FI57286C - Foerfarande och anordning foer behandling av en till det hygroskopiska omraodet torkad bana i synnerhet pappersbana - Google Patents

Description

RjS^TI ΓβΙ ««KUULUTUSJULKAISU c Π O ft Ä

JGTa m ( ) UTUÄOCNINOSSKIUPT

CH9 Patentti my:r.r., tiy 10 07 i?P0 Λ0Λ/ „FateQt^Kodein£.

V ’ V (51) Kv.lk?/lnt.Cu ® «1 P 5/18 SUOMI —FINLAND (2.1) HWo«IMk*mo*-M*i»e«»eknlnj 760162 (22) Hftk*ml«p<Uvl — Anaökninpdif 23·01.76 (23) AlknpUv·—QlMfh«t*d»| 23-01.76 (41) Tullut lulMsukil - Uhrit off«tllg 2l+. 07.77 htMttl. Ja rekisterihallitus (44) NthttviWpTO0 je kuuLjvllkrtw,

Patent- och registerstyrelsen Anekan utiscd edi utUkrMtan puuinrad 31-03.60 (32)(33)(31) Pyr*«*y «uolksm— »sgirt priortot (71) Valmet Oy, Punanotkonkatu 2, 00130 Helsinki 13,

Per-Erik Ohls, 1+2220 Kaipola, Suomi-Finland(FI) (72) Per-Erik Ohls, Kaipola, Mauri Soininen, Naantali, Suomi-Finland(Fl) (7I+) Forssen & Salomaa Oy (5I+) Menetelmä ja laite hygroskooppiselle alueelle kuivatun rainan, etenkin paperirainan, käsittelemiseksi - Förfarande och anordning för behand-ling av en tili det hygroskopiska omrädet torkad bana, i synnerhet pap-persbana (6l) Lisäys patenttiin 51231 - Tillägg till patent 51231

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen suomalaisessa patentissa n:o 51231 esitettyjä menetelmiä ja laitteita.

Mainitussa patentissa on esitetty menetelmä, jossa paperirainan poikittaisen kos-teusprofiilin tasaaminen suoritetaan imemällä halutussa loppukosteudessa olevan rainan halutun lopputilan kanssa tasapainotilassa oleva kaasuvirta käsiteltävän rainan lävitse. Rainan läpi virtaavan kaasun ansiosta haluttua lopputilaa kosteammat rainan kohdat kuivuvat ja/tai ylikuivuneet kohdat kostuvat ja kosteusprofiili näin tasoittuu. Pääpatentin mukaisesti aivan erityisen edullista on, että käsit-telyvällaineena on tulistettu höyry. Niinpä jokaista hygroskooppiselle alueelle kuivatun rainan kosteutta vastaa esim. eräs atmosfäärisen höyryn tulistuslämpötila, jossa höyry on tasapainotilassa rainan kanssa, s.o. jossa lämpötilassa rainaan sitoutuneen höyryn paine on sama kuin atmosfäärisessä paineessa olevan läpivirtaus-höyryn paine. Tasapainolämpötila on sitä suurempi, mitä pienempää rainan kosteu- 2 57286 den arvoa tavoitellaan.

Pääpatentin mukaisesti höyryllä tapahtuvalla käsittelyllä pyritään pääasiallisesti vain profiilin tasaamiseen ja käsittely toteutetaan esim. siten, että raina kuivataan tavanomaisin menetelmin keskimääräisesti haluttuun kuivuuteen ja sitten profiili suoristetaan pääpatentin keksinnön esittämällä tavalla imemällä sopivaan lämpötilaan tulistettua atmosfäärisessä paineessa olevaa höyryä rainan lävitse. Tavallaan tällöin siirretään rainan liian kosteista kohdista vettä ylikui-vuneisiin kohtiin kiertävän höyryvirran avulla. Tällaisessa prosessissa lämmön tarve on kovin vähäinen ja lämpöä tarvitaan vain lämmönhäviöiden ja vuotojen peittämiseen ja rainan lämpötilan nostamiseen.

Esillä olevan keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että rainan käsittely aloitetaan sellaisesta keskimääräisestä kosteudesta, joka on suurempi kuin tavoiteltu loppukosteus sikäli kuin menetelmä ei ole pääpatentin n:o 51231 suojavaatimuksen kohteena. Näin ollen tässä keksinnössä on oivallettu, että pääpatentin keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa voidaan kosteuspro-fiilin tasauksen ohella käyttää myös kuivatustehon lisäämiseen, jos käsittely aloitetaan keskimääräisestä kosteudesta, joka on suurempi kuin tavoiteltu loppu-kosteus. Tällöin asianomainen laitteisto tietenkin on mitoitettava vastaavasti suuremmaksi ja se on varustettava kuivatustehon edellyttämin lämmönlähtein.

