NO169918B - Fremgangsmaate for toerking av materiale og toerke for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en en fremgangsmåte for tørking av materiale samt en tørke for utførelse av fremgangsmåten. Oppfinnelsen finner særlig anvendelse i forbindelse med sylindertørker til bruk i Fourdrinier-prosessen for papirfremstilling, og blir beskrevet med særlig henvisn-ing til denne. Det vil imidlertid forstås at oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med andre tørke- og varmeprosesser for partikkelformede materialer og andre materialer.

Hittil har damp vært den primære energikilde for tørking av papir. I en typisk prosess for papirfremstilling fjernes 90-300 kg vann for hver kilo papir som fremstilles. Betydelige mengder vann fjernes mekanisk i en formeseksjon når papiret dannes, og i en presseseksjon når papiret klemmes mellom valser. I presseseksjonen er omkostningene for fjernelse av vann omtrent 40 ganger så høye pr. liter som i forme-seksjonen. Vanligvis forlater papiret presseseksjonen med en tørrhetsgrad på omtrent 40 %, våtbasis. For å tørke papiret til en tørrhetsgrad på 92 - 95 % som kreves i det ferdige produkt fjernes ytterligere en til to kilo vann pr. kilo papir i tørkeseksjonen. Vanligvis omfatter tørkeseksjonen flere dampoppvarmede valser som papirbanen passerer rundt. Omkostningene pr. liter vann som fjernes i tørkeseksjonen er vanligvis omtrent 800 ganger omkostningene pr. liter i formeseksj onen.

Fourdrinier-prosessen er egnet for fremstilling av papir av forskjellige typer. Tyngre typer papir, slik som papp eller kartong, krever mere energi pr. lengdeenhet under tørketrin-net enn lettere typer. Vanligvis frembringer dampoppvarmede tørkesylindre som er dimensjonert for lettere typer papir for liten termisk effekt til å tørke de tyngre papirtyper ved full, normal produksjonshastighet. For å tørke tyngre typer må fremstillingshastigheten i hele systemet minskes.

Øket termisk energi kan ikke oppnås i damptørker på grunn av at det maksimale trykk i slike tørker er begrenset til ca.

1,12 MPa av ASME forskrifter for trykkbeholdere uten fyring. Dette bevirker en metningstemperatur på omtremt 188°C. Å benytte flere dampsylindre og å øke den tilsvarende damppro-duksjon for tørking av tyngre papirtyper medfører betydelige økninger av produksjonsomkostningene. Dessuten krever flere damptørkevalser, som vanligvis er 1,5 - 1,8 m eller mere i diameter, en betydelig forlengelse av produksjonslinjen, og i mange tilfeller av de fysiske fasiliteter som trenges for denne.

Med den foreliggende oppfinnelse unngås de ovennevnte problemer og ulemper, og det er frembragt, en tørke med høy termisk effekt som øker tørkekapasiteten og gir høyere ytelse og som er i stand til å benyttes for et stort område av forskjellige papirtyper.

Den foreliggende oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for tørking.av materiale, omfattende at en hovedsakelig sylindrisk tørketrommel roteres om en midtre akse, at materialet som skal tørkes ledes langs ytterflaten av trommelen, at brennstoff forbrennes for å frembringe varme forbrenningsgasser, og at gassene ledes i en første aksial retning inn i trommelen og deretter ledes i tverretningen av aksen, til et område i nærheten av innerflaten av trommelen, hvoretter gassene ledes i en andre, motsatt aksial retning.

En slik fremgangsmåte fremgår av US-PS 1819534.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at gassene deretter ledes hovedsakelig radialt utover mot innerflaten av trommelen, for hovedsakelig ensartet å overføre varme langs lengden og omkretsen av trommelen, hvoretter materialet fjernes fra utsiden av trommelen.

