JPS6146229A - 一つの流体を別の流体に分散せしめる為の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、気体或いは液体いずれでもよい成る流体を高
粘度液体中に分散せしめる為の方法に関する。

発明の背景 比較的高粘度を有する物質と第２流体との反応及び／或
いは混和と関与するシステムの成る型式のものにおいて
、高粘度物質体の全体にわたって第２流体を一様に分散
することが所望される。このようなシステムは、中粘度
パルプの、気体状酸素による或いは二酸化塩素、過酸化
水素或いは次亜塩素酸ナトリウムの水溶液による漂白で
ある。漂白は、パルプから作製される紙の強度特性を損
うことなくパルプを白色化しそして増白することを意図
する。木材パルプ中の主たる光吸収物質は、リグニン及
び樹脂成分である。従って、パルプを一層白くするには
、これら物質が除失されねばならない。酸化、還元或い
は加水分解は、リグニン及び樹脂成分を可溶性とするの
で、これら成分を水溶液により洗い出すことが可能とな
る。リグニンの実質の最初の可溶化はアルカリ、硫化物
或いは亜硫酸塩のような非酸化性物質を使瘤して実施さ
れる。しかし、この手段による溶解を継続するとパルプ
の炭水化物部分を著しく劣化させ、従って強度及び収率
両方に悪影響を与えることが見出された。リグニンは多
くの物質により容易に酸化されるから、前記可溶化の残
部はその後重化と酸化生成物の水及び水性アルカリ中へ
の溶解により除来される。塩素、二酸化塩素、次亜塩素
酸、過酸化水素、オゾン及び酸氷が別途に或いは様々の
組合せにおいて酸化剤として使用されつる。

パルプ漂白設備は一般に、一連の酸化剤を使用して連続
流れ様式でパルプを処理する。アルカリ　！処理段階は
しばしば酸化処理段階のあるものの間（各段階後水洗を
伴う）に設定される。代表的順序は、先ず水性＃１素処
瑠で始まり、次いで水洗、アルカリ処理、水洗、水性二
酸化塩素処理及び最終水洗が続く。これら段階を実施す
る従来からの設備は、使用順序で、塩素化塔、水洗機、
スチーム混合器、増粘材料ポンプ、昇流若しくは降流式
％式％ 塔及び水洗機である０ 水性塩素処理段階とアルカリ処理段階との間でプロセス
に乾燥パルプ単位メートルトン当り約５ｋｔｉｉｔ素ガ
スを添加することは、減少せる二酸化塩素（或いは他の
酸化体）所要量において均等水準の漂白が得られること
を可能ならし′める。パルプの比較的高い粘度は酸素ガ
スがパルプ全体を通して一様に分散することを困難たら
しめる。この困離さの理虫は、良好な分散を得る為には
粘稠物質中に乱流を創生ずることが必要であるという事
実にあり、これま−での混合技術ではこの水準に足゛り
ない。

代表的に、アルカリ抽出塔に流入するパルプは、中位の
粘稠度を有し、約１０〜１５′Ｉｎ量％乾燥パルプをア
ルカリ性水溶液と混合状態で含有している。その流れ特
性−即ち粘度は挽肉や混凝紙のそれに匹敵する。もし酸
素ガスがパルプ体中に充分に分散されないなら、酸素ガ
スはパルプの大半に浸透しえず従って繊素に曝露されな
いパルプ体部分において所望の反応が起ることが出来な
い〇中粘度パルプに対して酸素を使用する最αの工業的
設備は、動的機械的ミキサを使用することによりパルプ
中での酸素ガスの充分の分散を実現した。しかし、この
ような動的ミキサは、高い投資、保守及び運転コストを
要ししかもａｍな設備部分を構成するので好ましくない
。　　　゛発明の目的 従って、本発明の目的は、流体のうちの一方が固有に比
較的高い粘度を有するような二種の流体において一方の
流体を他方の流体全体を通して一様に分散せしめる方法
を提供し、以ってそうでなければ達成困難な分散水準を
機械的混合波Ｗｌ無しに実現することである。

発明の概要 本発明に従えば、第１流体を比較的高い粘度を有する第
２流体中に分散せしめる為の方法において改善が見出さ
れた。本方法は次の段階を包含する； （ａ）　　上流端における開口、下流端における開口及
び該上流端から下流端まで伸延する仮想中心軸線を具備
する包囲帯域を用意する段階と、（ｂ）　　第２−１流
体を前記帯域内に前記上流端における開口において、該
ｊＩ２流体が該上流端における開口から前記下流端開口
を通過するような態様で導入する、段階と１ 、　　（ｃ）　　第１流体を複数の流れに分割しそして
該流れを第２流体中に併流として導入し、その場合 （１）　　流れの数が前記包囲帯域の断面の単位ｆｔ”
当り約２５〜１０００流れの範囲にあり１ （１ｉ）該断面が前記軸線に垂直であり、そしてＱｉＤ
　　流れが互いにほぼ等間隔にありそして流れ間の距離
が約（１３７５〜２５インチである よう規定する段階。

