Способ отбелки целлюлозы, реакторный аппарат и реактор для его осуществления

Способ отбелки целлюлозы, реакторный аппарат и реактор для его осуществления

Реферат

 

Способ и реакторный аппарат могут быть использованы для отбелки целлюлозной волокнистой массы озоносодержащим газообразным отбеливателем. Реакторный аппарат содержит корпус с входом и выходом для частиц целлюлозы и средства для ввода целлюлозы и потока озоносодержащего отбеливателя в корпус. Средство для обеспечения движения частиц имеет средство подъема, перемещения и отбрасывания их в радиальном направлении. При прохождении частиц целлюлозы через корпус осуществляется диспергирование целлюлозы в озоносодержащий газообразный отбеливатель. При этом по существу все поверхности большей части частиц целлюлозы подвергают воздействию озоносодержащего газообразного отбеливателя в пробковом режиме при показателе дисперсии менее 8 для образования по существу равномерно беленой целлюлозы. 3 с. и 42 з.п. ф-лы, 21 ил., 12 табл.

Изобретение относится к способу отбелки целлюлозы озоносодержащим газообразным отбеливателем и к реакторному аппарату и реактору для осуществления данного способа.

Озон для отбелки целлюлозы пытались применять, чтобы исключить использование хлора в качестве отбеливателя для целлюлозы или других лигноцеллюлозных материалов. Хотя сначала может показаться, что озон является идеальным материалом для отбелки лигноцеллюлозных материалов, однако исключительные окислительные свойства озона и его сравнительно высокая стоимость ограничивали создание удовлетворительных способов отбелки озоном лигноцеллюлозных материалов, особенно древесины южных пород.

Озон легко вступает в реакцию с лигнином, эффективно уменьшая содержание лигнина в целлюлозе, но он также при различных условиях агрессивно атаковывает углерод, который содержит целлюлозные волокна древесины, следовательно значительно снижается прочность полученной целлюлозы. Также озон очень чувствителен к рабочим условиям, например, к значению pH относительно его окислительной и химической стабильности. Изменение этих технологических параметров может значительно изменять реакционную способность озона по отношению к лигноцеллюлозным материалам.

Поскольку была признана способность озона к делигнификации, то стали проводить обширные изыскания по созданию приемлемого для промышленных целей способа отбелки озоном лингноцеллюлозных материалов. Опубликовано множество статей и патентов в этой области, в которых сообщалось о попытках проводить отбелку целлюлозы озоном не на промышленной основе, а на лабораторной основе. Например, в патенте США N 2466633 на имя Брабендера и др. описан способ отбелки, при котором озон пропускают через волокнистую массу, имеющую содержание влаги (отрегулировано до абсолютно сухой консистентности) между 25 и 55% и pH, отрегулированное до предела 4 - 7.

Другие способы отбелки без применения хлора описаны С.Ротенбергом (Робинсон Д. Джонсобаух Д. Отбелка оксицеллюлозы озоном. Тарри, 182-185 (1975) - Z,Z,E,Z,ZPuZpa (Ранадуксусная кислота); Сотелэнд Н. Отбелка целлюлозы кислородом и озоном. Палп энд пейпер Мэгэзин ов Канада, Т 153-58) 1974) - OZEP, OP и ZP). Также в патенте США N 4196043 (Сингх) раскрыт многостадийный способ отбелки с применением озона и перекиси для исключения применения соединений хлора, причем этот способ включает в себя рецикл сточных вод.

Известны различные устройства для отбелки, применяющие центральный вал с прикрепленными к нему лопастями (например, патенты США, NN 1591070 на имя Вулфа, 1642978 и 1643566 на имя Торна, 2431478 на имя Хилла и 4298426 на имя Торрегросса и др.) Также в патенте США N 3630828 (Лиеберготт и др.) и в патенте США N 3725193 (де Монтигни и др.) раскрыты устройства для отбелки целлюлозы консистентности свыше 15%, которые включают в себя вращающийся вал с разнесенными лопастями разбивного ролла для измельчения волокнистой массы. В патенте США N 4093506 (Ричтер) раскрыты способ и устройство для непрерывного распределения и смешения высококонсистентной волокнистой массы с применением обрабатывающей жидкости, например хлора или двуокиси хлора. Устройство состоит из концентрично расположенного корпуса, имеющего цилиндрическую часть, обычно сходящуюся открытую коническую часть, проходящую наружу от одного конца цилиндрической части, и закрытую стенку, проходящую внутрь от другого конца цилиндрической части. Вал ротора, установленный внутри корпуса, включает в себя втулку, к которой прикреплено множество лопастей. Каждая из этих лопастей прикреплена к передающей лопатке или крылу. Вращение вала позволяет обрабатывающей жидкости распределяться и смешиваться по возможности равномерно с целлюлозой.

