专利名称：澄清器进料口的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于分离流入进料浆料的液体和固体成分的澄清器罐，并特别涉及在这种澄清器中为增强澄清过程所采用的进料口设备。
背景技术：
为分离流入的包括含固体或颗粒的流体，以产生固体浓度低于流入的进料浆料的固体浓度的“澄清”液相和固体浓度高于流入的进料浆料的固体浓度的底流，在各行各业中都广泛使用澄清器罐。澄清器罐一般包括有底和构成进行澄清过程空间的连续器壁。澄清器罐也包括把流入的进料浆料输送到罐的流入进料管、从罐排出沉降固体的底流出口和排放离开罐的澄清液的流体排放出口。澄清器罐还包括一有用于沿罐底清除沉淀物的耙式臂的倾斜组件和可包括用于收集澄清液的在靠近罐的顶部附近的溢流流槽或环管。
上述这种类型的澄清器罐通过流入的料流料罐的空间进行操作，在该罐内，允许流入的进料流停留足够长的时间以使固体物因重力从流体中沉淀出。沉淀到罐底的固体在罐底附近产生一个通过底流出口排出的淤泥床。澄清液在澄清器罐的顶部处或顶部附近处形成，并直接离开罐以进一步加工或处理。在某些应用中，通过添加生成更易沉降的集聚物的絮凝剂或聚合物可以促进固体的沉降。在许多应用中，流体澄清的目的是增强沉降过程，以达到高的固体产量，由此提高固体的回收率。
许多澄清器罐都设置进料口，通常中心地设置在该澄清罐内，进料流输送进入槽中。进料口一般用作降低进入的流入进料流流动速度的目的，因此，进料流进入罐之前，其中能量可以被消耗到一定程度。流入进料流中的能量的消耗减少了进入的流入进料流对罐内固体沉降速率的破坏作用。换言之，在高流体速度下将流入进料流导入澄清器易引起罐内的湍流并使固体的沉降速率变小。为此，为产生或增强流入进料流中的能量消耗，进料口可以各种各样方式构建。例如，进料口和流入进料流的加料管可以制成使流入的进料流在相反的两个方向进入进料口和进入环形空间。例如，如Eis等的美国专利4278541所述的那样。
虽然在现有技术中已知的几种类型的进料口在降低流入进料流的流体速度方面有效，但是，它们的作用有限。因此，提供一种进一步降低流体速度和由此提高固体的分离和流体的澄清的进料口仍然是需要的。
本发明的公开按照本发明，在澄清器罐中使用的进料口设置增加的横截面积，在流入进料流运动进入澄清器罐之前，进入增加横截面积的流入进料流可以流动，由此促进流入进料流中的能量消耗和降低流体速度。本发明的进料口也可以设置有一个倾斜的边缘以使罐内进入的进料流向内并向下地流入，以进一步避免破坏固体的沉降，进料口可以包括至少一个垂直挡板，它与进入的流入进料流相撞击而消耗流入进料浆料中的能量。本申请公开的进料口可以在各行各业的任意类型的澄清器罐中使用，但是，作为实例，就制浆工业中处理新鲜液体所使用的澄清器进行描述。
本发明的进料口包括一个器壁构件，该件的构形是由从流入进料浆料进入进料口的位置增加横截面或水平截面到进入澄清器罐的流入进料浆料排出的位置。因此，当流入的料浆进入进料口并向下向进入罐的位置循环时，浆料与不断增加的面积相遇，流体运动和循环逐渐消耗流体的能量和降低流体的速度。向进入进料口的浆料加入絮凝剂或适宜的聚合物，就建立了增强固体的絮凝和提高固体沉降速率的条件。
