用于使流体与过程液体混合的布置及操作该布置的方法

摘要

本发明涉及一种用于通过使用至少一个混合站来使流体与过程液体混合的布置，以及操作该布置的方法。本发明的布置和方法可用于将注射和/或混合液体给送至布置在转移过程液体的流管2的外周上的注射混合器4。本发明的布置和方法尤其适用于关于木材加工行业中的注射混合器和化学制品混合的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使流体与过程液体混合的布置及操作该布置的方法。本发明的布置和方法可在通过使用布置在转移过程液体的流管外周上的注射混合器使流体与过程液体混合时使用。本发明的布置和方法尤其适用于关于木材加工行业中的(多种)化学制品的混合的情况。

背景技术

用于将流体即，液体、气体和/或液体和固体的悬液添加至过程液体的注射混合器已经获知了数十年。作为现代的注射混合器的实例，可论述WetendTechnologiesOy的化学制品混合器。专利文献EP-B1-1064427,EP-B1-1219344,FI-B-111868,Fl-B-115148和FI-B-116473论述了此类混合器，并且阐释了注射混合如何用于将流体引入和混合到过程液体中。注射混合不但通过将自身的流体喷洒至过程液体来执行，而且注射液体用于加强液体-流体混合物较深地渗透到过程液体中。有时还使用另一液体，即，混合液体。注射液体不是待混合的流体，而是其量通常高于待混合的流体的量的另一种流体。注射液体可与过程液体相同，或者其可为一些其它的但适用的过程液体，其可为来自过程中的某处的滤液，或者其例如可为清水。混合液体可为又一液体，其通常用于在将流体引入成与注射液体连通之前稀释待混合的流体或化学制品。例如，混合液体可选自与注射液体相同的液体清单。注射混合站由布置在过程管或反应器的大致相同的圆周上的注射混合器形成，以使一个混合器足够用于小直径的管/反应器，略大的管/反应器使用相同圆周上的两个相对的混合器，略大于此的管/反应器需要在圆周上以120度间隔定位的三个混合器，等。换言之，在轧屑应用中，通常一个以上的混合器，即，混合站需要将流体注射至过程液体。有时，此类混合站可包括布置在流管的另一圆周上但轴向接近第一组混合器的另一组注射混合器。

本实践(即，图1中所示的最新和最先进的将注射和混合液体(如果使用)引入至注射混合器的方式)在于将注射液体进料泵的入口开口布置成与适当的流体源连通，并且将液体进一步泵送至歧管，所谓的注射液体歧管，其将液体分到注射混合器。鉴于混合站的成功操作，重要的是各个混合器利用相同量的注射液体来注射相同量的流体/化学制品。然而，实践示出了在使用时，歧管并非总是如此，即，歧管不将注射液体非常容易地相等地分到通向注射混合器的进料管线。为了确保歧管共享足够相等地至进料管线的注射液体，必须针对各个特定歧管执行相当大量的研发、设计、构造和测试工作。此外，必须理解的是，歧管设计高度取决于体积流，由此设计用于均匀地分开一定体积流的歧管不一定能够再足够均匀地共享体积流(高或低20%)。因此，已经知悉歧管实际上总是在关于其设计、研发、构造和测试的费用与注射液体的足够相等的共享之间折衷。

从歧管到注射混合器的进料管线设有阀，但阀是开关类型的阀，并且它们不可用于控制体积流。使用以上类型的阀的主要原因在于注射液体通常不是清洁液体，而是含有颗粒物质。这是不言自明的，因为过程液体自身通常可用作注射液体。如果过程液体例如为造纸原料，则其可含有在对阀中的流动节流时将容易地集中或累积在流动缓慢并且较少湍流的位置的纤维和填料。在一定时间之后，累积的纤维和/或填料(更一般是累积的杂质)可松散，并且随流动而流入注射混合器中。此类累积的杂质可阻碍注射混合器中的流动，阻挡混合器或至少进入过程液体，并且在最终产品或其生产中引起问题。因此，用于分流注射液体的歧管或对应器件应当能够将注射液体均匀地分到将注射液体带至注射混合器的进料管。

