DE2608425C3 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verteilen und Einmischen von Gas und/oder Flüssigkeit in Zellstoff-Fasersuspensionen hoher Konzentration - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verteilen und Einmischen von Gas und/oder Flüssigkeit in Zellstoff-Fasersuspensionen hoher KonzentrationInfo
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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, diese 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 Bleichen von
Zellstoff-Fasern die Behandlung mit Chlor vorzugsweise bei einer Konzentration von 3 bis 4% durchgeführt
worden, und zwar aufgrund mechanischer Schwierigkei- s
ten 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 Zellstoffkonzeutration to
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 is
Waschvotrichtung, 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 Zeilstoff 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 erläutert In
der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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 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-Fasersmspension in die Vorrichtung einfließt Ferner ist ein Verbindungsstück 21 für
den Zusatz von Chemikalien vorgesehea 3eide 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 eo
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 Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: es wird Zellstoff-Fasersuspension
mit einer bestimmten Konzentration, ζ. Β. 10 bis 12%, der Vorrichtung in kontinuierlichem Strom durch
die Verbindung 20 zugeführt Der Rotor dreht sich mit einer bestimmten, geeigneten Umdrshungsgeschwindigkeit
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. Die
Rotorflügel 9 sind so ausgebildet, daß die eintretenden Zellstoft-Fasern bereits beim Eintritt in den inneren Teil
der Vorrichtung innerhalb des zylindrischen Teils 3 in RoUtion 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 EinlaB 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 Chiorgas 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 Zellstoff-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 CVDelignifikation 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 s 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
s ο 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
ι s die Zellstoff-Fasersuspension aus normalen Birken-Sulfat-Fasern,
und es lag die Fasermenge, die den Vorrichtungen zugesetzt wurde, zwischen SG 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 ankam. Die Zellstoff-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 Waschvorrichtungen 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 Teststucke, 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 extrem gut waren und daß die Abnahme der Viskosität
innerhalb normaler Werte lag.
Claims (9)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Verteilen und Einmischen von Gas und/oder Flüssigkeit in
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 ι
oder die Medien in einer vorwiegend gleichförmigen Schicht über den der Fläche zunächstliegenden
bewegten Zellstoffbrei verteilt wird und daß danach der ZeKstoffbrei 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 2s
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmedium oder die
Behandlungsmedien Chlor enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß als Behandlungsmedien 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
Zellstoffbreiauslaß (13) endet daß der zylindrische Teil (3) in der anderen Richtung 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
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 Chemikalieneinlässe (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
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