(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプ入口及びパルプ出口を備えたシェルと、
高濃度パルプ粒子を漂白するための含オゾン気体を前記シェル内に導入するための手段と、
高濃度パルプ粒子を前記シェル内に導入するための手段と、
高濃度パルプ粒子を半径方向に前記シェルの内壁に向けて分散させつつ、軸方向に前記パルプ出口に向けて運搬するための運搬エレメントとを有する、高濃度パルプ粒子を漂白するための反応装置において、
前記運搬エレメントは、前記シェルの軸線方向に沿って延びる回転可能なシャフトと、それぞれ半径方向に延び、該シャフトに所定角度で取り付けられ、高濃度パルプ粒子及び含オゾン気体との所定接触面積を備えた複数のパドルを有し、
前記複数のパドル同士は、前記運搬エレメントの直径の半分以下の所定ピッチで、前記運搬エレメントの直径の約０．１１倍未満の所定非掃引距離をなすように配置される、ことを特徴とする反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、木質繊維素パルプをオゾンを用いて漂白するための反応装置、及び、その方法に関し、更に詳細には、含オゾン気体内をプラグフロー様の方法において通過する半径方向に分散されたパルプ粒子を運搬するために回転するエレメントを有する反応装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
パルプその他の木質繊維素材料用の漂白剤として塩素を使用することを避けるために、化学パルプの漂白用としてオゾンを使用することは既に試行済みである。当初においては、木質繊維素材料用の漂白剤としてオゾンは理想的な材料であるよう思われたが、オゾンの例外的な酸化性、及び、その比較的高いコストのために、木質繊維素パルプ用としての満足なオゾン漂白過程の開発は以前から制限されてきた。
パルプのオゾン漂白に関しては多数の論文及び特許が公表されている。例えば、オゾンを使用する一連の漂白過程に関しては、S. Rothenberg、D. Robnison、及び、D. Johnsonbaughによる「オゾンによる酸素パルプの漂白」Tappi、１８２−１８５（１９７５年）−Ｚ、ＺＥＺ、ＺＰ、及びＺＰａ（Ｐａ−過酢酸）が公表済みであり、また、N. Sotelandにより「酸素、及び、オゾンによる化学パルプの漂白」がカナダにおけるパルプ及び紙に関する雑誌Ｔ１５３−５８（1974年）−ＯＺＥＰ、ＯＰ、及び、ＺＰに公表済みである。更に、Singhに許可された米国特許4,196,043において、廃液回収によるオゾン及び過酸化物利用の多段式漂白プロセスが開示されており、この場合にも、塩素合成物の使用を排除することが試行されている。
【０００３】
同様に、種々の特許によって、高濃度レンジでのパルプオゾン漂白のための垂直ベッドタイプ反応装置が開示されており、この場合には、本質的に静止するか、或いは、ゆっくり移動するベッドの上面にパルプが堆積して、そして、ベッドを通って含オゾン気体が導入される。例えば、Fritzvoldの米国特許No.4,278,496は、高濃度の（すなわち35−50％）パルプを扱うための垂直オゾン発生器について開示しており、この場合、気体がパルプ粒子と密接に接触するように、横断面全体に亘って分布させるために、酸素／オゾン気体及びパルプは共に、反応装置の上面（トップ）に運ばれる。パルプと気体の混合物は、上下に連続する一連のチャンバ内の支持手段の上に層状に配分される。支持手段は、パルプがそれを横切ってマスブリッジを形成するような形状を備えた小孔またはスリットを備え、気体は反応装置全体を通過してパルプと接触する。
【０００４】
Fritzvold等の米国特許No.4,123,317は前述のFritzvold '496特許に開示された反応装置について更に明確に開示しており、また、Fritzvold等に許可された米国特許No.4,279,694は、'496特許において開示された反応装置に用いてパルプのオゾン漂白を行うための方法及びシステムについて開示している。Carlsmithに許可された米国特許第3,785,577、3,814,664、及び3,964,962号においては、それぞれ、特にオゾン漂白を指向した'664特許に従ったFritzvold装置に類似する垂直設計を用いた反応装置について開示している。先行特許において開示済みの垂直ベッドタイプ設計は、漂白均一性の観点から満足な結果が得られない。
【０００５】
ヨーロッパ特許出願No.308,314に開示されたオゾン反応装置は、閉鎖されたフライトスクリューコンベヤ（「アルキメデス式スクリュウ」）を利用し、ここに、オゾンは中央シャフトを経て汲み上げられ、そして、理想的には、高さが約１０センチメートルのパルプ層を処理するために反応装置内に注入される。パルプの濃度は２０−５０％である。ヨーロッパ特許出願No.276,608においては、パルプをオゾン処理するための別の装置が開示されている。この装置においては、逆ネジ区分を備えた二層スクリュウ機械によって、オゾンのパルプ繊維への接触を可能にするために、好ましくは濃度４０〜４５％のパルプを順次に圧縮及び膨張させる。
【０００６】
オゾンは、木質と容易に反応し、パルプ内の木質の量を効果的に減少させる。しかし、一方において、オゾンは、多くの条件の下において、木質を急速に過剰に除去し、そして、木材の繊維素（セルローズ）繊維を構成する炭水化物に激しく作用して、結果として得られるパルプの強度を著しく低下させる。これらの理由により、そして、既に検討した種々の開示内容にもかかわらず、当該技術分野においては、一般に、高濃度パルプのオゾン漂白から遠ざかるように教示されている。例えば、Lindholmによる「オゾンを用いたパルプ漂白における不均質性の影響」（Papieri ja Puu、p.283、１９８６年）においては、濃度レンジが３０−４０％のパルプにおいては、オゾンパルプ反応は全く不均質的であると述べられている。この場合の不均質性は、平均量よりも多量のオゾンを受け取ったパルプの一部はオゾンと反応し、他の部分はオゾンと全く反応しないことに起因すると言われている。また、最近公表されたカナダの特許出願No.2,012,771（１９９０年１１月１０日公表）は、オゾン、水、及び、パルプの泡様混合物を作ることにより、オゾンを用いて、中間濃度のパルプを漂白する方法について開示している。この出願書は、３０％濃度において漂白すれば、パルプの外側表面は過剰に漂白され、内側表面は漂白されないので、１０％、または、１％において漂白する場合よりも悪い結果が得られることを教示している。
【０００７】
更なるタイプの反応装置は、中間濃度でのパルプの酸素の木質除去のためにMarkham等の米国特許No.4,363,697に発表される。Markham装置は、酸素の存在で反応管を経てパルプを運ぶために、パドルと共に、またパドルなしで、一連のスクリュウフライト或いは、変形例としてのネジフライトを有していてもよい。Markham等への米国特許No.4,384,920は、酸素気体の流れの存在を介してパルプを運ぶために、低い速度で回転させられるパドルフライトの使用を同時に発表する。ただし、Markham特許において発表された方法は、概して酸素、及び、パルプ／木質のそれと比べるとはるかに速い反応速度のオゾン、及び、パルプ／木により、そしてまた、Markhamによって、接触し、そして、漂白を均一化する画一的気体繊維を供給するために発表された装置の無力のためにオゾン漂白反応に適していない。
【０００８】
上で論じられた不均質、または、非−均一性の問題は、低い濃度の中間で白くなることによって少なくとも部分的に克服されるかもしれない。低い濃度の中間で、増大された含水量は、オゾンが均一性を増大するために、パルプを経て更に等しく放散することを可能にする。ただし、増大された含水量は、増大された均一性より勝っているかもしれない他の欠点を造る。第一の欠点は、より多くの水の存在があるとき、オゾンの拡散のために必要とされた増大された時間から生じる。これは、水中での増大したオゾン分解に至り、したがってオゾン分解副産物の影響のため更に貧しい漂白選択性と同様に、高いオゾン経費に至る。結果は、低い濃度の中間で、更に大きい量のオゾンが、高濃度漂白に相当する結果を達成するために要求されることである。ただし、当該技術分野に熟練した人によって理解されたように、水におけるオゾン溶解度による水に溶解され得るオゾンの量に関して実用的限界がある。従って、低濃度の中間でオゾンでの白色度における重大な増加を達成することを企てることは、しばしば実用的ではなく、あるいはコスト的に効果的ではない。
【０００９】
本発明に関連した他の分野は、運搬の、特に、パドルコンベヤを備えた技術分野である。種々直径のパドルコンベヤにおける使用のための平らなパドルの寸法は、運搬装置製造業者協会（ＣＥＭＡ）によってそれらの公報ＡＮＳＩ／CEMA３００−１９８１において「スクリュウコンベアの寸法規格」によって規格化されている。同様に、Colijn「ばら積み固体用機械式コンベア」（ニューヨーク、１９８５年）は、運搬における一時的な背景として参照されるかもしれない。典型的な先行技術のコンベアは、材料を反応環境にさらすのに有益であるか、或いは、バルク状固体の一時的なブレンドのために有益である。そして、上で論じられた多数の引用例は、コンベヤの種々タイプを使う。一般の先行技術コンベヤは、効率的且つ均一なオゾン漂白反応を達成し、そして、上で論じられた先行技術の問題を回避するために、オゾン有する気体へのパルプの必要な分散を提供することが可能ではない。
