用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备及方法与流程

1.本公开总体上涉及用于处理包括有机材料(如木材副产品或再生纸)和液体的悬浮液的设备及方法。


背景技术：

2.用于处理包括有机材料(如纤维素材料)和液体的悬浮液的设备已在许多行业中使用，如造纸行业以及用于污泥脱水。一个重要的步骤是从悬浮液中去除液体，这可通过使用螺旋压力机来实现。
3.螺旋压力机通常由具有穿孔的柱体包围的螺杆构成。螺杆旋转将悬浮液从入口运送到出口。在该输送期间，液体通过柱体的穿孔滤出，并且因此有机材料悬浮液在出口处是浓缩的。
4.通常，包括有机材料和液体的悬浮液进入螺旋压力机的入口，其具有约5-10重量%的有机材料(例如纤维)浓度。在该过程结束时，纤维浓度可达到约30重量%或更大。在螺旋压力机中压挤材料通常是纸处理生产线中的许多步骤中的一个。例如，包括有机材料的浓缩悬浮液可通过粉碎机粉碎成细块，以确保均匀并且较细的纸浆。这种材料可经历加热区，其中污染物的强度特性被削弱。产生的悬浮液可经历分配器以将任何杂质分解到最小尺寸。在许多情况下，该系统具有漂白步骤以增加最终产品的白度。螺旋压力机也可定位在其它生产线中，例如备料线和污泥线中。
5.已知这样的螺旋压力机的缺点中的一个是在螺旋压力机的操作期间悬浮液可相对于柱体旋转，这降低了过程的整体性能，并且可生成螺旋压力机的堵塞和/或振动问题。高维护成本以及复杂的操作是可能影响整个过程的常见问题。
6.通常，用于阻止这样的旋转的防旋转装置形成为布置在穿孔柱体的内表面上的条状物。这些条状物的缺点是它们在螺杆螺棱(flight)与穿孔柱体之间生成大间隙。这样的大间隙使脱水过程不那么高效。条状物还装配在内表面的凹槽中，这导致了昂贵的解决方案。其它防旋转装置形成为在穿孔柱体的内表面中铣削的凹槽。铣削的凹槽给螺旋压力机带来的缺点是脱水减少，因为铣削的凹槽处没有穿孔。此外，凹槽的铣削需要对螺旋压力机进行大量额外机加工，这使螺旋压力机不那么具有成本效益。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决上文提到的问题中的至少一个。因此，本发明优选地寻求单独地或以任意组合的方式减轻、缓解或消除本领域中的上文提出的缺陷和缺点中的一个或多个，并且通过提供一种用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备来解决上文提到的问题中的至少一个，所述设备包括壳体，该壳体包括用于接收悬浮液的在第一端处的入口和用于排出悬浮液的在第二端处的出口。该设备进一步包括布置在壳体内的容器。此外，包括螺杆轴和螺棱的螺杆布置在容器内，螺杆轴沿设备的纵向延伸限定旋转轴线，设备从第一端延伸到第二端。此外，在螺杆与容器之间限定有空间，悬浮液可通过螺杆的旋转从第
一端通过该空间纵向输送到第二端，螺杆和容器布置成使得该空间从第一端到第二端渐缩。此外，容器包括纵向延伸的第一部分和纵向延伸的第二部分，它们组装到第一部分与第二部分之间的纵向延伸的第一连接部和第二连接部中。此外，第一部分包括第一连接部处的斜切边缘，第二部分包括第一连接部处的锋利边缘；由此第一部分与第二部分之间的第一连接部在容器的内表面上生成齿，其中，齿适于减少有机材料悬浮液的旋转。
8.还提供了一种用于使用如上所述的设备处理包括有机材料和液体的悬浮液的方法。
9.本发明的一个目的在于提供一种用于以提高的效率处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备。本发明的另一个目的在于提供一种在其操作期间至少减少悬浮液的旋转的设备。本发明的又一个目的在于提供一种简单的方式来更换该设备的至少一部分，优选地负责悬浮液防旋转的边缘。该设备可为螺旋压力机或塞子螺杆(plug screw)。
