專利名稱：從蒸煮器的兩端置換液的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及對例如木片等纖維素質材料進行間歇式蒸煮的方法和設備的改進，更準確地說是涉及用于在蒸煮過程結束時，保存含有黑廢液中顯熱的方法和設備。
在蒸煮木片的常規的間歇蒸煮過程中，在蒸煮器內先填充以木片，然后注入蒸煮劑，在蘇打法中這種蒸煮劑主要包括一種氫氧化鈉溶液，而在硫酸鹽法中包括一種還包含其他硫化物的氫氧化鈉溶液。然后將蒸煮器進行密封，并通入蒸汽使蒸煮器內的溫度升高到蒸煮溫度，并在該溫度下保持一段時間。在蒸煮過程結束時，將蒸煮器內的噴放閥打開，借助蒸煮器內的熱的液體閃蒸成蒸汽而將蒸煮器內已脫除木質素的紙漿壓出使其排放到噴放鍋中。
在蒸煮過程中，蒸煮器內紙漿所得到的熱能大部分隨著排出蒸汽而由噴放鍋中逸出。為了回收這種熱能，曾經嘗試讓這種蒸汽通過各種形式的熱回收系統。許多這種回收系統并不能有效地回收熱能，而且為節約能量費用，某些紙漿制造廠選擇了采用連續式蒸煮法。連續式蒸煮法與間歇式蒸煮法是截然不同的。而通常對于熱能的利用要比常規的間歇式蒸煮法更為有效。但是，連續式蒸煮法所需要的設備成本通常比間歇式蒸煮法所需設備成本要昂貴得多，而且所得到的紙漿的特性可能不同。
已經推薦能夠有效地節約熱能的間歇式蒸煮法的各種設計方案中，例如有本發明人的美國專利4，578，149號和4，601，787號。在改進的間歇式蒸煮法中，在蒸煮過程結束時，蒸煮器是保持在壓力條件下，利用置換液置換在該壓力條件下及基本上處于蒸煮溫度條件下的熱蒸煮液。在三個儲存槽系統中采用二個或三個儲存槽來儲存置換下來的冷的、熱的和溫的液體。在隨后的蒸煮器裝料過程中，將儲存槽中的液體泵入蒸煮而中用以置換空氣并預熱和預處理木片。所有液體裝料都通過進行置換即完成。在前面已知的置換技術中，將置換液泵入蒸煮器的底部而讓被置換液從蒸煮器的頂部流出。
本發明的一個目的是提供一種利用間歇式蒸煮法的各種優點而能實現比常規的間歇式蒸煮法更有效地節約更多熱能的改進的方法和設備。
本發明的另一個目的是提供一種改進的間歇式蒸煮器蒸煮系統，該系統利用在蒸煮過程結束時將黑廢液排空的置換原理，并在蒸煮過程結束時能實現有效地縮短排除液體的時間。
本發明的又再一個目的是提供這樣一種蒸煮法，該法是利用間歇式蒸煮，且在蒸煮過程結束時借助一種置換液排除黑液，而其中使置換液體與熱黑液的混合減小以便保持廢液的高溫。
按照本發明的原理，利用這樣一種設備和方法，其中在蒸煮器內填充以木片并通入蒸煮液，并在蒸煮過程結束時，將黑廢液排除并在高溫和在高于大氣壓力條件下儲存在一儲存器中，此后用以加熱和預處理第二蒸煮器內的木片以便保持黑液中的顯熱和殘余的蒸煮劑。通過在蒸煮器的底部和頂部同時泵入低溫的置換液，以便在壓力下將黑液排出并輸送到儲存器中。利用來自蒸煮器的頂部和底部的兩股低溫液體柱推進蒸煮器中部的高溫黑液并將之排出去。在對隨后的蒸煮器裝料過程中的置換以同樣的方式處理。
利用這種設計方案，置換過程是在最短時間內完成的。在接近置換液的前沿即推進該被置換液前進的部位出現某種程度的混合。這種界面的深度或者混合的量是很小的，因為沿著界面前進的距離比常規的置換方法縮短了，而通過從兩個方向上推動被置換液，則置換所需總時間也縮短了。還有，由于在被置換液與置換液之間存在兩個界面，故其界面的深度都減小了。
雙向置換的設計方案歸因于縮短循環時間所帶來的另一特征是存在脫除木質過程的一個最佳蒸煮時間。當蒸煮時間已經完成就要求盡快地終止蒸煮作用，以便不致過度蒸煮木片。由于采用的較冷的液體而導致進行置換時間的縮短還具有這樣一個優點，即在一個工廠內整個蒸煮過程中所實現的任何時間上的縮短都會增加該系統的總生產能力。
