专利名称：用于将各种流混合到工艺液体流中的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将各种流混合到工艺液体流中的方法及设备。本发明适合在处理所有工业分支的工艺液体中使用。将各种化学制品引入纸张和纸浆工业中的纸浆、部分纸浆和纤维悬浮液中可作为用于根据本发明的方法和设备的尤其优选的应用而被提到。
背景技术：
在下文中，结合造纸来更详细地阐述本发明及其背景。然而，由于可在较宽种类的工业分支中发现针对混合器的类似应用、与混合有关的问题和解决问题的期望，故必须将造纸仅理解为本发明的各种应用的一个实例。在造纸中，类似于无数其它工业的分支，存在用于混合物质的需要(下文中在用语的最宽可能含义中称为化学制品，由此该用语涵盖淡水(更通常是液体)、空气(更通常是气体或蒸汽))以及将一些其它固体材料(不排除各种处理化学制品和其它化学制品)引入到管路流中的需要。在一些情况下，足以使所期望 的量的化学制品来流入管流中，以便化学制品通过实际管流中的湍流与流动的材料(液体或气体)混合。有时，所期望的量的化学制品排入管路流中的这样一点，在此点，存在略微在化学制品加入点之后的产生湍流的机械设备，静流障碍物、旋转混合器或例如离心泵。在一些情况下，直接地或例如用导送入槽体中的物质来将化学制品引入布置在工艺中的相对较大的槽体中，由此将需要的混合器布置在槽体中。然而，在一些情况下，存在相当快和更有效混合的方法的需要。例如，这样的实例可为将反应很快的化学制品(如，臭氧)混合到纤维素纤维悬浮液中。如果缓慢地执行混合，则臭氧有时间来毁坏定位成接近化学制品引入开口的部分纸浆，而另一部分纸浆保持完全未处理，因为臭氧没有时间来到达纸浆的所述部分，而取而代之的是臭氧较早地用尽。此种化学制品需要很快且完全混合的方法。例如，另一个实例可为将两种这样的化学制品引入纸浆中，两种这样的化学制品被认为是与彼此反应且被认为是形成均匀尺寸的填料颗粒，或被认为是例如形成带有纸浆的纤维或微粒材料的微集束(micro flock)。如果在此种应用中使用缓慢混合方法，则很显然的是存在例如以下种类的问题
-颗粒的尺寸在很宽的范围内变化，因为两种化学制品存在于纸浆中时的全部时间里，既形成新颗粒，又会增加旧颗粒的尺寸；
-这还应用于形成的集束，集束的尺寸出于恰好相同的原因变化；
-此外，当目的在于将纸浆的微粒材料借助于保持化学制品紧固到纤维材料上时，必须使得它们以这样的量引入，使得确保这对于纸浆流的所有位置都足够，而与混合的较长持续时间无关。在Wetend Technologies Oy 的专利公告 EP-B1-1064427， EP-B1-1219344,FI-B-111868, FI-B-115148和FI-B-116473中也论述了上述问题，其中使用引入液体的喷射混合作为用于快速混合的解决方案而存在。将喷射喷嘴适当地布置在工艺管路的圆周上以便一个混合器足以用于较小直径的管路，略大的管路使用在相同圆周上的两个相对的喷嘴，比这略大的管路需要定位在圆周上以120度间隔的三个喷嘴等，提供了例如用于引入到造纸和对应混合中的保持化学制品的当前操作上最佳的混合布置。由于在一些应用中存在需要来基本上同时地引入一定数目的化学制品，公告FI-B-116473公开了一种引入系统，其中存在邻近上述专利中论述的喷射喷嘴(直接在其上游)的开口，在压差仅充分的情况下允许第二化学制品从该开口以所期望的量流动至流动管路/工艺管路，以便所述第二化学制品沿工艺管路的内表面流动至喷射喷嘴的开口，由此引入液体和第二化学制品的快速射流携带且混合第二化学制品也到工艺液体中。然而，在上述解决方案中，尤其已经发现了以下问题
-在最大需求情况下，混合并非如所期望那样有效且快速，
-一股喷射射流不足以混合很大量的第二化学制品，
