute Verteilung und die guten Mischresultate in starkem Maße davon abhängen, daß der Fasersuspension eine verhältnismäßig starke Rotation erteilt wird mit einer linearen Umfangsgeschwindigkeit, die bei der Geschwindigkeit liegt oder nahe bei der Geschwindigkeit liegt, bei welcher die Fasersuspension verflüssigt wird und dadurch ihren visko-elastischen Zustand verläßt. Diese Geschwindigkeit ändert sich mit der Art der Zellstoff-Fasern, der Suspensionsflüssigkeit und höchstwahrscheinlich auch mit dem Gehalt an Gasblasen in der Fasersuspension.

Eine sehr aktuelle Anwendung der Erfindung ist die Verwendung des Prinzips in Verbindung mit einer Sauerstoff-Delignifikation von Zellstoff-Fasern, wodurch eine oder mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen für das Einmischen der nötigen Sauerstoffmenge in die Zellstoff-Fasern verwendet werden können. Da aber Sauerstoff eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser hat, kann die Zelistoff-Fasersuspension zweckmäßigerweise nach der Verteilung und nach dem Einmischen in die Fasern einem Verweilturm oder einem Reaktor zugesetzt werden. Die Erfindung kann auch sehr gut unter überatmosphärischem Druck angewendet werden, wie es z. B. bei einer O₂-Delignifikation der Fall sein sollte.

Eine weitere Anwendung der Erfindung kann sich in Verbindung mit dem Zusatz von chemischen Lösungen zu den Zellstoff-Fasern ergeben, wenn die Chemikalien aufgrund der niedrigen Löslichkeit in großen Flüssigkeitsmengen aufgelöst sind und den Zellstoff-Fasern hoher Konzentration, z. B. 40%, zugesetzt werden sollen und dann während gleichzeitiger Verdünnung der Suspension auf z. B. etwa 10% verteilt und eingemischt werden sollen. Da eine so hoch konzentrierte Suspension normalerweise nicht gepumpt werden kann, kann die Vorrichtung möglicherweise mit einem vertikalen Einlaß versehen sein, in den die Suspension sozusagen hineinfallen kann. Ansonsten ist die Vorrichtung unabhängig davon, ob sie mit horizontaler oder

ίο vertikaler Achse angeordnet ist

Die Erfindung kann ferner durch folgendes praktisches Beispiel erläutert werden, bei welchem zwei Vorrichtungen miteinander gekoppelt worden sind, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Während der Versuche bestand die Zelistoff-Fasersuspension aus normalen Birken-Sulfat-Fasern, und es lag die Fasermenge, die den Vorrichtungen zugesetzt wurde, zwischen 50 und 80 Tonnen in 24 Stunden. Während der Versuche wurde Chlordioxydlösung der ersten Vorrichtung zugesetzt, während der anderen Vorrichtung verteiltes Chlorgas zugesetzt wurde, und zwar entsprechend einem Gesamtchlorverbauch von 3,6 Gew.-% in bezug auf die Zellstoff-Fasern. Die Konzentration der Zellstoff-Fasern lag zwischen 8 und 12%, sowie er aus der Koch- und Waschabteilung ankern. Die Zelistoff-Fasersuspension wurde in die Vorrichtungen mit Hilfe einer Pumpe für hohe Dichte gepumpt, und nach einer Chlorbehandlung wanderte die Zellstoff-Fasersuspension zum Boden eines 10 m hohen Bleichturmes mit eingebauten kontinuierlichen Waschvorriditungen der Defuser-Art Die Rotoren der Vorrichtungen wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 Umdrehungen/Minute angetrieben, was bei der gegebenen Gerätegröße mit einem größten Innendurchmesser von 800 mm einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 10 m/s in dem zylindrischen Teil entspricht. Der Leistungsverbrauch betrug 8 kWh/t Zellstoff-Fasern. Die Temperatur der Zellstoff-Fasern betrug während der Versuche 40 bis 60° C, was eine ungewöhnlich hohe Temperatur für eine Chlorierung ist, da dieser Vorgang normalerweise bei Raumtemperatur stattfindet Die höhere Temperatur ist aber ein Ergebnis des geschlossenen Systems, und sie beeinflußt natürlich die Reaktionsgeschwindigkeit der Chemikalien mit den Zellstoff-Fasern. Dies wurde bestätigt durch Teststücke, welche zeigten, daß nahezu alles Chlor während des Durchganges durch die Vorrichtungen verbraucht wurde bei einer Abnahme der Kappazahl von 18 auf 4. Teststücke haben gezeigt daß die Festigkeitseigenschaften der Zellstoff-Fasern

