SE452175C - Saett vid kontinuerlig uppslutning av finfoerdelat cellulosahaltigt material - Google Patents

Description

452 175 och hällas på denna nivå en känd och tillräckligt lång tid innan temperaturen höjs till koktemperaturen.

Att upprätthålla en dylik temperaturprofil i en kontinuer- ligt arbetande cellulosakokare har varit ett stort problem.

Speciellt i kokare till vilka flismatningen sker till top- pen och i vilka man önskar upprätthålla en impregnerings- zon med lägre temperatur än koktemperaturen ovanför kok- zonen uppträder instabilitet i temperaturprofilen på grund av att het vätska och eventuellt flis på ett varierande och oförutsebart sätt tränger från kokzonen upp till im- pregneringszonen. Förutom att denna instabilitet i tempe- ratur- och kemikalieprofiler medför variationer i impreg- nerings- och koktider för flisen förorsakar den även variationer i temperaturen på vätskan som används vid inmatning med inmatningssvårigheter som följd. éuä Den finska utläggningsskriften 52366 beskriver ett sätt att minska dessa problem genom att vid den undre delen av impregneringszonen upprätthålles över flispelarens hela tvärsektion en väsentligen horisontell strömming av kyld vätska genom avdragning vid flispelarens periferi, kylning och âterföring till dennas mitt. Detta sätt har dock bl.a. den olägenheten att det medför ett ökat värmebehov för kokprocessen pâ grund av att det värme som med vätska och flis stiger upp från kokzonen och bortkyles måste ersättas genom ytterligare värmning i kokzonen. Av bl.a. denna or- sak är det numera vanligtatt ett separat impregnerings- kärl används, vilket dock medför ökade anläggningskost- nader.

En förutsättning för att en stabil temperatur- och kemi- kalieprofil skall kunna upprätthällas i.en kontinuerlig kokare är att flisen ihoptryckes till en sammanhängande pelare i sådan grad att de enskilda flisbitarnas rörelse- frihet i förhållande till varandra är eliminerad och ~ -ä 452 175 __... __..- ...__ .....-.._ frammatas på sådant sätt samt att en stabil vätskeströmning genom denna pelare föreligger.

Pâ grund av att flisen i en kokare med flisinmatningen till toppen normalt packas endast av den ovanom liggande flisens nettotyngd är det sammanhâllande trycket på övre delen av flispelaren mycket lågt. Vidare är vätskans strömnings- hastighet så låg att laminär strömning föreligger. Som känt 11110,. ...,.- mi. är strömningsmotstândet vid laminär strömning beroende av vätskans viskositet varför strömningsmotstândet minskar när vätskans temperatur stiger. Vid turbulent vätskeström- ning är strömningsmotståndet däremot oberoende av vätskans viskositet. När het vätska ges möjlighet att förtränga kallare vätska genom en flispelare på vilken ett lågt sammanhållande tryck föreligger och genom vilken den nor- mala vätskeströmningen är låg uppstår mycket instabila strömningsförhâllanden. Dessa förhållanden är den avgörande W orsaken till problemet att upprätthålla en väl avgränsad impregneringszon med lägre temperatur ovanför kokzonen i nuvarande kokare.

Enligt föreliggande uppfinning erhålles i en kokare med inmatning av vedflis till dess topp i avseende på tempe- raturhöjning väl avgränsade zoner för inmatning, impreg- nering och uppslutning med stabila temperatur- och kemia- kalieprofiler på följande sätt.

De huvudsakliga kännetecknen för uppfinningen framgår ur bifogade patentkrav 1.

Vätska avsedd för impregnering av flis uppvärms till en temperatur något högre än önskad impregneringstemperatur innan den inmatas till impregneringszonens utloppsända.

Denna uppvärmning sker med värme från lut avdragen från kokzonens utlopp genom indirekt motströmsvärmeväxling och genom eventuell inblandning. För att erhålla en jämn kemi- kaliekoncentration och temperatur över flispelarens hela 452 175 tvärsnitt cirkuleras impregneringsvätska vid impregnerings- zonens utlopp genom avdragning vid flispelarens periferi och àterföring till dess mitt. I impregneringszonen upp- rätthâlles en ström av impregneringsvätska i motström genom en sammanhängande flispelare i en sådan mängd att impregneringsvätskans värmekapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitetsströmmen för frammatad flis. Detta uppnås på så sätt att en så stor vätskeström avdras från impregneringszonens inlopp att dess värmekapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitetsströmmen för till kokaren inmatad flis och med den inmatad vätska. Stabil vätskeströmning upprätthålles i impregneringszonen genom att dess tvärsnitt är så litet att turbulent strömning föreligger vid ifrågavarande flöde av impregneringsvätska.