В патенте США N 4278496 (Фрицволд) раскрыто вертикальное устройство для обработки озоном высококонсистентной целлюлозы (т.е. 35 - 50%). Как кислород/газ-озон, так и волокнистая масса (при pH 5) передаются в верхнюю часть реактора для распределения по всему поперечному сечению, таким образом газ вступает в тесный контакт с частицами волокнистой массы. Смесь волокнистой массы и газа распределяется слоями на опорном средстве в ряде расположенных ниже камер. Опорное средство имеет отверстия или щели такой формы, что волокнистая масса образует мостики поперек их, при этом газ проходит через весь реактор в тесном контакте с волокнистой массой.

Перемещение волокнистой массы через реактор происходит за счет повторяемой, но контролируемой разбивки массы на опорном средстве благодаря вращению разбивных средств, прикрепленных к центральному валу и вращающихся вместе с ним. Это позволяет волокнистой массе проходить через отверстия в расположенные ниже камеры. В патенте США N 4123317 (Фрицволд и др.), в частности, раскрыт реактор, описанный в упомянутом патенте N 496. Этот реактор также применяют для обработки волокнистой массы смесью кислорода и газа озона.

В патентах США NN 4468286 и 4426256 (Джонсон) раскрыты способ и устройство для непрерывной обработки бумажной волокнистой массы озоном. Волокнистую массу и озон попускают по различным путям вместе или отдельно.

в патенте США N 4363697 раскрыто несколько шнековых конвейеров, которые модифицировали, включив в них лопасти, нарезанные и отогнутые скребки либо их комбинации для применения в отбелке кислородом малоконсистентной волокнистой массы. В Европейской заявке N 0308314 раскрыт реакторный аппарат для отбелки целлюлозы озоном, применяющий закрытый шнековый конвейер, в котором газ-озон накачивают через центральный вал для распределения по всему реактору. Целлюлоза имеет консистентность 20 - 50%, а концентрация обрабатывающего газа находится между 4 и 10%, таким образом достигается 2 - 8% использования озона на абсолютно сухом волокне.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ отбелки целлюлозы, заключающийся в вводе части целлюлозы, имеющей высокую консистентность, превышающую 20%, в зону реакции, вводе озоносодержащего газообразного отбеливателя в зону реакции и перемещении частиц целлюлозы через зону реакции в пробковом режиме в течение времени, достаточном для достижения отбелки целлюлозы, описанном в Европейском патенте N 0397308.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является реакторный аппарат для отбелки озоном, описанный в Европейской заявке N 0308314, причем консистентность целлюлозы свыше 20%, содержащий корпус, имеющий вход и выход для частиц целлюлозы, средство для вода высококонсистентной целлюлозы в корпус, средство для ввода потока озоносодержащего газообразного отбеливателя в корпус и средство для обеспечения перемещения частиц целлюлозы через корпус.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является реактор для отбелки озоном частиц высококонсистентной целлюлозы, имеющей консистентность свыше 20%, описанный в Европейской заявке N 0030158, имеющей первую степень белизны, измеренную прибором "Дженерал Электрик", и достаточный размер частиц для упрощения по существу полного пронизывания большей части частиц целлюлозы озоносодержащим газообразным отбеливателем, когда их подвергают обработке до второй, более высокой степени белизны, измеренной прибором, "Дженерал Электрик", содержащим корпус, имеющий вход и выход для целлюлозы, средство для ввода высококонсистентной целлюлозы в корпус, средство для ввода потока озоносодержащего газообразного отбеливателя в корпус и средство для обеспечения перемещения целлюлозы через корпус.

Несмотря на все исследования, проводимые в этой области, до сих пор не разработан способ на промышленной основе для получения отбеленной озоном лигноцеллюлозы из древесины мягких пород дерева и соответствующей волокнистой массы, особенно из мягкой древесины южных пород дерева, причем было сообщено о многочисленных неудачах.

