疏鬆高稠度紙粕使之與氣體漂白劑實現最佳反應的方法和裝置的製作方法

2023-07-19 16:52:11

專利名稱：疏鬆高稠度紙粕使之與氣體漂白劑實現最佳反應的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明的背景本發明一般地涉及紙粕製造方法和所用的設備，更確切地說，涉及一種裝置和方法，用來疏鬆高稠度紙粕並促進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，也可是回收紙再生柏，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於漂白木質纖維原料的一種理想物質，但是，它的特有氧化性質及相對高的價格限制了木格質纖維原料臭氧漂白用的令人滿意的設備及工藝的開發。
如這裡已經用到的，稠度一詞用來表示實測出來的幹紙粕纖維對水份的比率，更確切地說，就是幹紙粕纖維的重量佔紙漿或「漿料」重量的一個百分數。使用了各種定義，例如空氣-乾燥稠度(a.d.％)，或烘箱-乾燥稠度(o.d.％)或無水分稠度(m.f.％)。測定這些值所用的實驗室技術可以在一些熟知的有關參考資料中找到，如《TAPPI標準手冊》。在紙漿廠和造紙廠中廣泛用來說明漿料稠度範圍的術語如下低稠度—低於大約4～6％o.d.
中稠度—約9～18％o.d.
高稠度—高於大約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。高稠度範圍內的紙粕沒有類似紙漿的特性，所以稱之為潮溼的纖維質固態物料較為恰當。高稠度紙粕有一種附屬的特性，那就是它可以被疏鬆，正如幹纖維質固態物如棉花或羽絨可被疏鬆那樣，從而使紙粕成為一種輕質而疏鬆的物料，其內部纖維可讓氣態化學試劑接近。一般地說，高稠度紙粕不能用泵打入管道中，這是因為管壁的磨擦阻力很高，會造成泵送系統不經濟的功率要求。在供給氣態漂白反應劑如臭氧的特定情況下，已證明下述做法是切實可行的採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，以封住漂白反應氣體以防其損失。
在用一種高稠度物料梳散機或針梳機之類的疏鬆機進行疏鬆時，被疏鬆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物料，堆積密度的大小取決於紙粕在從疏鬆機排出時如何被搬運。例如，若將被疏鬆的紙粕排入一個淺的料箱中，再放置在地面上，它就形成一堆疏鬆過的紙粕，若將成堆的疏鬆過的紙粕積累起來高達大約10英尺的話，則紙粕的重量足以將料堆底部的疏鬆的紙粕加以壓縮，從而減小在疏鬆的紙粕中的氣體體積。疏鬆的紙粕的這種可壓縮特性使得難以用常規的固體散料搬運設備來運送疏鬆的紙粕，而不增大其堆積密度並降低其松度(空隙率)。松度對氣體漂白設備具有首要的意義。
如所周知，為了在纖維質紙粕的多級漂白過程中充分實現氣相反應的優點，生產疏鬆紙粕的紙粕粉碎處理務必具有特定性質，使生產出的粉碎物與其大小無關地全部具有低密度和疏鬆結構，從而實質上不含有任何高度壓縮的部分，如密實的纖維束。只有獲得這種形態的粉碎的紙粕時，氣體反應劑才能達到粉碎的紙粕的各部分，從而確保氣體漂白劑同疏鬆的紙粕的反應迅速而均一地進行。在採用臭氧漂白的情況下，由於在和疏鬆的紙粕接觸時臭氣氣體的濃度迅速減小，因此要特別注意疏鬆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所致。由於此反應速度與濃度有關，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果。
如上所述，疏鬆的紙粕料很容易被固態散料輸送設備的動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速度要慢得多，而通過疊狀物與疊狀物的接觸區域的流動速度則快得多。其結果是接觸區域是過漂白；疊狀物中心部分是漂白不足。由此發現，凡是使用常規的散料輸送設備來輸送疏鬆紙粕通過漂白停留室的漂白系統，在採用臭氧氣體漂白紙粕的過程中，都不能成功地生產出均勻漂白的疏鬆紙粕。