如果使用混合液体，则惯例是也使用用作注射液体的液体作为混合液体，但还可使用其它液体。然而，在其为用作混合液体的注射液体的情况中，注射液体歧管的贯穿流动通常被带至另一歧管，所谓的混合液体歧管，其将混合液体分到注射混合器。从混合液体歧管到注射混合器的进料管线还设有仅类似于注射液体进料管线的阀。刚好相同的问题在将混合液体分到其相应进料管中涉及，如，上文结合注射液体所述的那些。

发明内容

本发明的目的在于开发一种用于使流体与过程液体混合的布置，以及操作克服上文所述的问题中的至少一些的布置的方法。

本发明的另一个目的在于开发一种用于使流体与过程液体混合的布置及操作该布置的方法，其中分流注射液体的体积流的准确性相当大地改进。

本发明的又一个目的在于开发一种注射混合布置和操作该布置的方法，其中关于注射液体进料布置的费用已经显著减少。

本发明的又一个目的在于开发用于使一种以上的流体与过程液体混合的布置和一致且可靠地操作该布置的方法。

例如，存在通过使用本发明获得的几个优点，

注射液体的更均匀的分流，

降低的投资成本，以及

过程管路周围需要的较少空间。

本发明的至少一个目的利用借助于至少一个注射混合站来使流体与过程液体混合的布置来满足，至少一个混合站包括适于在使用时紧固在过程液体流管的外周上的两个或更多个注射混合器，各个注射混合器具有用于待混合的流体的入口和用于注射液体的至少一个第一入口，用于将流体注射出注射混合器，至少一个第一入口借助于进料管连接于用于分流液体的器件，液体分流器件在使用时布置成经由液体管线与液体源流动连通，其中液体分流器件为旋转分流器件，其具有外壳和与至少一个混合站中存在的注射混合器至少一样多的出口。本发明的至少一个目的利用操作用于使流体与过程液体混合的布置的方法来满足，该布置包括至少一个注射混合站，至少一个混合站包括适于在使用时紧固在过程液体流管的外周上的两个或更多个注射混合器，各个注射混合器具有用于待混合的流体的入口和用于注射液体的至少一个第一入口，用于将流体注射出注射混合器，至少一个第一入口借助于进料管连接于用于分流液体的器件，液体分流器件在使用时布置成经由液体管线与液体源流动连通，该方法包括以下步骤：

a)提供分流器件，其具有外壳、与至少一个混合站中存在的注射混合器至少一样多的出口，以及用于构成旋转分流器件的转子，

b)从液体源得到液体；

c)将液体引入至旋转分流器件，

d)借助于转子将液体的至少一部分相等地分到出口，

e)将液体的分流的至少一部分经由进料管引入至注射混合器的第一液体入口，

f)将流体引入至注射混合器的流体入口，以及

g)借助于液体将流体注射和混合到过程液体中。

本发明的布置和方法的其它特性特征在所附专利权利要求中公开。

附图说明

在下文中，参照附图更详细地论述了本发明的布置和方法，在该附图中：

图1示意性地示出了现有技术的注射混合布置，

图2示意性地示出了现有技术的注射混合器，

图3示意性地示出了根据本发明的第一优选实施例的注射混合布置，

图4示意性地示出了根据本发明的第二优选实施例的注射混合布置，以及

图5示意性地示出了根据本发明的第三优选实施例的注射混合布置。

具体实施方式

图1示出了将注射和混合液体(如果使用)引入至注射混合器的最新和最先进的现有技术的方式。图1示出了具有注射混合站的过程液体流管2，即，四个注射混合器4以相等间距(90度)布置在其圆周上。如上文已经提到的，注射混合器4的数量主要取决于流管的直径，数量从1变到大约7。这里，过程液体流管2设有将注射液体从过程液体流管2引入至进料泵8的管线6，进料泵8布置用于将注射液体给送至注射混合器4。进料泵8具有压力出口10，其布置成与歧管12(所谓的注射液体歧管)流动连通。歧管12将注射液流分到四个进料管线14-1,14-2,14-3和14-4，其端接于注射混合器4的第一液体入口。(见图2中更详细的注射混合器)进料管线14-1,14-2,14-3和14-4设有阀16-1,16-2,16-3和16-4，其实际上为开关阀，因为它们不可用于控制体积流。这是主要由注射液体中的杂质(例如，纤维)引起的情况，因为对阀中的流动节流可引起杂质集中或累积在流动缓慢或较少湍流的位置。累积的杂质可松开，并且随流动流入注射混合器中。此类累积的杂质可阻碍注射混合器中的流动，阻挡混合器或至少进入过程液体，并且在最终产品或其生产中引起问题。