Предлагаемое изобретение предлагает новое устройство и способ отбелки целлюлозы, устраняющие проблемы, с которыми сталкивались раньше, и который обеспечивает получение высокосортной отбеленной целлюлозы на промышленной основе.

Способ отбелки целлюлозы заключается в вводе частиц целлюлозы, имеющей высокую консистентность, превышающую 20%, в зону реакции ввода озоносодержащего газообразного отбеливателя, в зону реакции и перемещения частиц целлюлозы через зону реакции в пробковом режиме в течение времени, достаточном для достижения отбелки целлюлозы. Частицы целлюлозы имеют размер, достаточный для облегчения по существу полного пронизывания озоносодержащим газообразным отбеливателем при воздействии его на частицы целлюлозы. Последние поднимаются, перемещаются и отбрасываются в радиальном направлении при прохождении их через зону реакции для диспергирования частиц целлюлозы в озоносодержащий газообразный отбеливатель. При этом подвергают частицы целлюлозы воздействию озоносодержащего газообразного отбеливателя. Диспергированные частицы целлюлозы перемещаются через зону реакции при показателе дисперсии менее 8 для образования по существу равномерно отбеленной целлюлозы, имеющей повышенную степень белизны, измеренную прибором "Дженерал Электрик". Во время поднимания, перемешивания и отбрасывания частиц целлюлозы в радиальном направлении дополнительно включает в себя уменьшение аксиального движения и максимизацию радиального перемещения частиц целлюлозы для максимизации смешивания и контактирования частиц целлюлозы и озоносодержащего газообразного отбеливателя. Способ дополнительно включает в себя регулирование уровня заполнения и времени нахождения частиц целлюлозы в зоне реакции. Также регулируется скорость потока и время нахождения озоносодержащего газообразного отбеливателя в зоне реакции для повышения степени отбелки целлюлозы озоном.

Регулируют скорость потока и время нахождения озоносодержащего газообразного отбеливателя для получения степени конверсии озоносодержащего газообразного отбеливателя по меньшей мере примерно 60%.

Озоносодержащий газообразный отбеливатель вводят в противотоке движения частиц целлюлозы. При этом обеспечивают показатель дисперсии менее 4,8, а консистентность частиц целлюлозы по меньшей мере 25%. Обеспечивают поддержание уровня заполнения частиц целлюлозы между примерно 10 и 50% в зоне реакции. Дополнительно обеспечивают измельчение частиц высококонсистентной целлюлозы для уменьшения объемного веса частиц целлюлозы перед вводом их в зону реакции. Перемещают частицы целлюлозы при первой скорости через зону реакции непосредственно после ввода их и последующее движение частиц целлюлозы при второй скорости в зоне реакции для поддержания в ней заданного уровня заполнения частиц целлюлозы в реакторе. Обеспечивают состояние, когда первая скорость движения частиц целлюлозы больше, чем их вторая скорость. Озоносодержащий газообразный отбеливатель содержит от примерно 1 до 8 мас.% озона.