針式粉碎機和疏鬆機是紙漿廠和造紙廠及其它工業部門用來粉碎薄層原材料或疏鬆纖維質原材料的。採用這些機器的典型工藝過程是稠度約為15～50％的薄層紙粕依軸向朝裡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，並將之推入收集傳送帶或傳送槽中以進行下一步處理。由上述針式梳散機生產出來的纖維的大小取決於針的大小和針的間距及旋轉速度。
當要求非常細的紙粕纖維時，例如在採用急速乾燥紙粕或氣相高稠度漂白方法時所要求的那樣，試用過一些機器，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子。這種機器的一個示例就是高稠度漂白實驗中所用的疏鬆機，這種機器在屬於De Montigny的美國專利U.S.Patent 3,725,193中描述過。該機器包括一個給料槽，後者安置在封裝著一針式轉子的圓筒形外殼頂上。散裝的紙粕由給料槽送給機器。散的紙粕在與針式轉子上的針接觸時使被撕開。當散的紙粕反覆地繞上述外殼內表面被運載時，它的纖維尺寸進一步減小。這種機器在外殼底部還裝配著一些狹槽和一個篩子，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一步脫纖維處理。儘管這種機器和其它類似的機器可能在不同程度上獲得了成功，但它們的缺點很多，從而降低了它們的實用性。
舉例來說，使用一篩子來留住外殼範圍內粗纖維的做法的一個缺點，就是由於潮溼的紙粕的纖維性和絮凝性造成的。具體地說，軟質紙粕或針葉樹紙粕，其纖維長度平均為2.5～3.5毫米，被分離後的纖維有聚集成叢的強烈傾向，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，其後果是讓具有相近尺寸的未經疏鬆的紙粕纖維也通過了。
把現在的針式轉子用於精細地疏鬆潮溼紙粕的另一缺點是纖維有集聚在針尖上並粘附在針上的傾向，從而形成紙粕團，致使針尖的尺寸實際上增大。紙粕的這種成團使得細小的針尖不能撕小紙粕。再者，紙粕在針式轉子的針尖上的成團現象導致相鄰的針之間搭橋，從而產生阻塞作用，以致使針彎曲或者使轉子發生故障。由此產生的結果是，這些機器只有在加進小量紙粕條件下才能使用，所以限於供實驗室用。說得更具體一點，實驗表明紙粕進料量超過大約30克高稠度紙粕時就會引起足夠嚴重的搭橋現象，致使在機器外殼中造成磨擦阻抗，其阻抗量足以彎曲個別的針。
此外，當今用於高速處理高稠度紙粕的針式轉子機中，典型的高速針式轉子機都配有旋轉針和固定針，旋轉針配置在轉子上，固定針配置在外殼內壁上。這種高速針式轉子機應用於低稠度至中等稠度範圍紙粕的處理曾獲得不同程度的成功。不過，這類高速針式轉子機確有許多缺點，使之不能應用於處理高稠度紙粕。例如，這類機器在下述情況下盍時會出現嚴重的阻塞紙粕纖維纏繞在固定針上，並因運行著的機器的離心力而被緊緊地捕集在固定針上。
上述情況表明，當前應用於高稠度紙粕的疏鬆和處理的機器有許多局限性。因此，十分明顯，提出一個變通的解決方案來克服以上所述的一個或幾個局限性，那將是很有利的。根據這一情況，茲提出一個適合的變通方案，下面將詳細地說明它所含的特點。
本發明的概述本發明所實現的一個目標是提供一種裝置，用來生產尺寸極小的細長多纖維式顆粒以便於臭氧能實質上完全滲透暴露於其中的高稠度紙粕纖維。該裝置包含一個外殼，該外殼具有第一端部和第二端部及一個基本上平滑的內表面。它配有一個輸送機構，用來將高稠度紙粕輸入上述外殼中；一個臭氧氣體源，用來漂白外殼中的高稠度紙粕；一個針式轉子，可以旋轉地安置在外殼中、該針式轉子有許許多多的針，每個針都有一針尖；一個限制機構，用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上積聚。
