用于將各種流混合到工藝液體流中的方法及設備的制作方法

專利名稱：用于將各種流混合到工藝液體流中的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于將各種流混合到工藝液體流中的方法及設備。本發明適合在處理所有工業分支的工藝液體中使用。將各種化學制品引入紙張和紙漿工業中的紙漿、部分紙漿和纖維懸浮液中可作為用于根據本發明的方法和設備的尤其優選的應用而被提到。
背景技術：
在下文中，結合造紙來更詳細地闡述本發明及其背景。然而，由于可在較寬種類的工業分支中發現針對混合器的類似應用、與混合有關的問題和解決問題的期望，故必須將造紙僅理解為本發明的各種應用的一個實例。在造紙中，類似于無數其它工業的分支，存在用于混合物質的需要(下文中在用語的最寬可能含義中稱為化學制品，由此該用語涵蓋淡水(更通常是液體)、空氣(更通常是氣體或蒸汽))以及將一些其它固體材料(不排除各種處理化學制品和其它化學制品)引入到管路流中的需要。在一些情況下，足以使所期望 的量的化學制品來流入管流中，以便化學制品通過實際管流中的湍流與流動的材料(液體或氣體)混合。有時，所期望的量的化學制品排入管路流中的這樣一點，在此點，存在略微在化學制品加入點之后的產生湍流的機械設備，靜流障礙物、旋轉混合器或例如離心泵。在一些情況下，直接地或例如用導送入槽體中的物質來將化學制品引入布置在工藝中的相對較大的槽體中，由此將需要的混合器布置在槽體中。然而，在一些情況下，存在相當快和更有效混合的方法的需要。例如，這樣的實例可為將反應很快的化學制品(如，臭氧)混合到纖維素纖維懸浮液中。如果緩慢地執行混合，則臭氧有時間來毀壞定位成接近化學制品引入開口的部分紙漿，而另一部分紙漿保持完全未處理，因為臭氧沒有時間來到達紙漿的所述部分，而取而代之的是臭氧較早地用盡。此種化學制品需要很快且完全混合的方法。例如，另一個實例可為將兩種這樣的化學制品引入紙漿中，兩種這樣的化學制品被認為是與彼此反應且被認為是形成均勻尺寸的填料顆粒，或被認為是例如形成帶有紙漿的纖維或微粒材料的微集束(micro flock)。如果在此種應用中使用緩慢混合方法，則很顯然的是存在例如以下種類的問題
-顆粒的尺寸在很寬的范圍內變化，因為兩種化學制品存在于紙漿中時的全部時間里，既形成新顆粒，又會增加舊顆粒的尺寸；
-這還應用于形成的集束，集束的尺寸出于恰好相同的原因變化；
-此外，當目的在于將紙漿的微粒材料借助于保持化學制品緊固到纖維材料上時，必須使得它們以這樣的量引入，使得確保這對于紙漿流的所有位置都足夠，而與混合的較長持續時間無關。在Wetend Technologies Oy 的專利公告 EP-B1-1064427， EP-B1-1219344,FI-B-111868, FI-B-115148和FI-B-116473中也論述了上述問題，其中使用引入液體的噴射混合作為用于快速混合的解決方案而存在。將噴射噴嘴適當地布置在工藝管路的圓周上以便一個混合器足以用于較小直徑的管路，略大的管路使用在相同圓周上的兩個相對的噴嘴，比這略大的管路需要定位在圓周上以120度間隔的三個噴嘴等，提供了例如用于引入到造紙和對應混合中的保持化學制品的當前操作上最佳的混合布置。由于在一些應用中存在需要來基本上同時地引入一定數目的化學制品，公告FI-B-116473公開了一種引入系統，其中存在鄰近上述專利中論述的噴射噴嘴(直接在其上游)的開口，在壓差僅充分的情況下允許第二化學制品從該開口以所期望的量流動至流動管路/工藝管路，以便所述第二化學制品沿工藝管路的內表面流動至噴射噴嘴的開口，由此引入液體和第二化學制品的快速射流攜帶且混合第二化學制品也到工藝液體中。然而，在上述解決方案中，尤其已經發現了以下問題
-在最大需求情況下，混合并非如所期望那樣有效且快速，
-一股噴射射流不足以混合很大量的第二化學制品，
-在一些情況下，針對兩種化學制品的引入點之間的相對較大的距離(即，為>2秒的數 量級)已經存在需要，用于將第一化學制品來被足夠均勻地混合到整個流動中。實際上，例如，在造紙機的較短循環中，這意味著兩個混合器之間超過五米的距離。值得提到的是，作為與前述問題分開的問題，一些化學制品或它們的反應產物傾向于沉淀或緊固到所有固體材料的表面上。因此，除了所期望的沉淀在紙漿的纖維的表面或懸浮液中的其它固體的表面上之外，還可能存在沉淀或緊固到實際工藝管路的表面或定位在工藝管路中的結構的表面(包括混合器的各種表面)上。此種沉淀或緊固絕非所期望的，因為在一些點處，沉淀或從沉淀上分離的顆粒/碎片將以一些方式不利于最終產品的生產，或甚至不利于最終產品的品質。

