專利名稱：用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的方法及反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的方法及反應(yīng) 器。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明的方法和反應(yīng)器適合將一種或多種化學(xué)制品引入和混合入工藝 液體流中，化學(xué)制品單獨(dú)地或與一種或多種工藝流中攜帶的材料一起趨于在流管的壁上形 成有機(jī)層或無(wú)機(jī)層、累積物或沉淀。本發(fā)明尤其優(yōu)選為適合在將生產(chǎn)紙張和漿料的一種或 多種化學(xué)制品引入生產(chǎn)過程中時(shí)使用，例如，在木材處理行業(yè)中使用。
背景技術(shù)：
例如，在造紙中，如許多其它領(lǐng)域的行業(yè)中那樣，存在需要，用于將至少一種此類 物質(zhì)(下文以最廣的詞語(yǔ)意義稱為化學(xué)制品)以其自身引入和在線混合到流管中，或其可 化學(xué)地、電化學(xué)地或機(jī)械地在它們間或與流管中的材料在流管或通道的壁上形成固體的累 積物、沉淀等。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的上下文中，詞語(yǔ)化學(xué)制品涵蓋氣態(tài)物質(zhì)、液 態(tài)物質(zhì)以及固體材料。換言之，例如，所述化學(xué)制品可為與先前或同時(shí)引入到工藝流中的 化學(xué)制品或最初就存在于其中的化學(xué)制品化學(xué)地反應(yīng)的物質(zhì)，或例如為助留材料或粘合材 料，其附接到存在于流中或與化學(xué)制品一起引入流中或在流附近的其它固體材料或顆粒 上。因此，該構(gòu)想還在于，詞語(yǔ)〃反應(yīng)〃涵蓋化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)以及顆粒借助于助留材 料和粘合材料與彼此的附接。換言之，其中由工藝流攜帶的材料和/或引入工藝流中形成 的材料趨于緊固到過程管的表面或緊固到位于過程管中的結(jié)構(gòu)上的所有此類情形為了清 楚起見都稱為反應(yīng)。在該應(yīng)用中，詞語(yǔ)在線混合意思是發(fā)生在過程管中直接進(jìn)行的混合，例 如，在造紙中，在將化學(xué)制品直接地加入在過程管中朝造紙機(jī)的壓頭箱流動(dòng)的衆(zhòng)料中時(shí)。在 線混合還涵蓋其中混合發(fā)生在主過程或部分過程的液體流或懸浮液流中的應(yīng)用，不包括所 述部分過程中生產(chǎn)的產(chǎn)物單獨(dú)地或與另一種產(chǎn)物一起儲(chǔ)存在最接近的儲(chǔ)存器中的應(yīng)用。
在現(xiàn)有技術(shù)中論述的一些情況中，使所期望的量的化學(xué)制品流入管流中，以便化 學(xué)制品通過實(shí)際管流中的湍流與流動(dòng)的材料(液體或氣體)相混合就足夠了。有時(shí)，所期 望的量的化學(xué)制品排入管流中的這樣的一點(diǎn)，其中略微在化學(xué)制品加入點(diǎn)之后，存在產(chǎn)生 湍流的機(jī)械設(shè)備，或靜流障礙物、旋轉(zhuǎn)混合器或例如離心泵。在一些情況下，直接地或例如 用引送入槽中的物質(zhì)來(lái)將化學(xué)制品引入工藝中布置的相對(duì)較大的槽中，由此將所需的混合 器布置在槽中。
在所有這些上下文中，有可能的是影響工藝的有機(jī)沉淀或無(wú)機(jī)沉淀累積在流管或 特殊反應(yīng)器的壁上或一些其它固定結(jié)構(gòu)上，例如，如化學(xué)制品引入器件或各種結(jié)構(gòu)的混合 器。例如，有機(jī)物開始腐爛且將微生物傳播到流中，在最壞的情況下引起整個(gè)最終產(chǎn)物的損 壞時(shí)，或在作為較大顆粒釋放時(shí)，該層例如通過在產(chǎn)生的紙張中引起孔(在將造紙行業(yè)用 作實(shí)例時(shí))而損壞最終產(chǎn)物時(shí)或不利地改變壓頭箱中的流而引起最終產(chǎn)物的品質(zhì)的變差 時(shí)，可看到此類缺點(diǎn)。沉淀還可完全地或部分地阻塞一些工藝設(shè)備或其管線，增加了泵送成 本、降低了化學(xué)制品的效果，減少熱回收等。此外，某一類的層可形成另一種沉淀的基底，如碳酸鈣層極大地提高了碳酸鈉在黑液蒸發(fā)器中的沉淀。
由于涉及各種沉淀的所述問題已經(jīng)是已知的，故只要已經(jīng)存在工業(yè)過程，就還要 存在多種嘗試以許多方式來(lái)解決該問題。
自然，一種方法在于避免使用形成沉淀的材料和用非沉淀材料將它們替換，然而， 這僅可緩解少量問題情況。在一些情況下，不可能避免使用沉淀材料，且在一些情況下，替 換材料很昂貴，使得它們的使用在經(jīng)濟(jì)上不可能的。
另一個(gè)備選方案在于從紙漿廠的去皮廠開始就使用高品質(zhì)的原材料。換言之，可 通過最大限度地減少木材的樹皮層接近到進(jìn)一步的工藝來(lái)減少沉淀問題。還有可能的是通 過將引起沉淀問題的化學(xué)制品考慮到化學(xué)制品循環(huán)中來(lái)減少引起沉淀的化學(xué)制品返回使 用。換言之，通過在工廠的各個(gè)部分工藝中考慮沉淀問題，在使用纖維素時(shí)，該紙漿和造紙 行業(yè)作為實(shí)例，除化學(xué)制品回收外這還包括消化過程、清洗和漂白褐色漿料，有可能較大地 降低沉淀的風(fēng)險(xiǎn)。
第三備選方案在于將此類流動(dòng)條件布置成使得不允許沉淀例如累積在流管系統(tǒng) 中。換言之，目的在于將流管系統(tǒng)安排成以便存在盡可能少的這樣的地點(diǎn)，其中流動(dòng)如此平 緩使得由流攜帶的固體可倚靠管系統(tǒng)的表面下沉。該方法也僅為有限的，因?yàn)閷?shí)際上不可 能將流管系統(tǒng)安排成以便不可形成沉淀。然而，良好的安排允許延長(zhǎng)清洗間隔時(shí)間，且由于 清洗工廠需要停機(jī)時(shí)間。
第四備選方案在于在安排階段就已經(jīng)考慮管系統(tǒng)的清潔要求，這允許縮短所需的 停機(jī)時(shí)間，例如，工藝設(shè)備的酸洗等或甚至手動(dòng)除去層/沉淀需要停機(jī)時(shí)間。
第五方式在于由一種材料制造或用該材料涂布例如流管系統(tǒng)或反應(yīng)器，該材料使 得具有沉淀趨勢(shì)的材料出于一些原因不會(huì)附接到其上。然而，其缺點(diǎn)在于，用幾乎任何其它 材料來(lái)替換傳統(tǒng)的鋼流管或反應(yīng)器這都將增加成本。
第六備選方案在于使用以這樣的方式或那樣的方式防止形成沉淀的此類附加化 學(xué)制品，如一些助留化學(xué)制品、螯合物、表面活性劑或抑制劑。然而，此類化學(xué)制品自然至少 會(huì)引起附加成本，因?yàn)楸仨氃诠に囈后w中連續(xù)地測(cè)量它們。此類化學(xué)制品還可在工藝流出 物的處理中、水的重復(fù)使用中或?qū)嶋H最終產(chǎn)物中、其處理或再循環(huán)中引起問題。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述方法都沒有在造紙行業(yè)中完全起作用，而取而代之的是流管 和工藝設(shè)備以及反應(yīng)器和槽在沉淀累積在它們的壁上時(shí)都會(huì)被污損。