噴放過程可以通過將所有的黑液排除并通過例如來自頂部的蒸汽壓力的常規方法將蒸煮器內的含物排放、通過利用進到蒸煮器頂部的空氣將處于底部的已脫除木質素的紙漿噴放出去或者最好通過利用泵將蒸煮器內的含物排出來實現。
利用從兩端施加置換液使處于蒸煮器內的上部和下部的紙漿基本上受到相同的洗滌程度，且就整個蒸煮器而言，使蒸煮器內發生更加均勻的洗滌作用。
結合本說明書中的各最佳實施例、權利要求和附圖的公開對本發明的原理進行闡述以后，將會更清楚地理解本發明的其它目的、優點和特征，其中

圖1是按照本發明的原理設計和工作的蒸煮器系統的示意圖。
在間歇式蒸煮法中，通常是在蒸煮器中裝填以木片，然后導入一種含有化學反應劑的反應液。在采用蘇打法時，稱為白色溶液的反應液主要是一種含有硫化物的水溶液。蒸煮器的內含物在高溫和高壓下發生蒸煮作用，蒸煮器內的溫度通常是在330至350°F(165至177℃)范圍內。在蒸煮過程結束時，反應液稱之為黑液或廢液，該黑液或廢液處在蒸煮器溫度下并仍含殘余的活性化學反應劑。
根據本發明，在蒸煮過程結束時，并在保持蒸煮器內壓力的同時，將一種最好是來自紙漿沖洗過程的濾液的置換液泵入蒸煮器的兩端。將這種低溫液體的第一體積泵入蒸煮器的頂部而將這種低溫液體的第二體積泵入蒸煮器的底部以便置換熱的黑液。熱黑液通過一個位于蒸煮器中心部位的出口排出，并在蒸煮器的溫度和壓力條件下通入一儲存器中。附加的置換過程可以用來進一步蒸煮和洗滌木片。每種置換液的總體積不需要等于黑液體積。例如，分別泵入蒸煮器的頂部和底部的第三和第四體積可以導致更多的熱廢液從蒸煮器中置換出去。
當其后對蒸煮器進行裝料時，將經適當的壓實的木片加到蒸煮器中，例如采用蒸汽或空氣噴嘴對進入蒸煮器的木片噴射壓力流體以將木片壓實。當裝料完成后，蒸煮器內采用流體壓力泵滿以低溫洗漿機濾液，這種洗漿機濾液通常在前一次蒸煮過程中用作置換液。這種裝料壓逼來自蒸煮器內的空氣，并開始將該木片處理和稍微加溫。在三級置換加熱方法中，這種裝料過程將由來自冷的黑液儲存器的液體來完成。該冷的黑液是利用來自另一儲存器的溫的黑液從蒸煮器中置換出去，利用熱的黑液和隨后的蒸煮液進行以下的置換。在每次置換過程中，無論是在蒸煮過程的開始或者其終了時，都是將置換液泵入蒸煮器的頂部和底部，而被置換液則從蒸煮器雁端的中間部位排出去。通常，從頂部和底部兩端分別進行的置換基本上在同一水解內完成;但是，在某些情況下，有可能要求使一端或另一端的置換延遲進行。
在用以實施本發明的方法的一種具體設備中，即圖中所示的蒸煮器10。在蒸煮過程的初始階段，經過預處理的木片在位置11處裝入蒸煮器中，并利用蒸汽或空氣將之壓實以便裝入最大體積的木片。在蒸煮器的下端設有一個帶有閥12a的開口12，該閥是在蒸煮過程完成和置換過程中被進行打開以便將紙漿噴放出去或泵入噴放室13內。
為開始蒸煮過程，利用來自儲存箱站16的冷的，溫的和熱的黑液來實現初始加熱。儲存箱站16包括多個儲存器。正如熟悉本專業的人員所熟知的，并在前面所提到的本發明人的美國專利中所介紹的，合適的儲存器將被用于儲存冷的和熱的黑液以及可能為另外的溫的黑液。設有合適的閥控制裝置17和18，以便使所有的置換液都可控地供給到蒸煮器的頂部和底部。該控制裝置可以是標準的流量控制閥，從而可在每一端分別控制置換的開始，終止和流率。在置換完成以后，對木片進行預熱和預處理，使木片在密封的蒸煮器內并在預定的時間內保持在預定的蒸煮溫度下進行蒸煮處理。也可以設置外加的加熱裝置，例如熟悉本專業技術的人員所理解的熱交換器。
