JPS6354924A - 動水力学的混合方法及び装置 - Google Patents

動水力学的混合方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1)産業上の利用分野 本発明は動水力学的混合に関するものであり、より一層
詳しくは、物質の一つはスラリ状繊維性原料であってよ
く他の物質は繊維性原料に本質的に混合されなければな
らない微細に粒子化されたガス状物質であってよい紙の
製造等の製造システムのための、但しそれに限定され名
わけではないが、本質的混合物へと結合されるよう求め
られる複数の流動性物質の混合に関する。
2)従来の技術 一例として、液状に戻された印刷物スラリのインク分離
に於て効率的で均一な結果を得るには重要な問題点に遭
遇する。スラリ中に空気を本質的に混合することにより
、そうしたインク分離がもたらされ得るものであり可能
な限り多くのインク粒子と気泡とが結合することを可能
にする。気泡に付着させられたインク粒子は、その後浮
遊選別室で分離され、そこでは、気泡がインクを表面へ
と運び、表面に現われ出た泡と共にインクが除去される
。
混合を増強するためには、混合が始められる前ですらも
繊維の懸濁液の中に空気が均一に配分されていることが
重要である。混合の目的は、気泡がインク粒子に出会い
拾い上げる可能性を増すことである。
スラリ中に空気を混合するための撹乱は、従来は、スラ
リと空気との流れの中に配置された穴を開けられた複数
の円板手段によりもたらされていた。この配置は、成る
状況の下では十分に機能したけれども、スラリ中に長い
繊維が存在する場合には円板の周りに目詰りを生ずる傾
向があった。
その上、各円板のすぐ周囲には撹乱が作り出されたけれ
ども各円板の間の領域は流れに対して何らの作用ももた
らさなかったので、重要なことだが、流れが次の円板に
届く前に撹乱が衰える傾向を有していた。原料中の繊維
は層流を強化する傾向を有しており、それゆえに混合を
抑制し撹乱の衰えを一層増強する。この物質流の失速も
しくは減速は、気泡の凝集をもたらした。
スラリ中に空気を加えるという観点からは満足させられ
るようなものであっても、システム中の如何なるスクリ
ーンも目詰りを起す傾向を存しており、それゆえに効率
を低下させる。
成る流動性物質が他の流動性物質に本質的に混合される
必要のあるもう一つの例は、製紙原料のような流動性物
質に酸素及びオゾンのようなガスが混合される漂白操作
である。十分な結果を得るためには、漂白する物質と漂
白される物質とが均一に本質的に混合されねばならない
ことが明白であろう。
3)発明が解決しようとする問題点 本発明の一つの重要な目的は、連続的なフロー・システ
ムの中の流動性物質を混合し該混合を保持するための従
来の手段に固有の、不利益と弱点と不十分さと制限と短
所と問題点とを克服することである。
本発明の他の目的は、流動している微粒子ガス状物質と
液体との本質的な混合を達成するための新しい改良され
た方法と装置とを与えることである。
本発明のもう一つの目的は、気泡により運ばれるインク
粒子の除去の段階に先立つ、インクを含む製紙用再生繊
維スラリの効果的な撹乱曝気を達成するに特に好適な、
新規な、しかも改良された方法並びに手段を与えること
である。
本発明のもう一つの目的は、連続的に流れる処理システ
ムの中で製紙用スラリを完璧に且均−に曝気するための
新しく且改良された方法並びに手段を与えることである
。
本発明のもう一つの目的は、流れて行く物質流に連続的
な作用を働かせる混合装置を設けることにより、従来経
験された繊維性原料の撹乱が衰える傾向を排除すること
である。
本発明のもう一つの目的は、円滑で連続的且効率的な要
領をもって高度に撹乱された混合を作り出す混合装置を
与えることである。
4)問題点を解決するための手段 本発明のもう一つの目的は、三次元の混合を発生させる
混合装置を与えることである。
本発明の原理によれば、通過流路を満して流れている連
続的物質流の中での流入端に於ける動水力学上の実質的
圧力の下での複数の流動性物質の配合と、内側へ向かっ
て放射状に先細りになっている比較的短い円錘形撹乱面
