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WO2006007609A1 - Verfahren zum mischen, vorrichtung hierzu und deren verwendung - Google Patents

Verfahren zum mischen, vorrichtung hierzu und deren verwendung Download PDF

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WO2006007609A1
WO2006007609A1 PCT/AT2005/000229 AT2005000229W WO2006007609A1 WO 2006007609 A1 WO2006007609 A1 WO 2006007609A1 AT 2005000229 W AT2005000229 W AT 2005000229W WO 2006007609 A1 WO2006007609 A1 WO 2006007609A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
suspension
stator
pulp
rotor
rotary mixer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/AT2005/000229
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English (en)
French (fr)
Inventor
Berndt Cupak
Anton Ortner
Johann GRÖSTLINGER
Andreas Krotscheck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lenzing Technik GmbH
Original Assignee
Lenzing Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34916828&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2006007609(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Lenzing Technik GmbH filed Critical Lenzing Technik GmbH
Priority to DE502005005481T priority Critical patent/DE502005005481D1/de
Priority to EP05752464A priority patent/EP1768770B1/de
Priority to CA2574368A priority patent/CA2574368C/en
Publication of WO2006007609A1 publication Critical patent/WO2006007609A1/de
Priority to US11/655,645 priority patent/US20070175604A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/50—Pipe mixers, i.e. mixers wherein the materials to be mixed flow continuously through pipes, e.g. column mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/072—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis
    • B01F27/0721—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis parallel with respect to the rotating axis
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    • B01F27/0724—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis directly mounted on the rotating axis
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    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
    • B01F27/2712—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with ribs, ridges or grooves on one surface

Definitions

  • the invention relates to a method for continuously mixing and / or fluidizing a suspension or a pulp and / or for mixing gaseous and / or liquid media in a suspension or a pulp, in particular in a suspension of a fibrous material with fluids, wherein the Suspension or pulp is exposed in a rotary mixer over the circumference of the rotary mixer of different sizes shear forces, and a device for carrying out the method and further use of the device.
  • a rotary mixer for suspensions or pulps in which a rotor is arranged centrally in a stator, wherein rib-like projections are provided in a gap between a cross-sectionally polygonal rotor and stator.
  • the object of the invention is to obviate these disadvantages and difficulties, and has set itself the task of a method of the type described above and a device for optimum continuous mixing and / or fluidization of a suspension or pulp and / or for mixing in gaseous and / or liquid media To create a suspension or a pulp, with which it is possible to accomplish the mixing process or the mixing efficiently and possibly over a longer period of time with little effort.
  • this oversized dimensions of the device serving for this purpose or inadmissibly high peripheral speeds should be avoided.
  • This object of the invention is achieved in a method of the type described above in that the suspension or the pulp is additionally moved from the inlet to the outlet of the rotary mixer along its length or longitudinal axis.
  • the process according to the invention allows a broad application, in particular for pulp suspensions with a consistency between 4 and 20%, in particular between 8 and 15%.
  • the longitudinal axis of the rotor is arranged parallel to the longitudinal axis of the stator.
  • a preferred embodiment is characterized in that an eccentricity between the longitudinal axis of the stator and the longitudinal axis of the rotor in the range of 1/200 to 1/2 of the inner diameter of the drum of the stator.
  • the ratio of the outer diameter of the rotor to the inner diameter of the drum of the stator in the range of 1: 1.1 to 1: 5, expediently the height of the flow breaker in the range between 1/50 to 1 / 1.4 the outer diameter of the rotor is located.
  • a further preferred variant is characterized in that the width of the flow breaker is in the range between 1/100 to 10/1 whose height.
  • stator are substantially transversely to the circumferential direction extending flow breaker and the rotor is provided substantially transversely to the circumferential direction extending driver, wherein advantageously the flow breaker and / or the drivers extend continuously over the length of the rotary mixer from the inlet to the outlet.
