SE501895C2 - Förfarande och anordning för inmixning av ozonhaltig gas i en massasuspension - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 *895 2 tet. Dylika lösningar utnyttjar således på känt sätt en rent mekanisk omrörning för att få massasuspensionens tre faser, dvs. fibermaterial, gas och vätska, att ändra sina lägen i förhållande till varandra så att masstransporten av ozon till vätskefasen ökar, varvid ozongasen kommer i reaktiv kontakt med fibrerna. Även om de kända lös- ningarna ger en effektivare inmixning, kvarstår dock behovet av ytterligare effektivisering av inmixningspro- CQSSEH .

Man vet sedan lång tid tillbaka att, även då en massasu- spension försatts i ett så pass turbulent tillstånd, att dess reologiska egenskaper överensstämmer med vatten, förekommer ett stort antal större och mindre fiberflockar virvlande i suspensionen. Fiberflockarna förhindrar då ozonet att komma i reaktiv kontakt med de enskilda fib- rerna. Det har visat sig att omröringsorganen enligt känd teknik ej fullständigt lyckas lösa upp fiberflockarna, vilket torde vara en av anledningarna till att riktigt effektiv inmixning hittills ej kunnat uppnås.

I praktiken torde det vara omöjligt att uppnå en 100%-ig förbrukning av den satsade ozonmängden i ett enda steg, även om man strävar efter att nå denna nivå, varför man tvingas acceptera att en viss mängd oförbrukad ozon tillsammans med stora mängder inert bärgas följer med massasuspensionen ut ur behandlingsavsnittet. Det finns därför ett behov av att tillvarataga den oförbrukade ozongasen och bärgasen genom återanvändning. Något be- fintligt system för sådan återanvändning eller recirku- lation finns för närvarande ej på marknaden.

UPPFINNINGENS SYFTE Syftet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovan nämnda problem genom att åstadkomma en effektivare in- 10 15 20 25 30 35 501 _ 895 3 mixning av ozonhaltig gas i massasuspensionen, och i en särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen till- varataga och återanvända oförbrukad ozongas och inert bärgas.

LösNINc Ovan nämnda syfte uppnås genom att uppfinningen till- handahåller ett förfarande och en anordning för inmixning av ozonhaltig gas i en massasuspension av ett cellulosa- haltigt fibermaterial, enligt efterföljande patentkrav 1 respektive 4.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer nedan att beskrivas i närmare detalj med hänvisning till medföljande ritningar, på vilka: Fig. 1 visar en schematisk snittvy av en första utför- ingsform av en anordning enligt uppfinningen, försedd med axiellt massainlopp, Fig. 2 visar ett snitt taget längs linjen A-A i fig. 1, vilket visar två tangentiella gasinlopp enligt uppfinningen, Fig. 3 visar schematiskt en utskuren del av statorn försedd med slitsar, Fig. 4 visar en snittvy av statorn i fig. 3, Fig. 5 visar en schematisk snittvy av en andra ut- föringsform av en anordning enligt uppfinningen försedd med radiellt massainlopp samt en gassepa- rator i anslutning till utloppet. 10 15 20 25 30 35 501 895 BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I fig. 1 visas en första utföringsform av en anordning för inmixning av ozonhaltig gas i en massasuspension av ett cellulosahaltigt fibermaterial enligt uppfinningen.

Anordningen innefattar ett massainlopp 1 genom vilken trycksatt massasuspension matas in i anordningens axiella riktning enligt pilen 2. Därefter följer ett behandlings- avsnitt 4 vars utsträckning indikeras med måttpilen 4 i figuren. Behandlingsavsnittet 4 är enligt uppfinningen vidare indelat i en förfluidiseringszon 5 och en mix- ningszon 6, vilka i figuren indikeras med motsvarande måttpilar. Två gasinlopp 8, 9 är vidare anslutna till behandlingsavsnittet 4. Efter nämnda behandlingsavsnitt 1 är ett utlopp 10 beläget, genom vilket färdigmixad gas-massablandning 4, dvs i den högra delen av fig. strömmar ut radiellt från den övriga anordningen i pilens 11 riktning.

