用于分离纸浆悬浮液中颗粒的设备

摘要

本发明涉及一种用于分离纸浆悬浮液中颗粒的设备(1,1a,1b)，该设备(1,1a,1b)包括：壳体(14)；带孔的屏障件(2,2a,2b)；用于纸浆悬浮液的入口(3,3a,3b)；第一出口(4,4a,4b)，用于具有未穿过屏障件(2,2a,2b)的大颗粒的材料；第二出口(5,5a,5b)，用于具有穿过屏障件(2,2a,2b)的小颗粒的材料；以及轴线(9)上的转子(6)，该转子(6)布置成在屏障件(2,2a,2b)附近形成流体化区域(8,8a,8b)。根据本发明，设备(1,1a,1b)包括呈环形的分离室(7,7a,7b)。转子(6)布置成在环形分离室(7,7a,7b)内形成来流纸浆悬浮液的循环流并从纸浆悬浮液清除屏障件(2,2a,2b)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离纸浆悬浮液中颗粒的设备。

背景技术

造纸中的筛选意思是将异物或不同颗粒与纸浆悬浮液分离并可在纤维生 产线中不同的工艺步骤中进行。

纸浆不可避免地含有不想要的固体材料。某些木屑可能未被适当蒸煮，而 有些纤维材料可能未完全成为单独纤维的形式。木材缺陷可能显示为无纤维固 体。除木材外的污染物也可能随木屑进入系统。筛选的目的是从主纸浆流去除 这些杂质以尽可能高效地进行丢弃处理并洗出良好纤维，将这些良好纤维返回 到主纸浆流并准备丢弃处理。

筛选设备(参见例如EP0444051)可包括封围称为筛选件或筛框的圆筒 形屏障的筛选壳体，具有例如孔洞或狭槽形式的孔用于实际筛选。筛选设备可 还包括：通向筛选件的用于纸浆悬浮液的入口；用于良浆、即具有已从内侧穿 过筛选件并出去的小颗粒的材料的良浆出口；以及用于浆渣、即具有未穿过筛 选件的大颗粒的材料的浆渣出口。

为了改进筛选过程，筛选设备可例如设有具有例如叶片或突起的某种转 子，在筛选件中转动或者筛选件可转动。此外，筛选件可在其内表面上设有突 起的不同变型。

例如移动转子叶片的端部从筛选件的内表面移动较短距离，从而防止在筛 选件的表面上形成纸浆层并防止各孔堵塞。筛选件的各移动转子叶片与各突起 之间的相互作用导致可将纸浆液化的压力脉冲和/或剪切力和紊流。这使得某些 液化纸浆穿过筛选件作为良浆到达良浆出口，而这使得较重的颗粒、污物和类 似浆渣材料径向向外穿到浆渣出口。

称为结筛(knotting)的现有粗筛方案基于约3-4％的纸浆浓度水平。由于筛 选设备之前的浓度通常为筛选设备之前的10-12％，从而在实践中能够进行筛 选，现在通常需要在筛选之前通过稀释来降低纸浆浓度并通过在筛选之后和洗 涤之前通过脱水或增稠来增加纸浆浓度。

纸浆浓度的增加意味着流体化所需的能量强度的增加。浓度因此限定用于 有效利用筛选的极限。太高的浓度导致纤维悬浮液中的结块不会破裂，这暗示 着筛选过程不能继续进行。

在用于纸浆的常规筛选设备中，沿筛选区域的长度从未筛选纸浆的入口到 排出浓缩杂质的出口的增稠是实际问题，这限制筛选效率，关系到生产能力和 效率。增稠实际上意味着纤维悬浮液的浓度沿筛选件的表面从入口向丢弃出口 增加，即脱水。杂质还从入口向丢弃出口浓缩。增加的浓度暗示着纤维网的强 度显著增加。