Реакторный аппарат для отбелки озоном высококнсистентной целлюлозы, имеющей консистентность свыше 20%, содержит корпус с входом и выходом для частиц целлюлозы, средства для ввода высококнсистентной целлюлозы и потока озоносодержащего газообразного отбеливателя в корпус и средство для обеспечения перемещения частиц целлюлозы через корпус. Средство для обеспечения движения содержит средство подъема, перемещения и отбрасывания частиц целлюлозы в радиальном направлении. При прохождении их через корпус для диспергирования целлюлозы в озоносодержащий газообразный отбеливатель для подвергания по существу всех поверхностей большей части частиц целлюлозы воздействию озоносодержащего газообразного отбеливателя. Для перемещения целлюлозы в реакторе с течением в пробковом режиме при показателе дисперсии менее 8 для образование равномерно по существу беленой целлюлозы, имеющей повышенную степень белизны, измеренную прибором "Дженерал Электрик". Реактор дополнительно включает в себя средство для извлечения остаточного газообразного отбеливателя и средство для извлечения беленой целлюлозы. Он дополнительно включает в себя вал, проходящий сквозь корпус вдоль его продольной оси и имеющий первый конец, примыкающий к входу для целлюлозы, и второй конец, примыкающий к выходу для целлюлозы. Вал соединен со средством для диспергирования и перемещения. Средство для диспергирования и перемещения включает в себя множество лопастей, отходящих в радиальном направлении от вала. Лопасти установлены и ориентированы в заданной конфигурации, определяя шаг диспергирующего и перемещающего средства. По меньшей мере уровень заполнения или время нахождения частиц целлюлозы в реакторе выбраны, исходя из конкретной конструкции лопасти, расстояния шага, формы или площади поверхности в комбинации со скоростью вращения вала. Он дополнительно включает в себя по крайней мере один параметр: конструкцию лопаток, расстояние, шаг, форму, площадь поверхности для уменьшения эффективности передачи и вращения вала с большей скоростью вращения, для компенсирования такой уменьшенной эффективности передачи с достижением таким образом эффективного контакта целлюлозы с озносодержающим газообразным отбеливателем, увеличения конверсии озоносодержащего газообразного отбеливателя или по существу постоянного уровня заполнения частиц целлюлозы в корпусе. Он содержит средства для измельчения целлюлозы на частицы, имеющие относительно низкую объемную массу, до ввода частиц целлюлозы в реактор. Он содержит диспергирующее средство и средство продвижения, включающие первую секцию для начального перемещения частиц целлюлозы со сравнительно низкой объемной массой при первой скорости для увеличения объемной массы, и перемещение частиц с повышенной объемной массой при второй скорости, которая ниже первой скорости. Диспергирующее средство и средство продвижения обеспечивает уровень заполнения по крайней мере 10% и показатель дисперсии менее 4, 8. Средство перемещения и диспергирования включает в себя непрерывный шнековый скребок, имеющий множество частей. Эти части вырезаны из скребка для образования в нем отверстий. Вырезанные части согнуты под углом относительно вала. Средство перемещения и диспергирования включает в себя непрерывный шнековый скребок, имеющий один или несколько подъемных элементов, прикрепленных к нему.

Средство перемещения и диспергирования включает в себя ленточную лопасть. Средство перемещения и диспергирования включает в себя наклонную ленту, имеющую бесконечный шаг. Средство перемещения и диспергирования включает в себя ряд клинообразных скребков, установленных на валу. Средство перемещения и диспергирования включает в себя ряд углообразных подъемных элементов, установленных на валу. Он содержит средства для ввода озоносодержащего газообразного отбеливателя в противотоке движению частиц целлюлозы.

Реактор для отбелки озоном частиц высококонсистентной целлюлозы, имеющей консистентность свыше 20%, первую степень белизны, измеренную прибором "Дженерал Электрик", и достаточный размер частиц для упрощения по существу полного пронизывания большей части частиц целлюлозы озоносодержащим газообразным отбеливателем, когда их подвергают обработке до второй, более высокой степени белизны, измеренной прибором "Дженерал Электрик", содержащий корпус с входом и выходом для целлюлозы, средства для ввода высококонсистентной целлюлозы и потока озоносодержащего газообразного отбеливателя в корпус, средство для обеспечения перемещения целлюлозы через корпус, средство для обеспечения движения включает в себя средство подъема, перемешивания и отбрасывания целлюлозы, когда она проходит через корпус для диспергирования целлюлозы в озоносодержащий газообразный отбеливатель для подвергания по существу всех поверхностей большей части целлюлозы воздействию озоносодержащего газообразного отбеливателя и для перемещения целлюлозы в реактор и при показателе дисперсии менее 8 для образования по существу равномерно беленой целлюлозы, имеющей повышенную степень белизны, измеренную прибором "Дженерал Электрик".

Реактор дополнительно включает в себя средство для извлечения остаточного озоносодержащего газообразного отбеливателя и средство для извлечения беленой целлюлозы. Он дополнительно включает в себя средство для получения высоких уровней заполнения и увеличения времени нахождения целлюлозы в устройстве за счет уменьшения шага при данной скорости вращения вала для достижения повышенной конверсии озоносодержащего газообразного отбеливателя.

Реактор дополнительно включает в себя средство для увеличения уровня заполнения посредством уменьшения скорости вращения вала без изменения шага, средства для диспергирования и перемещения частиц целлюлозы для достижения повышенной конверсии газообразного отбеливателя или для регулирования времени нахождения целлюлозы. Шаг лопаток на первом конце вала больше, чем шаг лопаток на втором конце вала для обеспечения повышенной скорости передачи там, где входят частицы целлюлозы, таким образом образуются средства для увеличения уровня заполнения частиц целлюлозы в корпусе.

Лопатки разнесены в осевом направлении вдоль вала на достаточное расстояние, чтобы минимизировать или предотвратить образование забивания или заклинивание частиц целлюлозы между ними.