當(dāng)已經(jīng)更為廣泛地測(cè)試尤其是專利公布EP-B1-1064427、EP-Bl -1219344、 F1-B-111868、F1-B-115148和F1-B-116473中所述的噴射混合器時(shí)，已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了上述沉 淀問題。增加問題的原因在于，在這些噴射混合器能夠很快且均勻地將化學(xué)制品混合到工 藝流中的同時(shí)，化學(xué)制品的相互反應(yīng)或與流中的固體或化學(xué)制品的反應(yīng)很快。因此，在流管 的壁附近還同時(shí)存在大量化學(xué)制品，使得在化學(xué)制品形成固體晶體或顆粒時(shí)，其附接到流 管的壁上而不是另一種固體材料(如纖維或填料顆粒)上。先前借助于較弱的混合器引入 對(duì)應(yīng)的化學(xué)制品，由此其使化學(xué)制品花費(fèi)數(shù)十秒，有時(shí)甚至幾分鐘來(lái)相互地反應(yīng)或與先前 引入其中的流的固體材料或化學(xué)制品反應(yīng)，由此也出現(xiàn)在流管的內(nèi)表面上的沉淀分布在流 管的基本上較長(zhǎng)的長(zhǎng)度上。盡管沉淀先前幾乎沿引入點(diǎn)之后的過程管的全長(zhǎng)分布，但它們 現(xiàn)在在一些情況下僅覆蓋從化學(xué)制品的引入點(diǎn)幾米距離的流管的表面。由于可推測(cè)出，在 傳統(tǒng)混合和使用噴射混合器混合兩者的情況下，基本上相同量的化學(xué)制品的反應(yīng)產(chǎn)物沉淀在流管的表面上，有可能的是，使用噴射混合器時(shí)形成的沉淀層在相同的時(shí)間周期中可為 相當(dāng)厚的，比傳統(tǒng)混合方法中的厚。同時(shí)，沉淀破碎且作為碎片釋放到流中的風(fēng)險(xiǎn)增大，且 由碎片引起的問題的發(fā)生率甚至可能增大。此類沉淀問題自然存在于木材處理行業(yè)以及許 多其它領(lǐng)域的工藝行業(yè)這兩者中。實(shí)際上，其中允許引入或混合入流管中的化學(xué)制品相互 地反應(yīng)或與由管中流動(dòng)的介質(zhì)攜帶的材料或先前引入的化學(xué)制品反應(yīng)的幾乎所有領(lǐng)域的 行業(yè)都會(huì)經(jīng)歷上述類型的沉淀問題，沉淀問題以一些方式影響工藝的傳播或中間產(chǎn)物或最 終產(chǎn)物的品質(zhì)或生產(chǎn)。
上述類型的沉淀問題例如發(fā)生在工業(yè)環(huán)境中，其中包括助留化學(xué)制品、粘合劑或 穩(wěn)定劑等的大量的各種化學(xué)制品引入和混合入工藝液體中。
除造紙外，在木材處理行業(yè)中，此類過程包括機(jī)械漿料、化學(xué)機(jī)械漿料和微纖維漿 料和納米纖維漿料的生產(chǎn)過程、清洗過程、漂白過程和化學(xué)回收過程，其中形成大量的形成 沉淀的化學(xué)制品化合物?？蓪⑦@些粗略地分成無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物。
除已經(jīng)提到的碳酸鈣之外，下文還可提到無(wú)機(jī)的引起沉淀的化合物。草酸鈣，其離 子在化學(xué)漿料的氧化漂白中形成。當(dāng)從木材除去二價(jià)鋇陽(yáng)離子時(shí)，尤其是在漂白化學(xué)漿料 之前在酸性條件中生產(chǎn)漿料時(shí)，形成硫酸鋇。明礬(即，硫酸鋁)的存在會(huì)提高沉淀的趨勢(shì)。 在引入明礬之后，有時(shí)會(huì)立即形成沉淀的氫氧化鋁。明礬自身通常在造紙中(如在一些助留 程序中)用作樹脂膠粘劑，凝結(jié)劑等。當(dāng)尤其是這些化合物或所述化合物和已經(jīng)存在于纖維 懸浮液中或隨后將引入其中的化合物和化學(xué)制品反應(yīng)時(shí)，通常通過使用各種化學(xué)制品來(lái)防 止形成新的化學(xué)制品的沉淀。具有沉淀趨勢(shì)的其它無(wú)機(jī)化合物尤其包括硫酸鈣、硅酸鈣、硅 酸鋁、磷酸鋁和硅酸鎂。
有機(jī)沉淀最常涉及借助于連結(jié)劑緊固到與工藝流相連的過程管或其它設(shè)備和結(jié) 構(gòu)上的各種顆粒。此類連結(jié)劑中可提到以下基于木材的材料的浙青(Pitch)。最常見的 浙青是脂肪酸或樹脂酸，雖然一些其它化合物傳統(tǒng)上也稱為浙青。粘性材料為源于再循環(huán) 的紙張的膠粘劑或粘合劑。粘土為通過微生物活性形成的材料，且粘土良好地適于造紙行 業(yè)的相對(duì)穩(wěn)定的高溫和相對(duì)恒定的pH。真菌可作為最后的連結(jié)材料被提到。引起沉淀的 所有的上述連結(jié)劑在某方面都是從待生產(chǎn)的紙張的初始材料就已經(jīng)引入到工藝中的材料， 即，并非有意地將它們加入到該工藝中。除這些之外，存在出于其它原因加入工藝中的化學(xué) 制品，如防沫劑、聚硅氧烷、礦物油、助留聚合物和化學(xué)制品、納米顆粒、微顆粒、PH調(diào)整劑、 光亮劑(OBA，F(xiàn)ffA)、分散劑、淀粉、著色劑、顏料、蠟、填料(例如，TiO2XaCO3、滑石、高嶺土)、 礦物和膠粘劑(傳統(tǒng)的憎水性膠粘劑AKD，ASA、樹脂和合成膠粘劑)等，它們?cè)谟欣臈l件 下以其自身或尤其是結(jié)合存在于工藝中的固體或化學(xué)制品趨于形成沉淀。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于通過提出此類新穎的引入和混合方法和反應(yīng)器來(lái)改善引 入和混合技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)水平，借助于該引入和混合方法和反應(yīng)器，可減少或甚至完全地 消除現(xiàn)有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種反應(yīng)器，該反應(yīng)器在不同領(lǐng)域的行業(yè)的各種應(yīng)用中操 作，而沒有形成引起最終產(chǎn)物的品質(zhì)降低、過程問題、生產(chǎn)中斷或附加停機(jī)時(shí)間的不同的 層、沉淀或累積物的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的附加目的在于開發(fā)一種反應(yīng)器，其可連接到過程管系統(tǒng)上，該反應(yīng)器包括此種有效的化學(xué)制品混合系統(tǒng)和反應(yīng)器清潔系統(tǒng)，使得管狀在線反應(yīng)器的測(cè)試將被認(rèn)為是有利的投資，或此類反應(yīng)器的長(zhǎng)度縮短至現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器的長(zhǎng)度的一部分。
本發(fā)明的附加目的在于在有利的實(shí)施例中使用顆粒對(duì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)或電荷的不同敏感度，使得不允許此類顆粒緊固到流管或反應(yīng)器的壁上。
用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例的方法，在該方法中，允許工藝液體在用作反應(yīng)器的流管中流動(dòng)，其特征在于，將至少一種化學(xué)制品加入存在于反應(yīng)器中的工藝液體中，所述至少一種化學(xué)制品混合到工藝液體中，允許所述化學(xué)制品與另一種化學(xué)制品或與存在于實(shí)際工藝液體中的材料反應(yīng)以用于形成反應(yīng)產(chǎn)物，但同時(shí)防止化學(xué)制品或反應(yīng)產(chǎn)物緊固到反應(yīng)器的表面或與反應(yīng)器相連的設(shè)備的表面上。
用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例的反應(yīng)器，該反應(yīng)器定位成輸送工藝液體的流管的一部分，其特征在于，反應(yīng)器設(shè)有用于將至少一種化學(xué)制品引入流管中的器件、用于將至少一種化學(xué)制品混合到工藝液體中的器件， 以及用于保持反應(yīng)器的內(nèi)表面清潔的器件。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的方法和反應(yīng)器很典型的其它特征將從所附權(quán)利要求和公開本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施例的以下描述中變得清楚。
當(dāng)本發(fā)明的反應(yīng)器在長(zhǎng)度上制定成與以前已經(jīng)以一些方式引起流管的表面的污損的流管中 發(fā)生的混合或潛在沉淀區(qū)域基本上對(duì)應(yīng)時(shí)，將通過使用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)尤其是以下的優(yōu)點(diǎn)。
·沒有沉淀可形成或緊固到流管的表面上來(lái)使最終產(chǎn)物變質(zhì)或影響其生產(chǎn)。