同時，根據本發明還提供一種方法，用來使氣體漂白劑和一定量高稠度紙粕之間的反應實現最佳化。此方法包括以下步驟把疏鬆過的高稠度紙粕輸送到一個豎直取向的圓錐形接觸器中；按預定速度轉動接觸器中的針式轉子；藉助針式轉子的旋轉動作加速接觸器中疏鬆過的紙粕以達到預定的切向速度，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動。
下面結合附圖對本發明進行詳細描述，從中即可明顯看出本發明的上述目標和其它目標。
附圖的簡單說明

圖1是本發明裝置的處於實驗室規模的批量處理式原型，圖中示出一個裝置外殼的斷面，以顯示出可以旋轉地安置在外殼中的一個針式轉子。
圖2是本發明裝置一個實施例的橫斷面圖，其中，該裝置的每一端都由一個支架組合件支承著。
圖3也是本發明裝置一個實施例的橫斷面，與圖2相似，其中，該裝置只在其一端由被支承著。
圖4是一個端部斷面圖，示明圖1、2和3所示裝置的一個可行的實施例，示明在外殼上形成的一個縱向布置的釋除室。
圖5是本發明裝置一個實施例的橫斷面圖。在此，該裝置在一個紙粕漂白系統豎直地取向，它包含一個截頭圓錐體形外殼，在此外殼中裝配著一個在尺寸上與之相適配的轉子組合體。
圖6A是圖5所示裝置的一個端部斷面圖，示明處於一個偏心安裝位置上的轉子。
圖6B是圖5所示裝置的一個端部斷面圖，示明處於一個同心安裝位置上的轉子。
圖7是本發明裝置的一個實施例的橫斷面圖。在此，該裝置包含一個截頭圓錐體形外殼和一個其上偏置地安裝著許多針的轉子。
圖8用曲線表示對圖1所示裝置所做實驗室規模實驗的結果。
圖9用曲線表示一個用計算機生成的模型的結果。在此繪出氣體漂白處理中所消耗的臭氧的預定百分數與所消耗的時間的關係。
詳細描述現在參照附圖來看，圖中相似的參考數字表示各圖中相應的部分，以數字10表示一個裝置，該裝置用於疏鬆高稠度紙粕和促進高稠度紙粕和氣體漂白劑之間的緊密接觸。裝置10能夠生產出尺寸極小的細長多纖維式顆粒，其長度約為單根纖維絕對長度的三倍，其直徑約為單根纖維長度的1/2至1/3，這樣使得氣體反應劑能更好地接觸到纖維中的木素。
圖1中所示的裝置10是本發明組合裝置的一個小型的、實驗室規模分批式裝置的實施例，它包括一個外殼12，它有蓋子13；一個針式轉子14，它可以旋轉地安置在外殼中。在實驗室中使用時，裝置10中加入預定的高稠度紙粕量，加料時取下外殼蓋子13。一種氣體漂白劑，例如一種臭氧/載體氣體混合物，通過進氣口(未示出)進入外殼12中。為了便於操作，裝置10安裝在一個基座11上。針式轉子14有一個軸16，該軸由一個常用的原動機18和一個傳動組合機構20所驅動，例如，原動機可以是一臺電動機，傳動組合機構可以是一種常用的V形(三角)皮帶輪組合機構。一個接料容器21用來接受從排料口(未示出)排出的處理好的紙粕。一個密封組合件24對外殼12實現密封，以防止氣體在軸16進入外殼的地方洩漏出來。
針式轉子14有許多針22，每個針有一針尖23。針22固定地裝在針式轉子14上，是按預定數目的交錯開的排來布置的。例如，第一排針可安置在一個與軸線垂直的平面上，依時鐘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45°，或者依時鐘130、430、730和1030的位置布置。下一排針的取向是返回到1200，並如此類推。這種布置的結果是處於一個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」。預定數目的交錯開的排是環繞針式轉子周邊按一定方式加以布置的，使得相鄰兩排針任意兩個針的針尖之間的間距正好是同一排中任意兩個針尖相隔距離的一半。例如，設定單一排的針的針尖間距為13/4英寸，則第一排的第一個針和相鄰第二排的第一個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，以便於將聚積的紙粕從針上排除，下面還將對此做更詳細的說明。此外，這些針22是偏置地安置在針式轉子14上的。