-在一些情况下，针对两种化学制品的引入点之间的相对较大的距离(即，为>2秒的数 量级)已经存在需要，用于将第一化学制品来被足够均匀地混合到整个流动中。实际上，例如，在造纸机的较短循环中，这意味着两个混合器之间超过五米的距离。值得提到的是，作为与前述问题分开的问题，一些化学制品或它们的反应产物倾向于沉淀或紧固到所有固体材料的表面上。因此，除了所期望的沉淀在纸浆的纤维的表面或悬浮液中的其它固体的表面上之外，还可能存在沉淀或紧固到实际工艺管路的表面或定位在工艺管路中的结构的表面(包括混合器的各种表面)上。此种沉淀或紧固绝非所期望的，因为在一些点处，沉淀或从沉淀上分离的颗粒/碎片将以一些方式不利于最终产品的生产，或甚至不利于最终产品的品质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对至少一些上文提到的现有技术问题的解决方案。本发明的一个目的在于提供一种新颖类型的混合设备，该混合设备在将容易地且快速地反应的化学制品和一定数目的化学制品两者几乎同时地混合到工艺流中时能有效地且可靠地操作。本发明的目的还在于提供一种方法，其中可以以有效且简单的方式将容易地且快速地反应的化学制品和一定数目的化学制品两者几乎同时地混合到工艺流中。根据一个优选实施例，根据本发明的用于将各种流引入到工艺液体流中的方法，在该方法中，借助于引入液体，通过将第一种流基本上垂直地喷射到在工艺管路中流动的工艺液体中来引入和混合第一种流，该方法的特征在于通过在相对于引入的第一种流的这样一点处将第二种流喷射到工艺液体中来基本上垂直于工艺液体的流动方向引入第二种流，在该点处，引入的第二种流加强了通过第一喷射流发展出的混合场。根据本发明的优选实施例的用于将各种流引入到工艺液体流中的设备，该设备包括传送工艺液体的工艺管路和将第一种流相对于工艺液体的流动方向基本上垂直地引入和混合到的工艺管路中的至少一个喷射混合器，混合器附接到工艺管路的壁上，该设备的特征在于，相对于工艺液体的流动方向基本上垂直地引入和混合第二种流的至少一个喷射混合器定位在横穿工艺管路的轴线的基本上相同的水平上，引入和混合第二种流的至少一个喷射混合器在引入第一种流的至少一个喷射混合器的下游的且离开引入第一种流的至少一个喷射混合器一定距离，引入第一种流和第二种流的喷射混合器形成喷射混合器对。
对于根据本发明的方法和设备很典型的其它特征从所附权利要求和结合以下附图公开本发明的最优选的实施例的以下描述中将变得显而易见。在测试中，已经发现了借助于本发明实现的优点以包括以下
□在小于一秒内，有时在小于O. I秒内，对于大多数目的能足够均匀地混合化学制品， □与另一种反应的两种化学制品的反应也发生在小于一秒内，
□化学制品(如，沉淀碳酸钙，(PCC))的反应中形成的晶体的尺寸分布，或更通常是产物的尺寸分布是很均匀的，实际上比例如PCC的任何已知生产方法中的晶体或产物的尺寸分布更均匀，
□通过使用本发明的特殊特征，可防止化学制品/多种化学制品和/或其反应产物沉淀或紧固到工艺管路的表面上，因为将出现沉淀的区域缩短至对于可用清洁方法的实际大小，
□本发明的有效且快速的混合设备提供了使用或开发腐蚀性更大的化学制品和添加剂的可能性。
在下文中，将参照所附示意性附图来更为详细地描述根据本发明的方法、设备及其操作，在附图中
图Ia和图Ib示意性地示出了现有技术的喷射进料器的位置和操作，
图2a和图2b示意性地示出了根据本发明的优选实施例的化学制品喷射混合设备的结构和操作，
图3示意性地示出了本发明的又一个进一步优选的实施例，以及 图4示意性地示出了本发明的另一个进一步优选的实施例。
具体实施例方式本发明的出发点在于工业过程中的工艺管路，管路将工艺液体传送至工艺步骤，包括最终产品的生产，或例如将工艺液体传送到槽体用于输送，以便进一步细化或最终使用。所述工艺液体可包含一种或多种液态成分和/或气态成分，且工艺液体还可包含一种类型或多种类型的固体。后一备选方案的实例包括至少由水、纤维、微粒和填料颗粒构成的纸张工业的纤维悬浮液，即，纸浆。在下文中，通过将本发明与现有技术使用的用于生产沉淀碳酸钙(PCC)的喷射混合器设备相比较，参照纸张工业的实例更为详细地公开本发明。例如，在专利申请W0-A2-2009103854中已经论述了例如造纸工业中PCC的流水生产中的喷射混合器的成功使用。该公布已经公开了如何通过布置用于引入二氧化碳和石灰乳的喷射混合器来执行化学制品的引入，以便保留用于结合管路流来混合的距离为从5米至15米，基于压头箱接近管路中的大约3m/s至5m/s的流速对应于大约I秒至5秒的时间。所述专利申请中已经公开的方法尽管在反应时间和提供的距离以及PCC的品质上仍存在改进的空间，但在与现有技术相比时，提供了 PCC的特别良好的品质和均匀的分送。无论是在造纸工业或还是在任何其它工业中，将具有5米至25米的长度的反应器布置到工艺管线中可理解为是有问题的。