图1还示出了作为现有技术的注射给送布置的附加和可选特征的将混合液体引入至注射混合器的方式。在该可选布置中，混合液体从注射液体歧管12的附加出口(这里在端部处)取得来作为通流。混合液体经由管线18带至混合液体歧管20，其将混合液体分到进料管线22用于将混合液体引入至各个注射混合器4的第二液体入口。进料管线22设有阀24，其类似于注射液体进料管线14-1,14-2,14-3和14-4中的阀16-1,16-2,16-3和16-4。当使用用于将液体分到若干出口的歧管时，惯例是歧管20的入口流(在管线18中)大于至进料管线22的出口流的和，由此如所示，流由出口和与入口管线18相对的端部处的阀带过混合液体歧管20。实际上，阀用于控制至出口管线22的流动。

图2示出了示例性现有技术的注射混合器或喷嘴4。注射混合器4包括外壳，其结构在这里更详细地论述，因为其具有可所有都结合本发明的布置使用的一定数量的变型。注射混合器4适于在使用中时紧固于过程液体流管2。注射混合器4(并且更具体是其外壳)设有用于接收流体(即，化学制品或添加剂或任何其它液体、气体和/或液体和固体的悬液)的流体入口4-F，该流体将被注射出注射混合器4而进入在过程液体流管中流动的液体中，进入注射混合器4和用于第一液体(所谓的注射液体)的第一入口4-1中。注射混合器4可，但不一定设有用于第二液体(所谓的混合液体)的第二入口4-2。注射混合器作用为使得引入到注射混合器和注射液体中的流体或化学制品以高速注射在过程液体中，由此化学制品均匀地较深扩散到过程液体流中。如果使用混合液体，则化学制品可首先以混合液体混合或稀释，如果这认为是需要的，此后其混合物借助于注射液体来注射到过程液体中。然而，化学制品和混合液体的接触可与它们注射至过程液体同时发生。另外，有可能使用注射混合器来用于将一种以上的化学制品或添加剂注射至过程液体。

图3示出了本发明的第一优选实施例。在该实施例中，注射液体经由管线6从过程液体流管2取得。然而，注射液体可为从过程自身、从另一过程或从新鲜液体源取得的任何适合的液体，仅提出了几个备选方案，而不旨在限制可用于本发明中的注射液体。因此，任何适合的注射液体不管其来源都带至旋转器件30用于分流注射液体；旋转分流器件30具有外壳，设有转子和与存在于过程液体流管2的外周上的混合站中的注射混合器4至少一样多的出口32。出口32优选但不一定对称地布置至旋转分流器件30的外壳。器件30将注射液体均匀地分至出口32和与其连通布置的进料管线34。进料管线34设有阀36，阀36以与现有技术的图1中的开关阀相似的方式使用。进料管线34将注射液体带至注射混合器4的第一，即注射液体入口(图2中的入口4-1)。从其来源取得注射液体的管线6(这里，过程液体流管示为优选的，但不是必需的示例性来源)设有阀38，阀38可用于控制进入本发明的注射布置的注射液体的量。用于控制注射液体流的另一器件为连接于逆变器控制的旋转分流器件30的管线6中的流量计，由此，管线6中的流动可通过控制旋转分流器件的转速来容易地保持在期望水平处。作为优选，上文所述的旋转分流器件30为工作为并且类似于离心泵的装置，离心泵具有叶轮(转子)和与混合站中存在的注射混合器4(即，在过程液体流管2的外周上)至少一样多的压力出口。旋转分流器件设计和构造成使得外壳中的流体压力相等，由此来自压力出口的体积流总是相等。这实际上意味着外壳中的出口可对称地或非对称地布置。如果压力脉冲的形成认作是有风险的，则后一选择是优选的选择。换言之，注射液体至注射混合器的体积流可仅通过改变离心泵的叶轮的转速或通过借助于管线6中的阀38来控制至泵的体积流来无级地调整。然而，旋转分流器件还可为轴向装置，其具有外壳，该外壳具有围绕外壳的轴线布置的对称或非对称布置的更多或更少的轴向出口。外壳在此类情况中设有转子，该转子产生足以防止注射液体迁入外壳中和将注射液体均匀地分至出口的湍流。