Средство для извлечения беленой целлюлозы представляет собой разбавительный бак, в который добавлена вода для уменьшения консистентности беленой целлюлозы и для выполнения функции уплотнения озоносодержащего газообразного отбеливателя. Реактор дополнительно содержит средство для измельчения частиц целлюлозы, соединенное со средством ввода частиц целлюлозы в корпус.

Корпус включает в себя первую зону обеспечения уровня заполнения частиц целлюлозы и вторую зону реакции частиц целлюлозы отбеливателя, а средство перемещения включает в себя первую секцию, расположенную в первой зоне, и вторую секцию, расположенную во второй зоне, каждая из секций включает в себя вал, проходящий через корпус вдоль его продольной оси, заданный уровень заполнения частиц целлюлозы в корпусе поддерживается посредством обеспечения в первой секции скорости передачи больше скорости передачи во второй секции. Первая и вторая секции обеспечивают время нахождения частиц целлюлозы в реакторе по крайней мере примерно 40 с, средство ввода газообразного отбеливателя обеспечивает время нахождения озоносодержащего газообразного отбеливателя в реакторе по крайней мере 67% от времени нахождения частиц целлюлозы.

Первая и вторая секции конвейера обеспечивают уровень заполнения реактора между примерно 15 и 50% и показатель дисперсии менее примерно 8.

Озоносодержащий газообразный отбеливатель вводят в направлении противотока к движению частиц целлюлозы.

Средство диспергирования и перемещения содержит средство для уменьшения эффективности передачи частиц. Реактор дополнительно включает в себя средство увеличения скорости передачи частиц для обеспечения заданного уровня заполнения по крайней мере 10% частиц целлюлозы в корпусе.

Средство уменьшения эффективности передачи включает в себя средство изменения по крайней мере одного параметра: размеров, формы, конфигурации и ориентации лопаток относительно вала. Средство увеличения скорости передачи содержит средство увеличения скорости вращения вала для компенсирования изменения лопаток и получения пробкового режима потока.

Вал установлен с возможностью вращения со скоростью. Лопатки имеют шаг, расстояние, угол, размеры и форму, обеспечивающие заданный уровень заполнения частиц целлюлозы в реакторе и увеличивающие радиальное диспергирование и уменьшающие аксиальное диспергирование при перемещении частиц целлюлозы через корпус для достижения конверсии озона по меньшей мере 70%. Реактор выполнен таким образом, что обеспечивается время нахождения частиц целлюлозы в корпусе меньше 2 мин.

Реактор дополнительно содержит средство для регулирования потока озоносодержащего газообразного отбеливателя для обеспечения заданного времени нахождения озоносодержащего газообразного отбеливателя в корпусе. Регулирующее средство регулирует для установки времени нахождения по меньшей мере 50% от времени нахождения частиц целлюлозы.

Лопасти включают в себя лопасти, имеющие размер меньше, чем размер согласно стандарту СЕМА, установленные в неперекрывающей конфигурации. Лопасти установлены на расстоянии примерно 240^o в спиральной конфигурации с шагом в одну четверть вдоль по крайне мере части вала.

На фиг. 1 представлен график зависимости скорости вращения вала от силы уплотнения целлюлозы на конвейерах различного диаметра; на фиг. 2 - график зависимости уплотнения целлюлозы от критического расстояния лопастей для целлюлозы из южных мягких пород дерева, имеющей консистентность 42%; на фиг. 3 - график зависимости концентрации лития в целлюлозе, выходящей из реактора, от времени после добавления на входе в реактор целлюлозы, обработанной литием в качестве индикатора для определения времени нахождения целлюлозы в реакторе для лопастных определенных конвейеров; на фиг. 4 - график сравнительно широких и узких распределений времени нахождения целлюлозы для лопастных конвейеров; на фиг. 5 - график зависимости уровня заполнения реактора от скорости вала для различных лопастных конвейеров; на фиг. 6 - график зависимости времени нахождения целлюлозы от скорости вала для различных лопастных конвейеров; на фиг. 7 - вид сбоку реактора для озона в соответствии с изобретением; на фиг. 8 - вид сбоку в увеличенном масштабе реактора, показанного на фиг. 7; на фиг. 9 и 10 - вид лопастных конвейеров для реактора на фиг. 7; на фиг. 11 - вид в разрезе реактора на фиг. 8, в плоскости 10-10; на фиг. 12 и 13 - вид в перспективе и сбоку типичной лопасти для применения на конвейере на фиг. 9 и 10; на фиг. 14 - график концентрации лития в целлюлозе, выходящей из реактора, от времени после добавления целлюлозы, обработанной литием, на входе в реактор для лопастного конвейера из примера 5; на фиг. 15 - 17 снимки реактора изнутри вдоль линии, проходящей параллельно с валом, показывающие дисперсию целлюлозы в функции различных скоростей вала; на фиг. 18 - 21 - вид различных конвейерных элементов для применения в соответствии с изобретением.

