專利名稱：使用氣體反應劑處理纖維材料的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及用于造紙的紙漿工藝，特別是涉及采用氣體漂白反應劑進行紙漿漂白。
漂白本紙漿所用的氣體反應劑，例如二氧化氯或臭氧，含有與反應氣體共存的高體積百分比的載體氣體。這是制備這種氣體漂白反應劑時所產(chǎn)生的結果。
臭氧由空氣或氧氣流過具有足夠強度以產(chǎn)生電暈放電的電場而產(chǎn)生，該電暈放電將一部分氧氣轉(zhuǎn)變成臭氧。例如在某些臭氧發(fā)生器中流動的氧氣通過電暈后約有百分之六的氧氣轉(zhuǎn)變成臭氧。剩余的氧氣作為“載體氣體”和臭氧一起進入漂白工序。在與紙漿發(fā)生反應后臭氧部分基本上耗盡而氧氣在所采用的漂白條件下不參與反應而從紙漿中被移出，氧氣的回收對于臭氧發(fā)生器的經(jīng)濟性是重要的。
一種通常有效的臭氧漂白設備在濃度高達百分之二十至五十的條件下處理紙漿。紙漿在反應氣體中由機械式疏松機處理成蓬松狀并用氣體吹送通過導管落在一疏松的蓬松紙漿的疏松層體上，后者連續(xù)地下移通過一圓柱狀反應塔移向一個作為氣體分離室的膨脹部。臭氧/載體氣體混合體最初在疏解機內(nèi)與紙漿混合構成氣體懸浮混合體，用于輸送與引起反應，然后它通過導管到達塔體頂部。臭氧與載體氣體以基本上高于疏松層體向下穿過反應塔的速度穿過該疏松層。載體氣體從外緣離開紙漿層進入氣體分離室并從那里再循環(huán)至臭氧發(fā)生器。在這種類型的反應器內(nèi)的漂白作用通常會由于蓬松的紙漿團凝聚的滲透性的變化而導至其出現(xiàn)一種帶斑點的外觀。這種變化也是由下落的紙漿的集中碰撞造成的疏松紙漿層的不均勻壓縮而引起的。紙漿層中集中深度較大處也增加了集中的壓縮作用。這些壓縮因素由于臭氧與載體氣體通過紙漿層時的壓降而進一步惡化。因為壓降與紙漿層的壓縮密度是成比例的，故氣體流的特性變劣也是很明顯的。再之，放熱的漂白反應在低密度區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了較高的溫度，因而在這些區(qū)域內(nèi)的漂白率較高。因為臭氧/紙漿的反應是非常迅速的且反應率隨著濃度的降低而迅速下降，因此由于大部分的臭氧在其有機會接觸紙漿層的較為稠密的區(qū)域的纖維以前已被耗盡，現(xiàn)有技術的反應器的漂白不均勻的結果被進一步惡化。
疏松層體型反應器的一個重要特征是它具有高的將臭氧從氧氣載體中清除出去的能力。對離開疏松層進入氣體分離室的氣體的測定顯示出其中只含有很低量的殘余臭氧，例如百萬分之三十(當在反應器頂部的喂入氣體中氧氣里含有4%的臭氧時)。由于臭氧是一種相對昂貴的化學物質(zhì)，這種臭氧氣體的高利用率對于臭氧漂白的經(jīng)濟效益是非常重要的。可以認為這種臭氧利用的高效率是下述事實的結果，即紙漿層的松密度主要在接近氣體分離區(qū)處增大，這是上方的紙漿與通過該層體的全高的氣流的壓降的綜合作用的結果。例如，當反應器在分離層上的紙漿層體高度為八英尺時進行操作，且疏松層反應器上部的氣流速度約為40英尺/分時，在氣體分離區(qū)的紙漿松密度將上升至約40磅/立方英尺而孔隙度將降低至約為總體積的36%。
在這個孔隙度下降的區(qū)域，臭氧氣體被迫與紙漿纖維直接接觸。最終的痕量臭氧是在漂白過程中被消耗而不穿過疏松層體，并不會在用于回收氧氣載體的再循環(huán)系統(tǒng)中被驅(qū)逐。
上面所述的是現(xiàn)有的氣體反應劑紙漿漂白反應器中所存在的公知缺陷。因而很明顯地如提供一個可克服上述一個或多個缺陷的替換方案是很有益處的。故相應地提出了適宜的替換方案，其技術特征將在下面作充分公開。