如圖4所清楚示明的，外殼12界定出一個大體說來是平滑的內表面25，在裝置10的運行過程中高稠度紙粕在此內表面上形成一筒狀層。針尖23以大約1/8至1/4英寸的間隙貼近內表面25旋轉。在外殼12的內表面的一個區域上形成一個釋除室26。在此情況下，針式轉子的軸16圍繞一個中軸線27旋轉。平滑的內表面25界定出一個第一區和一個第二區。外殼12的第一內表面區確定出離軸線27的一個恆定距離r1，從外殼內表面25上的預定點B順時針延伸而達到預定點A。第二內表面區確定出一個可變的距離r2，從預定點A順時針到預定點B，在內表面25上的整個預定距離內r2大於r1，直到B點，在B點r1等於r2。釋除室26是由外殼內表面25的第二內表面區所界定的，而且釋除室26沿著外殼12的整個長度依縱向延伸。
如圖4所示，外殼12大體上與針式轉子14同心。如上所述，外殼的內幾何構形可使在針尖23上形成的纖維聚積叢29從針22被甩掉，甩入釋除室26中，再被旋轉著的筒狀紙粕層28掃去。在針式轉子14旋轉時，針尖23從釋除室26處的外殼內表面25偏離，使得各個針尖23和外殼內表面之間的間隙增大到大約3/8至5/8英寸，然後在通過外殼內表面25第一區的旋轉過程中各個針尖恢復到較小的間隙。筒狀高稠度紙粕層28被針尖23梳理，使纏結的紙粕顆粒分離破碎，紙粕自一個上述的脫水和壓緊裝置接受進來；從而，產生大體上沿環向取向的纖維。
高稠度紙粕藉助旋轉的針22的作用而被旋轉。應理解到，離心力是由於針式轉子14以速度r1旋轉而產生的，這促使外殼12中的高稠度紙粕形成筒狀紙粕層28，並促使筒狀紙粕層28貼近外殼內表面25旋轉。由於離心力之故，旋轉著的筒狀高稠度紙粕層經受內表面25上的摩擦阻力，使得筒狀紙粕層28以速度V2旋轉，而速度V2小於速度V1，這樣一來，在針和紙粕之間便確立一個差速度V3，從而導致在針尖23和筒狀高稠度紙粕層28之間產生梳理作用。
圖2示明裝置10的一個為商業目的考慮的實施例，它的設計要求是連續疏鬆高容量的高稠度紙粕；連續促進高稠度紙粕和一種氣體漂白劑之間的密切接觸。外殼12接受由一個給料和形成氣體密封的組合裝置30給出的連續高稠度紙粕流，該組合裝置將高稠度紙粕壓實成不透氣的栓狀物31。針式轉子軸16載動著紙粕撕碎部件33，該部件將栓狀物31撕碎，並將之輸送到外殼12的一個疏鬆和接觸區內，該區通以數字35表示。撕碎部件33還給予紙粕纖維一個初始環繞速度。針尖23疏理貼近外殼內壁25上形成的筒狀紙粕層28。
在圖2所示的裝置10運轉時，筒狀高稠度紙粕層依軸向移動通過外殼12，這可以採用不同的工藝技術來加以實現。例如，紙粕層的軸向移動可以採取下述措施來加以實現並控制1)使用氣體漂白劑流來把已疏鬆的紙粕吹過外殼12；2)使用外殼12內側上的螺旋導流葉片將旋轉的紙粕層推向一紙粕排出口；3)對裝置10進行比例調整，使得流化的疏鬆的紙粕的自然離心梯度賦予紙粕以適當的軸向速度；4)使針22依照螺旋型式在轉子上定位，或者使針22略具非對稱的偏倚形狀，藉以對紙粕產生一種運送作用。
此外，圖2所示的裝置還包含一個氣體漂白劑入口37和一個廢氣排出口39，此入口和排出口依照順流的方向將紙粕處理用的漂白劑引入外殼12中，這就是說，漂白劑是隨同未處理的紙粕一起被引入的，而且依同一方向運動。部分地使用過的漂白劑又可隨同紙粕通過排料區41排出。
圖3示明圖2所示裝置10的一個為商業目的設計的改進型裝置的實施例，但是它是按一種懸臂構造加以裝配的，而且它包括供料並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於該主軸布置的。紙粕撕碎部件33裝於一端部構造上，後檔安置在一個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力以利於輸送高稠度紙粕纖維並使之與針尖23相接觸。
