ES2314537T3 - Procedimiento y dispositivo para mezclar suspensiones. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para mezclar suspensiones de diferente composición en la preparación de pasta antes de una máquina de fabricación de papel o de cartón, en el que se mezcla un líquido de dilución acuoso (2) con una suspensión de pasta fibrosa más espesa (1) y en el que se realiza el proceso de mezclado en un dispositivo mezclador cerrado (4) sin componentes mecánicamente accionados que fomenten el proceso de mezclado, y se emplea como dispositivo mezclador (4) un tubo mezclador con al menos dos entradas y al menos una salida, caracterizado porque la suspensión de pasta fibrosa más espesa (1) se presenta como rechazo (12) en el sitio de preparación de la pasta y se alimenta con una velocidad de flujo más pequeña que la del líquido de dilución acuoso (2), y porque se conduce la suspensión formada en el dispositivo mezclador (4), sin una bomba, al siguiente dispositivo de tratamiento.
Description
Procedimiento y dispositivo para mezclar
suspensiones.
La invención concierne a un procedimiento según
el preámbulo de la reivindicación 1 y a un dispositivo mezclador
según el preámbulo de la reivindicación 9.
Un procedimiento de esta clase se aplica
principalmente para reducir, en la preparación de pasta de una
fábrica papelera, la densidad de pasta de las suspensiones de pasta
fibrosa. Como es sabido, durante la realización de la mayoría de
los pasos del proceso de tales instalaciones se ajusta una
consistencia determinada de las suspensiones de pasta fibrosa
tratadas, lo que es ya conveniente por el solo motivo de que la
acción óptima de cada uno de los pasos del proceso se puede
conseguir casi siempre con solamente una consistencia definida. En
los casos en que deba producirse una disminución de la consistencia,
se añade un líquido de dilución, por ejemplo agua de retorno, a una
suspensión de pasta fibrosa más espesa. Esto se realiza usualmente
en tinas intermedias o con ayuda de bombas, en las que se reúnen
las porciones que han de mezclarse. En caso de que se empleen
tinas, se acepta que tengan que instalarse recipientes y bombas
adicionales que ocupan bastante espacio. La energía de presión
presente en el sistema cerrado se pierde a la entrada en la tina.
Cuando se emplean bombas mezcladoras, puede ser desventajoso que el
grado de entremezclado dependa del respectivo estado del proceso,
por ejemplo cuando tengan que ajustarse números de revoluciones
diferentes de la bomba a causa de caudales diferentes. Como
consecuencia de esto, el resultado de mezclado puede ser
heterogéneo. Es también evidente que cada bomba adicional tiene una
demanda de energía adicional.
Un procedimiento de dilución de esta clase
descrito en el documento DE-A1-41 25
513 utiliza un codo de tubo montado delante de la bomba mezcladora.
En este codo se reúnen una pasta diluida de pequeña consistencia y
una pasta espesa de mayor consistencia, siendo la velocidad de la
pasta espesa al menos tres veces mayor que la de la pasta
diluida.
Se conoce por el documento US 2002/0166645 A1 un
dispositivo mezclador para suspensiones fibrosas de papel,
especialmente para su empleo en la tubería de alimentación al punto
de acumulación de pasta. Este dispositivo está provisto de un tubo
interior para uno de los componentes y otro tubo exterior para otro
componente. El tubo interior termina dentro del tubo exterior, de
modo que se puede efectuar el mezclado aguas abajo. Éste es
favorecido por complicadas estructuras internas de forma
ondulada.