發明內容
本發明的目的在于提供一種針對至少一些上文提到的現有技術問題的解決方案。本發明的一個目的在于提供一種新穎類型的混合設備，該混合設備在將容易地且快速地反應的化學制品和一定數目的化學制品兩者幾乎同時地混合到工藝流中時能有效地且可靠地操作。本發明的目的還在于提供一種方法，其中可以以有效且簡單的方式將容易地且快速地反應的化學制品和一定數目的化學制品兩者幾乎同時地混合到工藝流中。根據一個優選實施例，根據本發明的用于將各種流引入到工藝液體流中的方法，在該方法中，借助于引入液體，通過將第一種流基本上垂直地噴射到在工藝管路中流動的工藝液體中來引入和混合第一種流，該方法的特征在于通過在相對于引入的第一種流的這樣一點處將第二種流噴射到工藝液體中來基本上垂直于工藝液體的流動方向引入第二種流，在該點處，引入的第二種流加強了通過第一噴射流發展出的混合場。根據本發明的優選實施例的用于將各種流引入到工藝液體流中的設備，該設備包括傳送工藝液體的工藝管路和將第一種流相對于工藝液體的流動方向基本上垂直地引入和混合到的工藝管路中的至少一個噴射混合器，混合器附接到工藝管路的壁上，該設備的特征在于，相對于工藝液體的流動方向基本上垂直地引入和混合第二種流的至少一個噴射混合器定位在橫穿工藝管路的軸線的基本上相同的水平上，引入和混合第二種流的至少一個噴射混合器在引入第一種流的至少一個噴射混合器的下游的且離開引入第一種流的至少一個噴射混合器一定距離，引入第一種流和第二種流的噴射混合器形成噴射混合器對。
對于根據本發明的方法和設備很典型的其它特征從所附權利要求和結合以下附圖公開本發明的最優選的實施例的以下描述中將變得顯而易見。在測試中，已經發現了借助于本發明實現的優點以包括以下
□在小于一秒內，有時在小于O. I秒內，對于大多數目的能足夠均勻地混合化學制品， □與另一種反應的兩種化學制品的反應也發生在小于一秒內，
□化學制品(如，沉淀碳酸鈣，(PCC))的反應中形成的晶體的尺寸分布，或更通常是產物的尺寸分布是很均勻的，實際上比例如PCC的任何已知生產方法中的晶體或產物的尺寸分布更均勻，
□通過使用本發明的特殊特征，可防止化學制品/多種化學制品和/或其反應產物沉淀或緊固到工藝管路的表面上，因為將出現沉淀的區域縮短至對于可用清潔方法的實際大小，
□本發明的有效且快速的混合設備提供了使用或開發腐蝕性更大的化學制品和添加劑的可能性。


在下文中，將參照所附示意性附圖來更為詳細地描述根據本發明的方法、設備及其操作，在附圖中
圖Ia和圖Ib示意性地示出了現有技術的噴射進料器的位置和操作，
圖2a和圖2b示意性地示出了根據本發明的優選實施例的化學制品噴射混合設備的結構和操作，
圖3示意性地示出了本發明的又一個進一步優選的實施例，以及 圖4示意性地示出了本發明的另一個進一步優選的實施例。
具體實施例方式本發明的出發點在于工業過程中的工藝管路，管路將工藝液體傳送至工藝步驟，包括最終產品的生產，或例如將工藝液體傳送到槽體用于輸送，以便進一步細化或最終使用。所述工藝液體可包含一種或多種液態成分和/或氣態成分，且工藝液體還可包含一種類型或多種類型的固體。后一備選方案的實例包括至少由水、纖維、微粒和填料顆粒構成的紙張工業的纖維懸浮液，即，紙漿。在下文中，通過將本發明與現有技術使用的用于生產沉淀碳酸鈣(PCC)的噴射混合器設備相比較，參照紙張工業的實例更為詳細地公開本發明。例如，在專利申請W0-A2-2009103854中已經論述了例如造紙工業中PCC的流水生產中的噴射混合器的成功使用。該公布已經公開了如何通過布置用于引入二氧化碳和石灰乳的噴射混合器來執行化學制品的引入，以便保留用于結合管路流來混合的距離為從5米至15米，基于壓頭箱接近管路中的大約3m/s至5m/s的流速對應于大約I秒至5秒的時間。所述專利申請中已經公開的方法盡管在反應時間和提供的距離以及PCC的品質上仍存在改進的空間，但在與現有技術相比時，提供了 PCC的特別良好的品質和均勻的分送。無論是在造紙工業或還是在任何其它工業中，將具有5米至25米的長度的反應器布置到工藝管線中可理解為是有問題的。