·可避免清洗管來(lái)除去沉淀， 可完全避免使用各種附加化學(xué)制品或附加化學(xué)制品可較大地減少， 通過測(cè)量反應(yīng)的進(jìn)展而完全控制轉(zhuǎn)換， 短反應(yīng)帶-反應(yīng)器甚至可放置在各種處理步驟之間的流管的短部分中， 控制反應(yīng)器和過程的可運(yùn)轉(zhuǎn)性， 借助于控制系統(tǒng)很容易提供報(bào)告， 使用層析成像允許提供一定數(shù)目的各種警報(bào)，因此相當(dāng)?shù)乇阌谄焚|(zhì)控制， 可使用較快且更積極地反應(yīng)的化學(xué)制品，因?yàn)榭焖偾矣行У幕旌洗_保均勻混合結(jié)果， 且反應(yīng)器清潔系統(tǒng)確保反應(yīng)器的壁保持清潔， 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器針對(duì)使用較快反應(yīng)的化學(xué)制品，由于結(jié)合較快反應(yīng)的化學(xué)制品， 故有可能使用較短的反應(yīng)器，這使得較為容易地將反應(yīng)器安裝成過程管系統(tǒng)的一部分，以及 由于快速反應(yīng)允許較短反應(yīng)器，故反應(yīng)器可涂布有反應(yīng)產(chǎn)物不會(huì)緊固到其上的此類材料上或完全由此類材料制成。由于反應(yīng)器很短，故其由完全不同的可能比鋼更加昂貴的材料涂布或制造在經(jīng)濟(jì)上可能很合理。


在下文中，將參照所附簡(jiǎn)圖來(lái)更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的方法和反應(yīng)器及反應(yīng)器的操作，在附圖中圖1a和圖1b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器，圖4示出了當(dāng)用圖3中所示的反應(yīng)器由二氧化碳和石灰乳生產(chǎn)碳酸鈣時(shí)隨時(shí)間變化的 PH值的變化，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器。
具體實(shí)施方式
圖1a和圖1b相對(duì)示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器10。圖1中的反應(yīng)器10包括在反應(yīng)器10的內(nèi)側(cè)離反應(yīng)器的壁的內(nèi)表面有一定距離處的平直的圓 柱形流管12，優(yōu)選為基本上在流管中心的至少一個(gè)導(dǎo)電的電極桿16借助于臂14緊固，在 該實(shí)施例中，桿經(jīng)由一個(gè)臂14’電性地連接到控制系統(tǒng)18上，控制系統(tǒng)18優(yōu)選為包括電壓 源。在流管12由金屬制成(如其在大多數(shù)情況那樣)的情況下，電極桿16必須與流管12 電性地隔離開。例如，通過將桿16的緊固臂14和緊固臂14’布置成由非導(dǎo)電材料構(gòu)成，或 通過主要由非導(dǎo)電材料制成桿16且用導(dǎo)電材料涂布桿的適合的部分來(lái)執(zhí)行這種隔離。另 一個(gè)電極20布置在流管12的內(nèi)表面上。類似于第一個(gè)電極，所述第二電極20電性地連接 到電壓源/控制系統(tǒng)18上，以便可在流管12的內(nèi)表面與位于管的中間的電極桿16之間創(chuàng) 造出所期望的電壓差。自然，最簡(jiǎn)單的解決方案為流管12由金屬制成，由此流管12可以以 其整體用作電極20且不需要單獨(dú)的電極。當(dāng)流管12由非導(dǎo)電材料制成時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選存在 一定數(shù)目的所述第二電極20，最優(yōu)選的是第二電極20既沿管12的圓周的方向又沿反應(yīng)器 10的縱向方向以均勻間隔分布。另一個(gè)備選方案為用導(dǎo)電材料涂布流管的內(nèi)部，由此所述 涂層用作電極20。
電壓源/控制系統(tǒng)18優(yōu)選但不是必須包括一些類型測(cè)量傳感器22，傳感器22尤 其用于監(jiān)測(cè)混合的有效性和/或反應(yīng)器10中的反應(yīng)的傳播。該傳感器例如可基于層析成 像(這里，優(yōu)選為基于纖維懸浮液的電導(dǎo)率的層析成像測(cè)量)，但其同樣可測(cè)量漿料的PH 值或其電導(dǎo)率。測(cè)量傳感器的目的在于監(jiān)測(cè)混合的有效性、反應(yīng)的進(jìn)展和/或反應(yīng)器的表 面的清潔，以便如果需要的話，例如可調(diào)整引入壓力或體積流。在需要時(shí)，所述測(cè)量傳感器 和除所述傳感器之外的第二測(cè)量傳感器可布置成與電極桿16相連，由此有可能監(jiān)測(cè)例如 除反應(yīng)器的表面附近之外的流的中間中的反應(yīng)的傳播。當(dāng)需要時(shí)，測(cè)量傳感器例如可借助 于由隔離材料制成的臂布置成位于離實(shí)際的電極桿有一定距離處，即，在反應(yīng)器的軸線的 方向上、在反應(yīng)器的徑向的方向上，或在兩個(gè)方向上。還應(yīng)當(dāng)注意的是，還可借助于基于機(jī) 器視覺的方法或利用以一些方式提示工藝流或反應(yīng)器壁的溫度的設(shè)備(如，利用常規(guī)溫度 計(jì)、溫度傳感器或熱成像儀)來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)的傳播或反應(yīng)器的清潔。
根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器還包括用于進(jìn)給化學(xué)制品的設(shè)備。其作用自然很重要，因?yàn)?進(jìn)料設(shè)備的目的在于將一定數(shù)目的化學(xué)制品進(jìn)給和混合到工藝流中。通過基本上垂直于工 藝液體的流動(dòng)方向(垂直于工藝液體的流動(dòng)方向+/-30度的方向)且以相對(duì)于工藝液體的 流速較高的噴射速度(3倍至12倍)噴射一種或多種化學(xué)制品來(lái)將此完成。在化學(xué)制品為快速反應(yīng)的化學(xué)制品的情況下，混合的均勻性完全取決于引入器件的操作。此外，待引入的 化學(xué)制品的較大變化的量向引入設(shè)備提出了較高的要求。例如，在木材處理行業(yè)中，當(dāng)將含 有鈣的石灰乳引入造紙機(jī)的壓頭箱中流動(dòng)的漿料中來(lái)生產(chǎn)用作填料的碳酸鈣時(shí)，通常需要 引入較多石灰乳來(lái)使得纖維漿料中的鈣的濃度為大約>1 g/Ι。在碳酸鈣的結(jié)晶反應(yīng)在較 小液體體積(如，部分漿料)中進(jìn)行時(shí)，部分漿料中的鈣的濃度自然較高，有時(shí)甚至比上述 值高幾倍。在該說明書中，用語(yǔ)〃工藝液體〃液意思是純凈漿料懸浮液(長(zhǎng)纖維纖維漿料、 短纖維漿料、機(jī)械漿料、化學(xué)機(jī)械漿料、化學(xué)漿料)、再循環(huán)的漿料懸浮液(再循環(huán)的漿料、 廢棄物、來(lái)自于纖維回收過濾器的纖維部分)、添加劑懸浮液、含有固體的濾液、來(lái)自于纖維 回收過濾器的濾液或它們的組合。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，流管的壁設(shè)有說明書的前序部 分中的上述至少一個(gè)噴射混合器24,優(yōu)選為由Wetend Technologies Oy開發(fā)的Trump Jet 噴射混合器，借助于該噴射混合器可將碳酸鈣產(chǎn)物的其中一種成分、二氧化碳和/或石灰 乳較快地引入且均勻地混合入流管12中流動(dòng)的漿料中。噴射混合器24的形式的典型特征 在于，利用引入液體來(lái)進(jìn)行二氧化碳和石灰乳的引入和混合，以便在將其混合物噴射到漿 料中時(shí)使化學(xué)制品基本上同時(shí)與引入液體相接觸。在使用噴射混合器時(shí)，二氧化碳和石灰 乳的量可相對(duì)于引入液體的量極大地變化，由此有可能使用相對(duì)較大量的引入液體，因此 確保了一定量的化學(xué)制品(在一些情況下是很少量的)較深地滲透到漿料中且均勻地混合 到漿料中。引入的二氧化碳和石灰乳的量?jī)?yōu)選保持為化學(xué)計(jì)量的，以便基本上所有量的化 學(xué)制品在反應(yīng)器中反應(yīng)，且沒有任何化學(xué)制品的殘余物保留在漿料中。噴射混合器的另一 種形式的典型特征為待混合的至少一種化學(xué)制品和引入液體被引入到彼此中，且如果需要 話，在實(shí)際引入設(shè)備之前就已經(jīng)混合在一起。
在噴射混合器24中，從實(shí)際過程中獲得的液體、從過程附近獲得的含有固體的液 體、填料部分或纖維懸浮液可用作引入液體。換言之，例如，待使用的液體除清潔的水、生水 或來(lái)自于工藝的渾濁濾液、清澈濾液或特別清澈的濾液外，還可為具有很高的量的固體的 懸浮液。值得考慮的一個(gè)備選方案為將漿料自身或其纖維成分或填料成分中的其中一種用 作引入液體。當(dāng)使用漿料時(shí)，例如，可通過從流管12獲取側(cè)流來(lái)將此實(shí)現(xiàn)，其中在該實(shí)施例 中的流為漿料，且然后借助于泵將其引入噴射混合器24中。