と放射状に外側へ拡がっている長めの円錘形撹乱面とが
交互に並んでいる連続体による該通過流路に於ける当該
物質流の撹乱と実質的分散効果とへの服従と、該連続体
の中の一つの面から次の面へかけての急激な撹乱的変転
の発生と、該通過流路の放出端から受入れ手段へのこの
ように処理された当該物質流の放出とを含み、それによ
り、該通過流路の流入端から放出端へと流れている連続
的物質流の中で各物質の一層完璧な分散と混合とを累進
的に達成するようにした、流入端と放出端とを有する連
続的通過流路の中での複数の流動性物質の本質的混合を
達成する方法が与えられる。
その上、この方法を実施するための新規にして且改良さ
れた装置が与えられる。この装置は、動水力学上の実質
的圧力の下で流動性の各物質を配合して一つの流れにす
るためのディストリビュータを含む。配合された物質の
流れを受取る本装置の混合帯は、繊、維を捕捉するよう
な領域を有しておらず、整然とした円滑な撹乱効果面を
有して本質的に開いており、前記物質流の流通様式の中
に連続的且累進的な分散と混合撹乱とを惹き起こすよう
に配置されている。
5)実施例 この開示の中に具体化されているこの先例のない概念の
精神と範驕とから逸脱することなしに多様な変化と修正
とが加えられ得るけれども、添付図面に関連している代
表的な実施例についての以下の記述から、本発明の他の
目的と特徴と利益とが容易に明らかとなるであろう。
第1図には、新しい紙を製造するための液状に戻された
印刷物繊維原料スラリからのインク分離に特に適するよ
う構成された処理システムが概略的に示されている。こ
のスラリの連続的な流れは、混合帯13を郭定している
手段を抜けて延びている通過流路12の上流端もしくは
入口端に配置されているエア・ディストリビュータ11
の中へ、供給管10を通して引き渡される。流路12は
、その下流端もしくは放出端に於て空気分離室14に注
いでいる。
図示の好ましい構成に於て、ディストリビュータ11は
、製紙原料スラリの如き流動性物質が供給管10により
軸線方向に加えられる円形の中央曝気室即ち配合室17
が設けられているリング部材15(第2図及び第3図参
照)を含む。供給管10を通して供給されるスラリに混
合されるべき空気又は何らかの他の望ましいガスもしく
は液体等の他の流動性物質は、送出路19が結合されて
いる入口18を通して、リング部材15の円筒状内面に
対しほぼ切線方向に配合室17の中へ噴出される。それ
により、送出路1つにより加えられる物質は均一な配合
を持って配合室17の中へ噴出され、供給管10から配
合室〕7へと入る物質の流れの周囲と内部とに渦を巻く
。
混合されるガス、即ち空気とスラリとの流れは、配合室
17から、動水力学上の実質的圧力の下で連続的な流れ
が流路12を満たすようにして該流路12に入る。この
流れが混合帯13に入り通過するとき、譲渡れは反復的
且累進的に進行する効果的な実質的分散と混合とに従属
させられる。この目的のための図示された好ましい構成
に於ては、混合帯13は、第2図に示されている如く複
合的であってもよくまた他の何らかの適切な水力学的結
合の手段によってでもよいのだが何らかの好適な要領で
その上流端即ち流入端に供給管10が項付けられている
細長い円筒容器2oの中に納められている。
この容器20の混合帯部分13の中に、末端同士が合同
させられている混合モジュール21の連続体により構成
されている手段が納められている。
モジュール21のそれぞれは、きちんと標準化された構
成を有し且摺動可能に受入れられるよう円筒体により構
成されていることが望ましい。この様な構成は、各モジ
ュール21が、容器21の中で互いに入替えて組立てら
れることを容易にし、必要な時には他のものと置換えら
れることをも可能にする。各モジュール21は、組立体
の中で相手のモジュール21の下流端の相補的に向かい
合って軸線方向に当接する肩23と結合されるべき、直
径方向外側で軸線方向に向かい合って当接する環状の狭
い肩22を伴っている上流端を有する。
言換えれば、各モジュール21は、上流端の当接する肩
22と下流端の当接する肩23とを有する。
ディストリビュータ・リング15の組合される表面に適
