Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, wobei die Suspension bzw. Pulpe in einem Rotationsmischer über den Umfang des Rotationsmischers unterschiedlich großen Scherkräften ausgesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und weiters eine Verwendung der Vorrichtung.

Um Suspensionen aus einem zähflüssigen Zustand in einen leicht fließfähigen sozusagen dünnflüssigen Zustand zu bringen, ist ein Durchmischen erforderlich, insbesondere für Suspensionen aus Zellstoff und Wasser. Erst wenn dieser leicht fließfähige Zustand - auch fluidisierter Zustand genannt - der Suspension erzielt ist, kann die Suspension gut durchmischt werden und weiters mit Medien versetzt werden, die beispielsweise Chemikalien sind, die mit der Suspension eine Reaktion eingehen bzw. die sich gegenüber der Suspension inert verhalten, wie beispielsweise ein Farbstoff etc.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, Zellstoff zwischen einer sich drehenden Rotorscheibe mit strahlenartig angeordneten Radialrippen und einer stillstehenden Statorscheibe mit Rippen zu fluidisieren. Die Fluidisierung erfolgt ausschließlich in der sich einstellenden radialen Strömung von Innen nach Außen und ist nach Erreichen des Außenumfangs der Rotorscheibe beendet. Hierdurch lässt sich nur eine kurzzeitige Fluidisierung erzielen, zumal für länger auftretende Fluidsierungen die Rotor- und Statorscheibe extrem große Durchmesser annehmen müssten. Dies würde wiederum extrem hohe Umfangsgeschwindigkeiten und aufwendige Konstruktionen ergeben.

Verfahren und Einrichtungen zum Fluidisieren sind weiters aus der EP 0 664 150 Al und der US 5,813,758 A bekannt. Beide Dokumente weisen Einrichtungen auf, bei denen in einem Stator zentrisch ein Rotor angeordnet ist, der mit Mitnehmern ausgestattet ist, die eine Fluidisierung einer Suspension bzw. ein Einmischen eines Gases in eine Pulpe ermöglichen. Die Suspension bzw. die Pulpe durchströmt hierbei sehr enge Spalte zwischen Stator und Rotor, wobei die Spalte parallel zur Rotorachse oder geneigt hierzu bzw. radial gerichtet sind. Auch gemäß diesen Dokumenten gelingt es nicht, eine Suspension bzw. Pulpe über einen längeren Zeitraum dünnflüssig zwecks Einmischen von Gasen oder flüssigen Medien zu halten. Gemäß der US 5,813,758 A ergeben sich durch die größtenteils radiale Verbringung der Suspension vom zentrischen Zulauf bis zum Auslauf ebenfalls extrem große Vorrichtungen mit den daraus resultierenden Nachteilen hoher Umfangsgeschwindigkeiten.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus der US 5,575,559 A bekannt, bei dem der Durchfluss einer Suspension bzw. Pulpe senkrecht zur'Achse des Rotationsmischers erfolgt. Dies bedingt - soll ein Durchmischen über einen längeren Zeitraum stattfinden - einen großen Durchmesser des Rotationsmischers, was aus Gründen des Platzbedarfes und hoher Umfangsgeschwindigkeiten nachteilig ist.

Aus der AT 372 992 B ist ein Rotationsmischer für Suspensionen bzw. Pulpen bekannt, bei dem ein Rotor in einem Stator zentrisch angeordnet ist, wobei in einem Spalt zwischen einem im Querschnitt mehreckigen Rotor und Stator rippenartige Vorsprünge vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Pulsieren einer auf die Suspension wirkende Scherkraft erreicht, wobei diese pulsierende Scherkraft jedoch über den Umfang gleichmäßig verteilt auftritt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zum optimalen kontinuierlichen Durchmischen und/oder Fluidisieren einer Suspension oder einer Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension bzw. eine Pulpe zu schaffen, mit welcher es möglich ist, mit geringem Aufwand, den Einmischvorgang bzw. das Durchmischen effizient und ggf. über einen längeren Zeitraum zu bewerkstelligen. Insbesondere sollen hierbei übergroße Abmessungen der hierzu dienenden Vorrichtung bzw. unzulässig hohe Umfangsgeschwindigkeiten vermieden werden.

Diese Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die Suspension bzw. die Pulpe vom Eintritt bis zum Austritt des Rotationsmischers zusätzlich entlang seiner Länge bzw. Längsachse bewegt wird.

