УСТАНОВКА ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА ЖИДКОСТЬЮ
PLANT FOR SATURATION OF FIBROUS MATERIAL WITH FLUID

Область техники
Данное изобретение относится к установке для пропитки волокнистого материала, в частности древесины, древесной щепы и макулатуры.
Уровень техники
Древесная щепа с размерами примерно 4 см × 2 см × 1 см путем измельчения в рафинере разбивается на волокнистые составные части. При этом образуются волокнистая масса ТМР (ТМР - thermo-mechanical pulp, термомеханическая целлюлоза), необходимая для производства бумаги. Чем выше влажность древесной щепы, тем более эластичным, мягким и гибким является соединение волокон в древесной щепе и находящиеся в щепе отдельные волокна. Поскольку с увеличением длины волокон их прочность возрастает и такие волокна подходят для производства высококачественных сортов бумаги, во время измельчения в рафинере стремятся к достижению максимальной влажности и эластичности волокон.
Из патентного документа ЕР 1051551 известен способ пропитки волокнистого материала макулатуры, состоящей из нескольких слоев с покрытием, - например, картона для упаковки напитков. В так называемом картоне для упаковки напитков бумага с обеих сторон покрыта слоями пластмассы и/или алюминия.
Из патентного документа US 5,436,439 известны установка и способ для восстановления волокон целлюлозы из макулатуры. При этом макулатура, окруженная жидкостью, последовательно подвергается действию избыточного давления и разрежения.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача представить устройства, с помощью которых становится возможным просто и эффективно пропитывать древесную щепу или макулатуру в виде тюков.
При этом под пропиткой понимается не только увлажнение древесной щепы на ее поверхности, а внедрение жидкости, в частности, воды, во всем объеме древесной щепы. Это означает, что жидкостью заполняются не только промежутки между волокнами древесной щепы, но и внутренний объем самих волокон.
Эта задача решена согласно изобретению установкой с признаками пункта 1 формулы изобретения.
С помощью установки согласно изобретению становится возможным быстрая и эффективная пропитка жидкостью волокнистого материала в форме древесной щепы или макулатуры в тюках. При этом используются эластичность волокон и изменение объема пустот в волокнах под действием переменного давления.
При производстве целлюлозы действует принцип: чем влажнее древесная щепа, которая подается потоком воздуха в котел для варки целлюлозы, тем выше плотность наполнения котла и вместе с тем его пропускная способность. Кроме того, благодаря применению установки согласно изобретению имеется возможность значительно раньше начинать заполнение котла для варки целлюлозы варочным щелоком, так как при закачивании варочного щелока древесная щепа не всплывает, если ее влажность достаточно велика.
Если для пропитки древесной щепы по способу согласно изобретению используется горячий варочный щелок, то дополнительно также значительно сокращается время варки, так как горячий варочный щелок находится не только между волокнами, но и внутри самих волокон (во внутренних каналах волокон - ″Luumen″).
При использовании для производства древесной массы кругляка (балансовой древесины) как можно более высокая влажность древесины является решающим условием для того, чтобы сохранять незначительной долю обломков и мелких волокон. При этом способе куски древесины длиной до 2 м с большой силой прижимаются к крупному грубому точильному камню и вследствие этого расщепляются на волокна и растираются. Чем влажнее кругляк при такой обработке, тем более эластичным, мягким и гибким становится соединение волокон во всем куске древесины и каждое из его отдельных волокон, и тем меньше содержание обломков и мелких волокон. При использовании таких кусков древесины применение установки согласно изобретению позволяет также достигать экономии значительного количества энергии и времени. Однако выяснилось, что также имеется возможность быстро, экономически целесообразно и эффективно увлажнять сушеные продукты, - например, грибы, фасоль, яблоки в сушеном виде.
Вентиляционный трубопровод согласно изобретению позволяет производить более быстрое изменение давления между пониженным давлением и давлением окружающей среды или повышенным давлением и вследствие этого дополнительно повышать эффективность увлажнения.