随着筛选设备的转子沿筛选区域的整个长度等速转动，能量供给从筛选件 的馈送或注入侧至丢弃侧是大致恒定的。这暗示着筛选必须在筛选区域开始处 以过低浓度开始，从而防止纸浆浓度快速变高，以致筛选区域的大部分用作增 稠器。相对于纸浆浓度过高的能量强度暗示着筛选区域开始处纸浆悬浮液具有 不必要的高紊流值，且因此具有变差的分离选择性。在具有理想条件的短区域 之后，纸浆浓度太高，能量不再足以打破纤维网，且筛选区域的最终部分并未 起作用。高程度的增稠还会由于筛选件与转动装置之间机械传递的力而产生制 动效应。换言之，增稠暗示着筛选件丧失效率和生产能力，且可能受损。

在纤维生产线的不同步骤中，还必须在脱水设备或增稠器内浓缩，即脱水 或增稠纸浆悬浮液。有不同的方法且还可使用屏障件以不同方式完成，例如用 在以上筛选设备中的对应方式完成。与筛选的不同在于在脱水设备或增稠器 中，增稠效应是期望的，且想要保留的是具有尚未穿过屏障件的大颗粒的材料， 且不想保留的是已经穿过屏障件的具有小颗粒的材料(液体，称为滤出液)。

脱水设备或增稠器内的屏障件因此用作过滤器。脱水可通过简单使用重力 来实现或通过使在屏障件下受压将滤出液抽过屏障件或替代地在纸浆悬浮液 上加压并将滤出液挤压穿过屏障件来更高效地实现。

除了使用筛选类方案，另一替代方式是使用辊式压榨，其包括两个协配且 相反转动的压榨辊，每个压榨辊具有屏障件，屏障件具有对于挤出纸浆的滤出 液可渗透的外表面的形式。纸浆沉积在可渗透外表面上，并在压榨辊之间的辊 隙或压隙中压榨，由此将滤出液从纸浆中压榨出来。通常，压榨辊还包括在压 隙之前的一个或多个洗涤区域。在US3,980,518中披露了这种辊式压榨机的一 个例子，其中，压榨辊的旋转轴线位于基本相同的水平面上，纸浆沿着垂直方 向从下到上地穿过压榨辊之间的压隙。

另一已知的洗涤设备是筒式洗涤机，其中，纸浆在单个转动过滤筒上沉积 并进行脱水，该转动过滤筒具有可渗透的外表面形式的屏障件，在添加洗涤液 之后，该转动过滤筒移置在前述处理步骤之后残留在纸幅上的液体。静压致使 滤出液通过可渗透液体的外表面。原始筒式洗涤机的另一发展形式是加压置换 式洗涤机，其中，在过压下迫使滤出液通过可渗透的外表面。

已知脱水设备和洗涤设备的问题在于它们由于低流速且因此低表面效率 而需要大型且昂贵的机器。机器的屏障件未被高效利用且因此有来流纸浆浓度 约5-6％的最大极限。但洗涤压榨可达到10-12％。

发明内容

本发明的目的是用权利要求1的发明解决上述问题，其建立可在不同类型 设备中实施的新思路。

通过确保纸浆悬浮液不在流体化区域停留太久，分离变得高效得多，且堵 塞屏障件中孔的风险显著降低。该设备可做得更小且能够具有更高浓度的来流 纸浆悬浮液。在筛选设备中，后者降低筛选前对稀释的需求，以及筛选后和洗 涤前对增稠的需求。

本发明总体涉及用于分离纸浆悬浮液中颗粒的设备，该设备包括：壳体； 带孔的屏障件；用于纸浆悬浮液的入口；用于具有未穿过屏障件的大颗粒的材 料的第一出口；用于具有穿过屏障件的小颗粒的材料的第二出口；以及轴线上 的转子，该转子布置成在屏障件附近形成流体化区域。本发明设备包括成形为 像环形，且较佳地为环面或环面的各部分的分离室，屏障件布置成环形分离室 的内壁的一部分，以及转子布置成在环形分离室内形成来流纸浆悬浮液的循环 流并从纸浆悬浮液清除屏障件。通过设计本身呈环形的分离室，屏障件上悬浮 液的速度可通过建立的循环保持较高，流速降低更少。环形室应具有所产生涡 流的均匀和连续偏转，并可具有任何圆形或椭圆形状。在环形分离室的具体实 施例中，分离室的形状可形成环面。

