專利名稱：在高環(huán)境壓力下干燥纖維紙幅的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種利用壓機(jī)來干燥濕纖維紙幅的方法和裝置，在該壓機(jī)干燥中，壓機(jī)的一個表面被加熱至高溫。該裝置能使紙幅受到超過大氣壓力的環(huán)境壓力的作用并在壓機(jī)釋放時提高冷卻率。該壓機(jī)可以是一直線運動壓機(jī)、輥式壓機(jī)或靴式壓機(jī)。該纖維幅可以是一單張的紙頁，或一連續(xù)的紙幅。更具體地說，本發(fā)明涉及潮濕紙幅的脈沖干燥。
脈沖干燥是在支承在吸水毛氈上的一潮濕紙幅穿過一對輥子的壓輥間隙、或一輥子或靴狀物時發(fā)生的，其中一個輥子被加熱至高溫。脈沖干燥還可以利用一具有平壓板的線性壓機(jī)來進(jìn)行，在這種情況下，一壓板被加熱而另一壓板的溫度可以是環(huán)境溫度。脈沖干燥的廣泛推廣可以大量節(jié)約工業(yè)能源。
除了節(jié)約能量外，脈沖干燥還可以對紙的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生較大的影響。表面纖維的一致性和內(nèi)層纖維的粘結(jié)性通過與熱壓表面的瞬時接觸可以得到增強(qiáng)。脈沖干燥能提高紙的密度結(jié)構(gòu)而使它具有致密的外層。這能使多種等級紙的物理性能得到改善。長期以來使用脈沖干燥的問題在于當(dāng)壓機(jī)釋放時，減小了施加在紙幅內(nèi)部的經(jīng)加熱的流體上的壓力，并且在紙幅內(nèi)部會發(fā)生閃蒸。其結(jié)果是紙幅出現(xiàn)分層現(xiàn)象。這種問題在重量級紙上更為明顯。這大大抑制了脈沖干燥的推廣應(yīng)用。
1989年，在佐治亞州的亞特蘭大市舉行的TAPPI工程師會議上，Crouse等人在論文中曾提出，“分層現(xiàn)象是實施襯墊紙板脈沖干燥技術(shù)的絆腳石”，在壓輥表面溫度超過150℃時，干燥的襯墊紙板會出現(xiàn)不同程度的分層現(xiàn)象。當(dāng)以低于150℃(300°F)的溫度進(jìn)行作業(yè)來避免分層現(xiàn)象時，除水效率與那些用傳統(tǒng)壓機(jī)時得到的除水效率沒有什么明顯的不同。Crouse等人的論文的結(jié)論是要利用脈沖干燥技術(shù)干燥襯墊紙板，必須解決分層現(xiàn)象。
在實驗室規(guī)模模擬中，1988年2月，在DOE/CE/40738-T3中由Laverly、H.P.等人撰寫的“高強(qiáng)度干燥方法一脈沖干燥報告之三”中，人們發(fā)現(xiàn)提高紙漿的精制度將使分層現(xiàn)象增加并且認(rèn)為較厚或經(jīng)高度勻漿的紙頁比較薄或未高度勻漿的紙頁對蒸汽流動具有較大的阻力。較厚且經(jīng)高勻漿度的紙幅具有一高表面系數(shù)，因此具有高流阻。當(dāng)壓機(jī)釋放時，由于蒸汽所不能較方便地逸出紙幅，在紙幅內(nèi)部產(chǎn)生高蒸汽壓力。如果該壓力足夠高，則紙的結(jié)構(gòu)受到損壞并且紙幅發(fā)生分層現(xiàn)象。降低壓機(jī)的表面溫度可以消除分層，但是，同時降低了除水率使脈沖干燥方法不再比普通的雙氈壓機(jī)的效率有什么可取之處。
在Orloff、D.I.等人撰寫的“脈沖干燥分層控制”中以及美國專利5,101,574中指出降低經(jīng)加熱的壓機(jī)表面的熱擴(kuò)散可以降低發(fā)生分層的可能性v熱擴(kuò)散系數(shù)是K/ρCv，其中K是導(dǎo)熱率，ρ是密度，Cv是比熱。該數(shù)值的大小決定了具有一非均勻溫度的物體趨于平衡的速率。在消去了同類項之后，熱擴(kuò)散系數(shù)的單位是米2/秒(m2/s)。