尤其是PCC以及许多其它产品的生产中的问题在于引入的至少一种化学制品或其一种或多种反应产物倾向于沉淀到工艺管路的表面上或工艺管路中的一个或多个结构的表面上或附接到其表面上。如果期望通过使用特殊清洁设备来将其阻止，则应当将清洁设备的长度延伸至混合区/反应区的整个长度，由此很明显的是布置带有十米的长度的清洁设备将导致问题，且清洁设备作为投入也不便宜。至于所关注的PCC的品质，其流水生产需要将二氧化碳(CO2)和石灰乳(Ca(OH2))引入和混合入造纸中使用的朝造纸机的压头箱流动的纸浆或部分纸浆或部分流中。当使用PCC作为造纸中的填料时，如上文已经所述的那样，对于纸张的品质，关键是PCC晶体的尺寸和形状尽可能均匀。以前已知的是，PCC的晶体尺寸的偏差几乎完全取决于PCC的结晶反应持续多久。换言之，用于结晶的时间越久，形成的晶体的尺寸偏差就越大。原因仅在于在结晶在以前形成的晶体的表面上持续的同时，新的晶体将持续地形成。因此，很明显的是在PCC的生产中，有利的是努力实现尽可能短的结晶反应时间。由于结晶本身作为化学反应的持续时间很短，故在论述结晶反应的整个持续时间时，一些其它因素必须是至关重要的。除化学反应时间之外，对结晶的总持续时间有影响的唯一事物在于材料传递，即，碳酸盐离子(CO32-)和钙离子(Ca2+)怎样找到彼此。根据由我们执行的测试，对所述时间有影响的因素实际上仅为二氧化碳的气泡尺寸、石灰乳的颗粒尺寸和混 合的强度。相同的测试已经证明了 例如，所期望的晶体的量，即，使用的化学制品的量(在生产用于造纸的填料的情况下的实际量)，对反应时间没有太大影响，只要可使混合尽可能均匀且气泡和颗粒的尺寸很小。针对此的原因在于，如果引入的化学制品的量为相对于彼此化学计算的，则只要混合快速且均匀，就可在没有针对材料传递所需的较大延迟的情况下使化学制品与彼此反应。因此，在将PCC的生产作为实例的情况下，由我们执行的测试的目的已经用于观察用喷射混合器可产生多快的混合要发生，以及通过什么方式可产生多快的混合要发生。自然，在这样的情况下，出发点必须为喷射混合器的操作的彻底研究，其中强调观察是否可以以一些方式改进喷射混合。图Ia为现有技术的喷射混合器10和通过喷射混合器10在传送工艺液体的工艺管路20中形成为工艺管路20的纵向方向上的区段的流场的简图。另一方面，图Ib示出了通过管路中的图Ia中的混合器在管路的截面的这样一点处形成的流场，使得必须将从喷射混合器排出的化学制品射流认作是在工艺管路中已经达到其最大穿透。从这点起，实际上仅由于流的自然湍流而发生进一步混合。该附图示出的是在使用现有技术方法，通过相对于工艺液体的流动方向基本上垂直地喷射(相对于工艺液体与直角偏离+/-30度，atright angles to the process liquid +/- 30 degree),且在与工艺管路 20 中的工艺液体在其离开喷射混合器10的喷嘴时的流速相比时在喷射速度较高(3倍至12倍)的情况下引入化学制品时，由于射流的高动能，故射流在一定距离内保持其形状和方向。在图Ia和图Ib中，就射流的延伸而言，这对应于其最大延伸的大约三分之一至四分之一。在此之后，射流首先开始折入流动的方向(图Ia中的右侧)，在此之后，射流开始变宽至侧部(如可从图Ib中看到的)。变宽至侧部将发生，以便在管路中流动的工艺液体的运动速度和射流与所述工艺液体之间的剪切力两者造成射流的边缘区域上的射流的速度比射流的中间减小得更快。通过管路流(沿管路的纵向方向)逐渐地携带射流的此种较慢的层，且射流形成以沿相反的方向螺旋地混合的两股涡流，涡流能够携带在管路中流动的工艺液体和与工艺液体一起移动的任何固体或化学制品。涡流的效果造成整个射流逐渐地分成倾向于基本上扩散至管路的整个截面的这两股涡流(实际上用于此所需的混合器的量取决于管路的直径)，直到涡流的动能不再足以控制管路流和不再足以抵消大体上形成在管路流中的不受控制的湍流。图Ia中的垂直线M示出了流场的点，在该点处，形成逆旋螺旋，S卩，首先开始旋转的射流的那些部分以一种方式已经回到工艺管路的混合器侧部的点。实际上，这意味着喷射的化学制品和引入液体的混合物倾向于接近管路的壁的侧部，该混合物在此前不久从管路的壁引入。当混合物从线M进一步向右移动时，两股逆旋涡流变弱，S卩，涡流更清楚地一致，且涡流消失在管路流的总体不受控制的湍流中。当喷射混合器的上述准确操作与论述了 PCC的生产的以前提到的WO申请中描述的混合器装置相比时，注意到的是，在WO申请的装置中，进入流中的通过各个喷射混合器形成的高效地混合和扩张的流场(图Ib中所示)的某些类型有时间来在定位在工艺管路中的后面的点处的第二混合器之前大部分衰减。