Способ удаления печатной краски из суспензии пульпы печатной макулатуры и устройство для его осуществления - RU2094129C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к производству бумаги, а более конкретно к способу удаления печатной краски из суспензии волокнистой массы макулатуры с помощью технологии пенной флотации для получения новой бумаги.

Экономия при производстве и охране природы и рациональное использование природных источников имеет важное значение при производстве бумаги из отходов, когда бумагу с печатью превращают в пульпу для получения суспензии, которую подают в бумагоделательную машину. Печатные краски должны быть удалены из суспензии для получения новой бумаги соответствующей степени белизны.

В патенте США N 4157952 описывается устройство предшествующего уровня техники для удаления печатной краски с помощью пенной флотации. 1% суспензию макулатуры в виде пульпы вводят в цилиндрический резервуар с помощью сопла, расположенного в резервуаре под водой и вблизи верхнего внешнего края резервуара. Сопло направлено вниз под углом 30 60^o и испускает поток тангенциально к внешней стенке резервуара, чтобы образовать в резервуаре закрученный поток. Сопло включает в себя внутренние препятствия и воздушную линию, расположенную после одного комплекта препятствий для введения в суспензию воздуха. Поток в сопле имеет избыточное давление 69 138 кПа. Дефлектор размещен по существу радиально верхней поверхности резервуара. После почти одного оборота в резервуаре закрученный поток флотированной пульпы ударяется о дефлектор. Вакуумированное впускное отверстие для пены на дефлекторе удаляет накопленную пену и направляет ее в вакуумированный резервуар, где пузырьки воздуха лопаются, остатки печатной краски собираются и выгружаются.

Однако, в устройстве по патенту США N 4157952 имеется компонент, который ограничивает скорость линии обработки пульпы, питающей бумагоделательную машину. Если скорость выхода увеличивается, это отрицательно повлияет на качество новой бумаги. Трудности, ограничивающие производительность оборудования, вызывают, по крайней мере, частичное прекращение работы бумажных фабрик.

Простое увеличение диаметра резервуара не решает этой проблемы. Хотя производительность устройства удаления печатной краской пенной флотацией увеличивается при увеличении площади поверхности, но для удовлетворения производства необходимо было бы использовать резервуар слишком большого размера, веса, стоимости и потребляемой при эксплуатации энергии. В больших резервуарах также, как правило, временем осуществления процесса является длительность, что не способствует эффективной работе.

Следовательно, существует потребность в повышении производительности процесса пенной флотации.

Поставленная задача достигается посредством устройства для удаления печатной краски из суспензии пульпы печатной макулатуры, включающего резервуар с нижней стенкой и округлой в горизонтальном сечении внешней стенкой, выходным отверстием из резервуара, размещенным в конце траектории потока для удаления суспензии без печатной краски, по меньшей мере, один инжектор для ввода потока аэрированной суспензии в траекторию потока под давлением, направленным вдоль траектории потока и средство для удаления вспененной печатной краски с поверхности суспензии, текущей через резервуар, которое согласно изобретению снабжено направляющим средством, закрепленным в резервуаре для создания удлиненной траектории потока равномерной площади поперечного сечения, при этом резервуар выполнен с впускным отверстием, размещенным в начале траектории потока для подачи суспензии в резервуар, причем резервуар выполнен из множества модулей, расположенных последовательно по траектории потока, инжекторы расположены во всех модулях, кроме последнего по ходу движения потока, а модули выполнены со средствами для рециркулирования части потока суспензии, движущейся вдоль траектории потока от, по меньшей мере, одного модуля к инжектору другого модуля, расположенного перед ним по ходу движения потока.

Целесообразно, чтобы в устройстве согласно изобретению средство для рециркулирования было выполнено с возможностью направления части потока суспензии между непосредственно смежными модулями.

Предпочтительно, чтобы внешняя стенка резервуара и направляющее средство были установлены с возможностью придания траектории потока формы спирали.