在本發(fā)明的一個方面是，提供一個用氣體反應劑處理纖維材料的裝置使本發(fā)明得以實現(xiàn)，其中氣體反應劑用于使纖維材料在氣體反應劑存在的情況下變得蓬松以構成纖維材料的氣體懸浮體，并有一個用于接收和攪拌上述纖維材料的氣體懸浮體以機械地維持纖維材料懸浮于氣體反應劑中直至氣體反應劑基本上與纖維材料完成反應為止的機構。該混合體然后被分送至疏松層體反應及除氣室，在此完成反應而剩余的反應氣體被從纖維材料中排出。
前述的和其它的方面將從下面對本發(fā)明的詳述及參照附圖而更明確。
附圖簡述

圖1是一個體現(xiàn)本發(fā)明特征的裝置的局剖示意圖;
圖2是圖1的裝置按2-2線的部分局剖視圖;
圖3是臭氧與本紙漿在疏松層體反應器中反應率的圖解;而圖4是本發(fā)明另一個實施例的部分的局部剖視圖，其中氣體反應劑被導入混合室的喂入漏斗而不是進入疏解器。
圖1表示出作為本發(fā)明的最佳實施例的一個氣體/固體反應器系統(tǒng)20。它主要包括疏解器/鼓風機60，該疏解器/鼓風機60用于形成如前所述的纖維質(zhì)固體的氣體懸浮混合物，還包括混合室40和疏松層體反應器30。該疏解器/鼓風機60和疏松層體反應器30是現(xiàn)有技術中所熟知的，但仍在此加以描述，以便說明該系統(tǒng)內(nèi)的本發(fā)明的功能。
疏解機/鼓風機60從未示出的脫水壓力機通過導管66接收高濃度紙漿5(濃度20%至50%)，同時也通過氣體環(huán)路50接收輸入氣體70與剩余吹出氣體76的混合氣體71。喂入氣體70由氣態(tài)反應劑組成，同時根據(jù)反應的需要在氣態(tài)反應劑中可以混入任何適當?shù)膶嶋H為非反應的載體氣體。為實現(xiàn)所述的目的，木紙漿的漂白采用臭氧作為氣態(tài)反應劑而采用氧作為載體氣體。喂入氣體混合物70通過閥77注入氣體環(huán)路50，并在那里與剩余吹出氣76混合而構成氣體混合體71，后者進入疏解機/鼓風機60，在那里與紙漿5混合構成氣體懸浮紙漿蓬松混合體，并形成將氣體/蓬松體混合物54通過導管51排入蓬松體排出旋風分離機52時所需要的物質(zhì)流。由此，紙漿5從旋風分離機落入混合室喂入漏斗46并由攪龍43推入混合室40。
在混合室40內(nèi)氣體懸浮紙漿蓬松混合物被由馬達41所驅(qū)動的轉(zhuǎn)子軸42上的漿葉44作劇烈的機械攪拌。蓬松紙漿與接觸氣體69通過混合室的速度是不同的，該接觸氣體69由剩余氣體反應劑結合添加了漸進漂白反應所生成的氣體的非反應載體氣體而構成。通常氣體行進得較快。漿葉的劇烈的機械作用保證紙漿蓬松物懸浮在接觸氣體69中，同時確保接觸氣體69與蓬松紙漿的密切接觸，使得在離開混合室時沒有任何一部分的蓬松紙漿未曾與氣體反應劑相接觸。這就確保了在漂白反應的該高效率部分中的漂白均勻性?；旌衔飶幕旌鲜?0通過排出頸45排入至疏松層體反應器30。位于排出頸45的入口處的漿葉44的作用是防止該頸被從混合室40排出的紙漿所堵塞。
蓬松的紙漿構成了疏松的層體，慢慢地向下運動而通過疏松層體反應器30，并如前面所述地在朝向其底部方向上逐漸被壓實。
接觸氣體69向下穿過可滲透的紙漿層，這是因為在穿過反應器時它具有比紙漿高得多的速度，直至它到達排氣出口37時它沿外緣逸出至環(huán)形氣體排出室32。這時接觸氣體69中的臭氧已幾乎被完全去除而僅余留痕量，而其主要的成分是氧氣與漂白反應的作為副產(chǎn)物生成的氣體，它被從噴嘴75排出并再循環(huán)至臭氧發(fā)生器系統(tǒng)。在疏松層體反應器30底部的被漂白的紙漿10被循環(huán)的通過稀釋液噴口34的濾液所稀釋并通過紙漿排出部36以稀釋漂白紙漿15的形式被排出。