  • At least some flow breakers and / or drivers extend only over partial regions of the length of the rotary mixer and are preferably arranged offset to one another in the circumferential direction.
  • the inlet nozzle and / or the outlet nozzle can (can) be aligned radially to the longitudinal axis of the stator or in the direction of the longitudinal axis of the stator. If an admixture of a medium, so opens a supply line for the medium in the stator in the region of the inlet nozzle or multiple media inlet nozzle distributed over the length of the mixer.
  • a gap in the radial direction is provided between the flow breakers of the stator and the drivers of the rotor, which at its narrowest point in the range of 0.02 to 80 and at its widest point from 1 to 90, each in percent of the inner diameter of Stators is.
  • Use of the device according to the invention is particularly advantageous for the pulp industry, such as for producing multiphase mixtures mainly consisting of a suspension of pulp, water and chemicals (in liquid, gaseous or solid state or for producing a multiphase mixture of waste paper and water.
  • Fig. 1 shows a view of a rotary mixer.
  • Fig. 2 shows a guided according to the line II-II of FIG. 1 section.
  • a substantially cylindrical shaped drum 1 which serves as a stator 2 of a rotary mixer, a rotatably mounted about its longitudinal axis 3 rotor 4 is provided, the bearing 5 are arranged on the drum 1 frontally closing walls 6.
  • a drive shaft 7 of the rotor 4 extends beyond a bearing 5 and is driven by a motor 8.
  • the rotor 4 can also be designed as a single-sided, cantilevered unit.
  • an inlet connection 11 for a suspension or pulp and an outlet connection 12 are provided for the latter in the direction of the longitudinal axis 9 of the stator 2 at a distance of 10 from each other.
  • a supply line 13 for a zuzumischendes medium such as a gas or a liquid.
  • the inlet and outlet openings 11 ', 12' for the suspension or pulp and chemicals 4 are arranged either radially on the stator 2 or parallel to the longitudinal axis 3 of the rotor 4.
  • flow baffles 15 extending essentially transversely to the circumferential direction of the drum 1 are arranged.
  • the rotor 4 in turn has substantially transversely to the circumferential direction extending driver
  • the axis 3 of the rotor 4 is arranged eccentrically with respect to the axis 9 of the stator 2 by the dimension e. Upon rotation of the rotor 4, a gap is thereby formed between the circle of the driver 16 and the flow breakers 15, which at its narrowest point
  • 17 has a thickness of 0.02 to 80 and at its widest point 18 has a thickness of 1 to 90, each in percent of the inner diameter D of the stator.
  • Both the flow breakers 15 and the drivers 16 need not span the entire length 19 of the rotary mixer, i. the drum 1, extend continuously in one piece; they may be formed of several parts lying one behind the other, which are possibly also arranged offset in the circumferential direction of the rotor 4 and in the circumferential direction of the stator 2 to each other.
  • the width B of the flow breaker 15 is advantageously in the range between 1/100 to 10/1 whose height H.
  • the number and geometry of the flow breaker or driver on the rotor or stator is freely selectable.
  • the driver 16 and flow breaker 15 may be provided in a freely selectable number of different design.
  • the function of the rotary mixer is largely independent of the position shown in FIG.
  • Characteristic of the invention is the eccentric arrangement of the rotor 4 and the axial flow of the suspension or the pulp.
  • Another characteristic is the very efficient interference, i. especially in the mixing of gases, a very homogeneous, fine-pored dispersion is achieved, which finely distributes the gaseous chemicals directly to the fibers of the suspension and there enables the reaction with the pulp.
  • a special application of the rotary mixer is primarily for fiber suspensions, e.g. Pulp having a consistency of 4 to 20% with other fluids (bleaching chemicals), e.g. H2O2, C1O2, NaOH, 03, 02, Cl, N, etc., as well as further for transport-limited reactions for the production of viscose or mash by mixing solvents or Aushärtesubstanzen.