在设备的较佳实施中，用于纸浆悬浮液的入口切向地连接到环形分离室， 所述入口垂直于环形分离室定向。该切向连接将加强分离室内和屏障件上产生 的涡流。

在设备的另一实施例中，入口连接到环面形分离室的内径，从而进一步增 强涡流。

在设备的又一实施例中，屏障件紧接着入口之后布置且布置在环形分离室 的壁上，使得纸浆悬浮液的来流在环形分离室的入口处暴露于屏障件。这将使 在进入分离室处供给的新鲜悬浮液能够立即脱水，该新鲜悬浮液处于最低浓 度。

在设备的另一替代实施例中，转子还布置成在分离室内形成来流纸浆悬浮 液的循环流，使得在流体化区域内小部分循环流切向于屏障件或跟随屏障 件，而大部分循环流跟随环形或环形分离室。

在设备的另一替代实施例中，屏障件上的流体化区域比分离室内建立的循 环流的总面积小。此外，屏障件仅是回转形成环形分离室的圆的总周长的一部 分，且该部分小于40％，且较佳地小于25％。这将使用新鲜纸浆悬浮液的来 流速度和局部受限区域处转子的流体化效应以最佳条件产生局部脱水区域。

在较佳实施例中，设备还布置成给予循环流以沿屏障件的切向速度，该 切向速度等于或高于该流朝向屏障件的法向速度。这将使用横向流过滤技术 增加屏障件上的脱水效果。

此外，在较佳实施例中，设备布置成将在环形分离室内循环的纸浆悬浮液 暴露于屏障件多于一次。由于更致密部分将被扔到分离室的壁，这具有多重效 果，且可以最高浓度通向出口，同时新鲜悬浮液在屏障件上的脱水效果保持较 高。

在较佳实施例中，环形分离室成形为在流动中引起两个同时的圆周运动， 其中一个运动跟随在屏障件周围，且另一运动是环形分离室内的循环流，使得 仅小部分循环流切向于屏障件或跟随屏障件，而大部分循环流跟随环形分离 室。转子将增加跟随屏障件的该圆周运动，但将通过新鲜纸浆悬浮液的馈入补 充跟随环形分离室的圆周运动。

分离室可具有几种形状的环形分离室，且屏障件可具有成形为环面的一部 分的互补形式。替代地，屏障件由于仅是环形分离室的小部分，而可成形为像 锥形或截头锥形，这将使得制造更容易且更廉价。屏障件还可以是平坦的或者 甚至形状像圆柱形。

在本发明的替代变型中，屏障件可最靠近轴线(9)设有不带孔的区域。 这是为了减少馈入分离室的新鲜纸浆的立即脱水，和与分离室内循环的悬浮液 的某些混合。该区域相对于屏障件沿悬浮液流动方向的延伸部相对短，且较佳 地小于所述延伸部的50％。

本发明设备的转子较佳地包括上游叶片。且这些上游叶片可较佳地设有软 几何形状，从而使研磨最小化。此外，每个上游叶片的前部可呈铲形，从而将 纸浆悬浮液提离屏障件。此外，每个上游叶片较佳地在上游叶片的后侧处到屏 障件距离较大，从而在上游叶片的后侧处形成低压区域，从而将纸浆悬浮液提 离屏障件。

在替代实施例中，转子还可包括下游叶片，从而形成清洁脉冲。这些下游 叶片可布置在沿转动方向看上游叶片的前部。

本发明的转子可具有径向直或弯曲的叶片。

创新性分离设备可用于不同应用，诸如结筛器(knotter)、筛选设备、增稠 器或洗涤机，取决于其所安装的工艺位置的需要。所有这些应用的共同之处在 于具有较小纤维颗粒含量和/或溶解材料的液体部分与含有较大纤维颗粒的另 一部分分离。