用し且適合するため、連続体のうちの上流端モジュール
即ち第一モジュール21は、残りの各モジュール21の
相当する肩の表面22よりも広くされている上流端の当
接する層表面22aを有する。
全体的に放射状をなして軸線方向に内側へと延びており
円錐台形をなしている比較的狭い環状の漏斗状の撹乱面
24は、各モジュール21の上流端の肩22の内側の縁
から放射状に延びており、且、モジュール21の下流端
の肩23へと延びており全体的に放射状をなして軸線方
向に外側へと拡がっている十分に長い円錘形の即ち円錐
台形の面27の上流の端にある急激に移り変わるエツジ
25に於て終わっている。
図示の好ましい構成に於て、モジュール21の外径は約
7511III+であり、面24の望ましい寸法は、大
きい方の即ち外側の直径が約68mmであり急激に移り
変わる制限エツジ25に於ける小さい方の直径が約30
mmである。面24は、モジュール21の直径方向に対
して約15°の浅い斜めの角を有するのが望ましいこと
が解った。モジュール21の長さが約75mmである場
合には、面27は、円錐軸に対して約15″の浅い円錐
角を有するのが望ましいことが解った。面24と面27
との長さの比率は、約1対4であってよい。急激な連結
部25に於て、面24と面27とがほぼ直角の関係にあ
る。その上、この直角関係は、面27の最も広い端部が
面24の最も広い端部に連結する箇所に於ても現われる
。この構成に於ては、各モジュール21の中のチャンバ
28の領域は、制限エツジ25に於ける狭い流動制限口
から、チャンバ28の出口に於ける最大断面域である約
5倍大きい断面を持つ流動域へと累進的に増大するよう
にされている。制限的な入口に対するチャンバ出口のこ
の5倍大きい流動域の比率は、成る密度と形式とを有す
る製紙原料に対しては好ましいけれども、繊維網の強度
を左右し且流動化することにより撹乱的混合をもたらす
べく繊維網を粉砕するに要する力を左右するのは密度で
あるから、原料の形式及び特に原料の密度の如何によっ
て、そうした比率は2対1から8対1までであってよい
。
混合域13の中の流路12の全長を通じて、流動する繊
維が引掛り易くもしくは動きを妨げられ易い面は全く存
在しないことが認められよう。従って、液状に戻された
故紙原料繊維等の流れの中の繊維は、流れを増強しよう
としそ回故に混合を抑制する傾向のある流勢に身を委ね
られるけれども、急激な制限の後にゆっくりした拡張が
続きその後に他の急激な制限が続くようにされたこの配
置が、固定した渦や他の望ましくない流れの形態を伴わ
ずに高度に撹乱された流れを作り出すことが見出された
。
混合帯13の作用について延べれば、配合室17から混
合帯13へ流入する配合された各流動性物質の流れは、
その流れが混合帯を通って進行するときに各モジュール
による連続的な作用を受けて、実質的に混合する三次元
の撹乱を反復的に被り、流路12の中を流れている連続
的な物質流の中でその各物質の一層完璧な分散と混合と
を累進的に達成される。流路12の放出端に於て、この
原料は均一な混合物として浮遊選別ユニット14の中へ
放出される。
混合帯13を通る流れの経過を辿るならば、ディストリ
ビュータ11から来た原料は流入端に於て第一の撹乱面
24に突当って最初の撹拌による混合作用を受け、その
後第−の急激な制限エツジ25を通過するに当って加速
され、次いで、一連のモジュールのうちの第一の混合モ
ジュール21のチャンバ28の中で撹乱圧力は低下する
。連続しているモジュール21の各々を流れが通過する
ときにこの力強い混合作用が繰返され、混合物が混合帯
13を離れるときまでにこの混合物の高度な均一性が効
率的に達成される。極端に狭い制限や障害物を使用する
ことなしに撹乱が発生させられるので、流れの中の原料
の繊維による目詰りは問題とはならない。この、パイプ
に類似した形状は、三次元の激しい撹乱を発生させ且混
合面を自ら清掃させる。
混合されるべき各流動性物質の性状如何により必要に応
じどれほど多くの混合モジュール21が一組の中に存在
してもよいが、混合帯を通じての連続的撹乱段に於ける
複合的撹拌を必要とする空気又は他のガスのスラリへの