Behandlingsavsnittet 4 är huvudsakligen uppbyggt kring en stationär cylindrisk stator 13 vilken utgör anordningens huvudsakliga begränsning utåt, samt en därmed koaxiell rotor 14 vilken i det visade utföringsexemplet är enkel- lagrad via en axel 15 i anordningens högra ände i fig. 1, dvs. i anslutning till utloppet 10. I en alternativ, ej visad utföringsform kan statorn 13 och eventuellt även rotorn 14 istället vara koniskt utformad. Rotorn drivs härvid av en i figuren ej visad elmotor ansluten till nämnda axel 15. Statorns 13 ändgavel 18 är avtätad mot axeln 15 med hjälp av en packbox 19. I det visade exemplet uppvisar rotorn 14 en slät cylindriskt yta som påbörjas strax efter gasinloppen 8, 9 och avslutas vid mixningszonens 6 slut i anslutning till utloppet 10. I förfluidiseringszonen 5 samt i den absoluta början av mixningszonen 6 uppvisar rotorn 14 en konisk sektion 21 10 15 20 25 30 35 501 395 5 med spetsen vänd mot massainloppet 1 och som vid konens bas övergår i rotorns 14 släta, cylindriska del. Den koniska sektionen 21 befinner sig därvid väsentligen i behandlingsavsnittets 4 förfluidiseringszon 5. I syfte att accelerera upp massasuspensionen till fluidiserat tillstånd i förfluidiseringszonen 5, är rotorns 14 konis- ka sektion 21 försedd med fluidiseringsorgan 22 i form av radiellt utskjutande blad, vilka i ett fördelaktigt utförande är åtminstone svagt spiralvridna kring rotorns 14 symmetriaxel. Denna spiralvridning visas emellertid ej i figuren, där istället fyra i rät vinkel mot varandra utskjutande blad med invändiga hålöppningar 24 före- kommer. Förfluídiseringszonens 5 längd i statorns 13 och rotorns 14 axiella riktning är företrädesvis en till tre gånger rotordiametern för uppnående av bästa fluidise- ringseffekt.

Mixningszonen 6 inledes direkt efter nämnda förfluidise- ringszon 5 med två gasinlopp 8 och 9 tangentiellt anslut- na genom statorns 13 periferi såsom tydligt framgår av snittvyn i fig. 2. Härvid framgår vidare att de två gasinloppen 8, 9 är anslutna på var sin sida av statorns 13 periferi på ett sådant sätt att gasen tillföres i rotorns 14 rotationsriktning, vilken markeras med pilen 26. De båda inkommande gasströmmarna markeras härvid med pilarna 27 respektive 28. Gasen kan naturligtvis även tillföras genom ett enda gasinlopp, men det visade ut- förandet med två gasinlopp 8, 9 ger en jämnare gasför- delning i inmixningens inledningsskede. Mixningszonens längd i statorns 13 och rotorns 14 axiella riktning är företrädesvis två till tio gånger rotordiametern.

Själva inmixningen av den ozonhaltiga gasen i den in- matade och i förfluidiseringszonen 5 fluidiserade massa- suspensionen, sker i en ringspaltformig kanal 30 definie- rad mellan statorn 13 och rotorn 14. Härvid är det radi- 10 15 20 25 30 35 501 895 6 ella avståndet mellan rotorn 14 och statorn 13 så an- passat att det medger passage endast av infinitesimala fiberflockar. Nämnda avstånd har i försök visat sig vara optimalt då statorns 13 innerdiameter är 1,01 till 1,5 gånger större än rotordiametern. Beroende på skilda för- hållanden i olika tillämpningsfall, kan det absoluta måttet på avståndet mellan stator 13 och rotor 14 variera inom området 2-50 mm. Den ringspaltformiga kanalen 30 sträcker sig obruten från gasinloppen 8, 9 till behand- lingsavsnittets 4 slut i anslutning till utloppet 10.