I henhold til oppfinnelsen er det dessuten kommet frem til en tørke som omfatter en generelt sylindrisk trommel som har en ytterflate som et material som skal tørkes bringes i kontakt med, idet trommelen er montert for rotasjon om sin midtre akse, og idet tørken omfatter en brenneranordning for forbrenning av brennstoff, og for å rette varme forbrenningsgasser inn i trommelen, samt midler for å drive de varme forbrenningsgasser inn i en dyseanordning.

En slik tørke er kjent fra US-PS 1819534.

Tørken i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at dyseanordningen er anordnet nærmere innerflaten av trommelen enn dens midtre akse, idet dyseanordningen har flere kanaler i lengderetningen av trommelen, fordelt i omkretsretningen rundt aksen, med dyser rettet mot innerflaten av trommelen, slik at stråler av varme forbrenningsgasser passerer gjennom dysene og treffer innerflaten av trommelen, for hovedsakelig ensartet oppvarming av denne mens den roterer. På denne måte vil stråler av varme forbrenningsgasser som strømmer gjennom dysene treffe sylinderen og overføre varme til denne.

En primær fordel med oppfinnelsen er en økning av tørkekapa-siteten og produksjonshastigheten.

En annen fordel ligger i den utmerkede termiske og mekaniske ytelse.

En ytterligere fordel ligger i fleksibiliteten som muliggjør fremstilling av mange forskjellige papirtyper med full produksj onshastighet.

Fremgangsmåten og tørken i henhold til oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende, nærmere beskrivelse. Fig. 1 viser skjematisk et Fourdrinier-system for papirfremstilling, av den generelle type som oppfinnelsen er beregnet til bruk i. Fig, 2 viser et lengdesnitt gjennom en direktefyrt tørke- sylinder i en tørke i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser i forstørret målestokk den ene ende av tørke-sylinderen vist i fig. 2.

Fig. 4 viser et snitt etter linjen 4-4 i fig. 3.

Fig. 5 viser et snitt etter linjen 5-5 i fig. 3.

Fig. 1 viser et Fourdrinier-system for papirfremstilling, med en formeseksjon 10 som frembringer en kontinuerlig bane av delvis awannet papir. En pressesekjon 12 presser banen for å utjevne overflaten og å fortsette awanningsprosessen. Flere mellomliggende tørkeseksjoner 14 og en siste tørke-seksjon 16 driver fuktigheten ut av papirbanen. I hver tørkeseksjon holdes papirbanen mot tørkevalser 18 som samvirker med filtbånd 20. En eller flere tørkevalser 22 fjerner fuktighet fra filtbåndene. I det minste en av tørkevalsene for papiret og filtbåndene er en direktefyrt tørke. Fortrinnsvis er de fleste av tørkevalsene for papirene og filtbåndene konvensjonelle, dampoppvarmede tørkevalser. En eller flere dimensjoneringspresser 24 er anordnet mellom tørkeseksjonene, for å justere de fysiske dimensjoner til papirbanen. Det tørkede papiret presses mellom kalandrer-ingsvalser 26 og spoles på en spole 28. Ved selektiv økning av forbrenningen i den direktefyrte tørkeren kan det fremstilles tunge papirtyper hovedsakelig med full fremstil-lingshastighet. Ved å minske forbrenningen i tørken kan den samme produksjonslinjen fremstille lette papirtyper uten overtørking.

Som vist i fig. 2 omfatter hver direktefyrte tørke en tørke-sylinder A. En brenner B forbrenner brennstoff og leder varme forbrenningsgasser langs det indre av tørkesylinderen. Det er anordnet midler C, slik som en vifte e.l., for å drive de varme forbrenningsgassene fra det indre av tørkesylinderen og inn i en dyseanordning D. Dyseanordningen D er anordnet inne i tørkesylinderen A for å rette stråler av varm forbren-ningsgass mot denne. Den samlede energi som frembringes kan justeres selektivt ved å justere forbrenningen, og graden av varmeoverføring til tørkesylinderen reguleres ved å variere hastigheten til viften, for å regulere hastigheten til de varme stråler av gass som treffer tørkesylinderen. Tørkesylinderen A omfatter en sylindrisk vegg 30 og en første og annen endevegg 32, 34. Endeveggene er montert på hver sin rørformede aksel 36, 38, som er lagret i passende lager 40, 42. På denne måte er tørkesylinderen anordnet for rotasjon om en midtre akse 44.

