專利名稱：疏松高稠度紙粕使之與氣體漂白劑實(shí)現(xiàn)最佳反應(yīng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明一般地涉及紙粕制造方法和所用的設(shè)備，更確切地說，涉及一種裝置和方法，用來疏松高稠度紙粕并促進(jìn)高稠度紙粕和一種氣體漂白劑之間的緊密接觸。
如所周知，紙粕是通過蒸煮木屑獲得的，也可是回收紙?jiān)偕?，或者從其他來源獲得，一般在紙粕廠和紙廠用水處理成紙漿。近來做出了許多努力，以求使用臭氧作為高稠度紙粕和其它木質(zhì)纖維原料的漂白劑，避免在這種漂白處理中使用氯氣。雖然臭氧一開始看來是用于漂白木質(zhì)纖維原料的一種理想物質(zhì)，但是，它的特有氧化性質(zhì)及相對(duì)高的價(jià)格限制了木格質(zhì)纖維原料臭氧漂白用的令人滿意的設(shè)備及工藝的開發(fā)。
如這里已經(jīng)用到的，稠度一詞用來表示實(shí)測(cè)出來的干紙粕纖維對(duì)水份的比率，更確切地說，就是干紙粕纖維的重量占紙漿或“漿料”重量的一個(gè)百分?jǐn)?shù)。使用了各種定義，例如空氣-干燥稠度(a.d.％)，或烘箱-干燥稠度(o.d.％)或無水分稠度(m.f.％)。測(cè)定這些值所用的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)可以在一些熟知的有關(guān)參考資料中找到，如《TAPPI標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》。在紙漿廠和造紙廠中廣泛用來說明漿料稠度范圍的術(shù)語如下低稠度—低于大約4～6％o.d.
中稠度—約9～18％o.d.
高稠度—高于大約18～20％o.d.
但往往超過大約25％o.d.
紙粕漿隨其稠度而改變的主要特性是流度。高稠度范圍內(nèi)的紙粕沒有類似紙漿的特性，所以稱之為潮濕的纖維質(zhì)固態(tài)物料較為恰當(dāng)。高稠度紙粕有一種附屬的特性，那就是它可以被疏松，正如干纖維質(zhì)固態(tài)物如棉花或羽絨可被疏松那樣，從而使紙粕成為一種輕質(zhì)而疏松的物料，其內(nèi)部纖維可讓氣態(tài)化學(xué)試劑接近。一般地說，高稠度紙粕不能用泵打入管道中，這是因?yàn)楣鼙诘哪ゲ磷枇芨?，?huì)造成泵送系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)的功率要求。在供給氣態(tài)漂白反應(yīng)劑如臭氧的特定情況下，已證明下述做法是切實(shí)可行的采用螺旋輸送器將高稠度紙粕送過一短段管道，使之形成一種不可滲透的料塞，以封住漂白反應(yīng)氣體以防其損失。
在用一種高稠度物料梳散機(jī)或針梳機(jī)之類的疏松機(jī)進(jìn)行疏松時(shí)，被疏松的高稠度紙粕形成一種具有高可變堆積密度的脆性纖維質(zhì)物料，堆積密度的大小取決于紙粕在從疏松機(jī)排出時(shí)如何被搬運(yùn)。例如，若將被疏松的紙粕排入一個(gè)淺的料箱中，再放置在地面上，它就形成一堆疏松過的紙粕，若將成堆的疏松過的紙粕積累起來高達(dá)大約10英尺的話，則紙粕的重量足以將料堆底部的疏松的紙粕加以壓縮，從而減小在疏松的紙粕中的氣體體積。疏松的紙粕的這種可壓縮特性使得難以用常規(guī)的固體散料搬運(yùn)設(shè)備來運(yùn)送疏松的紙粕，而不增大其堆積密度并降低其松度(空隙率)。松度對(duì)氣體漂白設(shè)備具有首要的意義。
如所周知，為了在纖維質(zhì)紙粕的多級(jí)漂白過程中充分實(shí)現(xiàn)氣相反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)疏松紙粕的紙粕粉碎處理務(wù)必具有特定性質(zhì)，使生產(chǎn)出的粉碎物與其大小無關(guān)地全部具有低密度和疏松結(jié)構(gòu)，從而實(shí)質(zhì)上不含有任何高度壓縮的部分，如密實(shí)的纖維束。只有獲得這種形態(tài)的粉碎的紙粕時(shí)，氣體反應(yīng)劑才能達(dá)到粉碎的紙粕的各部分，從而確保氣體漂白劑同疏松的紙粕的反應(yīng)迅速而均一地進(jìn)行。在采用臭氧漂白的情況下，由于在和疏松的紙粕接觸時(shí)臭氣氣體的濃度迅速減小，因此要特別注意疏松的紙粕和漂白劑氣體之間的均勻接觸。上述濃度的減小乃是臭氧和紙粕的極快反應(yīng)所致。由于此反應(yīng)速度與濃度有關(guān)，所以這一特性伴隨著可變的紙粕可滲透性而加劇了不均勻的漂白結(jié)果。
如上所述，疏松的紙粕料很容易被固態(tài)散料輸送設(shè)備的動(dòng)作所壓縮而成為其密度高得多、氣體可滲透性低得多的疊狀物和叢狀物。漂白劑氣體通過這種疊狀物和叢狀物的流動(dòng)速度要慢得多，而通過疊狀物與疊狀物的接觸區(qū)域的流動(dòng)速度則快得多。其結(jié)果是接觸區(qū)域是過漂白；疊狀物中心部分是漂白不足。由此發(fā)現(xiàn)，凡是使用常規(guī)的散料輸送設(shè)備來輸送疏松紙粕通過漂白停留室的漂白系統(tǒng)，在采用臭氧氣體漂白紙粕的過程中，都不能成功地生產(chǎn)出均勻漂白的疏松紙粕。
針式粉碎機(jī)和疏松機(jī)是紙漿廠和造紙廠及其它工業(yè)部門用來粉碎薄層原材料或疏松纖維質(zhì)原材料的。采用這些機(jī)器的典型工藝過程是稠度約為15～50％的薄層紙粕依軸向朝里的方向由一針輥接納，該針輥上裝有一排小針，小針將紙粕薄層撕成碎屑，并將之推入收集傳送帶或傳送槽中以進(jìn)行下一步處理。由上述針式梳散機(jī)生產(chǎn)出來的纖維的大小取決于針的大小和針的間距及旋轉(zhuǎn)速度。