高度な混合を達成し該混合の均一性を達成するため、五
つのモジュールが図示されている。混合帯13を通って
流れが進むとき、撹拌もしくは撹乱の各段に於て、素早
く流れて行く物質流の中で例えば空気と繊維のような各
物質の一層本質的な混合が累進的に進められる。撹乱壁
面24の各々に流れが突当ることにより混合が増進され
、それにより、制限部25の方へと流れの方向を変えら
れたときその流れは繊維の撹乱傾向を増強し且増進する
けれども、水路を容易に流れ去るような如何なる傾向を
も打崩す。
制限部25と拡大する面27への急激な変転とチャンバ
28の最大領域へ向けての管理された均等な拡張と圧力
低下とを通じての相応な流速を以て、各モジュール21
の中で撹乱的混合が進行する。
この撹乱と混合とのサイクルは混合帯13の各段の中で
累進的に繰返されるので、空気の泡が撹拌されたスラリ
30の溜りの表面へと持上げられ泡の層29として集め
られる分離室14の受入れ室の中へ最終的に放出される
までにこの混合は最大の成果を上げる。真空吸引31は
、インクを載せている泡29を除去する。完璧に混合さ
れた空気とスラリとの分離室14へ入る速度は、その流
動体の有する速度と浮力との結果としてインクを運んで
いる泡が泡の層29の中へ効果的に引き出されることを
確実にするよう$11御される。この奇麗にされた繊維
のスラリは、泡阻止バッフル32を過ぎ堰33を越流し
放流室34へと流れ、そこから、もし選別もしくは他の
処理が必要とされるならば他の処理地点もしくはもう一
つのインク分離段へと、排出管35がこのスラリを運ぶ
。
成る目的のためには、第4図及び第5図に示されている
ようなディストリビュータ37であることが望ましい。
この配置に於ては、複数の流動性物質は、チャンバ38
の上流側即ち入口側の末端に閉鎖された端部40を有す
る細長い円筒ハウジング39の内部にある貫通チャンバ
38を完全に満して流れている連続的な流れの中で配合
される。
閉鎖端40に近接している入口41は、チャンバ38の
横断面が最大となる領域の中へハウジング39の壁を貫
いて切線方向に、製紙原料スラリ等の混合されるべき比
較的重い物質を放出するのに好適である。空気又は何ら
かの他の望ましいガスもしくは物質等のもう一つの物質
をチャンバ38の中へ軸線方向に噴出するノズル43を
有する流入管42が、閉鎖された端部40を軸線方向に
貫いている。拡張する円錐面45の先端44がノズル4
3の放出口の中心に置かれており、ノズル43から供給
される物質の円錘形の薄膜もしくは層が、入口41から
チャンバ38の中へ加えられる物質のほぼ螺旋状に動く
流れに包み込まれて円錐面45に沿って進行する。この
配合された物質流は、ハウジング39の壁と共にベンチ
ュリ・オリフィス48を郭定する環状の急激に変転する
縁47へ向けて、拡張する円錐面45に沿い下流へと流
れる。表面45に沿って移動しているこの物質は、ベン
チュリ・オリフィス48に於て、入口41を通してチャ
ンバ38の中へ加えられた物質の流れの中へ高速で押し
込まれる。オリフィス48の下流端に於て、この配合さ
れた流れは、第2図に於て配合された流れが配合室17
から加えられたのと本質的には同じ要領で撹乱された流
れが加えられる、第2図の混合帯13に類似の混合帯1
3′の上流端に結合されている空間49の中へ効果的な
物質混合効果を伴って掻き乱されて噴出される。混合帯
13′については、もしその方がよいと思うならば各モ
ジュール21′は図示されているように短めであっても
よいけれども、他の点に関しては第2図の各モジュール
21とほぼ同様である。
一つの望ましい構成に於て、円錐面45は、オリフィス
48に近い下流側の最も荒々しく撹拌された状態の混合
物の流れを受入れる空間49の領域中に置かれており且
円錐面51に対し実質的に平行してほぼ放射状に軸線方
向に対し内側に傾斜しており上流側の全体に亙ってナイ
フェツジ54が設けられている放射状に外側へ拡がって
いる支持用ひれ状構造物53等の手段に取付けられ且下
流方向に突き出ている弾頭型中心軸52に連結されてい
る、軸線方向の内側に向かって放射状に先細りになって
いる下流端円錐面51を宵する円錐部材50の上に準備