so extrem gut waren und daß die Abnahme der Viskosität innerhalb normaler Werte lag.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Verteilen und Einmischen von Gas und/oder Flüssigkeit in ^r> Zellstoff-Fasersuspensionen hoher Konzentration, vorzugsweise oberhalb 5%, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellstoffbrei kontinuierlich einer Vorrichtung, in welcher der Zellstoffbrei innerhalb einer begrenzten konzentrischen Fläche in eine schnelle kreisförmige Bewegung versetzt wird, so zugeführt wird, und wobei durch die Fläche das Behandlungsmedium oder die Behandlungsmedien kontinuierlich in Umfangsrichtung dem Zellstoffbrei in solcher Weise zugesetzt werden, daß das Medium '5 oder die Medien in einer vorwiegend gleichförmigen Schicht über den der Fläche zunächstliegenden bewegten Zellstoffbrei verteilt wird und daß danach dei Zellstoffbrei mit dem Medium oder den Medien dadurch gemischt wird, daß die kreisförmige Bewegung des Breies in eine Wirbelbewegung umgewandelt wird, deren Durchmesser in Richtung auf den Auslaß, durch den Brei mit im wesentlichen beendeter Wirbelbewegung aus der Vorrichtung ausgetragen wird, abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmedium oder die Behandlungsmedien Chlor enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Behar.dlungsmedien Chlordioxyd und Chlor eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zellstoffbrei Chlordioxyd und Chlor durch getrennte Einlasse zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Einlasse in getrennten Verteilungs- und Mischvorrichtungen angeordnet sind.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, im wesentlichen bestehend aus einem geschlossenen Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß für den Zellstoffbrei sowie einem Einlaß für Chemikalien, wobei in dem Gehäuse ein Rotor mit Transportblättern drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen konzentrischen Innenraum mit einem zylindrischen Teil (3) aufweist, in welchem sich die Rotorflügel (9) bewegen, daß der zylindrische Teil (3) in einer Richtung in einen konischen (4) übergeht, der in einem konzentrischen so Zellstoffbreiauslaß (13) endet, daß der zylindrische Teil (3) in der anderen Richiung in eine Wand, vorzugsweise eine in den Raum hineinweisende konische Wand (5), übergeht, durch deren Mittelteil die mit einer Dichtung (11) versehene Rotorwelle (7) hindurchverläuft, und daß sowohl der Zellstoffbreieinlaß (20) als auch der Chemikalieneinlaß (21) am zylindrischen Teil angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellstoffbreieinlaß (20) tangential fao am zylindrischen Teil (3) angeordnet ist und daß — in Rotationsrichtung gesehen — wenigstens ein Chemikalieneinlaß (21) dicht hinter dem Zellstoffbreieinlaß (20) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch μ gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Vorrichtungen der Zellstoffbrei (20) einer Vorrichtung unmittelbar oder über ein kurzes Verbindungsstück mit dem Zellstoffbreieinlaß (32) der zweiten Vorrichtung (30) verbunden ist, wobei die Funktionen von Einlaß (32) und Auslaß (33) dieser zweiten Vorrichtung (30) vertauscht sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Vorrichtungen jeweils getrennte Chemikalieneinläsie (31, 34) aufweisen und daß — in Richtung des Breiflusses gesehen — der erste Einlaß (31) für Chlordioxydlösung und der zweite Einlaß (34) für Chlorlösung, Chlorgas oder dispergiertes Chlorgas vorgesehen ist.