発明の詳細な記述 本発明は、パルプ漂白という一つの！ｉ要な用途に関し
て説明されるが、本発明は、高粘度ぎり！への染料の分
散、高粘度食品物質への添加剤の分散及びエポキシ成分
のブレンドといった多くの他の産業プ四七ス並びに一つ
の材料の別の材料への分散が重要な因子であると考えら
れる他のプ四七スにおいて応用しうる。液体／液体及び
気体１ｔＩＬ体混合物が考慮され、もちろん相対的に高
い方の粘度を有する流体は液体若しくは半液体である。

分散されるべき液体もまた、それが関連する第２包囲帯
域及び口を通して流されうる限り、比較的高い粘度を有
しうる。　一 本方法は、高粘度流体の流れを横切って複数の小さな流
れを導入する一連の段階を提供し、この　　！流れ模様
は最小限の圧力降下でもって実現される。

流れの数は、包囲帯域の断面の単位ｆｔ”当り約２５流
れから同約１０００流れまでの範囲にある。

ここで使用される断面は先に言及した仮想中心軸線に垂
直な断面である。断面は、包囲帯域の流れのすべてが形
成された任意の地点において選択される。これは通常、
軸線の中点と帯域の下流端との間に、好ましくは中点に
近い方に存する。好ましい流れ数は、約５０〜６００流
れ／　ｆ　ｔ”　　の範囲にある。流れは互いにほぼ等
距離にあり、流れ間の距離は約（１３７５〜２５インチ
、好ましくは約α５〜１．７インチである。液体或いは
気泡から成るこれら小さな流れの方向は、相対的に高い
方の粘度の流体の流れにより定義される。分散は、本方
法を実施するのに使用された装置の下流に位置づ゛けら
れる静的ミ午すのような混合装置の使用でもって向上さ
れうる＠ 代表的な静的ミキサは、パイプ内に位置づけられる多数
の邪魔板を備えている。これら邪魔板は、パイプを通し
て流れる物質を順次小分割しそして混合する。静的ミキ
サの上流での本方法の利用は、静的ミキサにおける邪魔
板（或いは混合用要素）の数の削減を可能ならしめる。

本方法を実施するのに使用されうる装置が、設備費用に
おいて安く、保守費において安くそして既存のプラント
設備の変更ｆ−最小限にしか要しないことは本発明の利
点である。これら利点に加えて、本方法自体は中粘度パ
ルプを中東１アルカリ漂白段階に先立って酸素を使用し
て或いは（１１）水溶液の形で二酸化塩素、次亜塩素酸
或いは過酸化水素のような漂白剤を使用して好適に処理
しうるちのであり、両方共漂白剤の全体コストの削減を
もたらす。

好ましい装置は、一つの比較的大径のパイプ内部で一連
の比較的小径の多孔パイプを利用する。

大径パイプは、包−帯域を定義する。パイプはステンレ
ス鋼のような従来材で作製される。酸化性抽出において
酸素を使用する代表的パルプ漂白装置系において、この
大径パイプは、増粘原料ポンプと第１アルカリ抽出塔と
の間に置かれる。パルプ主流れ即ち大径パルプを通して
流れるパルプ体は、約１０〜１５！量部のパルプ固形物
と残部水及びアルカリの溶液（通常希薄）の混、金物か
ら成る。これは中粘度パルプと考えられる。多数の−様
な連続或いは断続酸素流れが、小径パイプの孔から下流
方向に流れる。パルプ伴流れの流量は一日当り約１５０
〜１０００メートルトンパルプ固形物である。酸素の流
量は約８００標準ｆ　ｔ”７時間（５ｅｆｈ　）　　か
ら約５５００５ｅｆｈ　　である＠小パイプは組をなし
て配列されていると考えられそして大径パイプ内にこれ
ら組が幾つか存在する。一つの組における小パイプ間の
そして組同志間の間隔は、分散の一様性を犠牲にするこ
となく橋絡が回避されるようバランスされる６小パイプ
の直径及び配置もまた橋絡に影響を与える因子である。