Tämän hakemuksen mukainen keksintö on pääpatentin n:o 51231 keksinnön edelleen kehitetty muunnos, joka tähtää loppukosteuden tasaisuuden lisäksi myös samanaikaisesti tapahtuvaan kuivatukseen ja aivan erikoisesti kuivatukseen, jonka lämmönkäyt-tö voidaan järjestää tavanomaisiin menetelmiin verrattuna oleellisesti edullisemmaksi. Edullinen lämpötalous on mahdollista esillä olevan keksinnön mukaisesti saavuttaa sopivimmin siten, että käsittelylaitteessa haihtuva (ilmaton) höyry lauhdutetaan kuivattimen muissa osissa, esim. normaaleissa kuivatussylintereissä tai esim. kuivatusilman jälkilämmityspattereissa tai molemmissa, tai höyry käytetään muihin lämmitystarpeisiin esim. koneen märässä päässä tai joka koneen ulkopuolella. Näin siis osa rainasta poistettavasta vedestä jättää laitteiston veden eikä höyryn muodossa.

3 57286

Keksinnön mukaiselle ja edellä määriteltyä menetelmää toteuttavalle eräälle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että läpivirtaussylinterin vaipan sisällä sen toisessa tai molemmissa päissä on puhalluslaitteena mainitun sylinterin kanssa samanaikaisesti pyörivä juoksupyörä, jonka ulkokehän tuntumassa ja ulkopuolella on johdeaiivistö, jotka yhdistävät mainitun sylinterin vaipan sen päätyyn ja että mainitun johdesiivistön ulkokehän tuntumassa ja ulkopuolella on lämmönvaihdin, jossa käsittely-väliainevirta lämmitetään rainan kuivatuksen ja/tai konditioimisen edellyttämään lämpötilaan.

Seuraavasea keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin aluksi esittämällä eräitä keksinnön menetelmää ja sen etuihin kohdistuvia laskuesimerkkejä ja sen jälkeen selostamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyjä keksinnön toteutuksen eräitä laite-esimerkkejä, joihin keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus mitenkään rajoittaa.

Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista ratkaisua poikkileikkauskuvanto-na.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista käsittely-yksikköä kuviossa 1 ylhäältäpäin katsottuna ja osittain leikattuna kuvantona.

Kuvio 3 on leikkaus kuvion 2 merkityn viivan III-III kohdalta.

Kuvio 4 esittää laitteen toteutuksen erästä yksityiskohtaa.

Aluksi on syytä todeta, ettei keksinnön mukaisesti käsiteltävä raina yleensä ole tasapainossa vain kostean ilman (jossa tapauksessa on oleellista, että tasapainotilassa rainassa olevan veden höyrynpaine on sauna kuin kostean ilman sisältämän veden osapaine) tai atmosfäärisen sopivaan lämpötilaan tulistetun höyryn kanssa, vaan myöskin ylipaineisen ja vielä korkeampaan lämpötilaan tulistetun höyryn kanssa. Erään tietyssä kosteudessa olevan rainan eri absoluuttisien lämpötilojen T ja TQ ja niihin kuuluvien rainassa olevan veden höyrynpaineiden p ja pQ välillä vallitsee likimääräisesti yhteys l/To - 1/T - C log p/po 4 . 57286 missä C on kosteudesta riippuva vakio. Niinpä voivat erään esim. 8 $6:n kuivuuteen kuivatun rainan lämpötilan t ja rainassa olevan veden höyryn-paineen p yhteenkuuluvat arvot olla seuraavanlaisia:

t - 50 60 80 108 126 158 °C

p 0,07 0,12 0,31 1 2 3 bar x 0,047 0,085 0,279 - kg/kg

Edellisessä taulukossa on myös paineissa p < 1 bar laskettu p, t -arvopa-reihin kuuluva 1 bar kostean ilman kosteus x, joka ilma siis myös on tasapainotilassa kyseisen rainan kanssa.

On edullista, joskaan ei välttämätöntä, että laitteessa, jossa rainaa keksinnön mukaisesti käsitellään höyryllä kosteuden tasaamisen lisäksi myös sitä oleellisesti kuivattaen, läpivirtaushöyzynä käytetään paineen alaista höyryä, joka on tulistettua loppukosteuden edellyttämällä tavalla. (Esim. eo. taulukon 1, 2 ja 3 bar höyryt on tulistettu lämpötiloihin 108, 126 tai 13β °C, kun kyllästyslämpötilat ovat n. 100, 120 ja 15? °C). Näin siksi, että toisaalta käsittelylaitteesta saatava höyry on helpompi pitää ilmat-tomana, kun laite on ylipaineinen, ja toisaalta laitteesta poistuvan höyryn korkeampi lauhtumislämpötila on edullinen sitä lauhdutettaessa esim. kuivatussylinterissä.