Für den Fall, dass die Hauptreaktion mit einer zugemischten Chemikalie innerhalb des Rotationsmischers stattfindet, erfolgt die Bemessung der Verweilzeit der Suspension und damit die Reaktionszeit dadurch, dass das Volumen des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, dementsprechend gestaltet wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich in die Suspension ein gasförmiges oder flüssiges Medium einzubringen, wie beispielsweise Sauerstoff, mit dem eine Hauptreaktion erst außerhalb des Rotationsmischers stattfindet, wobei durch Bemessung des Volumens des Rotationsmischers, insbesondere dessen Länge, die Verweilzeit der Suspension so bestimmt wird, dass eine Hauptreaktion außerhalb des Rotationsmischers stattfindet.

Weiters ist es möglich in die Suspension ein inertes gasförmiges oder flüssiges Medium einzuleiten, wie beispielsweise einen Farbstoff mit dem keine chemische Reaktion erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt eine breite Anwendung zu, insbesondere für Zellstoffsuspensionen mit einer Stoffdichte zwischen 4 und 20%, insbesondere zwischen 8 und 15%.

Eine Vorrichtung zum Durchmischen einer Suspension oder Pulpe und/oder zum Einmischen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in eine Suspension oder Pulpe, insbesondere in eine Suspension aus einem faserartigen Stoff mit Fluiden, mit einem Stator und einem am Stator um seine Achse drehbar gelagerten Rotor, wobei die Achse des Rotors zur Achse des Stators versetzt angeordnet ist, sowie mit einer Ein- und Austrittsöffnung für die Suspension bzw. die Pulpe, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung in Richtung der als Längsachse ausgebildeten Achse des Stators distanziert angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Längsachse des Rotors parallel zur Längsachse des Stators angeordnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Exzentrizität zwischen der Längsachse des Stators und der Längsachse des Rotors im Bereich von 1/200 bis 1/2 des Innendurchmessers der Trommel des Stators liegt.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers des Rotors zum Innendurchmesser der Trommel des Stators im Bereich von 1 :1,1 bis 1 :5 liegt, wobei zweckmäßig die Höhe der Strömungsbrecher im Bereich zwischen 1/50 bis 1/1,4 des Außendurchmessers des Rotors liegt.

Eine weitere bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Strömungsbrecher im Bereich zwischen 1/100 bis 10/1 deren Höhe liegt.

Vorzugsweise sind am Stator sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Strömungsbrecher und am Rotor sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmer vorgesehen, wobei vorteilhaft sich die Strömungsbrecher und/oder die Mitnehmer durchgehend über die Länge des Rotationsmischers von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöffnung erstrecken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich zumindest einige Strömungsbrecher und/oder Mitnehmer nur über Teilbereiche der Länge des Rotationsmischers und sind vorzugsweise in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.

Der Eintrittsstutzen und/oder der Austrittsstutzen kann (können) radial zur Längsachse des Stators oder auch in Richtung der Längsachse des Stators ausgerichtet sein. Erfolgt eine Zumischung eines Mediums, so mündet eine Zuleitung für das Medium in den Stator im Bereich des Eintrittsstutzens bzw. werden mehrere Medieneintrittsstutzen über die Länge des Mischers verteilt angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Variante ist zwischen den Strömungsbrechern des Stators und den Mitnehmern des Rotors ein Spalt in radialer Richtung vorgesehen, der an seiner engsten Stelle im Bereich von 0,02 bis 80 und an seiner weitesten Stelle von 1 bis 90 jeweils in Prozent des Innendurchmessers des Stators liegt.

Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere für die Zellstoffindustrie von Vorteil, wie zum Herstellen von Mehrphasengemischen hauptsächlich bestehend aus einer Suspension von Zellstoff, Wasser und Chemikalien (in flüssigem, gasförmigem oder festem Aggregatzustand oder zum Herstellen eines Mehrphasengemisches aus Altpapier und Wasser.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, worin Fig. 1 eine Ansicht eines Rotationsmischers zeigt. Fig. 2 stellt einen gemäß der Linie II-II der Fig. 1 geführten Schnitt dar.