圖2是圖1中的疏解機/鼓風機60與其相聯(lián)帶的設備按2-2線的局部概略視圖。紙漿5從脫水壓力機通過導管66進入螺旋壓縮送料器62并由此喂入疏解機/鼓風機60。螺旋壓縮送料器把紙漿壓入基本上是不可滲透的管塞99，后者可防止來自反應器系統(tǒng)20的混合氣體的逆流?；旌蠚怏w71通過氣體環(huán)路50進入疏解機/鼓風機60并與蓬松的紙漿混合，該蓬松紙漿以蓬松紙漿的氣體懸浮體的形式被其引導輸送至紙漿與氣體排出管道51。
參見圖1與2，本發(fā)明的新穎的特性即可得到最好的了解。疏解機/鼓風機60及與其相聯(lián)系的裝置，以及疏松層體反應器30是本技術領域中為人所熟知的。盡管現(xiàn)有技術中的疏松層體反應器的缺點已被描述，但其高效率的除去臭氧的能力仍使其成為與本發(fā)明配合使用的合乎需要的裝置，這在下面將作出解釋。臭氧與紙漿的漂白反應進行得非常迅速。圖3是在前面所描述過的疏松層體反應器中臭氧在與蓬松紙漿接觸時其臭氧濃度(百分比)相對于時間(秒)的函數(shù)關系的圖示。從中可見，從臭氧發(fā)生器中生成的臭氧在氧氣中的濃度約為4%。并可看出在疏松層體反應器中約60%的臭氧在與紙漿接觸時，在不到1秒的時間即被消耗掉，而在6秒時其消耗量超過90%。因此，臭氧與紙漿纖維的充分徹底的混合是必不可少的，以避免紙漿的漂白光亮度有大的差異。故在疏解機/鼓風機60與疏松層體反應器30之間提供了機械混合室40。
蓬松的紙漿/氣體混合體54被通過蓬松排出旋風分離器52與混合室漏斗46被注入攪龍43并由攪龍運送至裝在轉(zhuǎn)子軸42上上的混合漿葉44。維持喂入率以便在基本水平放置的混合室中不致發(fā)生阻塞腔室的條件下經(jīng)劇烈攪拌的紙漿的膨松密度層可能大。這樣可以保證所有通過室40的蓬松紙漿在最大可能的程度上暴露于其中的氣體反應物。漿葉44在蓬松紙漿與氣體間產(chǎn)生強烈的混合作用以便在混合室內(nèi)的停留期間在疏解機/鼓風機60中形成的蓬松紙漿的氣體懸浮體得以保持。最接近排出頸45的混合漿葉由于紙漿通出混合室和落到紙漿層7頂部的反應器中，防止了頸的阻塞。接觸氣體69在6秒鐘的混合后含有的臭氧已少于其初始含量的一半，并經(jīng)穿過疏松的紙漿層體直至到達排氣口37繼續(xù)下降。此時其臭氧濃度在典型情況下含量低于百萬分之30。
混合室提供了大約為10秒鐘的蓬松紙漿的停留時間，以保持紙漿在通過氣體與蓬松紙漿的直接強烈的機械混合的接觸氣體69中處于懸浮狀態(tài)。這樣就確保了在混合體被排出到疏松層體反應器中之前具有最大程度的實際反應。因為進入疏松層體反應器時的臭氧濃度實際上小于其初始濃度的一半，故反應速率明顯地減慢了，故由于紙漿層體的疏松性的變化而引起的漂白的不均勻性得以進一步減輕。
圖4示出本發(fā)明的另一個的實施例，它與圖1中所示的相類似。只是其中的疏解機/鼓風機60被疏解機90所代替，疏解機90沒有任何吹送作用，而是使蓬松紙漿纖維直接沉入混合室漏斗46。氣體環(huán)路50在本實施例中也被刪除，因為反應氣體混合體是被導入混合室漏斗而不是被導入疏解機。
在最佳實施例中，本發(fā)明具有可以得到均勻的漂白反應結果的優(yōu)點，這是由于在該實施例中沒有浪費昂貴的臭氧或其他反應氣體。由于在疏松層體反應器室之前提供了一個機械混合室，故在維持直接混合時達到了氣體/紙漿接觸所需的時間。這樣，在大規(guī)模的生產(chǎn)能力的實際工業(yè)條件下，本發(fā)明提供了均勻的且基本完全的反應。
臭氧/木紙漿反應作為一個實例以說明本發(fā)明的特征。任何的其中反應動力學與該臭氧/木紙漿形式相類似而其中的固體具有類似于木紙漿的蓬松纖維特性的氣體/固體反應都是對本發(fā)明的合理應用。
權利要求