Orloff明確指出，壓機(jī)表面必須不能滲透蒸汽。如果使用一種多孔材料來降低壓機(jī)表面的熱擴(kuò)散系數(shù)，就不會產(chǎn)生脈沖干燥的致密特征。Orloff指出，與一種高熱擴(kuò)散系數(shù)壓機(jī)表面相比，一種非滲透性、低熱擴(kuò)散系數(shù)壓機(jī)表面能使一些裝備使用更高的壓機(jī)表面溫度。一種典型的高熱擴(kuò)散系數(shù)表面是鋼。使用陶瓷、聚合物、無機(jī)塑料。復(fù)合材料和陶瓷合金能產(chǎn)生一種低熱擴(kuò)散系數(shù)表面。使用低熱擴(kuò)散系數(shù)表面可以提高壓機(jī)的表面溫度，脈沖干燥的除水效率超過雙氈式壓機(jī)的除水效率。如果經(jīng)加熱的壓機(jī)表面的溫度太高，低熱擴(kuò)散系數(shù)的壓機(jī)表面會使紙幅出現(xiàn)分層現(xiàn)象。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種用加熱表面加壓進(jìn)行脈沖干燥的方法和裝置，它能防止紙幅在加熱的壓機(jī)表面溫度下出現(xiàn)分層現(xiàn)象，所述壓機(jī)表面溫度范圍從紙幅內(nèi)部液體的環(huán)境沸點溫度到超過紙幅內(nèi)部液體的臨界點溫度。該方法和裝置能有效地防止紙幅的分層現(xiàn)象，而與壓機(jī)表面熱擴(kuò)散系數(shù)、紙幅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、紙幅的基重或紙幅的內(nèi)部液體無關(guān)。


圖1是一可以用來在高壓下用加熱壓機(jī)表面進(jìn)行加壓的電動液壓機(jī)、壓力缸和壓力活塞的側(cè)視示意圖；圖2是對一具體的裝置為防止分層現(xiàn)象所要求的臨界環(huán)境壓力的曲線；圖3是對一具體的裝置為防止分層現(xiàn)象所要求的臨界環(huán)境壓力的表格；圖4是在脈沖干燥條件下一具體裝置的濕度比的變化的曲線；圖5是多種紙質(zhì)為防止分層所要求的臨界環(huán)境壓力的表格；圖6是本發(fā)明的工業(yè)實施例的側(cè)視示意圖；圖7是圖6所示裝置沿圖6中線7-7截取的端視示意圖；圖8是本發(fā)明的另一工業(yè)實施例的側(cè)視示意圖；圖9是圖8所示裝置沿圖8中線9-9截取的端視示意圖；圖10是本發(fā)明的又一工業(yè)實施例的側(cè)視示意圖；圖11是圖10所示裝置沿圖10中線11-11截取的端視示意圖。
本發(fā)明總體上涉及一種使用一加熱表面壓機(jī)和脈沖干燥來干燥一濕紙幅或紙頁的方法和裝置。該方法既可以應(yīng)用于一線性運動壓機(jī)，也可以應(yīng)用于一種軋輥間隙壓機(jī)、或一種靴式壓機(jī)，或一種寬壓輥間隙壓機(jī)。當(dāng)卸去紙幅或紙板上的壓機(jī)時，該方法能提供與紙或紙幅占用的區(qū)域相一致的一高氣壓區(qū)和/或一提高的冷卻速率。當(dāng)液體的溫度等于加熱壓機(jī)表面的溫度時，所需的高氣體壓力僅僅是與紙幅內(nèi)部的熱動力飽和壓力相應(yīng)的幾分之一的壓力。壓力氣體可以是空氣或其它不會以不希望的方式與紙幅、蒸汽或裝置起反應(yīng)的較合適的氣體。這種氣體可以被冷卻或用來冷卻到低于環(huán)境溫度。該裝置的具體結(jié)構(gòu)可加以變化以適應(yīng)所使用的壓機(jī)。但是，該裝置包括一用來容納壓力氣體的腔室或等同物、用來引導(dǎo)壓力氣體的裝置、用來監(jiān)測壓力氣體的壓力的裝置、用來控制壓力氣體的壓力的裝置、用來排出壓力氣體的裝置、用來引導(dǎo)紙幅或紙頁進(jìn)入壓機(jī)的裝置，以及用來將紙頁或紙幅移離壓力室的裝置。在使用線性壓機(jī)的情況下，腔室可以封閉整個壓機(jī)。在使用一輥式壓制機(jī)的情況下，腔室既可以封閉整個壓機(jī)，也可以僅僅封閉在壓機(jī)壓輥間隙區(qū)域內(nèi)的出口區(qū)。不論壓機(jī)表面的熱擴(kuò)散系數(shù)、紙幅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、紙幅的基重、或紙幅內(nèi)的液體如何，該方法都可以防止紙幅的分層現(xiàn)象。