El documento DE 699 15 737 T2 describe un
procedimiento para la parte constante (approach flow = flujo de
aproximación), que sirve para mezclar varias suspensiones con
propiedades diferentes y en el que se emplea un tubo mezclador. En
este tubo mezclador se conduce como flujo principal una porción
grande del agua del tamiz de una máquina papelera. Para formar una
pasta fibrosa adecuada para el punto de acumulación de pasta de
esta máquina papelera se incorporan en el tubo mezclador otras
corrientes de suspensión. Éstas son, por ejemplo, la pasta fresca
que viene del sitio de preparación de pasta, es decir, una
suspensión de pasta fibrosa homogénea exenta de materias
perturbadoras. En esta publicación se recomienda que las
suspensiones adicionales agregadas al flujo principal sean añadidas
en una relación de velocidad que corresponda a un valor comprendido
entre 3 y 15. Por tanto, en este estado de la técnica se forman los
chorros propulsores con suspensiones de consistencia relativamente
alta.
La invención se basa en el problema de crear un
procedimiento de la clase citada al principio con el cual se logre
que se consiga una densidad de pasta homogénea en el proceso de
preparación de la pasta con independencia de las fluctuaciones de
producción y de cantidad. El procedimiento deberá trabajar de forma
segura incluso en el caso de rechazos que fomenten
obstrucciones.
Este problema se resuelve con las
características citadas en la reivindicación 1.
La reivindicación 9 describe un dispositivo
mezclador ventajoso para la puesta en práctica del
procedimiento.
Con ayuda del procedimiento según la invención
es posible realizar con funcionamiento seguro y de manera
especialmente rentable una dilución de la suspensión de pasta
fibrosa conducida en el sitio de preparación de pasta de una
fábrica papelera. El líquido de dilución aquí empleado puede estar
formado preferiblemente por agua de retorno que proviene, por
ejemplo, de espesadores dispuestos en el sitio de preparación de la
pasta o de la sección de tamiz de la máquina papelera. Tales aguas
de retorno pueden utilizarse de forma directa o bien pueden ser
sometidas previamente a una clarificación (despastado). Con el
procedimiento se mezclan los líquidos de modo que ni los órganos
agitadores o mezcladores movidos, por ejemplo accionados a rotación,
ni un rodete de bomba aumenten la acción de mezclado, con lo que la
energía de mezclado proviene, por tanto, de la energía de flujo de
los líquidos que se han de mezclar. De esta manera, no sólo se
reduce la inversión en aparatos, sino también la utilización de
energía para bombas o mezcladores.
El dispositivo mezclador empleado para la puesta
en práctica del procedimiento puede ser un mezclador hidráulico. En
el mezclador hidráulico se introduce el líquido de dilución en la
suspensión de pasta fibrosa más espesa mediante isocorriente,
corriente cruzada, contracorriente o una combinación de estas
variantes. Preferiblemente, hay que emplear una boquilla mediante
la cual se pueda generar una velocidad diferencia relativamente alta
entre el flujo principal en el dispositivo mezclador y el líquido
de dilución, por ejemplo en un intervalo comprendido entre 5 y 15
m/s. El líquido de dilución puede ser alimentado en la misma
dirección que el flujo principal, es decir, en un circuito para
isocorriente. Sin embargo, eventualmente es también conveniente
alimentar el líquido de dilución lateralmente (corriente cruzada) o
bien en contra de la dirección del flujo principal. Para conseguir
un mezclado suficiente es conveniente en general prever después del
sitio de reunión de los líquidos un trayecto de tubería recto cuya
longitud corresponda al menos al doble y preferiblemente al menos
al quíntuplo del diámetro interior del tubo. A causa de las materias
existente en el rechazo que fomentan las obstrucciones, la
seguridad de funcionamiento del dispositivo mezclador empleado es
especialmente alta cuando en su interior no se encuentran
estructuras internas de flujo adicionales, como las que son
conocidas, por ejemplo, por los mezcladores estáticos.
La invención y sus ventajas se explican con
ayuda de dibujos esquemáticos. Muestran en éstos:
La figura 1, un ejemplo de realización en una
instalación clasificadora multietapa de una fábrica papelera;
La figura 2, un dispositivo mezclador según la
invención (tubo mezclador);
Las figuras 3 y 4, sendas formas variadas del
dispositivo mezclador para el principio de isocorriente;
La figura 5, un ejemplo para el principio de
corriente transversal;
La figura 6, un ejemplo para el principio de
contracorriente; y
La figura 7, un ejemplo de realización de una
instalación depuradora multietapa de una fábrica papelera.