當(dāng)要求非常細(xì)的紙粕纖維時(shí)，例如在采用急速干燥紙粕或氣相高稠度漂白方法時(shí)所要求的那樣，試用過一些機(jī)器，它們除了給料槽和排料口之外，都在一外殼中封裝一針式轉(zhuǎn)子。這種機(jī)器的一個(gè)示例就是高稠度漂白實(shí)驗(yàn)中所用的疏松機(jī)，這種機(jī)器在屬于De Montigny的美國(guó)專利U.S.Patent 3,725,193中描述過。該機(jī)器包括一個(gè)給料槽，后者安置在封裝著一針式轉(zhuǎn)子的圓筒形外殼頂上。散裝的紙粕由給料槽送給機(jī)器。散的紙粕在與針式轉(zhuǎn)子上的針接觸時(shí)使被撕開。當(dāng)散的紙粕反復(fù)地繞上述外殼內(nèi)表面被運(yùn)載時(shí)，它的纖維尺寸進(jìn)一步減小。這種機(jī)器在外殼底部還裝配著一些狹槽和一個(gè)篩子，它們可讓足夠小的纖維或單根纖維排出，但留住較大的纖維以供進(jìn)一步脫纖維處理。盡管這種機(jī)器和其它類似的機(jī)器可能在不同程度上獲得了成功，但它們的缺點(diǎn)很多，從而降低了它們的實(shí)用性。
舉例來說，使用一篩子來留住外殼范圍內(nèi)粗纖維的做法的一個(gè)缺點(diǎn)，就是由于潮濕的紙粕的纖維性和絮凝性造成的。具體地說，軟質(zhì)紙粕或針葉樹紙粕，其纖維長(zhǎng)度平均為2.5～3.5毫米，被分離后的纖維有聚集成叢的強(qiáng)烈傾向，這種纖維叢通常叫做絮凝物，它們比纖維本身要大得多。為了讓絮凝物通過篩子，篩子或篩眼必須大得超過合適尺寸，其后果是讓具有相近尺寸的未經(jīng)疏松的紙粕纖維也通過了。
把現(xiàn)在的針式轉(zhuǎn)子用于精細(xì)地疏松潮濕紙粕的另一缺點(diǎn)是纖維有集聚在針尖上并粘附在針上的傾向，從而形成紙粕團(tuán)，致使針尖的尺寸實(shí)際上增大。紙粕的這種成團(tuán)使得細(xì)小的針尖不能撕小紙粕。再者，紙粕在針式轉(zhuǎn)子的針尖上的成團(tuán)現(xiàn)象導(dǎo)致相鄰的針之間搭橋，從而產(chǎn)生阻塞作用，以致使針彎曲或者使轉(zhuǎn)子發(fā)生故障。由此產(chǎn)生的結(jié)果是，這些機(jī)器只有在加進(jìn)小量紙粕條件下才能使用，所以限于供實(shí)驗(yàn)室用。說得更具體一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明紙粕進(jìn)料量超過大約30克高稠度紙粕時(shí)就會(huì)引起足夠嚴(yán)重的搭橋現(xiàn)象，致使在機(jī)器外殼中造成磨擦阻抗，其阻抗量足以彎曲個(gè)別的針。
此外，當(dāng)今用于高速處理高稠度紙粕的針式轉(zhuǎn)子機(jī)中，典型的高速針式轉(zhuǎn)子機(jī)都配有旋轉(zhuǎn)針和固定針，旋轉(zhuǎn)針配置在轉(zhuǎn)子上，固定針配置在外殼內(nèi)壁上。這種高速針式轉(zhuǎn)子機(jī)應(yīng)用于低稠度至中等稠度范圍紙粕的處理曾獲得不同程度的成功。不過，這類高速針式轉(zhuǎn)子機(jī)確有許多缺點(diǎn)，使之不能應(yīng)用于處理高稠度紙粕。例如，這類機(jī)器在下述情況下盍?xí)r會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的阻塞紙粕纖維纏繞在固定針上，并因運(yùn)行著的機(jī)器的離心力而被緊緊地捕集在固定針上。
上述情況表明，當(dāng)前應(yīng)用于高稠度紙粕的疏松和處理的機(jī)器有許多局限性。因此，十分明顯，提出一個(gè)變通的解決方案來克服以上所述的一個(gè)或幾個(gè)局限性，那將是很有利的。根據(jù)這一情況，茲提出一個(gè)適合的變通方案，下面將詳細(xì)地說明它所含的特點(diǎn)。
本發(fā)明的概述本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)是提供一種裝置，用來生產(chǎn)尺寸極小的細(xì)長(zhǎng)多纖維式顆粒以便于臭氧能實(shí)質(zhì)上完全滲透暴露于其中的高稠度紙粕纖維。該裝置包含一個(gè)外殼，該外殼具有第一端部和第二端部及一個(gè)基本上平滑的內(nèi)表面。它配有一個(gè)輸送機(jī)構(gòu)，用來將高稠度紙粕輸入上述外殼中；一個(gè)臭氧氣體源，用來漂白外殼中的高稠度紙粕；一個(gè)針式轉(zhuǎn)子，可以旋轉(zhuǎn)地安置在外殼中、該針式轉(zhuǎn)子有許許多多的針，每個(gè)針都有一針尖；一個(gè)限制機(jī)構(gòu)，用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上積聚。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明還提供一種方法，用來使氣體漂白劑和一定量高稠度紙粕之間的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)最佳化。此方法包括以下步驟把疏松過的高稠度紙粕輸送到一個(gè)豎直取向的圓錐形接觸器中；按預(yù)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)接觸器中的針式轉(zhuǎn)子；借助針式轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作加速接觸器中疏松過的紙粕以達(dá)到預(yù)定的切向速度，此切向速度具有足夠的量值來減緩接觸器中的紙粕朝下的運(yùn)動(dòng)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，從中即可明顯看出本發(fā)明的上述目標(biāo)和其它目標(biāo)。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是本發(fā)明裝置的處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的批量處理式原型，圖中示出一個(gè)裝置外殼的斷面，以顯示出可以旋轉(zhuǎn)地安置在外殼中的一個(gè)針式轉(zhuǎn)子。