10.包括锋利边缘和斜切边缘的齿已令人惊讶地显示出至少减少了包括有机材料和液体的悬浮液相对于容器的旋转。悬浮液旋转的这样的减少提供了设备的改进性能。悬浮液旋转的这样的减少有利地提供了悬浮液通过设备的更好输送。
11.根据一个示例性实施例，容器进一步包括多个穿孔，由此来自入口处接收的悬浮液的液体可从容器中移出，并且浓缩的有机材料在出口处排出。由于容器的穿孔，以及螺杆与容器之间的空间的渐缩形状，因此液体被压出容器，并且由此在出口处排出比最初在设备入口处接收到的更浓缩的有机材料。
12.根据一个示例性实施例，第一部分进一步包括第二连接部处的锋利边缘，并且第二部分进一步包括第二连接部处的斜切边缘，由此第二连接部包括第二齿。在第二连接部处第二齿的存在也提供了包括有机材料的悬浮液的旋转的减少。齿有利地提供了设备的简化，因为由于齿的存在而不需要调整螺杆的直径。因为突起物(如条状物)未布置在容器的内表面上，所以齿在不需要减小螺杆直径的情况下提供了悬浮液旋转减少。
13.根据一个示例性实施例，在容器的内表面上生成的齿仅位于容器的纵向延伸的一部分上，优选邻近第二端。
14.根据另一个示例性实施例，螺杆轴是渐缩螺杆轴，其从第二端到第一端渐缩。此外，螺杆的螺棱的高度从第二端到第一端逐渐增加，使得包括轴及其螺棱的螺杆从第一端到第二端具有基本上恒定的横截面直径。螺杆轴还可包括在从第一端到第二端的方向上逐渐变窄的螺棱螺距。此外，容器具有柱状形状，并且与渐缩螺杆轴一起可提供螺杆与容器之间的空间的减小。当容器具有穿孔时，渐缩螺杆轴和柱状容器可一起通过减小螺杆与容器之间的空间来增加液体与悬浮液的分离，因此挤压悬浮液并且通过穿孔去除液体的至少一部分。在该示例性实施例中，容器通常具有刚好大于螺杆直径的内径。利用这样的布置，当旋转时，螺杆将位于柱体中的任何悬浮液从第一端高效地输送到第二端。根据备选实施例，容器从第一端到第二端渐缩，并且螺杆轴是柱状螺杆轴。通过该备选实施例获得了挤压悬浮液和去除液体的至少一部分的相同技术效果。该备选实施例也可用于塞子螺杆，该塞子螺杆在其容器中没有任何用于去除液体的穿孔。
15.根据一个实施例，连接部进一步包括可更换的耐磨板，该耐磨板包括锋利边缘，耐磨板布置在第一部分与第二部分之间。根据该实施例的变型方案，耐磨板材料可选自优选具有良好耐磨性的不同钢材质量的变型方案。耐磨板还可配备有不同类型的硬质金属和/
或硬质涂层。耐磨板可附接到第二部分的锋利边缘。通过这样的耐磨板，耐磨板起到第二部分的锋利边缘在减少悬浮液的旋转方面的作用。另外，耐磨板保护第二部分的锋利边缘免受磨损。此外，当耐磨板在广泛使用后磨损时，耐磨板可容易地换成新的耐磨板。
16.根据另一个示例性实施例，第一部分的斜切边缘抵靠第二部分的锋利边缘。在第一部分与第二部分之间的连接处生成的所得齿部分地减少或消除了悬浮液的旋转。悬浮液旋转的减少可通过容器的第一部分与第二部分之间的整体连接来实现。
17.根据一个示例性实施例，容器进一步包括端对端布置的一个或多个纵向/轴向延伸的容器单元。
18.根据另一个实施例，斜切边缘可包括各种形状和/或角度。形状和角度可适于改善旋转防止。
19.根据另一方面，提供了一种用于在根据上述方面的设备中处理包括有机材料和液体的悬浮液的方法。该方法包括在入口中添加包括有机材料和液体的悬浮液，通过螺杆的旋转将悬浮液从第一端通过空间运送到第二端，以及在出口处收集悬浮液，其中，随着悬浮液的运送，悬浮液相对于容器的径向旋转至少由齿减少。
20.根据一个实施例，容器包括多个穿孔，随着悬浮液从第一端运送到第二端，液体的至少一部分通过穿孔与悬浮液分离。
21.例如，包括有机材料和液体的悬浮液包括再生纸、纸浆、锯末、刨花或木屑、污泥或浆料。在出口处收集的悬浮液可具有15重量%至40重量%、优选25重量%至35重量%的纤维浓度。
22.根据前述实施例的用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的方法可在根据前述实施例中的任一个的设备中执行。