  • fiber suspensions e.g. Pulp having a consistency of 4 to 20% with other fluids (bleaching chemicals), e.g. H2O2, C1O2, NaOH, 03, 02, Cl, N, etc.
  • Ozone bleaching stage The following describes special applications: Ozone bleaching stage:
  • Pulp is conveyed through a medium-consistency pump under a pressure of 1 to 20 barü to the rotary mixer.
  • the ozone gas is also added to the rotary mixer.
  • the pulp is fluidized very quickly and at the same time the ozone gas is mixed into the pulp suspension in a very homogeneous and fine-pored manner.
  • the main reaction takes place in the fluidized state, wherein the ozone gas comes in the form of small bubbles directly to the fiber and there takes place the bleaching reaction.
  • a much better reaction is already achieved in the rotary mixer.
  • the chemical reaction after the rotary mixer is more efficient than with conventional mixing principles. That At lower ozone inputs, a higher ozone conversion is achieved. Finally, the largely reacted ozone gas is separated from the pulp suspension via a degassing vessel.
  • Pulp is fed to the rotary mixer at a pressure of 3 to 20 bar.
  • the oxygen gas is also added to the rotary mixer.
  • the pulp is fluidized very quickly and at the same time the oxygen gas is mixed very homogeneously and with fine pores into the pulp suspension.
  • the main reaction takes place in the subsequent reactor with a relatively long residence time of up to two hours. Due to the more efficient mixing of the oxygen gas and the generation of a very homogeneous and fine-pored dispersion, a higher delignification rate is achieved with the same residence time in the reactor than in previous mixing principles.
  • the mixing principle is also excellent for incorporation of liquid chemicals, e.g. Chloride oxide or hydrogen peroxide in a medium-consistency pulp suspension.
  • liquid chemicals e.g. Chloride oxide or hydrogen peroxide
  • a shorter mixer length can be selected, since in the first instance the efficient mixing and not the increased residence time in the fluidized state comes into play.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden wird die Suspension bzw. Pulpe in einem Rotationsmischer (1) Scherkräften ausgesetzt. Um ein Durchmischen bzw. Einmischen von Medien in die Suspension bzw. Pulpe effizient und ggf. über einen längeren Zeitraum durchführen zu können, wird die Suspension bzw. Pulpe über den Umfang des Rotationsmischers (1) unterschiedlich grossen Scherkräften ausgesetzt.

Description

Verfahren zum Mischen, Vorrichtung hierzu und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, wobei die Suspension bzw. Pulpe in einem Rotationsmischer über den Umfang des Rotationsmischers unterschiedlich großen Scherkräften ausgesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und weiters eine Verwendung der Vorrichtung.
Um Suspensionen aus einem zähflüssigen Zustand in einen leicht fließfähigen sozusagen dünnflüssigen Zustand zu bringen, ist ein Durchmischen erforderlich, insbesondere für Suspensionen aus Zellstoff und Wasser. Erst wenn dieser leicht fließfähige Zustand - auch fluidisierter Zustand genannt - der Suspension erzielt ist, kann die Suspension gut durchmischt werden und weiters mit Medien versetzt werden, die beispielsweise Chemikalien sind, die mit der Suspension eine Reaktion eingehen bzw. die sich gegenüber der Suspension inert verhalten, wie beispielsweise ein Farbstoff etc.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, Zellstoff zwischen einer sich drehenden Rotorscheibe mit strahlenartig angeordneten Radialrippen und einer stillstehenden Statorscheibe mit Rippen zu fluidisieren. Die Fluidisierung erfolgt ausschließlich in der sich einstellenden radialen Strömung von Innen nach Außen und ist nach Erreichen des Außenumfangs der Rotorscheibe beendet. Hierdurch lässt sich nur eine kurzzeitige Fluidisierung erzielen, zumal für länger auftretende Fluidsierungen die Rotor- und Statorscheibe extrem große Durchmesser annehmen müssten. Dies würde wiederum extrem hohe Umfangsgeschwindigkeiten und aufwendige Konstruktionen ergeben.