圖2是本發(fā)明裝置一個(gè)實(shí)施例的橫斷面圖，其中，該裝置的每一端都由一個(gè)支架組合件支承著。
圖3也是本發(fā)明裝置一個(gè)實(shí)施例的橫斷面，與圖2相似，其中，該裝置只在其一端由被支承著。
圖4是一個(gè)端部斷面圖，示明圖1、2和3所示裝置的一個(gè)可行的實(shí)施例，示明在外殼上形成的一個(gè)縱向布置的釋除室。
圖5是本發(fā)明裝置一個(gè)實(shí)施例的橫斷面圖。在此，該裝置在一個(gè)紙粕漂白系統(tǒng)豎直地取向，它包含一個(gè)截頭圓錐體形外殼，在此外殼中裝配著一個(gè)在尺寸上與之相適配的轉(zhuǎn)子組合體。
圖6A是圖5所示裝置的一個(gè)端部斷面圖，示明處于一個(gè)偏心安裝位置上的轉(zhuǎn)子。
圖6B是圖5所示裝置的一個(gè)端部斷面圖，示明處于一個(gè)同心安裝位置上的轉(zhuǎn)子。
圖7是本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的橫斷面圖。在此，該裝置包含一個(gè)截頭圓錐體形外殼和一個(gè)其上偏置地安裝著許多針的轉(zhuǎn)子。
圖8用曲線表示對(duì)圖1所示裝置所做實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
圖9用曲線表示一個(gè)用計(jì)算機(jī)生成的模型的結(jié)果。在此繪出氣體漂白處理中所消耗的臭氧的預(yù)定百分?jǐn)?shù)與所消耗的時(shí)間的關(guān)系。
詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖來看，圖中相似的參考數(shù)字表示各圖中相應(yīng)的部分，以數(shù)字10表示一個(gè)裝置，該裝置用于疏松高稠度紙粕和促進(jìn)高稠度紙粕和氣體漂白劑之間的緊密接觸。裝置10能夠生產(chǎn)出尺寸極小的細(xì)長(zhǎng)多纖維式顆粒，其長(zhǎng)度約為單根纖維絕對(duì)長(zhǎng)度的三倍，其直徑約為單根纖維長(zhǎng)度的1/2至1/3，這樣使得氣體反應(yīng)劑能更好地接觸到纖維中的木素。
圖1中所示的裝置10是本發(fā)明組合裝置的一個(gè)小型的、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模分批式裝置的實(shí)施例，它包括一個(gè)外殼12，它有蓋子13；一個(gè)針式轉(zhuǎn)子14，它可以旋轉(zhuǎn)地安置在外殼中。在實(shí)驗(yàn)室中使用時(shí)，裝置10中加入預(yù)定的高稠度紙粕量，加料時(shí)取下外殼蓋子13。一種氣體漂白劑，例如一種臭氧/載體氣體混合物，通過進(jìn)氣口(未示出)進(jìn)入外殼12中。為了便于操作，裝置10安裝在一個(gè)基座11上。針式轉(zhuǎn)子14有一個(gè)軸16，該軸由一個(gè)常用的原動(dòng)機(jī)18和一個(gè)傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)20所驅(qū)動(dòng)，例如，原動(dòng)機(jī)可以是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)可以是一種常用的V形(三角)皮帶輪組合機(jī)構(gòu)。一個(gè)接料容器21用來接受從排料口(未示出)排出的處理好的紙粕。一個(gè)密封組合件24對(duì)外殼12實(shí)現(xiàn)密封，以防止氣體在軸16進(jìn)入外殼的地方泄漏出來。
針式轉(zhuǎn)子14有許多針22，每個(gè)針有一針尖23。針22固定地裝在針式轉(zhuǎn)子14上，是按預(yù)定數(shù)目的交錯(cuò)開的排來布置的。例如，第一排針可安置在一個(gè)與軸線垂直的平面上，依時(shí)鐘1200，300，600和900的位置布置。與之相鄰的一排針可以依軸線離開1英寸左右加以布置，但這些針的取向是旋轉(zhuǎn)45°，或者依時(shí)鐘130、430、730和1030的位置布置。下一排針的取向是返回到1200，并如此類推。這種布置的結(jié)果是處于一個(gè)軸向排中的那些針彼此相離大約13/4至2英寸，但是紙粕是被相隔1英寸間距的齒“梳理”。預(yù)定數(shù)目的交錯(cuò)開的排是環(huán)繞針式轉(zhuǎn)子周邊按一定方式加以布置的，使得相鄰兩排針任意兩個(gè)針的針尖之間的間距正好是同一排中任意兩個(gè)針尖相隔距離的一半。例如，設(shè)定單一排的針的針尖間距為13/4英寸，則第一排的第一個(gè)針和相鄰第二排的第一個(gè)針之間的間距即約為0.87英寸。
這些針22可以是尖錐形，也可以是圓錐形的，以便于將聚積的紙粕從針上排除，下面還將對(duì)此做更詳細(xì)的說明。此外，這些針22是偏置地安置在針式轉(zhuǎn)子14上的。
如圖4所清楚示明的，外殼12界定出一個(gè)大體說來是平滑的內(nèi)表面25，在裝置10的運(yùn)行過程中高稠度紙粕在此內(nèi)表面上形成一筒狀層。針尖23以大約1/8至1/4英寸的間隙貼近內(nèi)表面25旋轉(zhuǎn)。在外殼12的內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域上形成一個(gè)釋除室26。在此情況下，針式轉(zhuǎn)子的軸16圍繞一個(gè)中軸線27旋轉(zhuǎn)。平滑的內(nèi)表面25界定出一個(gè)第一區(qū)和一個(gè)第二區(qū)。外殼12的第一內(nèi)表面區(qū)確定出離軸線27的一個(gè)恒定距離r1，從外殼內(nèi)表面25上的預(yù)定點(diǎn)B順時(shí)針延伸而達(dá)到預(yù)定點(diǎn)A。第二內(nèi)表面區(qū)確定出一個(gè)可變的距離r2，從預(yù)定點(diǎn)A順時(shí)針到預(yù)定點(diǎn)B，在內(nèi)表面25上的整個(gè)預(yù)定距離內(nèi)r2大于r1，直到B點(diǎn)，在B點(diǎn)r1等于r2。釋除室26是由外殼內(nèi)表面25的第二內(nèi)表面區(qū)所界定的，而且釋除室26沿著外殼12的整個(gè)長(zhǎng)度依縱向延伸。