噴射混合器24的另一個(gè)基本特征在于引入液體和二氧化碳或石灰乳的射流的速 度基本上高于流管中流動(dòng)的漿料的速度。因此，化學(xué)制品和弓I入液體的射流較深地滲透到 工藝液體流中，且與工藝液體流有效地混合。流速的關(guān)系可在2至20的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選 在3至12的范圍內(nèi)變化。作為優(yōu)選但非必須的是，有可能將根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器10構(gòu)建 成以便所有導(dǎo)管、管線、泵和清潔器件都位于管線的內(nèi)側(cè)，在由凸緣26和凸緣28限定的長(zhǎng) 度內(nèi)，由此自然可盡可能容易地執(zhí)行反應(yīng)器10至管線的安裝。用于反應(yīng)器的操作的基本結(jié) 構(gòu)解決方案為將電極桿和至少一個(gè)電極兩者定位在流管的圓周上，以便它們的效果既延伸 至離反應(yīng)帶的上游側(cè)的一定距離，又延伸至反應(yīng)帶的長(zhǎng)度。這樣制定的規(guī)則在化學(xué)制品自 身趨于緊固到過程管的壁上或緊固到過程管中的結(jié)構(gòu)上時(shí)也適用。也在此情況下，電極桿 應(yīng)當(dāng)至少?gòu)幕瘜W(xué)制品引入點(diǎn)延伸至其中化學(xué)制品已經(jīng)用盡的這樣的距離。
在反應(yīng)器中，用于引入一種化學(xué)制品或化學(xué)制品化合物的噴射混合器的數(shù)目主 要取決于反應(yīng)器的直徑或流管的直徑。當(dāng)使用Wetend Technologies Oy的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的 Trump Jet 噴射混合器時(shí)，取決于流管的直徑而需要I件至6件。
圖1a示出了一種情形，其中二氧化碳或石灰乳從噴射混合器24引入到朝反應(yīng)器 10內(nèi)側(cè)的右側(cè)流動(dòng)的漿料中，以便引入的射流幾乎立即滲透到反應(yīng)器/流管的基本上整個(gè)截面。由于通過從設(shè)計(jì)成用于該目的的噴嘴噴射來(lái)進(jìn)行引入，故排出的化學(xué)制品流主要為以此類小液滴或氣泡(當(dāng)引入氣態(tài)二氧化碳時(shí))，使得二氧化碳或石灰乳的混合很快發(fā)生， 實(shí)際上是立即發(fā)生。同時(shí)，在噴射混合之后，允許一起反應(yīng)的化學(xué)制品以及反應(yīng)或以其它方式與化學(xué)制品結(jié)合的漿料成分兩者都基本上立即接觸彼此。換言之，有效地實(shí)現(xiàn)噴射混合確保了針對(duì)反應(yīng)之前材料傳遞所需的時(shí)間相比于傳統(tǒng)混合方法是最低的。
圖1a和圖1b中所示的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器10的壁12的清潔系統(tǒng)，通過經(jīng)由電壓供送/控制系統(tǒng)18將DC電壓引送至電極桿16和與反應(yīng)器的壁12相連的電極20來(lái)使現(xiàn)有的碳酸鈣沉淀溶解且防止形成新的碳酸鈣沉淀，以便電極桿16用作陰極，而反應(yīng)器的壁12用作陽(yáng)極。當(dāng)壁12為陽(yáng)極時(shí)，鄰近壁12的液體的pH值減小至明顯酸性的范圍，至小于6，優(yōu)選為至小于5，最優(yōu)選為至2到3的值，因而防止碳酸鹽緊固到壁12 上。實(shí)際上，甚至不允許碳酸鹽晶體在它們于較低PH下的液相中溶解時(shí)與壁接觸。自然， 碳酸鹽在所述表面附近的PH較高時(shí)具有沉淀到用作陰極的電極桿的表面上的趨勢(shì)。由所述沉淀趨勢(shì)引起的缺點(diǎn)容易通過對(duì)電壓源/控制系統(tǒng)18編程來(lái)改變系統(tǒng)的極性而消除，由此以前沉淀在用作以陰極的表面上的碳酸鹽很快溶解于形成在現(xiàn)在用作陽(yáng)極的電極附近的酸性液體中。最簡(jiǎn)單的控制方法為對(duì)控制系統(tǒng)編程來(lái)以一定間隔(從秒至分或小時(shí)的一部分)改變極性以用于保持兩個(gè)電極清潔?？刂茦O性變化的另一種方式為使用來(lái)自于工藝中的控制脈沖。例如，有可能監(jiān)測(cè)陰極與陽(yáng)極之間的電壓變化，由此電壓中的一定程度的增大實(shí)際上意味著一定深度的沉淀層(用作隔離的層)。因此，可校準(zhǔn)控制系統(tǒng)來(lái)在一定勢(shì)差下改變系統(tǒng)的極性。對(duì)應(yīng)地，當(dāng)所述勢(shì)差已經(jīng)降低回到其初始水平或當(dāng)勢(shì)差不再變化時(shí)，控制系統(tǒng)使極性回到初始狀態(tài)。
換言之，根據(jù)本發(fā)明的清潔系統(tǒng)除涉及用作以上實(shí)例的造紙行業(yè)中碳酸鈣的生產(chǎn)的應(yīng)用之外，自然還適合用于其中形成的沉淀取決于液體的PH值的工藝行業(yè)中的所有應(yīng)用。根據(jù)以上實(shí)例，根據(jù)本發(fā)明的清潔系統(tǒng)可用于調(diào)整過程管的壁附近或安裝在管內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)附近的液體的PH值，以便沉淀可緊固到它們上。
圖2示出了用于將根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器布置到流管中的解決方案。在圖中的解決方案中 ，反應(yīng)器定位在兩個(gè)管彎頭32和34之間，以便電極桿16可通過其端部支承在管彎頭上且僅在需要時(shí)通過臂14來(lái)布置支承，通過在反應(yīng)器的中間部分的一個(gè)臂布置，或通過沿電極桿16的一定數(shù)目的臂布置來(lái)布置支承。在該實(shí)施例中，位于反應(yīng)器的反應(yīng)帶中的電極桿的支承臂14優(yōu)選為完全由碳酸鹽顆粒不會(huì)緊固到其上的材料制成或至少涂布有該材料。在圖中的實(shí)施例中，當(dāng)電極桿16延伸至反應(yīng)器的管彎頭34 的外側(cè)時(shí)，電極桿可直接連結(jié)到控制單元上，而不需要經(jīng)由支承臂將導(dǎo)體引送至反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的電極桿上。在此情況下，電極桿16與流管(S卩，反應(yīng)器10)隔離開，由此反應(yīng)器自身的壁可用作第二電極。反應(yīng)器的其它部分、設(shè)備和操作與圖1對(duì)應(yīng)。如果期望確保電極桿上的電極和管的表面盡可能最佳地操作，則位于管彎頭的區(qū)域上的電極桿的部分/多個(gè)部分可涂布有隔離材料。因此，電極桿的電性表面與管的表面的距離沿桿的全長(zhǎng)是恒定的，且因此兩個(gè)電極表面附近的pH值也一致。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的反應(yīng)器。圖3中的反應(yīng)器為與如圖1中的反應(yīng)器大部分相同的類型，但這里的反應(yīng)器在流管的兩個(gè)連續(xù)圓周上設(shè)有兩個(gè)噴射混 合器或混合器站(在基本上相同的反應(yīng)器圓周上的混合相同化學(xué)制品的一定數(shù)目的混合 器)24’和24’’。借助于所述混合器24’和24’’，有可能確保比以前相當(dāng)更有效、更快和更 均勻地將上文已經(jīng)描述的二氧化碳和石灰乳引入和混合到流動(dòng)的漿料中。實(shí)際上，噴射混 合器24’和24’’定位成以便至少一個(gè)混合器24’位于反應(yīng)器的第一圓周30上，而至少一 個(gè)混合器24’’對(duì)應(yīng)地位于反應(yīng)器的第二圓周31上，在混合器24’的圓周之后有一定距離。 混合器圓周30和混合器圓周31之間的距離尤其取決于反應(yīng)器中的漿料的流速、二氧化碳 和/或石灰乳和引入液體的引入速度、所述氣體/液體的體積流、反應(yīng)器的直徑、噴射噴嘴 的構(gòu)造，這里提到了少數(shù)參數(shù)。然而，圓周30和圓周31之間的距離優(yōu)選為大約O. 05米至 8米，更優(yōu)選為O. 05米至3米，最優(yōu)選為O.1米至2米。作為優(yōu)選，如上文所述的定位在彼 此附近的混合器形成混合器對(duì)，以便引入第二流的各個(gè)混合器對(duì)的噴射混合器24布置在 某一地點(diǎn)，該地點(diǎn)在過程管12的圓周上的位置從第一混合器24位于其上的穿過過程管的 軸線的水平最多以20度偏離，更優(yōu)選的是以10度(沿管的圓周的方向測(cè)量)。因此，第二 噴射混合器24’’以一種方式位于沿過程管20的縱向方向上的40度(優(yōu)選20度)的扇形 中，第一混合器24’位于該扇形的直徑上。