Verfahren und Einrichtungen zum Fluidisieren sind weiters aus der EP 0 664 150 Al und der US 5,813,758 A bekannt. Beide Dokumente weisen Einrichtungen auf, bei denen in einem Stator zentrisch ein Rotor angeordnet ist, der mit Mitnehmern ausgestattet ist, die eine Fluidisierung einer Suspension bzw. ein Einmischen eines Gases in eine Pulpe ermöglichen. Die Suspension bzw. die Pulpe durchströmt hierbei sehr enge Spalte zwischen Stator und Rotor, wobei die Spalte parallel zur Rotorachse oder geneigt hierzu bzw. radial gerichtet sind. Auch gemäß diesen Dokumenten gelingt es nicht, eine Suspension bzw. Pulpe über einen längeren Zeitraum dünnflüssig zwecks Einmischen von Gasen oder flüssigen Medien zu halten. Gemäß der US 5,813,758 A ergeben sich durch die größtenteils radiale Verbringung der Suspension vom zentrischen Zulauf bis zum Auslauf ebenfalls extrem große Vorrichtungen mit den daraus resultierenden Nachteilen hoher Umfangsgeschwindigkeiten.
Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus der US 5,575,559 A bekannt, bei dem der Durchfluss einer Suspension bzw. Pulpe senkrecht zur'Achse des Rotationsmischers erfolgt. Dies bedingt - soll ein Durchmischen über einen längeren Zeitraum stattfinden - einen großen Durchmesser des Rotationsmischers, was aus Gründen des Platzbedarfes und hoher Umfangsgeschwindigkeiten nachteilig ist.
Aus der AT 372 992 B ist ein Rotationsmischer für Suspensionen bzw. Pulpen bekannt, bei dem ein Rotor in einem Stator zentrisch angeordnet ist, wobei in einem Spalt zwischen einem im Querschnitt mehreckigen Rotor und Stator rippenartige Vorsprünge vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Pulsieren einer auf die Suspension wirkende Scherkraft erreicht, wobei diese pulsierende Scherkraft jedoch über den Umfang gleichmäßig verteilt auftritt.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zum optimalen kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe zu schaffen, mit welcher es möglich ist, mit geringem Aufwand, den Einmischvorgang bzw. das Durchmischen effizient und ggf. über einen längeren Zeitraum zu bewerkstelligen. Insbesondere sollen hierbei übergroße Abmessungen der hierzu dienenden Vorrichtung bzw. unzulässig hohe Umfangsgeschwindigkeiten vermieden werden.
Diese Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die Suspension bzw. die Pulpe vom Eintritt bis zum Austritt des Rotationsmischers zusätzlich entlang seiner Länge bzw. Längsachse bewegt wird.
Für den Fall, dass die Hauptreaktion mit einer zugemischten Chemikalie innerhalb des Rotationsmischers stattfindet, erfolgt die Bemessung der Verweilzeit der Suspension und damit die Reaktionszeit dadurch, dass das Volumen des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, dementsprechend gestaltet wird.
Selbstverständlich ist es auch möglich in die Suspension ein gasförmiges oder flüssiges Medium einzubringen, wie beispielsweise Sauerstoff, mit dem eine Hauptreaktion erst außerhalb des Rotationsmischers stattfindet, wobei durch Bemessung des Volumens des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, die Verweilzeit der Suspension so bestimmt wird, dass eine Hauptreaktion außerhalb des Rotationsmischers stattfindet.
Weiters ist es möglich in die Suspension ein inertes gasförmiges oder flüssiges Medium einzuleiten, wie beispielsweise einen Farbstoff mit dem keine chemische Reaktion erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt eine breite Anwendung zu, insbesondere für Zellstoffsuspensionen mit einer Stoffdichte zwischen 4 und 20%, insbesondere zwischen 8 und 15%.