尤其是PCC以及許多其它產品的生產中的問題在于引入的至少一種化學制品或其一種或多種反應產物傾向于沉淀到工藝管路的表面上或工藝管路中的一個或多個結構的表面上或附接到其表面上。如果期望通過使用特殊清潔設備來將其阻止，則應當將清潔設備的長度延伸至混合區/反應區的整個長度，由此很明顯的是布置帶有十米的長度的清潔設備將導致問題，且清潔設備作為投入也不便宜。至于所關注的PCC的品質，其流水生產需要將二氧化碳(CO2)和石灰乳(Ca(OH2))引入和混合入造紙中使用的朝造紙機的壓頭箱流動的紙漿或部分紙漿或部分流中。當使用PCC作為造紙中的填料時，如上文已經所述的那樣，對于紙張的品質，關鍵是PCC晶體的尺寸和形狀盡可能均勻。以前已知的是，PCC的晶體尺寸的偏差幾乎完全取決于PCC的結晶反應持續多久。換言之，用于結晶的時間越久，形成的晶體的尺寸偏差就越大。原因僅在于在結晶在以前形成的晶體的表面上持續的同時，新的晶體將持續地形成。因此，很明顯的是在PCC的生產中，有利的是努力實現盡可能短的結晶反應時間。由于結晶本身作為化學反應的持續時間很短，故在論述結晶反應的整個持續時間時，一些其它因素必須是至關重要的。除化學反應時間之外，對結晶的總持續時間有影響的唯一事物在于材料傳遞，即，碳酸鹽離子(CO32-)和鈣離子(Ca2+)怎樣找到彼此。根據由我們執行的測試，對所述時間有影響的因素實際上僅為二氧化碳的氣泡尺寸、石灰乳的顆粒尺寸和混 合的強度。相同的測試已經證明了 例如，所期望的晶體的量，即，使用的化學制品的量(在生產用于造紙的填料的情況下的實際量)，對反應時間沒有太大影響，只要可使混合盡可能均勻且氣泡和顆粒的尺寸很小。針對此的原因在于，如果引入的化學制品的量為相對于彼此化學計算的，則只要混合快速且均勻，就可在沒有針對材料傳遞所需的較大延遲的情況下使化學制品與彼此反應。因此，在將PCC的生產作為實例的情況下，由我們執行的測試的目的已經用于觀察用噴射混合器可產生多快的混合要發生，以及通過什么方式可產生多快的混合要發生。自然，在這樣的情況下，出發點必須為噴射混合器的操作的徹底研究，其中強調觀察是否可以以一些方式改進噴射混合。圖Ia為現有技術的噴射混合器10和通過噴射混合器10在傳送工藝液體的工藝管路20中形成為工藝管路20的縱向方向上的區段的流場的簡圖。另一方面，圖Ib示出了通過管路中的圖Ia中的混合器在管路的截面的這樣一點處形成的流場，使得必須將從噴射混合器排出的化學制品射流認作是在工藝管路中已經達到其最大穿透。從這點起，實際上僅由于流的自然湍流而發生進一步混合。該附圖示出的是在使用現有技術方法，通過相對于工藝液體的流動方向基本上垂直地噴射(相對于工藝液體與直角偏離+/-30度，atright angles to the process liquid +/- 30 degree),且在與工藝管路 20 中的工藝液體在其離開噴射混合器10的噴嘴時的流速相比時在噴射速度較高(3倍至12倍)的情況下引入化學制品時，由于射流的高動能，故射流在一定距離內保持其形狀和方向。在圖Ia和圖Ib中，就射流的延伸而言，這對應于其最大延伸的大約三分之一至四分之一。在此之后，射流首先開始折入流動的方向(圖Ia中的右側)，在此之后，射流開始變寬至側部(如可從圖Ib中看到的)。變寬至側部將發生，以便在管路中流動的工藝液體的運動速度和射流與所述工藝液體之間的剪切力兩者造成射流的邊緣區域上的射流的速度比射流的中間減小得更快。通過管路流(沿管路的縱向方向)逐漸地攜帶射流的此種較慢的層，且射流形成以沿相反的方向螺旋地混合的兩股渦流，渦流能夠攜帶在管路中流動的工藝液體和與工藝液體一起移動的任何固體或化學制品。渦流的效果造成整個射流逐漸地分成傾向于基本上擴散至管路的整個截面的這兩股渦流(實際上用于此所需的混合器的量取決于管路的直徑)，直到渦流的動能不再足以控制管路流和不再足以抵消大體上形成在管路流中的不受控制的湍流。圖Ia中的垂直線M示出了流場的點，在該點處，形成逆旋螺旋，S卩，首先開始旋轉的射流的那些部分以一種方式已經回到工藝管路的混合器側部的點。實際上，這意味著噴射的化學制品和引入液體的混合物傾向于接近管路的壁的側部，該混合物在此前不久從管路的壁引入。當混合物從線M進一步向右移動時，兩股逆旋渦流變弱，S卩，渦流更清楚地一致，且渦流消失在管路流的總體不受控制的湍流中。