【００１０】
【発明の要約】
従って、本発明の目的は、実質的に均質な増大した白色度のパルプを得るために、オゾンを用いて高濃度で繊維素パルプを効率的に漂白するための反応装置を提供することにある。
本発明の更なる特別の目的は、オゾンへのパルプ粒子の露出を最大にし、それと同時に、全ての粒子が、おおよそ同じ量の時間、オゾンにさらされることを保証することにある。この点において、本発明は、オゾンを有する気相へのパルプ粒子の半径方向分散を最大限にし、同時に、最小の軸線方向の分散で気相によって粒子を運ぶことが可能なユニークな構造を提供することにある。この特徴は、パルプ粒子の大多数が気相で懸濁され、そして、おおよそ同じ時間の間それぞれオゾンに曝されることを確保する。
【００１１】
本発明に基づいた全体の漂白装置は、概してフラッファ手段と、高濃度パルプを漂白するための反応装置と、パルプのディエントレインメント（de-entrsinment）手段と、反応急冷手段と、漂白された低濃度パルプを受け入れて排出する手段とを有する。
フラッファ手段は、パルプの綿毛寸法を減少し、そして、減少された容積密度をパルプに提供する。
【００１２】
反応装置は、パルプ及びオゾンを有する気体を受け取るようになっている細長いシェルを有する。オゾンを有する気体の入口は、気体の流れを漂白装置、及び、反応器シェルに導入する手段を与えるために、様々な形状で設けられている。シェルは、パルプの入口（フラッファからのパルプを受け取る）、及び、パルプ出口を形成する。シェルは、円筒状及びおおよそ水平であるのが好ましい。反応装置は、更に、パルプがシェルの全体的な横断面を放射状に分散される状態でシェルを通るプラグフロー状の方法で高濃度のパルプを運搬する手段を有し、パルプ粒子の大多数は、シェルを通るパルプの放射状の分散された、そして、プラグフロー状の動きを与えるために、オゾンを有する気体中に浮遊される。
【００１３】
好ましい実施例において、運搬手段は、第２の低い運搬速度でパルプを運搬するための第２の手段によって継れる第１の運搬速度でパルプを運搬するための第１の手段を有する。入口に入るパルプは、フラッファによって形成された減少した容積密度で第１の運搬手段によって受け取られる。第１の運搬手段は、容積密度を増すためにパルプを作用して、そして、増大された容積密度で第２の運搬手段にパルプを送る。同様に、第１及び第２の運搬手段の操作パラメータを制御するための手段が、所要反応器充填密度、パルプ粒子の滞在時間、及び又は、漂白剤の滞在時間を形成するために、用いられる。
【００１４】
本発明の更なる好ましい実施例によれば、運搬手段は、約１２５rpm未満の回転手段の全回転速度で約７未満の分散指数でシェルを通ってパルプを運搬するための回転手段を有する。より詳しくは、運搬手段は、前記シェルを長手方向に延びる回転シャフトを、該シャフトに設けられ、らせん形の４分の１−ピッチパターンで約２４０°の間隔でシャフト回りに配置された複数の放射状に伸延しているパドルとを有していてもよい。好ましい実施例において、パドルは、らせん形の２分の１ピッチパターンで約１２０°の間隔でシャフトの回りに設けられる。パドルは、パドルの回転直径の約０．１１倍未満に等しいパドル間で一掃されていない距離を形成するために長手方向に間隔が隔てられている。
【００１５】
予め選択された数のパドルは、回転直径０．３倍のより少ない幅を有するのが好ましい。より詳しくは、第２の運搬手段のパドルは、上記直径の約０．１５倍に等しい幅をもつべきであり、第１の運搬手段のパドルは、より大きい幅を持つべきであり、好ましくは、前記直径の０．３倍である。
【００１６】
パルプデイエントレインメント手段は、漂白装置からオゾンを有する気体の流れを除去し、そして、その除去前に、送出されたパルプ繊維をオゾン有する気体から分離する。ディエントレインメント手段は、流れがパルプの移動と同じ流れか、反対流であるかに拘らず、反応装置のシェルからの気体の流れを受け取るために設けられている。
【００１７】
急冷手段は、パルプに水を加えることにより、パルプでのオゾン漂白反応を冷す（止める）。急冷手段は、反応装置の出口からのパルプを受け取るために設けられている。パルプに水を加えることは、またその濃度を低下させる。急冷手段からの低下した濃度のパルプを受け取るための手段は、攪拌器を備えたタンクであるのが好ましい。
【００１８】
本発明の方法によれば、オゾン含有ガス、及び、高濃度のパルプ粒子の流れは、細長い略水平のシェルに導入される。パルプ粒子が約７以下の分散指数を有するプラグフロー状にシェルを通して運ばれるとき、パルプ粒子は、シェル全体の横断面全体に亘って分散される。
【００１９】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１に示すように、本発明に基づく装置全体は、フラッファ（綿毛状化装置）１０、パルプ繊維ディエントレイメントゾーン１２、反応装置１４、急冷ゾーン１６、及び、受取りタンク１８を有する。パルプは、フラッファに入る前に、パルプの濃度を制御するための脱水装置（図示せず）、及び、含オゾン気体が逃げることを防止するための気体密封部を形成するプラグスクリュウフィーダ(図示せず）を通過する。
【００２０】
本発明における使用に適する含オゾン気体混合物は、必須ではないが一般に、重量比にして約１−８％のオゾン／酸素混合物、又は、重量比にして１−４％のオゾン／空気混合物を含む。好ましい混合物は、つりあい（バランス）主要酸素と約６％オゾンの混合物である。パルプを漂白するための他の要因は、所定重量のパルプを漂白するために使われるオゾンの相対重量である。パルプ内に存在する約５０％から７０％程度のリグニン（木質素）と反応するために或る量のオゾンが用いられることが好ましい。更に、炉乾燥したパルプの重量に基づく添加オゾンの量は、所要のリグニンレベルに到達するために、一般に、約０．２％から約２％まであることが好ましい。
【００２１】
フラッファ１０に入るパルプは、通常、濃度が２０％以上の高濃度パルプである。フラッファ１０に入るパルプの濃度は約２８％から５０％程度の範囲内であることが好ましく、約３５％から４５％までの間であることが更に好ましく、そして、約４０％ないし４２％程度の濃度であることが理想的である。フラッファ１０（コミュニータとも称する）は、パルプの容積密度を減少させ、そして、パルプ繊維の大部分が、直径約６ｍｍ未満、更に好ましくは直径約３ｍｍ未満のフロック内に含まれるように、フロック（パルプ繊維の個々の束）の寸法を小さくする。この用途を目的とする多数の異なる装置は市販されており、そして、これらの動作は当該技術分野における熟練者にとって、理解可能である。
【００２２】
パルプ繊維は、フラッフ化（綿毛状化）された後で、ディエントレインメントゾーン１２を通過し、そして、反応装置１４内に垂直に落下する。含オゾン気体の流れは、パルプの動きに反流する、即ち、パルプは、フラッファ１０から装置を通って受取り装置まで移動し、含オゾン気体は、急冷ゾーン１６において添加され、そして、ディエントレインメントゾーン１２において除去される。ディエントレイメントゾーン１２は、気体流の方向に横断面積が増大する円錐形、或いは、外側に向かってフレアのついた壁部分２０を有する。このように面積が増大すると、出て行く気体の速度は、懸濁パルプ繊維の同伴を行わず、ガス出口２２を通って気体と共に除去されることのない点まで低下する。フラッファからディエントレインメントゾーンに入るパルプは、内部の円筒形導管２４によってガス出口２２を通り過ぎて方向づけられる。気体がフラッファ１０内に逆流することを防止する目的を以て、流れを所要方向に維持するために、含オゾン気体の小さい流れが、フラッファを経て導入される。
【００２３】
落下するパルプは、反応装置１４に入り、そして、そこを通って運ばれ、同時に、含オゾン気体において供給されるオゾンと反応し、以下に説明するように、パルプを均一に漂白し、白色度を強化する。パルプは、反応装置を離れ、そして、急冷ゾーン１６を通って受取りタンク１８内に落下する。
漂白されたパルプは、オゾン化された後で、リグニンの量が減少し、従って、Ｋ番号が減少し、受け入れが許容される粘度となる。Ｋ番号及び粘性に関して得られるれる正確な値は、パルプに適用される特定の処理に依存する。結果として得られるパルプは、同様に、処理開始時のパルプよりも著しく白色度を増す。
【００２４】
図２に示すように、急冷ゾーン１６は、反応装置を円筒区分２８に接続する伸縮継手２６を有する。伸縮継手は、漂白装置の熱膨張を補償するために、外側の折り畳まれた金属スリーブ、及び、内側の円筒形スリーブを有する。この種の継手の製造方法および動作の詳細については、当該技術分野における普通の技術を身につけた者にとっては理解可能である。