在详细阐述一个喷射喷嘴之后的流场的该行为和观察到在引入第二化学制品之前的流场的衰减时，可推导出的是，在从喷射混合器排出的射流倾向于基本上变宽至工艺管路的整个截面的区域中，混合必须很强。这是找出更多能量可如何引入一个喷射混合器的流场中来至少保持涡流足够强以用于良好混合或甚至增大其强度的动力。尽管事实上是 单股射流不会延伸至管路的相对侧上，故逆旋涡流倾向于扩张以便覆盖管路的整个直径是等待增大强度的原因。用于此的解决方案在于努力将第二喷射喷嘴定位成接近第一喷嘴，使得通过第一喷嘴形成的流场至此不会已经衰减太多。结合图2a和图2b所示的以下实例论述了使用前文简要描述的解决方案的PCC的流水生产。换言之，测试图2a中所示的解决方案，其中喷射喷嘴在工艺管路中按顺序定位成很接近彼此，且并非如一些情况下已经提出的那样沿周向方向并排。定位在工艺管路的圆周上平行的喷射喷嘴应被认为会提高混合效率，但在示出了流场的操作的我们的测试中，可观察到的是这实际上不会发生，除非使用很强劲的喷射，因而还需要更多的泵送功率，因而产生很强劲的不可控制的混乱型混合。新颖的测试装置例如为观察如图Ia中所示的化学制品喷射到流中的流场的结果。图2a示意性地示出了根据本发明的优选实施例的用于将各种流引入到工艺液体流中的设备，而图2b示出了借助于所述设备形成的流场。参考标号20示出了工艺管路，工艺液体(该实例中为纸浆)在工艺管路中朝造纸机的压头箱流向右侧。喷射混合器12紧固到所述工艺管路20的壁上，混合器用于在生产PCC时将例如二氧化碳引入纸浆中。第二喷射混合器14布置在工艺管路20的壁上离第一混合器12很短的距离处，借助于第二喷射混合器14将石灰乳引入纸浆中。通过使用特殊引入液体来执行根据此喷射的喷射，引入液体通常用于Wetend Technologies Oy的TrumpJet混合器，因为在用引入液体的情况下,化学制品(在该实例中为CO2和石灰乳)、粉末Ca(OH)2的水悬浮液可高效地、快速地且均匀地混合到纸浆中。除了通过采用侧流且将侧流泵送至喷射混合器作为引入液体而使用已经在管路20中流动的纸浆之外，还可使用来自于造纸机或该工艺中的另一位置的滤液或造纸的质量成分或填料成分，只是提到了几种备选物。此外，根据本发明的喷射的特征特性在于，当化学制品和一部分引入液体倾向于立即反应时，有利的是通过引入液体来实现化学制品的引入和混合，以便使化学制品与引入液体在它们的组合喷射到工艺液体中时基本上同时地接触。还很关键的是，喷射基本上垂直于工艺液体的流动方向发生。用语〃基本上垂直的方向"这里意味着相对于工艺液体的流动方向成直角或与直角以最多30度偏离的方向。如果期望的话，有可能的是化学制品的量仅为引入液体的量的一部分，因为通过使用相对少量的引入液体，就确保了深入工艺液体中的甚至很少量的化学制品的渗透和均匀混
入
口 ο在我们的测试中，我们发现用于第二喷嘴14的最佳位置首先是第一喷嘴12定位在其中的延伸穿过管路10的轴线的基本上相同的水平，因为在此情况下，可使第二喷嘴14的射流直接地冲击到由前述喷嘴12形成的两股逆旋涡流之间，由此后一射流最有效地加强了通过前述射流形成的涡流，将给更多能量带给它们，且因此有助于涡流扩张到尽可能宽的截面。换言之，喷射喷嘴基本上按顺序定位在工艺管路的壁上。也在此情况下，用语〃基本上按顺序〃意味着除了准确的一个接一个外，还以任意远离所述位置最多20度的方式进行定位。换言之，混合器形成混合器对，以便引入第二种流的各个混合器对的喷射混合器14布置就位，喷射混合器14的位置在工艺管路20的圆周上从第一混合器12定位到其上 的穿过工艺管路的轴线的水平以最多20度偏离，更优选的是10度(沿管路的圆周的方向测量)。因此，第二喷射混合器14以一定方式定位在沿工艺管路20的纵向方向上的40度(优选20度)的扇形区(如图2b中的扇形区A所示)中，第一混合器12定位在该扇形区的直径上。其次，观察到的是，第二喷嘴14应当也定位成接近图Ia中的线M，或尽可能接近线M。换言之，第二喷嘴14应当也定位在通过第一喷嘴引入的化学制品射流已经有时间来形成两股逆旋螺旋涡流的位置处，或尽可能接近该位置。因此，有可能确保第二喷嘴14的射流加强第一喷嘴12的射流，且第二喷嘴14的射流的动能不会用于再加速通过第一喷嘴形成的已经衰减的涡流而损失。