Eine Vorrichtung zum Durchmischen einer Suspension oder Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension oder Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, mit einem Stator und einem am Stator um seine Achse drehbar gelagerten Rotor, wobei die Achse des Rotors zur Achse des Stators versetzt angeordnet ist, sowie mit einer Ein- und Austrittsöffnung für die Suspension bzw. die Pulpe, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung in Richtung der als Längsachse ausgebildeten Achse des Stators distanziert angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Längsachse des Rotors parallel zur Längsachse des Stators angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Exzentrizität zwischen der Längsachse des Stators und der Längsachse des Rotors im Bereich von 1/200 bis 1/2 des Innendurchmessers der Trommel des Stators liegt.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers des Rotors zum Innendurchmesser der Trommel des Stators im Bereich von 1 :1,1 bis 1 :5 liegt, wobei zweckmäßig die Höhe der Strömungsbrecher im Bereich zwischen 1/50 bis 1/1,4 des Außendurchmessers des Rotors liegt.
Eine weitere bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Strömungsbrecher im Bereich zwischen 1/100 bis 10/1 deren Höhe liegt.
Vorzugsweise sind am Stator sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Strömungsbrecher und am Rotor sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmer vorgesehen, wobei vorteilhaft sich die Strömungsbrecher und/oder die Mitnehmer durchgehend über die Länge des Rotationsmischers von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung erstrecken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich zumindest einige Strömungsbrecher und/oder Mitnehmer nur über Teilbereiche der Länge des Rotationsmischers und sind vorzugsweise in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.
Der Eintrittsstutzen und/oder der Austrittsstutzen kann (können) radial zur Längsachse des Stators oder auch in Richtung der Längsachse des Stators ausgerichtet sein. Erfolgt eine Zumischung eines Mediums, so mündet eine Zuleitung für das Medium in den Stator im Bereich des Eintrittsstutzens bzw. werden mehrere Medieneintrittsstutzen über die Länge des Mischers verteilt angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist zwischen den Strömungsbrechern des Stators und den Mitnehmern des Rotors ein Spalt in radialer Richtung vorgesehen, der an seiner engsten Stelle im Bereich von 0,02 bis 80 und an seiner weitesten Stelle von 1 bis 90 jeweils in Prozent des Innendurchmessers des Stators liegt.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere für die Zellstoffindustrie von Vorteil, wie zum Herstellen von Mehrphasengemischen hauptsächlich bestehend aus einer Suspension von Zellstoff, Wasser und Chemikalien (in flüssigem, gasförmigem oder festem Aggregatzustand oder zum Herstellen eines Mehrphasengemisches aus Altpapier und Wasser.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, worin Fig. 1 eine Ansicht eines Rotationsmischers zeigt. Fig. 2 stellt einen gemäß der Linie II-II der Fig. 1 geführten Schnitt dar.
In einer im wesentlichen zylindrisch gestalteten Trommel 1, die als Stator 2 eines Rotationsmischers dient, ist ein um seine Längsachse 3 drehbar gelagerter Rotor 4 vorgesehen, dessen Lager 5 an die Trommel 1 stirnseitig verschließenden Wänden 6 angeordnet sind. Eine Antriebswelle 7 des Rotors 4 erstreckt sich über ein Lager 5 hinaus und ist mittels eines Motors 8 antreibbar. Der Rotor 4 kann auch als einseitig, fliegend gelagerte Einheit ausgeführt werden. An der zylindrischen Trommel 1 des Stators 2 sind in Richtung der Längsachse 9 des Stators 2 im Abstand 10 voneinander ein Eintrittsstutzen 11 für eine Suspension bzw. Pulpe und ein Austrittstutzen 12 für diese vorgesehen. Im Bereich des Eintritts Stutzens 11 mündet in das Innere des Stators 2, falls gewünscht, eine Zuleitung 13 für ein zuzumischendes Medium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit.