图4示出了本发明的第二优选实施例。在该实施例中，注射液体经由管线6和阀38(或流量计)从过程液体流管2取得，然而并不旨在限制可在本发明中使用的注射和/或混合液体。因此，任何适合的注射液体不管其来源都可带至旋转分流器件40，其设有出口42和出口44。出口42的数量等于或高于布置在过程液体流管2的外周上的混合站的注射混合器4(即，这里三个注射混合器成120度间隔)的数量。出口42优选但不一定(见结合图3的论述)对称地布置至旋转分流器件的外壳，由此旋转分流器件40将注射液体均匀地分到出口42和布置成与其连通的进料管线34。进料管线34设有阀36，阀36以与现有技术的图1中的开关阀相似的方式使用。进料管线34将注射液体引入至注射混合器4的第一入口。

现在，旋转分流器件40设有至少一个其它出口44，其借助于进料管线46连接于分流器件48，用于将混合液体相等地分到进料管线50。在图4中，分流器件示为用于将混合液体引入至注射混合器4的歧管48。然而，类似于(但可能在尺寸上不同)由附图标记40提到的旋转分流器件的另一旋转分流器件可用作分流器件48。换言之，现在注射液体和混合液体为同一种液体。分流器件，即，歧管48或旋转分流器件将混合液体分到进料管线50，其将混合液体带至第二入口，即，注射混合器4的混合液体入口(图2中的入口4-2)。

正如图3的实施例中，上述旋转分流器件40优选为工作为并且类似于离心泵的装置，该离心泵具有叶轮/转子和用于混合站中的各个注射混合器4(即，在过程液体流管2的外周上)的至少一个压力出口，加上用于混合液体的至少一个压力出口。旋转分流器件40设计和构造成使得来自压力出口的体积流总是相等。换言之，注射液体至注射混合器的体积流可仅通过改变离心泵的转速或通过借助于管线6中的阀38来控制至泵的体积流来无级地调整。在本实施例中，假设管线46中的反压力与管线34中的相同，则混合液体的体积流等于引入至各个注射混合器4的注射液体的体积流。然而，这通常不是该情况，而是管线34中的反压力较高。实际上，这意味着可由混合液体歧管48大致均匀地分到各个注射混合器的混合液体的体积流高于至各个注射混合器的注射液体的体积流的三分之一。混合液体的实际量可通过管线46中的节流阀控制，或通过允许一些混合液体流通过图4中的出口和阀穿过如所示的混合液体歧管48来控制。

图5示出了本发明的第三优选实施例。注射液体以早先实施例的方式经由管线6和阀38或流量计从过程液体流管2取得，然而不旨在限制可在本发明中使用的注射和/或混合液体。因此，任何适合的注射液体不管其来源都被带至设有第一组出口62的旋转分流器件60。出口62的数量等于或高于布置在过程液体流管2的外周上的混合站的注射混合器4的数量。出口62对称或非对称地布置至旋转分流器件的外壳。旋转分流器件60将注射液体均匀地分到出口62和布置成与其连通并将注射液体带至注射混合器4的第一入口的进料管线34。进料管线34设有阀36，阀36以与现有技术的图1中的开关阀相似的方式使用。图5的该实施例并非所有都与早先的实施例不同。然而，在该实施例中，旋转分流器件60在其外壳中还具有第二组出口64，其也优选但不一定对称地布置至旋转分流器件60的外壳。第二出口64的数量等于或高于混合站的注射混合器的数量。第二出口64将混合液体引入至进料管线66，其将混合液体带至注射混合器4的第二，即混合液体入口。在该实施例中，混合液体的体积流并非以与图4的实施例中的相同方式取决于注射液体的体积流。体积流成比例，但体积流的基本设置可由相应出口的设计和位置预先确定。根据本发明的又一个优选实施例，用于注射液体的压力出口关于彼此对称地定位在旋转分流器件的外壳处，并且以类似的方式，用于混合液体的压力出口关于彼此对称地定位在旋转分流器件的外壳处。换言之，用于注射液体的压力出口62围绕外壳以360/N度的间隔分开，其中N为注射混合器4的数量。而且以类似的方式，用于混合液体的压力出口64围绕外壳以360/N度的间隔分开，其中N为注射混合器4的数量。在该实施例中，用于注射液体的出口62在旋转分流器件的外壳中的位置相同，即，出口类似地设计和定位。用于混合液体的出口64同样如此。因此，出口可为切向的、径向的、轴向的或这些的任何组合，只要它们在各组出口内相同。