В реакторе в соответствии с предлагаемым изобретением используют озоносодержащий газообразный отбеливатель, например озон, для уменьшения степени атаки на целлюлозную часть древесины, в результате образуется продукт, имеющий приемлемые прочностные характеристики для изготовления бумаги и различных бумажных изделий. Прежде чем описать детали устройства реактора, полезно иметь представление о процессе делигнификации и отбелки, в котором применяют это устройство.

Газ-озон, который применяют в процессе отбелки, можно использовать в качестве смеси озона с кислородом и/или инертным газом либо смеси озона с воздухом. Количество озона, которое можно удовлетворительно включать в обрабатывающие газы, ограничено стабильностью озона в газовой смеси. Смеси газа и озона, которые обычно, но необязательно содержат примерно 1 - 8 мас.% смеси озона/кислорода или 1 - 4 мас.% смеси озона и воздуха, являются пригодными для применения согласно предлагаемому изобретению. Предпочтительной смесью является 6% озона, остальное в основном кислород. Более высокая концентрация озона в смеси озон/кислород позволяет применять сравнительно небольшие реакторы и непродолжительное время реакции для обработки эквивалентного количества целлюлозы, тем самым сокращаются капитальные затраты на оборудование.

Дополнительным регулирующим фактором для отбелки целлюлозы является сравнительная масса озона, применяемого для отбелки данной массы целлюлозы. Это количество определяется по крайней мере частично по количеству лигнина, которое следует удалять во время процесса отбелки озоном, сопоставленному с относительной степенью целлюлозы, которую можно допустить во время отбелки озоном. Предпочтительно применяют такое количество озона, которое будет вступать в реакцию с примерно 50 - 70% лигнина, присутствующим в целлюлозе.

Существует много способов измерения степени делигнификации, но в большинстве случаев - это варианты испытания перманганатом. Обычное испытание перманганатом образует перманганат или "число К", которое представляет количество кубических сантиметров децинормального раствора марганцовокислого калия, расходуемого на 1 г сухой целлюлозы при определенных условиях. Это определено испытанием T - 214 в соответствии с стандартом TAPPI.

Все количество лигнина, определенное по конечному "числу K", должно быть таким, чтобы озон не реагировал слишком с целлюлозой для уменьшения по существу степени полимеризации целлюлозы. Предпочтительно количество озона, добавленного на основе массы сухой целлюлозы, составляет обычно примерно 0,2 - 2% для достижения требуемого уровня лигнина. Возможно потребуется более высокое количество, если в системе присутствует значительное количество растворенных твердых частиц. Поскольку озон является сравнительно дорогостоящим, то целесообразно и эффективно применять наименьшее количество, необходимое для достижения требуемой отбелки.

Продолжительность реакции, применяемой во время стадии отбелки озоном, определяют по требуемой степени завершения реакции отбелки озоном, как это можно увидеть из полного или по существу полного использования озона. Это время будет изменяться в зависимости от концентрации озона в смеси газа и озона, причем сравнительно более концентрированные озоновые смеси реагируют быстрее и по относительному количеству лигнина, который требуется удалить. Предпочтительное время нахождения целлюлозы и газа указано более подробно дальше.

Важным признаком изобретения является то, что целлюлоза отбеливается равномерно. Этот признак достигается частично за счет измельчения целлюлозы до обработки озоном на дискретные частицы достаточного размера и с достаточной низкой объемной массой, таким образом смесь озона и газа будет полностью проникать в большую часть волокнистых частиц.