根據(jù)圖3的反應(yīng)器(即，具有兩個(gè)連續(xù)的噴射混合器/噴射混合器站的反應(yīng)器) 例如在PCC的在線生產(chǎn)中使用，以便從第一圓周30上的第一噴射混合器24’或一系列混合 器24’引入和混合二氧化碳，而從第二圓周31上的第二噴射混合器24’’或一系列混合器 24’’引入石灰乳。自然，所述化學(xué)制品的引入還可以以相反的順序布置，即，首先是石灰乳 (Ca(OH)2)，而然后是二氧化碳(CO2)。還有可能使所述混合器站以交錯(cuò)方式位于流管的相同 圓周上，由此同時(shí)地實(shí)現(xiàn)化學(xué)制品的引入和混合。在我們的測(cè)試中，我們已經(jīng)注意到，在沒 有任何類型的清潔系統(tǒng)或抗緊固系統(tǒng)的情況下，相當(dāng)多的PCC層很快地緊固到通向壓頭箱 (即，反應(yīng)器10)的流管的壁上，引起了上述問題。PCC具有緊固到噴射混合器24’’的末梢 部分(噴嘴)上的對(duì)應(yīng)趨勢(shì)，除了增大分離較大PCC顆粒的風(fēng)險(xiǎn)之外，這還逐漸地既使化學(xué) 制品從噴嘴的引入退化，又使引入的射流的滲透和混合的均勻性退化。
當(dāng)產(chǎn)生PCC的根據(jù)圖3的測(cè)試反應(yīng)器設(shè)有也根據(jù)圖3的電動(dòng)清潔系統(tǒng)時(shí)，即，電極 桿16借助于臂14和臂14’在中心緊固到反應(yīng)器上，反應(yīng)器的內(nèi)表面在測(cè)試運(yùn)行的整個(gè)持 續(xù)時(shí)間內(nèi)保持光亮，換言之，該系統(tǒng)可完全防止沉淀形成在流管的表面上。圖3示出了一種 構(gòu)造解決方案，其中電極桿16基本上延伸至與第一化學(xué)制品噴射混合器24’相同的直徑 (圓周30)。然而，在大多數(shù)情況，電極桿將從第二化學(xué)制品噴射噴嘴24’ ’的直徑(圓周 31)延伸至流動(dòng)方向這就足夠了。然而，當(dāng)安排清潔系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是沉淀還自然地趨 于緊固到支承電極桿16的臂14和臂14’上。這可通過至少兩種方法防止，即，通過由沉淀 不會(huì)緊固到其上的材料制成的臂或通過將臂布置在反應(yīng)帶的外側(cè)，其中另一方面，在第一 上游臂的地點(diǎn)處，迄今沒有形成沉淀材料，而另一方面，在第二下游臂的地點(diǎn)處，反應(yīng)已經(jīng) 進(jìn)展至其中材料不再處于沉淀相的階段。
因此，例如，可借助于在線方法直接地在通向造紙機(jī)的壓頭箱的過程管中執(zhí)行將 用作用于造紙的填料的碳酸鈣的沉淀。在用于所述目的的反應(yīng)器中，優(yōu)選需要用于引入二 氧化碳和石灰乳兩者的噴射混合器。自然，還有可能的是，已經(jīng)在上一階段中將其中一種化 學(xué)制品引入漿料中，甚至有可能通過使用另一種類型的混合器。然而，這里至少隨后引入的化學(xué)制品的噴射混合使得PCC (即，沉淀碳酸鈣)的結(jié)晶有可能在過程管中的很短距離處發(fā) 生。換言之，通過參看圖1a且假定在反應(yīng)器10之前已經(jīng)將化學(xué)制品(Ca(OH)2)和0)2中的 另一者引入且混合入漿料中，或參看圖3且假定首先已經(jīng)從混合器24’引入二氧化碳和石 灰乳且然后從混合器24’ ’引入二氧化碳或石灰乳，PCC的實(shí)際結(jié)晶反應(yīng)實(shí)際上可在隨后的 化學(xué)制品的引入點(diǎn)之后立即開始。
圖4中的曲線示出了當(dāng)利用圖3中所示的反應(yīng)器使碳酸鈣沉淀到漿料中時(shí)，漿料 的PH值(垂直軸線)隨時(shí)間(按秒計(jì)的水平軸線)的變化。在該圖中示意性地示出的結(jié) 晶過程中，首先將二氧化碳引入漿料(在軸線的原點(diǎn)處)中，由此漿料的PH值從大約7. 5 的中性PH略微下降，這取決于引入的二氧化碳的量和引入二氧化碳和引入石灰乳之間的 時(shí)間。在開始引入和混合石灰乳之后，漿料的PH值立即開始增大，且實(shí)際上其增加到11至 12的范圍的其最大值，一旦化學(xué)制品在結(jié)晶反應(yīng)中用盡，則從此其很快地回到大約7. 5的 范圍。在測(cè)試中，以與彼此成化學(xué)計(jì)量關(guān)系引入的化學(xué)制品在小于兩秒內(nèi)耗盡，甚至在大約 一點(diǎn)五秒內(nèi)耗盡。針對(duì)此類快速結(jié)晶反應(yīng)的要求在于，當(dāng)使用正確地執(zhí)行的噴射混合(至 少對(duì)于隨后引入的化學(xué)制品，優(yōu)選為對(duì)于兩者)時(shí)，化學(xué)制品/多種化學(xué)制品的混合基本上 完成，且形成在漿料中的Ca2+和C032_離子很快地發(fā)現(xiàn)彼此且反應(yīng)來(lái)形成碳酸鈣晶體。由于 反應(yīng)的總持續(xù)時(shí)間很短，故形成的碳酸鹽晶體的尺寸分布很均勻。根據(jù)一些估計(jì)，如上文 已經(jīng)簡(jiǎn)要陳述的那樣，對(duì)于這種PCC的生產(chǎn)反應(yīng)典型的是剛好在碳酸鹽晶體的結(jié)晶反應(yīng)之 后，碳酸鹽晶體處于此相，換言之，在變成方解石之前處于非穩(wěn)定的晶體形式，使得它們實(shí) 際上趨于緊固到任何適合的固體顆粒或位于附近的表面上。在漿料中，此類顆粒包括纖維、 各種細(xì)微固體顆粒、填料顆粒和其它碳酸鹽晶體。自然，流管的壁和位于流管中的其它物體 和結(jié)構(gòu)(引入和混合器件的噴嘴等)的壁也是用于緊固碳酸鹽晶體的良好基底，由此存在形 成在流管的表面上的沉淀。換言之，僅在非穩(wěn)定晶體形式的階段期間，碳酸鹽沉淀僅形成在 流管的壁和其它結(jié)構(gòu)的壁上，由此在本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，流管實(shí)際上可通過 防止非穩(wěn)定的碳酸鹽如上文所述那樣沉淀到的流管的表面上來(lái)保持完全清潔。
引入二氧化碳和石灰乳時(shí)，隨著結(jié)晶反應(yīng)的進(jìn)展且尤其在結(jié)晶反應(yīng)結(jié)束時(shí)，pH值 的上述較強(qiáng)變化借助于測(cè)量上述PH值的傳感器提供了追蹤反應(yīng)的進(jìn)展的可能性。如果傳 感器22如圖1a和圖3中所示那樣位于電極桿的另一個(gè)端部的水平上，即，在反應(yīng)器的端部 的水平上，則由傳感器22測(cè)量的pH值應(yīng)當(dāng)與引入第一化學(xué)制品以前大致相同，以避免沉淀 進(jìn)一步形成在管的表面上。因此，在借助于如此定位的傳感器測(cè)量的PH值相當(dāng)高的情況 下，應(yīng)當(dāng)改變化學(xué)制品的引入?yún)?shù)/混合參數(shù)來(lái)改善化學(xué)制品的混合效率。自然，可存在沿 反應(yīng)器的長(zhǎng)度的一定數(shù)目的此類pH傳感器(在反應(yīng)器的壁上或在電極桿上，或在兩者上)， 由此PH值的變化給出結(jié)晶反應(yīng)的進(jìn)展的清楚顯示。
參看上述實(shí)例，值得提到的一種解決方案為其中測(cè)量到達(dá)反應(yīng)器的反應(yīng)帶中的 懸浮液的PH值的傳感器位于反應(yīng)器的上游，由此控制系統(tǒng)接收關(guān)于到達(dá)反應(yīng)器中的懸浮 液的PH值的最新數(shù)據(jù)。實(shí)際上，此類傳感器應(yīng)當(dāng)位于首先引入的化學(xué)制品的上游，以便得 到纖維懸浮液的PH值而不會(huì)影響化學(xué)制品的效果。當(dāng)通過在流動(dòng)計(jì)量的控制下引入化學(xué) 制品而保持該傳感器之后引入反應(yīng)器中的二氧化碳的石灰乳的關(guān)系為化學(xué)計(jì)量的時(shí)，如果 期望的話，有可能借助于提供的PH傳感器來(lái)追蹤碳酸鹽的結(jié)晶反應(yīng)的進(jìn)展。有可能在反應(yīng) 器的端部處相應(yīng)地確保結(jié)晶反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束。這很容易通過將反應(yīng)器的端部處的pH值與反應(yīng)器之前測(cè)得的PH值相比較來(lái)驗(yàn)證。如果值相似，則化學(xué)制品已經(jīng)以它們?nèi)糠磻?yīng)，且不 再有碳酸鹽沉淀到管的表面上或位于管中的結(jié)構(gòu)上的風(fēng)險(xiǎn)。