圖5示明裝置10的第三個實施例，它一般是豎直地安裝在一個紙粕處理系統(未示出)上以便於操作。圖5所示的裝置包括一個大體呈圓錐形的外殼12，該外殼有一內表面25，該內表面在垂直於中軸線的平面上於沿中軸線27的任一預定點都確定出一個恆定距離r1。在此實施例中，針式轉子14是偏心地安置在外殼12內，使得在外殼的一邊上有一小的間隙，而在其相對的一邊上有一大的間隙，從而構成一個釋除室26，該室的作用如前述。應該懂得，針式轉子14是可以調節地安置在外殼12內，以便提供一個具有尺寸範圍的釋除室。說得更具體一點，針式轉子14可以這樣安裝它可調節旋轉地安裝在外殼12內，從第一安置位置開始旋轉，在這個位置上針式轉子與圖6B所示的外殼內表面25同心，然後經過一系列安裝位置而達到第二安裝位置，在此針式轉子被安置在一個相對於圖6A所示的外殼內表面25極端偏心的位置上。還應懂得，釋除室26還可採用其它各種幾何構形來代替前述構形，例如採用一種橢園形外殼或一種非圓形外殼來提供兩個釋除室。
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。在按這樣的構造使用時，針式轉子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，這是因為高稠度紙粕傾向於以一個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，已經發現假若外殼12做成截頭圓錐形，並具有漸縮的內壁表面25，而且針式轉子14以預定的高速度旋轉，那麼紙粕被留在接觸器內的時間便會較長而合乎要求，從而獲得有效的漂白結果。在圖5所示的裝置運轉時，進入外殼12中的高稠度紙粕被拋向外殼內壁25，並高速地按照環行方向環繞著外殼一個上部區行進。紙粕在表面25上的摩擦很快使紙粕減速，於是紙粕開始下落，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的一個實施例，圖示的裝置包括一個轉子，該轉子上裝有許多的針，偏置地安裝在一個截頭圓錐形的外殼中。
圖8以曲線表示針對裝置10的在實驗室規模下的實驗的結果，現說明如下。
實驗室所用接觸器是按圖1所示設計製造的。外殼12的內部尺寸是直徑6英寸，長12英寸。針式轉子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。在一次原始的試驗中發現。在裝置10中，以針式轉子速度1050轉/分，可以攪散大約不越過5克(烘箱乾燥基礎上)、稠度為45％的紙粕。當把一個較大量紙粕放在該裝置中時，便使得用作為原動機的1.5馬力電動機停止轉動了。
隨後，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行試驗。但是，當該裝置的負荷高達100克紙粕時，電動機總是停止轉動。間隙 紙粕重量 電動機安培數 結果(7.1安培滿載)0.125英寸 ＞25克 停轉0.188英寸 25克 6.7安培 紙粕循環50克 6.7安培 紙粕循環75克 7.6安培 停轉100克 33.0安培0.312英寸 25克 0.9安培 紙粕循環50克 …… 停轉0.312英寸 而且將每一軸向排列中的針每隔一個撤去一個30克 2.0克紙粕循環71克 2.2克紙粕循環100克 …… 停轉按照每次該裝置停止運轉的實驗，將裝置拆卸後觀察到針尖23上覆蓋一叢硬硬的紙粕纖維29，這一叢紙粕纖維集結起來在針尖上形成一個硬的簇，該簇一直楔在針22和外殼內壁25之間，產生一種阻塞作用，使得電動機突然超載。
後來按照本發明對實驗室所用的裝置進行了如下調整將針式轉子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，而在相對的一邊上得出的最大間隙是0.625英寸。於是形成一個弓形的間隙區，即釋除室26，在針式轉子每轉一周時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並造成高摩擦阻力的程度。