Brenneren B omfatter et rør 50 for tilførsel av luft eller gass, ragende gjennom den første aksel 36, for å tilføre en blanding av luft og gass til en brenner 52. Brenneren 52 er slik dimensjonert at den har mindre diameter enn det indre av den første aksel 36, for å forenkle periodisk demontering av brenneren for utskifting og reparasjon. Brenneren 52 er montert langs midten av tørken, og er utformet for å rette flammen generelt langs den midtre akse 44 i sylinderen. Fortrinnsvis har tilførselen av luft og gass et reguleringsom-råde, for å muliggjøre regulering av varmen som tilføres tørken innen et stort område. Brenneren tilføres et overskudd av luft i forhold til minstekravene for forbrenning, slik at de varme forbrenningsgasser har tilstrekkelig oksygen til å muliggjøre ytterligere forbrenning.

Som vist i fig. 2 og 3 omfatter midlene C en plate 60 som har en midtre åpning som varme forbrenningsgasser suges gjennom. Vifteblader 62 montert på en vannkjølt, roterende aksel 64 er slik orientert at de suger de varme forbrenningsgasser aksialt ut av sylinderen gjennom den midtre åpning i platen 60, og driver gassene utover. Strømmen av gasser er vist med piler a i fig. 2 og 3. Vifteakselen 64 rager aksialt gjennom den annen aksel 38 på sylinderen, og kommuniserer med en passende drivanordning (ikke vist), slik som en elektromotor.

Som det best fremgår av fig. 3 og 4 er det anordnet midler 70 for å lede gassene fra omkretsen av viften og inn i dyseanordningen D. På grunn av at rotasjonene til viften danner sterke virvler i strømningen, omfatter de nevnte midler en anordning for å minske turbulensen, for å danne en for-holdsvis ensartet, statisk trykkfordeling i dyseenheten. Midlene for minskning av turbulensen omfatter i den viste, foretrukne utførelse flere ledeplater 72 som fordeler de varme forbrenningsgassene i dyseenheten, og virker til å minske den uj evne trykkfordeling bevirket av virvelbevegel-sen. Midlene for minskning av turbulensen omfatter videre flere perforerte plater 74 med flere hull. Disse perforerte plater bevirker større ensartethet i trykket og minsker den dynamiske gasstrøm til statisk trykk.

Som vist i fig. 2,, 3 og 5, omfatter dyseenheten D flere dysehus eller -kanaler 80 som rager i lengderetningen av sylinderveggen 30. Dysehusene er anordnet i et ensartet mønster med avstand i omkretsretningen rundt den midtre akse 44, nær inntil sylinderen. Dysehusene har flere åpninger eller dyser 82 i ytterflaten for å rette stråler av gass fra hvert dysehus mot innerflaten av sylinderen. Returkanaler 84 for gass er anordnet mellom dysehusene, for å muliggjøre at gassene som har overført varme til sylinderen kan føres tilbake til forbrenningsområdet og oppvarmes på nytt, slik som vist med piler b i fig. 2.

Fortrinnsvis har dysehusene konisk tverrsnitt, med størst bredde nær viften, og minst bredde nær brenneren. Graden av konisitet velges etter størrelsen av dysene 82, slik at det opprettholdes et hovedsakelig konstant gasstrykk langs lengden av hvert dysehus. En konstant statisk trykk oppret-tholder gasstrykket ved dysene og således varmeoverføringen hovedsakelig ensartet i lengden av sylinderen. Det kan være forskjellige andre endringer av tverrsnittet, ledeplatene, kanalene o.l., for å holde strålene av gass fra dysene hovedsakelig ensartet langs lengden av hvert dysehus. Alternativt kan dysehusene ha konstant tverrnitt langs lengden av sylinderen.