在一个特别优选的实施方案中，进料口的器壁构件呈圆锥形，这样就提供了向外和向下倾斜的壁，该壁提供了进料口中增加的横截面积。也可以采用其它等效的适宜结构。在一最简单的构型中，进料口可以是在器壁构件处或其顶部附近处制成接收流入进料流的构型，而加入罐的浆料通过进料口的底部的口而进行。在另一实施方案中，进料口可以包括一基本呈圆形的流入进料流引入的上区和增加横截面积的下区，或器壁构件。在另一个实施方案中，器壁构件可以包括设置在进入罐的进料口的开孔处的器壁构件下面的边缘区域。该边缘区域具有使流入进料流导入澄清器罐的中心的向内和向下的倾斜面。进料口还可以包括与进入的流入进料流相接触的至少一块挡板，当流入进料流通过进料口循环时，进一步消耗浆料中的能量和降低流体的速度。
进料口优选制成以与器壁构件或上区成切线角的方向以接收流入进料流，以初步消耗流入进料流中的能量。在一个特别优选的实施方案中，流入料流从沿器壁构件或上区的相反两处的切线角方向直接进入进料口，因此流入进料流的两部分相互接触。当流体向下运动进入器壁构件时，与不断增加的横截面积相遇，增强了流体中能量的消耗。流体也可以与设置在器壁构件内的一块或一块以上的挡板相撞击而进一步降低流体速度并阻止因流入进料流的旋转引起的任何涡流的形成。向下运动的流体最后与进料口的向下倾斜并向内定向的倾斜边相撞击，将流体导向罐的中心，减少了运动流体对淤泥床和分离流体的冲击。
在纸浆和造纸工业的再碱化过程中，化学降解木屑产生的的液体(通称黑液)是在回收锅炉内处理，产生称为溶块的渣。然后，该熔块在流体中溶解，产生新鲜母液。该新鲜母液含在澄清器罐中必须分离来自熔块的固体。澄清的新鲜母液通过碱化进一步处理，产生白液，然后，该白液用于起始的制浆过程。就在再碱化过程中采用本发明的进料口来说，本发明提供了超过现在使用的传统澄清器系统的显著优点。
具体地说，进料口的器壁构件增加的面积消耗了进入的流入进料流中的能量而达到了有稳态区域的传统进料口不可达到的程度。再者，在进料口的大直径出口处的倾斜边缘和使用挡板，都有助于降低流体的速度和减少流入进料流中旋涡的形成，其结果使进入澄清器罐内的流入进料流实现了更平稳的流动。本发明的主要优点是本发明的进料口实现了改进的能量消耗，提高了澄清器罐中残渣的沉降速率(即在母液中悬浮的固体)。而且，提高沉降速率也降低了过量絮凝剂加入的要求，因此减少了运行费用。在再碱化过程的新鲜母液的澄清中，发现非工艺元素或金属元素如铁、锰、磷和铝都可定量的减少。
本发明的进料口也提供了超过在新鲜母液澄清过程常常使用的过滤澄清器的优点。也就是说，过滤澄清器一般包括有圆锥形底的圆柱形的罐体，流入进料管，在罐的底部形成的出口和过滤介质的过滤床。虽然上述类型的过滤罐要求的操作空间小，但是，由于过滤床被积累的固体积垢且必须时时清除，因此其运行费用更高。清洗过滤床的停工时间对澄清器的操作产生了间歇破坏作用。因此，本发明提供了在提高沉降速率的同时也提高了更简化的操作，减少了停留时间和费用并能够连续操作。本发明的进料口也可以在再碱化过程的白液的澄清过程中使用，以除去白液澄清中石灰泥渣。
除了制浆和造纸工业外，关于再碱化过程中的上述优点在其它方面的应用中也存在。上述的优点和其它的优点，从本发明的下述详细地描述中将是显而易见的。
附图的简述在附图中，描述的是目前认为实施本发明的最佳方式
图1采用传统进料口的传统单元贮槽型澄清器罐的剖面示意图。
图2是本发明进料口第一个方案的放大示意图。
图3是图2所示的进料口在线2-2剖视的侧剖面图。
图4是本发明进料口的另一方案的放大示意图和图5是图4所示的进料口在线3-3处说明进料口中垂直挡板的剖视的侧剖面图。