附图说明

现在为了示例目的将借助实施例并参见附图来更详细地描述本发明，在附 图中：

图1a是本发明新原理的示意图。

图1b是根据本发明的分离设备的第一实施例，

图1c-1e是分离设备的不同的一般实施例的示意图。

图2a-2d是根据本发明的各转子叶片的不同实施例的示意图。

图3是根据本发明的具有串联的结筛器和筛选设备的筛选系统的示意图。

图4是根据本发明的洗涤设备的示意图。

具体实施方式

图1a示意地示出根据本发明将纸浆悬浮液中的大颗粒和小颗粒分离的设 备的新主要原理。图1b示出该创新性设备的第一实施例。

图1c、1d和1f示意地示出用于分离大颗粒和小颗粒的不同实施例。

设备1包括带孔的屏障件2、用于纸浆悬浮液的入口3、用于具有大颗粒 的材料的第一出口4以及用于具有小颗粒的材料的第二出口5。屏障件2中的 各孔可以是例如圆形孔洞或狭槽。具有小颗粒的材料在某些实施方式中就是液 体。

主要理念是将面积成本转换成紊流成本并利用低表面重量的快速分离/脱 水。在例如筛选设备的现有方案中，使用大面积进行筛选。在本发明中，仅使 用小面积，而不是使用能量来引起二次紊流圆周运动，这在下文将更详细描述。

此外，在现有方案中，表面重量在屏障件上较高。尤其是在洗涤设备中， 纸浆悬浮液的浓度可能较大。大部分脱水将最靠近屏障件进行。因此纸浆悬浮 物的浓度在最靠近屏障件处最高。纸浆悬浮液离屏障件越远，进行的脱水越少。 但是，在本发明中，该过程会较快。纸浆悬浮液的厚度将会薄，仅几毫米，且 纸浆悬浮液将从屏障件被快速移除，这在下文将更详细解释。

纸浆悬浮液通过入口3切向地朝向屏障件2流入。较佳地，入口3窄且集 中。分离室7内轴线9上的转子6使纸浆悬浮液运动并保持分离室7内的转动 流动，使得纸浆悬浮液流沿着屏障件2切向地引导并然后远离屏障件2并再次 回到转动运动，从而将屏障件2持续暴露于新材料。因此，转子6也可看作清 洁屏障件2。

转子6将产生紊流，使得流体化区域8形成在循环纸浆悬浮液流靠近屏障 件2的区域内。这将造成分离。具有较小颗粒的材料将穿过屏障件2并可通过 用于具有小颗粒的材料的第二出口5取出。另一方面，具有较大颗粒的材料将 通过转子6的机械力从屏障件2移除并将停留在分离室侧，即屏障件2的上游 侧11。具有较大颗粒的材料然后可通过用于具有大颗粒的材料的第一出口4 取出。

纸浆悬浮液沿屏障件2流动的切向速度v_T应等于或高于纸浆悬浮液朝向 屏障件2流动的法向速度v_N，较佳地高5-10倍。如果朝向屏障件2的法向速 度v_N太高，则纸浆悬浮液将压抵屏障件2并堵塞屏障件。流速v_T是形成螺旋 螺纹的流动，其根据转子的转动方向在图1b中上部分离室横截面中为向内扭 曲(或者向外)，而在下部分离室横截面中向外扭曲(或者向内)。

纸浆悬浮液应当朝向屏障件2流动，且在流体化区域8变成流体，从而可 进行分离。但是，纸浆悬浮液不应在流体化区域8内停留太久且应避免变得压 抵屏障件2。而是，纸浆悬浮液应当快速变得流体化并被分离。具有因此增加 稠度的纸浆悬浮液然后快速流动离开屏障件从而将屏障件暴露于新的纸浆悬 浮液。这也暗示着流体化区域8与总流动相比应当较小。快速切向流与小流体 化区域8共同防止堵塞并用每生产一吨的低能量需求提供高效分离。