För att i impregneringszonen upprätthålla en sammanhän- gande flispelare i vilken de enskilda flisbitarnas rörel- sefrihet är eliminerad och vilken kontinuerligt matas ge- nom denna zon mot strömmande impregneringsvätska och vidare genom kokzonen och tvättzonen fram till utmatningszonen komprimeras flisen och pâlägges en tillräcklig kraft i frammatningsriktningen före matningen till impregnerings- zonen. Detta sker genom att bringa med flisen inmatad vätska att strömma i flisens frammatningsriktning genom en tillräckligt lång flispelare med tillräcklig hastighet innan den med flisen inmatade vätskan avdras vid flispe- larens periferi intill impregneringszonens inlopp.

Impregneringsvätskan avdras i huvudsak separat från in- matningsvätskan varför extraktivämnen som överförts till impregneringsvätskan från flisen under dess strömning genom impregneringszonen kan separeras från en förhållan- devis litet vätskeflöde. Strömningstvärsnittet för in- matad flis och vätska ökar successivt fram till avdraget för inmatad vätska varför tillräcklig frammatningskraft erhålles redan vid förhållandevis lågt flöde av inmatad vätska. Detta medför även en hög grad av självreglering "P fb. 452 175 av flispelarens nivå i kokaren genom att flödet av inmatad vätska automatiskt minskar när nivån tenderar att stiga.

Fördiggande uppfinning beskrivs i det följande mera detal- jerat med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 schematiskt illustrerar i tvärsnitt en kokare för tillämpning av uppfinningen när impregneringen sker med färsk kokkemikalievätska, figur 2 visar en liknande vy av en kokare som modifierats så att impregneringen sker med avdragen lut från kokzonen med önskad inblandning av färsk kokkemikalievätska, figur 3 illustrerar ett diagram som visar hur det relativa komprimerande och frammatade trycket på flispelaren i fram- matningszonens utlopp beror på den med flisen inmatade vätskans relativa tryckfall i frammatningszonen, figur 4 illustrerar ett diagramm som visar hur flispela- rens relativa nivå i frammatningszonen beror på den med flisen inmatade vätskans relativa tryckfall i frammatnings- zonen och figur 5 illustrerar ett diagramm som visar hur vätskeflö- det som inmatas med flisen beror på flispelarens nivå i kokarens frammatningszon.

Den i figur 1 illustrerade kokaren består av ett lång- sträckt cylinderformigt tryckkärl 11 som medels avdrags- Silar 21, 22, 23, 24, 25 och 26 är uppdelat i 6 zoner, nämligen en inmatningszon A, en frammatningszon B, en imp- regneringszon C, en uppslutningszon D, en tvättzon E och en utmatningszon F.

Flis 50 doseras till den trycklösa inmatningsbehållaren så att en så hög flispelare över vätskenivân i be- hållaren upprätthålls att flisen trycks ned till en ut- matningsanordning (ej visad) för vidare transport genom ledningen (60) till slussmataren (14) med vätska som in- 452 175- matas till behållaren genom ledningen 70 av cirkulations- pumpen 53. I slussmataren som kan vara av känd typ över- förs flisen till ledningen 61 för inmatning till kokarens inmatningszon A genom anslutningen 38 med vätska som med cirkulationspumpen 51 matas till.s1ussmataren. Kokvätskan som inmatas genom ledningen 80 till cirkulationen för mat- ning av flis till slussmataren och den inmatningsvätska som överförs från cirkulationsledningen 81 till cirkula- tionsledningen 71 när flisen i slussmataren matas från ledningen 60 till ledningen 61, transporteras genom led- ningen 72 med pumpen 52 till pumpens 51 sugsida för in- matning av flis från slussmataren till kokaren. Denna vätsketransport regleras av vätskenivån i inmatningsbe- hållaren 15.

Vid transporten av flis genom ledningarna 60 och 61 är vätskeflödena i förhållande till flisflödet så stora samt W* strömningshastigheterna så höga att flisen kan framström- ma fritt till slussmataren resp. till kokarens inlopp och med i stort sätt samma hastighet som vätskan.

Pâ detta sätt strömmar flis med inmatad vätska genom ko- karens inmatningszon A fram till flispelarens nivå 29 vid vilken inmatad flis packas och frammatas genom att bringa \inmatad vätska 41 under turbulenta strömningsförhâllanden att strömma genom en pelare av inmatad flis i dess fram- matningsriktning innan den avdras vid flispelarens periferi genom silen 21 och genom ledningen 62 transporteras med pumpen 51 tillbaka till slussmataren.