當噴射混合器的上述準確操作與論述了 PCC的生產的以前提到的WO申請中描述的混合器裝置相比時，注意到的是，在WO申請的裝置中，進入流中的通過各個噴射混合器形成的高效地混合和擴張的流場(圖Ib中所示)的某些類型有時間來在定位在工藝管路中的后面的點處的第二混合器之前大部分衰減。在詳細闡述一個噴射噴嘴之后的流場的該行為和觀察到在引入第二化學制品之前的流場的衰減時，可推導出的是，在從噴射混合器排出的射流傾向于基本上變寬至工藝管路的整個截面的區域中，混合必須很強。這是找出更多能量可如何引入一個噴射混合器的流場中來至少保持渦流足夠強以用于良好混合或甚至增大其強度的動力。盡管事實上是 單股射流不會延伸至管路的相對側上，故逆旋渦流傾向于擴張以便覆蓋管路的整個直徑是等待增大強度的原因。用于此的解決方案在于努力將第二噴射噴嘴定位成接近第一噴嘴，使得通過第一噴嘴形成的流場至此不會已經衰減太多。結合圖2a和圖2b所示的以下實例論述了使用前文簡要描述的解決方案的PCC的流水生產。換言之，測試圖2a中所示的解決方案，其中噴射噴嘴在工藝管路中按順序定位成很接近彼此，且并非如一些情況下已經提出的那樣沿周向方向并排。定位在工藝管路的圓周上平行的噴射噴嘴應被認為會提高混合效率，但在示出了流場的操作的我們的測試中，可觀察到的是這實際上不會發生，除非使用很強勁的噴射，因而還需要更多的泵送功率，因而產生很強勁的不可控制的混亂型混合。新穎的測試裝置例如為觀察如圖Ia中所示的化學制品噴射到流中的流場的結果。圖2a示意性地示出了根據本發明的優選實施例的用于將各種流引入到工藝液體流中的設備，而圖2b示出了借助于所述設備形成的流場。參考標號20示出了工藝管路，工藝液體(該實例中為紙漿)在工藝管路中朝造紙機的壓頭箱流向右側。噴射混合器12緊固到所述工藝管路20的壁上，混合器用于在生產PCC時將例如二氧化碳引入紙漿中。第二噴射混合器14布置在工藝管路20的壁上離第一混合器12很短的距離處，借助于第二噴射混合器14將石灰乳引入紙漿中。通過使用特殊引入液體來執行根據此噴射的噴射，引入液體通常用于Wetend Technologies Oy的TrumpJet混合器，因為在用引入液體的情況下,化學制品(在該實例中為CO2和石灰乳)、粉末Ca(OH)2的水懸浮液可高效地、快速地且均勻地混合到紙漿中。除了通過采用側流且將側流泵送至噴射混合器作為引入液體而使用已經在管路20中流動的紙漿之外，還可使用來自于造紙機或該工藝中的另一位置的濾液或造紙的質量成分或填料成分，只是提到了幾種備選物。此外，根據本發明的噴射的特征特性在于，當化學制品和一部分引入液體傾向于立即反應時，有利的是通過引入液體來實現化學制品的引入和混合，以便使化學制品與引入液體在它們的組合噴射到工藝液體中時基本上同時地接觸。還很關鍵的是，噴射基本上垂直于工藝液體的流動方向發生。用語〃基本上垂直的方向"這里意味著相對于工藝液體的流動方向成直角或與直角以最多30度偏離的方向。如果期望的話，有可能的是化學制品的量僅為引入液體的量的一部分，因為通過使用相對少量的引入液體，就確保了深入工藝液體中的甚至很少量的化學制品的滲透和均勻混
入
口 ο在我們的測試中，我們發現用于第二噴嘴14的最佳位置首先是第一噴嘴12定位在其中的延伸穿過管路10的軸線的基本上相同的水平，因為在此情況下，可使第二噴嘴14的射流直接地沖擊到由前述噴嘴12形成的兩股逆旋渦流之間，由此后一射流最有效地加強了通過前述射流形成的渦流，將給更多能量帶給它們，且因此有助于渦流擴張到盡可能寬的截面。換言之，噴射噴嘴基本上按順序定位在工藝管路的壁上。也在此情況下，用語〃基本上按順序〃意味著除了準確的一個接一個外，還以任意遠離所述位置最多20度的方式進行定位。換言之，混合器形成混合器對，以便引入第二種流的各個混合器對的噴射混合器14布置就位，噴射混合器14的位置在工藝管路20的圓周上從第一混合器12定位到其上 的穿過工藝管路的軸線的水平以最多20度偏離，更優選的是10度(沿管路的圓周的方向測量)。因此，第二噴射混合器14以一定方式定位在沿工藝管路20的縱向方向上的40度(優選20度)的扇形區(如圖2b中的扇形區A所示)中，第一混合器12定位在該扇形區的直徑上。其次，觀察到的是，第二噴嘴14應當也定位成接近圖Ia中的線M，或盡可能接近線M。換言之，第二噴嘴14應當也定位在通過第一噴嘴引入的化學制品射流已經有時間來形成兩股逆旋螺旋渦流的位置處，或盡可能接近該位置。