Statorn 13 är försedd med strömningspåverkande organ 32 i form av ett flertal slitsar (eller bommar såsom nedan beskrives) längs sin mot kanalen 30 vända yta, utformade för att förstärka turbulenseffekten och flocknedbryt- ningen i den genomströmmande gas-massablandningen. Även rotorn 14 kan på motsvarande sätt vara försett med ström- ningspåverkande organ 32, vilket dock ej är fallet i det visade utföringsexemplet. Inom ramen för uppfinningen kan således ett antal varianter förekomma, där statorn 13 är försedd med strömningspåverkande organ 32 och rotorn 14 är slät eller vice versa, samt en sista variant där såväl statorn 13 som rotorn 14 är försedda med strömningspå- verkande organ.

I fig. 3 och 4 visas en förstorad, schematisk vy till- sammans med en snittvy av statorns 13 strömningspåverkan- de organ 32 i form av nämnda slitsar orienterade i sta- torns 13 axiella riktning. Slitsarnas dimensioner är härvid exempelvis 30 x 5 x 1 mm (längd x bredd x djup), men beroende på tillämpningsfall kan längden variera från 10 till 100 mm, bredden från 2 till 20 mm och djupet från 0,1 till 10 mm. Generellt är längden 0,05 till 0,2 gånger rotorns 14 diameter och bredden 0,2 till 0,5 gånger längden. 10 15 20 25 30 501 ses.

I en alternativ, ej visad utföringsform utgöres nämnda strömningspåverkande organ 32 av ett flertal utskjutande bommar i statorns 13 och/eller rotorns 14 mot den ring- spaltformiga kanalen 30 vända ytor. Bommarna är i likhet med de visade slitsarna orienterade i statorns 13/rotorns 14 axiella riktning, och deras dimensioner är omkring 30 x 5 x 5 (längd x bredd x höjd), men beroende på till- ämpningsfall kan längden variera från 10 till 100 mm, bredden från 2 till 20 mm och höjden från 1 till 20 mm.

Generellt är längden 0,05 till 0,2 gånger rotorns 14 diameter och bredden 0,2 till 0,5 gånger längden.

I fig. 5 visas en andra utföringsform av uppfinningen, där rotorn 14 istället är dubbellagrad i lagerhusen 34 och 35 via en genomgående axel 15. Denna utföringsform skiljer sig från den tidigare beskrivna genom att statorn 13 är försedd med såväl tangentiellt massinlopp 1 som utlopp 10, samt att en gasseparator 38 är belägen i anslutning till utloppet 10 för avskiljning och bortför- sel av oförbrukat ozon och inert bärgas från den utgående massaströmmen. Gasseparatorn 38 innefattar radiella avgasningsfluidiseringsblad 40 infästa på rotorn 14 i anslutning till det tangentiella utloppet 10. Med hjälp av avgasningsfluidiseringsbladen 38 tvingas den utgående massan med hjälp av centrifugalkraften ut genom utloppet, och de kvarvarande gaserna, dvs. oförbrukat ozon och inert bärgas leds ut genom en längs rotorns 14 axel 15 löpande evakueringskanal 42, vilken utmynnar i ett av- gasningshus 43 beläget i anslutning till statorns 13 ändgavel 18. Avgasningshuset 43 är försett med en ut- gående tangentiell ledning 45 för recirkulation av nämnda gaser i processen. 10 15 20 25 30 35 501 895 I den andra utföringsformen i fig. 5 är statorn 13 av- tätad mot axeln 15 med hjälp av två packboxar 47, 48 i anslutning till nämnda lagerhus 34 och 35. Det har visat sig att denna utföringsform med sitt tangentiella massa- inlopp 1 ger en särskilt snabb fluidisering i förflui- diseringszonen.