本發(fā)明旨在通過在卸去紙幅上的壓機(jī)壓力時圍繞紙幅提供一高氣體壓力區(qū)以及冷卻來消除紙幅分層現(xiàn)象，并與壓機(jī)表面的熱擴(kuò)散系數(shù)、紙幅的表面系數(shù)、紙幅的基重、或紙幅內(nèi)的液體無關(guān)。冷卻可以通過使用經(jīng)冷卻的氣體或通過氣體流動或膨脹來實現(xiàn)。唯一的要求是當(dāng)卸去紙幅上的壓機(jī)壓力時，高氣壓區(qū)應(yīng)圍繞由紙幅占的區(qū)域。防止分層所要求的氣壓的大小取決于紙幅內(nèi)的液體、紙幅內(nèi)液體的數(shù)量、紙幅內(nèi)部結(jié)構(gòu)、紙幅的基重和加熱壓機(jī)表面的熱擴(kuò)散系數(shù)。但是，在所有的情況下，都能夠施加一種能防止紙幅分層的氣壓。當(dāng)液體的溫度與加熱壓機(jī)表面的溫度相等時，所需的高氣壓僅僅是與紙幅內(nèi)液體的熱動力飽和壓力相應(yīng)的壓力的幾分之一。本發(fā)明的目的不是防止閃蒸，而是在卸去壓機(jī)壓力時控制由駐留在紙幅內(nèi)的、或是在紙幅內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽所施加在紙幅結(jié)構(gòu)上的作用力。
用來控制蒸汽所產(chǎn)生的作用力的機(jī)制包括，但不限定于，一定程度上減少閃蒸成蒸汽的液體量、增加了紙幅或紙頁的冷卻速率、降低蒸汽的排放速度、降低蒸汽產(chǎn)生的拖曳力、防止蒸汽聲速穿過紙幅氣孔內(nèi)部的阻塞物以及降低靜態(tài)作用力的不平衡。這些機(jī)制能通過使用以低于環(huán)境溫度的溫度被引入壓力室的壓力氣體而得到增強(qiáng)。也可以用被加熱至高于環(huán)境溫度的氣體，但是防止分層所要求的氣體壓力可能需要增高。壓力氣體可以是空氣或其它不會以不希望的方式與紙幅、蒸汽或裝置反應(yīng)的合適的氣體。
該裝置包括一用來容納壓力氣體或等效物的腔室、用來引導(dǎo)壓力氣體的裝置，用來監(jiān)測壓力氣體的壓力的裝置、控制壓力氣體的壓力的裝置、排出壓力氣體的裝置、將紙頁或紙幅引向壓機(jī)的裝置，以及將紙頁或紙幅移離壓力室的裝置。用來容納壓力氣體的腔室僅僅需要維持所要求的壓力以防止在紙幅或紙頁的附近方發(fā)生分層。當(dāng)卸去壓機(jī)壓力時，由腔室所形成的區(qū)域必須包括由紙幅或紙板占用的區(qū)域。腔室可以包括整個壓機(jī)。腔室區(qū)必須足夠大以使紙幅或紙頁在壓力區(qū)內(nèi)保持一段足夠長的時間以防止分層。這個時間可以隨紙幅的結(jié)構(gòu)、紙幅的基重、紙幅的內(nèi)部液體和加熱的壓機(jī)表面的溫度而變化。在典型的含水的紙幅的情況下，這段時間小于2秒。腔室不需要采用密封的具體結(jié)構(gòu)。在一種具體的應(yīng)用中，只要用氣體噴射器產(chǎn)生一尺寸大小為所需、能達(dá)到腔室效果的壓力區(qū)就可以。如果腔室使用一種具體結(jié)構(gòu)來容納氣體，則該腔室可以是漏氣的，只要能保持紙幅區(qū)域內(nèi)的壓力，且泄漏的氣體不會損傷裝置、紙幅或能出安全事故就可以。氣體的泄漏會產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。
該裝置必須具有引導(dǎo)壓力氣體進(jìn)入壓力室的裝置。用來引導(dǎo)氣體的方法不應(yīng)該造成氣體具有足夠作用力的噴射，沖擊在紙幅或紙板上從而造成損壞。如果防止分層所需的壓力足夠高而能產(chǎn)生這種噴射，則噴射的方向必須不會損壞紙幅或張頁，或者必須在紙幅和氣體射流之間引入一擋板機(jī)構(gòu)。用來引導(dǎo)氣體進(jìn)入腔室的方法應(yīng)該含有用來調(diào)節(jié)流入腔室的氣體流量的裝置。
該裝置應(yīng)該包括用來監(jiān)測腔室內(nèi)壓力氣體的壓力的裝置。所用的方法取決于具體應(yīng)用。在分批式的加工中用一種簡單的工業(yè)型量規(guī)就足夠了。在連續(xù)加工中，需要一種壓力傳感器將連續(xù)的輸出信號提供給控制系統(tǒng)。所用的裝置只需要能在腔室內(nèi)提供一能控制壓力的壓力指示作用就可以。測量的準(zhǔn)確率和速度要求能防止分層并能使裝置有效工作。有效的工作則取決于具體的應(yīng)用。
該裝置包括一種用來排出壓力氣體的裝置。所使用的方法應(yīng)該不會損傷紙幅。用來排出氣體的方法應(yīng)該包括能控制氣體排出時的速率的裝置。