然后，如果第二喷射混合器与第一混合器之后的上文限定的角位置不重合，则第二喷射混合器的射流冲击侧部且部分地抵消通过第一射流形成的涡流，导致不受控制的流场，使混合结果至少退化至一定程度。基于我们的测试，我们发现O. 2米对于PCC的流水生产是引入喷嘴之间最优选的距离，即，当流速处于3m/s的数量级时，引入点之间的时间为O. 67秒。从喷嘴12和14发出的化学制品-引入液体射流的速度为在管路中流动的纸浆的速度的大约3倍至12倍。当比较图Ib的流场和图2b的流场时，可以看到的是，通过第二喷嘴14导致的涡流的加强增大了管路的整个截面区域上的化学制品的混合速率，以便在从引入第一化学制品起已经大约O. 15秒之后就已经将两种化学制品分送到管路的基本上整个截面上。在我们的测试中，我们注意到，在一定程度上取决于工艺液体的粘性，由于第一射流的涡流然后会衰减太多，故混合器之间的工艺管路的纵向距离应当基本上不超过两米。因此，在工艺管路的纵向方向上的喷射喷嘴之间的距离应当从O. 05米至2米，优选为从O. 05米至I米。在实际工业规模的过程中，主要由于管路的直径而并非总是可能用一个喷射混合器/混合器对来引入一种化学制品。在此情况下，存在定位在工艺管路的相同圆周上的一定数目的喷射混合器/混合器对。当使用带有小管路的由Wetend Technologies Oy制造的标准尺寸的喷射混合器时，有可能仅使用一个喷嘴，而在最大管路直径的情况下，为了充分覆盖管路的截面，管路的相同圆周上需要4至6个混合器。因此，很明显的是，当从与第一化学制品相同数目的喷射混合器也引入第二化学制品时，实现了混合两种化学制品的最佳混合结果，且由此形成的混合器对定位在基本上相同的纵向直径水平上，均匀地分布在工艺管路的圆周上。很明显，还优选的是使引入第一化学制品的混合器基本上在工艺管路的相同圆周上，而引入第二化学制品的那些混合器在另一圆周上。值得作为本发明的解决方案的特殊应用而提到的解决方案为其中两种单独的化学制品未混合的解决方案，而取而代之的是可以从两个喷射混合器引入仅一种化学制品或可以仅从第一喷射混合器引入仅一种化学制品，由此第二喷射混合器将仅喷射引入液体的射流来用于加强进入工艺液体流中的混合。上述发明允许使用更大腐蚀性和有效的化学制品，因为混合明显比以前的更快且更均匀。然而，同时实际的化学制品或多个化学制品和它们的反应产物可倾向于紧固到反应器的壁上或反应器区域中的其它结构上。因此，为了确保反应器的有效操作，反应器应当设有用于保持反应器的表面和反应器区域中的结构清洁的器件。在上文中，当谈论到导致本发明的发展的问题时，提到了结合具有沉淀或紧固的倾向的化学制品的混合来使用的清洁设备。图3相对示意性地示出了根据本发明的优选附加实施例的引入设备和管路清洁设备30。实际上，图3示出了反应器，反应器包括由凸缘32限制的平直圆柱形工艺管路20，反应器的壁34设有两个化学制品引入喷嘴12和14，如 上文所述的实施例中已经描述的那样，喷嘴12和14定位成接近彼此。导电的电极杆36借助于臂38基本上在中心连接到(即，基本上在工艺管路的轴线上)工艺管路20的内侧，在该实施例中，杆36借助于一个臂38’电性地连接到控制系统40上。在工艺管路20由金属制成的情况下，如其在大多数情况那样，电极杆36应当与工艺管路20电性隔离。例如，可通过由非导电材料提供杆36的紧固臂38，或通过主要由非导电材料制成的杆36且用导电材料包覆杆来执行所述隔离。第二电极42布置在工艺管路20的内侧上，以便可在工艺管路20的内表面与定位在管路的中间中的电极杆36之间形成所期望的电压差。自然地，像第一电极一样，所述第二电极电性连接到控制系统40上。最简单且也是最常用的方式在于使工艺管路由金属制成，由此工艺管路可以以其整体用作电极，且不需要单独的电极。当工艺管路由非传导性材料制成时，可以存在一定数目的所述第二电极，第二电极优选为沿工艺管路的圆周方向以及沿反应器的纵向来均匀分布。另一备选方案在于用导电材料在内部包覆工艺管路，由此所述涂层用作电极。连接到控制系统40上的第三构件为某种类型的测量传感器44，借助于测量传感器44，有可能监测混合的效率和/或反应器中的反应的过程。例如，所述传感器44可基于断层分析，但传感器也可测量工艺液体的PH或传导率。根据本发明，反应器可优选为但不是必需构造成以便针对喷射混合所需的所有导管、管线、泵和清洁器件都定位在通过凸缘32限定的长度内的管线的内侧，由此管线中的反应器的安装就尽可能容易。图3中所示的反应器壁清洁系统在PCC的生产中工作，以便经由控制系统将DC电压导送至电极和定位成与反应器的壁相连的电极，以便电极杆用作阴极，而反应器的壁用作阳极。当工艺管路的壁为阳极时，邻近壁的液体的pH降至2至3的值，这防止了碳酸钙紧固到壁上。然而，当所述表面附近的PH较高时，碳酸钙具有沉淀/紧固到电极杆的表面上的倾向。通过对控制系统编程来改变系统的极性，很容易除去由所述沉淀引起的缺点，由此碳酸盐快速地溶解在现在用作阳极的电极附近形成的酸性液体中。控制系统可以被编程以便以某一时间间隔或受到通过从过程中接收到控制脉冲的控制来改变极性。例如，有可能监测阴极与阳极之间的电压变化，由此电压中的一定的增大实际上意味着一定深度的沉淀层。因此，可校准控制系统来在一定电势差下改变系统的极性。对应地，当电势差已经减小到初始水平时，控制系统使极性回到初始情形。即使在上文中(在图3中)已经将电极杆描述为基本上在中心上安装在工艺管路/反应器中，但在一些情况下，还有可能将电极杆安装在相对于反应器的轴线的倾斜位置上。当反应器/流动管路产生管路弯头(反应在管路弯头中仍然进展)时，此种解决方案尤其是可能。在此情况下，有可能将在中心延伸的电极杆布置在管路弯头的两侧上的流动管路的平直部分上，其中仍然平直的电极杆在管路弯头中的平直部分之间，管路弯头自然优选为安装成以便其对管路弯头的区域的清洁的影响尽可能最好。尤其是在宽流动管路的情况下，可能需要使用一定数目的平行电极杆。因此，有可能确保将保持清洁的表面的附近中的液体的PH值在所期望的范围内。关于电极杆还值得提到的是，当倾向于沉淀或紧固的反应产物或化合物仅通过从喷射混合器引入的化学制品形成或由它们两者的共同作用形成时，电极杆可定位成以便其第一端部与第二喷射混合器14齐平。因此，电极杆的第一端部优选为沿工艺液体的流动方向延伸，直到所有化学制品都用尽的点。自然地，当第一喷射混合器用于引入化学制品，单独的化学制品具有沉淀或紧固到工艺管路等的壁上的倾向，电极杆必须定位成在第一喷射混合器的水平上开始。 图4很示意性地示出了作为本发明的另一进一步优选的实施例的在造纸中执行碳酸钙的结晶反应的另一方式，以便不允许碳酸盐附接到定位在反应区上的任何表面上。该另一方法在于围绕流动管路20布置永磁铁或电磁铁50。例如，美国专利5，725，778和5，738，766中公开了此种设备。永磁铁形成磁场,磁场的方向和强度是恒定的。例如，有可能通过使用电导体52围绕流动管路20卷绕且将电流导送到由此形成的线圈中来结合流动管路布置电磁铁50。通过借助于控制单元54改变电流的振幅、方向和/或频率，就可如所期望那样改变形成的磁场的方向和强度。此外，有可能随着不同形状的波动来将电流导送至电磁铁50的线圈中。然而，不论借助于永磁铁还是电磁铁来产生磁场，操作原理总是相同的。通过流动管路内侧的磁铁来感生出电场。为了能够使用电场，管路中流动的悬浮液必须包含离子，在此情况下是钙离子和它们的反离子(碳酸离子或碳酸氢离子)。电场通过它们自身的与电场相关的电荷导致按需要来导送在其范围内的离子。仅在流动管路中的有限长度处存在电场和尤其是沿电场的方向的变化在倾向于根据电场的变化导送离子来使离子跟随着流动，且最终导致离子键的释放，且离子自由地与彼此反应且自由地形成碳酸钙晶体。换言之，电场且尤其是其方向的变化会加速离子的相互化学反应，因为离子的方向的持续变化有助于它们在悬浮液中的均匀混合。此外，形成的碳酸钙晶体刚好处于一种相，以便晶体不会附接到流动管路的表面上且不会形成沉淀，或如果晶体形成沉淀，则晶体很软，以便晶体刚好携带在具有适合的流动速度的流中。至于所关注的电磁铁的位置，仍应用上文结合电极规则限定的位置规则。防止在反应器内侧形成沉淀的又一可用的方式在于使用优选在中心定位在反应器的内侧的隔离的反应器，电极仅电性连接到电源/控制单元上。例如，另一电极为与液体隔离的反应器的表面，或与液体电性连接。在两种情况下，形成了串接连接的一定数目的电容层，通过电容层，将传递场的静电势和场的强度。换言之，也在此情况下，液相中感生出的电场导致一般具有沉淀的倾向的粒子中的所期望的变化。例如，美国专利公告5，591，317中论述了该方法。