Med detta sätt för inmatning av flis kan ett högt kompri- merande och frammatande tryck som är lätt att bestämma och reglera anbringas pâ flispelaren innan den matas ge- nom impregneringszonen¿ Genom att detta tryck är jämnt fördelat på flispelarens hela tvärsnitt och uppnår sitt 452 175 största värde vid inloppet till impregneringszonen C kan mekanisk deformation av flisen undvikas.

För att redan vid ett relativt lågt flöde på inmatad vätska erhålla ett högt frammatningstryck och underlätta regleringen av flispelarens nivå i kokaren ökar strömnings- tvärsnittet för inmatad flis och vätska successivt från inmatningsstället 38 fram till avdragssilen 21 för inmatad vätska 41.

Figur 3 visar hur frammatningstrycket pF på flispelaren vid inloppet till impregneringszonen beror på inmatnings- vätskans tryckfall i frammatningszonen där zšp är hela tryckfallet i frammatningszonen och ¿5p1 är tryckfallet i en del av frammatningszonen intill avdragssilen 2l.

Figur 4 visar hur flispelarens nivå H i frammatningszonen F kan bestämmas med hjälp av dessa tryckfall. Denna nivå regleras antingen genom att ändra på massauttaget 63 el- ler genom att variera flisinmatningen 60.

Flödet av impregneringsvätska 42 genom impregnerings- zonen C regleras genom ändring av vätskemängden avdragen från silen 22 vid impregneringszonens inlopp och cirku- lation med pumpen 54 genom värmeväxlaren 12, där uppvärm- ning med het vätska 67 avdragen från kokzonens utlopp sker, för inmatning till impregneringszonens utlopp till- sammans med där avdragen vätska 65. Flödet av uppvärmd impregneringsvätska 75 inställes så att dess värmekapa- citetsström blir något större än värmekapacitetsströmmen för inmatad flis 50 och kokvätska 80 men lika stor eller något mindre än värmekapacitetsströmmen för avdragen väts- ka 67 från kokzonens utlopp.

Extraktivämnen 82 separeras 16 från avdragen impregnerings- vätska 69 innan den återföres efter uppvärmning till imp- regneringszonens utlopp. 452 175 Impregnerad flis och vätska som matas från impregnerings- zonen till kokzonen uppvärms till koktemperatur genom av- dragning av kokvätska 66, uppvärmning av densamma 13 och âterföring till kokzonens inlopp 34.

I den figur 2 illustrerade kokaren sker impregneringen med vätska 101 avdragen från kokzonens utlopp varvid önskad koncentration av färska kokkemikalier erhålles ge- nom reglering av detta vätskeflöde 101. Flödet av impreg- neringsvätska 42 genom impregneringszonen regleræsi detta fall genom ändring av flödet på förbrukad impregnerings- vätska 89.

Sättet enligt uppfinningen uppvisar flera fördelar: 1. Skarpa temperaturgränser kan upprätthâllas mellan in- matningszonen och impregneringszonen samt mellan impreg- neringszonen och kokzonenäven när dessa föreligger i samma tryckkärl med inmatningen upptill. 2. Oberoende av temperaturen i impregneringszonen kan temperaturen på inmatningsvätskan hållas så låg att in- matningsanordningarna före slussmataren kan göras tryck- lösa. 3. För effektiv impregnering tillräckligt hög och kons- tant temperatur kan upprätthàllas i impregneringszonen utan att temperaturen stiger så högt att för denna zon oönskad ligninutlösning begynner. 4. Processens behov av externt värme är lågt emedan enda behovet utgörs av de värme som erfordras för uppvärmning av det finfördelade materialet och kokvätskan från imp- regneringstemperaturen till koktemperaturen.

. Ett högt sammanhâllande tryck på flispelaren kan upp- rätthållas i impregneringszonen utan att detta medför ett 452 175 för högt komprimerande tryck på den kokta flisen, vilket är en förutsättning för att flisen kontinuerligt skall frammatas genom kokaren som en sammanhängandspelare och tillräckliga mängder vätska skall kunna matas i motström genom impregneringszonen respektive tvättzonen. 6. Genom att flisen vid dess inlopp till kokaren snabbt komprimeras och uppnår maximal packning när den passerar avdragssilen för inmatningsvätskan reduceras transport av fint fast material (spân) till;ifrågavarande avdragssil.