如圖4所示，外殼12大體上與針式轉(zhuǎn)子14同心。如上所述，外殼的內(nèi)幾何構(gòu)形可使在針尖23上形成的纖維聚積叢29從針22被甩掉，甩入釋除室26中，再被旋轉(zhuǎn)著的筒狀紙粕層28掃去。在針式轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)時(shí)，針尖23從釋除室26處的外殼內(nèi)表面25偏離，使得各個(gè)針尖23和外殼內(nèi)表面之間的間隙增大到大約3/8至5/8英寸，然后在通過外殼內(nèi)表面25第一區(qū)的旋轉(zhuǎn)過程中各個(gè)針尖恢復(fù)到較小的間隙。筒狀高稠度紙粕層28被針尖23梳理，使纏結(jié)的紙粕顆粒分離破碎，紙粕自一個(gè)上述的脫水和壓緊裝置接受進(jìn)來；從而，產(chǎn)生大體上沿環(huán)向取向的纖維。
高稠度紙粕借助旋轉(zhuǎn)的針22的作用而被旋轉(zhuǎn)。應(yīng)理解到，離心力是由于針式轉(zhuǎn)子14以速度r1旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，這促使外殼12中的高稠度紙粕形成筒狀紙粕層28，并促使筒狀紙粕層28貼近外殼內(nèi)表面25旋轉(zhuǎn)。由于離心力之故，旋轉(zhuǎn)著的筒狀高稠度紙粕層經(jīng)受內(nèi)表面25上的摩擦阻力，使得筒狀紙粕層28以速度V2旋轉(zhuǎn)，而速度V2小于速度V1，這樣一來，在針和紙粕之間便確立一個(gè)差速度V3，從而導(dǎo)致在針尖23和筒狀高稠度紙粕層28之間產(chǎn)生梳理作用。
圖2示明裝置10的一個(gè)為商業(yè)目的考慮的實(shí)施例，它的設(shè)計(jì)要求是連續(xù)疏松高容量的高稠度紙粕；連續(xù)促進(jìn)高稠度紙粕和一種氣體漂白劑之間的密切接觸。外殼12接受由一個(gè)給料和形成氣體密封的組合裝置30給出的連續(xù)高稠度紙粕流，該組合裝置將高稠度紙粕壓實(shí)成不透氣的栓狀物31。針式轉(zhuǎn)子軸16載動(dòng)著紙粕撕碎部件33，該部件將栓狀物31撕碎，并將之輸送到外殼12的一個(gè)疏松和接觸區(qū)內(nèi)，該區(qū)通以數(shù)字35表示。撕碎部件33還給予紙粕纖維一個(gè)初始環(huán)繞速度。針尖23疏理貼近外殼內(nèi)壁25上形成的筒狀紙粕層28。
在圖2所示的裝置10運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，筒狀高稠度紙粕層依軸向移動(dòng)通過外殼12，這可以采用不同的工藝技術(shù)來加以實(shí)現(xiàn)。例如，紙粕層的軸向移動(dòng)可以采取下述措施來加以實(shí)現(xiàn)并控制1)使用氣體漂白劑流來把已疏松的紙粕吹過外殼12；2)使用外殼12內(nèi)側(cè)上的螺旋導(dǎo)流葉片將旋轉(zhuǎn)的紙粕層推向一紙粕排出口；3)對(duì)裝置10進(jìn)行比例調(diào)整，使得流化的疏松的紙粕的自然離心梯度賦予紙粕以適當(dāng)?shù)妮S向速度；4)使針22依照螺旋型式在轉(zhuǎn)子上定位，或者使針22略具非對(duì)稱的偏倚形狀，借以對(duì)紙粕產(chǎn)生一種運(yùn)送作用。
此外，圖2所示的裝置還包含一個(gè)氣體漂白劑入口37和一個(gè)廢氣排出口39，此入口和排出口依照順流的方向?qū)⒓埰商幚碛玫钠讋┮胪鈿?2中，這就是說，漂白劑是隨同未處理的紙粕一起被引入的，而且依同一方向運(yùn)動(dòng)。部分地使用過的漂白劑又可隨同紙粕通過排料區(qū)41排出。
圖3示明圖2所示裝置10的一個(gè)為商業(yè)目的設(shè)計(jì)的改進(jìn)型裝置的實(shí)施例，但是它是按一種懸臂構(gòu)造加以裝配的，而且它包括供料并形成氣體密封的組合裝置30，該組合裝置沿著裝置10的主軸線取向，而不是通常那樣垂直于該主軸布置的。紙粕撕碎部件33裝于一端部構(gòu)造上，后檔安置在一個(gè)裝有葉片的扇形組合部件43上，該組合部件給高稠度紙粕提供動(dòng)力以利于輸送高稠度紙粕纖維并使之與針尖23相接觸。
圖5示明裝置10的第三個(gè)實(shí)施例，它一般是豎直地安裝在一個(gè)紙粕處理系統(tǒng)(未示出)上以便于操作。圖5所示的裝置包括一個(gè)大體呈圓錐形的外殼12，該外殼有一內(nèi)表面25，該內(nèi)表面在垂直于中軸線的平面上于沿中軸線27的任一預(yù)定點(diǎn)都確定出一個(gè)恒定距離r1。在此實(shí)施例中，針式轉(zhuǎn)子14是偏心地安置在外殼12內(nèi)，使得在外殼的一邊上有一小的間隙，而在其相對(duì)的一邊上有一大的間隙，從而構(gòu)成一個(gè)釋除室26，該室的作用如前述。應(yīng)該懂得，針式轉(zhuǎn)子14是可以調(diào)節(jié)地安置在外殼12內(nèi)，以便提供一個(gè)具有尺寸范圍的釋除室。說得更具體一點(diǎn)，針式轉(zhuǎn)子14可以這樣安裝它可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼12內(nèi)，從第一安置位置開始旋轉(zhuǎn)，在這個(gè)位置上針式轉(zhuǎn)子與圖6B所示的外殼內(nèi)表面25同心，然后經(jīng)過一系列安裝位置而達(dá)到第二安裝位置，在此針式轉(zhuǎn)子被安置在一個(gè)相對(duì)于圖6A所示的外殼內(nèi)表面25極端偏心的位置上。還應(yīng)懂得，釋除室26還可采用其它各種幾何構(gòu)形來代替前述構(gòu)形，例如采用一種橢園形外殼或一種非圓形外殼來提供兩個(gè)釋除室。