In einer im wesentlichen zylindrisch gestalteten Trommel 1, die als Stator 2 eines Rotationsmischers dient, ist ein um seine Längsachse 3 drehbar gelagerter Rotor 4 vorgesehen, dessen Lager 5 an die Trommel 1 stirnseitig verschließenden Wänden 6 angeordnet sind. Eine Antriebswelle 7 des Rotors 4 erstreckt sich über ein Lager 5 hinaus und ist mittels eines Motors 8 antreibbar. Der Rotor 4 kann auch als einseitig, fliegend gelagerte Einheit ausgeführt werden. An der zylindrischen Trommel 1 des Stators 2 sind in Richtung der Längsachse 9 des Stators 2 im Abstand 10 voneinander ein Eintrittsstutzen 11 für eine Suspension bzw. Pulpe und ein Austrittstutzen 12 für diese vorgesehen. Im Bereich des Eintritts Stutzens 11 mündet in das Innere des Stators 2, falls gewünscht, eine Zuleitung 13 für ein zuzumischendes Medium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit.

Die Ein- bzw. Austrittsöffnungen 11', 12' für die Suspension bzw. Pulpe und Chemikalien 4 sind entweder radial am Stator 2 oder parallel zur Längsachse 3 des Rotors 4 angeordnet.

An der Innenseite 14 der Trommel 1 des Stators 2 sind sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung der Trommel 1 erstreckende Strömungsbrecher 15 angeordnet. Der Rotor 4 weist wiederum sich im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung erstreckende Mitnehmer 16 auf.

Die Achse 3 des Rotors 4 ist gegenüber der Achse 9 des Stators 2 um das Maß e exzentrisch angeordnet. Bei Drehung des Rotors 4 wird hierdurch zwischen dem Flugkreis der Mitnehmer 16 und den Strömungsbrechern 15 ein Spalt gebildet, der an seiner engsten Stelle 17 eine Dicke von 0,02 bis 80 und an seiner weitesten Stelle 18 eine Dicke von 1 bis 90, jeweils in Prozent des Innendurchmessers D des Stators aufweist.

Sowohl die Strömungsbrecher 15 als auch die Mitnehmer 16 müssen sich nicht über die gesamte Länge 19 des Rotationsmischers, d.h. dessen Trommel 1, in einem Stück durchgehend erstrecken; sie können aus mehreren hintereinander liegenden Teilen gebildet sein, die ggf. auch in Umfangsrichtung des Rotors 4 bzw. in Umfangsrichtung des Stators 2 zueinander versetzt angeordnet sind.

Die Breite B der Strömungsbrecher 15 liegt vorteilhaft im Bereich zwischen 1/100 bis 10/1 deren Höhe H.

Die Anzahl und Geometrie der Strömungsbrecher bzw. Mitnehmer am Rotor bzw. Stator ist frei wählbar.

Für eine gute Einmischung, insbesondere eines Gases in eine Suspension von Zellstoff und Wasser, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers d des Rotors 4 zum Innendurchmesser D der Trommel 1 des Stators 2 im Bereich von 1 :1,1 bis 1 :5 liegt, wobei vorteilhaft die Höhe H der Strömungsbrecher 15 im Bereich zwischen 1/50 bis 1/1,4 des Außendurchmessers d des Rotors 4 liegt. Die Mitnehmer 16 und Strömungsbrecher 15 können in frei wählbarer Anzahl unterschiedlicher Ausführung vorgesehen sein. Die Funktion des Rotationsmischers ist weitgehend unabhängig von der in der Fig. 2 dargestellten Lage und Anzahl an Mitnehmern 16 und Strömungsbrechern 15, der Geometrieverhältnisse von Rotor 4 und Stator 2, Anordnung und Anzahl an Ein- und Austritts stutzen 11, 12 für Medien, der Mischerlänge 19 sowie der Größe der Exzentrizität zwischen Rotorachse und Statorachse gegeben.

Charakteristisch für die Erfindung ist die exzentrische Anordnung des Rotors 4 und die axiale Strömung der Suspension bzw. der Pulpe.

Hierdurch wird die Suspension bzw. Pulpe zwischen den Mitnehmern 16 am Rotor 4 und den Strömungsbrechern 15 am Stator 2 aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit und der sich infolge der Rotation ergebenden, unterschiedlich engen Querschnitte variierend hohen Scherkräften ausgesetzt, wodurch die Suspension bzw. Pulpe sehr rasch in einen Zustand übergeht, in welchem sie sich strömlingstechnisch wie Wasser verhält und somit pumpbar wird bzw. das effiziente Einmischen von Fluiden, insbesondere von Gasen, ermöglicht wird.