【００２５】
含オゾン気体を導入するための気体入口３０は、区分２８に取付けられる。例えばオゾン発生機（図示せず）のようなオゾン源は、含オゾン気体を供給する。環状のパイプ３２は、急冷水を供給するために、区分２８の下側端部を囲む。フランジ３４は、給水源に接続される。環状パイプ３２からの水は、パルプを生戻し（ソーク）する水シャワーを作るためにノズル３６によって区分２８内に導かれ、そして、パルプ粒子に対するオゾン漂白反応を急冷する。反応装置内において達成された漂白均一性を保存するために、急冷は、出来る限り均一かつ迅速に行われることが望ましい。従って、ノズル３６は、区分２８の下側端部を横断する均一な生戻し用水シャワーを提供するように配置される。パルプを受取りタンク１８内に向かって強制し、そして、パルプの自由落下を抑制するような水カーテンの形成を回避するために、ノズル３６は、水平位置に対して少なくとも３０度、好ましくはは約４５度の下方角度を持つように配置される。
【００２６】
受取りタンク１８は、漂白されたパルプ、及び、急冷ゾーンにおいて加えられた水を受け取る。パルプスラリを形成するために、漂白されたパルプの濃度を約３％に減少する目的で、所要量の水が添加される。この種のスラリは、更に所要の処理を適用するために、パルプ出口３８を通って、受取りタンクの底から容易に汲み出しても差し支えない。シャフト４０によって操作されるタンク内のプロペラは、約３％のほぼ均一な濃度を維持するために、パルプスラリを撹拌する。タンク内におけるパルプスラリのレベル（水位）は、一定の放出濃度を提供し、かつ、当該装置の当該端部において含オゾン気体が逃げることを防止するためのガスシール（気体密封性）を提供するために十分な撹拌時間を提供するよう維持される。
【００２７】
図１において、オゾン反応装置は、水平配置された細長いシェル（胴体）として図示される。当該シェルは、必要に応じて、重力がパルプ粒子の前進を援助することを許容するために、水平に対してわずかに角度をもたせても差し支えない。一般に、「前進角度」は、最大２５度までを使用しても差し支えない。
既に説明したように、図１に示す本発明の実施例においては、含オゾン気体とパルプとが逆流することが意図されている。含オゾン気体は、入口３０から出口２２まで流れ、そして、パルプは、反対方向に移動する。好ましい別の代替実施例においては、含オゾン気体及びパルプは、装置内を通って一緒の流れで移動しても差し支えないように意図されている。この場合、出口２２は、含オゾン気体の入口となり、そして、入口３０は出口となる。更に、図１の場合と異なる点は、例えばゾーン１２のようなディエントレインメントゾーンは、急冷ゾーン１６内に組み込まれるか、或いは、急冷ゾーン１６に隣接していると言うことである。このような改造は、当該技術分野における通常の技術者であれば、ここに含まれる開示内容に基づいて実施可能な範囲内に属するものであるので、別途図示する必要はない。
【００２８】
多重ポート気体導入方式を用いたさらに別の好ましい代替実施例が意図される。この場合には、急冷ゾーン１６の周辺に入り口ポートを分散配置するか、或いは、例えば図３および４に示すように、反応シェル上の種々の位置に複数のポート３０Ａから３０Ｅまでを配置しても差し支えない。この種のポートは、オゾン消費及び漂白効率を最大限にするように種々の組合わせ及び配置を用いても差し支えない。
【００２９】
パルプ滞在時間および滞在時間配分を正確に決定することにより、例えば本発明のような反応装置の性能を正確に評価することが可能になる。特定のコンベヤのパルプ滞在時間を決定するために、リチウム塩を用いたインジケータ技法が開発された。この技法は、反応装置に入りつつあるパルプに、トレーサとしてリチウム硝酸塩またはリチウム塩化物のようなリチウム塩を特定の時間に添付する過程を含む。リチウムが使われる理由は、部分的にリグニン除去されたパルプ内には、一般に、リチウムが存在しないことに因る。反応装置から出るパルプは、リチウム塩を添加した後で、前以て決定済みの時間間隔をもってサンプル採取される。各サンプル内のリチウム量を測定し、リチウム濃度対時間グラフを描かれる。
【００３０】
図１８は、内径１９．５インチの反応装置シェルにおける４つの異なるパドルコンベヤに関する滞在時間分布を示す。この場合には、少量のリチウム処理されたパルプを反応装置のパルプ入口において添加し、その後において、定期的時間間隔を保って、反応装置のパルプ出口からサンプルを採取する。反応装置は、各コンベヤ構成に対して２０％フィルレベルにおいて、１日パルプ供給速度２０トンで稼動した。所要フィルレベルを維持するためには比較的高いＲＰＭで運動する必要のある効率の低い方のコンベヤにおいては、現実のプラグフローに近い比較的狭いパルプ滞在時間分布が得られることが曲線から分かる。パルプ滞在時間分布全体に亘ってこの種の制御を行うことは、以下において更に詳細に説明するように、パルプ漂白の均一性に貢献する。
【００３１】
パルプ滞在時間分布（「ＲＴＤ」）は、既に説明したリチウムインジケータ技法を用いて測定できる。ＲＴＤを測定するためには、少量のパルプを、リチウム塩トレーサで処理する。次に、処理済みパルプは、時間ゼロ（ｔ＝０）において反応装置入口において、全体を一度に加える。次に、個別のパルプサンプルを採取し、そして、リチウム濃度を測定することによって、パルプ内のリチウム濃度は、反応装置出口において、監視される。リチウム濃度を連続的に監視すれば、連続的なＲＴＤが得られる。
【００３２】
次の定義は、Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ、Ｏ．の「化学反応装置選集」ＯＳＵ  Ｂｏｏｋ  Ｓｔｏｒｅｓ社、１９８９年１月発行（ＩＳＢＮ：０−８８２４６−１６４−８）を出典とする。平均パルプ滞在時間を次に示す。
0003691845.tif 000002
トレーサ濃度ＣTが連続的に得られ、一方、ＣTが離散形式で表される場合には、ｔavgは次式で近似できる。
0003691845.tif 000003
この場合、滞在時間分布に対してｎ個のサンプルが得られたことを意味する。滞在時間分布の分散σ2は、その幅を表す尺度であり次式で与えられる。
0003691845.tif 000004
離散分布に対しては、次式で近似される。
0003691845.tif 000005
【００３３】
完全なプラグフロー容器の場合には、分散はゼロである。分散は大きければ大きい程、パルプ滞在時間分布の幅が広くなり、従って、軸縦方向の混合が盛んになる。更に、滞在時間分布の幅が広くなればなる程、均一漂白の程度が低下する傾向があり、或る繊維は過度に漂白され、また、或る繊維は漂白不足となる。これにより、漂白パルプの品質が低下し、漂白剤を過剰に消費し、パルプの品質が低下することが有り得る。このように、分散は漂白の均一性を表す尺度として使用することが可能であり、この場合は、小さい数程好ましい。
【００３４】
平均滞在時間の異なる実験結果の間の漂白均一性を比較するためには、分散を標準化することが必要である。ばらつき指数（ＤＩ）は次式で定義される。
0003691845.tif 000006
この式は、連続測定された滞在時間分布に適用され、次式によって近似できる。
0003691845.tif 000007
この式は離散型分布に適用される。ばらつき指数は分散に比較する。プラグフローからの偏差を測定するこの正規化済み分散は、軸方向のばらつきを表す尺度であり、従って、漂白均一性のインジケータとして使用される。この値がゼロであれば、完全なプラグフローを示す。この値が大きければ、漂白均一性に乏しいことを示す。
【００３５】
考え方について説明するために、実験的に決定したパルプ滞在時間分布を、２種類のパドルデザインに関してプロットした場合を、図１９に示す。即ち、重複パドルによる６０度フルピッチの場合、及び、重複しないパドルによる２４０度の４分の１ピッチの場合を示す。いずれの場合にも、パルプ生産速度（レート）は２０ｔｐｄとした。パドルシャフト回転速度は、それぞれ、２５ｒｐｍと９０ｒｐｍであった。平均滞在時間はほぼ同じ（それぞれ、４９秒と４５秒）であったが、分布の幅は非常に異なる。
【００３６】
第１の場合（６０度構造）においては、パルプの約１０％の滞在時間が約３２秒未満であり、一方、パルプの別の約１０％の滞在時間が約７１秒を超過する。第２の場合（２４０度構造）においては、第１の場合に対応する範囲は３６秒と５５秒である。高い方のばらつき指数は２．６対８．２である。平均漂白量に対して、滞在時間が最も短いパルプは漂白不足であり、滞在時間が最も長いパルプは漂白過剰である。ばらつき指数が大きければ大きい程、この効果は大きい。
【００３７】
反応装置１４の構造および動作について詳細に説明することとする。図１に示すように、反応装置１４は、上側及び下側区分１４Ａ及び１４Ｂを有する。ただし、これらの２区分は、本発明の必要条件には該当しないことを理解されたい。本発明に基づいた反応装置は、例えば、装置の寸法及び容量、及び、設置のために利用可能なスペースのような種々の要因に応じて、１つの単一区分、或いは、複数区分として設計しても差し支えない。
【００３８】
