Установка для смешивания суспензии целлюлозного волокнистого вещества и жидкости - RU2080163C1
Код документа: RU2080163C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к установке для смешивания суспензии целлюлозного волокнистого материала и текучей среды, включающей корпус с продольной осью, проходящей через его центр, впускной и выпускной патрубки для волокнистой суспензии, причем, указанные впускные и выпускные патрубки разнесены в осевом направлении друг от друга относительно осевой линии корпуса; впускное средство для подачи указанной текучей среды в волокнистую суспензию и две взаимодействующие стенки, расположенные в корпусе на определенном расстоянии друг от друга, причем, противоположные стороны указанных стенок обращены друг к другу и определяют форму проходного сечения зазора, через которое должна протекать волокнистая суспензия и которое снабжено впускным и выпускным отверстиями, сообщающимися с указанными впускным и выпускным патрубками для волокнистой суспензии, соответственно.
Установка для смешивания волокнистой массы и текучей среды, например кислорода или озона, известна (патенты Швеции N N 436652, 459904, 462857; патенты США N 3095349, и 4886577). В известных установках один из зазорообразующих элементов стенки вращается, следовательно, необходим приводной двигатель и фундамент для его монтажа. Данные установки в этой связи требуют относительно больше места, а их монтаж занимает относительно много времени. Кроме того, невозможно автоматически изменять площадь проходного сечения зазора во время работы с целью установить оптимальные условия смешивания и производительность или удалять забившуюся волокнистую массу без необходимости разбирать установку. При отбеливании волокнистой массы, в частности, озоном необходимо добавлять относительно большое количество газа, содержащего озон, поскольку газ-носитель может содержать лишь ограниченное количество озона. Кроме того, должно быть учтено, что озон крайне быстро вступает в реакцию с волокнистой массой, и, следовательно, он должен быть смешан с ней таким образом, чтобы по возможности все части волокнистой массы были обработаны озоном. В известной установке, описанной в вышеуказанной патентной заявке, относящейся к смешиванию в озоне, озон подают в волокнистую массу в одной или нескольких точках по мере его протекания через точки таким образом, что определенные части волокнистой массы смешивают с озоном, в том время, как другие части остаются вовсе необработанными озорном или обработаны лишь его ограниченным количеством из-за недостаточного эффекта смешивания в установке и/или из-за того, что весь или почти весь озон уже потреблен к тому моменту, когда газ-носитель достигает также и остальных частей волокнистой массы.
Целью настоящего изобретения является разрешение в значительной мере вышеназванных проблем и создание усовершенствованной установки для смешивания волокнистой массы и текучей среды, не имеющей вращающейся части с приводным двигателем и вследствие этого являющейся компактной и простой по конструкции, а также несложной для монтажа, что позволяет непрерывно подавать в волокнистую массу большое количество текучей среды таким образом, что по крайнем мере в большую часть волокнистой массы поступает текучая масса, которая смешивается с волокнистой массой в течение одного короткого промежутка времени, например от почти 0 до 2 с, и что также предпочтительно обеспечивает возможность автоматической регулировки зазора во время работы с целью изменения площади проходного сечения зазора и, следовательно, расхода проходящего через установку потока.
Изобретение по существу отличается тем, что в корпусе имеются концентрически расположенные неподвижные стенки, причем, их противоположные стороны расположены вокруг осевой линии корпуса и разнесены от него, в результате чего пространство в форме зазора приобретает форму концентрического кольцевого зазора, причем кольцевой зазор предпочтительно имеет протяженность свыше 20 мм в направлении основного потока среды, протекающей через него, и тем, что корпус включает распределительную камеру, сообщающуюся с кольцевым зазором, расположенную аксиально поднимающемуся вверх через зазор потоку, служащую равномерному распределению волокнистой массы вокруг всего концентрического впускного отверстия кольцевого зазора.