該裝置具有用來引導(dǎo)紙頁或紙幅進(jìn)入壓機(jī)的裝置。所使用的方法只需能保證在卸去壓機(jī)壓力時能維持腔室內(nèi)的壓力。在使用輥式壓機(jī)的情況下，可以使用氈傳送帶來將紙幅引入壓機(jī)。在使用線性壓機(jī)的情況下，可以人工地或通過使用一機(jī)械設(shè)備來引導(dǎo)紙幅或紙頁。
該裝置還包括用來將紙幅或紙頁從壓機(jī)及壓力腔室中取出的裝置。所使用的方法只需保證紙幅或紙頁能在壓力室內(nèi)停留一段防止分層所需的時間而在連續(xù)操作中，能保持腔室壓力就可以。用氣體進(jìn)行有效的冷卻是人們所希望的。在使用輥式壓機(jī)的情況下，可以使用氈來將紙幅或紙頁從壓輥間隙傳送到壓力室。氈亦起著一吸水器的作用。該腔室可以具有一讓氈和紙幅穿過的狹縫開口。該開口以這種方式被密封即紙幅能穿過并且任何的氣體泄漏限制在通過采用將氣體引到腔室內(nèi)的方法能得到補(bǔ)償?shù)某潭?。該密封可以含有一柔性滑動片或諸對能與紙幅或紙頁接觸的輥對。在使用線性壓機(jī)的情況下，可人工地或通過使用一機(jī)械設(shè)備來取出紙幅或紙頁。
在本發(fā)明的方法中，紙幅或紙頁是被引入具有一對置表面的加熱表面壓機(jī)。該加熱表面由一種易被加熱的剛性材料制成，諸如鋼或涂上一種具有特殊熱性或材料特性的材料的鋼，即，陶瓷、聚合物、無機(jī)塑料、復(fù)合材料和陶瓷合金或其它任何一種具有所需強(qiáng)度性能的材料。因此，該加熱表面可以具有高或低的擴(kuò)散系數(shù)。另一表面可以由具體的壓機(jī)載荷和應(yīng)用所需要的強(qiáng)度特性的剛性材料制成，諸如鋼，或者也可以由涂有聚合物的鋼制成，或者是一靴式壓機(jī)的傳送帶。在一實施例中，當(dāng)紙幅被引入壓機(jī)時，一種由彈性材料，諸如氈制成的紙幅夾設(shè)在未經(jīng)加熱的表面和加熱的表面之間。這兩個壓機(jī)表面夾在一起以在紙幅上施加一壓力。在脈沖干燥紙頁的情況下，較佳的壓縮壓輥間隙的壓力是0.3MPA至10.0MPA。
加熱表面被加熱以提供一在紙幅液體內(nèi)的大氣沸點溫度和紙幅液體的熱力學(xué)臨界點溫度之間的表面溫度。在含水紙幅的情況下，該溫度是自100℃至374℃。最好是自200℃至300℃。
調(diào)節(jié)紙幅在壓機(jī)內(nèi)的駐留時間以提供最大的流體去除量。在紙幅的情況下，駐留時間可以是自10毫秒至100毫秒，最好是自20毫秒至60毫秒。在使用輥式壓機(jī)或靴式壓機(jī)的情況下，駐留時間由紙幅的速度和壓機(jī)壓輥間隙的長度來控制。
本發(fā)明的方法適用于干燥那種初始濕度約為75％至約50％的紙幅。在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行脈沖干燥之后的紙幅的濕度將在約65％至約30％。在此使用的所有百分比均相對于重量而言，除非另有具體指明。防止分層所需的氣體壓力取決于紙頁的結(jié)構(gòu)、紙頁的基重和壓機(jī)的加熱表面的溫度?？傊?，所需的最小計示壓力約為0.00MPA(0.00psig)并且所需的最大計示壓力約為0.70MPA(psig)，加熱的壓機(jī)表面溫度為250℃。這些壓力可以通過采用經(jīng)冷卻的氣體以增加在卸去壓機(jī)壓力之后接納紙幅的腔室的壓力而加以降低。經(jīng)冷卻的氣體能進(jìn)一步降低液體閃蒸成蒸汽的量，增加紙幅或紙頁的冷卻，降低蒸汽的排氣速度，降低蒸汽的拖曳力，防止聲速蒸汽穿過紙幅氣孔內(nèi)部的阻塞物并降低靜態(tài)作用力的不平衡。這種氣體可以通過氣體的流動或膨脹而進(jìn)行冷卻。
示例1