23.其它有利实施例和特征将从下面的详细描述中显而易见。
附图说明
24.图1a是根据一个实施例的用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备的侧视图，并且图1b是其透视图。
25.图2是根据一个实施例的包括在用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备中的容器的透视图。
26.图3a和图3b是根据一个实施例的容器的齿的详细视图。
27.图4a和图4b是根据一个实施例的包括耐磨板的容器的齿的详细视图。
28.图5a是包括在根据一个实施例的设备中的容器的横截面视图；图5b和图5c示出了根据一个实施例的齿的详细横截面视图。
具体实施方式
29.图1a和图1b示出了用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的设备100的局部截面纵向视图。设备100可为螺旋压力机。设备100包括壳体10，该壳体包括用于接收具有第一浓度的悬浮液的在第一端101处的入口11和用于排出浓缩的悬浮液的在第二端102处的出口12。第一端101处的入口11可直接接收来自源的悬浮液或可连接到以悬浮液供给第一端101处的入口11的另一个设备。第二端102处的出口12可排出浓缩的悬浮液或可连接到用于进
一步处理悬浮液的另一个设备。壳体10可包括一个或多个液体出口15，以允许在与悬浮液分离之后去除液体。在图1a所示的实例中，液体出口15位于第一端101处。
30.此外，容器40布置在壳体10内，容器40包括多个穿孔，由此液体可从悬浮液移出。包括有机材料和液体的悬浮液可通过壳体10的在第一端101处的入口11进入容器40。包括螺杆轴和螺棱51的螺杆50布置在容器40内。螺杆螺棱51也称为螺杆50的螺纹侧翼或螺纹脊。螺杆轴可沿设备100的纵向延伸限定旋转轴线x，设备100从第一端101延伸到第二端102。螺杆50可具有沿旋转轴线x的细长延伸部，并且可连接到用于旋转螺杆50的驱动器件。螺杆50和容器40可基本上同轴地布置。在螺杆50和容器40之间限定有空间70。空间70在垂直于旋转轴线的横截面中可具有环形形状。空间70沿旋转轴线延伸。包括有机材料的悬浮液可通过螺杆50的旋转从第一端101通过空间70纵向输送到第二端102。悬浮液的输送在图1a中用笔直箭头示出。由于例如螺杆轴的渐缩形状，因此空间70从第一端101到第二端102逐渐减小。此外，随着悬浮液通过螺杆50的旋转从第一端101输送到第二端102，悬浮液由于空间70逐渐减小而压挤在一起，并且由此液体通过受压挤而通过容器40的穿孔从悬浮液去除，并且出来到容器40与壳体10之间形成的第二空间20中。直角箭头示出了去除的液体如何通过容器40与壳体之间的第二空间20引导到液体出口15并且从设备100中出来。
31.沉积在第一端101的入口11中的悬浮液可包括纤维素材料(纤维)，如纸浆、纸、再生纸、锯末、刨花、木屑、污泥、浆料或木材副产品。沉积在入口11中的悬浮液可包括约5至10重量%的有机材料，如纤维素材料。设备100可用于处理包括有机材料和液体的任何种类的悬浮液。有机材料可为悬浮在液体中的任何固体颗粒/纤维。
32.根据实施例，螺杆轴在从第二端102到第一端101的方向上渐缩，并且容器40是柱状的。因为螺杆轴从第二端102到第一端101渐缩并且容器是柱状的，所以螺杆与容器40之间的空间70从第一端101到第二端102减小。当悬浮液从第一端101通过空间70运送到第二端102时，液体由于螺杆50与容器40之间的空间70逐渐减小而挤压出。在另一个实施例中，容器40为在从第一端101到第二端102方向上的渐缩容器，并且螺杆轴是柱状的，从而实现了从第一端101到第二端102减小空间70的相同效果。螺杆50可包括逐渐变窄的螺棱螺距。