然後向裝置10逐步增加稠度為45％的紙粕供給量，使針式轉子以1750轉/分的速度運轉。將動力消耗記錄下來，並以曲線形式表示在圖8中，同時將上表中0.312英寸同心間隙一例的有關數據亦繪製在該圖上以資對照。查看圖上的曲線便可清楚看出在採用常規的同心結構條件下，當不斷加入紙粕時，動力會急劇增大到幹擾和停轉點。這種情況有礙於該裝置以符合商業要求的更高負荷運轉。然而，按照本發明提出的偏心結構，當紙粕的供給量逐漸增加時，動力也隨之穩定而緩慢地增高，這一點表明在採用符合商業要求的裝置型號來處理連續的紙粕流時，可以提高物料通過量以吸收所選擇的物料疏鬆或接觸用的馬力，而不會有使該裝置停轉和受到幹擾的風險，因而可使該裝置(機器)按照設計生產能力平穩地運轉。
符合商業要求的機器，如圖2和3所示，其生產能力可以從實驗室批量試驗結果中很容易地預測出來。由於實驗室用的裝置是以例如總量為350克(以烘箱乾燥基礎)相當於0.77磅的旋轉環狀紙粕層進行工作的，又由於外殼的表面積約為1.57平方英尺，所以其設計負荷約為0.5磅/平方英尺。對一臺用於連續處理的機器來說，所要求的規格可以很容易地從這一「單位壁面積負荷」計算出來，加上所要求的在機器中為疏鬆或化學接觸所需的停留時間，再加上所要求的物料通過量。
表面積＝(時間)×(物料通過量/單位壁面積負荷)圖9以曲線表示一個計算機模型的結果，圖中以曲線表示氣體漂白處理中所耗臭氧的百分數與在連續順流反應器或接觸器中它所耗時間的關係，該反應器或接觸器見圖2和圖3所示。(圖9假定在反應開始時足濃度的臭氧與紙粕反應)。圖9中所繪六條曲線即A-F，分別說明如下—曲線A表示一個接觸器，在其中安置了一個按照本發明的針式轉子，使用了濃度為12％的臭氧。
—曲線B表示一個接觸器，在其中安置了一個常用的勺漿式轉子，使用了濃度為12％的臭氧。
—曲線C表示一個接觸器，在其中安置了一個按照本發明的針式轉子，使用了濃度為6％的臭氧。
—曲線D表示一個接觸器，在其中安置了一個常用的勺槳式轉子，使用了濃度為6％的臭氧。
—曲線E表示一個接觸器，在其中安置了一個按照本發明的針式轉子，使用了濃度為3％的臭氧。
—曲線F表示一個接觸器，在其中安置了一個常用的勺漿式轉子，使用了濃度為3％的臭氧。
關於圖9中以曲線表示的結果，對用本發明裝置進行疏鬆處理的紙粕所做的實驗室觀測表明紙粕由細長的纖維組成，纖維長度是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)。因為實驗室測試表明，臭氧漂白動力(反應速度)看來是受臭氧從氣相到存有木質的纖維之中的物質轉換過程所支配，所以一根細長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，按照本發明的針式轉子疏鬆器能獲得優良的疏鬆質量，這一點已由較高的反應速度所證明，見圖9所示。
除了能生產具有較小尺寸的紙粕之外，按照本發明的裝置10用作為氣體漂白接觸器時，由於它對旋轉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。這樣便能進一步改善物質轉換過程，並允許使用較短的留置時間，亦見圖9中所示。
裝置10在運轉時能疏鬆高稠度的紙粕，同時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現最佳反應。高稠度紙粕從外殼12的一端引入，形成一個厚約1/2至4英寸的均一筒狀紙粕層28，分布在外殼的內表面25上，使得紙粕層可以由針式轉子14加以梳理和疏鬆。外殼上有一個釋除室，針尖23可以從內表面25偏轉到該室中，然後再恢復與內表面之間的緊密間隙，這樣，針式轉子每旋轉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表面25之間因紙粕聚積而雍塞。筒狀的紙粕層由針式轉子14或由其它推進機構沿軸向推動而通過外殼，並在排料區41被排出。筒狀紙粕層的離心力在內表面25上產生一摩擦阻力，該摩擦阻力使紙粕層的旋轉速度減慢到大大低於針式轉子的旋轉速度，從而有可能實現前述的梳理作用。根據動力的75％是因摩擦而消耗的這一計算結果得出紙粕的旋轉速度約為針式轉子旋轉速度的40％。這一點意味著針尖經過紙粕層的相對速度為針尖速度的60％。