Еще одним важным отличительным признаком изобретения является то, что во время процесса отбелки озоном отбеливаемые частицы должны подвергаться действию смеси отбеливающего озона посредством смешения, чтобы смесь озона и газа имела примерно одинаковый доступ ко всем частицам. Смешение целлюлозы в смеси озона и газа обеспечивает превосходные результаты по однородности в сравнении с результатами, достигаемыми с неподвижным или подвижным слоем целлюлозы, когда часть целлюлозы изолирована от газа-озона по отношению к другой части целлюлозы из-за различий в высоте слоя и объемной массе в различных положениях внутри слоя. Это вызывает неравномерный поток озоносодержащего газа через слой волокон, что в свою очередь приводит к неравномерному контакту между газом и волокнистой массой, и как результат этого - неравномерная отбелка. Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением более способно уменьшить перепад давления и оно также является гибким в том, что может легко работать с озоновым газом, перемещаемым параллельно или в противотоке с целлюлозой, в сравнении с реактором со слоем, в котором применяют только параллельный поток.

Чтобы понять уникальные отличительные признаки реактора в соответствии с предлагаемым изобретением, необходимо знать условия и принципы передачи твердых частиц по шнековым конвейерам. Общее представление о шаге таких конвейеров хорошо известно (например, Колин, Х., Механические конвейеры для массы твердых частиц, Elsevier, Нью-Йорк, 1985). Например, для закрытого шнекового конвейера скребкового типа шаг представляет собой расстояние, измеренное о любой точки скребка до соответствующей точки на смежном скребке шнека, причем оно измеряется параллельно оси вала. (Соответствующую точку можно найти, следуя кромке скребка под углом 360^o вокруг вала). Для шнека с полным шагом измеренное расстояние между этими точками равно диаметру скребка шнека.

Вариантом закрытого шнекового скребкового конвейера является тот конвейер, в котором применяют дискретные лопасти, расположенные в разнесенной связи вдоль линии спирали, по которой следует шнек. Таким образом в лопастном конвейере лопасти заменяются скребками шнека и шагом является расстояние от любой точки на лопасти до соответствующей точки на сложной лопасти, измеренное параллельно оси. Однако для определенных конфигураций лопастей часть лопастей удаляют и в этом случае соответствующей точкой является точка, где будет находиться лопасть после поворота на 360^o, когда она следует по пути вдоль и между кромками лопастей.

Терминология для обозначения разнесения лопастей включает в себя угловую связь и расстояние, определенное по шагу. Например, конфигурация с полным шагом в 60^o для конвейера диаметром 18'' (457 мм) имеет первые шесть лопастей, разнесенные на 3 дюйма (76,2 мм) вдоль оси вала, причем каждая последующая лопасть размещается на 60^o вокруг периферии вала от предшествующей лопасти. Затем конфигурация лопасти повторяется через следующие 18 дюймов (457 мм). Конфигурация лопасти с полным шагом в 180^o для такого же конвейера диаметром 18'' (457 мм) имеет первые три лопасти, разнесенные на 6 дюйма (152 мм) вдоль оси вала, с каждой последующей лопастью, разнесенной на 120^o по периферии вала. Затем конфигурация лопастей повторяется через следующие 18 дюймов (457 мм). Конфигурация лопастей с шагом в половину 120^o для такого же конвейера диаметром 18'' (457 мм) будет иметь лопасти, разнесенные на 3 дюйма (76,2 мм) вдоль оси вала с каждой последующей лопастью, разнесенной на 120^o по периферии вала. Снова конфигурация лопастей повторяется на первых 18 дюймах (457 мм) осевой длины лопасти. Конфигурация лопастей с шагом в 240^o требует дополнительного обсуждения. В качестве примера конфигурация лопастей с шагом в четверть 240^o для конвейера диаметром 18'' (457 мм) также имеет шесть лопастей, разнесенных на три дюйма (76,2 мм) вдоль оси вала, но теперь каждая последующая лопасть размещена под углом 240^o по периферии вала. Для последующей длины в 18 дюймов (457 мм) эта конфигурация будет повторяться. Путем нанесения спирального пути вдоль кромок лопастей можно обнаружить, что через каждые 18 дюймов (457 мм) шесть лопастей образуют четыре повторяющихся спирали вдоль вала, таким образом подтверждается устройство с шагом в одну четверть, но только первая, четвертая и седьмая лопасти расположены в положении 12 по часовой стрелке (или на 0^o) через 18 дюймов (457 мм) длины вала.