Enligt föreliggande sätt kan en cirkulation av fint mate- rial i inmatningsanordningen därför minimeras. Förutom att detta ger en ökad kapacitet för inmatningen och mindre rengöringsbehov ökar det även utbytet på grund av att oöns- kad nedbrytning av det fina materialet minskar. Flis av förhållandevis låg kvalitet kan därför utnyttjas utan att driftstörningar uppstår. 7. Under den trycksatta delen av kokprocessen är flisen hela tiden omsluten av vätska. Impregneringen av flisen blir därför effektiv och jämn genom att inträngning av gas är eliminerad och genom att impregneringsvätskan som omsluter flisen i impregneringszonen kontinuerligt och snabbt byts på grund av hög relativ strömning mellan vätska och flis. 8. Kompressions- och frammatningskraften för flisen även- som flispelarens nivå i kokarinloppet kan enkelt bestäm- mas och regleras. 9. Mekanisk deformation av flisen reduceras till ett mininum genom att flisen under inget skede av inmatningen till kokaren utsätts för högre mekaniskt tryck än vad som fordras för en kontinuerlig och jämn frammatning av densamma. 452 175 . I flisen ingående extraktivämnen överförs till imp- regneringsvätskan och kan separeras från denna vid för- hållandevis låg temperatur innan impregneringsvätskan matas till kokzonen. 11. Även obasad flis kan effektivt impregneras och fås att strömma som en sammahängande pelare genom kokaren. 12. Erforderlig utrustning är enkel emedan hela kokproces- sen kan utföras i ett enda tryckkärl.

Claims (8)

" 452 175 Petentkrav

1. Satt vid kontinuerlig uppslutning av finfördelat cellulosahaltigt material, t.ex. vedflis, genom att mata det finíördelade materialet till den övre änden av ett vätskefyllt behandlingekärl (ll) som en sammanhängande flispelare genom en frammatningszon (8), en uppvärmnings- och impregneringszon (C), en uppslutningazon (D) och eventuellt en tvättzon (B), varvid temperaturen i uppvarmnings- och impregneringszonen (C) hállee lägre än i uppelutningszonen (D), k ä n n e t e c k n a t av att den med flisen inmatade vatskan (41) bringas att strömma genom ílispelaren i írammatningszonen (B) 1 flisens frammatningsriktning med en sådan hastighet, innan-den avdras (21), att för flispelarene frammatning tillräckligt högt tryckfall för inmatningevätskan (41) uppratthàlles i frammatningszonen medelst en traneportpump (51) och regleras genom strypreglering av inmatningsvätskan (81) eller varvtalsreglering av traneportpumpen och/eller genom reglering av den sammanhängande fliepelarens niva (29) iv frammatningezonen, varigenom inmatningevàtskan (41) i frammatningezonen åstadkommer sa högt frammatningstryck pà det finfördelade materialet vid gränsen mellan írammatningezonen och den efterföljande impregneringszonen (C), att fliepelaren frammatae genom denna zon (C), där en ström av impregneringsvätska (42) i motström mot den frammatade flispelaren regleras så, att impregneringsvätekan vármekapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitets- strömmen för den frammatade fliepelaren.

2. Sätt enligt krav 1, k a n n e t e c k n a t av att impregneríngsvätskans (42) hastighet i förhållande till flis- pelaren i impregneringszonen (C) hàlles så hög att turbulent vätskeetrömning föreligger.

3. Satt enligt krav 1 eller 2, k á n n e t e c k n a t av att impregneringevatskan (85) som inmatas till impregne- ringszonens utlopp uppvärms och eventuellt utspädn med vätska (67) avdragen från uppalutningszonens utlopp.

4. Sätt enligt krav 1, 2 eller 3, k a n n e t e c k - n a t av att vätskan och det finfördelade materialet i fram- matningszonen (B) strömmar genom ett successivt ökande ström- ningetvärenitt fram till avdragssilen (21) för ínmatad vätska. 452 '175 'z

5. t e c k n a t Sätt enligt nagot av föregående krav, k ä n n e av att impregneringevätskan (42) avdras genom en sil (22) helt eller delvis separat fràn inmatningsvätskan (41).

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att extraktivämnen i impregnetingsvätekan avskíljes före den av- dragna impregneringsvätskan (69) ateranvands eller blandas med annan vätska.

7. t e c k Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e n a t av att frammatningstrycket pá det finförde- lade materialet vid inloppet till impregneringszonen, samt att nivån (29) pa den sammanhängande fliapelaren, bestämmas genom att mata tryckfallet pa inmatningsvatskan från en punkt (92) i inmatningszonen (A) och från en punkt (91) i frammatningezonen (B) till en punkt (90) intill avdragssilen (21) för inmat- ningsvätakan.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att den sammanhängande fliepelarens nivà (29) regleras genom reg- lering av transportvätakan (70) för det finfordelade materia- let till elusamataren (14) och/eller varvtalsreglering av slussmataren.