Благодаря предусмотренному согласно изобретению, по меньшей мере, одному закрываемому отверстию установка приводится в движение в периодическом режиме обработки (партиями) или, при наличии двух или большего количества отверстий, в непрерывном режиме работы, так что эффективность и производительность установки согласно изобретению существенно увеличивается также благодаря этой улучшенной последовательности осуществления способа.
Согласно данному изобретению для всех волокнистых материалов, подвергаемых увлажнению, пропитывающая жидкость может использоваться в жидкой (жидкость) или газообразной (пар) форме, или в сочетании одного и другого. Жидкость для увлажнения может представлять собой воду, растворитель, отдельное химическое вещество или смесь химикалий. Точно так же возможно использование для увлажнения и жидкости, находящейся в парообразном состоянии.
Все эти пропитывающие жидкости при их применении и использовании в данном изобретении могут также иметь различную температуру от очень низкой и до температуры кипения.
Применяемые средства для пропитки могут иметь окрашивающие, гидрофобные, гидрофильные, отбеливающие свойства, разлагать смолу и лигнин, создавать пропитывающий, консервирующий и/или повышающий либо понижающий поверхностное натяжение эффект, быть веществами неорганической или органической природы.
Особенно предпочтительной показала себя конструкция, в которой корпус имеет закрываемое первое отверстие для загрузки корпуса и закрываемое второе отверстие для разгрузки корпуса, так как вследствие этого становится возможным дополнительное увеличение эффективности и пропускной способности увлажняемого волокнистого материала.
В зависимости от предпочтительной цели применения и от локальных факторов, по меньшей мере, одно отверстие может закрываться при помощи дверцы, заслонки, задвижки, клапана, шнекового затвора, шлюзового затвора и/или гидравлического (сифонного) затвора.
Двери и заслонки особенно хорошо подходят для загрузки крупных элементов увлажняемого волокнистого материала, например, тюка прессованной макулатуры, в то время как задвижка или вентиль оптимально подходят для случая, когда волокнистый материал представлен в мелких частицах и должен подаваться непрерывно. Преимущество дверцы, заслонки, задвижки и клапана состоит в том, что они позволяют закрывать отверстие в определенной степени, и вследствие этого внутри корпуса всегда достигаются контролируемые и воспроизводимые соотношения давления. Благодаря закрыванию отверстия, непроницаемому для газа и выдерживающему давление, скорость смены давления или скорость изменения давления повышается, что положительно отражается на эффективности процесса увлажнения.
Преимущество шнекового затвора видится в том, что он позволяет непрерывно или синхронизированно транспортировать волокнистый материал, который уже смешан с жидкостью, например, водой или варочным щелоком, в корпус, и в то же время герметично и паронепроницаемо закрывает отверстие корпуса. Поэтому шнековый затвор особенно хорошо приспособлен для непрерывной или квазинепрерывной эксплуатации установки и может сочетаться, например, с клапаном или задвижкой.
Кроме того, имеется возможность закрывать отверстия при помощи гидравлического затвора, наполненного служащей затвором жидкостью. Благодаря этому удается обеспечить воздухо- и паронепроницаемое закрывание отверстий корпуса без применения подвижных деталей. Одновременно это дает возможность подавать волокнистый материал в корпус через такой гидравлический затвор или выгружать его из корпуса. Поскольку этот гидравлический затвор представляет собой пассивный запирающий элемент, управление установкой согласно изобретению также упрощается.
Чтобы иметь возможность восполнять количество жидкости, воспринимаемое волокнистым материалом и транспортируемое вместе с волокнистым материалом из корпуса наружу, в следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрена подводящая линия для среды, которой увлажняется волокнистый материал. Кроме того, в этой подводящей линии предусмотрен регулирующий клапан, так что количество находящейся в корпусе среды регулируется в соответствии с заданным значением. Для того, чтобы дополнительно ускорять увлажнение материала и проникновение жидкости в древесную щепу или в пакеты макулатуры, может быть предусмотрен нагнетательный трубопровод со вторым ходовым клапаном. В результате этого имеется возможность осуществлять внутри корпуса не только понижение давления, но также и повышение давления поочередно с этим понижением давления. Благодаря увеличению амплитуды между максимумом и минимумом давления увлажнение и проникновение жидкости в увлажняемый волокнистый материал становится еще более интенсивными.