當本發明的裝置用作為氣體漂白接觸器時，氣體漂白劑從裝置的一端引入，從另一端排，依順流或逆流進行均可。對紙粕層的梳理作用可以導致改善氣體漂白劑和紙粕纖維之間的物質轉換，從而大大加快反應速度。
已按照一個優選的實施例對本發明做了圖示和說明，與此同時確認在不違背本發明的條件下可以做某些變改，如在下面的權利要求書中所提出的。
權利要求
1.一種裝置，用於生產極小尺寸的細長的多纖維式顆粒，以利於高稠度紙粕纖維在暴露於臭氧之下時基本上完全被臭氧滲透，該裝置包括一個外殼，它有第一端部和第二端部，並具有實質上平滑的外殼內表面；用來將高稠度紙粕引入外殼的機構；一個臭氧源，用於高稠度紙粕的氣體漂白；用來將臭氧氣體引入外殼的機構；一個針式轉子，它可以旋轉地安裝在外殼內，該針式轉子有許多的針，每個針都有一針尖；和用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的工具。
2.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於所用的針是按照預定數目的交錯的排安置在針式轉子上的。
3.按照權利要求2中所述的一種裝置，其特徵在於每一軸向排的針彼此的間距約為13/4至2英寸。
4.按照權利要求2中所述的一種裝置，其特徵在於預定數目的交錯的排是按一定的型式布置在針式轉子的外周上，使得相鄰排中任意兩個針的針尖之間的間距等於同一排中任意兩個針尖之間的間距的一半。
5.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於針的形狀是尖錐形的。
6.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於針是呈圓錐形的。
7.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於針是偏置地安置在針式轉子上。
8.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於外殼具有大體平滑的內表面，在該裝置運轉時高稠度紙粕在該內表面上形成一筒狀紙粕層；針尖旋轉時與內表面靠得很近，使得針尖能夠攪動起一薄層紙粕纖維。
9.按照權利要求8中所述的一種裝置，其特徵在於針尖旋轉時與外殼內表面之間的間隙約為1/8至1/4英寸。
10.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於用來限制高稠度紙粕在針尖上聚積的機構包括一個釋除室，該室是沿縱向在外殼內表面上形成的。
11.按照權利要求10中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子圍繞一中軸線旋轉，外殼內表面界定出一個第一區和一個第二區；第一區確定一個與中軸線的恆定距離r1，由內表面上的第一預定點順時針延伸至第二預定點；第二區確定出一個可變的距離r2，由第二預定點順時針延伸至第一預定點，在內表面上整個的一個預定距離內r2大於r1，直到第一預定點，在此r1等於r2。
12.按照權利要求11中所述的一種裝置，其特徵在於r2比r1約大3/8至5/8英寸。
13.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子在外殼中是偏心的。
14.按照權利要求13中所述的一種裝置，其特徵在於偏心地安置的針式轉子在外殼的一邊上在針尖和外殼內表面之間造成一個小間隙，而在相對立的一邊上則造成一個大間隙；用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的機構是由上述大間隙所界定的。
15.按照權利要求14中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子是可以調節地安置在外殼中的，以便提供一個具有一尺寸範圍的大間隙，從第一安置位置-在此處針式轉子相對於外殼內表面是同心的，經過一系列安裝位置到第二安裝位置-在此處針式轉子相對於外殼內表面是安置在一個極偏心的位置上。