使用圖1所示的裝置進(jìn)行了實驗室規(guī)模。該裝置包括一其上安裝有一液壓缸12的機(jī)架11。液壓缸的柱塞13通過一測力傳感器16驅(qū)動一壓力缸14和熱頭15。一熱板22安裝在熱頭15的下末端處。一熱電偶23設(shè)置在熱頭和熱板之間以測量熱板的溫度。一壓力柱塞17支承一其上放置有一氈19的平板18。該壓力柱塞還支承一其上放置有一待加壓干燥的紙頁21的環(huán)圈20。一進(jìn)氣口24設(shè)置在壓力缸14的上部。一出氣口25設(shè)置在壓力缸的下部。一壓力傳感器26位于壓力缸的下部。壓力柱塞17具有一密封墊圈槽27和一墊圈18，該墊圈能在壓力缸23和熱板22向下板18移動以對紙頁21加壓時提供一動態(tài)密封。壓力缸14和壓力柱塞17均具有能保證在熱板22接觸高起的環(huán)圈20和紙頁21組件之前能產(chǎn)生一動態(tài)密封的各種尺寸。壓力缸14的運動、氣體通過進(jìn)氣口24的進(jìn)入以及通過出氣口25的氣體的排出，均由一計算機(jī)控制。通過進(jìn)氣口24進(jìn)入的氣體由一氣體容器(未示)供給。在該氣體容器內(nèi)氣體壓力等于為防止正在對之進(jìn)行加壓干燥的紙頁分層所需的氣體壓力。
在工作中，一氈19放置在下板18上，一紙頁21放置在高起的環(huán)圈20上。開始時，進(jìn)氣口處于封閉狀態(tài)以防止氣體流入壓力缸14，出氣口25處于開啟狀態(tài)以使壓力缸14的內(nèi)部氣體能排入大氣。壓力缸14的向下運動是由液壓缸12驅(qū)動的。在熱板22接觸高起的環(huán)圈20和紙頁21之前，墊圈28在壓力缸14和壓力柱塞17之間形成一動態(tài)密封，從而形成一完全封閉的腔室并使該腔室得到增壓。當(dāng)壓力缸14繼續(xù)向下運動時，環(huán)圈20上與熱頭15和環(huán)圈20接觸的諸銷被向下推動直到紙頁21與氈19相接觸。緊隨在這種接觸之后，熱板22接觸紙頁21并且該紙頁21和氈19均被壓在熱上板22和下板18之間。在加壓干燥作業(yè)的進(jìn)行過程中，出氣口25被關(guān)閉，進(jìn)氣口24被打開，從而使腔室增壓。起脈沖干燥作用的平板加壓完成之后，壓力缸14向上移動至一中間位置。在該位置處，環(huán)圈20和紙頁21有足夠的空間來回復(fù)至原始位置并將紙頁21和氈19相分開。該中間位置是這樣的，即墊圈28仍在壓力缸14和壓力柱塞17中間形成一密封，由壓力缸14和壓力柱塞17形成的腔室的完整性未受到影響。該位置保持一段較短的時間，通常小于2秒并最好小于10毫秒。在這段時間的最終時刻，出氣口25被打開，進(jìn)氣口24被關(guān)閉，使腔室與大氣相通而排出氣體。在排氣的過程中，正在排出的氣體通過強(qiáng)迫對流而冷卻紙頁。然后壓力缸14被升高至原始位置以移開紙頁21和氈19。
預(yù)先準(zhǔn)備好具有65％濕度、25米2/克的表面系數(shù)、400毫升的加拿大標(biāo)準(zhǔn)排水度(CSF)，以及204克/米2(42lb/1000ft2)的基重的手抄紙并且進(jìn)行一系列的加壓干燥試驗，其中使用圖1所示的設(shè)備以在120℃、130℃、140℃、150℃、175℃、200℃、260和330℃的平板溫度下脈沖干燥紙頁。加壓駐留時間為60毫秒并且最大平板壓力約為4.24MPa。在平板溫度為120℃和130℃并且氣體在大氣壓力下時未發(fā)生紙頁的分層。當(dāng)平板溫度為140℃以及超過140℃時，出現(xiàn)了紙頁的分層從個別區(qū)域直到紙頁完全裂開。在每次溫度超過130℃時，使由壓力缸14和壓力柱塞17形成的腔室內(nèi)的氣體壓力逐漸增加來進(jìn)行各種試驗。該壓力被逐漸增加直到紙頁的分層被阻止為止。圖2示出了在每一次超過130℃的溫度時為防止紙頁分層所需的最小壓力、或臨界氣體壓力的曲線圖。這些試驗的臨界氣體壓力以列表的方式在圖3中予以示出。圖4示出了在常壓氣體壓力下進(jìn)行試驗所得到的濕度變化率的曲線([在脈沖干燥之前的紙頁濕度減去在脈沖干燥之后的紙頁濕度]/爐子烘干的紙頁重量)，該曲線的直線特性是脈沖干燥的特征。在高氣體壓力下進(jìn)行試驗得到的濕度變化率也落在該曲線上，從而表明腔室的增壓作用并未改變脈沖干燥的過程。
還進(jìn)行了另一組脈沖干燥試驗。干燥時使用的平板溫度為250°C，壓輥間隙駐留時間為40毫秒以及與前述例子相似的60毫秒脈沖干燥加壓駐留時間。紙頁的結(jié)構(gòu)情況示于圖5。圖中的紙頁結(jié)構(gòu)包括了工業(yè)用襯板中的基重、濕度含量和表面系數(shù)的極端值即最大和最小的值。該壓力在腔室內(nèi)被增加直到看不到紙頁出現(xiàn)分層為止。圖5還給出了對應(yīng)于每一種加壓干燥的紙頁的類型的臨界壓力。在所有的試驗中都使用由鋼制成的被加熱的平板22。該熱板22可以由具有必要強(qiáng)度性能的任何材料制成。