橋絡は例えば流路内で高粘性繊維質物質の累積←より生
じ、最終的に流路を閉塞する。これは中粘度パルプの場
合特に関心がある。何故なら該パルプは橋絡が生ずると
水を失い始め、橋絡中のパルプを次第に一層剛性ならし
める。橋絡が生ずる割合及び橋絡形成量は、繊維長、繊
維の種類、繊維の前処理のような繊維体の性状並びに第
１流体の温情性質の関数である。

各組における小パイプは、互いにほぼ等距離に隔置され
、約１〜１０インチ好ましくは約３〜５インチ′離間さ
れる。パイプ組は互いに約１〜１２インチ、好ましくは
約３〜６インチ離間される。

各組におけるパイプが他の組のパイプに対して喰違い関
係にあることもまた好ましい。この場合、３組小パイプ
系において小パイプの一つを通しての上流／下流断面が
とられると、喰違い関係にある為その断面には一つのパ
イプのみしか存在しない。

包囲帯域には約２〜６組が設けられ、好ましくは約５〜
５組が設けられる。各組当り約２〜８個の小管が存在し
そして＃３〜６の小管を各組当り設けることが好ましい
。

図示具体例の説明 第１及び２図において、パイプ２１は包囲帯域ｉ定賎す
る。パイプ２１はフテンジ２２及び２３により支持され
る。様よ。ア、−８及。溶接部　　　１（図示なし）も
また構造体に対する支持を提供する。環状室２４がリン
グ２５及び閉鎖リング２６により形成される。環状室は
導入管２７及び出口弁２８を真備している。小パイプ１
．４．７．１０．１５及び１６が第１の小管組を表し、
小パイプ２．５．８．１１及び１４が第２組を表しそし
て小パイプ３．６．９．１２及び１５が第３組を表す。

パイプ２１の仮想軸＠２９が上流端から下流端まで伸延
している。小パイプ１．２及び３並びに他の小パイプは
仮想軸！１２９に鑑直である。小パイプは仮想軸線２９
に関する限り傾斜されうる。傾斜角度は約２０〜９０°
の範囲にある０傾斜角度はすべての小パイプに対して同
一であることが好ましい。更に、各組は、自身の平面を
形成しそして各平面は他の平面に対して離間関係を有す
る。

一つの面はここでは通常二次元のものとして即ち厚みを
持たないものとして規定しつるが、その面に載る胆のパ
イプの直径に等しい厚みを有するものとみなしうる。各
面はその面に載るパイプ組と同一の傾斜角を有する。各
小パイプの両端は開通している。これら端は導入口５０
と呼ばれる。

第３図は小パイプ２〜１５の一つの拡大図であり、喰違
い配列における出口孔３１を示す。小パイプは、仮想軸
線５２Ｔｔ有し、これはもちろん第２図に示される仮想
軸線２９に垂直である。

第４図は第３図に示した小パイプの一部の拡大図である
。

第５図は第３及び４図に示した小パイプの断面図である
。出口孔３１の軸ＩＩｌ［５Ｓ間の角度は９０゜であり
そして仮想軸ｍ３２に垂直である０この角度はもつと特
定的には次の通り定型される：各員ロ孔の中心軸線は、
それらが小パイプの中心軸線と交差する点から下流に伸
びる仮想線′５４から約０〜９０″、好ましくは４５°
の角度にある。仮想線３４は、小パイプの中心軸線に垂
直で、包囲帯域の中心軸線に平行で且つ出口孔の中心軸
線と同一面に載る。

実施例 本発明方法を上記装置において実施した。装置は、従来
型式の漂白プロセスを使用する針葉樹クラフトパルプ漂
白設備内に配置された。装置を通しての通常の流量はパ
ルプ固形物（即ち大気乾燥基準に基いてのパルプ体）に
ついて３５０メートルトン７日であった。塩素段階の下
流の洗浄器からのパルプ体はアルカリ性とされそして加
熱された後、標準的な昇流式アルカリ抽出反応塔の底に
ポンプ移送された。この初期パルプ体は１１％パルプ固
体と８９％水との混合物である。装置は、昇流基の底に
パルプ体を移送する２４インチ径パイプライン内に挿設
された。パイプ２１は２＆２５インチの内径を有しそし
て１８インチ長であった。