Die Ein- bzw. Austrittsöffnungen 11', 12' für die Suspension bzw. Pulpe und Chemikalien 4 sind entweder radial am Stator 2 oder parallel zur Längsachse 3 des Rotors 4 angeordnet.
An der Innenseite 14 der Trommel 1 des Stators 2 sind sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung der Trommel 1 erstreckende Strömungsbrecher 15 angeordnet. Der Rotor 4 weist wiederum sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmer
16 auf.
Die Achse 3 des Rotors 4 ist gegenüber der Achse 9 des Stators 2 um das Maß e exzentrisch angeordnet. Bei Drehung des Rotors 4 wird hierdurch zwischen dem Flugkreis der Mitnehmer 16 und den Strömungsbrechern 15 ein Spalt gebildet, der an seiner engsten Stelle
17 eine Dicke von 0,02 bis 80 und an seiner weitesten Stelle 18 eine Dicke von 1 bis 90, jeweils in Prozent des Innendurchmessers D des Stators aufweist.
Sowohl die Strömungsbrecher 15 als auch die Mitnehmer 16 müssen sich nicht über die gesamte Länge 19 des Rotationsmischers, d.h. dessen Trommel 1, in einem Stück durchgehend erstrecken; sie können aus mehreren hintereinander liegenden Teilen gebildet sein, die ggf. auch in Umfangsrichtung des Rotors 4 bzw. in Umfangsrichtung des Stators 2 zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Breite B der Strömungsbrecher 15 liegt vorteilhaft im Bereich zwischen 1/100 bis 10/1 deren Höhe H.
Die Anzahl und Geometrie der Strömungsbrecher bzw. Mitnehmer am Rotor bzw. Stator ist frei wählbar.
Für eine gute Einmischung, insbesondere eines Gases in eine Suspension von Zellstoff und Wasser, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers d des Rotors 4 zum Innendurchmesser D der Trommel 1 des Stators 2 im Bereich von 1 :1,1 bis 1 :5 liegt, wobei vorteilhaft die Höhe H der Strömungsbrecher 15 im Bereich zwischen 1/50 bis 1/1,4 des Außendurchmessers d des Rotors 4 liegt. Die Mitnehmer 16 und Strömungsbrecher 15 können in frei wählbarer Anzahl unterschiedlicher Ausführung vorgesehen sein. Die Funktion des Rotationsmischers ist weitgehend unabhängig von der in der Fig. 2 dargestellten Lage und Anzahl an Mitnehmern 16 und Strömungsbrechern 15, der Geometrieverhältnisse von Rotor 4 und Stator 2, Anordnung und Anzahl an Ein- und Austritts stutzen 11, 12 für Medien, der Mischerlänge 19 sowie der Größe der Exzentrizität zwischen Rotorachse und Statorachse gegeben.
Charakteristisch für die Erfindung ist die exzentrische Anordnung des Rotors 4 und die axiale Strömung der Suspension bzw. der Pulpe.
Hierdurch wird die Suspension bzw. Pulpe zwischen den Mitnehmern 16 am Rotor 4 und den Strömungsbrechern 15 am Stator 2 aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit und der sich infolge der Rotation ergebenden, unterschiedlich engen Querschnitte variierend hohen Scherkräften ausgesetzt, wodurch die Suspension bzw. Pulpe sehr rasch in einen Zustand übergeht, in welchem sie sich strömlingstechnisch wie Wasser verhält und somit pumpbar wird bzw. das effiziente Einmischen von Fluiden, insbesondere von Gasen, ermöglicht wird.
Vorteilhaft ist beim erfindungsgemäßen Mischprinzip nicht nur das rasche Erreichen dieses oben beschriebenen Zustandes, sondern weiters das Aufrechterhalten dieses fluidisierten Zustandes über eine mittels des Mischervolumens bzw. der Mischerlänge beliebig wählbare Zeitdauer. Herkömmliche Mischer erreichen Verweilzeiten im fluidisierten Zustand von nur wenigen Zehntelsekunden.