来自流体化区域8的材料然后可循环进行新的流体化和分离，且当认为分 离充分时，可通过用于具有大颗粒的材料的第一出口4取出剩余材料。较佳地， 分离室7成形为在流动中引起两个同时圆周运动——一个跟随屏障件2周围， 而一个仅流动的小部分切向于或跟随屏障件2，像例如螺旋循环形状。称其为 圆周运动并不意味着流动必须进行完全循环或完全螺旋循环形状。而是，较佳 地所有的纸浆悬浮液暴露于流体化区域8且这暗示着稍微更复杂的循环流动是 必要的。

在现有筛选设备中，转子的轴线平行于屏障件，且纸浆悬浮液总是通过离 心力压抵屏障件，即脱水时离心力总是沿相同方向作用。但是，根据本发明， 纸浆悬浮液暴露于屏障件2一次以上，这改进纸浆的脱水。此外，转子6的轴 线较佳地不平行于屏障件2而是与屏障件2成角度，且离心力仅部分地朝向屏 障件2作用，这防止堵塞。

能以不同方式引起所需循环，例如通过屏障件2的形状、分离室7的形状、 转子6的形状以及来流纸浆悬浮液的方向。理想地，流动应呈环形或更具体地 是环面，且因此分离室7和屏障件2的形状应较佳地呈环形或环面的各部分的 形式。但是，这使得制造复杂，尤其是对于屏障件2来说，其还将具有若干孔。 一种非常良好的折衷是使屏障件2像圆锥体或截头圆锥，如图1b或1d中所示， 较佳地具有约45°的锥角。

圆锥形屏障件2应当较佳地为具有跟随切向流的整圆边缘的圆锥体。屏障 件2应较佳地在最靠近轴线9处具有不带孔的区域15，因为法向速度v_N在最靠 近纸浆悬浮液流入的轴线9处会最高，这引起堵塞的风险。

但本发明用屏障件2的其它形状也工作良好，诸如平面或圆柱形，参见图 1c和1e，只要实现所需流动型式既可。但呈圆柱形形式的屏障件可能对于通 过用于小颗粒的第二出口5的低流速效果最好。

分离室7较佳地成形为环形或环面，或者甚至更佳地为在入口上比出口上 具有更小横截面直径的泵壳体。分离室7应较佳地还设计成使得纸浆悬浮液的 全部或大部分通过在中心进入而暴露于流体化区域8。用于具有大颗粒的材料 的第一出口4较佳地布置为远离分离室7的切向出口。在图1b中，切向出口 连接到环形分离室。转子6较佳地设有上游叶片或翼片10。任何叶片都可工作， 但较佳地是上游叶片10成形为引起紊流且因此引起流体化，并还成形为通过 以某种方式从屏障件2清洁、提升或刮除纸浆悬浮液而改进来自屏障件2的纸 浆悬浮液流。此外，较佳地是上游叶片10成形为使研磨最少，即具有几乎不 带尖锐边缘的软几何形状。

图2a中示出上游叶片10的示例，其中上游叶片10设有铲形的前边缘16， 在屏障件2的表面上具有所需刮除效应。图2b中的上游叶片10在叶片10的 后侧17处到屏障件2的距离更大，从而在上游叶片10下方形成低压区域，从 而以第二种方式提升纸浆悬浮液。参见图2c中的较佳组合。

从上游叶片10到屏障件2的距离以及上游叶片10的形状较佳地根据来流 内颗粒的大小而不同，从而防止颗粒的研磨。

在图2a至c中，仅在屏障件2的上游侧11上有上游叶片10，但如图2c 和2d中，可能有利的是在屏障件2的下游侧13上还具有下游叶片12，从而在 屏障件2的上游侧10上形成清洁脉冲。下游叶片12(如果有)较佳地布置在 上游叶片10沿转动方向看的前部，从而增强所述清洁脉冲。下游叶片12较佳 地布置在与上游叶片10相同的转子6上，但下游叶片12也可布置在分开的转 子上。