Нагнетательный трубопровод предпочтительно соединен с компрессором сжатого воздуха и/или с резервуаром высокого давления. Это дает возможность быстро достигать избыточного давления, и в то же время, если применяется резервуар высокого давления, то возможно использование компрессора меньшего размера и его работа в непрерывном режиме.
Соответственно, то же самое относится к вакуумному трубопроводу, который соединен с вакуум-генератором и/или с вакуумным резервуаром.
Чтобы подавать волокнистый материал в установку и выгружать из установки полностью автоматически, предусмотрено транспортировочное устройство, которое выполнено предпочтительно в форме шнекового транспортера, конвейерной ленты и/или цепного транспортера. Однако транспортировочное устройство можно и исключить, если вся установка монтируется с наклоном под достаточно большим углом.
В соответствии с требуемой производительностью и с локальными габаритными условиями возможен монтаж одного или нескольких корпусов, включенных параллельно и/или последовательно по отношению друг к другу. Благодаря этому производительность установки может подбираться в каждом конкретном случае в широких пределах, в зависимости от потребности, на основе стандартных модулей.
Краткий комментарий к фигурам чертежей
Дальнейшие преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения видны из приведенного ниже чертежа, его описания и формулы изобретения. Все признаки, раскрытые в чертеже, в его описании и в формуле изобретения, могут быть существенными для изобретения как по отдельности, так и в любых комбинациях друг с другом.
На чертежах показано следующее:
фигура 1 блок-схема первого варианта осуществления установки согласно изобретению,
фигура 2 блок-схемы следующих вариантов осуществления установки согласно изобретению с двумя шнековыми затворами и со шнековым транспортером,
фигура 3 варианты осуществления установок согласно изобретению с гидравлическими затворами и с ленточным транспортером в качестве транспортирующего устройства или с трубчатым цепным транспортером,
фигура 4 вариант осуществления установки согласно изобретению, которое объединяет в себе функции пульпера и установки согласно изобретению для увлажнения волокнистого материала.
Осуществление изобретения
В варианте осуществления, представленном на фигуре 1, корпус обозначен цифрой 1. Изображенный корпус 1 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, Боковая стенка корпуса 1 выполнена в виде двери 2 и может закрываться с помощью затвора 3, герметично и паронепроницаемо.
На фигуре 1 установка для пропитки согласно изобретению представлена схематично и в значительно упрощенном виде. Конструктивные детали на этом изображении не видны, однако, они понятны для специалиста.
Для загрузки корпуса 1 дверь 2 открывается, и имеется возможность подавать в корпус 1, например, древесную щепу или непоказанный тюк макулатуры. Затем дверь 2 закрывается и запирается таким образом, что внутренняя часть корпуса отделена от окружающего пространства герметично и паронепроницаемо.
Путь, по которому непоказанный бумажный тюк загружается в установку и выгружается из нее, показан двойной стрелкой 10.
Разумеется, предпочтительно наличие возможности заезда во внутреннюю часть корпуса тележки с подъемным приспособлением или другого транспортного устройства, чтобы легко и быстро с помощью такой тележки помещать внутрь корпуса один или несколько тюков макулатуры, находящиеся, например, на европоддоне.
К корпусу 1 присоединены различные трубопроводы, с помощью которых производится увлажнение древесной щепы или макулатуры (не показаны).
Подводящая линия обозначена цифрой 4. В подводящей линии находится регулирующий клапан 5.
Через подводящую линию во внутреннюю часть корпуса 1 может подаваться в соответствии с потребностью жидкость, которой должен увлажняться волокнистый материал, в жидком и/или парообразном состоянии. Для увлажнения как правило применяется вода. Однако возможно добавление в воду различных добавок или применение другой жидкости, например, варочного щелока.
Само собой разумеется, что выше по потоку относительно регулирующего клапана находится непоказанное подающее устройство, например насос, и/или накопительный резервуар.