Otaksuttakoon, että laitteeseen, jossa keksinnön mukaisesti loppukosteuden tasaamisen lisäksi rainaa myös kuivataan, raina saapuu lämpötilassa 80 °C, että rainaeta haihtuvan höyryn tila on 2 bar, 125 °C, 2716 kJ/kg, että kiertohöyryä lämmittäviin pattereihin syötetään lämmityshöyryä tilassa 4 bar, 150 °C, 2752 kJ/kg ja että niistä poistuva lauhde on kylläisiä, jolloin sen ominaisentalpia on 605 kJ/kg. Kun yksinkertaisuuden vuoksi jätetään lämmönhäviö ja vuodot, rainan lämmitys sekä rainaeta hygroskooppisella alueella haihtuvan veden absorptiolämpö ottamatta huomioon, jolloin tulevan 80 °C veden ominaisentalpia on 33? kJ/kg, on kuivatushöyryn ja rainaeta höyrystyneen veden massavirtojen suhde 2J16 - 555 . 1,11 kg höyryä/kg haihdutettua vettä.

2752 - 605

Jos laitteessa haihtunut höyry sitten käytetään kuivatukseen syöttämällä se esim. puristinosan jälkeisiin tavanomaisiin kuivatussylintereihin, jos 5 57286 syntyvä lauhde on kylläistä (ominaisentalpia 505 kJ/kg) ja jos ominaislämmön-kulutus on tavanomainen, esim. 2950 kJ/kg, saadaan tällä höyryvirralla haihdutusta ~ 595 . 0,75 kg/kg höyryä profiilinkorjaajasta.

2950 Näin siis 1,11 kg:11a lämmityshöyryä syntyy 1 + 0,75 1,75 kg vedenpoistoa rainasta ja tästä 1 kg poistuu lauhteena sylintereistä. Ääritapauksessa, jossa kuivatin olisi mitoitettu niin, että profiilinkorjaajan haihdutus kattaisi sylinteriosan höyryntarpeen, olisi ominaislämmönkulutus siis 1,11(2752-605) - - 1562 kJ/kg, 1,75 siis alle puolet edellä mainitusta tavanomaisen koneen tavanomaisesta arvosta 2950 kJ/kg. Jos profiilinkorjaaja mitoitetaan pienemmäksi, tulee o-saan kuivatussylintereitä syöttää suoraan höyryvoimalaitokselta tulevaa vastapainehöyryä ja keskimääräinen lämmönkulutus kasvaa. Jos esimerkiksi koneessa, jossa alkukuivuus on 40 $> (vesipitoisuus 1,50 kg H^O/kg kuiva-ainetta) ja loppukosteus 8 % (vesipitoisuus 0,09 kg HgO/kg k-a), raina kuivataan profiilinkorjaajassa läpi-imetyllä höyryllä vain koko hygroskooppisella alueella n. 50 $:sta (vesipitoisuudesta 0,45 kg HgO/kg k-a) loppu-kuivuuteen, syntyy koko vedenpoistosta 1,50 - 0,09 1,41 kg Η,,θ/kg k-a profiilinkorjaajassa höyryä 0,43 - 0,09 - 0,54 kg Η,,θ/kg k-a, joten koko vedenpoistosta osa 1,75 * 0,54 0,60 kg HgO/kg k-a tapahtuu ominaisläm-mönkulutuksella 1562 kj/kg ja loput 1,41 - 0,60 - 0,81 kg HgO/kg k-a omi-naislämmönkulutuksella 2950 kJ/kg, jolloin keskimääräinen ominaislämmön-kulutus on 0,60 · 1362 + 0,81 . 2950 - - 2274 kJ/kg 1,41 mikä on n. 5/4 tavanomaisesta kulutuksesta.

On tärkeä panna merkille, että profiilinkorjaajan keksinnön mukaisesti myös kuivattaessa rainaa, höyryn tilan ei koko laitteessa tarvitse olla tasapainossa rainan tavoitellun loppukoeteuden kanssa, vaan riittää, että näin on asianlaita tarpeellisella laitteen osalla lähellä rainan ulostulo- 57286 6 päätä keksinnön mukaisen käsittelyn loppuvaiheessa.