Vorteilhaft ist beim erfindungsgemäßen Mischprinzip nicht nur das rasche Erreichen dieses oben beschriebenen Zustandes, sondern weiters das Aufrechterhalten dieses fluidisierten Zustandes über eine mittels des Mischervolumens bzw. der Mischerlänge beliebig wählbare Zeitdauer. Herkömmliche Mischer erreichen Verweilzeiten im fluidisierten Zustand von nur wenigen Zehntelsekunden.

Eine weitere Charakteristik ist die sehr effiziente Einmischung, d.h. speziell bei der Einmischung von Gasen wird eine sehr homogene, feinporige Dispersion erzielt, welche die gasförmigen Chemikalien fein verteilt direkt an die Fasern der Suspension bringt und dort die Reaktion mit dem Faserstoff ermöglicht.

Eine spezielle Anwendung des Rotationsmischers ist primär für Fasersuspensionen gegeben, z.B. Zellstoff mit einer Stoffdichte von 4 bis 20% mit anderen Fluiden (Bleichchemikalien), z.B. H2O2, C1O2, NaOH, 03, 02, Cl, N etc, sowie weiters für stofftransportlimitierte Reaktionen zur Erzeugung von Viskosen bzw. Maischen durch Einmischen von Lösungsmitteln bzw. Aushärtesubstanzen.

Nachfolgend sind spezielle Anwendungen beschrieben: Ozonbleichstufe: Zellstoff wird über eine Mittelkonsistenzpumpe unter einem Druck von 1 bis 20 barü zum Rotationsmischer gefördert. Im Bereich des Stoffeintritts wird auch das Ozongas in den Rotationsmischer zudosiert. Im Rotationsmischer wird der Zellstoff sehr rasch fluidisiert und gleichzeitig das Ozongas sehr homogen und feinporig in die Zellstoffsuspension eingemischt. Die Hauptreaktion findet im fluidisierten Zustand statt, wobei das Ozongas in Form von kleinen Bläschen direkt an die Faser gelangt und dort die Bleichreaktion erfolgt. Infolge der deutlich längeren Verweilzeiten wird bereits im Rotationsmischer eine wesentlich bessere Reaktion erreicht. Aufgrund der effizienteren Einmischung des Ozongases und der Erzeugung einer sehr homogenen und feinporigen Dispersion ist auch die chemische Reaktion nach dem Rotationsmischer effizienter als bei herkömmlichen Mischprinzipien. D.h. bei geringeren Ozoneinsätzen wird ein höherer Ozonumsatz erreicht. Abschließend wird das großteils abreagierte Ozongas über einen Entgasungsbehälter von der Zellstoffsuspension separiert.

Sauerstoffbleiche: Zellstoff wird mit einem Druck von 3 bis 20 barü zum Rotationsmischer gefördert. Im Bereich des Stoffeintritts wird auch das Sauerstoffgas in den Rotationsmischer zudosiert. Im Rotationsmischer wird der Zellstoff sehr rasch fluidisiert und gleichzeitig das Sauerstoffgas sehr homogen und feinporig in die Zellstoffsuspension eingemischt. Die Hauptreaktion findet im anschließenden Reaktor mit einer relativ langen Verweildauer von bis zu zwei Stunden statt. Aufgrund der effizienteren Einmischung des Sauerstoffgases und der Erzeugung einer sehr homogenen und feinporigen Dispersion wird bei gleichbleibender Verweilzeit im Reaktor eine höhere Delignifizierungsrate als bei bisherigen Mischprinzipien erzielt.

Einmischen von flüssigen Bleichkomponenten: Das Mischprinzip eignet sich auch hervorragend zur Einmischung von flüssigen Chemikalien, wie z.B. Chloridoxid oder Wasserstoffperoxid in eine mittelkonsistente Zellstoffsuspension. Bei diesen Anwendungen kann zur Reduktion des Stromverbrauchs eine kürzere Mischerlänge gewählt werden, da hierbei in erster Linie die effiziente Einmischung und nicht die erhöhte Verweilzeit im fluidisierten Zustand zum Tragen kommt.