因此，有可能確保第二噴嘴14的射流加強第一噴嘴12的射流，且第二噴嘴14的射流的動能不會用于再加速通過第一噴嘴形成的已經衰減的渦流而損失。然后，如果第二噴射混合器與第一混合器之后的上文限定的角位置不重合，則第二噴射混合器的射流沖擊側部且部分地抵消通過第一射流形成的渦流，導致不受控制的流場，使混合結果至少退化至一定程度。基于我們的測試，我們發現O. 2米對于PCC的流水生產是引入噴嘴之間最優選的距離，即，當流速處于3m/s的數量級時，引入點之間的時間為O. 67秒。從噴嘴12和14發出的化學制品-引入液體射流的速度為在管路中流動的紙漿的速度的大約3倍至12倍。當比較圖Ib的流場和圖2b的流場時，可以看到的是，通過第二噴嘴14導致的渦流的加強增大了管路的整個截面區域上的化學制品的混合速率，以便在從引入第一化學制品起已經大約O. 15秒之后就已經將兩種化學制品分送到管路的基本上整個截面上。在我們的測試中，我們注意到，在一定程度上取決于工藝液體的粘性，由于第一射流的渦流然后會衰減太多，故混合器之間的工藝管路的縱向距離應當基本上不超過兩米。因此，在工藝管路的縱向方向上的噴射噴嘴之間的距離應當從O. 05米至2米，優選為從O. 05米至I米。在實際工業規模的過程中，主要由于管路的直徑而并非總是可能用一個噴射混合器/混合器對來引入一種化學制品。在此情況下，存在定位在工藝管路的相同圓周上的一定數目的噴射混合器/混合器對。當使用帶有小管路的由Wetend Technologies Oy制造的標準尺寸的噴射混合器時，有可能僅使用一個噴嘴，而在最大管路直徑的情況下，為了充分覆蓋管路的截面，管路的相同圓周上需要4至6個混合器。因此，很明顯的是，當從與第一化學制品相同數目的噴射混合器也引入第二化學制品時，實現了混合兩種化學制品的最佳混合結果，且由此形成的混合器對定位在基本上相同的縱向直徑水平上，均勻地分布在工藝管路的圓周上。很明顯，還優選的是使引入第一化學制品的混合器基本上在工藝管路的相同圓周上，而引入第二化學制品的那些混合器在另一圓周上。值得作為本發明的解決方案的特殊應用而提到的解決方案為其中兩種單獨的化學制品未混合的解決方案，而取而代之的是可以從兩個噴射混合器引入僅一種化學制品或可以僅從第一噴射混合器引入僅一種化學制品，由此第二噴射混合器將僅噴射引入液體的射流來用于加強進入工藝液體流中的混合。上述發明允許使用更大腐蝕性和有效的化學制品，因為混合明顯比以前的更快且更均勻。然而，同時實際的化學制品或多個化學制品和它們的反應產物可傾向于緊固到反應器的壁上或反應器區域中的其它結構上。因此，為了確保反應器的有效操作，反應器應當設有用于保持反應器的表面和反應器區域中的結構清潔的器件。在上文中，當談論到導致本發明的發展的問題時，提到了結合具有沉淀或緊固的傾向的化學制品的混合來使用的清潔設備。圖3相對示意性地示出了根據本發明的優選附加實施例的引入設備和管路清潔設備30。實際上，圖3示出了反應器，反應器包括由凸緣32限制的平直圓柱形工藝管路20，反應器的壁34設有兩個化學制品引入噴嘴12和14，如 上文所述的實施例中已經描述的那樣，噴嘴12和14定位成接近彼此。導電的電極桿36借助于臂38基本上在中心連接到(即，基本上在工藝管路的軸線上)工藝管路20的內側，在該實施例中，桿36借助于一個臂38’電性地連接到控制系統40上。在工藝管路20由金屬制成的情況下，如其在大多數情況那樣，電極桿36應當與工藝管路20電性隔離。例如，可通過由非導電材料提供桿36的緊固臂38，或通過主要由非導電材料制成的桿36且用導電材料包覆桿來執行所述隔離。第二電極42布置在工藝管路20的內側上，以便可在工藝管路20的內表面與定位在管路的中間中的電極桿36之間形成所期望的電壓差。自然地，像第一電極一樣，所述第二電極電性連接到控制系統40上。最簡單且也是最常用的方式在于使工藝管路由金屬制成，由此工藝管路可以以其整體用作電極，且不需要單獨的電極。當工藝管路由非傳導性材料制成時，可以存在一定數目的所述第二電極，第二電極優選為沿工藝管路的圓周方向以及沿反應器的縱向來均勻分布。另一備選方案在于用導電材料在內部包覆工藝管路，由此所述涂層用作電極。連接到控制系統40上的第三構件為某種類型的測量傳感器44，借助于測量傳感器44，有可能監測混合的效率和/或反應器中的反應的過程。