Keksinnön mukaiseen rain&n käsittelyyn tarkoitettu laite voi olla pääpa-tentissa n:o esitetyn kaltainen. Kaasun käsittelylaitteen tulee tietenkin sisältää tarpeellinen määrä lämpöpintaa halutun kuivatustehon aikaansaamiseksi ja jos, kuten edullista on, kiertävä höyry on ylipaineista, ulkokuoren tulee olla mitoitettu paineen kestäväksi. Jos laitteen kui-vatusteho on merkittävän suuri ja läpivirtaussylinterit ovat tavanomaiset kooltaan, sisältyy laitteeseen lukuisampia sylintereitä kuin pääpatentin kuvioissa on esitetty.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen erään ratkaisun poikkileikkausta. Tähän laitteeseen kuuluu Joukko paineen kestävän kuoren 1 sisään sijoitettuja läpivirtaussylinterin, puhallus- ja lämmityslaitteet käsittäviä yksiköitä 2A, 2B, 2C ja 2D, jotka on pituussuuntaisen tilantarpeen rajoittamiseksi sijoitettu päällekkäin. Samalla kuivatuskoneella tällaisia yksiköitä voi saman kuoren tai erillisten kuorten sisällä olla useampiakin halutun kuivatuksen edellyttämällä tavalla. Saina V voidaan ohjata yksiköiden kautta esim. kuten kuva 1 esittää ohjaus te lapar ien 3Α-5Ά, 3B-3'B jne. avulla.

Nämä telat voivat olla reikäteloja ja rakenteeltaan imeviä, jolloin ne yhdessä varsinaisten läpivirtaussylintereiden kanssa ohjaavat rainan V toivotulla tavalla laitteen lävitse. Ensimmäinen teloista 3A voi pääpatentin mukaisesti toimia elimenä, joka on tarkoitettu rainan mukanaan tuoman ilman poistamiseen. Nuolen a' suunnassa rainan V läpi kulkeva höyry poistaa rainasta ilman ja höyry-ilmaseos poistetaan erillisvirtansa esim. telan onton akselin kautta. Telat 4, 5 ja 5' tiivistävät tulevan rainan Win ja poistuvan rainan W ^ syöttö- ja poistoaukot.

Kuvio 2 esittää ylintä yksikköä 2D ylhäältä päin katsottuna ja osaksi leikattuna. Raina V kiertää läpivirtaussylinterin vaipan 6 ympäri. Sylinterin vaipan 6 sisällä on joko sen toisessa tai kummassakin päässä sylinterin kanssa 8amankeekeise8ti pyörivä puhaltimen juoksupyörä 7· Puhaltimen vaippa on korvattu juokolla sylinterin päätylevyn Θ ja puhaltimen etulevyn 9 väliin sijoitettuja johdesiipiä 10, jotka samalla yhdistävät vaipan 6 päätyyn Θ. Kiertohöyryvirta lämmitetään kuivatuksen tai rainan konditioimisen edellyttämään lämpötilaan lämmönvaihtimilla 11 (ja 11')» jotka voivat olla esim. höyrylämmitteisiä ripaputkipattereita. Läpivirtaussylintereiden ontto akseli tappi 12 (12') on laakeroitu laakerein 13 (13 *)· Hammaspyörä 14 pyörittää sylinteriä. Juoksupyörien akselit 19 (13') on laakeroitu laakerein 16 sylinterin onttoon akseliin ja viitenumero 17 (17 *) tarkoittaa puhaltimen käyttöpyörää, esim. kiilahihnapyörää. Akseli 15 on varustettu tiivistein 18 ja 19.

1 57286

Kuvio 5 on kuvion 2 esittämän yksikön poikkileikkaus lähellä sylinterin päätä puhaltimien kohdalla. Ohjaustelat 3D ja 3'D on varustettu läpäisevällä vaipalla. Sektorilevyillä 20 estetään höyryä virtaamasta vaipan sisään muualta kuin rainan lävitse.