Полезно, чтобы боковые стенки модулей были выполнены в виде концентрических полукруглых в горизонтальном сечении частей внешних стенок и частей направляющих средств, причем половина резервуара была образована модулями, боковые стенки которых в горизонтальном сечении имеют радиус кривизны с центром в центре резервуара, а другая половина модулей имеет боковые стенки, радиус кривизны которых в горизонтальном сечении расположен в центре, смещенном от центра резервуара.

Желательно, чтобы впускное отверстие было расположено в первом по ходу движения потока модуле.

Целесообразно, чтобы выпускное отверстие было расположено в последнем по ходу движения потока модуле.

Предпочтительно, чтобы средство для рециркулирования части потока суспензии было выполнено с возможностью направления части потока от последнего по ходу движения потока модуля к первому по ходу движения потока модулю.

Полезно, чтобы средство для рециркулирования было выполнено с трубами и соединенным с ними насосом.

Желательно, чтобы устройство было снабжено установленными во всех, кроме первого по ходу движения потока, модулях экстракторами, средством для создания вакуума и средством для соединения средства для создания вакуума с экстрактором каждого из модулей для отсасывания вспененной печатной краски из экстрактора в средство для создания вакуума, где микроскопические пузырьки лопаются для сбора печатной краски, удаленной из суспензии.

Целесообразно, чтобы экстракторы были выполнены с трубами, расположенными смежно поверхности потока и с отверстиями для приема пены в трубу.

Предпочтительно, чтобы выпускное отверстие было выполнено с выпускной трубой для суспензии без печатной краски, расположенной в центре резервуара и с порогом, имеющим регулируемую высоту для управления уровнем воды, поддерживаемым в резервуаре и выполненным в виде внутренней стенки резервуара или ее части.

Согласно другому аспекту изобретения для решения поставленной задачи предложен способ удаления печатной краски из суспензии пульпы печатной макулатуры, включающий создание равномерного по площади поперечного сечения потока суспензии в резервуаре от впускного отверстия у выпускному отверстию, введение потока аэрированной суспензии во множество мест, последовательно разнесенных вдоль траектории потока, удаление печатной краски из волокон бумаги флотированием ее вверх на микроскопических пузырьках методом флотации, в котором согласно изобретению поток суспензии рециркулируют из ряда мест к соответствующему ряду мест введения потока, каждое их которых расположено перед первым рядом мест по ходу движения потока.

Целесообразно, чтобы рециркулирование осуществляли между множеством мест вдоль траектории потока.

Предпочтительно, чтобы рециркулированный поток включал основной рециркулирующий поток от конца к началу траектории потока.

Полезно, чтобы вспененную печатную краску удаляли с поверхности пульпы.

Желательно, чтобы удаление вспененной печатной краски производили в области введений аэрированной суспензии, кроме области у выпускного отверстия траектории потока.

Целесообразно, чтобы удаление вспененной печатной краски производили созданием вакуума для вытягивания пены с поверхности пульпы в центральную область резервуара с лопанием пузырьков воздуха в центральной области для сбора печатной краски.

Предпочтительно, чтобы траектории потока суспензии пульпы придавали спиралевидную форму.

На фиг.1 изображен вид сверху устройства удаления печатной краски согласно настоящему изобретению, в котором используют спиральную траекторию потока, пять полных модулей и два полумодуля; на фиг. 2 вертикальное сечение по линии 2 2 и частичный вертикальный вид сбоку устройства, по фиг. 1.