例如，所述傳感器44可基于斷層分析，但傳感器也可測量工藝液體的PH或傳導率。根據本發明，反應器可優選為但不是必需構造成以便針對噴射混合所需的所有導管、管線、泵和清潔器件都定位在通過凸緣32限定的長度內的管線的內側，由此管線中的反應器的安裝就盡可能容易。圖3中所示的反應器壁清潔系統在PCC的生產中工作，以便經由控制系統將DC電壓導送至電極和定位成與反應器的壁相連的電極，以便電極桿用作陰極，而反應器的壁用作陽極。當工藝管路的壁為陽極時，鄰近壁的液體的pH降至2至3的值，這防止了碳酸鈣緊固到壁上。然而，當所述表面附近的PH較高時，碳酸鈣具有沉淀/緊固到電極桿的表面上的傾向。通過對控制系統編程來改變系統的極性，很容易除去由所述沉淀引起的缺點，由此碳酸鹽快速地溶解在現在用作陽極的電極附近形成的酸性液體中。控制系統可以被編程以便以某一時間間隔或受到通過從過程中接收到控制脈沖的控制來改變極性。例如，有可能監測陰極與陽極之間的電壓變化，由此電壓中的一定的增大實際上意味著一定深度的沉淀層。因此，可校準控制系統來在一定電勢差下改變系統的極性。對應地，當電勢差已經減小到初始水平時，控制系統使極性回到初始情形。即使在上文中(在圖3中)已經將電極桿描述為基本上在中心上安裝在工藝管路/反應器中，但在一些情況下，還有可能將電極桿安裝在相對于反應器的軸線的傾斜位置上。當反應器/流動管路產生管路彎頭(反應在管路彎頭中仍然進展)時，此種解決方案尤其是可能。在此情況下，有可能將在中心延伸的電極桿布置在管路彎頭的兩側上的流動管路的平直部分上，其中仍然平直的電極桿在管路彎頭中的平直部分之間，管路彎頭自然優選為安裝成以便其對管路彎頭的區域的清潔的影響盡可能最好。尤其是在寬流動管路的情況下，可能需要使用一定數目的平行電極桿。因此，有可能確保將保持清潔的表面的附近中的液體的PH值在所期望的范圍內。關于電極桿還值得提到的是，當傾向于沉淀或緊固的反應產物或化合物僅通過從噴射混合器引入的化學制品形成或由它們兩者的共同作用形成時，電極桿可定位成以便其第一端部與第二噴射混合器14齊平。因此，電極桿的第一端部優選為沿工藝液體的流動方向延伸，直到所有化學制品都用盡的點。自然地，當第一噴射混合器用于引入化學制品，單獨的化學制品具有沉淀或緊固到工藝管路等的壁上的傾向，電極桿必須定位成在第一噴射混合器的水平上開始。 圖4很示意性地示出了作為本發明的另一進一步優選的實施例的在造紙中執行碳酸鈣的結晶反應的另一方式，以便不允許碳酸鹽附接到定位在反應區上的任何表面上。該另一方法在于圍繞流動管路20布置永磁鐵或電磁鐵50。例如，美國專利5，725，778和5，738，766中公開了此種設備。永磁鐵形成磁場,磁場的方向和強度是恒定的。例如，有可能通過使用電導體52圍繞流動管路20卷繞且將電流導送到由此形成的線圈中來結合流動管路布置電磁鐵50。通過借助于控制單元54改變電流的振幅、方向和/或頻率，就可如所期望那樣改變形成的磁場的方向和強度。此外，有可能隨著不同形狀的波動來將電流導送至電磁鐵50的線圈中。然而，不論借助于永磁鐵還是電磁鐵來產生磁場，操作原理總是相同的。通過流動管路內側的磁鐵來感生出電場。為了能夠使用電場，管路中流動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(碳酸離子或碳酸氫離子)。電場通過它們自身的與電場相關的電荷導致按需要來導送在其范圍內的離子。僅在流動管路中的有限長度處存在電場和尤其是沿電場的方向的變化在傾向于根據電場的變化導送離子來使離子跟隨著流動，且最終導致離子鍵的釋放，且離子自由地與彼此反應且自由地形成碳酸鈣晶體。換言之，電場且尤其是其方向的變化會加速離子的相互化學反應，因為離子的方向的持續變化有助于它們在懸浮液中的均勻混合。此外，形成的碳酸鈣晶體剛好處于一種相，以便晶體不會附接到流動管路的表面上且不會形成沉淀，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動速度的流中。至于所關注的電磁鐵的位置，仍應用上文結合電極規則限定的位置規則。防止在反應器內側形成沉淀的又一可用的方式在于使用優選在中心定位在反應器的內側的隔離的反應器，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器的表面，或與液體電性連接。在兩種情況下，形成了串接連接的一定數目的電容層，通過電容層，將傳遞場的靜電勢和場的強度。換言之，也在此情況下，液相中感生出的電場導致一般具有沉淀的傾向的粒子中的所期望的變化。例如，美國專利公告5，591，317中論述了該方法。