反応装置の各区分１４Ａ及び１４Ｂは、概して円筒形のシェル４２Ａ及び４２Ｂを有する。上側シェル４２Ａは、パルプ入口４４Ａ及びパルプ出口４６Ａを形成する。パルプ入口４４Ａは、ディエントレインメントゾーン１２に連結され、そして、このディエントレインメントゾーン１２に導通する。下側シェル４２Ｂは、パルプ入口４４Ｂを形成する。このパルプ入口は、上側パルプ出口４６Ａに接続されて、これと導通し、下側パルプ出口４６Ｂは、急冷却ゾーン１６の伸縮継手２６に接続されて、これと導通する。
各区分１４Ａ及び１４Ｂは、シェルを通って入口から出口までのパルプを運ぶための回転運搬および分散部材を有し、同時に、全横断面を横断してパルプを分配するために、シェルの半径の周辺にパルプを半径方向に分散させる。好ましい形としては、この部材は、図５から図８までに示すように、複数の放射状（半径方向）に延ばすパドル５２Ａ及び５２Ｂを備えた回転しているシャフト４８Ａ及び４８Ｂを有する。シャフト４８Ａ及び４８Ｂは、図１に示すモータ５０Ａ及び５０Ｂによってそれぞれ回転される。
【００３９】
ＣＥＭＡ規格（発明の背景において検討済み）によれば、所定の直径に対するパドルブレード寸法が規定されている。本発明においては、それらの寸法を「標準」寸法と称する。パルプと気体の接触面を大きくするために、大型パドルの面積は標準サイズの２倍とする。ただし、この種の大型パドルを使用すると、運搬速度（レート）も大幅に増大する。混合効果を大きくするために、標準パドルの面積の約半分の面積を持つ小型パドルを使用しても差し支えない。
パドル角度も、必要に応じて、変えても差し支えない。軸方向の移動を最大にするためには４５度の角度が好ましいが、以下に説明するように、反応装置内におけるパルプの滞在時間を増大するために、前記以外の角度を用いても差し支えない。
【００４０】
パルプのブリッジングが起きると、パルプ漂白の均一性が損なわれるので、パルプが反応装置を通って移動する際におけるパルプのブリッジングを防止するために、パドルの間隔（スペーシング）が重要である。ブリッジング（即ち、パルプが大きい塊となって前進するために、連続するパドルの間にアーチが形成される）は、パルプ密度を増大させ、そして、パルプがパルプ自体に接着する能力を増大させる稠密化力および圧密力が増大することに起因する。
【００４１】
あらゆる特定のコンベヤ設計に関して、当該技術分野における当業者は、パドルの遠心運動に起因する慣性力、及び、その中に含まれるパルプの重量に起因する静水頭を用いて、コンベヤの作動特性から、圧密力の推定値、又は、パルプにかかるストレス（応力）を算定することが可能である。直径の異なる標準パドルコンベアを、種々のＲＰＭおよび約２５％のフィルレベルにおいて運転した場合における圧密圧力を図１６に示す。例えば、直径２フィートのパドル反応装置を６０ＲＰＭで運転した場合、生成される圧密圧力は約３５ｐｓｉである。
【００４２】
漂白しようとする特定のパルプに関しては、パルプの強度対圧密圧力を測定し、そして、ブリッジングを避けるために必要とするパドルの間隔（すなわち、それを超過するとパルプがその重量を支持できず、より小さい破片になるような所定の長さ）を推測することが出来る。密度４２％の南部産軟材パルプに関し、算定された臨界（最小）パドル間隔対圧密圧力の図的表現を図１７に示す。この特定例に関して、圧密圧力が３５ｐｓｉの場合における最小パドル間隔は約６インチであることが提案される。
パドル間隔は、隣接するパドルエッジの最も近い２点間の直線距離を測定することによって決定される。２４０度４分の１のピッチパドルコンベヤの場合、最も近い２点は、第１のパドルの後行端と第４のパドルの先行端である。例えば６０度フルピッチのような他の構造に関して、最も近い２点は、第１のパドルの後行端と第２のパドルの先行端である。あらゆる特定パドルの構造に関し、ブリッジングを防止するためには、この距離は、パルプのアーチ形成臨界寸法より大きくなくてはならない。ただし、パドル間隔は、ブリッジングを防止する寸法でなくてはならないが、例１と関連して以下に説明する最大非掃引距離に相当する値を超過してはならない。
【００４３】
本発明においては、改良されたオゾン漂白有効性及び均一性を提供するために、パドルの独特な配置方法が考案された。図５及び図６において、各シャフト４８Ａ及び４８Ｂは、３２箇所のパドル位置を有し、それぞれの位置には１個の単一パドルを有する（３２番目の位置は例外であり、４個のパドルを有する）。図５及び図６において、パドルは、それらの位置に基づいて称呼される。即ち、例えば、位置２８における下側シャフト上のパドルは、５２Ｂ−２８と呼ばれる。説明を容易にするために、図５及び図６におけるシャフトの反復的な部分は除外することとし、従って、全てのパドル位置は図示されない。
【００４４】
各シャフト上のパドルは、３つの概略ゾーン（区域）に区分可能である。即ち、供給ゾーン、反応ゾーン、及び、端部ゾーンである。供給ゾーンの第１パドル５２Ａ−１及び５２Ｂ−１は、それぞれパルプ入口４４Ａ及び４４Ｂの下に位置する。端部ゾーンのパドル５２Ａ−３２及び５２Ｂ−３２は、それぞれ、パルプ出口４６Ａ及び４６Ｂの直ぐ後に位置する。上側シャフト４８Ａ上において、供給ゾーンは、パドル５２Ａ−１から５２Ａ−９まで有し、そして、反応ゾーン、パドル５２Ａ−１０から５２Ａ−３１までを有する。下側シャフト４８Ｂ上において、供給ゾーンは、パドル５２Ｂ−１、−２、及び、−３のみを有し、そして、反応ゾーンは、パドル５２Ｂ−４から５２Ｂ−３１までを有する。供給ゾーン及び反応ゾーンにおけるパドルは、らせん形の４分の１ピッチパターンによる２４０度間隔配置されることが好ましい。端部ゾーンは、パドル位置−３２のみを有する。この位置には、逆角度（図１１に示すように約４５度であることが好ましい）を持つ４個のパドルが配置される。
【００４５】
図９から１１までに示すように、各パドルは、ブレード５４及びサポート５６を有する。供給ゾーンパドルを図９に示す。これらのパドルは、標準フルサイズＣＥＭＡパドルである、即ち、ブレード５４の表面積は、本発明に基づいた反応装置シェル４２Ａ及び４２Ｂに対して指定された直径と同じ直径寸法のパドルコンベヤにおける標準パドルに対してＣＥＭＡによって指定された表面積と同じである。従って、図９に示すように、寸法５９は、標準ＣＥＭＡパドルの場合とほぼ同じである。同様に図９及び表Ｉに示すように、ＣＥＭＡの指示とは逆に、供給ゾーンにおけるパドル角度（θ）は、シャフトに沿って減少する。
【表１】
0003691845.tif 000008
【００４６】
パドル角度（θ）は、シャフト４８Ａ、及び、４８Ｂの中心線５８から測定される。供給ゾーンにおける好ましいパドル角度を表Iに示す。反応ゾーンにおけるパドル角度は約４５度であることが好ましい。一般に、本発明の反応ゾーンにおけるパドル各度は約３０度から５０度までの範囲であれば有用であり、この場合、供給ゾーンにおけるパドル角度は、ここに示す開示内容に応じて調整されるものとする。
供給ゾーンは、反応装置におけるパルプのフィルレベルを維持するための手段を提供する。反応装置におけるパルプのフィルレベルは、一般に、約１０％から４０％までの範囲でなくてはならず、約１５％から約４０％までであることが好ましく、最も好ましいフィルレベルは約２０％から２５％までの範囲である。フィルレベルとは、パルプによって占有される反応装置の容積のパーセンテージを意味する。ただし、パルプは、反応装置の底部には所在せず、反応装置の容積全体に亘って連続的に分散される。フィルレベルの維持及び制御は、漂白過剰または漂白不足を起こすことなく能率的にオゾンを消費するために、十分なパルプが適切に分散されるように十分なパルプが存在することを保証するために重要である。
【００４７】
反応装置に入るパルプ容積密度はフラッファ１０において著しく小さくされるので、供給ゾーン用としては特定の設計が工夫される。従って、反応装置を通過するようにパルプを押すパドルの力により、パルプは締め固められる。本発明に基づいた供給ゾーンを使用しない場合には、反応装置内におけるパルプのフィルレベルは、パドル、または、その他の運搬エレメントによって加えられる締固め力により入口から出口に向かって減少する。この問題を軽減するために、本発明の供給ゾーンにおける運搬速度（レート）は、次の反応ゾーンにおける運搬速度よりも大きくしてある。図９及び表Ｉに示すように、徐々に平坦な角度を持つパドルを徐々に大きくすることにより、供給ゾーンにおける運搬速度は、先ず比較的高い運搬速度を提供するように工夫されている。この比較的高い運搬速度は、反応ゾーンにおける運搬速度にほぼ等しくなるまで暫時減少される。この方法において、容積密度が非常に低い入力パルプは、最も高速で運搬され、そして、締固め力によって容積密度が増大するにつれて、運搬速度は徐々に減少する。これにより、フィルレベルをほぼ一定に維持される。容積密度の減少は、出口４６Ａ及び入口４４Ｂを通って落下するパルプのみに起因し、従って、フラッファ１０による容積密度の減少よりも著しく小さいので、下側反応装置区分１４Ｂにおける供給ゾーンは、僅か３個のパドルを有するに過ぎない
【００４８】