На фиг. 1 и 2 показано устройство 1 удаления печатной краски, которое включает в себя резервуар 2, внутренние направляющие стенки 3, образующие спиральную траекторию потока 4, по существу, равномерной площади поперечного сечения, и набор модулей 5 с инжекторами 6 для введения потока с избыточным давлением рециркулируемой аэрированной суспензии 7 в траекторию потока, и с экстракторами 8 для вывода плавающей на поверхности суспензии резервуара пены, несущей печатную краску. Резервуар 2 имеет нижнюю стенку 9, внешнюю стенку 10 и внутреннюю стенку 11. Суспензия макулатуры в виде пульпы с содержанием 1% по сухому весу поступает в резервуар через впускное отверстие 12, которое включает в себя впускную трубу 13 и коллектор 14 с множеством отверстий, которые распределяют поступающий поток, по существу, равномерно по траектории потока. Суспензия, из которой удалена печатная краска, выходит из резервуара 2 через выпускное отверстие 15, которое включает в себя часть 16 внутренней стенки 11 резервуара, где суспензия переливается в отделение 17 загружающее выходную трубу 18. Резервуар и его вертикальные стенки 10, 11 и 3 сформированы из какого-либо соответствующего конструкционного материала, например, из стали.

Циклонный уловитель 19 пены, расположенный в центре резервуара 2, имеет вентилятор 20, который создает поток воздуха 21 и соответствующее падение давления потока в циклонном уловителе. Вентилятор 20 располагают, в ориентированной по существу вертикально трубе 22, соединенной с центральной камерой 23. Вогнутая поверхность нижней стенки 24 собирает печатную краску переносимую на пене и освобождаемую, когда микроскопические пузыри воздуха, образующие пену, лопаются вследствие или падения давления в камере 23, или механического воздействия лопастей вентиляторов на пузырьки воздуха. Собранную печатную краску удаляют с помощью трубы 25 и самовсасывающего насоса 26.

Всасывание, производимое с помощью вентилятора 20, распространяется с помощью набора радиально простирающихся труб 27 и вертикально ориентированных труб ветвей 28 к каждому экстрактору 8 через центральную камеру 23. Каждый экстрактор в свою очередь образуется с помощью, по существу, трубчатого элемента 29 ориентированного, по существу, горизонтально вдоль поверхности суспензии. Набор взаимно разнесенных отверстий 30, сформированных в элементе 29 располагают с возможностью втягивания плавающей пены в элемент 29, блокируя, по меньшей мере, частично впускной поток суспензии. Трубу 31 устанавливают концентрично в трубе 29 так, что пена, проходящая в экстрактор 8, должна подниматься над верхней поверхностью трубы 31, прежде, чем она может достичь трубы 28, как показано на фиг. 1. Это гарантирует то, что только плавающая, несущая печатную краску пена вытягивается с поверхности суспензии в циклонный уловитель.

Резервуар предпочтительно является неглубоким с высотой суспензии, как правило, равной 0,8 1,5 м. Такая высота достаточна, чтобы позволить процессу пенной флотации отделять печатную краску от волокон в суспензии с высокой степенью эффективности и в то же время не требует использования в резервуаре такого большого объема воды, который является конструкционной проблемой, связанной с поддержанием массы наполненного резервуара. Небольшая глубина уменьшает также массу воды для перемещения по траектории потока 4 и, следовательно, уменьшает энергию подводимую к устройству. Поскольку нижняя стенка 9 является по существу плоской, площадь поперечного сечения траектории потока определяется внутренней и внешней стенками 10 и 11 и внутренней направляющей стенкой 3. Как показано, резервуар поддерживается на полу или фундаменте 32 с помощью конструкционных балок 33 и 34.

Основным признаком настоящего изобретения является то, что стенки 10, 11 и 3 определяют траекторию потока, по существу равномерной площади поперечного сечения для данного диаметра резервуара. Траектория потока простирается в виде одной непрерывной траектории через резервуар 2 в промежутке, ограниченном внешней стенкой 10 и внутренней стенкой 11. Хотя эта траектория может принимать различные формы, предпочтительной формой является спираль. Равномерная площадь поперечного сечения вдоль траектории течения является важной для уменьшения сопротивления течению и избежания турбулентности, которая препятствует процессу флотации.