反應(yīng)器的操作的對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)還可通過使用層析成像來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，監(jiān)測(cè)反應(yīng)的進(jìn)展 的相宜的方法為基于溫度梯度的測(cè)量，其中例如位于過程管中的溫度計(jì)或溫度傳感器用于 測(cè)量或監(jiān)測(cè)工藝液體的溫度，由此可通過反應(yīng)放熱或吸熱來(lái)得到反應(yīng)的階段。另一種可能 的方式在于用熱成像儀對(duì)反應(yīng)拍照，由此可在反應(yīng)放熱或吸熱時(shí)從背景中區(qū)分出反應(yīng)。
當(dāng)攜帶在漿料流中陰離子廢物、提取物(浙青)、草酸酯、鈣等沉淀在反應(yīng)器中時(shí)， 晶體形成、化學(xué)沉淀等反應(yīng)發(fā)生，或來(lái)自于通過如上文所述的化學(xué)反應(yīng)沉淀的實(shí)際化學(xué)制 品緊固到反應(yīng)器的壁上或緊固到其處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)上尤其由于紙張、漿料和纖維素行業(yè)中 的表面化學(xué)現(xiàn)象而也發(fā)生。
此外，反應(yīng)化學(xué)制品(如，各種鋁衍生物(鋁酸鹽、明礬))以它們自身的操作方式 相似地引起難解決的沉淀。對(duì)應(yīng)地，各種膠粘劑，如AKD、ASA、樹脂和合成膠，如SMA，在適合 的應(yīng)用中引起沉淀。
在圖5中所示的本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例中，事實(shí)上存在兩種單獨(dú)地適用的解決 方案。首先，附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器怎樣還可設(shè)有機(jī)械混合器40，機(jī)械混合器40 之后，相對(duì)較緊地存在已經(jīng)在前述實(shí)施例中示出的具有電極桿16和臂14的清潔器件。換 言之，如前述實(shí)施例中已經(jīng)描述那樣，例如有可能通過噴射來(lái)經(jīng)由反應(yīng)器10的壁引入待混 合的一種或多種化學(xué)制品，但現(xiàn)在是在混合器40的附近引入，由此混合器改善了已經(jīng)通過 噴射開始的混合。第二，圖5示出了怎樣從軸中的孔44經(jīng)由混合器40的軸管42將化學(xué)制 品引入到過程管(即，反應(yīng)器10)，由此機(jī)械混合器40將化學(xué)制品進(jìn)一步混合到流中。此 外，當(dāng)然有可能經(jīng)由兩個(gè)混合器軸(單獨(dú)的軸向和/或徑向的引入管(未示出))且從布置 在流管的壁上的導(dǎo)管或噴射噴嘴(在本上下文中未示出)將化學(xué)制品帶入漿料中，換言之， 通過一種或多種上述引入方法將化學(xué)制品帶入漿料中。
如從上文所述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例清楚的那樣，本發(fā)明涉及一種在線混合反應(yīng) 器，其中一種或多種化學(xué)制品被引入和混合到工藝液體中，且其中允許這些化學(xué)制品與彼 此反應(yīng)，以便避免形成在反應(yīng)器中的沉淀材料緊固到反應(yīng)器的各種表面上，包括混合器的 表面。本發(fā)明的目的在于將反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及其功能制定為以便實(shí)際上整個(gè)反應(yīng)有時(shí)間沿反 應(yīng)器的長(zhǎng)度進(jìn)展。因此，主要將電極桿的有效長(zhǎng)度計(jì)算為反應(yīng)器的長(zhǎng)度。換言之，電極桿在 過程管中沿工藝液體的流動(dòng)方向延伸至此種長(zhǎng)度，以便在電極桿的下游端部處不再有與彼 此反應(yīng)的物質(zhì)。例如，在上述方法和反應(yīng)器中，假定管中的流速為3m/s至5m/s，則反應(yīng)器的 長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)為大約I米至20米，優(yōu)選為I米至6米。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在附圖中，不必以正確 的長(zhǎng)寬比示出反應(yīng)器，而是在大多數(shù)情況下其相對(duì)于直徑比實(shí)際上的更短。
如還從上述實(shí)施例清楚的那樣，有效且均勻的混合導(dǎo)致較快的物質(zhì)傳遞和較快的 反應(yīng)，所以混合的調(diào)整可對(duì)反應(yīng)器的所需長(zhǎng)度具有影響。
盡管在上文中已經(jīng)將電極桿描述為在中心安裝在流管/反應(yīng)器中，但在一些情況 下，有可能還將其安裝在相對(duì)于反應(yīng)器的軸線傾斜的位置上。當(dāng)反應(yīng)器/流管產(chǎn)生管彎頭， 然而在管彎頭中反應(yīng)也進(jìn)展時(shí)，此類解決方案尤其是可能的。在此情況下，有可能將在中心 延伸的電極桿布置在管彎頭的兩側(cè)上的流管的平直部分上，其中仍然平直的電極桿布置在 管彎頭中的平直部分之間，電極桿自然優(yōu)選為安裝成以便其對(duì)管彎頭的區(qū)域的清潔的影響盡可能最好。尤其是用較寬的流管的情況下，可能需要使用一定數(shù)目的平行電極桿。因此， 有可能確保使保持清潔的表面的附近中的液體的PH值在所期望的范圍內(nèi)。
圖6很示意性地示出了作為本發(fā)明的示例性第五優(yōu)選實(shí)施例的在造紙中執(zhí)行碳 酸鈣的結(jié)晶反應(yīng)的另一種方式，結(jié)晶反應(yīng)執(zhí)行為以便不允許碳酸鹽附接到位于反應(yīng)帶上 的任何表面上。該另一種方法在于圍繞流管12布置永磁體或電磁體50。例如，美國(guó)專利 5，725，778和5,738,766中公開了此類設(shè)備。永磁體形成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度是恒定 的。例如，有可能通過使用電導(dǎo)體52圍繞流管12卷繞且將電流引送到由此形成的線圈中 來(lái)結(jié)合流管布置電磁體50。通過借助于控制單元18改變電流的大小、方向和/或頻率，就 可如所期望那樣改變形成的磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度。此外，有可能隨著不同形狀的波動(dòng)來(lái)將電 流引送至電磁體50的線圈中。然而，不論借助于永磁體或是電磁體來(lái)創(chuàng)造磁場(chǎng)，操作原理 總是相同。通過流管內(nèi)側(cè)的磁體來(lái)感生出電場(chǎng)。為了能夠使用所述電場(chǎng)，管中流動(dòng)的懸浮 液必須包含離子，在此情況下是鈣離子和它們的反離子(碳酸鹽離子或碳酸氫鹽離子)。電 場(chǎng)通過與電場(chǎng)相關(guān)的它們自身的電荷引起按需要引送在其范圍內(nèi)的離子。僅在流管中的有 限長(zhǎng)度處存在電場(chǎng)且尤其是電場(chǎng)的方向的變化使由流攜帶的離子轉(zhuǎn)向，因?yàn)殡x子趨于根據(jù) 電場(chǎng)的變化被引送，最終導(dǎo)致離子鍵被釋放，其中離子與彼此自由地反應(yīng)且形成碳酸鈣晶 體。換言之，電場(chǎng)且尤其是其方向的變化會(huì)加速離子的相互化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)殡x子的方向的連 續(xù)變化有助于它們?cè)趹腋∫褐械木鶆蚧旌?。此外，形成的碳酸鈣晶體剛好處于此種相，以便 晶體不可附接到流管的表面上且形成沉淀，或如果晶體形成沉淀，則晶體很軟，以便晶體剛 好攜帶在具有適合的流速的流中。
例如，防止沉淀的形成在反應(yīng)器內(nèi)側(cè)上的
美國(guó)專利公布5，591，317中論述 的又一種方法在于使用優(yōu)選在中心位于反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)的隔離的反應(yīng)器，電極僅電性連接到 電源/控制單元上。例如，另一電極為與液體隔離的反應(yīng)器的表面，或與液體電性連接的反 應(yīng)器的表面。在兩種情況下，形成了串接連接的一定數(shù)目的電容層，通過電容層來(lái)傳遞場(chǎng)的 靜電勢(shì)和場(chǎng)的強(qiáng)度。換言之，也在此情況下，液相中感生出的電場(chǎng)引起一般具有沉淀的趨勢(shì) 的粒子中的所期望的變化。