实施本发明的最佳方式作为实例，图1说明在再碱化过程中，新鲜母液在澄清过程中通常使用的单元贮槽型澄清器罐10。值得注意地是，单元贮槽型澄清器罐与有澄清液贮存容量的标准型澄清器罐不同，下文更详细地描述。单元贮槽型澄清器罐10包括连续器壁14和底16的构成空间的罐12，在罐12中，容纳的含固体成分的液体被分离成澄清液和液相／固相。设置有入口20的流入进料流管18，将流入进料流导入罐12。更具体地说，如图1所示，设置的流入进料流管18将流入进料流输入进料口22，在流入进料流进入罐12之前，降低流入进料流的速度。澄清器罐10的底16如图所示向内和向下倾斜，易于残渣的移动，或使分离出的液／固相流入罐的中心孔26。另外，罐底也可以是平的。在本申请中也称为“淤泥”的残渣通过底流管28和出口30从罐12中排出。通过耙式组件34也简化了罐12中淤泥的移动，耙式组件一般包括绕罐12的中心轴旋转的一个或一个以上的耙臂36。耙臂36连接到驱动轴38上，驱动轴38与通常设置在横跨罐12的桥42上的驱动电动机40连接。
图1所示的传统进料口22中心地设置在罐12内，在罐12内通过稳定器连杆或缆46保持在应在的位置，连杆或缆46连接罐的进料口22到器壁14，并通过杆或缆48从桥42吊挂进料口22。进料口22围绕操作耙式组件34的驱动轴38。用于单元贮槽型澄清器10的传统进料口22设置周壁50、基本封闭的顶部52和开口的底54。进料口22可以包括排气管56，排气管56允许进入的空气从进料口22排出。排气管56优选在罐12的罐顶60下面设置有排气孔58，因此，在某些情况下，由于排气管56可以用作空气提升管，空气除了排放到大气外，还可进入罐12。
应当指出，在单元贮槽型澄清器中所使用的进料口是浸没在罐的流体管下面并有阻止流入进料流与罐中生成的澄清液混合的基本密封的顶部。相反，在标准型澄清器罐中采用的进料口是设置在罐的顶部附近处，因此进料口的顶部是设置在罐的流体管处或在流体管的上方处。所以，在标准型澄清器罐所使用的传统结构的进料口通常没有密封的顶部或排出管，而通常包括一个有开口顶部的简单的垂直的器壁装置。
在许多传统型的新鲜母液澄清器罐10中，流入进料管18连结到一个或一个以上的喷嘴64该喷嘴把流入进料液以与进料口22的壁50成切线角的方向而输入进料口22。一些传统型的进料口22在不同的高度处在相对的角处设置有把流入进料流输送到进料口22的两个这样的喷咀64。在流体运动通过进料口22开口底54进入罐12之前，将流入进料流的速度降低到一定程度。当罐12中的液体更平稳时，沉降到罐底部16的流入进料流。中的固体成分形成新鲜母液的残渣。在通常位于罐12的底部的三分之一区域的罐12的澄清区66进行分离。在图1所示的标准型澄清罐和单元贮槽型澄清罐12中，在罐12的上区附近形成澄清液。单元贮槽型澄清罐10有澄清液贮存区68，但是，标准型澄清罐没有。从单元贮槽型澄清器10的罐12通过位于澄清液贮存区68的任意适当液面处的流出液管70排出澄清液。如图1所示，流出液管70可以垂直设置在单元贮槽型澄清器罐12的中点处。在标准型澄清器罐中，流出液管70通常靠近罐12中的液面72设置，且流出液管70可以是溢流流槽形状。
虽然图1所示的传统型进料口22在降低流入进料流的流速方面起作用，但是，它们有改进的余地。因此，如图2-5所示的本发明提供了改进降低流入进料流流速以提高在罐12中的沉降速率的构件。