如关于电极杆的支承臂已经提到的，管理工艺流中的化学制品的结晶反应以便沉淀不会紧固到定位在反应区中的任何表面上的第四方式在于由此种材料生产这些部件(即，流动管路和定位在反应区中的流动管路的内侧的结构)，以便所述沉淀不会附接到这些材料上。聚酰胺可作为可在一定数目的应用中使用的材料的实例而被提到。PE树脂、聚氨基甲酸酯、Teflon 和环氧树脂可用作表面或涂层材料。此外，表面形态，优选为所谓的纳米表面，也可在本申请中使用。应当注意的是，上文仅公开了最优选的实施例中的一些。因此，很明显的是本发明不限于上述实施例，而是本发明可以以很多方式应用于在通过所附权利要求限定的范围内。因此，很明显的是集中于PCC的生产的描述必须仅理解为用于化学制品的有效混合的本发明的可用性的良好的实例，因为PCC的组成材料的混合和材料与彼此的立即反应给出了本发明的工艺相比于现有技术解决方案更大的优点的明确描绘。此外，除了用单个喷射混合器引入一种化学制品之外，还应当考虑可引入两种化学制品或化学制品混合物的进料的备选方案。同样，除了来自从一个或两个喷嘴的一种化学制品之外，一个喷射混合器对可用于也从一个混合器或两个混合器引入一定数目的化学制品。此外，针对本发明，自然有可能按顺序连接如上文所述的两个以上的混合器。如果期望的话且如果技术上可行的话，结 合各种实施例公开的特征还可结合本发明的范围内的其它实施例使用，和/或不同组合可从所公开的特征组合。
权利要求
1.一种用于将各种流引入到工艺液体的流中的方法，在所述方法中，通过将第一种流与引入液体一起喷射到所述工艺液体中来引入第一种流，所述工艺液体在所述工艺管路(20)中行进，所述第一种流基本上垂直于所述工艺液体的流动方向，用于形成混合场，其特征在于， 通过将第二种流在所述第一种流的流场的这样一点处喷射到所述工艺液体中来基本上垂直于所述工艺液体的流动方向引入所述第二种流，使得所述第二种流的引入加强了通过所述第一喷射流形成的所述混合场。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一种流的混合场包括定位在所述工艺管路中的两股逆旋涡流，以及将所述第二种流基本上引入到所述涡流之间。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的方法，其特征在于，使用针对各股流的至少一个喷射混合器(12，14)用引入液体来执行喷射。
4.根据权利要求I、权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述喷射混合器(12，14)形成的一个或多个喷射混合器对引入所述第一种流和所述第二种流，各个所述混合器对(12，14)定位在基本上沿所述工艺管路(20)的轴线延伸的其自身的水平上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，喷射混合器对(12，14)的所述后一混合器(14)定位在假想的扇形区A中的所述工艺管路(20)的轴线上，所述扇形区A的角为最多40度，且所述对的第一混合器(12)定位在所述扇形区A的直径水平中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当存在一个以上的混合器对(12，14)时，所述混合器对(12，14)基本上均匀地分布在所述工艺管路(20)的圆周上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过将电清洁设备(30)布置在所述工艺管路(20)的内侧来防止与所述流一起引入的所述至少一种化学制品或所述至少一种化学制品的反应产物沉淀或紧固到所述工艺管路(20)的表面上或定位在所述工艺管路(20)中的所述结构的表面上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，产生出具有用于形成所述沉淀的pH值缺点的层的电场借助于所述清洁设备(30)形成在所述工艺管路(20)的内侧。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，布置电场或磁场来防止携带在所述工艺液体中或形成在所述工艺液体中的材料附接或紧固到所述工艺管路的表面(20)上或定位在所述工艺管路中的结构的表面上。