Una aplicación importante del procedimiento
según la invención es la dilución de corrientes de pasta en una
instalación clasificadora multietapa de una fábrica papelera. Este
caso se representa esquemáticamente en la figura 2. Un dispositivo
mezclador 4, aquí en forma de un tubo mezclador, conduce como
corriente principal una suspensión de pasta fibrosa 1 cuya
consistencia está situada, por ejemplo, en un intervalo comprendido
entre 2 y 6%. La suspensión de pasta fibrosa 1 está formada aquí por
el rechazo de un clasificador de presión 7 que sirve de manera en
sí conocida para segregar materias perturbadoras no deseadas de una
suspensión de pasta fibrosa con ayuda de un proceso en tamizado en
húmedo. El rechazo, es decir, la fracción enriquecida con materias
perturbadoras, forma la suspensión de pasta fibrosa 1 que deberá
diluirse en el dispositivo mezclador 4 y que se introduce en éste
como flujo principal. Se inyecta para ello en el dispositivo
mezclador 4 un líquido de dilución 2 (flecha con cabeza hueca) con
ayuda de un tubo de boquilla 5. Después de la reunión de los dos
líquidos se introduce aquí la suspensión de pasta fibrosa diluida 3
en un tramo de tubo cilíndrico recto 6, cuya longitud L corresponde
aquí al séxtuplo de su diámetro. La suspensión de pasta fibrosa
diluida 3 llega después directamente, es decir, sin una bomba
adicional, al clasificador de presión 8. Este es un aparato cerrado
cuya presión interior se diferencia de la presión ambiente. En
general, está sometido a una sobrepresión de al menos 1 bar.
Una bomba de pasta 9 sirve para bombear
sucesivamente la suspensión de pasta fibrosa a través de ambos
clasificadores de presión 7 y 8 y el dispositivo mezclador 4
situado entre ellos. Se sobrentiende que el líquido de dilución 2
es añadido también con una sobrepresión al dispositivo mezclador 4,
para lo cual puede emplearse una bomba que aquí no se muestra. Los
dos clasificadores de presión 7 y 8 forman cada uno de ellos una
pasta buena 10 y 11, respectivamente, que deberá emplearse para la
producción de papel en la máquina papelera, no representada. El
rechazo 12 del segundo clasificador de presión 8 puede ser conducido
a un sistema de rechazo o, análogamente al circuito aquí mostrado,
puede ser alimentado a otra etapa clasificadora.
En la figura 2 se representa un ejemplo de la
configuración del dispositivo mezclador según la invención. Este
dispositivo mezclador se denomina usualmente también tubo mezclador,
ya que el trayecto de mezclado que sigue al punto de reunión de los
líquidos está situado en un tramo de tubo. Se aprecia en esta
representación que la suspensión de pasta fibrosa más espesa 1 es
introducida en un tramo de tubo cilíndrico recto 6 a través de un
codo de tubo 13 de 90º. El codo de tubo 13 lleva conectado un tubo
de boquilla 5 que está dispuesto concéntricamente con el tramo de
tubo cilíndrico 6. Sin embargo, es imaginable también una posición
excéntrica. La boca 14 del tubo de boquilla 5 está situada dentro
del codo de tubo 13 y retranqueada en la medida 15, de modo que
dicha boca no penetra en el centro de la corriente de pasta. Debido
a este retranqueado se impiden perturbaciones del flujo principal
en muy amplio grado. Asimismo, el líquido de dilución añadido 2 se
distribuye mejor por toda la sección transversal de flujo en el
codo de tubo 13. Sin embargo, en casos especiales es imaginable
también llevar la boca 14 hasta el centro del flujo principal.