图2示出了本发明的进料口80的一个实例，该进料口设置成新澄清器罐的一个部件或修改成现有澄清器罐的改装件。而且，进料口80可适用于标准型澄清器罐，在这种情况下，进料口80位于罐的顶部附近，或可适用于单元贮槽型澄清器罐，在这种情况下，进料口被浸没并有封闭的顶部，下文更详细地描述。在进料口最简单的形状中，进料口80包括三维器壁构件82，它是制成提供一种用于进入进料口80的流入进料浆料流动和循环的增加面积的构型。三维器壁构件82包括形成加入流入浆料腔室的基本连续的器壁83。连续器壁83从器壁构件82的上部周边85向下部周边86延伸，上部周边85的尺寸小于下部周边86的，因而使基本连续的器壁83向外向下倾斜而与进料口80的中心轴成一角度。这样，在上部周边85处附近的器壁构件82的横截面面积(即与中心轴87垂直的)就小于在下部周边86处附近的器壁构件82的横截面面积。器壁构件82制成如图2和3所示的截头圆锥形，或制成截头梯形，一般为有多面水平截面(例如五边形、六边形、八边形等)的多面圆锥体形，或制成水平截面为椭圆形或任何其它适宜的形状的构型和适宜的构型。
通过喷咀84和84’而进入器壁构件82的流入浆料经过在进料口80的上部周边85附近的器壁构件82基本连续的壁83而伸展。如图3清楚所示，喷咀84、84’可以沿器壁构件82的壁83相互相对的定位设置，以将流入浆料在与壁83成切线角的方向输送，并且喷咀84、84’可以如图2所示的相互设置在不同的高度。以与壁83成一角度而输送流入浆料以有助于流体中起始能量的消耗。值得注意的是，虽然已说明有二个喷咀84、84’，但是，使用一个喷咀也是适宜的。在上周边85附近进入进料口80进入的流进料浆在进料口80的器壁构件82内循环，并遇到液体可以流动的不断增加的面积。结果，由液体消耗了更多的能量，由此降低了流入浆料的流动速度。
器壁构件82优选制成围绕澄清器罐的耙式组件的驱动轴38而装配的结构。因此，在一个实施方案中，在图1所示的单元贮槽型澄清器罐10中采用进料口80，器壁构件82用阻止流入浆料与在单元贮槽型澄清器罐10的贮存区68贮存的澄清液混合的顶部88封闭。顶部88优选为制成具有从这里通过的驱动轴38的通道构形的圆锥形盖90。或者，封闭的顶部88可以为有利于固体离去和使固体离开进料口80的任意三维形状，因此，固体将沉降到罐的底部。封闭进料口80的顶部88，包含由进料口80排气的排气管56。在标准型澄清器罐(即没有澄清液贮存区)中，器壁构件82设置在罐的顶部，并具有设置在罐中的流体管处或流体管之上的上部周边85，且在顶部处是开口的。
在本发明的进料口80中，流体速度的降低和能量的消耗通过添加一如图2所示的从壁83的下部周边86向下延伸的倾斜的边94而增强。倾斜的边94向内向着进料口80的中心轴87倾斜，在流入浆料从进料口80的底部处的口96排出前，提供撞击流入浆料的接触面。由于撞击倾斜边94，流体速度进一步降低，在流体中可消除任何涡流的形成。
在器壁构件82内，通过设置如图2和3的剖视图所示的一块或一块以上的挡板100，流体速度的降低可以增强，，因此，当流入浆料进入进料口80时，液体与挡板100相撞。挡板100可为任何适宜的形状，且可以设置在器壁构件82的任意的许多地方。仅作为实例，图2所示的挡板100是设置在刚好低于喷咀84、84’的高度和器壁构件82的中点处。但是，挡板100也可以设置在更高或更低的高度，而且仅是作为实例，挡板100可以从进料口80的中心轴87附近延伸到一接合到器壁构件82的基本连续的壁83的位置102。例如，挡板100可以与绕驱动轴38设置的并使驱动轴38旋转的支撑环104连接。或者，挡板100可以从壁83的一边向另一边延伸，而避免与驱动轴38交叉。挡板100通常为提供与流入进料流可以接触，以消耗能量的接触面106，但是，挡板100的构型可以改变。