在蒸煮過程完成后，保持蒸煮器內的壓力和溫度，并將冷的置換液泵入蒸煮器的頂部和底部，該置換液是采用來自低溫箱19的低溫液體并借助泵20通過帶有閥21和22的控制管路泵入的。當將最好是采用洗漿機的低溫液體泵入蒸煮器時，該液體從蒸煮器10的底部向上和從頂部向下推進，由此將熱的廢黑液通過一管路和一閥23壓入儲存箱站16中的一高溫儲存器中。該高溫黑液隨后用來預熱另一蒸煮器27內的木片。熟悉本專業技術的人員應當理解到，通常蒸煮器27與蒸煮器10的尺寸大小和工作過程是一樣的。盡管圖中所示在蒸煮器的每個頂部和底部設有用于來自低溫箱19和存儲箱站16的液體的各種進入口，應當理解到，對于來自每個帶有閥的分立的管路的液體可以在蒸煮器上設置一個公共進入口，從而可以在蒸煮器的頂部和底部各設置一個單一的液體進入口。
在蒸煮器10的頂部和底部間的中間部位具有一個箱25。在蒸煮器內的熱的黑液或其它被置換的液體通過篩25排出去，該篩用以防止紙漿的逃逸。隨著置換液在蒸煮器內分別由蒸煮器的底部向上及由蒸煮器的頂部向下朝著篩25向前推進則將被置換液排出去，在置換液的兩個前進的前沿之間將形成一個可能分別由熱的廢黑液所接收的界面。
在蒸煮過程完成時對蒸煮器的內含物的噴放可以通過在一頂部進口31處通入壓力蒸汽、壓縮空氣或其它流體來實現。流體的進入將繼續進行一直到所有的紙漿被壓入噴放池13中為止。或者可以利用帶有閥12a的泵和噴放池13排空蒸煮器。在噴放池中的纖維將被輸送到一個洗滌機29，該洗滌機具有一洗滌用水進入口30。將從熱纖維中吸收一定熱量的洗滌用液輸送到一個低溫箱19中，以便用作下一次順次進行的間歇式蒸煮過程中的置換液。該低溫箱19可以是儲存箱站16的一部分。通常是采用多個蒸煮器按順序地進行間歇式蒸煮過程操作，使得來自一個蒸煮器的洗滌用液可被用于順次的蒸煮器中，如同在使用來自儲存箱站16中的儲存器的熱黑液那樣用于順次的蒸煮器27中。
這樣，可以看出，本發明人已提供了一種改進的簡化的工作過程較快的蒸煮方法，該方法能夠減少熱能的損耗，并通過在噴放紙漿之前從紙漿中清除黑液來減少空氣污染。在不違背本發明范圍的條件下人們可以作出各種改變型。
權利要求
1.一種間歇式蒸煮方法，其中在蒸煮器中裝填以大量的纖維素質材料和蒸煮液，然后在一高溫和超大氣壓力條件下進行蒸煮以便在蒸煮器內得到一已脫除木質素的紙漿柱和熱的廢液，該方法包括蒸煮上述纖維素質材料之后，在保持上述已脫除木質素紙漿柱基本上原封不動的同時，在壓力下借助泵入到該蒸煮器內上述蒸煮紙漿柱頂部的低溫液體的第一體積部分和泵入到上述蒸煮器的底部的上述低溫液體的第二體積部分定量置換熱廢液，從而在該蒸煮器兩端之間的一中間部位將該熱廢液推擠排出蒸煮器外，而同時將該熱廢液保持在高溫和超大氣壓力條件下；并在壓力下將上述被置換下來的熱廢液輸送至第二大量纖維素質材料中，由此保存并利用該熱廢液的顯熱以便預熱上述第二大量纖維素質材料。
2.按照權利要求1所述的在一間歇式蒸煮方法中，其中將蒸煮器裝填以大量的纖維素質材料和蒸煮液，然后在高溫和超大氣壓力條件下蒸煮該裝料，以便在該蒸煮器內獲得一已脫除木質素的紙漿柱和熱廢液，其特征在于在所述方法中，所述第一和第二體積要小于蒸煮器內的熱廢液的總體積。
3.按照權利要求1所述的在一間歇式蒸煮方法中，其中將蒸煮器裝填以大量的纖維素質材料和蒸煮液，然后在高溫和超大量壓力條件下蒸煮該裝料，以便在該蒸煮器內獲得一已脫除木質素的紙漿柱和熱廢液，其中特征在于在所述的方法中，將所述置換液的第三和第四體積分別泵入蒸煮器的頂部和底部，而且上述第一、第二、第三和第四體積的總和基本上等于蒸煮器內熱廢液的體積，從而使基本上所有熱廢液都通過置換而被排除出去。