パドルの設計を変えることによってフィルレベル及びパルプ滞在時間に及ぼす影響を図２０及び図２１に示す。これらの図においては、種々のパドルの形状を示すために速記表記法が使われる、即ち、最初の数はパドルの角度間隔であり、この数に後続して、それぞれ、フルピッチ、ハーフピッチ、または、４分の１ピッチのパドル配置を表す文字Ｆ、Ｈ、または、Ｑが付記される。次に、２つの文字は、パドルサイズを示す、即ち、ＳＤは標準サイズ（即ち、フルピッチコンベヤに対するＣＥＭＡ規格）、ＬＧは大型（標準の２倍）サイズ、ＳＭは小型（標準の半分）サイズを表す。図２０及び図２１に示すコンベヤの場合において、パルプ供給量は１日当たり炉乾燥（ＯＤＴＰＤ）２０トンであり、シャフトに対するパドル角度は、別途指示されていない限り４５度であり、そして、３５ＳＣＦＭにおけるオゾン／酸素混合度は６％であった。気体滞在時間は、約６０秒であった。パルプの濃度は、０．Ｄ．パルプに対するオゾン使用量が１％であるように、約４２％とした。これらのデータは、炉乾燥パルプに対するオゾン使用量が約１％であり、シャフト速度が４０から９０ＲＰＭまでの場合において、フィルレベルは約２０から４０％までの間であり、パルプ滞在時間は約４０から９０秒までの間であることが好ましいことを意味する。更に、これらのグラフは、シャフトＲＰＭが、フィルレベル、パルプ滞在時間、及び、オゾン変換に及ぼす影響について示す。本発明においては、気体滞在時間は、パルプ滞在時間の少なくとも約５０％以上であることが有用であり、少なくとも約６７％であることが好ましい。
【００４９】
図２０及び図２１において、グラフ上のデータポイントと関連した数値によってパーセントオゾン変換に示す。これらの数値は、それぞれのパドル設計及び反応装置運転条件と共に例１０の表Ｘにも示される。これらのデータは、コンベヤのピッチを減少し、より小さいパドルを使用し、或いは、より平坦なパドル角度を使うことによって、より高いフィルレベルが達成可能であることを意味する。特に、パドル角度を４５度から２５度に変えるだけで、運搬効率は急激に低下する。
【００５０】
全体を通じてオゾン及びパルプが共存すると言う事実のために、反応装置１４全体を通じて漂白作用の程度は同じではないが、オゾンによる漂白反応が主として発生する場所は、本発明の反応ゾーンである。反応ゾーンのパドルは、反応装置を通ってパルプを運搬する間に、オゾン消費及び漂白均一性を最大にするように設計されている。この目的のために、反応ゾーンパドルは、同じ直径のコンベヤ用のフルサイズ標準ＣＥＭＡパドルよりも小さい。典型的な反応ゾーンパドルを図１０に示す。この場合、寸法６０は、標準ＣＥＭＡサイズの約半分であることが好ましく、パドル角度は約４５度である。従って、反応ゾーンにおけるパドルの好ましい配置は、標準の半分または小型サイズのパドルを用いたらせん形４分の１ピッチパターンにおける２４０度間隔（２４０−Ｑ−Ｓｍ）である。
【００５１】
本発明によれば、高濃度パルプのオゾン漂白に関する２つの重要な要因が発見された。即ち、（１）反応装置内の含オゾン気体の全体に亘ってパルプが分散されること、及び、（２）各パルプ繊維は、他の全てのパルプ繊維の滞在時間と正確に同じ時間だけ、出来るだけ長い時間に亘って、オゾンの存在する中に滞在することである。ここでは、第１の要因を半径方向の分散と呼び、第２の要因をプラグフローと称する。第２の要因は、軸方向の分散が最小であることに起因する。更に、先行技術による標準パドルコンベヤは、これらの２つの重要な要因を同時に満足させることが出来ないことが、思いがけなく発見された。
【００５２】
本発明に基づく反応装置１４は、これらのパルプが反応装置シェル内を通って運搬されるに従って、パルプ繊維の大部分が含オゾン気体中に懸濁するように、パルプを半径方向に最大限に分散される。これは、反応作動中のあらゆる所定時間において、パルプを放射状に分散するためにパルプを持ち上げて投下するパドルの動作により、パルプ粒子が、一部はシェルの頂部を含む全円周の周辺に位置配置されて、反応装置シェルの横断面全体に亘って分散されることを意味する。この種の半径方向の分散は、運搬されつつある粒子の大部分がコンベヤの底に所在する従来のコンベアの場合の分散方向と対照的である。本発明は、更に、前述の半径方向分散を低下させることなしに、パルプ粒子の滞在時間分布を狭くするように、パルプが反応装置シェルを通って運搬されるにつれて、パルプの軸方向の分散を最小限にする。この効果は、半径方向分散と共に、本発明による均一かつ効率的な漂白作用に貢献する。
【００５３】
パルプの半径方向分散は、部分的に、コンベヤによってパルプに与えられる遠心力に依存する。他の重要な要因は、例えば、パドルの面積および角度である。面積および角度は、反応装置内においてどの程度の量のパルプが持ち上げられ、そして、投下されるかを決定し、一方、遠心力の量は、持ち上げられて投下されるパルプの分散の程度を決定する。分散の程度は、パルプがパドルから簡単に滑り落ちることと反対に反応装置の周囲方向に向かって推進される傾向を意味する。例えば、本発明にかかるパルプ漂白反応装置のような回転方式においては、パルプに作用する遠心力は、回転速度および回転パドルの直径に依存する。ここに記述される本発明の開示内容、及び、回転速度及び直径に基づき、当該技術分野における一般的技術者は、ここで検討するあらゆるサイズの装置の場合に匹敵する結果を達成するために、適切な直径及び回転速度を選択することが出来るはずである。
先行技術による標準パドルコンベヤを正常回転速度よりも高速で運転することにより、半径方向の分散を増大させることが可能であるかも知れないが、先行技術コンベヤの高速運転には２つの不利な効果が伴う、即ち、第１に、パルプ粒子の軸方向の分散が非常に増大する。２番目に、パルプ粒子が高速で運搬されるので、その結果、フィルレベルおよび反応装置内滞在時間を正当な値に維持することが不可能である。これらの不利な効果は、先行技術による構造をオゾン漂白装置として使用することを否定する。更に、これらの効果を評価しないことが、先行技術においてオゾン漂白装置の商業上成功しなかったことの理由であると推測される。
【００５４】
これら２つの不利な効果を訂正するために、本発明に基づいた反応装置の運搬効率は、先行技術によるコンベヤに比較して引き下げられ、一方では、回転速度の範囲全体に亘ってプラグフローに近付くように軸方向の分散性能を改良した。これは、パドルサイズの縮小、らせん形パドル間隔の増大、及び、ピッチの縮小を組合わせることによって達成される。パルプの半径方向分散を可能にするように高速回転におけるフィルレベル及び滞在時間を維持するために運搬速度を低下させ、本発明に基づいてこれらの修正を実施することにより、軸方向の分散を最小限にすると言う全く予期しなかった結果が提供される。このようにして、本発明は、半径方向にパルプ粒子を分散させ、ほとんど完全に近いプラグフローを達成する。
【００５５】
例１
本発明により改良された半径方向および軸方向の分散特性が、従来の先行技術によるコンベヤよりも優れていることを実証するために次の例を示す。内径が１９．５インチ、長さが２０フィートのシェルを有するコンベヤ／反応装置が本例に用いられた。当該コンベヤのフルピッチは、１９インチであった（フルピッチは、運搬エレメントの直径に等しい）。本例に使われたパルプは、濃度が約４２％の部分的に漂白された軟材パルプであった。反応装置は、表IIに示すように、異なるパドル構成を使うように改修可能であった。
以前に説明したように、漂白均一性のための１つの重要要因は、パルプの軸方向分散である。軸方向の分散は、表IIにおいて分散指数（ＤＩ）によって示される滞在時間分布として定量化可能である。以前に説明したように、完全なプラグフローは、ＤＩがゼロであることによって表される。
【００５６】
実験運転Ａには、本発明の反応ゾーンに従って配置されたパドルを備えた反応装置を用いた。間隔は半標準（小型）サイズパドルを備えた４分の１のピッチの２４０度らせん形（２４０−Ｑ−Ｓｍ）であった。実験運転Ｂには、本発明の好ましい程度がやや低い実施例に従って改造されたパドルコンベヤが用いられた。
標準サイズパドルが、らせん形のハーフーピッチパターンにおいて１２０度間隔（１２０−Ｈ−Ｓｄ）に配置された。実験運転Ｃ、及び、Ｄには、１２０度らせん形間隔、フルピッチ、標準サイズパドル（１２０−Ｆ−Ｓｄ）に配置された先行技術によって構成されたコンベヤが用いられた。これらの実験運転は、本発明および先行技術に関して、分散特性、及び、フィルレベル及び滞在時間に及ぼす影響を比較するように考案された。
【表２】
0003691845.tif 000009
【００５７】
実験運転Ａにおいて、本発明によれば、比較的高い回転速度（９０ｒｐｍ）により、含オゾン気体に大部分のパルプ粒子を曝すために、本発明によって要求される品質の半径方向分散を提供する。これらの運転条件の下におけるＤＩは２．６である。これは、半径方向に分散中であっても、反応装置を通るパルプの動きがプラグフローに近似することを示す、優れた結果を意味する。同様に、当該速度における運転の結果として得られるフィルレベル及び平均滞在時間は、良好なオゾン消費及び漂白均一性を提供するために十分である。
【００５８】