図面に示したように隣りあうパイプから等間隔に置かれ
た１６本の小パイプが存在する。３つの小パイプ組が存
在し、各組は４インチ離間された０小パイプは０．５０
インチ内径及び１５４インチ外径を有した。これらはＡ
ｌ８Ｉ５０４ステンレス鋼製のスケジュール８０パイプ
である。小パイプ１及び１６は一列の出口・孔を有しそ
して小パイプ２〜１５は２列の出口孔３１を有した。各
出口孔列は小パイプの中央部に位置づけられる。例えば
、小パイプが１α５インチ長の場合、出口孔列は約６５
インチ長を占めるだけでありそしてパイプ各ｙａ２イン
チは出口孔を有しない。それぞれの長さは次′の通りで
あった： １及び１６　　　　　　　１　（Ｌ５　　　　　　　　
　　４５２及び１５　　　　　　　１５．５　　　　　
　　　　１ｔ０３及び１４　　　　　　１θＯ１５，０
４及び１３　　　　　　　２１０　　　　　　　　　１
ｍ１０５及び１２　　　　　　２４Ｇ　　　　　　　　
　　　２０．０６及び１１　　　　　　　２４０　　　
　　　　　　２ｔ０７及び１０　　　　　　　２＆０　
　　　　　　　　２２．０８及び？　　　　　　　　　
２５．０　　　　　　　　　２２．０出口孔５１は、１
０２５インチの内径を有しそして同じ列における隣りの
出口孔３１から３インチ離間している。従って、もし小
パイプ２〜１５の各々における出口孔のすべてが同じ列
にあるとするなら、それらは１５インチ離間されること
になる。出口孔３１の軸線は第５図に示される角度にあ
り、小パイプ１及び１６における出口孔５１の軸線Ｇｉ
／＜イ２２１１７）内部ゝ差向けら“る・断面′）１単
位ｆｔ”当りの流れの数は６４である。

約１２０　ｐｍｉｇ　　の圧力における酸素が入口バイ
ブ２７（１インチ内径、スケジュール４０）を通して環
状室２４内に導入された。酸素は導入口５０を通して小
パイプ内に流入しそして出口孔３１を通してパイプ２１
（壁０．５７５インチ厚）内に流出した。導入された酸
素量はパルプ固形物の単位メートルトン当り４１ｑ−で
あった。

設備の目標値たる９０ニレフロの白色度を実現するのに
必要とされる漂白剤の量は相当に削減されることが見出
された。例えば二酸化塩素に・おいて１８％の削減そし
て塩素において８％の削減が見出された０

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一具体例の上流端或いは下流端から
とられた一断面の概略図、 第２図は第１ｖ４の具体例の側断面図、第ｓｒｍは２列
の出口孔を有する小パイプの一つの正面図、 第４図は第３図の一部の拡大図、そして第５図は第４図
の出口孔の詳細を示す断面図であるり ２１：包ｗ′４ｆｉ域を定＃ｊ！するパイプ２４：環状
室 ２７：導入管 ２Ｂ＝出口弁 １．４．７．１０．１５．１６：第１組小パイプ２．５
．８．１１．１４：第２組小パイプＳ１６．９．１２．
１５：第３組小パイプ２９：仮想軸線 Ｓｌ；出口孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１流体を比較的高い粘度を有する第２流体中に分
   散せしめる為の方法において、 （ａ）上流端における開口、下流端における開口及び該
   上流端から下流端まで伸延する仮想中心軸線を具備する
   包囲帯域を用意する段階と、（ｂ）該第２流体が該上流
   端における開口から前記下流端開口を通過するような態
   様で第２流体を前記帯域内に前記上流端における開口に
   おいて導入する段階と、 （ｃ）第１流体を複数の流れに分割しそして該流れを第
   ２流体中に併流として導入し、その場（ｉ）流れの数が
   前記包囲帯域の断面の単位ｆｔ＾２当り約２５〜１００
   ０流れの範囲にあり、 （ｉｉ）該断面が前記軸線に垂直であり、そして（ｉｉ
   ｉ）流れが互いにほぼ等間隔にありそして流れ間の距離
   が約０．３７５〜２．５インチである よう規定する段階 を包含する分散方法。 ２）流れの数が断面単位ｆｔ＾２当り約５０〜６００の
   範囲にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）流れ間の距離が約０．５〜１．７インチである特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ４）第２流体が約１０〜１５重量％パルプ固形物と残部
   アルカリ性溶液から成るパルプ体である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ５）第１流体が酸素であり、該酸素がパルプ固形物の単
   位トン当り約２．５〜７．５ｋｇの量においてパルプ体
   に導入される特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６）第１流体／第２流体分散体が包囲帯域の下流で混合
   される特許請求の範囲１項記載の方法。 ７）混合が静的ミキサを使用して行われる特許請求の範
   囲第６項記載の方法。