Цифрой 6 обозначен вакуумный трубопровод. На этом вакуумном трубопроводе 6 имеется первый ходовой клапан 7, который выполнен, как правило, в виде переключаемого двухходового двухпозиционного клапана, а также вакуумный резервуар 19 и вакуум-генератор 20. Вакуумный резервуар 19 предусмотрен только в качестве опции. Если такой вакуумный резервуар 19 имеется, то размеры вакуум-генератора 20 могут выбираться относительно небольшими, и он может всасывать воздух или пар из резервуара 19 непрерывно. Когда после этого ходовой клапан 7 открывается, снижение давления во внутреннем пространстве корпуса 1 происходит очень быстро и эффективно несмотря на то, что вакуум-генератор 20 относительно мал. Разумеется, объем вакуумного резервуара 19 и объем корпуса 1, также как и мощность вакуум-генератора 20, должны быть согласованы друг с другом.
Цифрой 8 обозначен нагнетательный трубопровод, в который интегрирован второй двухходовой двухпозиционный клапан 9.
Этот нагнетательный трубопровод 8 связан с компрессором 15 и резервуаром 16 высокого давления. Резервуар 16 высокого давления здесь также служит для того, чтобы увеличивать ресурс компрессора 15 и одновременно уменьшить требуемую мощность компрессора 15.
Нагнетательный трубопровод 8 требуется только в том случае, если после снижения давления во внутреннем пространстве корпуса 1 должно создаваться избыточное давление.
В качестве дополнительных возможностей через нагнетательный трубопровод 8 в корпус 1 могут подаваться воздух, пар или жидкость.
Цифрой 11 обозначен вентиляционный трубопровод. В этом вентиляционном трубопроводе 11 предусмотрен третий ходовой клапан 12.
Установка согласно изобретению функционирует следующим образом:
При открытой двери 2 увлажняемый волокнистый материал подается в корпус 1. Затем дверь 2 закрывается, герметично и паронепроницаемо.
Первый ходовой клапан 7, второй ходовой клапан 9 и третий ходовой клапан 12 сначала закрыты. Среда, необходимая для увлажнения бумаги (не показана), находящейся в корпусе 1, подается в парообразном и/или жидком состоянии во внутреннюю часть корпуса 1 при, по меньшей мере, частично открытом регулирующем клапане 5 через подводящую линию 4.
Затем регулирующий клапан 5 закрывается, и первый ходовой клапан 7 быстро открывается. Вследствие этого внутренняя часть корпуса 1 соединяется с вакуумным резервуаром 19, и происходит выравнивание давления между обоими резервуарами. В результате этого давление во внутренней части корпуса 1 резко падает до значения между 0,9 бар и 0,1 бар, предпочтительно до величины от 0,7 бар до 0,3 бар.
Как только в корпусе 1 достигнуто желаемое разрежение, первый ходовой клапан 7 закрывается, и непосредственно после этого открывается третий ходовой клапан 12 с тем, чтобы могло происходить выравнивание давления между окружающей средой и внутренней частью корпуса. При этом особое значение имеет ″резкий″ характер выравнивания. Оно должно происходить настолько быстро, чтобы разрыхленные под действием вакуума волокна и пустоты между волокнами захотели снова принять свою первоначальную форму.
При желании можно через несколько секунд снова закрыть третий ходовой клапан 12 и открыть второй ходовой клапан 9. Между закрытием третьего ходового клапана 12 и открытием второго ходового клапана 9 могут пройти несколько секунд, или даже менее одной секунды. Так как нагнетательный трубопровод 8 связан с резервуаром 16 высокого давления, сразу после открывания второго ходового клапана 9 происходит выравнивание давления между резервуаром 16 высокого давления и внутренним объемом корпуса 1. Вследствие этого давление внутри корпуса поднимается до значений, превышающих давление окружающей среды. Предпочтительны значения избыточного давления между 0,1 бар и 1 бар.
Когда достигнуто желаемое значение избыточного давления внутри корпуса 1, второй ходовой клапан 9 закрывается, и это избыточное давление поддерживается в течение нескольких секунд, например, 5 секунд, предпочтительно, однако, меньше двух секунд. Теперь цикл начинается с начала. Чтобы не снижать избыточное давление при помощи вакуум-генератора 20, можно сначала ненадолго открыть третий ходовой клапан 12, чтобы избыточное давление снизилось через вентиляционный трубопровод 11 выравнивания давления.