正如图3和4的实施例那样，上述旋转分流器件60优选为工作为并且类似于具有用于混合站中的各个注射混合器4(即，在过程液体流管2的外周上)的至少一个压力出口，加上用于各个注射混合器4的混合液体的至少一个压力出口的离心泵的装置。旋转分流器件60设计和构造成使得来自压力出口的体积流总是相等。换言之，注射液体至注射混合器的体积流可仅通过改变离心泵的转速或通过借助于管线6中的阀38来控制至泵的注射液体的体积流来无级地调整。

设计旋转分流器件的外壳的一种方式在于向外壳提供圆形截面并且钻取用于压力出口的大致径向孔。外壳可最初设有用于出口的一定数量(例如4个)的孔，并且接着保留在(例如3个)附加孔的已经钻取的孔空间之间。因此，4个最初的孔可处于90度的间隔，即，对称地，由此钻取任何两个孔之间的一个附加孔导致孔的非对称布置，或者例如，4个最初的孔可以以70度的间隔钻取，由此其余的3个孔具有150的扇形来配合，由此孔和出口的定位总是非对称的。自然地，孔的任何其它可想象的划分也可在这里应用。

在本发明的又一个优选但未示出的实施例中，注射混合站设有用于注射液体的一个旋转分流器件和用于混合液体的另一个旋转分流器件。该类布置带来了一定数量的优点。首先，注射液体和混合液体的体积流不再成比例，而是可自由地调整，即，两个旋转分流器件可具有它们自身的流量计和逆变器控制的驱动马达。第二，尽管混合液体和注射液体可从相同源取得，即，旋转分流器件可并联联接在将注射和混合液体引入至旋转分流器件的管线6与注射混合器4之间，但还有可能使用不同于注射液体的混合液体。例如，有可能使用造纸原料或未澄清的滤液作为注射液体并且清洁滤液或新鲜水来作为混合液体，仅提出了几个示例性选择，而并非旨在将本发明限于那些实例。

在使用旋转分流器件时必须考虑的本发明的又一个特征在于，在大多数应用中，最重要的是旋转分流器件可不将脉动流引入至注射混合器。以上要求的原因是将混合站定位成非常接近纤维卷纸机的流浆箱，若是(asif)注射混合器接收脉动流，则它们还将脉动射流注射至原料，并且原料将脉动经由流浆箱带至纤维卷纸机的线。流浆箱流中的脉冲引起切断流的均匀性的变化，导致卷纸的克数的局部变化和最终产品的质量的总体降低。

旋转分流器件的脉动可由两种可选的方式防止。第一选择在于将出口开口非对称地布置成用于旋转分流器件的外壳中，例如，通过以360/7度的间隔布置7个出口，并且仅使用它们中的三个、四个或五个来用于将液体引入至注射混合器。另一个选择在于布置大致不同于出口开口的数量的叶轮/转子的导叶的数量。换言之，导叶的数量可既不是出口开口的数量的大小，又不是其一半。例如，实际上，这意味着当旋转分流器件具有用于注射液体的6个对称出口时，转子/叶轮可不具有6个导叶，该6个导叶在性质上是对称地布置的，但优选的导叶数量将为5或7个。以类似的方式，如果导叶数量为5个，则用于注射液体的出口的数量例如将为4、6、7或8个。换言之，N_v<>Z*N_o或N_o<>Z*N_v，其中N_v为转子导叶的数量，N_o为旋转分流器件中的出口的数量，并且Z为整数，即，1,2,3,4,5等中的一个。出口的以上设置独立地适用于用于注射液体的一组出口和用于混合液体的一组出口两者，并且如果出口一个接一个对称地布置在旋转分流器件的外周上，则还适用于它们的组合的数量。

应当理解的是，以上仅为用于将液体给送至至少一个混合站的新颖性和创造性布置的示例性描述。应当理解的是，以上描述论述了本发明的仅一些优选实施例，而目的不在于将本发明限制于仅所述实施例和它们的细节。因此，以上说明书不应当理解为以任何方式限制本发明，而是本发明的整个范围仅由所附权利要求限定。从以上描述将理解的是，本发明的不同实施例的单独特征可结合其它实施例的其它单独特征使用，即使此类组合并未在描述中明确论述或在附图中示出。