実験運転Ｂは、本発明にかかる好ましさの程度がやや低い実施例を示す。この実施例は、主として、フィルレベル及び滞在時間を所要範囲内に維持するためには、回転速度を約５０ｒｐｍに低下させねばならないという事実により、好ましさの程度がやや劣る。この回転速度において、半径方向の分散は、好ましい２４０−Ｑ−Ｓｍデザインと同じ品質ではないが、しかし、許容可能なオゾン消費及び白色度に必要な半径方向の分散を得ることはまだ可能である。ただし、ＤＩは４．８と低いので、１２０−Ｈ−Ｓｔｄデザインは、試験運転Ｃ及びＤにおいて示される先行技術よりも著しく有利ではない。ＤＩが４．８であると言うことは、好ましい２４０−Ｑ−Ｓｍデザインの場合程で近似していないが、パルプの動きは依然としてプラグフローに近似しつつあることを示す。
【００５９】
実験運転Ｃ及びＤは、典型的な先行技術によるパドルコンベヤが、本発明の結果を達成しようと試みる条件の下で運転された場合の結果を示す。実験運転Ｃにおいて、先行技術による装置は、フィルレベル及び平均パルプ滞在時間を、本発明とほぼ同じに維持するために、６０ｒｐｍにおいて運転された。この速度において運転した場合に、実験運転Ｂと同様の半径方向分散が可能であるが、ＤＩは、本発明の場合よりもかなり高くなる。このように高いＤＩにおいては、満足な均一漂白を達成することは可能でなく、そして、いくらかのパルプは、過剰漂白のために著しく品質が低下することがあり得る。改良された半径方向分散を達成しようとする試みにおいて、先行技術によるコンベヤの回転速度は、実験運転Ｄにおいて９０ｒｐｍまで増大された。ただし、フィルレベル及び平均滞在時間が許容不可能なレベルまで降下するだけでなく、ＤＩは約１２．５まで更に増加する。
【００６０】
本発明の開示内容を理解するためには、表IIに示すように、本発明にかかるオゾンパルプ漂白作用における半径方向の分散と軸方向の分散との間の関係を理解しなければならない。この関係は、次のように説明でき、即ち、正常な先行技術による回転速度において運転された先行技術による標準コンベヤの場合と同様に、パルプが少なくとも最低限度半径方向に分散され、そして、コンベヤの底部に沿って単に押されるだけに過ぎないような最小の回転速度に到達してしまった後においては、漂白均一性に影響を及ぼす第１要因は、分散指数になる。この最小点に到達した後で、増大した半径方向の分散は、均一性を或る程度まで増大させるが、しかし、反応装置を通るパルプの動きがプラグフローに接近しない場合には、半径方向の分散が増大したことによって得られたあらゆる利点は確実に失われる。これらの理由に関しては、表IIから明白であるように、半径方向の分散は可能であるけれど、先行技術によるパドルコンベヤは、オゾンパルプ漂白には不適当である。
【００６１】
図１２及び１３において、先行技術の分散特性と本発明のそれらとを比較すための用いたデータについて要約する。分散データを獲得するために使われたパルプは軟材パルプであったが、分散特性は、パルプのタイプによって特に影響されない。従って、濃度の同じ硬材および軟材パルプは、同じ分散特性を示すものと予測することができる。図１２は、本発明に従ったＤＩ２．６及びＤＩ４．８と、表IIの実験運転Ａ、Ｂ、及び、Ｃに示す先行技術におけるＤＩ８．９との間の差異を図示する。
【００６２】
例えば、オゾン濃度が６重量％の含オゾン気体を用いて、入来白色度が４１％ＧＥＢの硬材パルプを所要の目標白色度６３％ＧＥＢにするために、本発明に基づいた反応装置内のパルプ滞在時間は約４３秒でなくてはならない。この目標に対しては、許容白色レンジは約６０−６６％ＧＥＢである。この白色度レンジは、約３０から５９秒までの間の滞在時間によって獲得される。白色度が６６％ＧＥＢ以上のパルプは漂白過剰である。かなりの量のこの種漂白過剰パルプが含まれている場合には、パルプ強度は著しく低下する。図１２に示すように、ＤＩ２．６において、約９５％のパルプは、所要滞在時間内に含まれる。パルプ全体の３％未満が過度に漂白される。本発明の好ましさの程度が幾分低い実施例においてさえも、８８％が所要レンジ内に所在する。一方、先行技術によるコンベヤに関する先行技術分布曲線上の長い「テール（裾部分）」は、その滞在時間が約５９秒を超過する遥かに多量のパルプの存在を示す。実際、先行技術によるコンベヤにおいては、約７６％だけが所要レンジ内に所在し、そして、２２％のパルプの滞在時間は５９秒を超過する。滞在時間の長いパルプは漂白過剰された状態となり、結果として、非均一性、セルロース低下、及び、先行技術における高濃度パルプのオゾン漂白と関連した強度損失をまねく。先行技術コンベヤに関する発散指数を、本発明による好ましい２４０−Ｑ−Ｓｍ反応装置および好ましさの程度がやや劣る１２０−Ｈ−Ｓｔｄ反応装置に対して、広範囲の運転速度に亘って比較した結果を図１３に示す。低速度においては、本発明の場合のＤＩがわずかに低いが、３つ全ての場合におけるＤＩは同様である。ただし、例えば２５ｒｐｍのような低速度においては、適切な半径方向分散を提供するために遠心力は十分でなく、パルプは、主として反応装置の底に沿って運ばれ、パルプと気体の接触が不十分となり、結果として、ＤＩが低い場合であっても、繊維は均一に漂白されないことが分かる。半径方向の分散を達成するために速度が増大されるにつれて、本発明のＤＩは比較的一定値に維持され、約１２５ｒｐｍにおいても約５−７を超過しない。一方、先行技術コンベヤのＤＩは、２０以上まで急速に増大する。
【００６３】
先行技術の軸方向の分散特性が優れない１つの理由は、パドルがより頻繁にらせん形間隔を以て配列され、そして、本発明の場合のパドルより大きい場合であっても、各パドルの間に比較的大きい非掃引距離が存在することである。パドル間の非掃引距離が大きい結果として、図１４に示すように、先行技術１２０−Ｆ−Ｓｔｄコンベヤの底部にパルプの大きい土手または隆起が生成される。
【００６４】
プレキシガラスシェルを有する直径１７インチのコンベヤを用いた場合に生成された状態を図１４Ａ−Ｂ及び１５Ａ−Ｂに示す。このコンベヤは、パルプ連続供給を行わなかった。その代りに、シェルをパルプで満たし、そして、停止したパルプが端部において出て行く時まで、コンベヤを作動させた。その時点において、図１４及び１５に用いられたストップアクション写真が撮影された。図１４及び１５に示す全てのパルプは、丸くされたプレキシガラス製シェルの底の上に、実質的にはあらゆる方向に移動することなしに、静止して置かれた状態であった（空中に所在するように見えるパルプは、実際には、透明なシェルの背部の上向きに曲げられた部分に所在する）。
【００６５】
図１４Ａと図１４Ｂ、そして、図１５Ａと図１５Ｂとの間の差異は、図１４Ａ及び１５Ａに示す各パドルの端部とプレキシガラス製シェルとの間に用いられる比較的小さな隙間に現れている。図１４Ａ及び１５Ａにおいて、この隙間は約１／８ないし１／４インチであった。図１４Ｂ及び１５Ｂにおいて、この隙間は１／４ないし３／８インチであった。当該技術分野における一般的な技術者であれば、本発明の開示内容に基づき、この種の隙間における変化が、本発明に従って装置に及ぼす影響を評価するはずである。
図１４Ａ及びＢに示すパルプの土手（マウンド）は、パドルによって作用されることのないデッドゾーンである。マウンドは比較的寸法が大きいので、多数のパルプ粒子がマウンド内に「閉じ込められた」状態になり、一方、他のパルプ粒子はパドルによって前進させられる。マウンド寸法が大きいことは、マウンド内の全てのパルプ粒子が、マウンドを通って循環し、そして、新しい粒子によって完全に置き換えられるためには比較的長い期間が必要とされることを意味する。置き換えにより、マウンドの元の粒子は次のマウンドに移動させられ、このようにして、コンベヤを通過する。各マウンドに対する循環周期が長いために、図１２に示す先行技術分布曲線に長い裾部分を生じる。パドルによる作用を受けないマウンド内に多量のパルプが存在することも、半径方向の分散を減少させる。
【００６６】
一方、図１５Ａ及びＢは、本発明に基づいたパドル配置２４０−Ｑ−Ｓｍの反応装置内におけるパルプを示す。図１５Ａ及びＢは、本発明が、図１４Ａ及びＢに示す先行技術の場合のような明瞭なマウンド及び溝を生じることなしに、比較的より均一なパルプ分布を提供することを示す。個々のパルプ粒子は、かなりの個数のパルプ粒子がパドル間のマウンド内において遅延するように状態を生じることなく、本発明によって、より均一に移動する。その結果として、本発明の場合の分散指数が小さくなる。
【００６７】
あらゆるパドルコンベヤを対象として、非掃引距離が算定可能であり、本発明と先行技術との間の有益な比較を可能にする。図６に示すパドル５２Ｂ−２８及び５２Ｂ−２９において、非掃引距離Ｙは次式により計算可能である。
Ｙ＝Ｘ−Ｂｃｏｓθ
ここに、Ｘは隣接するパドルの中心線間距離であり、Ｂは、パドル幅、例えば、図１０における寸法６０であり、θは、図９原び図１０に示すパドル角度である。
更に、本出願者は、先行技術の標準ＣＥＭＡパドルに、次の関係式が一般的に適用されることを発見した。
Ｂ＝０．３１  Ｄ