Эта спиральная траектория потока предпочтительно образуется в модульных секциях вертикальных стенок 10, 11 и 3, которые образуют модульную конструкцию, позволяющую конструировать длину и размер траектории потока резервуара 2 для конкретного случая применения. Более конкретно, резервуар 2 может быть разделен, как показано, вдоль диаметра 35 на верхние секции 36 и нижнюю секцию 37. Каждая секция имеет свой собственный характеристический центр кривизны R₀ и R₁, соответственно, для определяющих их вертикальных стенок. Эти стенки расположены в виде концентрических колец с радиусами r₁, r₂, r₃, r₄, r₅ и r₆, как показано на фиг. 2. Единственной частью траектории потока, которая не имеет постоянной площади поперечного сечения, является конечная секция 38, ограниченная внутренней стенкой 11, большей частью внутренней стенки 3 и большей частью экстрактора 8 вниз по технологической цепочке.

Как очевидно из фиг. 2, "верхняя" секция резервуара 36 центрируется относительно центра R₀, который является физическим центром резервуара 2. Внутренняя стенка 11 с радиусом r₁ центрируется относительно центра R₀. Внутренняя стенка 3 имеет радиус r₂, величина которого равна двойной величине r₁. Внешняя стенка имеет радиус r₃, который в три раза больше радиуса r₁. Секция 37 центрируется относительно центра R₁, который смещен на расстояние 1/2 r₁ от R₀ по диаметру 35. Величина r₄, крутящаяся вокруг R₁ устанавливает положение внутренней стенки 3 в секции резервуара 37 начиная от стенки 3 в секции 36 и кончая на внутренней стенке 11. Радиус r₅, сцентрированный относительно центра R₁, определяет часть внешней стенки от нижнего конца по технологической цепочке секции 36 до радиальной части 10 внешней стенки у впускного отверстия 12. Радиус r₆, также сцентрированный относительно центра R₁, определяет часть внешней стенки в секции 37 от впускного отверстия до первого полного модуля 5 на траектории потока. Как будет очевидно специалисту в этой области техники, такой режим формирования спиральной траектории постоянной площади потока согласно настоящему изобретению позволяет создавать соответствующую длину траектории с помощью применения стенных секций круглого профиля, хотя и переменного радиуса, которые дешевле в производстве и сборке, чем стенные секции более сложной некруглой геометрии. Такой режим конструирования позволяет выбрать положение впускного отверстия и связанной с ним стенной секции 39 для обеспечения траектории потока требуемой длины.

Другим основным признаком настоящего изобретения является то, что имеется множество полных модулей 5, расположенных вдоль траектории потока и множество линий рециркулирования суспензии 40, соединенных с матрицей модулей. Такое устройство обеспечивает непрерывное рециркулирование части суспензии, текущей вдоль траектории 4, из области вблизи модуля, расположенного ниже по технологической цепочке, до инжектора 6 модуля, расположенного вверх по технологической цепочке. Предпочтительно, чтобы модули были разнесены по существу, равномерно друг от друга и выстроены последовательно вдоль траектории потока. Как показано, они выстроены под равными углами вдоль, по меньшей мере, одного полного оборота траектории потока (с длиной линейной траектории, изменяющейся из-за изменения радиусов траектории).

В начале траектории потока смежно впускному отверстию 12 имеется полумодуль, содержащий инжектор 6, но не экстрактор. Этот инжектор 6, и инжекторы 6, связанные с каждым полным модулем 5, имеют впускную трубу 41, которая простирается, по существу, вертикально вверх в резервуар 2, радиальный коллектор 42, имеющий жидкостное соединение с впускной трубой 41 и пару выпускных сопел 43, 43. Сопла 43 параллельны, направлены, по существу, вдоль траектории потока 4 и имеют концевую часть направленную под углом вниз равным 30 60 от горизонтального направления. Каждый инжектор всасывает воздух в поток суспензии нагнетаемый из его сопел 43, 43. Всасывание осуществляется любым из множества известных устройств, например, (I) устройство для всасывания воздуха через воздушную линию, которая обеспечивает его подачу в область в сопле после сужения Вентури в траекторию потока суспензии, как в устройстве в соответствии с патентом США 4127952, или альтернативно, (ii) введением сжатого воздуха в суспензию, подаваемую в инжектор с помощью любого из множества известных технологий, используемых для растворения сжатого воздуха в воде для образования микроскопических пузырей воздуха.