されてよい。それにより、繊維性原料の、引掛りからの
解放が確実にされる。
混合物の種類によっては、多数の短めの撹乱増進段を必
要とされるかもしれない。これは、与えられた一定の長
さの混合帯のためには、第4図に示されている如く個々
のモジュールを短めとすることにより成就される。他方
前述のハウジング20に類似の円筒ハウジング55は、
各々が第2図のモジュール21とほぼ同じ長さであって
よいけれども各々が多段構造であり図示されているよう
に、但しこれに制限される訳ではないが、二つの乱流発
生段59を有する撹乱発生モジュール58の−続きをそ
の内部に有している混合帯57を郭定することもできる
。この二重モジュール58は、それらの上流端と下流端
とに於て軸線方向を向いている各自の環状の面60.6
1を有しており、この−続きの中の隣接するモジュール
58の向かい合う端面とそれぞれ当接する。乱流発生段
59の各々は、下流に向かって放射状に外側へ拡がって
いるほぼ円錘形の比較的長い撹乱面64に急な制限エツ
ジ63に於て連結されており且軸方向に下流に向かって
放射状に内側へ傾斜させられているほぼ円錘形の比較的
短い撹乱面62を有しており、面62及び面64は、面
24及び面27がなす角にほぼ等しい角をなすことが望
ましいがそれらの面よりもそれぞれ短い。制限部63の
直径は事実上制限部25より大きく、混合帯57中の流
路65の最小直径は流路12の最小直径より大きい。モ
ジュール部59内の各チャンバ67の下流端は、チャン
バ28の下流端の直径と同じであってよい。
モジュール58の幾何学的な形状は複数方式であること
を除いてモジュール21と実質的には等しいので、モジ
ュール58に沿った複式の乱流発生段59内に於ける流
れを撹拌する撹乱効果は、モジュール21に関して延べ
られたと事実上同様に、しかしながら、恐らくは与えら
れる動水力学的圧力によりもたらされ得る小さめの密度
を伴って増大された周波数を以て発生する。しかしなが
ら混合の強度は、必要とされる場合には、流路65を通
る流れの速度増大により補償され得る。
6)発明の効果 本発明により与えられる混合帯13.13゛、57の中
の滑かな円形をした各々の面とそれらの協力の効果によ
り、幾つかの面が比較的急ではあっても、混合帯の流路
を通る原料の動水力学的流れの中で各物質が本質的に混
合されることを保証されるばかりでなく、その上に、流
れて行く原料繊維の澱みや引掛りからの解放をも達成す
る。その上、動く部分品を混合帯が有しておらず、製造
の利便のためばかりでなく混合強度に於ける何らかの必
要とされる変更のための混合モジュールの組立と入替え
と交換との容易さと利便のためにも役立つ単純さを備え
ているモジュール構成であることも注目されてよい。本
発明のかかる構成は、高効率及び低コストの方法並びに
手段の実現に貢献する。
主要な例として、液状に戻された故紙スラリからのイン
ク分離に関連しての本発明の使用法が選ばれたけれども
、その他の使用法も明白であろう。
例えば、本発明は、製紙機械のヘッドボックスへ送るに
先立つバルブスラリの凝集物分散のために使用されてよ
い。異った様式のバルブスラリの混合やバルブと化学薬
品との混合もしくはそれに類似した他の様式の混合も遂
行されてよい。
本発明の新規な概念の精神と範躊とから逸脱することな
く、多様な変化と修正とがなされ得ることが理解される
であろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、液状に戻された印刷物スラリからインクを分
離するためのシステムの中に具体化された本発明の実施
例の概略図である。 第2図は、第1図の■−■線に沿って取り出された一部
拡大断面詳細図である。 第3図は、第2図の■−■線に沿って切断された断面詳
細図である。 第4図は、この装置の混合帯通路の流入端に於けるディ
ストリビュータの修正を示している、第2図に類似の部
分的垂直断面詳細図である。 第5図は、第4図のv−v線に沿って切断された断面図
である。 第6図及び第7図は、この装置の混合帯のための撹乱モ
ジュールの修正された構成を開示している。 10・・・供給管、11.37・・・ディストリビュー