如關于電極桿的支承臂已經提到的，管理工藝流中的化學制品的結晶反應以便沉淀不會緊固到定位在反應區中的任何表面上的第四方式在于由此種材料生產這些部件(即，流動管路和定位在反應區中的流動管路的內側的結構)，以便所述沉淀不會附接到這些材料上。聚酰胺可作為可在一定數目的應用中使用的材料的實例而被提到。PE樹脂、聚氨基甲酸酯、Teflon 和環氧樹脂可用作表面或涂層材料。此外，表面形態，優選為所謂的納米表面，也可在本申請中使用。應當注意的是，上文僅公開了最優選的實施例中的一些。因此，很明顯的是本發明不限于上述實施例，而是本發明可以以很多方式應用于在通過所附權利要求限定的范圍內。因此，很明顯的是集中于PCC的生產的描述必須僅理解為用于化學制品的有效混合的本發明的可用性的良好的實例，因為PCC的組成材料的混合和材料與彼此的立即反應給出了本發明的工藝相比于現有技術解決方案更大的優點的明確描繪。此外，除了用單個噴射混合器引入一種化學制品之外，還應當考慮可引入兩種化學制品或化學制品混合物的進料的備選方案。同樣，除了來自從一個或兩個噴嘴的一種化學制品之外，一個噴射混合器對可用于也從一個混合器或兩個混合器引入一定數目的化學制品。此外，針對本發明，自然有可能按順序連接如上文所述的兩個以上的混合器。如果期望的話且如果技術上可行的話，結 合各種實施例公開的特征還可結合本發明的范圍內的其它實施例使用，和/或不同組合可從所公開的特征組合。
權利要求
1.一種用于將各種流引入到工藝液體的流中的方法，在所述方法中，通過將第一種流與引入液體一起噴射到所述工藝液體中來引入第一種流，所述工藝液體在所述工藝管路(20)中行進，所述第一種流基本上垂直于所述工藝液體的流動方向，用于形成混合場，其特征在于， 通過將第二種流在所述第一種流的流場的這樣一點處噴射到所述工藝液體中來基本上垂直于所述工藝液體的流動方向引入所述第二種流，使得所述第二種流的引入加強了通過所述第一噴射流形成的所述混合場。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一種流的混合場包括定位在所述工藝管路中的兩股逆旋渦流，以及將所述第二種流基本上引入到所述渦流之間。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的方法，其特征在于，使用針對各股流的至少一個噴射混合器(12，14)用引入液體來執行噴射。
4.根據權利要求I、權利要求2或權利要求3所述的方法，其特征在于，由所述噴射混合器(12，14)形成的一個或多個噴射混合器對引入所述第一種流和所述第二種流，各個所述混合器對(12，14)定位在基本上沿所述工藝管路(20)的軸線延伸的其自身的水平上。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，噴射混合器對(12，14)的所述后一混合器(14)定位在假想的扇形區A中的所述工藝管路(20)的軸線上，所述扇形區A的角為最多40度，且所述對的第一混合器(12)定位在所述扇形區A的直徑水平中。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，當存在一個以上的混合器對(12，14)時，所述混合器對(12，14)基本上均勻地分布在所述工藝管路(20)的圓周上。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過將電清潔設備(30)布置在所述工藝管路(20)的內側來防止與所述流一起引入的所述至少一種化學制品或所述至少一種化學制品的反應產物沉淀或緊固到所述工藝管路(20)的表面上或定位在所述工藝管路(20)中的所述結構的表面上。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，產生出具有用于形成所述沉淀的pH值缺點的層的電場借助于所述清潔設備(30)形成在所述工藝管路(20)的內側。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，布置電場或磁場來防止攜帶在所述工藝液體中或形成在所述工藝液體中的材料附接或緊固到所述工藝管路的表面(20)上或定位在所述工藝管路中的結構的表面上。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，通過由一種材料制成所述結構或用所述材料包覆所述結構來防止與所述流一起引入的所述至少一種化學制品或所述至少一種化學制品的反應產物沉淀或緊固到所述工藝管路(20)的表面上或定位在所述工藝管路(20)中的所述結構的表面上，所述材料不會附接到或緊固到所述結構上。