На фигуре 2.1 показан второй вариант осуществления установки согласно изобретению, которая эксплуатируется предпочтительно в непрерывном режиме, но может также использоваться и в режиме периодической работы.
Корпус 1 выполнен в виде цилиндрической трубы.
На левом, в изображении на фигуре 2.1, конце корпуса 1 предусмотрено первое отверстие 21. Перед этим первым отверстием 21 расположен шнековый затвор 23 и загрузочная воронка 25. Между первым отверстием 21 и шнековым затвором 23 расположен клапан 27, который может приводиться в действие при помощи исполнительного элемента 29, например, в форме пневматического цилиндра. На фигуре 2.1 первый запорный клапан 27 изображен в закрытом состоянии. Пунктиром представлено открытое положение клапана 27.
Как видно на фигуре 2.1, подводящая линия 4 разветвляется таким образом, что одно ответвление подводящей линии 4 через регулирующий клапан 5.1 входит непосредственно в корпус 1, в то время как другие ответвления 4.1 и 4.2 впадают соответственно в загрузочную воронку 25 и шнековый затвор 23.
Выше по потоку относительно ответвлений 4.1 и 4.2 предусмотрен второй регулирующий клапан 5.2, который служит также для управления количеством жидкости, подаваемой в установку согласно изобретению.
Устройство шнекового затвора 23 аналогично конструкции обычного шнекового транспортера. Существенное различие состоит в том, что шаг шнекового транспортера уменьшается в направлении подачи, так что дополнительно к движению подачи производится еще и уплотнение транспортируемого материала. Но шнековый затвор может дополнительно еще и конически сужаться.
В загрузочную воронку 25 подается увлажняемый волокнистый материал, предпочтительно в форме древесной щепы, вместе с жидкостью, например, водой, и затем при помощи первого шнекового затвора 23 транспортируется в направлении корпуса 1. Одновременно с движением подачи происходит сжатие транспортируемой древесной щепы, так что в первом шнековом затворе 23 образуется непроницаемая для давлении пробка. Вследствие этого достигается уплотнение внутренней части корпуса относительно окружающей среды. Как правило, оказывается достаточно уплотнения отверстия 21 шнековым затвором 23, или, соответственно, сжатой с ее помощью древесной щепой. Однако, дополнительно может предусматриваться еще и запорный клапан 27, как показано на фигуре 2.1.
Когда первый шнековый затвор 23 переместил древесную щепу и воду через первое отверстие 21 в корпус, эту смесь из древесной щепы и воды посредством шнекового транспортера 31, который расположен во внутренней части корпуса 1, медленно транспортируют через корпус 1. Во время прохождения материала через корпус 1 происходят изменения давления, описанные в связи с вариантом осуществления согласно фигуре 1. В результате этого древесная щепа увлажняется. После того, как древесная щепа при помощи шнекового транспортера 31 проходит через корпус 1, она попадает через второе отверстие 33 во второй шнековый затвор 35. В конце второго шнекового затвора 35 также расположены запорный клапан 27 и исполнительный элемент 29, приводящий этот запорный клапан 27 в действие. Это позволяет в любое время запирать также и второе отверстие 33 корпуса герметично и паронепроницаемо. При соответствующем наклонном положении корпуса 1 шнековый транспортер 31 можно и исключить.
Если запорный клапан 27 в конце второго шнекового затвора 35 открывается, или если давление шнекового затвора 35 выше, чем давление исполнительного элемента 29, то увлажненная древесная щепа, а также, возможно, присутствующая лишняя вода могут выходить из установки согласно изобретению вниз.
Установка согласно изобретению в варианте осуществления, описанном на основании фигуры 2, может эксплуатироваться по выбору как в непрерывном, так и в периодическом режиме, поскольку в любое время древесная щепа при помощи первого шнекового затвора 23 может транспортироваться внутрь корпуса 1, и увлажненная древесная щепа с помощью второго шнекового затвора 35 может выводиться из корпуса 1.
Возможно также исключить второй шнековый затвор 35, и закрывать второе отверстие 33 исключительно запорным клапаном 27. Такой вариант исполнения представлен на фигуре 2.2.
В варианте осуществления, представленном на фигуре 3.1, первое отверстие 21 и второе отверстие 33 корпуса 1 закрыты гидравлическим затвором 36. В гидравлическом затворе 36 находится вода или другая подходящая, служащая в качестве затвора жидкость.
Уровень наполнения служащей затвором жидкости устанавливается при помощи подводящих патрубков 37 и регулирующих клапанов 38 таким образом, что отсутствует непосредственное соединение между воздухом во внутренней части корпуса 1 и воздухом окружающей среды. Для этого предпочтительно расположение первого отверстия 21 и второго отверстия 33 на вертикальной стенке корпуса 1.
Через первое отверстие 21 и второе отверстие 33 и через гидравлические затворы 36 проводится ленточный транспортер 40, который подает увлажняемый волокнистый материал (не показан) во внутреннюю часть корпуса 1. Направляющие ролики, относящиеся к ленточному транспортеру 40, обозначены цифрой 34. На ленточном транспортере 40 расположены зубцы 42, которые позволяют транспортировать волокнистый материал также в вертикальном направлении противоположно силе тяжести. В корпус 1 входят подводящая линия 4, вакуумный трубопровод 6 и нагнетательный трубопровод 8. Управление притоком и соответственно оттоком производится посредством этих трубопроводов при помощи вентилей 5, 7 и 9 уже описанным выше способом.
На фиг.3.2 показан еще один вариант осуществления установки согласно изобретению с гидравлическим затвором и транспортером, в данном случае трубчатым цепным транспортером.
Фиг.4 представляет дальнейший вариант осуществления установки согласно изобретению для пропитки волокнистого материала, которое особенно хорошо приспособлено для пропитки отдельных либо нескольких тюков макулатуры или целлюлозы, бумаги в листах, а также разделенных рулонов бумаги.
Эта установка может быть изготовлена путем переоборудования обычного пульпера и подходит также для дооснащения таких пульперов. Пульпер, а также смонтированная на нем сверху крышка должны соответствовать параметрам давления, существующим в рамках данного изобретения, и выполнены соответствующим образом.
Волокнистый материал посредством транспортного устройства 42 подается через открытое отверстие 21 в корпус 1. Затем заслонка 48 сдвигается вниз, и вследствие этого отверстие 21 закрывается.
Регулирующий клапан 5 на подводящей линии 4 открывается, и увлажняющая жидкость, в частности, вода, заливается до желаемого уровня. Когда уровень достигнут, регулирующий клапан 5 снова закрывается.
Затем включается двигатель 46, при этом ротор 44 приводится во вращение. В результате этого происходит перемешивание находящейся в корпусе 1 тюков макулатуры или целлюлозы с увлажняющей жидкостью.
В отношении трубопроводов 4, 6 и 8 действительно все вышесказанное относительно этих трубопроводов в связи с вышеизложенными вариантами осуществления.
После того, как волокнистый материал увлажнен, включается насос 48, и увлажненный волокнистый материал откачивается сквозь перфорированную пластину 50. Затем заново начинается заполнение пульпера и увлажнение.
Поскольку полное увлажнение волокнистого материала происходит за очень короткое время (менее двух минут), и полностью увлажненный волокнистый материал сразу после этого очень хорошо поддается измельчению с небольшими затратами энергии, возможно также непрерывное откачивание материала через перфорированную пластину 50. Неволокнистый материал (например, пленка, проволока) периодически удаляется, как это делается и сейчас, через большое отводное отверстие (не показано) или посредством устройства типа грейферного крана через непоказанные отверстия в крышке пульпера.
Благодаря очень короткому времени увлажнения в описанной установке и тем самым очень короткому времени выдерживания и распускания макулатуры в пульпере становится возможным очень быстрое отделение волокон бумаги от пластмассовых пленок или других покрытий и откачка бумажных волокон через перфорированную пластину 50. Таким образом, становится возможным удалять неволокнистые материалы из корпуса 1 пульпера значительно большими количествами. Кроме того, в результате этого имеется возможность очень значительно сократить обычные сейчас трудозатраты на последующую сортировку волокнистого материала, который откачивается через перфорированную пластину 50.