タ、12.65・・・流路、13.13’ 、57・・
・混合帯、14・・・空気分離室、15・・・リング部
材、17・・・配合室、18.41・・・入口、19・
・・送出路。 20.39.55・・・円筒ハウジング、21.21′
・・・混合モジュール、22.23.60.61・・・
当接する肩、22a・・・上流端の肩、24.27.6
2.64・・・円錐面、25.63・・・急なエツジ。 28.38.67・・・チャンバ、29・・・泡の層、
30・・・撹拌されたスラリ、31・・・真空吸引、3
2・・・泡阻止バッフル、33・・・堰、34・・・放
流室、35・・・排出管、40・・・閉鎖された端部、
42・・・流入管。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)流入端と放出端とを有する連続的通過流路中に於
    て複数の流動性物質の本質的混合を達成する方法にして
    、動水力学上の実質的圧力の下での前記通過流路を満し
    て連続的に流れている物質流内に於ける前記流入端での
    前記複数の流動性物質の配合と、放射状に内側へ向かっ
    て先細りしており全体的に円錘形をなしている比較的短
    い撹乱面と放射状に外側へ拡がっており全体的に円錘形
    をなしている比較的長い撹乱面との交互に並んでいる連
    続体による撹乱と実質的分散と混合効果とへの前記通過
    流路に於ける前記物質流の従属と、前記連続体の中の前
    記撹乱面の一つからその次の撹乱面にかけての前記物質
    流の急激な撹乱的変転の発生と、前記通過流路の前記放
    出端から受取り手段へのこのように処理された前記物質
    流の放出とを含み、それにより前記通過流路の前記流入
    端から前記放出端へと連続的に流れている前記物質流の
    中で前記各物質の一層完璧な分散と混合とが累進的に達
    成されるようにしたことを特徴とする動水力学的混合方
    法。
  2. (2)流入端と放出端とを有する連続的通過流路の中で
    複数の流動性物質の本質的混合を達成するための装置に
    して、動水力学上の実質的圧力の下で前記通過流路を満
    して連続的に流れている物質流の中で前記流入端にて前
    記複数の流動性物質を配合するための手段と、放射状に
    内側へ向かって先細りになっている比較的短い円錘形の
    撹乱面と放射状に外側へ拡がっており全体的に円錘形を
    なしている比較的長い撹乱面との交互に並んでいる連続
    体を含み前記通過流路中の前記物質流を混合効果を伴う
    実質的分散と撹乱とに服従させるための手段と、前記撹
    乱面の一つからその次の撹乱面にかけて前記連続体の中
    に前記物質流の撹乱的変転を発生させるための手段とを
    含み、前記の各撹乱面と前記急激な変転手段とは前記通
    過流路の前記流入端から前記放出端へと連続的に流れる
    前記物質流の中で前記各物質の完璧な分散と混合とを累
    進的に達成するために協力し、前記放出端は前記の処理
    された物質流を受入れ手段へと放出するよう配置されて
    いることを特徴とする動水力学的混合装置。
  3. (3)複数の流動性物質を本質的に混合するための装置
    にして、流入端と放出端とを有する連続的通過流路を郭
    定するための手段と、前記各物質のうちの一つをほぼ軸
    線方向にこのディストリビュータ自身の中へ導入するた
    めの手段と軸線方向に導入された前記物質と混合させる
    べく前記各物質のうちの他のものを前記ディストリビュ
    ータ自身の中へ渦を巻く要領で導入するための手段とを
    含み且前記通過流路手段の前記流入端に設けられている
    前記ディストリビュータと、前記ディストリビュータか
    ら受取ったとき前記物質流を分散と混合との複数の累進
    的作用に従属させるための前記通過流路中の手段とを含
    むことを特徴とする動水力学的混合装置。
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