4.按照權利要求1所述的在一間歇式蒸煮方法中，其中將蒸煮器裝填以大量的纖維素質材料和蒸煮液，然后在高溫和超大氣壓力條件下蒸煮該裝料，以便在該蒸煮器內獲得一已脫除木質素的紙漿柱和熱廢液，其特征在于在所述的方法中，將低溫液體的第一體積部分和該低溫液體的第二體積部分同時分別泵入該蒸煮器的頂部和底部。
5.按照權利要求1所述的在一分批式蒸煮方法中，其中將蒸煮器裝填以大量的纖維素質材料和蒸煮液，然后在高溫和超大氣壓力條件下蒸煮該裝料，以便在該蒸煮器內獲得一已脫除木質素的紙漿柱和熱廢液，其特征在于在所述方法中，所述在壓力下向著第二大量的纖維素質材料輸送所述被置換的熱廢液是借助將上述被置換的熱廢液以分離的體積部分泵入裝在一間歇式蒸煮器內的大量未經蒸煮的木片的頂部和底部。
6.在一間歇式蒸煮方法中用以蒸煮加有蒸煮液的大量纖維素質漿液的設備中，該設備包括成組合形式的一個用以在高溫和高壓下容納一批纖維素質材料以便在一預定的蒸煮時間內脫除其中的纖維素質材料的木質素的蒸煮器，該蒸煮器具有一上端和下端;在該蒸煮器的上端和下端各設有一個流體進口;一種連接到每個上述進口的置換液箱裝置;一種用以在壓力下將置換液導向上述進口以便置換蒸煮器內的液體的泵裝置和控制閥裝置;一個位于上述蒸煮器的中間部位用以接受通過上述置換液置換下來的液體的被置換液出口;和一個用以容納來自上述蒸煮器內并由上述被置換液出口排出的被置換液的儲存器裝置。
7.按照權利要求6所述而構成的一種以間歇式蒸煮方法蒸煮加有蒸煮液的大量纖維素質漿液的設備，其特征在于該設備包括一個第二蒸煮器和一個將儲存器裝置連接到該第二蒸煮器上的裝置，從而使被置換液可以通入第二置換器內的纖維素質木片以便利用被置換液的顯熱和殘余化學反應劑來提高木片的溫度并預處理該木片。
8.按照權利要求7所述而構成的一種以間歇式蒸煮方法蒸煮加有蒸煮液的大量纖維素質漿液的設備，其特征在于該設備包括在上述第二蒸煮器的頂部和底部處連接到上述第二蒸煮器上的多個獨立的液體流通管路，并在上述第二蒸煮器的中部設有用以接受在該第二蒸煮器內被置換液出口裝置。
9.按照權利要求6所述而構成的一種以間歇式蒸煮方法蒸煮加有蒸煮液的大量纖維素質漿液的設備，其特征只有該設備在其蒸煮器的中間部位設有一個篩，從而使經過上述出口排出的被置換液在離開蒸煮器時要流經該篩。
10.在一種用以從纖維素質材料中脫除木質素的間歇式蒸煮方法中，利用定量的置換液將液體從蒸煮器中排出去，其改進部分包括將置換液體泵入蒸煮器的頂部和底部;和在基本上位于蒸煮器的上端和下端之間的中間部位收集和排出來自蒸煮器中的被置換液體。
11.按照權利要求10所述改進的方法中，其特征在于該方法還包括將置換液體基本上同時地泵入蒸煮器的頂部和底部內。
12.在用于蒸煮纖維素質材料的設備中，包括一個用于在高溫和超大氣壓力條件下容納和蒸煮纖維素質材料的蒸煮器，該蒸煮器設有用以實現在蒸煮器內進行液體的定量置換的置換液進口裝置和被置換液出口裝置，其特征在于其改進部分包括一種設置在靠近蒸煮器的頂部和靠近蒸煮器的底部的用于獨立接受置換液體積的置換液進口裝置;和一個設置在靠近蒸煮器頂部的上述置換液進口裝置和靠近蒸煮器底部的上述置換液進口裝置之間的中間部位的被置換液出口裝置，上述被置換液出口裝置適宜于接受由蒸煮器的頂部向下的被置換液和由蒸煮器的底部向上的被置換液。
全文摘要
一種在間歇式蒸煮方法中在壓力下借助在蒸煮器的上端泵入置換液的第一體積和在蒸煮器的下端泵入置換液的第二體積來定量的置換蒸煮器內的液體。被置換液是從靠近蒸煮器的頂部和底部之間的中間部位從蒸煮器中排出去并收集起來。
文檔編號D21C7/10GK1051404SQ9010826
公開日1991年5月15日 申請日期1990年10月6日 優先權日1989年10月30日
發明者卡爾-艾力克·貝蒂爾·法格隆德 申請人:美商貝洛特公司