圖5所示的裝置10在氣體漂白處理工藝中可用作為一種連枷式裝置型垂直接觸器。在按這樣的構(gòu)造使用時(shí)，針式轉(zhuǎn)子14可以同心地安裝在外殼12中。一般地說，垂直接觸器在氣體漂白處理工藝上不是很有效的，這是因?yàn)楦叱矶燃埰蓛A向于以一個(gè)比所要求獲得有效漂白的速度較快的速度下落而通過垂直的外殼。為了克服這一缺點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)假若外殼12做成截頭圓錐形，并具有漸縮的內(nèi)壁表面25，而且針式轉(zhuǎn)子14以預(yù)定的高速度旋轉(zhuǎn)，那么紙粕被留在接觸器內(nèi)的時(shí)間便會(huì)較長(zhǎng)而合乎要求，從而獲得有效的漂白結(jié)果。在圖5所示的裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入外殼12中的高稠度紙粕被拋向外殼內(nèi)壁25，并高速地按照環(huán)行方向環(huán)繞著外殼一個(gè)上部區(qū)行進(jìn)。紙粕在表面25上的摩擦很快使紙粕減速，于是紙粕開始下落，使得針22接觸紙粕。針22依一切向速度保持一環(huán)狀的紙粕層，該切向速度的量值足以阻止紙粕憑重力降落到外殼底部的傾向。圖7所示是與圖5所示相似的裝置10的一個(gè)實(shí)施例，圖示的裝置包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子上裝有許多的針，偏置地安裝在一個(gè)截頭圓錐形的外殼中。
圖8以曲線表示針對(duì)裝置10的在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，現(xiàn)說明如下。
實(shí)驗(yàn)室所用接觸器是按圖1所示設(shè)計(jì)制造的。外殼12的內(nèi)部尺寸是直徑6英寸，長(zhǎng)12英寸。針式轉(zhuǎn)子14原有的直徑是5.75英寸，同心地安置在具有6英寸直徑的外殼中，由此在轉(zhuǎn)子針尖23和外殼之間形成的間隙為0.125英寸。在一次原始的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。在裝置10中，以針式轉(zhuǎn)子速度1050轉(zhuǎn)/分，可以攪散大約不越過5克(烘箱干燥基礎(chǔ)上)、稠度為45％的紙粕。當(dāng)把一個(gè)較大量紙粕放在該裝置中時(shí)，便使得用作為原動(dòng)機(jī)的1.5馬力電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)了。
隨后，如下表所示，分兩步減小針尖23的直徑，以便稍許加大紙粕量進(jìn)行試驗(yàn)。但是，當(dāng)該裝置的負(fù)荷高達(dá)100克紙粕時(shí)，電動(dòng)機(jī)總是停止轉(zhuǎn)動(dòng)。間隙 紙粕重量 電動(dòng)機(jī)安培數(shù) 結(jié)果(7.1安培滿載)0.125英寸 ＞25克 停轉(zhuǎn)0.188英寸 25克 6.7安培 紙粕循環(huán)50克 6.7安培 紙粕循環(huán)75克 7.6安培 停轉(zhuǎn)100克 33.0安培0.312英寸 25克 0.9安培 紙粕循環(huán)50克 …… 停轉(zhuǎn)0.312英寸 而且將每一軸向排列中的針每隔一個(gè)撤去一個(gè)30克 2.0克紙粕循環(huán)71克 2.2克紙粕循環(huán)100克 …… 停轉(zhuǎn)按照每次該裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，將裝置拆卸后觀察到針尖23上覆蓋一叢硬硬的紙粕纖維29，這一叢紙粕纖維集結(jié)起來在針尖上形成一個(gè)硬的簇，該簇一直楔在針22和外殼內(nèi)壁25之間，產(chǎn)生一種阻塞作用，使得電動(dòng)機(jī)突然超載。
后來按照本發(fā)明對(duì)實(shí)驗(yàn)室所用的裝置進(jìn)行了如下調(diào)整將針式轉(zhuǎn)子14偏心地安置在外殼中，在最緊靠的一邊上得出的最小間隙是0.236英寸，而在相對(duì)的一邊上得出的最大間隙是0.625英寸。于是形成一個(gè)弓形的間隙區(qū)，即釋除室26，在針式轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周時(shí)通過離心力的作用使纖維簇可在該釋除室中被排除一次，從而防止纖維簇增大到接觸外殼并造成高摩擦阻力的程度。
然后向裝置10逐步增加稠度為45％的紙粕供給量，使針式轉(zhuǎn)子以1750轉(zhuǎn)/分的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。將動(dòng)力消耗記錄下來，并以曲線形式表示在圖8中，同時(shí)將上表中0.312英寸同心間隙一例的有關(guān)數(shù)據(jù)亦繪制在該圖上以資對(duì)照。查看圖上的曲線便可清楚看出在采用常規(guī)的同心結(jié)構(gòu)條件下，當(dāng)不斷加入紙粕時(shí)，動(dòng)力會(huì)急劇增大到干擾和停轉(zhuǎn)點(diǎn)。這種情況有礙于該裝置以符合商業(yè)要求的更高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，按照本發(fā)明提出的偏心結(jié)構(gòu)，當(dāng)紙粕的供給量逐漸增加時(shí)，動(dòng)力也隨之穩(wěn)定而緩慢地增高，這一點(diǎn)表明在采用符合商業(yè)要求的裝置型號(hào)來處理連續(xù)的紙粕流時(shí)，可以提高物料通過量以吸收所選擇的物料疏松或接觸用的馬力，而不會(huì)有使該裝置停轉(zhuǎn)和受到干擾的風(fēng)險(xiǎn)，因而可使該裝置(機(jī)器)按照設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