进料口80可以任何适宜的方法支撑在澄清器装置的罐内。但是，作为实例，进料口80可以用另一端连接到罐的内壁上的的上吊杆或上吊缆108和下吊杆或下吊缆109而连接到进料口80上而支撑在罐内。尽管没有示出，但是，吊杆或吊缆也可以与进料口80连接，以将其悬吊在跨越罐的桥上。
在图4所示的本发明的另一方案中，本发明的进料口80可以包括进料口上区110，它通过喷咀84、84’导入该区的流入进料流，喷嘴84、84’是通过进料口上区110的壁112伸展。如图5中更清楚看到，喷咀84、84’优选设置成以与进料口上区110的壁112成切线角的方式把流入进料流输送到进料口上区110，并沿壁112相互相对定位设置。如图4所示，喷咀84、84’可以按喷咀84’比另一喷咀84在更高的高度的方式设置。喷咀84、84’的这种排列有利于流入进料流进入进料口上区110时能量的消耗。喷咀84、84’的每一个中的流体都与传统结构的流入进料管相通(未示出)。
如上所述，在图1所示的在单元贮槽型澄清器罐12中安置的进料口80，进料口上区110优选是基本上被三维顶部88封闭，三维顶部88设置成装有从这里通过的用于耙式组件旋转的驱动轴38的通道。进料口80也可以设置成容纳如前所述的排气管56的结构。利用排气管56从进料口80排出挟带的空气不是必须的，在某些应用方面可以是不要求的或不希望的。
图4所示的进料口80还包括进料口下区114或器壁构件82，可制成提供一个增加面积的区域，在这个区域中，流入料流在进入罐之前可以运动以进一步消耗能量。例如，进料口下区114可以包括一圆锥形件，其壁116从进料口上区110的壁112向下向外延伸。进料口下区114的形状或几何形状可以为提供进料口80内增加面积的任何适宜形状或几何形状。例如，根据具体的应用，进料口下区114的壁116可以与垂直方向形成约15°-65°的角118。进料口80也可以包括倾斜边区120，该倾斜边区120包括从进料口下区114的壁116向内向下延伸的壁122。例如，倾斜边区120的壁122与垂直方向成约1°-约75°的角124。倾斜边区120的下边128形成开口96，通过开口96流体从进料口80运动进入罐中。
进料口80在其上区110下面的位置的进料口下区114设置一块或一块以上的挡板100。如图4所示，每块挡板100在其一端130与进料口下区114的壁116连接，而在其另一端与图5更清楚所示的围绕驱动轴38的支撑环104连接。支撑环104可以制成两半(即破开的环)以便易于在已有驱动轴38的周围改装进料口80。挡板100可以为任何适宜的形状，但是，作为实例示出的是有流体撞击以便消耗能量的接触平面的延伸平面件106。图4和5示出的四块挡板100在进料口下区114基本上是垂直定位设置。但是，在进料口80的这个方案或任何方案中，不需要严格地垂直，实际上，可与垂直方向成一角度。此外，挡板100可以在进料口80的中心轴87的周围沿一个水平面如图2所示的定位，或挡板100可设置在不同的高度。尽管只示出了一组挡板100，但是可以在进料口80的中心轴87的周围，在不同的高度设置一组或一组以上的挡板100。