上游和/或下游叶片10、12可例如是径向直的或弯曲的。上游和/或下游叶 片10、12较佳地沿与转动方向相反的方向弯曲，如图2d中那样。

来流纸浆悬浮液中的较高浓度暗示着转子的较高速度。

图1b-e中任何图中的设备可以是结筛1或粗筛设备的示例。在图3的左 部还示出结筛器1a，其中涉及结筛器部分1a的所有附图标记以“a”结尾。结 筛器1、1a包括具有大孔的结筛器屏障件2、2a和结筛器入口3、3a，纸浆悬 浮液在结筛器入口3、3a作为注入或馈入物进入。结筛器分离室7、7a和结筛 器流体化区域8、8a如上所述将纸浆悬浮液分成称为结筛器浆渣或粗浆渣的大 颗粒和称为结筛器良浆的小颗粒。粗浆渣是通过用于大颗粒的结筛器第一出口 4、4a排出。结筛器良浆通过用于小颗粒的结筛器第二出口5、5a排出以输送 到下一步骤。

图1b-e中任何图中的设备还可以是筛选设备1的示例，在该情况下是细 筛设备。在图3的右部还示出细筛设备1b，其中关于筛选设备部分1b的所有 附图标记以“b”结尾。筛选设备1、1b具有带小孔洞或狭槽的筛选屏障件2、 2b和纸浆悬浮液作为注入物或馈入物进入的筛选入口3、3b。筛选分离室7、 7b和筛选流体化区域8、8b如上所述将纸浆悬浮液分成称为筛选浆渣或细浆渣 的大颗粒和称为筛选良浆的小颗粒。细浆渣通过用于大颗粒的筛选第一出口4、 4b排出。筛选良浆通过用于小颗粒的筛选第二出口5、5b排出以输送到下一步 骤。

在图3中示出具有结筛器1a和筛选设备1b的筛选系统的示例。结筛器良 浆通过用于小颗粒的结筛器第二出口5a排出，通过筛选入口3b进入筛选件1b。 较佳地，结筛器良浆通过具有稀释水入口22的稀释室21进入筛选入口3b。结 筛器良浆然后可稀释到所需浓度从而改进筛选。筛选良浆通过用于小颗粒的筛 选第二出口5b排出以输送到下一步骤。

图1b-e中任何图中的设备也可以是增稠器1的示例。增稠器1包括具有 小孔的屏障件2和纸浆悬浮液作为馈入物进入的入口3。分离室7和流体化区 域8也如上所述将纸浆悬浮液分离成大颗粒(为增稠的纸浆悬浮液)和较小颗 粒(为脏液)。屏障件2上的孔洞应当定尺寸为接收脏液。

增稠的纸浆悬浮液通过用于大颗粒的第一出口4输出以输送到下一步骤。 脏液通过用于小颗粒的第二出口5排出。

在图4中示出洗涤设备1的示例，洗涤设备1具有带小孔的屏障件2和纸 浆作为馈入物进入分离室7的入口3。例如，洗涤液通过洗涤液入口31进入分 离室7从而在分离室7内洗涤来流纸浆悬浮液。该洗涤效果通过“边洗涤边稀 释”来实现，因为洗涤液在进入分离室时与新鲜悬浮液混合，但也可实施其它 洗涤效果。作为替代方式，更清洁的洗涤水可切向于环形分离室注入环形分离 室周边，且较佳地，在屏障件之后，所述注入还支持漩涡v_T，使得通过离心效 应形成的更致密纸浆悬浮液通过洗涤液置换。分离室7和流体化区域8也如上 所述将纸浆悬浮液分离成大颗粒(为增稠的且洗涤过的纸浆悬浮液)和较小颗 粒(为脏液)。屏障件2上的孔洞应当定尺寸为接收脏液。

增稠的且洗涤过的纸浆悬浮液通过用于大颗粒的第一出口4输出以输送 到下一步骤。脏液通过用于小颗粒的第二出口5输出。

当然，本发明也可用于基于相同基本原理的其它类型设备。

本发明应不被认为局限于所示的实施例，而是可以由本领域技术人员 以许多方式作出修改和改变，而不脱离所附权利要求书的范围。