Como muestra la figura 3, el tubo de boquilla 5
puede estar conectado también de modo que quede enrasado con el
interior del dispositivo mezclador. Está dividido por bridas y
contiene en el interior un inserto de boquilla 16. Según la figura
4, el inserto de boquilla 16' ha sido llevado hasta la boca 14 y
queda enrasado allí con el contorno interior del dispositivo
mezclador 4. Se muestra aquí a título de ejemplo una introducción
excéntrica del tubo de boquilla 5 (excentricidad E).
Las secciones transversales del tubo de boquilla
5 y del tramo de tubo cilíndrico 6 están acomodadas una a otra de
modo que durante el funcionamiento previsto del dispositivo
mezclador se ajuste una neta diferencia de velocidad entre el
líquido de dilución y la suspensión de pasta fibrosa que se ha de
diluir. Es imaginable también que, en lugar de las boquillas
mostradas (secciones transversales reducidas), se trabaje
continuamente con tuberías más delgadas para el líquido de
dilución. Sin embargo, esto aumentaría la pérdida de presión y, por
tanto, el consumo de energía.
El mezclado hidráulico para la puesta en
práctica del procedimiento según la invención puede generarse
también por medio de flujos transversales (figura 5) o contraflujos
(figura 6). En este caso, se han de acomodar entre ellos el coste
de la energía y la acción de mezclado.
Complementando a la figura 1, que representa la
aplicación de la invención en una instalación clasificadora
multietapa, se muestra en la figura 7 una posibilidad adicional,
concretamente en una instalación depuradora multietapa. También
aquí se pretende frecuentemente diluir el rechazo de una etapa antes
de su introducción en la etapa siguiente. La suspensión de pasta
fibrosa 18 que llega, por ejemplo, del sitio de preparación de
pasta como pasta fibrosa es bombeada por medio de una bomba de pasta
19 hacia una instalación depuradora 20 constituid en el caso normal
por muchos depuradores que funcionan en paralelo. Se forma con ello
de una manera en sí conocida una pasta buena 21 ampliamente
depurada de partes pesadas y un rechazo enriquecido con partes
pesadas, que se acumula aquí en un dispositivo colector cerrado 22 y
se introduce en el dispositivo mezclador 4. En éste se efectúa de
la manera ya descrita la dilución con el líquido de dilución 2. La
suspensión de pasta fibrosa 3 así ajustada llega a una instalación
depuradora 23 que forma nuevamente un rechazo 24 y una pasta buena
25. La pasta buena 25 puede ser hecha retornar a un punto anterior a
la primera instalación depuradora 20 o puede mezclarse con la
materia buena 21 de esta instalación. La pasta o las pastas buenas
llegan a continuación, por ejemplo, a un clasificador de presión 26.
Son imaginables otras aplicaciones concretas del procedimiento en
el sitio de preparación de pasta o en la parte constante de una
fábrica papelera, concretamente allí donde deba lograrse con medios
sencillos una reducción condicionada por el proceso en la
consistencia de la suspensión de pasta fibrosa.