符合商業(yè)要求的機(jī)器，如圖2和3所示，其生產(chǎn)能力可以從實(shí)驗(yàn)室批量試驗(yàn)結(jié)果中很容易地預(yù)測(cè)出來。由于實(shí)驗(yàn)室用的裝置是以例如總量為350克(以烘箱干燥基礎(chǔ))相當(dāng)于0.77磅的旋轉(zhuǎn)環(huán)狀紙粕層進(jìn)行工作的，又由于外殼的表面積約為1.57平方英尺，所以其設(shè)計(jì)負(fù)荷約為0.5磅/平方英尺。對(duì)一臺(tái)用于連續(xù)處理的機(jī)器來說，所要求的規(guī)格可以很容易地從這一“單位壁面積負(fù)荷”計(jì)算出來，加上所要求的在機(jī)器中為疏松或化學(xué)接觸所需的停留時(shí)間，再加上所要求的物料通過量。
表面積＝(時(shí)間)×(物料通過量/單位壁面積負(fù)荷)圖9以曲線表示一個(gè)計(jì)算機(jī)模型的結(jié)果，圖中以曲線表示氣體漂白處理中所耗臭氧的百分?jǐn)?shù)與在連續(xù)順流反應(yīng)器或接觸器中它所耗時(shí)間的關(guān)系，該反應(yīng)器或接觸器見圖2和圖3所示。(圖9假定在反應(yīng)開始時(shí)足濃度的臭氧與紙粕反應(yīng))。圖9中所繪六條曲線即A-F，分別說明如下—曲線A表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)按照本發(fā)明的針式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為12％的臭氧。
—曲線B表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)常用的勺漿式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為12％的臭氧。
—曲線C表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)按照本發(fā)明的針式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為6％的臭氧。
—曲線D表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)常用的勺槳式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為6％的臭氧。
—曲線E表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)按照本發(fā)明的針式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為3％的臭氧。
—曲線F表示一個(gè)接觸器，在其中安置了一個(gè)常用的勺漿式轉(zhuǎn)子，使用了濃度為3％的臭氧。
關(guān)于圖9中以曲線表示的結(jié)果，對(duì)用本發(fā)明裝置進(jìn)行疏松處理的紙粕所做的實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)表明紙粕由細(xì)長(zhǎng)的纖維組成，纖維長(zhǎng)度是0.25至0.50英寸(6.4至12.7毫米)，其寬度或直徑是0.03至0.06英寸(0.8至1.6毫米)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，臭氧漂白動(dòng)力(反應(yīng)速度)看來是受臭氧從氣相到存有木質(zhì)的纖維之中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程所支配，所以一根細(xì)長(zhǎng)纖維上的重要尺寸是短尺寸。如上面概述過的纖維尺寸所表明的，按照本發(fā)明的針式轉(zhuǎn)子疏松器能獲得優(yōu)良的疏松質(zhì)量，這一點(diǎn)已由較高的反應(yīng)速度所證明，見圖9所示。
除了能生產(chǎn)具有較小尺寸的紙粕之外，按照本發(fā)明的裝置10用作為氣體漂白接觸器時(shí)，由于它對(duì)旋轉(zhuǎn)的筒狀紙粕層所起到的小尺度梳理作用，所以它能更有效地使紙粕暴露在漂白劑之下。這樣便能進(jìn)一步改善物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程，并允許使用較短的留置時(shí)間，亦見圖9中所示。
裝置10在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能疏松高稠度的紙粕，同時(shí)也可用作為一種接觸器使高稠度紙粕和氣體漂白劑之間實(shí)現(xiàn)最佳反應(yīng)。高稠度紙粕從外殼12的一端引入，形成一個(gè)厚約1/2至4英寸的均一筒狀紙粕層28，分布在外殼的內(nèi)表面25上，使得紙粕層可以由針式轉(zhuǎn)子14加以梳理和疏松。外殼上有一個(gè)釋除室，針尖23可以從內(nèi)表面25偏轉(zhuǎn)到該室中，然后再恢復(fù)與內(nèi)表面之間的緊密間隙，這樣，針式轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就至少有一次清除掉針尖上聚積的纖維叢，從而可以避免針與針之間的間隔被堵塞或針尖和內(nèi)表面25之間因紙粕聚積而雍塞。筒狀的紙粕層由針式轉(zhuǎn)子14或由其它推進(jìn)機(jī)構(gòu)沿軸向推動(dòng)而通過外殼，并在排料區(qū)41被排出。筒狀紙粕層的離心力在內(nèi)表面25上產(chǎn)生一摩擦阻力，該摩擦阻力使紙粕層的旋轉(zhuǎn)速度減慢到大大低于針式轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，從而有可能實(shí)現(xiàn)前述的梳理作用。根據(jù)動(dòng)力的75％是因摩擦而消耗的這一計(jì)算結(jié)果得出紙粕的旋轉(zhuǎn)速度約為針式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的40％。這一點(diǎn)意味著針尖經(jīng)過紙粕層的相對(duì)速度為針尖速度的60％。