管理工藝流中的化學(xué)制品的結(jié)晶反應(yīng)以便沒有上述沉淀可緊固到位于反應(yīng)帶中 的任何表面上的又一類優(yōu)選方式為，如已經(jīng)關(guān)于電極桿的支承臂所提到的那樣，由所述沉 淀不會(huì)附接到其上的此類材料生產(chǎn)此類件(即，流管和位于流管內(nèi)側(cè)的反應(yīng)帶中的結(jié)構(gòu)兩 者)，或由此類材料涂布此類件。聚酰胺可作為一定數(shù)目的應(yīng)用中可使用的材料的實(shí)例被提 到。其它可能的涂層或制造材料包括PE樹脂、各種聚氨基甲酸酯、各種氟化物，如Teflon 、 蠟、硅樹脂和環(huán)氧樹脂。此外，可考慮各種彈性橡膠狀化合物，包括合成橡膠或天然橡膠，其 中EPDM(三元乙丙橡膠)可作為實(shí)例被提到。此外，利用表面形態(tài)(主要是通過使用所謂 的納米表面)可實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果。
如還從上述實(shí)施例清楚的那樣，有效且均勻的混合導(dǎo)致較快的物質(zhì)傳遞和較快的 反應(yīng)，所以混合的調(diào)整對(duì)反應(yīng)器的所需長(zhǎng)度可具有影響。盡管在上文中已經(jīng)將電極桿描述 為在中心安裝在流管/反應(yīng)器中，但在一些情況下，有可能還將其安裝在相對(duì)于反應(yīng)器的 軸線傾斜的位置上。當(dāng)反應(yīng)器/流管產(chǎn)生反應(yīng)在其中無(wú)論如何都會(huì)進(jìn)展的管彎頭時(shí)，此類 解決方案尤其是可能的。在此情況下，有可能將在中心延伸的電極桿布置在管彎頭的兩側(cè) 上的流管的平直部分上，其中也平直的電極桿布置在管彎頭中的平直部分之間，電極桿自然優(yōu)選為安裝成以便其對(duì)管彎頭的區(qū)域的清潔的影響盡可能最好。尤其是用較寬的流管的 情況下，可能需要使用一定數(shù)目的電極桿。因此，有可能確保將保持清潔的表面的附近中的 液體的PH數(shù)在所期望的范圍內(nèi)。
例如，在與木材提取物、黑液和白液的處理相關(guān)的纖維素廠和漿料廠中、在纖維素 廠的各種副產(chǎn)物(生物柴油等)的生產(chǎn)中、在漂白工廠的化學(xué)制品進(jìn)料中，在再循環(huán)漿料工 廠的DIP處理中等，可發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的解決方案。
最后，應(yīng)當(dāng)注意的是，上文僅公開了最優(yōu)選的實(shí)施例中的一些。因此，很明顯本發(fā) 明不限于上述實(shí)施例，而是本發(fā)明可以以許多方式應(yīng)用于在通過所附權(quán)利要求限定的范圍 內(nèi)。自然應(yīng)當(dāng)理解的是，其中以上木材處理行業(yè)以及結(jié)合各種實(shí)施例論述的漿料的處理已 僅為實(shí)例。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和反應(yīng)器可用于其中各種沉淀趨于收集在過程管系統(tǒng) 中的所有此類工藝中。如果所期望的話且如果技術(shù)上可行的話，結(jié)合各種實(shí)施例公開的特 征還可結(jié)合本發(fā)明的范圍內(nèi)的其它實(shí)施例使用，和/或不同組件可從所公開的特征組合。
權(quán)利要求
1.一種用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的方法，在所述方法中，允許所述工藝液體在用作在線反應(yīng)器的流管(12)中流動(dòng)，其特征在于，將至少一種化學(xué)制品加入存在于所述反應(yīng)器(10)中的所述工藝液體中，所述至少一種化學(xué)制品混合到所述工藝液體中，允許所述化學(xué)制品與另一種化學(xué)制品或存在于所述實(shí)際工藝液體中的材料反應(yīng)以用于形成反應(yīng)產(chǎn)物，但同時(shí)防止所述化學(xué)制品或所述反應(yīng)產(chǎn)物緊固到所述反應(yīng)器(10)的表面或與所述反應(yīng)器(10)相連的設(shè)備的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過利用至少一個(gè)特殊噴射混合器(24，24’，24’ ’)噴射來(lái)執(zhí)行將所述至少一種化學(xué)制品引入所述反應(yīng)器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基本上垂直于所述工藝液體的流動(dòng)方向來(lái)進(jìn)行所述噴射。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，以基本上高于所述工藝液體的流速的速度進(jìn)行所述噴射。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用至少一個(gè)機(jī)械混合器(40)來(lái)執(zhí)行將至少一種化學(xué)制品混合入所述工藝液體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，優(yōu)選地經(jīng)由所述混合器(40)的軸(42)將所述至少一種化學(xué)制品沿軸向帶入所述機(jī)械混合器(40)的反應(yīng)帶中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，電性地執(zhí)行所述防止固體顆粒的緊固。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述pH數(shù)布置為不利于在所述表面附近緊固。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)電極桿(16)布置成在所述反應(yīng)器(10)內(nèi)側(cè)的所述流動(dòng)體積中，其中一個(gè)或多個(gè)電極(20)相對(duì)于所述電極桿(16)隔離而處在形成所述反應(yīng)器(10)的流管(12)的內(nèi)表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述電極(16和20)連接到所述電壓源/控制系統(tǒng)(18)上，以便電場(chǎng)形成在所述電極之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將所述電流引送至所述電極(16和20)，以便在所述電極附近，所述液體流的pH值以所期望的方式變化，因此防止沉淀形成在所述流管(12)的內(nèi)表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，控制系統(tǒng)(18)布置成用以改變所述成對(duì)的電極(16，20)的極性，來(lái)用于保持所述電極桿(16)清潔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(18)基于預(yù)設(shè)的計(jì)時(shí)器或在所述電極桿(16)與所述至少一個(gè)電極(20)之間的電壓超過參考值時(shí)改變極性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述電極桿(16)與所述至少一個(gè)電極(20)之間的所述電壓回到所述參考值時(shí)，所述控制系統(tǒng)(18)將極性改變回到所述初始狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,永磁體或電磁體(50)布置在所述流管(12)的外側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7或權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，通過圍繞所述流管(12)卷繞連接到所述控制系統(tǒng)(18)上的電導(dǎo)體(52)來(lái)將線圈(50)布置在所述流管(12)的外側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，由所述線圈(50)形成的所述磁場(chǎng)/電場(chǎng)的方向或強(qiáng)度借助于所述控制系統(tǒng)(18)改變。