Claims (17)
1. Procedimiento para mezclar suspensiones de
diferente composición en la preparación de pasta antes de una
máquina de fabricación de papel o de cartón, en el que se mezcla un
líquido de dilución acuoso (2) con una suspensión de pasta fibrosa
más espesa (1) y en el que se realiza el proceso de mezclado en un
dispositivo mezclador cerrado (4) sin componentes mecánicamente
accionados que fomenten el proceso de mezclado, y se emplea como
dispositivo mezclador (4) un tubo mezclador con al menos dos
entradas y al menos una salida, caracterizado porque la
suspensión de pasta fibrosa más espesa (1) se presenta como rechazo
(12) en el sitio de preparación de la pasta y se alimenta con una
velocidad de flujo más pequeña que la del líquido de dilución acuoso
(2), y porque se conduce la suspensión formada en el dispositivo
mezclador (4), sin una bomba, al siguiente dispositivo de
tratamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se alimenta la suspensión de pasta
fibrosa más espesa (1) al líquido de dilución acuoso (2) con una
velocidad de flujo que es al menos 5 m/s y preferiblemente al menos
10 m/s más pequeña que la velocidad de flujo del líquido de dilución
acuoso (2).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque, después del mezclado del líquido de
dilución (2), se conduce el flujo a un tramo de tubo (6) recto,
preferiblemente cilíndrico, y porque la longitud (L) de este tramo
de tubo recto (6) corresponde al menos al doble y preferiblemente al
menos al quíntuplo de su diámetro.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se introduce el líquido de dilución (2),
dentro de un chorro propulsor central, en el flujo de la suspensión
de pasta fibrosa más espesa (1), cuya dirección corresponde al eje
longitudinal del tramo de tubo recto (6).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
siguiente dispositivo de tratamiento es un aparato cerrado.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
suspensión de pasta fibrosa más espesa (1) es el rechazo (12) de
una suspensión de pasta fibrosa alimentada a un clasificador de
presión (7) con ayuda de una bomba de pasta (9), y porque, sin una
bomba adicional, se introduce dicha suspensión más espesa en el
dispositivo mezclador (4), se la mezcla en éste con al menos un
líquido de dilución (2) y a continuación, sin una bomba adicional,
se la alimenta a otro aparato cerrado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado la suspensión de pasta fibrosa diluida se
alimenta, sin una bomba adicional (9), a un clasificador de presión
(7, 8).
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque la suspensión de pasta fibrosa más
espesa (1) es el rechazo de una suspensión de pasta fibrosa
alimentada a una instalación depuradora (20) con ayuda de una bomba
de pasta (19), y porque, sin una bomba adicional, se introduce dicha
suspensión más espesa en el dispositivo mezclador (4), se la mezcla
en éste con al menos un líquido de dilución (2) y a continuación,
sin una bomba adicional, se la alimenta a otra instalación
depuradora (23).
9. Dispositivo mezclador para la puesta en
práctica del procedimiento según una de las reivindicaciones
anteriores, que presenta al menos dos entradas y al menos una
salida y que contiene hacia la salida un tramo de tubo cilíndrico
recto (6) cuya longitud (L) corresponde al menos al quíntuplo de su
diámetro interior, caracterizado porque una entrada está
configurada como un codo de tubo (13) para una suspensión de pasta
fibrosa más espesa (1), conectado al tramo de tubo (6), y otra
entrada está configurada como un tubo de boquilla (5) -dispuesto en
la misma dirección que el tramo de tubo (6)- para la alimentación de
un líquido de dilución acuoso (2).
10. Dispositivo mezclador según la
reivindicación 9, caracterizado porque la boca (14) del tubo
de boquilla (5) está dispuesta dentro del codo de tubo (13).
11. Dispositivo mezclador según la
reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la boca (14) del
tubo de boquilla (5) queda enrasada con la pared interior del codo
de tubo (13).
12. Dispositivo mezclador según la
reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la medida (15)
que describe la distancia de la boca (14) del tubo de boquilla (5)
a la parte recta del tramo de tubo (6) corresponde a una proporción
de 20 a 50% del diámetro interior del tramo de tubo (6).
13. Dispositivo mezclador según una de las
reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la sección
transversal de flujo más pequeña del tubo de boquilla (5)
representa una proporción de 20 a 50% de la sección transversal del
tramo de tubo (6).
14. Dispositivo mezclador según una de las
reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el tubo de
boquilla (5) está provisto de un inserto de boquilla (16, 16').
15. Dispositivo mezclador según una de las
reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque el diámetro
interior del codo de tubo (13) es igual al del tramo de tubo
(6).
16. Dispositivo mezclador según una de las
reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque el codo de tubo
(13) es un codo de tubo de 90º.
17. Dispositivo mezclador según una de las
reivindicaciones 9 a 16, caracterizado porque el dispositivo
mezclador está exento, en su interior, de estructuras internas de
flujo adicionales y especialmente está exento de elementos
mezcladores estáticos.
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