Som vist i fig. 2 har den første endeveggen 32 til sylinderen flere utløpsåpninger 90. Utløpsåpningene 90 er anordnet

hovedsakelig i samme avstand fra den midtre akse 44, og kommuniserer med en ringformet utløpskanal 92. Utløpskanalen er tilkoblet en vifte eller andre midler 94, for opprettholdelse

av undertrykk i utløpskanalen. På denne måte suges luft fra omgivelsene gjennom overgangen mellom utløspkanalen og den første endevegg 32, for å hindre lekkasje av røkgass mellom disse.

Til forskjell fra tidligere kjente damptørker som er basert på kondensasjon av damp, for å oppnå varmeoverføring, benytter en tørke i henhold til den foreliggende oppfinnelse varmeoverføring med effektiv konveksjon. Varmeoverføringen øker både med hastigheten i gassen i strålene og temperaturen i gassen. Med høyere stråletemperatur må imidlertid dysehusene være mere temperaturbestandige.

Dessuten medfører den lave termiske treghet i systemet ut-merket styring av varmeoverføringen ved papirbrudd eller andre nødsituasjoner. Stans eller minskning av hastigheten til viften for resirkulasjon minsker hurtig strålehastigheten og således varmeoverføringen. Likeledes vil stans eller minskning av forbrenningsgraden avbryte eller minske den termiske energi og således varmeoverføringen. I den foretrukne utførelse er det funnet at sylindertemperaturen gjerne kan holdes under 188°C ved papirbrudd eller andre nødsituasjoner der vått papir eller andre materialer ikke er tilstede for å absorbere termisk energi fra sylinderen.

I en alternativ utførelse benyttes tørken for å tørke partikkelformede materialer i stedet for arkformede materialer. En applikator, slik som en sprøyteanordning, avsetter et lag av fuktig, partikkelformet material på den ytre sylinder i tørken. Når sylinderen roterer det partikkelformede material drives fuktigheten ut. I en fjernestasjon som befinner seg omtrent en halv til tre kvart omdreining fra applikatorsta-sjonen fjerner en fjerneanordning, slik som et skrapeblad, det tørre, partikkelformede material. Alternativt kan det partikkelformede material påføres en bane som passerer rundt den direktefyrte tørken.

Det partikkelformede lag kan være malt i en vannoppslemning, og det kan være et kondensasjonsprodukt fra en kjemisk reaksjon, e.l. Dessuten kan varmen fra tørken benyttes for å fremme en kjemisk reaksjon, polymerisasjon, ensartet krystal-lisasjon og andre materialbehahdlinger. Partikler av forskjellige farmasøytiske stoffer, pigmenter, mineraler o.l. kan tørkes eller behandles på denne måte.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for tørking av materiale, omfattende at en hovedsakelig sylindrisk tørketrommel (30) roteres om en midtre akse (44), at materialet som skal tørkes ledes langs ytterflaten av trommelen, at brennstoff forbrennes for å frembringe varme forbrenningsgasser, og at gassene ledes i en første aksial retning inn i trommelen og deretter ledes i tverretningen av aksen (44), til et område i nærheten av innerflaten av trommelen, hvoretter gassene ledes i en andre, motsatt aksial retning, karakterisert ved at gassene deretter ledes hovedsakelig radialt utover mot innerflaten av trommelen (30), for hovedsakelig ensartet å overføre varme langs lengden og omkretsen av trommelen, hvoretter materialet fjernes fra utsiden av trommelen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at hastigheten til den radialt strømmende gass og forbrenningen av brennstoffet reguleres for å regulere graden av varmeoverføring til trommelen (30).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de varme forbrenningsgasser drives inn i kanaler (80) som rager i nærheten av innerflaten til trommelen (30), og at det opprettholdes et hovedsakelig konstant, hovedsakelig statisk gasstrykk i gassene, idet stråler av gass rettes ut fra kanalene (80).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at i det minste en andel av de varme forbrenningsgasser resirkuleres etter å ha truffet trommelen (30), ved at de blandes med nye forbrenningsgasser som frembringes ved forbrenning av brennstoffet, og at stråler av de blandede gasser ledes mot innerflaten av trommelen (30).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at i det minste en andel av forbrenningsgassene som har truffet innerflaten av trommelen slippes ut.