I det följande skall förfarandet enligt uppfinningen närmare beskrivas. Därvid pumpas först trycksatt massa- suspension in genom massainloppet 1 och passerar för- fluidiseringszonen 5 där den accelereras upp till ett fluidiserat tillstånd medelst rotorns 14 fluidiseringsor- gan 22, varefter den fluidiserade massasuspensionen strömmar vidare in i mixningszonens 6 ringspaltformiga kanal 30 mellan statorn 13 och rotorn 14. I mixnings- zonens 6 början tillföres ozonhaltig gas till den fluidi- serade massasuspensionen genom de två tangentiella gasin- loppen 8 och 9, varpå inmixning sker under passage genom den återstående mixningszonen. I kanalen 30 förstärkes turbulenseffekten och flocknedbrytningen i den genom- strömmande gas-massablandningen medelst strömningspå- verkande organ 32 längs statorns 13 och/eller rotorns 14 mot kanalen 30 vända ytor. Enligt det första utföringsex- emplet som visas i fig. 1, strömmar den färdiga massa- blandningen ut genom utloppet 10 efter avslutad inmixning i behandlingsavsnittets 4 mixningszon 6. Eventuellt oförbrukat ozon och inert bärgas följer således med massaströmmen ut genom utloppet 10. I den andra utför- ingsformen, som visas i fig. 5 avskiljes däremot oför- brukat ozon och inert bärgas i en gasseparator 38 och evakueras genom en utgående ledning 45 för att därefter recirkuleras i processen, vilket är synnerligen fördel- aktigt. 10 501% 895 Till skillnad mot många kända mixeranordningar åtgår den genom drivaxeln 15 tillförda rörelseenergin enligt upp- finningen uteslutande till effektiv inmixning, och alltså ej samtidigt till axiell matning genom anordningen, då massasuspensionen här matas axiellt genom anordningen med hjälp av exempelvis pumpar belägna före massainloppet 1.

Föreliggande uppfinning är ej begränsad till ovan visade och på ritningarna illustrerade utföringsexempel, utan kan fritt varieras inom ramen för efterföljande patent- krav.

Claims (26)

10 15 20 25 30 501 895 10 Patentkrav

1. Förfarande för inmixning av ozonhaltig gas i en massasuspension av ett cellulosahaltigt fibermaterial, där massasuspensionen pumpas in genom ett massainlopp (1) och mixas med nämnda gas under passage genom ett behand- lingsavsnitt (4) innefattande en stator (13) och en därmed koaxiell rotor (14), varefter den färdigmixade massablandningen strömmar ut genom ett utlopp (10), k ä n n e t e c k n a t a v , att massasuspensionen efter passage genom massainloppet (1) passerar en för- fluidiseringszon (5) inom nämnda behandlingsavsnitt (4) där den accelereras upp till fluidiserat tillstånd me- delst fluidiseringsorgan (22) på rotorn (14), varefter den fluidiserade massasuspensionen strömmar in i en mixningszon (6) inom behandlingsavsnittet (4) där nämnda gas tillföres och inmixas i massasuspensionen under passage genom en ringspaltformig kanal (30) definierad mellan statorn (13) och rotorn (14), i vilken kanal (30) turbulenseffekten och flocknedbrytningen i den genom- strömmande gas-massablandningen förstärkes medelst ström- ningspåverkande organ (32) längs statorns (13) och/eller rotorns (14) mot kanalen (30) vända ytor.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t a v , att gas-massablandningen i anslutning till utloppet (10) passerar en gasseparator (38) i vilken oförbrukat ozon och inert bärgas avskiljes från den utgående massaströmmen och recirkuleras i processen. 10 15 20 25 30 35 so1,s9s ll

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t a v , att den ozonhaltiga gasen tillföres i ro- torns rotationsriktning, tangentiellt genom statorns (13) periferi via åtminstone ett, företrädesvis två tangen- tiella gasinlopp (8, 9).

4. Anordning för inmixning av ozonhaltig gas i en massa- suspension av ett cellulosahaltigt fibermaterial, in- nefattande ett massainlopp (1) för nämnda massasuspen- sion, ett utlopp (10) för färdigmixad gas-massablandning samt ett däremellan beläget behandlingsavsnitt (4), in- nefattande en stator (13) och en därmed koaxiell rotor (14), samt åtminstone ett till behandlingsavsnittet (4) anslutet gasinlopp (8, 9), k ä n n e t e c k n a d a v , att nämnda behandlingsav- snitt (4) är indelat i en förfluidiseringszon (5) där rotorn (14) i anslutning till massainloppet (1) är försedd med fluidiseringsorgan (22) för accelerering av massasuspensionen till fluidise- rat tillstånd; en därpå följande mixningszon (6) till vars första del nämnda gasinlopp (8, 9) är anslutet, och där en rings- paltformig kanal (30) definieras mellan statorn (13) och rotorn (14), samt där statorn (13) och/eller rotorn (14) är försedd med strömningspåverkande organ (32) längs sin mot kanalen (30) vända yta, utformade för att förstärka turbulenseffekten och flocknedbrytningen i den genom- strömmande gas-massablandningen.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att förfluidiseringszonens (5) längd i statorns (13) och rotorns (14) axiella riktning är en till tre gånger rotorns (14) diameter. 10 15 20 25 30 501 895 12

6. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att mixningszonens (16) längd i statorns (13) och rotorns (14) axiella riktning är två till tio gånger rotorns (14) diameter.

7. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att nämnda strömningspåverkande organ (32) utgöres av ett flertal slitsar i statorns (13) och/eller rotorns (14) mot den ringspaltformiga kanalen (30) vända ytor.

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e - t e c k n a d a v , att slitsarnas dimensioner kan varieras inom följande intervall; längd: 10-100 mm, bredd 2-20 mm, djup: 0,1-10 mm.

9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att slitsarnas längd är 0,05 till 0,2 gånger rotorns (14) diameter.

10. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att slitsarnas bredd är 0,2 till 0,5 gånger längden.

11. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e - t e c k n a d a v , att slitsarna är orienterade i statorns (13)/rotorns (14) axiella riktning.

12. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att nämnda strömningspåverkande organ (32) utgöres av ett flertal utskjutande bommar i statorns (13) och/eller rotorns (14) mot den ringspalt- formiga kanalen (30) vända ytor. 10 15 20 25 30 35 501.895 13

13. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e - t e c k n a d a v , att bommarnas dimensioner kan varie- ras inom följande intervall; längd 10-100 mm, bredd 2-20 mm, höjd: 1-20 mm.

14. Anordning enligt patentkrav 13, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att_bommarnas längd är 0,05 till 0,2 gånger rotorns (14) diameter.

15. Anordning enligt patentkrav 13, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att bommarnas bredd är 0,2 till 0,5 gånger längden.

16. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e - t e c k n a d a v , att bommarna är orienterade i sta- torns (13)/rotorns (14) axiella riktning.

17. Anordning enigt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att det radiella avståndet mellan rotorn (13) och statorn (14) bestäms av att sta- torns (14) innerdiameter är 1,01 till 1,5 gånger större än rotorns (14) diameter.

18. Anordning enligt patentkrav 4 och 17, k ä n n e - t e c k n a d a v , att det radiella avståndet mellan rotorn (14) och statorn (13) är 2-50mm.

19. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att det radiella avståndet mellan rotorn (14) och statorn (13) medger passage endast av infinitesimala fiberflockar.

20. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att gasinloppet (8, 9) är tangenti- ellt anslutet genom statorns (13) periferi. 10 15 20 25 30 35 501 895 14

21. Anordning enligt patentkrav 20, k ä n n e - t e c k n a d a v , att två gasinlopp (8, 9) är anslutna på varsin sida av statorns (13) periferi på ett sådant sätt att gasen tillföres i rotorns (14) rotationsriktning (26).

22. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att nämnda fluidiseringsorgan (22) utgöres av radiella blad vilka utskjuter från en konisk sektion (21) utformad i rotorn (14).

23. Anordning enligt patentkrav 22, k ä n n e - t e c k n a d a v , att nämnda blad är spiralvridna kring rotorns (14) symmetriaxel.

24. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v , att en gasseparator (38) är belägen i anslutning till utloppet (10) för avskiljning och bortförsel av oförbrukat ozon och inert bärgas från den utgående massaströmmen.

25. Anordning enligt patentkrav 24, k ä n n e - t e c k n a d a v , att nämnda gasseparator (38) in- nefattar till rotorn (14) infästa radiella avgasnings- fluidiseringsblad (40) samt en längs rotorns (14) axel (15) löpande evakueringskanal (42) utmynnande i ett avgasningshus (43) beläget i anslutning till statorns (13) ändgavel (18).

26. Anordning enligt patentkrav 25, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att nämnda avgasningshus (43) är försett med en utgående ledning (45) för recirkulation av nämnda gaser i processen.