33.容器40可包括纵向连接的一个或多个容器单元40a,40b...40n。一个或多个容器单元40a,40b...40n可为柱体。多个容器单元可简化容器的生产和更换。通过多个容器单元可实现容器40的更容易组装和/或输送。通过多个容器单元40a,40b...40n可实现容器40的在维护或组装期间的降低成本。
34.在出口12处释放的排出悬浮液包括比在入口处的材料更高浓度的悬浮液。排出的悬浮液可包括约15至40重量%的悬浮液，优选约25至35重量%。
35.设备100可连接到系统中。在这样的系统中，第二端102处的出口12可连接到塞子螺杆，用于进一步处理包括有机材料和液体的悬浮液。第二端102处的出口12可连接到粉碎机。第二端102处的出口12可连接到预热器。第二端102处的出口12可连接到塞子螺杆、粉碎机、预热器或它们的任何组合。
36.图2是包括多个穿孔(为清楚起见未示出)的容器40的任何容器单元40n的更详细视图。容器单元40n或整个容器40可包括由连接部71,72连接的第一部分41和第二部分42。容器40可包括纵向延伸的第一部分41和第二部分42，它们在第一部分与第二部分之间组装成纵向延伸的连接部71,72。在优选实施例中，第一部分41和第二部分42是半柱体，它们组
装成具有圆形或基本上圆形的横截面形状的柱体形状的容器40。第一部分41与第二部分42之间的连接部71,72可各自在容器40的内表面上生成齿60。齿60可从第一端101通过容器40纵向延伸到第二端102。第一部分41和第二部分42可由紧固装置30固定在一起。这些紧固装置30可选自螺钉、钉子和/或螺栓或任何其它合适的紧固装置。
37.在包括有机材料的悬浮液在容器40中的输送期间，悬浮液可通过螺杆沿相同方向t的旋转而沿方向t旋转。图2中的容器40可为纵向连接的多个柱体40a,40b...40n中的一个。容器40也可从第一端101到第二端102渐缩，优选地具有锥状或基本上锥状的形状。
38.图3a和图3b是图2中具有齿60的区段a和b的详细视图。齿60由第一部分41和第二部分42中的一个的锋利边缘62与第一部分41和第二部分42中的另一个的斜切边缘61之间的连接生成。齿60可通过容器40的整个纵向延伸生成。备选地，齿60可在容器40的一部分上生成，优选从容器40的中间到第二端102，更优选在容器40的更靠近第二端102的最后节段上。
39.通过斜切边缘61的斜切，斜切边缘在容器40的内表面中形成凹槽，该凹槽突然终止于锋利边缘62。因此，锋利边缘将形成防止悬浮液旋转的齿60。为了实现斜切边缘，从原来的圆形横截面中移除了容器40的一部分，由此在内表面中引起凹槽。斜切边缘可具有适于在锋利边缘62处生成防旋转齿60结构的各种形状和/或角度。斜切边缘61可使其在最靠近锋利边缘62处最深地延伸到容器40中。斜切边缘越靠近锋利边缘62，斜切边缘就可逐渐越深入容器中。例如，斜切边缘61可包括平坦表面，即斜切边缘越接近锋利边缘，进入容器的深度就不断增加。备选地，斜切边缘61可包括球形或椭圆形表面。再备选地，斜切边缘61可包括生成内角(例如90度)的两个表面。举例来说，在距锋利边缘62最远的地方，斜切边缘61从容器的原始表面径向沿延伸到容器中，并且然后斜切边缘61进一步沿周向方向朝向锋利边缘62延伸。斜切边缘61可包括适于在锋利边缘62处生成具有防旋转结构的齿60的任何形状。
40.例如，与在连接部外的容器内表面中制作轨道相比，齿60位于连接部71,72中的至少一个上简化了生产和/或降低了生产成本。齿60位于在连接部71,72中的至少一个上有利地生成容器40中的防旋转结构，其中无论如何都不存在用于液体通过的穿孔。因此，没有观察到脱水表面的减少。在容器40的内表面上形成凹陷的齿60有利地允许具有全直径螺杆，这在该内表面上使用诸如框架/条状物的突出部时是不可能的。因此，齿60可提高设备的效率。在连接部71,72中的一个上生成的齿可具有与悬浮液的旋转方向t相反的一个锋利边缘62。在两个连接部71,72上生成的齿可具有与悬浮液的旋转方向t相反的两个锋利边缘62。该齿位置可减少空间70中的悬浮液的旋转。齿60可提供防旋转结构，并且齿60可纵向延伸通过容器40，优选更靠近或邻近第二端102处的出口12。在该实施例的变型方案中，锋利边缘62可涂覆有硬质金属和/或硬质涂层以增加锋利边缘62的耐磨性。