Juoksupyörät 7 imevät kiertohöyxyn nuolen h suunnassa sylinterin sisältä ja puhaltavat sen nuolien c ja d suunnassa johdesiipien 10 lomitse ja lämmönvaihtimen 11 kautta sylinterin ulkopuolelle. Pattereissa sopivaan lämpötilaan lämminnyt kiertohöyryn virta imeytyy sitten nuolien e suunnassa rainan V lävitse takaisin sylinterin sisään. Sylintereillä, joilla rainan profiilin tasaamisen lisäksi tapahtuu haihdutusta tai jotka vain kuivaavat rainaa, haihdutusta vastaava ylimääräisen höyryn virta kulkee ensin vaipan 6 lävitse sisältä ulos telojen 3D ja 3'D välisellä alueella ja sitten nuolien a suunnassa ainakin pääasiassa tai osittain rainan lävitse telojen 3D ja 3'D sisään. Täältä haihtunut höyry otetaan esim. telan toisen pään onton akselin 21 (kuvio 2) kautta laitteesta ulos ja syötetään (ei kuvissa näytetyn) putkiston avulla sopivaan höyryn käyttöpaikkaan, joka voi olla parhaiten kuivattimen tavanomainen kontaktikoivatusosa, missä höyry lauhdutetaan ja osallistuu täten kuivatukseen. Höyryn ulostulo akseleista 21 on näytetty nuolin S Järjestely voi olla esim. sellainen kuin kuvio 4 osoittaa: ikseli 21 on kiinteästi kiinnitetty kuorirakenteeseen 1 ja akseli kannattaa sektorilevyä 2C. Tela 3 on laakeroitu laakerin 22 avulla akselin päälle ja viitenumerot 23 tarkoittavat tiivisteitä. Huolen a suunnassa rainan V läpi virrannut höyry poistuu onton akselin 21 kautta nuolen Sout suuntaan ja kerätään useille yksiköille 2 yhteiseen höyryn keräysput-kistoon. Höyryn määrä ja paine teloissa 3 säädetään putkistossa olevin venttiilein.

Keksintö ei ole rajoitettu edellä esitetyn sovellutusesimerkin yksityiskohtiin, jotka voivat vaihdella seuraavassa esitettävien patenttivaatimusten määrittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (4)

1. Pääpatentin n:o 51231 patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5 tai 6 mukainen menetelmä hygroskooppiselle kosteusalueelle kuivatun rainan, etenkin paperirainan,käsittelemiseksi erityistä kaasumaista käsittelyväliainetta hyväksikäyttäen, jossa menetelmässä käsittelykaasuvirta saatetaan kulkemaan käsiteltävän rainan (W) läpi käsit-telykaasun tilan ollessa säädetty oleellisesti rainan (W) haluttua loppukosteut-ta vastaavaan tasapainotilaan ainakin käsittelyn loppuvaiheessa, tunnettu siitä, että rainan (W) käsittely aloitetaan sellaisesta keskimääräisestä kosteudesta, joka on suurempi kuin tavoiteltu loppukosteus sikäli kuin menetelmä ei ole pääpatentin n:o 51231 suojavaatimuksen kohteena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haihdutusta vastaava höyryn virta otetaan rainan (W) käsittelylaitteesta ulos ja täytetään lämmityshöyrynä käsitelylaitteen ulkopuolisessa lämmönkuluttajassa, sopi-vimmin tavanomaisessa rainan kuivaukseen tarkoitetussa kontakti- tai muussa kui-vattimessa tai sen kuivatusilmaa lämmittävässä laitteistossa tai muussa kuivatti-meen kuuluvassa tai sen ulkopuolisessa lämmönkuluttajassa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite, joka käsittää yhden tai useamman saman tai erillisten kuorten (1) sisälle sijoitetun yksikön (2A,2B...), jotka käsittävät läpivirtaussylinterin (6) ja tämän yhteydessä olevat puhallus- ja lämmityslaitteet (7,7’,11,11’), tunnettu siitä, että läpivirtaussylinterin (6) vaipan sisällä sen toisessa tai molemmissa päissä on puhalluslaitteena mainitun sylinterin (6) kanssa samankeskeisesti pyörivä juoksupyörä (7,7'), jonka ulkokehän tuntumassa ja ulkopuolella on johdesiivis-tö (10), jotka yhdistävät mainitun sylinterin (6) vaipan sen päätyyn (8) ja että mainitun johdesiivistön (10) ulkokehän tuntumassa ja ulkopuolella on lämmönvaih-din (11,11'), jossa käsittelyväliainevirta lämmitetään rainan (W) kuivatuksen ja/tai konditioimisen edellyttämään lämpötilaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, joka on tarkoitettu käsiteltävän rainan (W) kosteusprofiilin tasaamisen asemasta tai lisäksi myös rainan (W) haihdutus-kuivatukseen, tunnettu siitä, että haihdutusta vastaavan ylimääräisen höyryn virta on sovitettu kulkemaan mainitun sylinterin (6) sisältä sen vaipan läpi rainan ohjaustelojen (3D,3'D) välisellä sektorilla ja sen jälkeen ainakin osittain rainan (W) läpi mainittujen telojen sisään, joista haihtunut höyry otetaan ulos sopivimmin mainitun telan (3D;3D') onton akselin (21) kautta (kuvio 4).