Eine weitere Charakteristik ist die sehr effiziente Einmischung, d.h. speziell bei der Einmischung von Gasen wird eine sehr homogene, feinporige Dispersion erzielt, welche die gasförmigen Chemikalien fein verteilt direkt an die Fasern der Suspension bringt und dort die Reaktion mit dem Faserstoff ermöglicht.
Eine spezielle Anwendung des Rotationsmischers ist primär für Fasersuspensionen gegeben, z.B. Zellstoff mit einer Stoffdichte von 4 bis 20% mit anderen Fluiden (Bleichchemikalien), z.B. H2O2, C1O2, NaOH, 03, 02, Cl, N etc, sowie weiters für stofftransportlimitierte Reaktionen zur Erzeugung von Viskosen bzw. Maischen durch Einmischen von Lösungsmitteln bzw. Aushärtesubstanzen.
Nachfolgend sind spezielle Anwendungen beschrieben: Ozonbleichstufe:
Zellstoff wird über eine Mittelkonsistenzpumpe unter einem Druck von 1 bis 20 barü zum Rotationsmischer gefördert. Im Bereich des Stoffeintritts wird auch das Ozongas in den Rotationsmischer zudosiert. Im Rotationsmischer wird der Zellstoff sehr rasch fluidisiert und gleichzeitig das Ozongas sehr homogen und feinporig in die Zellstoffsuspension eingemischt. Die Hauptreaktion findet im fluidisierten Zustand statt, wobei das Ozongas in Form von kleinen Bläschen direkt an die Faser gelangt und dort die Bleichreaktion erfolgt. Infolge der deutlich längeren Verweilzeiten wird bereits im Rotationsmischer eine wesentlich bessere Reaktion erreicht. Aufgrund der effizienteren Einmischung des Ozongases und der Erzeugung einer sehr homogenen und feinporigen Dispersion ist auch die chemische Reaktion nach dem Rotationsmischer effizienter als bei herkömmlichen Mischprinzipien. D.h. bei geringeren Ozoneinsätzen wird ein höherer Ozonumsatz erreicht. Abschließend wird das großteils abreagierte Ozongas über einen Entgasungsbehälter von der Zellstoffsuspension separiert.
Sauerstoffbleiche:
Zellstoff wird mit einem Druck von 3 bis 20 barü zum Rotationsmischer gefördert. Im Bereich des Stoffeintritts wird auch das Sauerstoffgas in den Rotationsmischer zudosiert. Im Rotationsmischer wird der Zellstoff sehr rasch fluidisiert und gleichzeitig das Sauerstoffgas sehr homogen und feinporig in die Zellstoffsuspension eingemischt. Die Hauptreaktion findet im anschließenden Reaktor mit einer relativ langen Verweildauer von bis zu zwei Stunden statt. Aufgrund der effizienteren Einmischung des Sauerstoffgases und der Erzeugung einer sehr homogenen und feinporigen Dispersion wird bei gleichbleibender Verweilzeit im Reaktor eine höhere Delignifizierungsrate als bei bisherigen Mischprinzipien erzielt.