41.图4a和图4b分别是图2的区段a和b的另一个实施例的详细视图，其在容器40的内表面上具有齿60。在该实施例中，耐磨板80布置在锋利边缘62和斜切边缘61之间。耐磨板80可包括锋利边缘。在该实施例中，耐磨板将起到减少悬浮液旋转的齿60的作用。耐磨板80可为可更换的耐磨板。耐磨板80和容器40可包括不同的材料。耐磨板材料可选自优选具有良好耐磨性的不同钢材质量的变型方案。耐磨板还可配备有不同类型的硬质金属和/或硬质涂层。
42.可更换的耐磨板80可布置在第一部分41与第二部分42之间，优选在锋利边缘62与斜切边缘61之间。已知容器40的内表面上的锋利边缘在输送包括有机材料和液体的悬浮液期间可能经历较强剪切、磨损和/或摩擦力。这些摩擦力可能损坏锋利边缘，并且因此可能需要更换，这增加了维护成本。该实施例有利地提供了一种容易、简单和便宜的方式来替代锋利边缘，而无需替代容器40的全部或部分。耐磨板80位于第一部分41与第二部分42之间也提供了简单的更换操作并且降低了成本。
43.图5a示出了容器40的实施例的横截面视图，该容器在第一部分41与第二部分42之间的连接部71,72处的直径上相对的区域上具有两个齿。包括有机材料和液体的悬浮液通过螺杆(为清楚起见省略)沿方向t的旋转而输送。螺杆的旋转也可使悬浮液沿相同的方向t旋转。图5b和图5c示出了在直径上相对的区域上的齿60的详细视图。齿60处的两个锋利边缘62可与悬浮液的旋转方向t相反指向。当悬浮液沿方向t旋转时，该旋转可使悬浮液对着锋利边缘62运动，即沿从斜切边缘61到相邻锋利边缘62的方向运动。在图5b和图5c中所示的实施例中，斜切边缘为笔直边缘，斜切边缘与容器的径向形成角度α，α小于90度。另外，斜切边缘沿旋转方向t的长度表示为l。
44.该设备在优选实施例中描述为螺旋压力机。然而，包括纵向延伸的第一部分41与第二部分42之间的连接部71,72处的锋利边缘62和斜切边缘61之间的组合生成的至少一个齿60的新型设备可有利地在用于处理包括有机材料和液体的悬浮液的系统的其它设备中使用。在一个示例性实施例中，塞子螺杆可包括在先前实施例中描述的齿60。
45.塞子螺杆一般布置在生产线中的螺旋压力机的下游。塞子螺杆的作用是在悬浮液进入预热器之前在塞子螺杆中产生悬浮液的塞子。产生悬浮液的塞子的原因是在预热器中，热蒸汽插入到生产线中。由于产生了这样的塞子，因此热蒸汽保持在生产线内，并且没有向上游离开生产线的风险。塞子螺杆可与其容器的至少一部分布置，其沿朝向其下游的第二端的方向渐缩，由此更高效地产生悬浮液的塞子。当悬浮液进入布置在塞子螺杆与预热器之间的所谓的粉碎机时，塞子再次释放。
46.在本发明的设备实现为塞子螺杆的情况下，容器40不包括多个穿孔，即其没有穿孔。换言之，根据前述实施例中的任一个的塞子螺杆包括不具有多个穿孔的容器40，由此热蒸汽能够留在塞子螺杆中并且不通过任何穿孔离开。
47.尽管上面的描述包含多个细节，但是这些不应解释为限制本文中描述的构思的范围，而是仅仅提供所描述的构思的一些示例性实施例的说明。应当理解的是，当前描述的构思的范围完全涵盖对本领域中的技术人员而言可能变得显而易见的其它实施例，并且因此不限制当前描述的构思的范围。除非明确说明，否则以单数提到的元件并不意味着“一个并且只有一个”，而是“一个或多个”。对于本领域中的普通技术人员已知的上述实施例的元件的所有结构和功能等效物通过引用明确地并入本文中，并且旨在涵盖在本文中。此外，设备或方法不必因其由本文涵盖就可解决通过当前描述的构思寻求解决的每个问题。