10.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，通过由一种材料制成所述结构或用所述材料包覆所述结构来防止与所述流一起引入的所述至少一种化学制品或所述至少一种化学制品的反应产物沉淀或紧固到所述工艺管路(20)的表面上或定位在所述工艺管路(20)中的所述结构的表面上，所述材料不会附接到或紧固到所述结构上。
11.一种用于将各种流引入到工艺液体流中的设备，所述设备包括传送所述工艺液体的工艺管路(20)和相对于所述工艺液体的流动方向基本上垂直地引入和混合所述第一种流到所述工艺管路(20)中的至少一个喷射混合器(12)，所述混合器附接到所述工艺管路(20)的壁上，其特征在于，相对于所述工艺液体的流动方向基本上垂直地引入和混合第二种流的至少一个喷射混合器(14)定位在所述工艺管路(20)的壁上，处于横穿所述工艺管路的轴线的基本上相同的水平，在引入所述第一种流的所述至少一个喷射混合器(12)的下游且离开引入所述第一种流的所述至少一个喷射混合器(12) —定距离，引入所述第一种流和所述第二种流的所述喷射混合器(12，14)形成喷射混合器对。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，当存在一个以上的混合器对(12，14)时，所述混合器对(12，14)基本上均匀地分布在所述工艺管路(20)的圆周上。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的设备，其特征在于，引入所述第二种流的所述喷射混合器对(12，14)中的喷射混合器(14)布置在某一位置，喷射混合器(14)的位置在所述工艺管路(20)的圆周上从与穿过引入所述第一种流的所述喷射混合器(12)的所述工艺管路轴线平行的线偏离最多20度。
14.根据权利要求11、权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，喷射混合器对(12，14)的所述后一混合器(14)定位在假想的扇形区A中的所述工艺管路(20)的轴线上，所述扇形区A的角为最多40度，且所述对中的第一混合器(12)定位在所述扇形区A的直径水平中。
15.根据权利要求11至权利要求14中的任一项所述的设备，其特征在于，所述混合器对的混合器之间的所述距离为从O. 05米至2米，优选为从O. 05至I米。
16.根据权利要求11至权利要求14中任一项所述的设备，其特征在于，所述距离为用所述工艺液体的流速计算的对应于小于一秒的距离。
17.根据权利要求11至权利要求16中任一项所述的设备，其特征在于，工艺管路清洁设备(30)布置在所述工艺管路(20)的内侧。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述清洁设备(30)包括基本上在中心布置在所述工艺管路(20)内侧的电极杆(36)、布置在所述工艺管路的表面上的至少一个电极(42)，以及包括电压源的控制系统(40)。
19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述清洁设备(30)还包括用于监测所述工艺管路中的反应的过程的测量传感器(44)。
20.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述清洁设备为围绕所述反应器(20)布置的永磁铁或电磁铁(50)。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，围绕所述工艺管路(20)布置的所述电磁铁(50)包括围绕所述工艺管路(20)卷绕的导体(52)和与所述导体(52)相连的控制系统(54)。
22.根据权利要求11至权利要求16所述的设备，其特征在于，由所述工艺液体携带、弓丨入所述工艺液体中或形成在所述工艺液体中的所述材料不会附接到由其制成所述工艺管路(20)或所述工艺管路(20)内侧的所述结构的材料上或不会附接到用其包覆所述工艺管路(20)或所述工艺管路(20)内侧的所述结构的材料上。
全文摘要
本发明涉及一种用于将各种流混合到工艺液体流中的方法及设备。本发明的方法和设备尤其优选为适合将各种化学制品引入造纸中使用的纸浆中。
文档编号D21C9/00GK102811801SQ201180013220
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年3月10日
发明者J.马图拉 申请人:韦坦德科技公司