當(dāng)本發(fā)明的裝置用作為氣體漂白接觸器時(shí)，氣體漂白劑從裝置的一端引入，從另一端排，依順流或逆流進(jìn)行均可。對(duì)紙粕層的梳理作用可以導(dǎo)致改善氣體漂白劑和紙粕纖維之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)換，從而大大加快反應(yīng)速度。
已按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了圖示和說明，與此同時(shí)確認(rèn)在不違背本發(fā)明的條件下可以做某些變改，如在下面的權(quán)利要求書中所提出的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于生產(chǎn)極小尺寸的細(xì)長(zhǎng)的多纖維式顆粒，以利于高稠度紙粕纖維在暴露于臭氧之下時(shí)基本上完全被臭氧滲透，該裝置包括一個(gè)外殼，它有第一端部和第二端部，并具有實(shí)質(zhì)上平滑的外殼內(nèi)表面；用來將高稠度紙粕引入外殼的機(jī)構(gòu)；一個(gè)臭氧源，用于高稠度紙粕的氣體漂白；用來將臭氧氣體引入外殼的機(jī)構(gòu)；一個(gè)針式轉(zhuǎn)子，它可以旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼內(nèi)，該針式轉(zhuǎn)子有許多的針，每個(gè)針都有一針尖；和用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的工具。
2.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于所用的針是按照預(yù)定數(shù)目的交錯(cuò)的排安置在針式轉(zhuǎn)子上的。
3.按照權(quán)利要求2中所述的一種裝置，其特征在于每一軸向排的針彼此的間距約為13/4至2英寸。
4.按照權(quán)利要求2中所述的一種裝置，其特征在于預(yù)定數(shù)目的交錯(cuò)的排是按一定的型式布置在針式轉(zhuǎn)子的外周上，使得相鄰排中任意兩個(gè)針的針尖之間的間距等于同一排中任意兩個(gè)針尖之間的間距的一半。
5.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于針的形狀是尖錐形的。
6.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于針是呈圓錐形的。
7.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于針是偏置地安置在針式轉(zhuǎn)子上。
8.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于外殼具有大體平滑的內(nèi)表面，在該裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高稠度紙粕在該內(nèi)表面上形成一筒狀紙粕層；針尖旋轉(zhuǎn)時(shí)與內(nèi)表面靠得很近，使得針尖能夠攪動(dòng)起一薄層紙粕纖維。
9.按照權(quán)利要求8中所述的一種裝置，其特征在于針尖旋轉(zhuǎn)時(shí)與外殼內(nèi)表面之間的間隙約為1/8至1/4英寸。
10.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于用來限制高稠度紙粕在針尖上聚積的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)釋除室，該室是沿縱向在外殼內(nèi)表面上形成的。
11.按照權(quán)利要求10中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子圍繞一中軸線旋轉(zhuǎn)，外殼內(nèi)表面界定出一個(gè)第一區(qū)和一個(gè)第二區(qū)；第一區(qū)確定一個(gè)與中軸線的恒定距離r1，由內(nèi)表面上的第一預(yù)定點(diǎn)順時(shí)針延伸至第二預(yù)定點(diǎn)；第二區(qū)確定出一個(gè)可變的距離r2，由第二預(yù)定點(diǎn)順時(shí)針延伸至第一預(yù)定點(diǎn)，在內(nèi)表面上整個(gè)的一個(gè)預(yù)定距離內(nèi)r2大于r1，直到第一預(yù)定點(diǎn)，在此r1等于r2。
12.按照權(quán)利要求11中所述的一種裝置，其特征在于r2比r1約大3/8至5/8英寸。
13.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子在外殼中是偏心的。
14.按照權(quán)利要求13中所述的一種裝置，其特征在于偏心地安置的針式轉(zhuǎn)子在外殼的一邊上在針尖和外殼內(nèi)表面之間造成一個(gè)小間隙，而在相對(duì)立的一邊上則造成一個(gè)大間隙；用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的機(jī)構(gòu)是由上述大間隙所界定的。