11.一種用于將各種流引入到工藝液體流中的設備，所述設備包括傳送所述工藝液體的工藝管路(20)和相對于所述工藝液體的流動方向基本上垂直地引入和混合所述第一種流到所述工藝管路(20)中的至少一個噴射混合器(12)，所述混合器附接到所述工藝管路(20)的壁上，其特征在于，相對于所述工藝液體的流動方向基本上垂直地引入和混合第二種流的至少一個噴射混合器(14)定位在所述工藝管路(20)的壁上，處于橫穿所述工藝管路的軸線的基本上相同的水平，在引入所述第一種流的所述至少一個噴射混合器(12)的下游且離開引入所述第一種流的所述至少一個噴射混合器(12) —定距離，引入所述第一種流和所述第二種流的所述噴射混合器(12，14)形成噴射混合器對。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，當存在一個以上的混合器對(12，14)時，所述混合器對(12，14)基本上均勻地分布在所述工藝管路(20)的圓周上。
13.根據權利要求11或權利要求12所述的設備，其特征在于，引入所述第二種流的所述噴射混合器對(12，14)中的噴射混合器(14)布置在某一位置，噴射混合器(14)的位置在所述工藝管路(20)的圓周上從與穿過引入所述第一種流的所述噴射混合器(12)的所述工藝管路軸線平行的線偏離最多20度。
14.根據權利要求11、權利要求12或權利要求13所述的方法，其特征在于，噴射混合器對(12，14)的所述后一混合器(14)定位在假想的扇形區A中的所述工藝管路(20)的軸線上，所述扇形區A的角為最多40度，且所述對中的第一混合器(12)定位在所述扇形區A的直徑水平中。
15.根據權利要求11至權利要求14中的任一項所述的設備，其特征在于，所述混合器對的混合器之間的所述距離為從O. 05米至2米，優選為從O. 05至I米。
16.根據權利要求11至權利要求14中任一項所述的設備，其特征在于，所述距離為用所述工藝液體的流速計算的對應于小于一秒的距離。
17.根據權利要求11至權利要求16中任一項所述的設備，其特征在于，工藝管路清潔設備(30)布置在所述工藝管路(20)的內側。
18.根據權利要求17所述的設備，其特征在于，所述清潔設備(30)包括基本上在中心布置在所述工藝管路(20)內側的電極桿(36)、布置在所述工藝管路的表面上的至少一個電極(42)，以及包括電壓源的控制系統(40)。
19.根據權利要求17所述的設備，其特征在于，所述清潔設備(30)還包括用于監測所述工藝管路中的反應的過程的測量傳感器(44)。
20.根據權利要求17所述的設備，其特征在于，所述清潔設備為圍繞所述反應器(20)布置的永磁鐵或電磁鐵(50)。
21.根據權利要求20所述的設備，其特征在于，圍繞所述工藝管路(20)布置的所述電磁鐵(50)包括圍繞所述工藝管路(20)卷繞的導體(52)和與所述導體(52)相連的控制系統(54)。
22.根據權利要求11至權利要求16所述的設備，其特征在于，由所述工藝液體攜帶、弓丨入所述工藝液體中或形成在所述工藝液體中的所述材料不會附接到由其制成所述工藝管路(20)或所述工藝管路(20)內側的所述結構的材料上或不會附接到用其包覆所述工藝管路(20)或所述工藝管路(20)內側的所述結構的材料上。
全文摘要
本發明涉及一種用于將各種流混合到工藝液體流中的方法及設備。本發明的方法和設備尤其優選為適合將各種化學制品引入造紙中使用的紙漿中。
文檔編號D21C9/00GK102811801SQ201180013220
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月8日 優先權日2010年3月10日
發明者J.馬圖拉 申請人:韋坦德科技公司