Einmischen von flüssigen Bleichkomponenten:
Das Mischprinzip eignet sich auch hervorragend zur Einmischung von flüssigen Chemikalien, wie z.B. Chloridoxid oder Wasserstoffperoxid in eine mittelkonsistente Zellstoffsuspension. Bei diesen Anwendungen kann zur Reduktion des Stromverbrauchs eine kürzere Mischerlänge gewählt werden, da hierbei in erster Linie die effiziente Einmischung und nicht die erhöhte Verweilzeit im fluidisierten Zustand zum Tragen kommt.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, wobei die Suspension bzw. Pulpe in einem Rotationsmischer über den Umfang des Rotationsmischers unterschiedlich großen Scherkräften ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension bzw. die Pulpe vom Eintritt bis zum Austritt des Rotationsmischers zusätzlich entlang seiner Länge bzw. Längsachse bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden eine gasförmige oder flüssige Chemikalie, wie beispielsweise Ozongas, zugemischt wird und durch Bemessung des Volumens des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, die Verweilzeit der Suspension und damit die Reaktionszeit so bestimmt wird, dass eine Hauptreaktion mit der Chemikalie innerhalb des Rotationsmischers stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden ein gasförmiges oder flüssiges Medium, wie beispielsweise Sauerstoff, zugemischt wird, wobei durch Bemessung des Volumens des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, die Verweilzeit der Suspension so bestimmt wird, dass eine Hauptreaktion außerhalb des Rotationsmischers stattfindet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden ein zur Suspension inertes gasförmiges oder flüssiges Medium, wie beispielsweise Farbstoff, zugemischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zellstoffsuspension mit einer Stoffdichte von 4 bis 20%, insbesondere von 8 bis 15%, mit gasförmigen und/oder flüssigen Chemikalien vermischt wird.
6. Vorrichtung zum Durchmischen einer Suspension oder Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension oder Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, mit einem Stator
(2) und einem am Stator um seine Achse (3) drehbar gelagerten Rotor (4), wobei die Achse
(3) des Rotors (4) zur Achse (9) des Stators (2) versetzt angeordnet ist, sowie mit einer Ein- und Austrittsöffnung (11 ', 12') für die Suspension bzw. die Pulpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (H ') zur Austrittsöffnung (12') in Richtung der als Längsachse (9) ausgebildeten Achse des Stators (2) distanziert angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (3) des Rotors (4) parallel zur Längsachse (9) des Stators (2) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Exzentrizität (e) zwischen der Längsachse (9) des Stators (2) und der Längsachse (3) des Rotors (4) im Bereich von 1/200 bis 1/2 des Innendurchmessers (D) der Trommel (1) des Stators (2) liegt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers (d) des Rotors (4) zum Innendurchmesser (D) der Trommel (1) des Stators (2) im Bereich von 1 :1,1 bis 1:5 liegt.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der Strömungsbrecher (15) im Bereich zwischen 1/50 bis 1/1,4 des Außendurchmessers (d) des Rotors (4) liegt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Strömungsbrecher (15) im Bereich zwischen 1/100 bis 10/1 deren Höhe (H) liegt.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Stator (2) sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Strömungsbrecher (15) und am Rotor (4) sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmer (16) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungsbrecher (15) und/oder die Mitnehmer (16) durchgehend über die Länge (19) des Rotationsmischers von der Eintrittsöffnung (14) bis zur Austrittsöffnung (15) erstrecken.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Strömungsbrecher (15) und/oder Mitnehmer (16) sich nur über Teilbereiche der Länge (19) des Rotationsmischers erstrecken und vorzugsweise in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (14) und/oder die Austrittsöffnung radial zur Längsachse (9) des Stators (2) ausgerichtet ist (sind).
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (14) und/oder die Austrittsöffnung in Richtung der Längsachse (9) des Stators (2) ausgerichtet ist (sind).
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Eintrittsöffnung (14) in den Stator (2) eine Zuleitung (13) für ein Gas oder eine Flüssigkeit mündet.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Strömungsbrechern (15) des Stators (2) und den Mitnehmern (16) des Rotors (4) ein Spalt in radialer Richtung vorgesehen ist, der an seiner engsten Stelle (17) im Bereich von 0,02 bis 80 und an seiner weitesten Stelle (18) von 1 bis 90 jeweils in Prozent des Innendurchmessers (D) des Stators (2) liegt.
19. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 18 in der Zellstoffindustrie, insbesondere zum Herstellen von Mehrphasengemischen hauptsächlich bestehend aus einer Suspension von Zellstoff, Wasser und Chemikalien (in flüssigem, gasförmigem oder festem Aggregatzustand).
20. Verwendung nach Anspruch 19, in der Papierindustrie, insbesondere zum Herstellen eines Mehrphasengemisches aus Altpapier und Wasser.
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