Каждый инжектор запитывается с помощью одной из линий 40, которая образована с помощью трубы 44 и связанного с ней насоса 45. Насос 45 генерирует давление в суспензии в виде потока из сопел 43, 43. Каждая труба 40 принимает рециркулируемый от модуля к модулю поток суспензии, подаваемый через отверстие 46 в нижней стенке резервуара 9 в области модуля, расположенного вниз по технологической цепочке, и предпочтительно смежного модуля, расположенного вниз по технологической цепочке. Отверстие 46 также находится предпочтительно немного выше по технологической цепочке от связанного модуля так, чтобы он всасывал только суспензию, с поперечным сегментом траектории потока от непосредственного верхнего по технологической цепочке инжектора до отверстия. Рециркулированный поток в линии 40 является частью общего потока такого, как совокупный поток во всех линиях 40 между модулями, составляет приблизительно 20% общего потока, хотя точная величина будет изменяться в зависимости от таких параметров, как, например, число модулей, скорость потока и рабочие условия и требования. Область, смежная первому полному модулю 5, питает "полу" модуль, состоящий из инжектора 6 у впускного отверстия 12; область смежная, "полу" модулю, состоящая из концевого экстрактора 8, одна питает последний полный модуль 5. Вследствие такого ряда модулей и использования рециркулированных потоков модуль к модулю, можно достичь высокой степени удаления печатной краски с помощью резервуара, имеющего небольшие размеры по сравнению с резервуарами предшествующего уровня техники со сравнимыми рабочими характеристиками.

Настоящее изобретение также включает в себя основную линию рециркулированного потока 47, питаемую из выпускного отверстия 48 в нижней стенке резервуара 9 на нижнем по технологической цепочке конце 38 траектории потока. Также как на рециркулированных линиях модуль к модулю, основная рециркулированная линия включает в себя трубу 49 и связанный с ней насос 50. Линия 47 подает рециркулированный поток назад к крайнему верхнему по технологической цепочке концу траектории потока через впускной коллектор 51 смежный основному впускному коллектору 14 для необработанной суспензии. Скорость потока в основной рециркулированной линии предпочтительно составляет приблизительно одну четверть скорости потока через устройство 1 по траектории 4. В любом случае, предпочтительна, по меньшей мере, двойная скорость потока от модуля к модулю.

С точки зрения способа, настоящее изобретение включает в себя введение суспензии напечатанной бумаги в виде пульпы в неглубокий, по существу цилиндрический резервуар 2. Суспензию вводят в одну область, предпочтительно смежную внешней стенке резервуара 10, и направляют тангенциально, чтобы установить течение по существу по кругу в резервуаре. Извлечение воды без печатной краски является регулируемым для установления переменных глубин воды в резервуаре. Извлечение воды также выполняют таким образом, чтобы удержать плавающую пену, переносящую печатную краску, удаленную из волокон бумажной массы, в резервуаре.

Основным отличием способа настоящего изобретения, является то, что суспензия в резервуаре циркулирует через резервуар вдоль оптимально механически ограниченной траектории потока 4, которая имеет, по существу, постоянную площадь поперечного сечения, за исключением конца траектории в точке, где извлекается вода без печатной краски. Траектория потока предпочтительно имеет форму спирали и образована в модульных радиальных секциях.

Другим основным признаком способа настоящего изобретения является то, что поток суспензии вдоль этой траектории потока рециркулируют, как вдоль траектории между модулями 5, так и вдоль всей траектории. Рециркулирование включает в себя нагнетание аэрированного потока суспензии в резервуар в ряде мест вдоль траектории потока. Суспензию подают к каждой точке нагнетания из точки, находящейся ниже по технологической цепочке. Способ также включает в себя извлечение из резервуара плавающей пены. Рециркулирование может включать в себя начальное нагнетание в начале траектории потока без извлечения и конечное извлечение без нагнетания. Извлечение предпочтительно включает в себя удаление всасыванием плавающей пены в источник вакуума 19, где пузырьки воздуха, несущие пену, лопаются, чтобы освободить печатную краску, и точки извлечения предпочтительно выстраивают вдоль траектории потока вместе с точками нагнетания, за исключением начального нагнетания в начале траектории потока. Рециркулированный поток между модулями является частью основного рециркулированного потока от конца траектории потока к ее началу.