15.按照權(quán)利要求14中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子是可以調(diào)節(jié)地安置在外殼中的，以便提供一個(gè)具有一尺寸范圍的大間隙，從第一安置位置-在此處針式轉(zhuǎn)子相對(duì)于外殼內(nèi)表面是同心的，經(jīng)過一系列安裝位置到第二安裝位置-在此處針式轉(zhuǎn)子相對(duì)于外殼內(nèi)表面是安置在一個(gè)極偏心的位置上。
16.按照權(quán)利要求8中所述的一種裝置，其特征在于筒狀的高稠度紙粕層由針尖加以梳理，從而使纖維大體上呈環(huán)形排列。
17.按照權(quán)利要求16中所述的一種裝置，其特征在于高稠度紙粕由旋轉(zhuǎn)的針的作用而被旋轉(zhuǎn)。
18.按照權(quán)利要求17中所述的一種裝置，其特征在于以預(yù)定速度V1旋轉(zhuǎn)的針式轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一離心力，使得筒狀的高稠度紙粕層緊靠外殼內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)，于是旋轉(zhuǎn)著的筒狀高稠度紙粕層遇到一種摩擦阻力，致使筒狀紙粕層以預(yù)定速度V2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，速度V2小于V1，從而在針和紙粕之間產(chǎn)生一差速度V3，此差速度V3在針尖和筒狀高稠度紙粕層之間導(dǎo)致產(chǎn)生一種梳理作用。
19.按照權(quán)利要求1中所述的一種裝置，其特征在于一個(gè)進(jìn)給和形成氣體密封的組合部件將高稠度紙粕壓實(shí)成不透氣的栓狀體。
20.按照權(quán)利要求19中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子載有將紙粕撕開用的元件，可將上述栓狀體撕開。
21.按照權(quán)利要求1中所述的一個(gè)裝置，還包括一個(gè)氣體漂白劑入口和一個(gè)廢氣排出口，它們可順流地將用于紙粕處理的氣體漂白劑引入外殼中。
22.一個(gè)高稠度紙粕/臭氧漂白接觸器配用在一個(gè)系統(tǒng)上，該系統(tǒng)包括一個(gè)紙粕增稠裝置、一個(gè)疏松器-吹送器、用來將增稠的紙粕撕成疏松的紙粕纖維并將疏松過的紙粕吹送到接觸器、和一個(gè)吹送氣體的旋風(fēng)分離器，該裝置包含一個(gè)大體上垂直定向并呈圓錐形的外殼，該外殼具有平滑的內(nèi)表面；一個(gè)臭氧源，用于高稠度紙粕的氣體漂白；上述臭氧流用的引入機(jī)構(gòu)，用來在外殼中提供一種含臭氧的氣相；一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安置在外殼中的針式轉(zhuǎn)子，該針式轉(zhuǎn)子有許多針，每個(gè)針都有一針尖；和用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的工具。
23.按照權(quán)利要求22中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子是偏心地安置在外殼中的。
24.按照權(quán)利要求22中所述的一種裝置，其特征在于偏心安置的針式轉(zhuǎn)子在外殼的一邊上在針尖和外殼內(nèi)表面之間造成一小的間隙，而在相對(duì)的一邊上造成一大的間隙；用來限制高稠度紙粕纖維聚積在針尖上的工具是由上述大的間隙所界定的。
25.按照權(quán)利要求24中所述的一種裝置，其特征在于針式轉(zhuǎn)子是可調(diào)地安置在外殼中，以使所提供的大的間隙具有一尺寸范圍，即從第一個(gè)安裝位置(針式轉(zhuǎn)子在此處與外殼內(nèi)表面同心)，經(jīng)過一系列的安裝位置，到第二個(gè)安裝位置(在此處針式轉(zhuǎn)子相對(duì)于外殼內(nèi)表面而言安置在一個(gè)極端偏心的位置上)。
26.使用一種氣體漂白劑來漂白高稠度紙粕的一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)紙粕增稠裝置；一個(gè)用來將增稠的紙粕撕成疏松的紙粕纖維的疏松器；一個(gè)鉛直取向的圓錐形旋風(fēng)接觸器，用于收集已疏松過的紙粕；一種方法，用來實(shí)現(xiàn)氣體漂白劑和高稠度紙粕之間的最佳反應(yīng)，該方法包含以下幾個(gè)步驟將疏松過的紙粕輸往垂直取向的圓錐形接觸器；以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)外殼中的針式轉(zhuǎn)子；和借助旋轉(zhuǎn)的針式轉(zhuǎn)子的作用，加速接觸器中疏松的紙粕達(dá)到一預(yù)定的切向速度，該切向速度的量值足以阻止紙粕在接觸器中向下運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種裝置生產(chǎn)具有極小尺寸的細(xì)長(zhǎng)的多纖維式顆粒，以利于高稠度紙粕纖維在暴露于臭氧之下時(shí)基本上完全被臭氧所滲透。提供了一個(gè)外殼，該外殼有第一端部和第二端部，和一個(gè)基本上平滑的內(nèi)表面。提供了一種機(jī)構(gòu)，用來將高稠度紙粕引入外殼。一個(gè)臭氧氣體源，用來漂白外殼中的高稠度紙粕。一個(gè)針式轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安置在外殼中，它有許多針，每個(gè)針都有一針尖。提供了一種工具，用來限制高稠度紙粕纖維聚積在針尖上。
文檔編號(hào)D21C9/10GK1137812SQ94194172
公開日1996年12月11日 申請(qǐng)日期1994年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月21日
發(fā)明者L·A·卡爾史密夫, A·S·沃特, O·盧蒂, A·G·阿杜馬西 申請(qǐng)人:英格索爾-蘭德公司