1.用氣體反應劑處理纖維材料的裝置，包括用于在氣體反應劑存在的情況下使纖維材料蓬松以構成纖維材料的氣體懸浮體的裝置；用于接收與攪拌上述纖維材料的氣體懸浮體使其機械地維持纖維材料的懸浮狀態(tài)直至氣體反應劑基本上與上述纖維材料產(chǎn)生反應的裝置；以及，用于接收上述纖維材料的氣體懸浮體的裝置，其中反應被完成而剩余的反應氣體被從纖維材料中除去。
2.權利要求1的裝置，其中用于攪拌纖維材料的氣體懸浮體的裝置包括一長的具有裝在一軸向取向的可旋轉(zhuǎn)的被驅(qū)動軸上的許多混合漿葉的混合室。
3.權利要求2的裝置，進一步包括在上述混合室的接收部分處的，用于將蓬松的纖維材料的懸浮體輸送進入混合室中的喂料攪龍裝置。
4.權利要求1的裝置，其中用于接收與攪拌纖維材料的氣體懸浮體的裝置以可提供懸浮體滯留時間達約十秒的速度運行。
5.用氣體反應劑處理蓬松的纖維材料的裝置包括用于引導蓬松的纖維材料的氣體懸浮體進入混合室的裝置;在上述混合室內(nèi)用于作機械攪拌以維持纖維材料能在氣體反應劑內(nèi)懸浮一段足以使基本大多數(shù)的氣體反應劑與纖維材料發(fā)生反應的滯留時間的裝置;以及，用于將纖維材料與氣體反應劑的混合體輸送進入反應及除氣室中，以形成疏松層體的裝置，其中反應一直進行至氣體反應劑基本上完全被耗盡。
6.權利要求5的裝置，其中上述用于引導纖維材料與氣體反應劑進入混合室的裝置包括用于在氣體反應劑存在的情況下使纖維材料蓬松的裝置。
7.權利要求5的裝置，其中用于機械地混合纖維材料與氣體反應劑的裝置包括一長的具有安裝在軸向取向的可旋轉(zhuǎn)的被驅(qū)動軸上的多個漿葉的混合室。
8.權利要求7的裝置，進一步包括位于上述混合室的接收部分，用于輸送蓬松纖維材料的氣體懸浮體進入混合室的喂料攪龍裝置。
9.權利要求7的裝置，其中纖維材料是含量為20%至50%的木紙漿，氣體反應劑是含有臭氧的氧氣混合體，在上述混合室內(nèi)的滯留時間約為十秒。
10.一種用氣體反應劑漂白木紙漿的裝置，在該型裝置中具有在氣體反應劑存在的情況下使紙漿蓬松以構成紙漿的氣體懸浮體的機械式紙漿疏解器和一個多孔層體反應及除氣室，其改進包括一具有帶有多個混合漿葉的轉(zhuǎn)子的機械式混合室和用于輸送例如是紙漿的氣體懸浮體的紙漿與氣體反應劑以使得基本上大部分上述氣體反應劑在混合室中被耗盡的速率通過混合室的裝置，上述混合室位于上述機械紙漿疏解器和上述疏松層體反應與除氣室之間。
11.權利要求10的裝置，其中上述用于輸送的裝置包括位于上述混合室入口處的攪龍。
12.權利要求10的裝置，其中上述用于輸送的裝置包括在混合漿葉上的偏壓器。
13.采用氣體反應劑處理纖維材料的方法，包括以下步驟在氣體反應劑存在的情況下使纖維材料蓬松形成纖維材料的氣體懸浮體;以攪拌的方式機械地維持纖維材料懸浮于氣體反應劑中直至上述氣體反應劑基本上與上述纖維材料反應為止;以及，該混合體被送入疏松層體反應與脫氣室以完成反應并從纖維材料中排出剩余的反應氣體。
14.權利要求10的漂白裝置，其中上述用于輸送的裝置給紙漿的氣體懸浮體在混合室內(nèi)提供約10秒鐘的滯留時間。
全文摘要
采用氣體反應劑處理高濃度的蓬松纖維材料的方法和裝置，其中有一個在將混合體送入疏松層體反應及脫氣室前提供足以使基本上大部分氣體反應劑發(fā)生反應的滯留時間的機械式混合室。氣流穿過反應室內(nèi)的纖維材料疏松層體直至實質(zhì)上所有的反應劑被耗盡。這樣纖維材料得以被均勻處理并有效地使用了反應劑。
文檔編號D21C9/10GK1063915SQ91105630
公開日1992年8月26日 申請日期1991年7月16日 優(yōu)先權日1991年2月6日
發(fā)明者L·A·卡爾史密夫 申請人:英格索爾-蘭德公司