В качестве примера, не ограничивающего изобретение, можно указать, что для обработки выходного потока суспензии 16000 л/мин резервуар 2 должен иметь внешний диаметр равный приблизительно 12 м, работающий при глубине равной приблизительно 1 м с шириной траектории потока от стенки к стенке равной примерно 1 м. Пять полных модулей 5 и два полумодуля, как показано, размещают на траектории потока. Каждый рециркулированный поток от модуля к модулю составляет приблизительно 460 л/мин, а основной рециркулированный поток - примерно 2280 л/мин. Время удержания составляет приблизительно 10 мин с суспензией, имеющей 1% по сухому весу. В таком резервуаре диаметром 12 м можно обработать 125 т глинистого сухого сырья в день. Допуская 25% потерь в виде краски, глины и мелких фракций, которые удаляются в устройстве для удаления печатной краски, в устройстве промывки исходных материалов и в отстойниках, это устройство может дать приблизительно 100 т в день конечного материала для бумагоделательной машины.

Описано усовершенствованное устройство и способ удаления печатной краски из волокон бумажной массы, которые могут работать с более высоким выходом суспензии, чем было возможно до сих пор на оборудовании сравнимых размера и веса. Устройство и способ согласно настоящему изобретению обеспечивают такую повышенную производительность без уменьшения эффективности удаления печатной краски и с благоприятным потреблением энергии. Устройство также является модульным, что позволяет легко приспосабливать его к нуждам конкретной системы. Описанные здесь устройство и способ способны соответствовать производительности других компонентов, обычно используемых для обработки волокнистой массы макулатуры, например, установок для промывки исходного сырья и отстойников.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты воплощения, специалисту в этой области техники будет понятно, что возможны различные модификации и изменения. Например, хотя настоящее изобретение описано применительно к траектории потока, подобной спирали, можно достичь некоторых достоинств настоящего изобретения при применении одной или множества круговых траекторий потока. Также, хотя настоящее изобретение было описано для модульной конструкции, где инжекторы тесно связаны с экстракторами, эти компоненты могут быть пространственно разделены в большей степени при условии, что имеется необходимое рециркулирование суспензии и удаление пены. Кроме того, хотя траектория потока описана как спираль, направленная внутрь, можно иметь спираль направленную наружу. Предполагается, что эти и другие модификации и изменения находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Использование: производство бумаги, в частности удаление печатной краски из суспензии макулатуры с помощью пенной флотации. Сущность изобретения: печатную бумажную пульпу подают в виде суспензии во впускное отверстие неглубокого резервуара. Внутренние направляющие стенки в резервуаре устанавливают траекторию потока от впускного отверстия до выпускного отверстия. Стенки имеют такие размеры и расположение, чтобы создавать поток, по существу, равномерной площади поперечного сечения. Множество модулей расположены вдоль траектории потока. Каждый модуль включает в себя, по меньшей мере, один инжектор, который аэрирует поток, и экстрактор, который удаляет плавающую пену печатной краски. Часть потока из каждого модуля рециркулирует в модуль, расположенный вверх по технологической цепочке, предпочтительно с помощью трубы и связанного с ней насоса. В предпочтительном виде только инжектор (или инжекторы), расположенный у выпускного отверстия, загружается с помощью следующего вниз по технологической цепочке модуля, и только экстрактор располагается вблизи выпускного отверстия. Изобретение также включает в себя основную петлю рециркулирования от нижнего конца по технологической цепочке траектории потока до верхнего конца по технологической цепочке. Эта основная петля рециркулирования имеет большую скорость по сравнению со скоростью потока рециркулирования между модулями. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула