УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКОН
APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING FIBRES

Изобретение относится к устройству и способу обработки волокон, в частности целлюлозы, из смеси веществ, содержащих волокна или целлюлозу, при этом только разделительная поверхность второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела покрывается смесью веществ в отношении первой рафинирующей поверхности.
Волокна для текстильной и особенно бумажной промышленности обычно подлежат обработке или переработке для последующего использования, чтобы полученный продукт, такой как бумага, мог иметь желаемые свойства с точки зрения прочности, качества поверхности, пригодности для печати и т.п.
Чаще всего в бумажной промышленности используются процессы рафинирования, в которых применяются рафинировочные установки, в частности рафинеры. Специалистам известно о множестве возможных конфигураций рафинирующих поверхностей, между которыми обрабатываются волокна веществ или их смеси. Рафинирующие поверхности обычно снабжены отдельными зубьями, стержнями, рядами зубьев и т.п., между которыми предусмотрены канавки, выемки и т.п. Такие рафинирующие поверхности с лезвиями или даже инструментами для рафинирования часто называют наборами (для рафинирования).
Обычно во время обработки смесь веществ прессуется между рафинирующими поверхностями и обрабатывается в зоне обработки или переработки. В зависимости от расположения инструментов для рафинирования или рафинирующих поверхностей, зона обработки образуется между рафинирующими поверхностями, вращающимися в одном направлении (например, роторно-статорное устройство однодискового рафинера) или между рафинирующими поверхностями, вращающимися относительно друг друга (например, рафинер с двумя дисками). Даже другие рафинеры, такие как барабанные или конические рафинеры, работают по этому принципу. В аналогичных процессах, таких как диспергирование, смесь веществ, содержащих волокна, наносится на рафинирующие, перерабатывающие или обрабатывающие поверхности.
Обработка или переработка волокон происходит при помощи импульсов давления между выступами, такими как лезвия, края и прочими элементами соответствующих рафинирующих поверхностей. Будет ли предпочтение отдано нарезке волокон (четкое рафинирование) или фибриллированию (жирное рафинирование) во время обработки зависит от некоторых параметров, известных специалисту. В качестве параметров, помимо геометрии инструментов для рафинирования, настройки зазора рафинирования или зоны обработки, удельной краевой нагрузки, определенной Брехт-Зивертом, используемой плотности вещества, даже другие факторы могут влиять на интенсивность рафинирования смеси используемых веществ и обработанных волокон соответственно.
Для обеспечения экономичного рафинирования или диспергирования смеси веществ с высокой производительностью до сих пор известны только такие устройства, в которых рафинирующие поверхности и частично смежные вторичные поверхности находятся в непосредственном контакте со смесью веществ. Это означает, что, руководствуясь примером рафинера с двумя дисками, как описано, например, в DE 10066175B4, или даже барабанного рафинера, как описано, например, в ЕР 2659061 В1, очень большое количество энергии должно быть затрачено на перемещение вращающихся рафинирующих поверхностей. Кроме того, для большинства известных устройств требуется корпус высокого давления, который позволит обеспечить подачу смеси веществ, подлежащих переработке, в зону обработки. Другими словами, необходимо нанести смесь веществ на всю движущуюся рафинирующую поверхность обоих инструментов для рафинирования, используемых в процессе обработки. В большинстве случаев смесь веществ наносится также на другие движущиеся части, например, валы; в результате часть используемой энергии не может быть использована для фактической обработки волокон. Более того, известные устройства часто должны быть снабжены сложными уплотняющими составами, чтобы гарантировать контролируемую подачу и/или удаление смеси веществ. Кроме того, известные устройства часто имеют очень сложную конструкцию, в результате чего возникают относительно высокие затраты на техническое обслуживание и сервисные работы, поскольку используемые наборы или инструменты для рафинирования изнашиваются и всегда требуют простоя для проведения работ по техническому обслуживанию.
Другие конструкции рафинеров также известны специалисту под термином «рафинеры Холландера», в которых рафинер в форме барабана без давления погружен в суспензию, содержащую волокна. Однако непрерывная работа невозможна, в результате чего пропускная способность перерабатываемой смеси веществ остается очень низкой.
Цель настоящего изобретения - преодолеть недостатки уровня техники и предоставить устройство и способ, с помощью которых пользователь может выполнять простую, экономичную, надежную и особенно энергоэффективную обработку или переработку смеси веществ, содержащих волокна. Другая цель изобретения - максимальное снижение общих затрат энергии и особенно мощности холостого хода во время работы устройства. Кроме того, настоящее изобретение должно обеспечивать устройство и способ, которые подходят для обработки веществ различной плотности с небольшими корректировками и, среди прочего, значительно сокращают длительность или снижают стоимость работ по техническому обслуживанию.
Цель можно достичь при помощи устройства и способа в соответствии с формулой изобретения. Устройство согласно изобретению, в частности рафинер, для обработки волокон из смеси веществ, содержащих волокна, содержит, по меньшей мере, один выпускной элемент для прохождения смеси веществ, содержащих волокна, имеющий выпускное отверстие и, по меньшей мере, одну первую рафинирующую поверхность, расположенную вокруг выпускного отверстия в окружном направлении и, по меньшей мере, одно подающее устройство для позиционирования выпускного элемента. Для обработки смеси веществ, содержащих волокна, предусмотрен подвижной обрабатывающий элемент, имеющий вторую рафинирующую поверхность, напротив, по меньшей мере, одного выпускного элемента, причем при прохождении смеси веществ, содержащих волокна, через выпускной элемент формируется зона обработки между первой рафинирующей поверхностью выпускного элемента и разделительной поверхностью второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела, на которую нанесена смесь веществ.
В способе согласно изобретению реализованы, по меньшей мере, следующие этапы процесса:
- обеспечение смеси веществ, которая включает, по меньшей мере, один жидкий компонент, предпочтительно воду, и волокна, предпочтительно целлюлозу;
- перемещение подвижного обрабатывающего тела относительно, по меньшей мере, одного выпускного элемента с заданной скоростью вращения;
- прессование смеси веществ, содержащих волокна, по меньшей мере, через один выпускной элемент с заданным давлением процесса;
- обработка смеси веществ путем формирования зоны обработки для обработки волокон между первой рафинирующей поверхностью, по меньшей мере, одного выпускного элемента и разделительной поверхностью второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела, на которую наносится смесь веществ за счет размещения выпускного элемента относительно подвижного обрабатывающего тела;
Из-за относительного перемещения второй рафинирующей поверхности обрабатывающего тела относительно выпускного элемента или первой рафинирующей поверхности волокна смеси веществ обрабатываются или перерабатываются в зоне обработки. В контексте этого изобретения под обработкой понимают фибрилляцию, и/или укорачивание, и/или увеличение связывающей способности волокон и/или дисперсии, вплоть до образования нановолокон. Таким образом, можно регулировать интенсивность очистки. Интенсивность обработки волокна может быть относительно легко установлена через рабочее расстояние или зазор рафинирования и/или относительную скорость эффективных рафинирующих поверхностей или наборов для рафинирования относительно друг друга и/или конструкции наборов для рафинирования.
Существенное преимущество заключается в энергоэффективном расположении частично известных компонентов, в частности в применении только разделительной поверхности второй рафинирующей поверхности, которая расположена на подвижном обрабатывающем теле. Значительного снижения мощности холостого хода можно достичь за счет применения, по сравнению с известными устройствами, относительно небольших частей второй рафинирующей поверхности или подвижного инструмента для рафинирования. Таким образом, общий расход энергии на работу устройства, в частности на обрабатывающее тело, могут быть значительно уменьшены по сравнению с рафинирующей поверхностью, «полностью» покрытой смесью веществ. Для дальнейшего объяснения приводится ссылка на пример, схематичное изображения на ФИГ. 1а в сравнении с вариантами осуществления согласно изобретению и их анализ.
Кроме того, предусмотрена возможность очень бережной обработки волокон благодаря тому, что можно регулировать высокие скорости вращения подвижного обрабатывающего тела или относительные скорости между первой и второй рафинирующей поверхностью, в результате чего подводимая энергия для рафинирования относительно высока по сравнению с общим расходом энергии.
Устройство согласно изобретению подходит для обработки множества органических и/или синтетических волокон, но предпочтительно волокнистой массы или целлюлозы. Смесь веществ может подаваться, по меньшей мере, через одно подающее устройство для продвижения смеси веществ, содержащих волокна, к выпускному элементу с заранее заданным давлением процесса. Заранее заданное технологическое давление создает непрерывный поток смеси веществ в зоне обработки и может использоваться для изменения скорости движения смеси веществ в зоне обработки.
Представленное устройство также позволяет удалять длинные и/или недостаточно нарезанные или обработанные волокна и/или другой мешающий материал из зоны обработки за счет относительного движения обрабатывающего тела и предотвращения засорения устройства. Таким образом, можно обработать относительно большое количество смеси веществ, а также можно повысить однородность обработанной смеси веществ. Также повышается безопасность процесса.
Кроме того, используемые рафинирующие поверхности можно относительно легко отрегулировать в соответствии с требованиями смеси веществ, подлежащих обработке, в результате чего функция диспергатора или рафинера может быть реализована с тем же принципом работы с помощью устройства или способа согласно изобретению. Следовательно, можно обрабатывать вещества с очень разными плотностями от 0,1 до 35 об. % и частично также до 50 об. %, при этом плотности вещества от 2 до 3 5 об. % являются обычными для стандартных диспергаторов или рафинеров. Одна из причин этого заключается в том, что удаление смеси веществ в зоне обработки не так сильно зависит от геометрии канавок двух соответствующих рафинирующих поверхностей, но в значительной степени поддерживается относительным перемещением второй рафинирующей поверхности относительно первой рафинирующей поверхности. Конструкция подающего устройства в виде обычного жидкостного насоса может оказаться недостаточной при определенных обстоятельствах для веществ с очень высокими плотностями, и в качестве альтернативы может оказаться полезным, например, винтовой конвейер или подобный инструмент.
Первая и/или вторая или дополнительная рафинирующая поверхность может иметь зубцы, лезвия или аналогичные выступы, которые, если устройство согласно изобретению выполнено в виде диспергатора, сцепляются друг с другом во время работы; в то время как, если устройство выполнено в виде рафинера, они перемещаются друг мимо друга предпочтительно в виде рядов лопастей.
Кроме того, устройство согласно изобретению характеризуется относительной простотой и экономичностью в плане изготовления и эксплуатации, поскольку в нем отсутствуют сложные компоненты. Любые быстроизнашивающиеся детали относительно доступны и экономичны для замены, что позволяет значительно увеличить время эксплуатации. Кроме того, по меньшей мере, один выпускной элемент при определенных обстоятельствах может быть изменен или заменен, даже во время эксплуатации устройства.
Поскольку обработанная смесь веществ значительно ускоряется при выходе из зоны обработки, ее можно легко собрать в корпусе, окружающем, по меньшей мере, части обрабатывающего тела и/или выпускного элемента. Таким образом, значительная часть обрабатывающего тела не находится в прямом контакте со смесью веществ. Обрабатывающее тело можно перемещать с низким сопротивлением, в результате чего общая потребляемая мощность может быть значительно снижена на величину сохраненной мощности в режиме ожидания. Это также означает, что для подачи/удаления смеси веществ нет необходимости использовать корпус высокого давления, вместо этого достаточно использовать простой корпус для сбора вещества.
Кроме того, может оказаться целесообразным сделать так, чтобы подвижное обрабатывающее тело было сконструировано таким образом, чтобы его можно было приводить в движение в направлении движения, по существу, в боковом направлении, предпочтительно перпендикулярно, к оси выпускного элемента с помощью приводного устройства.
Это соответствует «активному» и, таким образом, регулируемому движению подвижного обрабатывающего тела в направлении движения. Ось выпускного элемента по существу соответствует воображаемой продольной оси, проходящей через выпускной элемент в центре выпускного отверстия. Движение происходит по существу в боковом направлении, предпочтительно перпендикулярно, к оси выпускного элемента и может быть инициировано и регулироваться с помощью приводного устройства. Таким образом, скорость вращения подвижного обрабатывающего тела и, следовательно, величина интенсивности рафинирования в зоне обработки могут относительно легко регулироваться.
Как объяснено выше, на так называемую нагрузку на краях рафинировочных поверхностей, то есть инструментов для рафинирования или наборов для рафинирования, и, таким образом, на степень укорочения волокон во время рафинирования можно эффективно воздействовать посредством скорости вращения обрабатывающего тела или скорости вращения второй рафинирующей поверхности. Удельная нагрузка на края по Брехту-Зиверту представляет собой хорошо известный показатель интенсивности рафинирования. Таким образом, удельную нагрузку на краях следует понимать как параметр интенсивности, который указывает на количество энергии, вводимой в смесь веществ с определенной длиной лезвия/края/канавки. Интенсивность рафинирования определяется как отношение чистой мощности рафинирования к длине края в секунду в Дж/м. Чистая мощность рафинирования соответствует разнице между общей мощностью рафинирования и мощностью накачки или мощностью холостого хода.
Чем выше нагрузка на краях, тем сильнее укорачиваются волокна; в то время как более низкая нагрузка на краях усиливает фибриллирующий эффект. Нагрузку на краях можно уменьшить, увеличив скорость вращения, и ее можно увеличить, уменьшив скорость вращения. Таким образом, согласно изобретению можно относительно легко установить заданное заранее качество обработанных волокон. Соответственно, в качестве приводного устройства можно использовать любой тип двигателя, например, электрический или гидравлический.
Также можно предусмотреть, чтобы подвижное обрабатывающее тело имело осесимметричную конструкцию, например, в виде диска, цилиндра, конуса или в виде ленты, цепи или пояска.
Специалист может выбрать геометрию обрабатывающего тела с учетом доступного пространства, скорости подачи, мощности привода и т.п. В некоторых случаях могут быть предпочтительными ленточные обрабатывающие тела, которые также только частично покрываются смесью веществ. Осесимметричные обрабатывающие тела также обеспечивают относительно простую конструкцию в соответствии с поставленной задачей, а их конструкция может предполагать очень стабильные размеры без необходимости нести чрезмерные расходы энергии на движение; поскольку в каждом случае смесь веществ распыляется только на разделительную поверхность второй рафинирующей поверхности, на которую нанесены вещества.
Также особенно полезным может стать исполнение подвижного обрабатывающего тела с возможностью вращения в виде диска в боковом направлении, предпочтительно перпендикулярно к выпускному элементу.
При воплощении в виде диска или пластины можно особенно хорошо использовать преимущества недорогой поставки, длительного срока службы и низких затрат на техническое обслуживание. Кроме того, такие диски могут иметь подходящие приемники для отдельно расположенных рафинирующих поверхностей, в результате чего при необходимости следует заменять только изношенную рафинирующую поверхность.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы, по меньшей мере, одно подающее устройство было выполнено с возможностью перемещения параллельно оси вращения диска для установки предварительно заданного радиального расстояния оси выпускного элемента от оси вращения.
Этот вариант осуществления обеспечивает независимую или даже дополнительную возможность управления относительной скоростью в зоне обработки, которую можно относительно легко регулировать с использованием различных окружных скоростей в зависимости от радиального расстояния от оси вращения. Такой вариант можно предусмотреть в дополнение или даже вместо управления скоростью вращения приводного устройства, в результате чего будет получен еще один эффективный метод регулировки интенсивности рафинирования.
Согласно дальнейшей разработке, по меньшей мере, первая рафинирующая поверхность может иметь как минимум один, а предпочтительно более двух рядов лезвий.
Для выполнения данного изобретения требуется, по крайней мере, одна первая рафинирующая поверхность, «оборудованная лезвиями» или краями. В определенных обстоятельствах вторая рафинирующая поверхность может иметь только множество зубцов, чтобы прикладывать скачки давления к волокнам смеси веществ во время обработки или переработки. Однако было обнаружено, что особенно качественная обработка, в частности рафинирование, может быть достигнута, если обе рафинирующие поверхности имеют несколько рядов лезвий, как это предпочтительно в устройстве, сконструированном в виде рафинера.
Кроме того, может быть целесообразно, чтобы, по меньшей мере, один ряд лезвий первой рафинирующей поверхности имел закрытый рафинировочный край.
Посредством закрытых рафинировочных краев обработка волокон может быть улучшена так, чтобы можно было лучше контролировать выход необработанной смеси веществ через любые выемки, каналы или канавки или даже полностью избежать его. Подобное создание ударных нагрузок и/или измельчение краевых контактов может значительно способствовать повышению эффективности измельчения, то есть увеличению вероятности обработки волокон. Данный способ также позволяет повысить стабильность процесса и качество обработанных волокон.
Более того, можно предусмотреть, чтобы первая рафинирующая поверхность имела продольную протяженность, которая должна быть больше в направлении движения, чем в поперечном направлении и/или против направления движения.
Путем оптимизации формы первой рафинирующей поверхности может быть достигнута гомогенизация выхода смеси веществ по окружности первой рафинирующей поверхности. Гомогенность и/или качество обрабатываемой смеси веществ также могут быть улучшены таким образом, поскольку интенсивность рафинирования может быть улучшена или, вернее, практически одинакова во всех направлениях по эффективной первой рафинирующей поверхности.
Кроме того, по меньшей мере, один или более двух рядов лезвий первой рафинирующей поверхности могут быть расположены концентрически по отношению к выпускному отверстию.
Благодаря этой мере можно эффективно уменьшить или даже избежать неконтролируемого выхода смеси веществ через выемки, канавки или каналы. Ряды лезвий могут предпочтительно иметь замкнутую краевую линию, в результате чего этот эффект может быть дополнительно усилен. Такое усиление скачков давления и/или контактов рафинировочных краев может значительно повысить эффективность рафинирования.
В соответствии с конкретной формой первая рафинирующая поверхность может быть спроектирована как по существу дополняющая по форме разделительную поверхность второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела, на которую наносится смесь веществ.
В частности, в случае изогнутых внутренних или внешних поверхностей обрабатывающего тела, например, в случае цилиндра или конуса, эта мера может повысить однородность выхода смеси веществ из зоны обработки, которая образуется для неровной разделительной поверхности, на которую наносится смесь веществ. Это может решающим образом способствовать гомогенизации локальных выходных скоростей и/или интенсивности рафинирования волокон, подлежащих обработке в зоне обработки, через первую рафинирующую поверхность, что способствует повышению качества.
В соответствии с предпочтительным дополнительным усовершенствованием может быть предусмотрено, что концевой участок, по меньшей мере, одного выпускного элемента будет выполнен с возможностью вращения, предпочтительно с возможностью вращения, по меньшей мере, частично вокруг оси выпускного элемента.
С помощью вращающегося выпускного элемента, например, посредством подходящей конструкции первой рафинирующей поверхности, можно осуществить «пассивное» вращение первой рафинирующей поверхности во время прохождения смеси веществ. Однако создание отдельно приводимой, то есть поворотного концевого участка, считается предпочтительным. В обоих случаях износ первой рафинирующей поверхности, который развивается в основном в направлении движения подвижного обрабатывающего тела, может быть компенсирован поэтапно или даже непрерывно с «активным» заранее заданным вращением. В результате достигается равномерный износ первой рафинирующей поверхности, благодаря чему срок службы или эксплуатации может быть увеличен. Это также может быть использовано для постоянного улучшения однородного качества обрабатываемой смеси веществ.
В частности, выгодным может оказаться, если, по меньшей мере, конструкция одного подающего устройства допускала возможность выровнять его, чтобы установить рабочее расстояние между первой рафинирующей поверхностью, по меньшей мере, одного выпускного элемента и разделительной поверхностью второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела, на которую наносится смесь веществ.
Это может происходить независимо или даже в сочетании с другими мерами, такими как установка скорости вращения обрабатывающего тела и/или рабочего давления смеси веществ и/или установкой радиального расстояния в случае обрабатывающего тела в форме диска.
Особенно выгодной может оказаться возможность настраивать скорость вращения движущегося обрабатывающего тела, чтобы регулировать интенсивность рафинирования, формируемую в зоне обработки. Также может быть выгодно, чтобы рабочее расстояние или зазор для рафинирования между, как минимум, одним выпускным элементом и соответствующей разделительной поверхностью, на которую наносилась смесь веществ, регулировались таким образом, чтобы установить заранее заданные силы давления на подвижное обрабатывающее тело с помощью подающего устройства. Первая рафинирующая поверхность не находится в прямом контакте со второй рафинирующей поверхностью. Силы давления, то есть контактное давление, могут вызвать целенаправленное регулирование рабочего расстояния и, таким образом, определенной зоны обработки, поскольку «всплытие» и, возможно, образование неконтролируемой зоны обработки может иметь место в результате локального прохождения смеси веществ с предварительно заданным давлением процесса. Таким образом, можно влиять на скорость выхода обрабатываемой смеси веществ, в результате чего можно целенаправленно регулировать интенсивность регулирования в зоне обработки.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы, по меньшей мере, два выпускных элемента располагались симметрично в окружном направлении и/или радиальном направлении относительно подвижного обрабатывающего тела.
Благодаря расположению нескольких выпускных элементов, каждый из которых вместе с общим обрабатывающим телом образует зону обработки, пропускная способность смеси веществ может быть значительно увеличена. Это особенно выгодно, поскольку во время непрерывной работы один или несколько выпускных элементов могут быть легко «включены/выключены» по мере необходимости, при этом даже появляется возможность проведения работ по техническому обслуживанию отдельных выпускных элементов. Кроме того, эта мера может использоваться с тем, чтобы уменьшить или даже полностью компенсировать любые изгибающие моменты, которые прикладываются к обрабатывающему телу за счет технологического давления и/или контактного давления, что позволяет создать более стабильное и неприхотливое устройство.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы, по меньшей мере, один второй выпускной элемент был расположен по существу напротив первого выпускного элемента, при этом первый выпускной элемент соответствует второй рафинирующей поверхности подвижного обрабатывающего тела, а соответствующий второй выпускной элемент закреплен за третьей рафинирующей поверхностью, лежащей напротив второй рафинирующей поверхности.
За счет образования множества выпускных элементов, каждый из которых вместе с общим обрабатывающим телом образует зону обработки, пропускная способность смеси веществ также может быть значительно увеличена. За счет противоположного расположения двух соответствующих выпускных элементов достигается снижение изгибающих моментов вплоть до полной компенсации изгибающих моментов, например, ось привода обрабатывающего тела или даже само обрабатывающее тело. Эта мера может быть полезной в случае ленточных обрабатывающих тел, а также в случае осесимметричных обрабатывающих тел, таких как цилиндры или диски, при условии, что поверхности соответствующих выпускных элементов, на которые нанесена смесь веществ, по существу, лежат напротив второй и третьей рафинирующих поверхностей.
Также может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, два выпускных элемента будут расположены вдоль направления движения и/или по существу перпендикулярно по отношению к направлению движения подвижного обрабатывающего тела.
Не исключена также вероятность того, что выпускные элементы могут располагаться в шахматном порядке, т.е. они будут смещены друг относительно друга, по меньшей мере, в одном направлении. Устройство нескольких выходных элементов позволяет повысить производительность, используя только одно общее обрабатывающее тело. Это преимущество аналогично формированию вышеупомянутых выпускных элементов, расположенных напротив друг друга на второй и третьей рафинирующих поверхностях, главным образом в том, что потребление энергии для приведения в действие подвижного обрабатывающего тела увеличивается лишь немного или даже незначительно. Таким образом, можно одновременно обрабатывать большое количество смеси веществ с незначительными затратами энергии и средств. Так, легко представить, что несколько выпускных элементов могут быть расположены вдоль цилиндра или даже конуса.
При этом выпускные элементы могут также располагаться напротив друг друга на второй рафинирующей поверхности, то есть, например, на внешней поверхности цилиндра; в результате изгибающие моменты на оси привода обрабатывающего тела могут быть компенсированы. Также возможно расположить выпускные элементы в направлении по окружности диска, что оказывает такое же воздействие на диск.
Увеличение количества выпускных элементов может в любом случае привести к значительному увеличению разделительных поверхностей со смесью веществ на общей поверхности второй и/или третьей рафинирующей поверхности, что, согласно изобретению, связано со сравнительно небольшим увеличением мощности холостого хода.
Кроме того, несколько выпускных элементов также могут быть отнесены к общему регулирующему устройству и/или устройству подачи, что говорит об очень удачной конструкции.
Также выгода конструкции заключается в том, что, по меньшей мере, подвижное обрабатывающее тело приводного устройства будет выполнено с уплотнением от корпуса посредством, по меньшей мере, одного контактного и/или бесконтактного уплотнительного элемента, предпочтительно неприхотливого лабиринтного уплотнения.
От сложных решений по герметизации можно отказаться благодаря относительно простой конструкции устройства согласно изобретению. Несмотря на то, что смесь веществ обрабатывается под технологическим давлением, смесь веществ, как правило, подвергается воздействию атмосферных условий только после выхода. Для сбора обработанной смеси веществ предпочтительным является корпус, который защищает от воздействия окружающей среды, по меньшей мере, поверхности, на которые наносится смесь веществ, предпочтительно всего обрабатывающего тело. Для уплотнения отверстий корпуса, таких как выпускные элементы или приводной вал, например, могут использоваться простые контактирующие резиновые уплотнения или даже неприхотливые самоуплотняющиеся лабиринтные уплотнения, известные специалисту. Это обеспечивает особенно длительные интервалы технического обслуживания и низкие производственные затраты.
Оказалось, что выгодно, если к корпусу будет прикреплен сборный контейнер для сбора и/или дальнейшей обработки обработанной смеси веществ. В некоторых случаях, по существу, полное уплотнение корпуса может быть выгодным для помещения пространства обработки под низкое или высокое давление или также для создания в нем атмосферы защитного газа, в результате чего на качество обрабатываемой смеси веществ можно целенаправленно влиять.
Согласно усовершенствованию, химическая и/или ферментативная и/или механическая предварительная обработка смеси веществ может быть проведена до подачи смеси веществ.
Посредством химической и/или ферментативной предварительной обработки можно целенаправленно влиять на сушку волоконных компонентов, в результате чего обработка, особенно измельчение волокон, может быть облегчена. Такую предварительную обработку можно проводить во внешнем устройстве или даже в секции подающего устройства, предусмотренной для этой цели. Подобным образом возможна механическая предварительная обработка для задания заранее заданной длины волокна или распределения длин и/или диаметров волокон. Такая механическая предварительная обработка, а также сортировка, просеивание и прочие процедуры известны специалисту. Таким образом, подходящую предварительную обработку можно использовать для повышения качества обрабатываемой смеси веществ и интегрировать в способ согласно изобретению.
Кроме того, может быть целесообразным, если, по меньшей мере, этапы способа продавливания и обработки повторяются, по меньшей мере, с частями обрабатываемой смеси веществ.
Качество и однородность обрабатываемой смеси веществ можно повысить путем многократной обработки смеси веществ, содержащей волокна. Здесь можно повторно подавать, по меньшей мере, части или даже все количество обработанной смеси веществ канала к устройству. В этом случае можно очень легко использовать систему циркуляции между сборным контейнером и подающим устройством для достижения заранее заданного диаметра волокна и/или распределения длины. В некоторых случаях целесообразно отрегулировать жидкий компонент переработанной и повторно подаваемой смеси веществ, например, путем добавления воды. Здесь можно достичь особенно тонкого измельчения волокнистых компонентов при относительно низких затратах энергии и/или давления.
Устройство или способ согласно изобретению могут использовать один или несколько датчиков для обнаружения, управления и мониторинга, по меньшей мере, частей устройства и способа. Такие датчики известны специалистам, в связи с чем их подробное описание отсутствует.
Для лучшего понимания изобретения его более подробное объяснение приводится на следующих фигурах.
В каждом случае объяснение приводится в очень упрощенном схематическом представлении:
ФИГ. 1 схематический вид в разрезе устройства для обработки волокон в соответствии с уровнем техники (а) и пример устройства в соответствии с изобретением (б);
ФИГ. 2 схематический вид в разрезе выпускного элемента и обрабатывающего тела с соответствующими рафинирующими поверхностями для пояснения принципа работы;
ФИГ. 3 схематический вид в разрезе возможных вариантов исполнения устройства с двумя выпускными элементами, которые распределены в направлении по окружности на второй рафинирующей поверхности (а) и расположены напротив друг друга на второй и третьей рафинирующих поверхностях (b);
ФИГ. 4 схематический вид в разрезе возможных вариантов исполнения обрабатывающих тел в виде цилиндра (а), конуса (b) или ленты (с) с несколькими выпускными элементами;
ФИГ. 5 схематическое изображение возможных вариантов исполнения выпускных элементов с первой рафинирующей поверхностью с большей протяженностью в направлении движения (а) или концентрически расположенными рядами лезвий (b) на виде снизу, или с первой рафинирующей поверхностью, дополняющей форму (с) на виде снизу;
ФИГ. 6 схематическое изображение в разрезе возможного варианта исполнения выпускного элемента с поворотной концевой частью;
ФИГ. 7 схематическое изображение возможного расположения устройства для обработки волокон.
Следует отметить, что в различных вариантах исполнения идентичные части снабжены идентичными ссылочными символами или идентичными обозначениями компонентов, посредством чего элементы данного описания могут быть аналогичным образом перенесены на идентичные части с идентичными ссылочными символами или идентичными обозначениями компонентов. Даже указатели положения, выбранные в описании, например верхний, нижний, боковой и т.д. относятся к непосредственно описанному и проиллюстрированному рисунку, и в случае изменения положения эти указатели положения должны быть аналогичным образом перенесены в новое положение.
ФИГ. 1а - схематическое изображение рафинера с двумя дисками в соответствии с уровнем техники. Это изображение помогает объяснить принцип работы обычных известных устройств для обработки, в которых необходимо прилагать значительное количество энергии для перемещения вращающихся рафинирующих поверхностей или наборов. В выбранном представлении смесь веществ 2 подается через источник смеси веществ 32 в корпусе высокого давления 33. Подвижный и поворотный ротор 34 образует зону обработки 16 со статорами 35 с обеих сторон, которая простирается по всей поверхности ротора и соответствующим поверхностям статора. Движение используемой смеси веществ 2 схематично показано стрелками движения. Поверхности 36, на которые наносится смесь веществ, для наглядности выделены пунктирными линиями. Как ясно видно из этого изображения, необходимо нанести смесь веществ на всю движущуюся поверхность 36 обоих инструментов для рафинирования, используемых в процессе обработки, то есть ротора 34 и статоров 35. Обычно используемые инструменты для рафинирования очень дороги и имеют отчасти сложную конструкцию. Кроме того, вал ротора 34, а также второстепенные поверхности, незадействованные в процессе обработки, такие как боковые или внешние поверхности ротора и статоров, полностью покрыты смесью веществ 2, т.е. с рабочим давлением в корпусе высокого давления 33. Это приводит к очень высокому потреблению мощности и требуемой мощности холостого хода, соответственно, известного устройства. Это аналогично применимо к поверхностям рафинеров с барабанной или конической конструкцией, которые полностью покрыты смесью веществ и которые не показаны в настоящем документе.
После обработки или переработки смеси веществ 2 в известном устройстве, как показано на ФИГ. 1а, обработанная смесь веществ или волокон 5 выходит через выпускное отверстие 37 для смеси веществ. До выпускного отверстия 37 для смеси веществ смесь веществ 2 или обрабатываемая смесь веществ 5 обычно подвергается воздействию технологического давления 15, поэтому для герметизации корпуса высокого давления 33 необходимо предусмотреть уплотнительные элементы 30, которые не показаны подробно, но частично очень сложны.
В соответствии с изобретением нанесение смеси веществ 2 на обрабатывающее тело 7 происходит только на разделительную поверхность 10 второй рафинирующей поверхности 9, на которую наносится смесь веществ, как показано, например, на ФИГ. 1b. По размеру и/или форме эта разделительная поверхность 10 второй рафинирующей поверхности 9, на которую наносится смесь веществ, по существу соответствуют первой рафинирующей поверхности 8. Как можно видеть на ФИГ. 1b, для обработки смеси веществ 2, содержащей волокна 3, общее подвижное обрабатывающее тело 7 со второй рафинирующей поверхностью 9 располагается напротив, по меньшей мере, одного выпускного элемента 11. В выбранном примере исполнения два выпускных элемента 11 расположены симметрично на расстоянии друг от друга в радиальном направлении от оси вращения 24 обрабатывающего тела 7, выполненного в виде диска 22. Когда смесь веществ 2, содержащих волокна 3, выходит через два выпускных элемента 11, зона 16 обработки формируется в каждом случае между первой рафинирующей поверхностью 8 выпускного элемента 11 и разделительной поверхностью 10 второй рафинирующей поверхности 9 подвижного обрабатывающего тела 7, на которую наносится смесь веществ.
Путем сравнения ФИГ. 1а и 1b концепция согласно изобретению может быть реализована относительно легко, при этом согласно изобретению смесь веществ наносится только на небольшие части общей поверхности обрабатывающего тела 7, то есть только на разделительную поверхность 10 второй рафинирующей поверхности 9. Поверхности круговых сегментов на второй рафинирующей поверхности 9, выделенные пунктирной линией, указывают на то, что часть обработанной смеси веществ или обработанных волокон 5 может быть «прихвачена».
Однако по сравнению с уровнем техники это создает лишь незначительную часть потребляемой мощности устройства 1, так как мощность холостого хода устройства 1 согласно изобретению ускоряет только небольшую часть обрабатываемой смеси веществ 5 на второй рафинирующей поверхности 9, которая в любом случае перемещается в направлении корпуса 28 за счет центробежных сил.
По меньшей мере, один выпускной элемент 11 для прохода смеси веществ 2, содержащей волокна, имеет в каждом случае одно выпускное отверстие 12 и, по меньшей мере, одну первую рафинирующую поверхность 8, окружающую выпускное отверстие 12 в окружном направлении. В выбранном представлении принципа работы для простоты не показаны возможные питающие устройства 18, подающие устройства 19, приводные устройства 20 и прочие элементы на ФИГ. 1b. Приводится ссылка на обсуждение ФИГ. 2-ФИГ. 7 для описания режима работы и возможных компоновок упомянутых элементов.
Чтобы наглядно проиллюстрировать процессы обработки волокон 3 в зоне обработки 16, приводим ссылку на схематическое изображение на ФИГ. 2. Подвижное обрабатывающее тело 7 расположено напротив, по меньшей мере, одного выпускного элемента 11, в результате чего зона обработки 16 образована между выпускным элементом 11 или первой рафинирующей поверхностью 8 и разделительной поверхностью 10 второй рафинирующей поверхности 9 подвижного обрабатывающего тела 7, на которую наносится смесь веществ 2.
Как схематично показано на ФИГ. 2, смесь веществ 2 включает жидкий компонент и волокна 3, которые могут, в частности, состоять из волокнистой массы или целлюлозы 4. Смесь веществ 2 продавливается через выпускной элемент 11 с заданным рабочим давлением 15. Подвижное обрабатывающее тело 7 можно, например, «пассивно» привести в относительное движение в направлении движения 23 через выпускное отверстие для обработанной смеси веществ или обработанных волокон 5 из зоны обработки 16. Обрабатывающее тело 7 также может «активно» перемещаться в направлении движения 23 с помощью приводного устройства 20, например, как показано на ФИГ. 3 или ФИГ. 7. Когда смесь веществ 2, содержащая волокна 3, проходит через выпускной элемент 11, волокна 3 в первую очередь подвергаются ударным нагрузкам в зоне обработки 16. Эти ударные нагрузки на волокна 3 вызываются относительным перемещением первой и второй рафинирующих поверхностей 8, 9, особенно через зубья, лезвия, ряды лезвий 26, расположенные на соответствующих рафинирующих поверхностях или аналогичных идентично функционирующих элементах.
Как очень хорошо видно из ФИГ. 2 в сочетании с ФИГ. 1, а также с ФИГ. 4 по ФИГ. 6, относительное движение обрабатывающего тела 7 используется для предотвращения засорения любых канавок 29 первой и/или второй рафинирующих поверхностей 8, 9, 13.
Примерный вариант исполнения на ФИГ. 1b иллюстрирует обрабатывающее тело 7, выполненное в виде диска 22. В этом случае обрабатывающее тело 7 может вращаться вокруг оси вращения 24 или перемещаться. Выпускной элемент 11 имеет ось выпускного элемента 21, которая по существу соответствует воображаемой продольной оси, проходящей через выпускной элемент 11 в центре выпускного отверстия 12. Как это особенно хорошо видно из ФИГ. 2 в сочетании с ФИГ. 1b и/или ФИГ. 3 и 7, скорость вращения 27 (на чертеже не показано) обрабатывающего тела (7) в зоне обработки 16 может быть установлена, главным образом, с использованием радиального расстояния 25 между осью выпускного элемента 21 и осью вращения 24.
Из комбинированного вида, приведенного на ФИГ. 2 и ФИГ. 1b, ФИГ. 3-ФИГ. 7 видно, что подвижное обрабатывающее тело 7 проходит мимо выпускного элемента 11 в направлении движения 23. Это относительное движение имеет место предпочтительно и фактически в поперечном направлении, особенно перпендикулярно оси выпускного элемента 21.
Примерная конструкция питающего устройства 18 для размещения выпускного элемента 11 проиллюстрирована на ФИГ. 3, 4 и ФИГ. 7 с возможностью перенесения на ФИГ. 1b, 2 и 5. Как особенно видно из ФИГ. 3а и b, питающее устройство 18 можно использовать для перемещения, по меньшей мере, одного выпускного элемента 11 в направлении обрабатывающего тела 7 и/или перпендикулярно к нему. Такое питающее устройство 18 можно, в частности, использовать для установки рабочего расстояния 17.
На ФИГ. 3а-3с схематично представлены устройства 1, в которых два или более выпускных элемента 11 расположены относительно обрабатывающего тела 7. На ФИГ. 3а представлены два выпускных элемента 11, которые расположены на второй рафинирующей поверхности 8 обрабатывающего тела 7, расположенные симметрично на расстоянии от оси вращения 24. На ФИГ. 3b схематично представлена ситуация, когда два выпускных элемента 11 расположены по существу напротив и симметрично друг другу на второй рафинирующей поверхности 9 или третьей рафинирующей поверхности 13 обрабатывающего тела 7. В вариантах осуществления, представленных на ФИГ. 3а и b, любые изгибающие моменты на диске 22 и, таким образом, на оси вращения 24 могут быть скомпенсированы за счет конструирования обрабатывающего тела 7 в форме диска 22.
Подача, по меньшей мере, одного выпускного элемента 11 может в каждом случае осуществляться через отдельное подающее устройство 19 или даже через общее подающее устройство 19 для подачи смеси веществ 2, содержащей волокна 3. Изображение таких подающих устройств 19 на ФИГ. 1, ФИГ. 2, ФИГ. 4 и ФИГ. 5 не приводится для простоты.
Подвижное обрабатывающее тело 7 согласно изобретению может быть выполнено в форме осесимметричного тела, например в виде цилиндра или барабана, или конуса, или диска 22, как показано на ФИГ. 1b-ФИГ. 3 и ФИГ. 4а, 4b или ФИГ. 7. В качестве альтернативы можно сконструировать подвижное обрабатывающее тело 7 в виде ленты, например, в виде цепи или пояска, что схематично показано на ФИГ. 4с. В частности, из ФИГ. 3 и 4 можно увидеть, что несколько выпускных элементов 11 могут быть отнесены к стандартному обрабатывающему телу 7. Подвижное обрабатывающее тело 7 можно соединить с приводным устройством 20, как можно видеть на ФИГ. 4 и 7. Такое приводное устройство 20 может быть исполнено, например, в виде гидравлического или пневматического двигателя и особенно предпочтительно в виде электродвигателя и может иметь регулировку скорости.
Конструкция питающего устройства 18, схематично представленного на ФИГ. 3, 4 и 7 может предполагать возможность выравнивания или расположения для установки рабочего расстояния 17 между, по меньшей мере, одним выпускным элементом 11 и разделительной поверхностью 10 второй или третьей рафинирующей поверхности 9, 13 подвижного обрабатывающего тела 7, на которую наносится смесь веществ 2. С помощью такого подающего устройства 18, также можно установить возможное радиальное расстояние 25 выпускного элемента 11 от оси вращения 24 обрабатывающего тела 7, выполненного в виде диска 22, что особенно хорошо видно на ФИГ. 1b, ФИГ. 2 и ФИГ. 7. Также можно представить, что несколько выпускных элементов 11 могут быть расположены вместе по отношению к обрабатывающему телу 7 с помощью общего питающего устройства 18. Из ФИГ. 3 и 4 видно, что, по меньшей мере, два выпускных элемента 11 могут быть расположены в окружном направлении, и/или радиальном направлении, и/или продольном направлении по отношению к подвижному обрабатывающему телу 7. Выпускные элементы 11 могут быть расположены симметрично и/или со смещением относительно друг друга на второй рафинирующей поверхности 9 и/или третьей рафинирующей поверхности 13.
Не проиллюстрирован специальный вариант исполнения в виде цилиндров, конусов, лент или цепей, в котором, по меньшей мере, второй выпускной элемент 11 расположен по существу напротив первого выпускного элемента 11, при этом первый выпускной элемент 11 или первая рафинирующая поверхность 8 второй рафинирующей поверхности 9 подвижного обрабатывающего тела 7 и соответствующий второй выпускной элемент 11 расположены на третьей рафинирующей поверхности 13 напротив второй рафинирующей поверхности 9. Для обрабатывающего тела 7, выполненного в виде диска 22, эта ситуация может быть видна из ФИГ. 3b, и специалист в данной области техники может экстраполировать его на другое осесимметричное и/или лентообразное обрабатывающее тело 7.
На ФИГ. 5а-с и ФИГ. 6 показаны несколько выпускных элементов 11 в различных возможных вариантах исполнения.
На ФИГ. 5а схематично показан вид снизу выпускного элемента 11 с первой рафинирующей поверхностью 8, которая имеет большее продольное протяжение скорее в направлении движения 23, чем в диагональном и/или поперечном направлении. Расположение лезвий, шипов или других выступов на первой рафинирующей поверхности 8 может быть выбрано специалистом в зависимости от желаемого применения, например, в качестве диспергатора или рафинера. Точно так же это применимо для второй и/или третьей рафинирующих поверхностей 9, 13, которые не были рассмотрены по отдельности. Представленное примерное исполнение показывает несколько рядов лезвий 26, окружающих выпускное отверстие 12 и направленных наружу, которые разнесены друг от друга с использованием канавок 29. В случае использования таких первых рафинирующих поверхностей 8, их форма может быть оптимизирована специалистом в соответствии с применением и геометрией обрабатывающего тела 7. Зона обработки 16, как объяснено выше, должна формироваться по существу между первой рафинирующей поверхностью 8 и соответствующей разделительной поверхностью 10 второй рафинирующей поверхности 9, на которую наносится смесь веществ.
На ФИГ. 5b показан аналогичный вариант исполнения выпускного элемента 11 с первой рафинирующей поверхностью 8 в виде снизу, где каждый ряд лопаток 26 имеет непрерывный и, таким образом, закрытый рафинировочный край. Концентрическое расположение рядов лезвий 26, разнесенных друг от друга с помощью канавок 29, также можно увидеть на представленном изображении.
Как хорошо видно из ФИГ. 5а и 5b, гомогенизация смеси веществ на выходе 6 по окружности первой рафинирующей поверхности 8 может быть достигнута за счет подходящей конструкции первой рафинирующей поверхности 8, особенно за счет ее геометрии и/или расположения лезвий. Выход 6 смеси веществ показан стрелками движения.
На ФИГ. 5с схематично показан вид в разрезе выпускного элемента 11 первой рафинирующей поверхности 8, окружающей выпускное отверстие 12, а также изогнутого обрабатывающего тела 7. Конструкция первой рафинирующей поверхности 8 фактически дополняет форму разделительной поверхности 10 обрабатывающего тела 7 или второй рафинирующей поверхности 9, на которую нанесена смесь веществ 2. Здесь можно представить, в частности, вогнутую и выпуклую формы первой рафинирующей поверхности 8, что особенно хорошо видно на ФИГ. 5с.
На ФИГ. 6 представлен схематичной вид в разрезе другого возможного варианта исполнения выпускного элемента 11, при этом выпускной элемент 11 имеет поворотную концевую секцию 14. Конструкция такой концевой секции 14 может предполагать возможность простой замены для упрощения обслуживания. Подобным образом, такая концевая секция 14 может быть «пассивно» или «активно» вращающейся, при этом «активное» вращение может осуществляться с помощью устройства вращения, которое не показано. Из ФИГ. 6 легко понять, что любой износ первой рафинирующей поверхности 8, особенно в направлении движения 23, можно гомогенизировать посредством постепенного и/или непрерывного вращения концевой секции 14 по окружности первой рафинирующей поверхности 8.
Согласно изобретению, выпускные элементы 11, показанные на ФИГ. 5а-5с и ФИГ. 6, а также их описания могут быть включены в описание ФИГ. 1b, 2, 3, 4 и 7. Аналогичным образом, описание их комбинации в рамках данного изобретения не приводилось отдельно для обеспечения краткости, при этом приводится ссылка на соответствующие описания.
На ФИГ. 7 схематично показано устройство 1 согласно изобретению. Здесь два выпускных элемента 11 расположены относительно подвижного обрабатывающего тела 7. Позиционирование соответствующего выпускного элемента 11 осуществляется с помощью питающего устройства 18. Подача смеси веществ 2 осуществляется через подающее устройство 19. Обрабатывающее тело 7, выполненное в виде диска 22, приводится в движение приводным устройством 20 в направлении движения 23.
Как видно из ФИГ. 7, устройство 1 имеет корпус 28, который показан в открытом виде.
Корпус 28 в первую очередь служит для сбора веществ во время обработки и может быть герметизирован, по меньшей мере, напротив приводного устройства 20 с помощью одного или нескольких уплотнительных элементов 30. Такие уплотнительные элементы 30 также показаны на ФИГ. 3 в виде контактных или даже бесконтактных уплотнительных элементов. Обработанная смесь веществ или обработанные волокна 5 могут быть собраны в резервуаре для сбора 31. Также возможно, чтобы подающее устройство 19 было соединено с резервуаром для сбора 31, чтобы реализовать принцип циркуляции.
В рамках данного изобретения отдельные этапы способа также могут быть автоматизированы и предпочтительно управляться через центральную, не показанную систему управления. Кроме того, предполагается, что эксплуатация выполняется через панель управления или даже через сенсорный экран для мониторинга и управления устройством 1.
Таким образом, пользователь может задать заранее заданное распределение длин и/или поперечных сечений волокон и/или их распределения и отрегулировать с помощью системы управления. Повторное прохождение, по меньшей мере, частей технологической смеси веществ 5 также можно использовать для задания однородности и/или качества обработанных волокон 5.
Плотность смеси веществ 2 может влиять на качество обрабатываемой смеси веществ 5. Суспензии, т.е. смеси веществ 2, с долей волокон от 0,1 до прибл. 35 об. %, предпочтительно от 1 до прибл. 20 об. %, можно безопасно и легко обрабатывать с помощью этого устройства 1 и соответствующего способа. Также допускается плотность вещества до 50 об. % и выше. В определенных обстоятельствах специалисту может потребоваться прибегнуть к подходящим устройствам подачи 19, которые способны направлять смеси веществ 2 с такой высокой плотностью веществ. Например, для этого особенно подходят устройства подающих шнеков.
Варианты исполнения показывают возможные варианты воплощения, при этом следует отметить, что изобретение не ограничивается конкретно представленными вариантами исполнения. Также возможны различные комбинации отдельных вариантов исполнения. При этом сама возможность изменения заключается в способности квалифицированного специалиста, работающего в этой области техники, на основании технической идеи этого изобретения.
Объем защиты определяется формулой изобретения. Однако описание и чертежи следует использовать для толкования формулы изобретения. Отдельные признаки или комбинации признаков из различных представленных и описанных примеров исполнения могут сами по себе представлять независимые изобретательские решения. Задачу, лежащую в основе самостоятельного изобретательского решения, можно найти в описании.
Следует понимать, что спецификации относительно диапазонов значений включают все их поддиапазоны, например спецификации с 1 по 10 следует понимать так, что все поддиапазоны, начиная с нижнего предела 1 и верхнего предела 10 включительно, то есть все поддиапазоны начинаются с нижнего предела 1 или больше и заканчиваются верхним пределом 10 или ниже, например, от 1 до 1,7, от 3,2 до 8,1 или от 5,5 до 10.
В целях наглядности, следует отметить, что элементы были частично представлены не в масштабе и/или в увеличенном и/или в уменьшенном масштабе для лучшего понимания структуры.