示例2本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)中，如圖6和7，示出了它的示意圖。圖6和圖7所示的裝置是一輥式壓機(jī)。該壓機(jī)包括一經(jīng)加熱的輥子101、一加熱器102、一未經(jīng)加熱的下輥103、在一用來在其上傳送在諸輥子之間加壓的氈制傳送帶105、一對側(cè)護(hù)罩106和一些氣刀107。經(jīng)加熱的輥子101和下輥103均象在一標(biāo)準(zhǔn)輥式壓機(jī)中那樣設(shè)置并且被用來在紙幅104和傳送帶105上施加壓力。下輥103能由一靴式壓機(jī)來替代。諸氣刀107被用來將一氣流或氣體吹向在該處紙幅104和熱輥101接觸停止處以及在該處傳送帶105和輥子103的接觸停止處。流過氣刀107的氣體具有足夠的流動速率并具有適當(dāng)?shù)姆较蛞栽谀芴峁┮坏刃毫κ业膲狠侀g隙開口處形成一高壓區(qū)。氣刀107具有足夠的數(shù)量以在熱輥101和下輥103的整個表面上產(chǎn)生均勻的高壓區(qū)。在氣刀107內(nèi)使用的氣體可以是空氣或其它不會與紙幅104、氈傳送帶105或裝置起更應(yīng)的、或者不會對操作該裝置的人員有危險的氣體。也可以使用冷卻到環(huán)境溫度以下冷卻的氣體。使用經(jīng)冷卻的氣體可以降低為防止紙幅104分層所需的壓力。此外，氣流可以在軋輥間隙能有效冷卻的區(qū)域之外。側(cè)護(hù)罩106的作用是限制氣體流過諸輥的輥面、紙幅104和氈傳送帶105但是可以加以調(diào)節(jié)以提供足夠的氣體流動進(jìn)行冷卻。將氣流引向氈傳送帶105的氣刀106能由一直接設(shè)置在氈傳送帶105的下面并支承傳送帶105和紙幅104的剛性平臺所替代。一壓力傳感器可以插入緊鄰壓輥間隙開口的區(qū)域以測量由來自氣刀107所產(chǎn)生的氣流的壓力。
熱輥101和下輥103的旋轉(zhuǎn)方向如圖7中箭頭所示。輥子的旋轉(zhuǎn)在于推進(jìn)夾在兩輥子之間的氈傳送帶105和紙幅104。熱輥可以由鋼、涂有一種諸如陶瓷的低熱擴(kuò)散系數(shù)材料制成，也可以由其它具有所需強(qiáng)度性能的材料制成。熱輥的熱力學(xué)特征可以影響到為防止分層所需的氣體壓力。
示例3本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)中，圖8和圖9是它的示意圖。圖8和圖9所示的裝置是一輥式壓機(jī)。該壓機(jī)包括一被加熱的輥子201、一加熱器202、一不加熱的下輥203、正在被加壓干燥的紙幅204、用來傳送紙幅204的氈傳送帶205、一對側(cè)護(hù)罩106和一些進(jìn)氣口207、一些出氣口208、一腔室護(hù)罩210、諸柔性密封件209和諸輥子211。諸柔性密封件在腔室護(hù)罩210和熱輥201之間以及在腔室護(hù)罩210和下輥203之間提供氣封。諸輥子211在腔室護(hù)罩210和紙幅204以及在腔室護(hù)罩210和氈傳送帶205之間提供氣封。被加熱的輥子201和下輥203均象在一標(biāo)準(zhǔn)輥式壓機(jī)中那樣設(shè)置并且被用來在紙幅204和氈傳送帶205上施加壓力。下輥203能由一靴式壓機(jī)來代替。諸進(jìn)氣口207被用來將氣體引入由腔室護(hù)罩210、熱輥201、下輥203和側(cè)護(hù)罩206構(gòu)成的腔室內(nèi)。將氣體引入腔室內(nèi)使腔室得到增壓從而防止了紙幅的分層。出氣口208被用來降低腔室的壓力并控制腔室內(nèi)的壓力大小以及控制流過腔室的氣流。進(jìn)氣口207也可以用來控制腔室的壓力。穿過進(jìn)氣口207而引入的氣流需要具有一定的方向以及不會損壞紙幅204但卻能在腔室內(nèi)產(chǎn)生所需壓力的容積流率。如果所需的容積流率足夠高而可能損壞紙幅204，則應(yīng)該在進(jìn)氣口207和紙幅204之間設(shè)置一個擋板(未示)。用于增壓腔室的氣體可以是空氣或其它任何不會與紙幅204、氈傳送帶205或裝置起反應(yīng)的氣體，或者是其它不會對操作該裝置的操作人員產(chǎn)生危險的氣體。亦可以使用冷卻得低于環(huán)境溫度的氣體。使用冷卻的氣體可以降低為防止紙幅204分層所需的壓力。位于氈傳送帶205下方的腔室部分可以被一剛性平臺(未示)所代替，該平臺可直接設(shè)置在氈傳送帶205的下方，并支承氈傳送帶205和紙幅204。一第二腔室護(hù)罩210可以加設(shè)在第一腔室護(hù)罩210的下游。在這種設(shè)置中，由第一腔室護(hù)罩210覆蓋的區(qū)域的壓力為P1，位于第二腔室護(hù)罩210和第一腔室護(hù)罩210之間的區(qū)域的壓力為P2，其中P1＞P2。一壓力傳感器插入每一腔室內(nèi)用來測量腔室內(nèi)的壓力。
熱輥201和下輥203的旋轉(zhuǎn)方向如圖9中箭頭所示方向。輥子的旋轉(zhuǎn)在于推進(jìn)夾在兩輥子之間的氈傳送帶105和紙幅104。熱輥可以由鋼、涂有一種諸如陶瓷的低熱擴(kuò)散系數(shù)材料的鋼制成，或者也可以由其它具有所需強(qiáng)度性能的材料制成。熱輥的熱力學(xué)特征可以影響到為防止分層所需的氣體壓力。
示例4本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)中，圖10和圖11是它的示意圖。圖10和圖11所示的裝置是一輥式壓機(jī)。該壓機(jī)包括一被加熱的輥子301、一加熱器302、一不加熱的下輥303、正在被加壓干燥的紙幅304、用來傳送紙幅304氈的傳送帶305、一對側(cè)護(hù)罩306、一些進(jìn)氣口307、一些出氣口308和一薄片組件309。被加熱的輥子301和下輥303均象在一標(biāo)準(zhǔn)輥式壓機(jī)中那樣設(shè)置并且被用來在紙幅304和氈傳送帶305上施加壓力。下輥303能由一靴式壓機(jī)來代替。薄片組件309由多個可以在相繼薄片310和紙幅304或氈傳送帶305之間產(chǎn)生小的封閉腔室的薄片組成。薄片組件309的兩側(cè)由諸側(cè)護(hù)罩306密封。由諸薄片310形成的、最接近于熱輥301的腔室以及由諸薄片310形成的、最接近于下輥303的腔室均處在最高的壓力狀態(tài)下。從諸輥向下，在每一個相繼在后的腔室內(nèi)的壓力小于前一腔室內(nèi)的壓力。以這種方式，紙幅304受到一系列的壓力階躍的作用，這些壓力階躍在紙幅移離諸輥時降低了壓力。諸進(jìn)氣口307被用來將氣體引入每一由諸薄片310和紙幅304或氈傳送帶305形成的腔室內(nèi)。將氣體引入腔室內(nèi)使得腔室得到增壓從而防止了紙幅的分層。出氣口308被用來降低腔室的壓力并控制腔室內(nèi)的壓力大小。氣體從高壓腔室流入低壓腔室并從出氣口308中排出。進(jìn)氣口307也能用來控制腔室壓力。穿過進(jìn)氣口307而引入的氣流需要具有一定的方向以及不會損壞紙幅304但卻能在腔室內(nèi)產(chǎn)生所需壓力的容積流率。如果所需的容積流率足夠高而可能損壞紙幅304，則應(yīng)該在進(jìn)氣口307和紙幅304之間設(shè)置一個擋板。用于增壓腔室的氣體可以是空氣或其它任何不會與紙幅304、氈傳送帶305或裝置起反應(yīng)的氣體，或者是其它不會對操作該裝置的操作人員產(chǎn)生危險的氣體。亦可以使用經(jīng)冷卻得低于環(huán)境溫度的氣體。使用冷卻的氣體可以降低為防止紙幅304分層所需的壓力。位于氈傳送帶305下方的腔室部分可以用一剛性平臺(未示)所代替，該平臺可直接設(shè)置在氈傳送帶305的下方，并支承傳送帶305和紙幅304。一壓力傳感器(未示)應(yīng)插入每一由薄片310形成的腔室內(nèi)用來測量腔室內(nèi)的壓力。
熱輥301和下輥303的旋轉(zhuǎn)方向如圖11中箭頭所示方向。輥子的旋轉(zhuǎn)在于推進(jìn)夾在兩輥子之間的紙幅304和氈傳送帶305。熱輥可以由鋼、涂有一種諸如陶瓷的低熱擴(kuò)散系數(shù)材料的鋼制成，或者也可以由其它具有所需強(qiáng)度性能的材料制成。熱輥的熱力學(xué)特征可以影響到為防止分層所需的氣體壓力。
至此已具體描述了本發(fā)明的各個方面，但是，對應(yīng)那些在本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說作出種種變化和改變將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用來干燥紙幅的方法，它包括以下步驟在一經(jīng)加熱的表面和另一表面之間傳送紙幅；在所述兩表面之間施加壓力并釋放所述壓力；在兩表面之間的所述壓力釋放之后，立即將紙幅傳送入一高氣體壓力區(qū)域。
2.一種干燥內(nèi)部含有流體的紙幅的方法，包括在一經(jīng)加熱的、溫度在所述流體的大氣狀態(tài)下的沸點溫度和一超過所述流體的臨界熱動力學(xué)溫度之間的表面之間傳送紙幅；在所述表面之間施加壓力并釋放所述壓力；在兩表面之間釋放的所述壓力之后，立即將紙幅傳送入一高氣體壓力區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，氣體溫度低于紙幅內(nèi)部流體的溫度。
4.如權(quán)利要求2所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，所述兩表面進(jìn)行脈沖干燥。
5.如權(quán)利要求2所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，氣體有效地冷卻紙幅。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，冷卻由氣體的流動和/或膨脹而實現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求2所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，施加在兩表面之間的壓力大約在0.3MPa至10.0MPa之間。
8.如權(quán)利要求2所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，紙幅的內(nèi)部流體是水，經(jīng)加熱的表面的溫度在100℃和374℃之間。
9.如權(quán)利要求4所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，紙幅在壓力下具有一在大約10毫秒至大約100毫秒之間的駐留時間。
10.如權(quán)利要求1所述的干燥紙幅的方法，其特征在于，氣體壓力的計示壓力在0.00MPa至0.70MPa之間。
11.干燥纖維紙幅的裝置，總體上包括，加壓所述紙幅的裝置；鄰近所述加壓制裝置的氣體壓力腔室；用來將增壓氣體引入所述壓力腔室的裝置；控制所述氣體壓力腔室內(nèi)的氣體壓力的裝置；以及將氣體從所述氣體壓力腔室中排出的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的干燥纖維紙幅的裝置，其特征在于，所述壓制裝置是一輥式壓機(jī)。
13.如權(quán)利要求11所述的干燥纖維紙幅的裝置，其特征在于，所述壓制裝置是一線性壓機(jī)。
14.如權(quán)利要求11所述的干燥纖維紙幅的裝置，其特征在于，所述引導(dǎo)增壓氣體的裝置包括多個空氣刀。
15.如權(quán)利要求11所述的干燥纖維紙幅的裝置，其特征在于，所述氣體壓力腔室封閉所述壓制裝置。
全文摘要
一種熱壓干燥纖維紙幅的方法和裝置，包括對紙幅進(jìn)行加壓、最好是脈沖干燥以及將所述紙幅引入一氣體壓力區(qū)域，并隨后降低該區(qū)域的壓力，這種降壓最好是通過冷卻纖維紙幅而實現(xiàn)。
文檔編號F26B13/10GK1140216SQ9610627
公開日1997年1月15日 申請日期1996年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月12日
發(fā)明者戴維I·奧洛夫, 蒂莫西F·帕特森, 安德魯M·克勞斯 申請人:造紙科技學(xué)會股份有限公司