ここに、Ｂは同じくパドル幅であり、Ｄはコンベヤの直径である。この関係式は、当初、直径が６インチから２４インチまでの間のコンベヤに関してＣＥＭＡ規格Ｎｏ．３００−００８に基づいて算定され、そして、直径の全範囲に亘って有効であると確信される。小型パドル、即ち、半標準サイズのパドルに対しては、次の関係が適用される。
Ｂ＝０．１５５  Ｄ
この場合にも、同様に、Ｘは、次式により、直径Ｄ（直径はピッチに等しい）によって表わされる。
Ｘ＝Ｄ／ｐｐｐ
ここに、ｐｐｐはピッチ当たりのパドル個数であり、換言すれば、長さが直径に等しい任意の区分におけるシャフトに沿ったパドル数である。例えば、本発明に基づいた２４０−Ｑ−Ｓｍ反応装置コンベヤにおいて、ｐｐｐ＝６である。先行技術に基づいた１２０−Ｆ−Ｓｔｄコンベヤにおいては、ｐｐｐ＝３である。
【００６８】
従って、非掃引距離Ｙは、あらゆる所定のパドル構成に対して、パドル角度θにのみ基づき、直径Ｄにより表わすことが可能である。４５度のパドル角度を用いると、本発明のための反応ゾーンにおける非掃引距離Ｙは０．０６Ｄである。先行技術コンベヤに対する非掃引距離は０．１１Ｄである。従って、非掃引距離が約０．１１Ｄ未満の本発明にかかるパドル構成は、改良された結果をもたらすはずである。非掃引距離は、約０．０９Ｄ未満であることが好ましく、そして、約０．０６Ｄ以下であることが更に好ましい。ある種のパドル構成は、重複パドルを意味する負の非掃引距離値を生じることがある。この種の重複構成も許容されるが、重複パドルは、パドル間のパルプブリッジングに関して他の難問を提示する。ブリッジングを防止するためのパドル間隔に関する必要条件については、前記及び例１２において詳細に検討され、そして、重複パドル構成にっいて取り扱う場合には、慎重に考察しなければならない。
【００６９】
例２−１４
発明の範囲は、更に例２−１４に関連して示される。それは、説明のみの目的のために示されており、あらゆる方法における発明の範囲を制限するとして解釈されるべきではない。別段、示されない限り、全ての化学パーセンテージは、オーブンの乾燥した（ＯＤ）４のウエイトに基づいて計算される。同様に、当該技術分野における熟逹者は、標的白色度値が標的からの正の、或いは、負２％のＧＥＢ値が受け入れられるので、正確に達成される必要がないと理解するであろう。これらの例における供給パルプは、膨らませられた酸素が約１０かそれ以下のＫ数を持つパルプを漂白したことである。粘性の約１３ｃｐｓより大きい約４２％の一貫性、及び、普通は約３８−４２％ＧＥＢのレンジにおける入っている白色度。発明の反応装置に紹介されつつある前に、このパルプは、約２の１ペーハーまで酸性化される。
【００７０】
後続する例２−１１、及び、１４において反応装置は、１９．５インチの内部の直径であった２０フィートの長いシェルを備える運搬インタバルその中に定義済みである。別段、指定されない限り、この反応装置のための十分なピッチは、１９インチ、及び、送り速度である概して部分的に漂白された４２％一貫性の１日に２０トン位であった軟材パルプは、上で記述した。別段、言及されない限り、反流オゾン気体フローは、利用された。例１２、及び、１３におけるデータは、１７インチコンベヤにおいて獲得された。
【００７１】
例２
カットされた、そして、折られたネジ（スクリュー）フライト設計を利用することが、パドルコンベヤの使用によって入手できるそれらと幾分か同様の結果を獲得するということが分かった。カットされた、そして、折り目横形スクリューコンベヤ反応装置と、同様のパルプの給送装置、回転速度、及び、気体滞在時間を利用する本発明のパドルタイプコンベヤ反応装置の１実施例とが比較された。同様に、表IIIにおいて例証された結果によって証明されるパドル形状の使用は、カット折りスクリューコンベヤ反応装置によって得られたものより約１８パーセント更に高いオゾン変換に帰着した。同様にパドル反応装置は、改良された（すなわち下側）分散指数を示した（更にプラグフローに近いパルプの動きを示している）。
【表３】
0003691845.tif 000010
【００７２】
例３
従来のネジタイプコンベヤ反応装置、及び、パドルコンベヤ反応装置の間の比較において、パドルタイプコンベヤ形状は、明確にネジより下側運搬レートを達成するように設計されていた。これによりフィルレベルをネジ式と同様に維持しながら、パドルコンベヤが非常に高い回転速度で運転される。閉じたフライトネジはほぼプラグフローを低いＤＩにしながらパルプを気体に分散しない。以前に説明されたように、同様に非−分散されたパルプのプラグ流れが非−画一的漂白に帰着するので、パルプが同様に分散されない限り、プラグフローを獲得することは、十分ではない。
【００７３】
表IV、パドルコンベヤの非常に大きい回転速度がパドルコンベヤにおけるオゾン変換における２４パーセントの増加に帰着したことを例証する。同様に表IVは又、パドル形状が明確にいかに優れた気体−ファイバー接触を達成するように設計され得るかを従来の運搬計上と対比して例証する。
【表４】
0003691845.tif 000011
【００７４】
例４
パドルコンベヤ上のパドルの設計は、更に高いＲＰＭ動作を可能にするために２０パーセントの一定のフィルレベルをっている間に２０乃至１８オーブン乾燥トンは／１日の供給速度に保ちながら変更された。それによって、パルプ滞在時間を一定の状態に保つ。表Ｖによって証明されたように、設計変更は、オゾン変換における重要な増加を産出した。この例によって示されたようにこの発明によって教示された十分なピッチの変更による従来のパドルアレンジは、妥当なフィルレベルの作動を高いＲＰＭにすることによって、ガス−ファイバー接触を改良する。
【００７５】
例５
論じられたように、好まれたパドル形状は、２４０度であるパドルを備える次元１つを使う４分の１のピッチ設計４５度運搬角度におけるＣＥＭＡの標準の取り付けのハーフ。例３のパドルコンベヤにおいて例証されたように、この形状の使用は、高いオゾン変換効率を供給する。驚くべきことに、この形状の使用は、一定の滞在時間コンディション、そして、４滞在を使用することの広いレンジ上の配分を維持することの付加的利益を提供する、漂白のこのように次の均一性である。これは、図２２に示されたリチウムインジケータデータで例証される。
【００７６】
例６
反流及び共同流れ気体フローの比較は、気体フローの双方の方向のための好意的な結果に帰着した。表VIにおいて例証された効率における増加は、反流気体フローの使用に起因した。
【表５】
0003691845.tif 000012
【表６】
0003691845.tif 000013
【００７７】
例７
反応装置の中の気体滞在時間は、それをパルプ滞在時間のそれと同様にレベルにもたらすために、調節された。表VIIIにおいて例証された結果は、白色度増加の優れたレベルを達成している間に、達成されたほぼ完全なオゾン変換を示す。
【表７】
0003691845.tif 000014
【００７８】
例８
パドルのあらゆる特定の形状の回転一的な速度を変更することによって、パルプ滞在時間は、テーブルVIIIにおいて下で例証されたように、オゾン変換のために所要標的を達成するために、制御され得る。その点で呈示されたデータは、２４０−Ｑ−ＳＤ  ４５コンベヤのためのものである。
【表８】
0003691845.tif 000015
【００７９】
例９
次のテストは、一定供給および同一シャフトＲＰＭに対し、パドル設計の変化の効果を示すために実施された。
【表９】
0003691845.tif 000016
【００８０】
これらのデータ増大している間に、更に小さいパドルへの変化が運搬効率を実質的に減少することを示すレベルを満たし、そして、反応装置において滞在時間をパルプにする。白色度におけるオゾン変換、及び、変化によって測定されたように、これらの変化は、改良された漂白パフォーマンスに帰着した。
付加的変化は、例１０に示される。この情報から、当該技術分野における熟逹者は、いかに特定のパドルコンベヤ反応装置を特定のパルプ上を漂白する所望の度に設計すべきか、そして、運転すべきかかを最も良く決定し得る。
【００８１】
例１０
次の表Ｘは、図２０、及び、図２１を生成するために使われた特定のパドル設計、及び、オペレーティングコンディションを要約する。２０ＴＰＤのパルプ供給、及び、１９．５  Ｉ．Ｄ．の反応装置シェル寸法は、表ＸＣの最初の５列に対して約２０％の目標フィルレベルで使用された。更に、媒体を漂白する６重量パーセントのオゾンは、ＯＤパルプの約１％のオゾンを加えるために、３５ＳＦＭの量で使われた。
【表１０】
0003691845.tif 000017
【００８２】
図２０、及び、図２１におけるそのグラフィック表現に関する表Ｘにおけるデータ例証する。種々の可能な結果、作動することは、最高の気体−パルプ接点とオゾン変換レベルを決定するために種々の作動範囲に亘って可能な漂白結果が表Ｘに示されている。データは又フィレレベル及びパルプ対時間を制御すべく、軸のＲＰＭをいかに変更すべきかを教示している。
【００８３】
例１１