Имеется множество других параметров, которые можно регулировать в лопастных конвейерах. Угол лопасти является ориентацией отдельной лопасти, измеренной по линии, выступающей до вала от поверхности лопасти относительно линии, параллельной к оси вала. Угол 45^o лопасти создает наибольшие осевые усилия (т.е. в направлении оси вала), передаваемые транспортируемому материалу. Когда этот угол уменьшается в сторону нуля или увеличивается в сторону 90^o, то осевые усилия уменьшаются. При 0^o и 90^o осевые усилия отсутствуют.

Отличительным преимуществом применения лопастной конфигурации в противоположность другим альтернативным конфигурациям, например, ленточный смеситель и непрерывный шнек с изогнутыми скребками, имеющими отверстия, является то, что с лопастями можно обеспечить уникальную и определенную ориентацию лопасти относительно оси вращения. Это значит, что лопасти можно прикрепить к валу в определенных точках вдоль оси вращения. Также угол, определенный выше, может быть расположен таким образом, чтобы лопасти были ориентированы для обеспечения движения вперед или назад обрабатываемого материала через реактор. Это имеет преимущество в том, что лопасти можно ориентировать так, как это требуется для обеспечения данной степени реакции в данной части реактора - либо задержать или продвинуть вперед обрабатываемый материал. Другим преимуществом лопастей является то, что отдельные лопасти можно легко регулировать для обеспечения изменений в рабочих условиях между различными типами древесины в противоположность непрерывному шнеку и т.п., который может потребовать замены всего устройства.

Дополнительными параметрами являются размер и форма лопастей. Физические размеры конкретных плоских лопастей для применения в различных лопастных конвейерах были стандартизованы (Ассоциацией "Конвейер Инквипмент Мэнуфкчурез Ассосиэйшн ("СЕМА") в их бюллетене ANSI/СЕМА 300, 1981, Стандарты по размерам шнекового конвейера). Из этого бюллетеня можно получить информацию в отношении конкретных размеров и альтернативных конфигураций конвейерных элементов, Также можно применять другие формы лопастей, например чашеобразные, изогнутые или углообразные в зависимости от требуемых результатов отбелки.

Наконец лопастные конвейеры имеют определенное направление, что в сочетании с направлением вращения вала определяют осевое направление потока транспортируемого материала. Лопасти с конфигурацией левой руки на валу, который вращается в направлении по часовой стрелке, если смотреть с торца вала, передают материалы в сторону от наблюдателя, тогда как лопасти с конфигурацией правой руки, вращающиеся по часовой стрелке, передают материал в сторону наблюдателя. Для вращения против часовой стрелки материал передается противоположно, при этом направление потока изменяется путем изменения направления вращения.

Хотя в предпочтительном режиме работы устройства в соответствии с изобретением применяют уровень заполнения емкости примерно 10 - 50, а лучше примерно 15 - 40%, однако метод анализа по изображению показал, что большинство волокон целлюлозы в реакторе согласно предлагаемому изобретению взвешены в газовой фазе. Это противоположно волокнам, перемещаемым по днищу передающей трубы, как это обычно происходит, когда применяют закрытый непрерывный шнековый скребковый конвейер.

Уровень заполнения, как он применяется эдесь, означает количество целлюлозы в открытых пространствах реактора по объему. Например, уровень заполнения на 25% означает заполнение на 25% открытого пространства реактора целлюлозой на основе объемной массы целлюлозы, когда она находится в состоянии покоя, количество целлюлозы в реакторе и объем реактора. Для любой конкретной конструкции конвейера, подачи целлюлозы и числа оборотов в минуту вала достигается конкретный уровень заполнения. Посредством изменения числа оборотов в минуту при постоянной скорости подачи целлюлозы можно изменять уровень заполнения. Если число оборотов вала в минуту увеличивается, то уровень заполнения соответственно уменьшается. Для предлагаемого изобретения уровень заполнения доложен быть достаточным, чтобы могла диспергироваться значительная часть целлюлозы. Это требует уровня заполнения свыше 10%. Аналогично уровень заполнения предпочтительно меньше, чем примерно 50%, так чтобы обеспечить достаточно открытое пространство, в которое может диспергировать целлюлоза. Преимущественные уровни заполнения составляют от примерно 15 до 40%. Можно применять также высокие уровни, как например примерно 75%, но при уменьшенной эффективности контакта между газом и целлюлозой.

Реактор в соответствии с предлагаемым изобретением выполнен таким образом, чтобы уменьшить осевую дисперсию волокон, когда они передаются вперед. В известных тех