本发明的进料口80可以以任何适宜的方式，包括固定进料口80的上吊杆或上吊缆108和下吊杆或下吊缆109而连接到罐的周围。上吊缆108和下吊缆109又与罐的壁连接。没有示出的其它吊杆可从跨越罐的桥或其它的结构而悬吊进料口80。
在操作中，流入进料流从流入进料管(没有示出)而进入进料口上区110的喷咀84、84’，然后以与壁112成切线角进入进料口的上区110。在这里开始消耗能量。当流体通过进料口80继续循环时，进入进料口的下区114和其扩大区域，进一步有助于流体消耗能量并和降低速度。此外，循环的流体可与挡板100撞击(当采用挡板时)它增强了能量的消耗过程。当流体循环并向下流动时，进料口下区114的不断扩大的面积更有助于降低流体的速度。最后，循环流体与使流体向内地向进料口80的中心轴87流动的倾斜边区120的壁122撞击。倾斜壁122有助于阻止流体中旋涡的形成和使流体远离澄清区中流体沉降的方向，减少了湍流。
本发明的进料口，在流入料流进入澄清罐之前易于从进料流中超过传统进料口装置的消耗能量并增强流体速度的降低。因此，本申请中所述的进料口在任何许多应用中可用于澄清器罐中从流入进料流中分离固体和液体成分。所以，所述方案的具体细节是作为举例，而不是限制本发明。对本领域内的技术人员来说是明显的，本申请中所述的基本方案，在不脱离权利要求书所陈述的本发明的精神和范围内可以作出许多修改。
权利要求
1．一种用于把流入进料流引入贮槽型澄清器罐的消耗能量的进料口，该进料口设置在罐的顶部下面，该进料口包括一个具有封闭顶部、开口底部、器壁构成的上区、器壁构成的下区的器壁构件和在上述器壁构件中的至少一个流入进料流的入口，它用于在加压下使流入进料的两种物流流动进入进料口；通常，在器壁构成的上部延伸并形成升高部分的顶部；器壁构成的上区在上区内部处围绕中心垂直轴具有旋转形成的表面，并有一入口使上述每一物流沿着与在空间位置旋转的表面成切线方向而流动并导向与旋转方向相反的方向以使进料流通过进料口向下流动的角速度的降低；器壁构成的下区呈现向下倾斜的内表面，具有器壁构成下区的水平截面积，因此从这个区的相邻上端向其下端增加，降低进入罐的流入进料流向下的速度。
2．权利要求1的进料口，进一步包括在进料口中位于入口下面的有基本垂直的挡板，以进一步降低流入进料流的角速度。
3．按权利要求1的进料口，其中器壁构成的下区一般是截头圆锥形。
4．权利要求1的进料口，还包括在器壁构件的下区的下端处的向内倾斜的边。
5．权利要求1的进料口，其中流入进料流在器壁构成的上区开始向不同垂直高度流动，并且器壁构成的上区没有阻止流入进料流相互撞击的水平挡板。
6．权利要求1的进料口，其中器壁构成的上区通常为圆柱形状。
7．权利要求1的进料口，其中，顶部一般为圆锥形状。
全文摘要
本发明公开了用于澄清器罐的进料口,该进料口提供了提高能量消耗和降低流入进料流的流动速度,以降低流入进料流进入澄清器罐分离时的澄清器罐中的湍流。进料口一般包括基本连续器壁的器壁构件,该壁设置成提供增加截面积的区域,结果通过进料口循环的液体,当通过进料口进入澄清器罐运动时降低速度。进料口可以包括增强能量消耗的其它构件,这些构件是设置在器壁构件的下边处,使流体可以流动消耗其能量的接触面倾斜的边和至少一块挡板。本发明的进料口提高澄清器罐的沉降速率和简化操作并降低操作费用。
文档编号B01D21/24GK1292719SQ99803818
公开日2001年4月25日 申请日期1999年1月22日 优先权日1998年1月26日
发明者巴尔·塞西, 舍曼·吴, 约翰·P·克兰 申请人:贝克·休斯公司