図１６、及び、図１７に呈示された理論上の計算がパルプコンベヤの現実の動作を代表したことを確かめるために、一連のテストが異なるパラメータの下で操作された種々パドルコンベヤにおいてパルプブリッジングを決定された。これらのテストを実施するために１７インチコンベヤが５つの異なるパドルスペーシングを持つパドルシャフトを装備していた。即ち、−−３．５インチ、４．７、５．９、７．２、及び、９インチ−−そして表ＸＩにおいて示されたように、その時操作された。平方フィートにつきポンドにおける現実のパルプ圧密圧力力（ＰＣＦ）は、計算され、そして、最小のパドルスペーシングは、理論上のデータから、そして、現実の結果と比べて見積られた。
【表１１】
0003691845.tif 000018
これらのデータは、理論上の計算が±インチ内の現実の観測と一致すること、そして、理論上の計算は、最小のパドルスペーシングを見積るのに有益であることを示唆している。
【００８４】
例１２
異なるオペレーティングコンディションにおける反応装置のオープンスペースへのパルプの分散の相対角度を決定するために、次のテストは、実施された。１７インチ２４０度４分の１ピッチの標準寸法の４５度コンベヤを逆時計回りに異なるＲＰＭで操作した。反応装置は、各テストに対して同一フィルレベル−−約２５％を有する。カメラは、シャフトの１端部に設けられ、そして、停止・行動写真をとった。ブレードの１つが１２時の位置にあったとき、シャフトは、異なるＲＰＭで動作していた。画像分析は、反応装置の左上の部分における制御された領域において行われ、そして、計算上どのくらいのパルプがこの面積部分を占有してかを判定した。これは、特定のシャフト速度で操作されたとき、コンベヤの相対的パルプ分散特性を示すからである。結果は、表XIIにおいて、そして、図２３−２５に示される。
【表１２】
0003691845.tif 000019
これは、更に高いＲＰＭで操作されたとき、更に大きいパドルコンベヤの分散能力を示す。上述したように、更に高いシャフトＲＰＭが使われるとき、反応装置のフィルレベルは、減少される。しかし、このデータは、同じフィルレベルのための更に高いＲＰＭで達成され得るパルプ分散において、利点を例証する。
【００８５】
例１３
パドルコンベヤは、パルプの送り速度の広いレシ．ジに亘って優れた結果を達成し得る。例えば、オゾン交換１８ＯＤＴＰＤ及び１１ＯＤＴＰＤの送り速度で達成された白色度増加の少なくとも９０％、そして、同様のレベルは、反応装置におけるおおよそ一定のフィルレベルを維持するために、１１ＯＤＴＰＤでパドル回転速度が減少された場合、表XIIIに示される。
【表１３】
0003691845.tif 000020
【００８６】
本発明は、上記目的を達成するように首尾良く設計されることが明白であり、当業者には、多くの変更及び実施例を工夫し得るであろう。請求項は、本発明の真の精神、及び、範囲の中に所在したような修正、及び、実施例の全てをカバーすることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、パドルコンベヤを示すために部分的に切断した、本発明に基づく装置の側面立面図である。
【図２】  図２は、図１に示す装置の急冷ゾーンの拡大された側面立面図である。
【図３】  図３は、本発明の代替実施例の側面図であり、多重ポート気体入口を示す。
【図４】  図４は、図３に示す装置の横断図面である。
【図５】  図５は、図１に示す反応装置の上側区分のパドルコンベヤの部分的な側面図である。
【図６】  図６は、図１に示す反応装置の下側区分のパドルコンベヤの部分的な側面図である。
【図７】  図７は、線７−７に沿って見た、図５に示すパドルコンベヤの区分された部分の端面図である。
【図８】  図８は、線８−８に沿って見た、図６に示されたパドルコンベヤの区分された部分の端面図である。
【図９】  図９は、図５及び６の線９−９に沿って見た、典型的な供給ゾーンパドルの端面図である。
【図１０】  図１０は、図５及び６の線１０−１０に沿って見た、典型的な反応ゾーンパドルの端面図である。
【図１１】  図１１は、図５及び６の線１１−１１に沿って見た、典型的な端部ゾーンパドルの端面図である。
【図１２】  図１２は、本発明及び先行技術に基づいた反応装置に関して、パルプの滞在時間を決定するために、リチウム処理されたパルプが反応装置入口においてインジケータとして添加された後における、反応装置から出るパルプのリチウム濃度対経過時間の関係を表すグラフである。
【図１３】  図１３は、本発明に基づく反応装置の軸方向の分散と先行技術コンベヤの場合とを比較するために分散指数対パドル回転速度の関係を表すグラフである。
【図１４】  図１４Ａ及びＢは、先行技術に基づいて攻勢されたパドルを備えたコンベヤを撮影したストップモーションビデオのプリントアウトであり、比較的大きい非掃引距離によって作られたパルプによるマウンド及び溝を示す。
【図１５】  図１５Ａ及びＢは、本発明に基づいて反応装置の内部を撮影した図１４Ａ及びＢ図と同様のプリントアウトであり、比較的完全なパルプ除去の状態及びパルプの均等な配分状態を示す。
【図１６】  図１６は、異なる直径のパルプコンベヤに対し、シャフトＲＰＭ対パルプ圧密圧力の関係を表すグラフである。
【図１７】  図１７は、濃度４２％の南部軟材パルプに関し、パルプの圧密圧力対パドルの臨界間隔の関係を表すグラフである。
【図１８】  図１８は、或る種のパドルコンベアに関し、パルプの反応装置内滞在時間を決定するために、リチウム処理されたパルプが反応装置入口においてインジケータとして添加された後における、反応装置から出るパルプにリチウム濃度対経過時間の関係を表すグラフである。
【図１９】  図１９は、或る種のパドルコンベアに関し、比較的広いパルプ滞在時間分布および比較的狭いパルプ滞在時間分布を示すグラフである。
【図２０】  図２０は、異なるパドルコンベアに関し、反応装置のフィルレベル対シャフト速度の関係を表すグラフである。
【図２１】  図２１は、異なるパドルコンベアに関し、パルプの滞在時間対シャフト速度の関係を表すグラフである。
【図２２】  図２２は、例５のパドルコンベアに関し、リチウム処理されたパルプが反応装置入口において添加された後における、反応装置から出るパルプのリチウム濃度対経過時間の関係を表すグラフである。
【図２３】  図２３は、種々のシャフト速度の関数としてパルプ分散を示すために、シャフトに平行な線に沿って反応装置内を撮影したストップモーションビデオのプリントアウトである。
【図２４】  図２４は、種々のシャフト速度の関数としてパルプ分散を示すために、シャフトに平行な線に沿って反応装置内を撮影したストップモーションビデオのプリントアウトである。
【図２５】  図２５は、種々のシャフト速度の関数としてパルプ分散を示すために、シャフトに平行な線に沿って反応装置内を撮影したストップモーションビデオのプリントアウトである。
【図２６】  図２６は、反応装置に使用するための、本発明とは異なる運搬エレメントの見取り図である。
【図２７】  図２７は、反応装置に使用するための、本発明とは異なる運搬エレメントの見取り図である。
【図２８】  図２８は、反応装置に使用するための、本発明とは異なる運搬エレメントの見取り図である。
【図２９】  図２９は、反応装置に使用するための、本発明とは異なる運搬エレメントの見取り図であるる。
【図１】
0003691845.tif 000021
【図２】
0003691845.tif 000022
【図３】
0003691845.tif 000023
【図４】
0003691845.tif 000024
【図５】
0003691845.tif 000025
【図６】
0003691845.tif 000026
【図７】
0003691845.tif 000027
【図８】
0003691845.tif 000028
【図９】
0003691845.tif 000029
【図１０】
0003691845.tif 000030
【図１１】
0003691845.tif 000031
【図１２】
0003691845.tif 000032
【図１３】
0003691845.tif 000033
【図１４Ａ】
0003691845.tif 000034
【図１４Ｂ】
0003691845.tif 000035
【図１５Ａ】
0003691845.tif 000036
【図１５Ｂ】
0003691845.tif 000037
【図１６】
0003691845.tif 000038
【図１７】
0003691845.tif 000039
【図１８】
0003691845.tif 000040
【図１９】
0003691845.tif 000041
【図２０】
0003691845.tif 000042
【図２１】
0003691845.tif 000043
【図２２】
0003691845.tif 000044
【図２３】
0003691845.tif 000045
【図２４】
0003691845.tif 000046
【図２５】
0003691845.tif 000047
【図２６】
0003691845.tif 000048
【図２７】
0003691845.tif 000049
【図２８】
0003691845.tif 000050
【図２９】
0003691845.tif 000051