6. Tørke som omfatter en generelt sylindrisk trommel (30) som har en ytterflate som et material som skal tørkes bringes i kontakt med, idet trommelen er montert for rotasjon om sin midtre akse (44), og idet tørken omfatter en brenneranordning (B) for forbrenning av brennstoff, og for å rette varme forbrenningsgasser inn i trommelen, samt midler (C) for å drive de varme forbrenningsgasser inn i en dyseanordning (D) karakterisert ved at dyseanordningen (D) er anordnet nærmere innerflaten av trommelen enn dens midtre akse, idet dyseanordningen har flere kanaler (80) i lengderetningen av trommelen (30) , fordelt i omkretsretningen rundt aksen (44), med dyser (82) rettet mot innerflaten av trommelen (30), slik at stråler av varme forbrenningsgasser passerer gjennom dysene (82) og treffer innerflaten av trommelen, for hovedsakelig ensartet oppvarming av denne mens den roterer.

7. Tørke som angitt i krav 6, karakterisert ved at dyseanordningen (D) er generelt sylindrisk.

8. Tørke som angitt i krav 6, karakterisert ved at kanaler (84) for resirkulasjon er anordnet mellom de nevnte kanaler (80).

9. Tørke som angitt i krav 8, karakterisert ved at hver kanal (80) har konisk indre tverrsnitt som avtar med avstanden fra midlene (C) for å drive gassene, slik at alle dysene (82) slipper ut gass med hovedsakelig samme hastighet. i

10. Tørke som angitt i krav 6, karakterisert ved at trommelen (30) omfatter i det minste en roterbart lagret, hul endeaksel (36, 38), og at brenneren (B) omfatter en kanal (50) for tilførsel av luft og brennstoff, ragende i lengderetningen gjennom endeakselen, for å tilføre luft og brennstoff til et brennerhode (52) anordnet inne i trommelen.

11. Tørke som angitt i krav 10, karakterisert ved at brennerhodet (52) har en største diameter som er mindre enn diameteren inne i endeakselen (36), slik at brenneren kan føres inn og ut gjennom akselen, for å forenkle utskifting og reparasjon.

12. Tørke som angitt i krav 6, karakterisert ved at den omfatter midler (84) for å omvandle varme gasser som kommer fra midlene (C) for å drive gassene til statisk trykk i dyseanordningen (80).

13. Tørke som angitt i krav 6, karakterisert ved at midlene (C) for å drive gassene omfatter en resirkulasjonsvifte (62) for å suge varme forbrenningsgasser hovedsakelig aksialt i trommelen (30) og å drive gassene til dyseanordningen (D).

14. Tørke som angitt i krav 13, karakterisert ved at viften (62) er anordnet nær én ende av trommelen.

15. Tørke som angitt i krav 13, karakterisert ved at den omfatter midler (72) for å minske turbulens, anordnet mellom viften (62) og kanalene (80) , for å minske turbulensen i de varme gasser som drives inn i kanalene av viften.

16. Tørke som angitt i krav 13, karakterisert ved at den omfatter flere fordelingsplater (72) anordnet mellom viften og kanalene (80), for å lede de varme gasser til disse med minsket turbulens.

17. Tørke som angitt i krav 8, karakterisert ved at trommelen (30) omfatter et par endevegger (32, 34), idet i det minste én av disse har flere utløpsåpninger (90) som kommuniserer med en ytre utløpskanal (92) for å fjerne forbrenningsgasser fra det indre av trommelen, slik at gassene etter å ha truffet innerflaten i trommelen for overføring av varme til denne, passerer mellom kanalene (80) og delvis resirkuleres og oppvarmes ved hjelp av brennstoff fra brenneranordningen (B) og delvis passerer gjennom utløpsåpningene (90) og utløps-kanalen (92).