16.按照權利要求8中所述的一種裝置，其特徵在於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形排列。
17.按照權利要求16中所述的一種裝置，其特徵在於高稠度紙粕由旋轉的針的作用而被旋轉。
18.按照權利要求17中所述的一種裝置，其特徵在於以預定速度V1旋轉的針式轉子產生一離心力，使得筒狀的高稠度紙粕層緊靠外殼內表面旋轉，於是旋轉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定速度V2進行旋轉，速度V2小於V1，從而在針和紙粕之間產生一差速度V3，此差速度V3在針尖和筒狀高稠度紙粕層之間導致產生一種梳理作用。
19.按照權利要求1中所述的一種裝置，其特徵在於一個進給和形成氣體密封的組合部件將高稠度紙粕壓實成不透氣的栓狀體。
20.按照權利要求19中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子載有將紙粕撕開用的元件，可將上述栓狀體撕開。
21.按照權利要求1中所述的一個裝置，還包括一個氣體漂白劑入口和一個廢氣排出口，它們可順流地將用於紙粕處理的氣體漂白劑引入外殼中。
22.一個高稠度紙粕/臭氧漂白接觸器配用在一個系統上，該系統包括一個紙粕增稠裝置、一個疏鬆器-吹送器、用來將增稠的紙粕撕成疏鬆的紙粕纖維並將疏鬆過的紙粕吹送到接觸器、和一個吹送氣體的旋風分離器，該裝置包含一個大體上垂直定向並呈圓錐形的外殼，該外殼具有平滑的內表面；一個臭氧源，用於高稠度紙粕的氣體漂白；上述臭氧流用的引入機構，用來在外殼中提供一種含臭氧的氣相；一個可旋轉地安置在外殼中的針式轉子，該針式轉子有許多針，每個針都有一針尖；和用來限制高稠度紙粕纖維在針尖上聚積的工具。
23.按照權利要求22中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子是偏心地安置在外殼中的。
24.按照權利要求22中所述的一種裝置，其特徵在於偏心安置的針式轉子在外殼的一邊上在針尖和外殼內表面之間造成一小的間隙，而在相對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.按照權利要求24中所述的一種裝置，其特徵在於針式轉子是可調地安置在外殼中，以使所提供的大的間隙具有一尺寸範圍，即從第一個安裝位置(針式轉子在此處與外殼內表面同心)，經過一系列的安裝位置，到第二個安裝位置(在此處針式轉子相對於外殼內表面而言安置在一個極端偏心的位置上)。
26.使用一種氣體漂白劑來漂白高稠度紙粕的一個系統，該系統包括一個紙粕增稠裝置；一個用來將增稠的紙粕撕成疏鬆的紙粕纖維的疏鬆器；一個鉛直取向的圓錐形旋風接觸器，用於收集已疏鬆過的紙粕；一種方法，用來實現氣體漂白劑和高稠度紙粕之間的最佳反應，該方法包含以下幾個步驟將疏鬆過的紙粕輸往垂直取向的圓錐形接觸器；以預定速度旋轉外殼中的針式轉子；和藉助旋轉的針式轉子的作用，加速接觸器中疏鬆的紙粕達到一預定的切向速度，該切向速度的量值足以阻止紙粕在接觸器中向下運動。
全文摘要
一種裝置生產具有極小尺寸的細長的多纖維式顆粒，以利於高稠度紙粕纖維在暴露於臭氧之下時基本上完全被臭氧所滲透。提供了一個外殼，該外殼有第一端部和第二端部，和一個基本上平滑的內表面。提供了一種機構，用來將高稠度紙粕引入外殼。一個臭氧氣體源，用來漂白外殼中的高稠度紙粕。一個針式轉子可旋轉地安置在外殼中，它有許多針，每個針都有一針尖。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D21C9/10GK1137812SQ94194172
公開日1996年12月11日 申請日期1994年9月9日 優先權日1993年9月21日
發明者L·A·卡爾史密夫, A·S·沃特, O·盧蒂, A·G·阿杜馬西 申請人:英格索爾-蘭德公司