На фиг. 1 изображен вид установки сбоку с частичным разрезом в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения; на фиг. 2 - частичный продольный разрез установки в соответствии с фиг. 1; на фиг. 3 вид сбоку с частичным разрезом регулировочного средства и привода установки в соответствии с фиг. 1; на фиг. 4 продольный разрез установки в соответствии с вторым вариантом осуществления изображения; на фиг. 5 поперечный разрез по линии IV-IV на фиг. 4; на фиг. 6 поперечный разрез установки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения; на фиг. 7 продольный разрез установки в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
Установка, изображенная на фиг. 1 включает корпус 1, через центр которого проходит осевая линия 2, впускной патрубок 3 и выпускной патрубок 4 для волокнистой суспензии. Впускной патрубок 3 и выпускной патрубок 4 расположены аксиально.
Установка снабжена двумя стенками 5 и 6, отделенными друг от друга и неподвижно закрепленными, причем указанные стенки имеют взаимодействующие стороны 7 и 8, обращенные друг к другу и образующие проходное сечение зазора 9, непрерывное во всех направлениях, через которое должна протекать волокнистая масса в псевдоожиженном состоянии. Зазор 3 соединен с впускным отверстием 10 и выпускным отверстием 11, сообщающимися с указанным впускным патрубком 3 и выпускным патрубком 4, соответственно. Установка также включает впускные средства 12 для подачи жидкости в волокнистую массу. Согласно варианту осуществления, изображенному на фиг. 1 и 2, впускные средства 12 служат для подачи текучей среды в зазор 9 и предпочтительно включают распределительное средство 13, служащее для распределения текучей среды, поступающей вдоль стенок 5 и 6, по крайней мере изнутри каждой стороны 7 и 8, непрерывно протяженной в направлении, поперечном направлению протока таким образом, что текучая среда поступает в большую часть волокнистой суспензии, проходя вдоль сторон 7 и 8 стенок 5 и 6, и проникает в волокнистую массу, где она перемешивается с ней до однородной массы. Дополнительно лишь одна из стенок может быть снабжена такими впускными средствами 12 для текучей среды. Согласно изобретению неподвижные стенки 5 и 6 расположены концентрически в корпусе их противоположные стороны 7 и 8 находятся радиально снаружи друг друга, причем таким образом, что данные стороны проходят вокруг осевой линии 2 корпуса и разнесены от него. Таким образом поперечное сечение приобретает форму концентрического кольцевого зазора 9. Корпус 1 также включает распределительную камеру 14, которая сообщается с кольцевым зазором, расположена аксиально поднимающемуся вверх через зазор потоку и служит для равномерного распределения волокнистой массы вокруг концентрического впускного отверстия 10 кольцевого зазора 9. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 1 и 2, кольцевой зазор 9, показанный в продольном разрезе, увеличивается линейно между впускным отверстием 10 и выпускным отверстием 11 в направлении, образующем острый угол с осевой линией 2 установки, причем указанное направление соответствует направлению потока волокнистой суспензии, протекающей через кольцевой зазор. Тем не менее, в целом, данный угол может находиться в пределах от свыше 0o, то есть исключая 0o, до 90o, предпочтительно в пределах 10-80o и наиболее предпочтительно 30-50o, что означает, что диаметр кольцевого зазора 9 увеличивается в направлении потока волокнистой массы. Стеки 5 и 6 расположены радиально снаружи друг друга так, чтобы образовать радиально расположенный внутренний элемент 15 стенки и радиально расположенный наружный элемент 16 стенки. Внутренний элемент 15 стенки опирается на соосно установленный удлиненный опорный элемент 17, который смонтирован с возможностью скольжения на одном торце или верхнем торце 18 корпуса, что обеспечивает возможность перемещения внутреннего элемента 15 стенки в осевом направлении. С этой целью установка включает привод 19, взаимодействующий с опорным средством 17, что обеспечивает возможность перемещения внутреннего элемента 15 стенки в осевом направлении относительно наружного элемента 16 стенки и дает возможность регулировать площадь проходного сечения кольцевого зазора 9, то есть регулировать расстояние между сторонами 7 и 8 элементов стенки в каждой точке, расположенной вдоль кольцевого зазора 9 в направлении потока волокнистой массы. Внутренняя сторона 7 наружного элемента 16 стенки обладает большей конусностью, чем внутренняя сторона 8 внутреннего элемента 15 стенки, придавая таким образом зазору 9 форму, расходящуюся в направлении потока волокнистой массы так, что ширина кольцевого зазора 9 наименьшая у впускного отверстия 10 и наибольшая у выпускного отверстия 11. Другими словами, площадь проходного сечения зазора 9 непрерывно увеличивается в направлении от впускного отверстия 10 к выпускному отверстию 11. Поскольку элементы 15 и 16 стенок могут перемещаться относительно друг друга, следует понимать, что они не соединены между собой, а кольцевой зазор 9 следовательно полностью свободен от каких-либо соединительных элементов сторон 7 и 8. Установка снабжена двумя внутренними кольцевыми фланцами 20 и 21, на которые опирается наружный элемент стенки 16, расположенный между ними, причем, указанный элемент включает цилиндрический корпус 22 с направленными внутрь радиально расположенными торцевыми частями 23 и 24, которые соединены с фланцами 20, 21 и снабжены уплотнителями 25, служащими для герметизации фланцевых соединений. Внутренние фланцы 20 и 21 неразъемно соединены с двумя противоположными наружными фланцами 26, 27, причем фланец 26 приварен к конической трубе 27, включающей указанную распределительную камеру 14, которая посредством фланцеобразной нижней торцевой стенки 28 корпуса соединена с впускным патрубком 3, который в свою очередь соединен с выпускным патрубком насоса (не показан), в то время, как фланец 22 приварен к дну сосуда 29, например реактора, который можно считать составляющим часть корпуса 1.
Как это более ясно показано на фиг. 2, впускное средство для текучей среды включает штуцер 30, радиально расположенный на корпусе 22 и соединенный с трубой 31 для подачи текучей среды из ее источника. Корпус 22 окружает кольцевую камеру 32, сообщающуюся с штуцером 30. Средство распределения текучей среды включает две разнесенных кольцевых распределительных полости 33, 34, сообщающиеся с указанной камерой 32 посредством множества отверстий 35, 36, равномерно распределенных по окружности. Наружный элемент 16 стенки включает две близко расположенных друг к другу кольца 37, 38 в которых имеются указанные отверстия 35, 36, и прокладку 39, окруженную кольцами. Радиальные стороны прокладки 39, обращенные в противоположные друг от друга стороны, вместе с противоположными радиальными сторонами соответствующих колец 37, 38, ограничивают указанные кольцевые распределительные пространства 33, 34. Наконец, средство распределения жидкости 13 включает два дозирующих кольца 40, 41, помещающиеся в двух выемках, образующих гнезда в элементе 16 стенки или, более конкретно, в прокладке 39 и кольцах 37, 38. Дозирующие кольца 40, 41 проницаемы для жидкой среды и могут состоять из, например спеченного литого или перфорированного материала, такого, как металлический лист.
Расположенное на внутреннем элементе 15 стенки, средство для впуска жидкой среды 12 включает полый центральный корпус 42, составляющий торцевую часть указанного опорного средства 17 в виде протяженной трубы 43, соединенной с гибким шлангом 44 для подачи текучей среды из ее источника через канал в трубе 43. На центральный корпус 42 опирается круглая торцевая плита 45, прикрепленная с помощью болта 46 к торцевой стенке 47, которая замыкает указанный центральный корпус 42 таким образом, что образует манжету 48. Внутренний элемент 15 стенки также включает два кольца 49,50, последовательно расположенных по оси на определенном расстоянии друг от друга, окружающих центральный корпус 42 и неразъемно соединенных с ним. Распределяющие текучую среду средства 13 внутреннего элемента 15 стенки включают разнесенные друг от друга кольцевые распределительные полости в центральном корпусе 42 и множество отверстий 51, 52, равномерно распределенных по окружности и в радиальном направлении внутри распределительных полостей 53, 54 в центральном корпусе 42 таким образом, что распределительные полости 53, 54 сообщаются с центральным каналом 45 посредством указанных отверстий 51, 52, причем последние расположены по двум окружностям. Распределительные пространства 53, 54 ограничены противоположными боковыми поверхностями манжеты 48 и колец 49, 50 и могут включать осевые выемки в кольцах 49, 50, как это показано. Наконец, распределяющее текучую среду средство 13 включает два дозирующих кольца 55, 56, помещающихся двух выемках, образующих гнезда во внутреннем элементе стенки 15 или, более конкретно, в кольцах 49, 50 и манжете 48. Дозирующие кольца 55, 56 проницаемы для текучей среды и состоят из того же материала, что и дозирующие кольца 40, 41, описанные ранее.
Внутренняя коническая сторона 8 внутреннего элемента 15 стенки выполнена зацело и снабжена двумя кольцевыми выступами 57 в зазоре 9, служащими созданию эффекта, способствующего турбулентности потока.
Указанная труба 43 проходит через реакционный сосуд 29 и выходит наружу через его верхнюю стенку 18. Труба взаимодействует или плотно контактирует с указанным приводом 19, который, согласно показанному варианту осуществления, состоит из цилиндра одностороннего действия 57, смонтированного на стойке, на которой также установлен сосуд 29. Цилиндр 57 имеет поршень 58, неразъемно соединенный с трубой 43, которая таким образом образует шток цилиндра, осуществляющий возвратно-поступательное движение, как и верхняя стенка 18 сосуда 29, торцевые станки цилиндра 57 снабжены соответствующими уплотнениями и средствами скольжения.
Верхний конец трубы 43 расположен над цилиндром 57 и соединен с указанным гибким шлангом 44. Верхняя часть или напорная камера цилиндра 57 сообщается посредством соединения 59 с аккумулятором 60, причем к указанному соединению присоединен трубопровод 61 с предохранительным клапаном 62. Рабочую среду под давлением, предпочтительно воздух, подают в верхнюю часть цилиндра через трубопровод 63 с клапаном 64. Нижняя часть цилиндра 57 сообщается с атмосферой через трубопровод 65. Указанный клапан 64 управляется регулировочным устройством 66, которое непрерывно измеряет давление в волокнистой массе или в которое через соединение 67, 68 поступают замеренные величины давления выше и ниже кольцевого зазора 9, в результате чего, регистрируется разность давлений. Регулировочное устройство 66 сравнивает зарегистрированную разность давлений с заданной величиной (установкой), которую задают в зависимости от превалирующих производственных условий таких, как температура, плотность, тип волокнистой массы и пропускная способность. Заданную величину предпочтительно регулируют автоматически. Регулировочное устройство 66 закрывает или открывает клапан 64 в зависимости от разности давлений, измеренной в сравнении с заданной величиной. Таким образом, если в ходе работы повысится давление со стороны впуска 14, что может произойти в результате засорения зазора 9, регулировочное устройство 66 зарегистрирует разность давлений, превышающую заранее установленную величину, и,в результате этого подаст сигнал, чтобы закрыть клапан 64. Если давление со стороны впуска 14 повысится еще, повысится также и давление в цилиндре 19, в результате чего откроется предохранительный клапан 62, после чего труба 43 и опирающийся на нее элемент 15 стенки могут быть перемещены вверх повышенным давлением в распределительной камере 14 конической части трубы 27. Ширина зазора 9 следовательно увеличится, а увеличивающаяся за этот счет площадь проходного сечения позволит высвободить забившуюся волокнистую массу таким образом, что поток волокнистой массы увеличится и останется таким до тех пор, пока не упадет давление на стороне впуска и разность давлений опять не придет в норму. Предохранительный клапан 62 закроется, а клапан 64 откроется, как только разность давлений упадет до значения ниже заданного, то есть, как только давление в конической части трубы 27 упадет, вследствие чего ширина кольцевого зазора должна снова уменьшиться, что достигается повышением давления в цилиндре 19, в результате чего труба 43 и элемент 15 стенки под давлением перемещаются вниз. Следует понимать, что когда клапан 64 закрыт и измеряется заданная разность давлений, аккумулятор 60 сбалансирует силу, приложенную к внутреннему элементу 15 стенки волокнистой массой. Наличие аккумулятора 60 в системе высокого давления также обеспечивает плавные, без резких толчков перемещения трубы 43 и элемента 15 стенки вслед за изменениями постоянной разности давлений, обычно зарегистрированными и измеренными в сравнении с заданной величиной.
На фиг. 5 схематически изображен другой вариант осуществления установки для смешивания, заявленной в настоящем изобретении. Деталям, аналогичным деталям, описанным в связи с первым вариантом осуществления, даны те же цифровые обозначения. В данном случае соосный опорный элемент 17 проходит вниз через распределительную камеру, а не вверх через сосуд 29, как это показано в первом варианте осуществления на фиг. 1-3. Регулировочное устройство (не показано) в его шток 43 в данном случае расположены снаружи корпуса 1. Впускной патрубок 3 для волокнистой массы по касательной соединен с распределительной камерой таким образом, что волокнистая масса протекает по касательной в камеру и, следуя вдоль внутренней поверхности трубы 27, делает один оборот, после чего она выдавливается вперед в направлении центра, пройдя через ряд сужающихся оборотов. Волокнистая масса, следовательно, протекает по спирали в направлении кольцевого зазора 9, где она равномерно распределяется в периферическом направлении. Впускные средства 12 для подачи текучей среды расположены на опорном средстве 17, выступающие в роли соединительного штока, и снабжены отверстиями 69, расположенными вдоль части, окружающей соединительный шток 17, расположенный в распределительной камере 14 вблизи от радиально расположенного внутреннего элемента 15 стенки таким образом, что текучая масса вытекает в непрерывную область, расположенную выше впускного отверстия 10 или кольцевого зазора 9, где она перемешивается с проходящей волокнистой массой. Таким образом вся волокнистая масса вводится в контакт с текучей средой в окружающей части потока волокнистой массы. Особо благоприятные условия смешивания достигаются в том случае, когда внутренний элемент 15 стенки имеет дугообразную форму или сходящую на конус внутрь, благодаря чему она образует острый угол с соединительным штоком 70. Таким образом, образуется кольцевая выемка 71, в которую выходят отверстия 69. Впускное отверстие 10, выходящее в кольцевой зазор, таким образом расположено вниз по оси от отверстий 69 так, что текучая среда выдавливается назад и сталкивается с потоком волокнистой массы. Отверстия 69 могут быть снабжены соответствующими элементами, проницаемыми для текучей среды и выполненными из того же материала, что и дозирующие кольца, описанные ранее. Впускные средства 12 включают соответствующие распределительные средства 13 для равномерного распределения текучей среды вокруг полого соединительного штока 17, соединенного с источником подачи текучей среды, как это ранее описано. Подача текучей среды может также или дополнительно осуществляться через впускные средства 12 в виде обычной подающей трубы 72, соединенной с впускным патрубком 3. Поскольку, текучую среду не подают непосредственно в кольцевой зазор, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4, площадь его проходного сечения не обязательно должна увеличиваться в направлении потока, а может быть постоянной, то есть кольцевой зазор 9 расходится в направлении его выпускного отверстия 11.
На фиг. 6 схематически изображен еще один вариант осуществления установки для смешивания, заявленной в настоящем изобретении, причем аналогичным деталям даны те же цифровые обозначения, что и соответствующим деталям в ранее описанных вариантах осуществления. В данном случае кольцевой зазор 9, показанный в продольном разрезе корпуса, линейно проходит между впускным отверстием 11 в направлении, образующем угол 90o с осевой линией 2 корпуса, причем указанное направление соответствует направлению потока волокнистой массы, проходящей через кольцевой зазор 9. Неподвижные стенки 5, 6 расположены последовательно в осевом направлении одна за другой и образуют наружный элемент 16 стенки относительно основного потока волокнистой массы, проходящей через корпус, причем элемент 16 расположен ближе всего к распределительной камере 14, внутренний элемент 15 стенки относительно основного потока волокнистой массы, проходящей через корпус, а элемент 15 разнесен в осевом направлении от наружного элемента 16 стенки. Кольцевой зазор 9 далее ограничен между данными элементами и лежит в плоскости, перпендикулярной осевой линии 2 корпуса. В данном случае нижней стороне внутреннего элемента 15 стенки также придана соответствующая дугообразная или коническая форма, в результате чего она образует острый угол с соединительным штоком 17 таким образом, что образуется кольцевая выемка 71, в которую выходят отверстия 69 впускного средства для текучей среды.
Описанные выше варианты осуществления применимы в тех случаях, когда необходимо иметь возможность регулировать площадь проходного сечения кольцевого зазора в зависимости от меняющихся рабочих условий таких, как плотность волокнистой массы и степень засорения кольцевого зазора 9. Однако, в некоторых случаях, когда рабочие условия могут быть постоянными и даже не быть подвержены проблемам, связанным с засорением кольцевого зазора, регулировочное средство и его привод могут быть опущены. Вариант осуществления установки, заявленной в изобретении, для применения в таких условиях схематически показан на фиг. 7. Опорный элемент 17 внутреннего элемента стенки неразъемно соединен с дном 28 корпуса таким образом, что элемент 15 стенки является неподвижным в осевом направлении, а также не имеет возможности вращаться. В данном случае, следовательно, опорный элемент 17 обеспечивает средство присоединения для жесткого закрепления элемента 15 стенки.
Внутренний элемент 15 стенки может быть снабжен на поверхности, обращенной от опорного элемента 17, соответствующим средством центрирования 70, соединенным с элементом 15 стенки и соответствующей торцевой стенкой, например верхней стенкой в варианте осуществления, показанном на фиг. 4. Такое средство центрования может соответственно представлять собой соосно установленную телескопическую трубу, если элемент 15 стенки может перемещаться в осевом направлении, или шток, если он неподвижно закреплен в осевом направлении, как показано на фиг. 7. Помимо точной центровки, обеспечивающей оптимально отрегулированный концентрический кольцевой зазор, данное средство центрования также противодействует возникновению какой-либо нежелательной вибрации, то есть обладает стабилизирующим воздействием на элемент 15 стенки.
Установка может быть применима для смешивания волокнистой массы с текучей средой любого рода, например газами такими, как озон, кислород и хлор и жидкостями, содержащими различные активные вещества, например двуокись хлора. Установка особо применима для смешивания больших количеств текучей среды с волокнистой массой, например газа, объем которого превышает 50% от общего объема потока.
Реферат
Использование: для смешивания волокнистой массы и текучей среды. Сущность: стенки концентрически и неподвижно расположены в корпусе, а указанные противоположные стороны 7, 8 расположены вокруг осевой линии 2 и корпуса 1 и разнесены от него, в результате чего проходное сечение приобретает форму концентрического кольцевого зазора 9. Кольцевой зазор предпочтительно имеет протяженность свыше 20 мм в направлении основного потока среды, протекающей через него. Кроме того, имеется распределительная камера 14, сообщающаяся с кольцевым зазором, расположенная вверх по направлению относительно его оси и служащая равномерному распределению волокнистой массы вокруг всего концентрического впускного отверстия 10 кольцевого зазора. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.