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，與所述流動(dòng)體積隔離的至少一個(gè)電極桿布置在所述反應(yīng)器(10)內(nèi)側(cè)的所述流動(dòng)體積中，其中一個(gè)或多個(gè)電極(20)相對(duì)于所述電極桿(16)隔離而處在形成所述反應(yīng)器(10)的所述流管(12)的內(nèi)表面上，借助于所述電極形成一個(gè)或多個(gè)電容層。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于一個(gè)或多個(gè)pH傳感器、傳導(dǎo)率傳感器、層析成像或機(jī)械視覺器來(lái)監(jiān)測(cè)所述化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)展。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過借助于溫度計(jì)或熱成像儀監(jiān)測(cè)所述反應(yīng)器的溫度來(lái)監(jiān)測(cè)所述化學(xué)反應(yīng)的傳播。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6、權(quán)利要求19或權(quán)利要求20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)器(10)由所述沉淀、所述層和所述累積物不可緊固到其上的材料制成或沿其所述全長(zhǎng)涂布有所述材料。
22.一種用于將一種或多種化學(xué)制品混合到工藝液體流中的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器(10)定位成輸送所述工藝液體的流管(12)的一部分，其特征在于，所述反應(yīng)器(10)設(shè)有用于將至少一種化學(xué)制品引入所述流管(12)中的器件(24; 24’，24"; 42)、用于將所述至少一種化學(xué)制品混合到所述工藝液體中的器件(24; 24’，24"; 40)和用于保持所述反應(yīng)器(10)的內(nèi)側(cè)表面清潔的器件(14，14’，16，18，20)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于所述一種或多種化學(xué)制品的所述引入器件(24; 24’，24")同時(shí)地用作用于所述一種或多種化學(xué)制品的混合設(shè)備。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述一種或多種化學(xué)制品引入和混合器件(24; 24’，24")為噴射混合器。
25.根據(jù)權(quán)利要求22、權(quán)利要求23、權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，用于一種或多種化學(xué)制品的所述引入和混合設(shè)備為噴射混合器對(duì)(24’，24〃)，其中的所述后一個(gè)混合器(24’’)定位在所述過程管(12)的軸線上，在具有最多40度的角的假想扇形處，且所述第一混合器(24’)位于其所述直徑平面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述混合器對(duì)(24’，24’’)的混合器之間的所述距離從O. 05米至8米，優(yōu)選地從O. 05米至3米，最優(yōu)選地從O.1米至2米。
27.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于一種或多種化學(xué)制品的所述混合器件為布置在所述反應(yīng)器(10)中的機(jī)械旋轉(zhuǎn)混合器(40)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求22或權(quán)利要求27中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于所述一種或多種化學(xué)制品的所述引入器件為布置在所述反應(yīng)器(10)的中心的管，所述管的端部設(shè)有用于一種或多種化學(xué)制品的至少一個(gè)開口(44)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述管(42)同時(shí)地用作用于所述機(jī)械混合器(40)的軸(42)。
30.根據(jù)權(quán)利要求22至權(quán)利要求29中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于保持所述表面清潔的所述器件包括布置在所述反應(yīng)器(10)內(nèi)側(cè)離所述反應(yīng)器(10)的壁有一定距離的至少一個(gè)電極桿(16)、相對(duì)于所述第一電極(16)隔離且位于所述反應(yīng)器(10)的壁的表面上的至少另一個(gè)電極(20)，以及用于控制用于清潔所述表面的器件的器件(18)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于清潔所述表面的所述控制器件(18)包括電壓源和實(shí)際控制系統(tǒng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或權(quán)利要求31所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述電極桿(16)與用作所述反應(yīng)器(10)的所述流管(12)隔離開。
33.根據(jù)權(quán)利要求30至權(quán)利要求32中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述電極桿與所述工藝液體隔離開。
34.根據(jù)權(quán)利要求22至權(quán)利要求33中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述電極桿(16)在所述反應(yīng)器(10)中基本上布置在中心。
35.根據(jù)權(quán)利要求22所述的反應(yīng)器，其特征在于，用于清潔所述表面的所述器件為圍繞所述反應(yīng)器(10)布置的永磁體或電磁體(50)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述電磁體(50)由圍繞所述反應(yīng)器(10)卷繞且連接到電壓源/控制系統(tǒng)(18)上的電導(dǎo)體(52)形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求22至權(quán)利要求36中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器設(shè)有測(cè)量裝置(22)，優(yōu)選地為層析成像傳感器、測(cè)量所述pH數(shù)的傳感器或計(jì)量所述電導(dǎo)率的傳感器。
38.根據(jù)權(quán)利要求22至權(quán)利要求36中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器(10)設(shè)有測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置為收集或測(cè)量來(lái)自于所述反應(yīng)器的溫度數(shù)據(jù)的設(shè)備，如溫度計(jì)、溫度傳感器或熱成像儀。
39.一種用于生產(chǎn)和/或引入填料材料、AKD、ASA、助留化學(xué)制品或漂白化學(xué)制品的根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求22所述的反應(yīng)器的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將一種或多種流混合到工藝液體流中的方法及反應(yīng)器。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的方法和反應(yīng)器適合將此類流引入工藝液體流中，所述流單獨(dú)地或與工藝流一起趨于在流管的壁上形成有機(jī)沉淀或無(wú)機(jī)沉淀。尤其優(yōu)選的是本發(fā)明在造紙的化學(xué)制品被引入漿料中時(shí)適合使用。
文檔編號(hào)B01F13/00GK103025414SQ201180023332
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者J.拉薩南, J.馬圖拉 申請(qǐng)人:韋坦德科技公司