本发明一般地涉及用于造纸的纸浆工艺，特别是涉及采用气体漂白反应剂进行纸浆漂白。 漂白本纸浆所用的气体反应剂，例如二氧化氯或臭氧，含有与反应气体共存的高体积百分比的载体气体。这是制备这种气体漂白反应剂时所产生的结果。
臭氧由空气或氧气流过具有足够强度以产生电晕放电的电场而产生，该电晕放电将一部分氧气转变成臭氧。例如在某些臭氧发生器中流动的氧气通过电晕后约有百分之六的氧气转变成臭氧。剩余的氧气作为“载体气体”和臭氧一起进入漂白工序。在与纸浆发生反应后臭氧部分基本上耗尽而氧气在所采用的漂白条件下不参与反应而从纸浆中被移出，氧气的回收对于臭氧发生器的经济性是重要的。
一种通常有效的臭氧漂白设备在浓度高达百分之二十至五十的条件下处理纸浆。纸浆在反应气体中由机械式疏松机处理成蓬松状并用气体吹送通过导管落在一疏松的蓬松纸浆的疏松层体上，后者连续地下移通过一圆柱状反应塔移向一个作为气体分离室的膨胀部。臭氧/载体气体混合体最初在疏解机内与纸浆混合构成气体悬浮混合体，用于输送与引起反应，然后它通过导管到达塔体顶部。臭氧与载体气体以基本上高于疏松层体向下穿过反应塔的速度穿过该疏松层。载体气体从外缘离开纸浆层进入气体分离室并从那里再循环至臭氧发生器。在这种类型的反应器内的漂白作用通常会由于蓬松的纸浆团凝聚的渗透性的变化而导至其出现一种带斑点的外观。这种变化也是由下落的纸浆地集中碰撞造成的疏松纸浆层的不均匀压缩而引起的。纸浆层中集中深度较大处也增加了集中的压缩作用。这些压缩因素由于臭氧与载体气体通过纸浆层时的压降而进一步恶化。因为压降与纸浆层的压缩密度是成比例的，故气体流的特性变劣也是很明显的。再之，放热的漂白反应在低密度区域内产生了较高的温度，因而在这些区域内的漂白率较高。因为臭氧/纸浆的反应是非常迅速的且反应率随着浓度的降低而迅速下降，因此由于大部分的臭氧在其有机会接触纸浆层的较为稠密的区域的纤维以前已被耗尽，现有技术的反应器的漂白不均匀的结果被进一步恶化。
疏松层体型反应器的一个重要特征是它具有高的将臭氧从氧气载体中清除出去的能力。对离开疏松层进入气体分离室的气体的测定显示出其中只含有很低量的残余臭氧，例如百万分之三十（当在反应器顶部的喂入气体中氧气里含有4%的臭氧时）。由于臭氧是一种相对昂贵的化学物质，这种臭氧气体的高利用率对于臭氧漂白的经济效益是非常重要的。可以认为这种臭氧利用的高效率是下述事实的结果，即纸浆层的松密度主要在接近气体分离区处增大，这是上方的纸浆与通过该层体的全高的气流的压降的综合作用的结果。例如，当反应器在分离层上的纸浆层体高度为八英尺时进行操作，且疏松层反应器上部的气流速度约为40英尺/分时，在气体分离区的纸浆松密度将上升至约40磅/立方英尺而孔隙度将降低至约为总体积的36%。
在这个孔隙度下降的区域，臭氧气体被迫与纸浆纤维直接接触。最终的痕量臭氧是在漂白过程中被消耗而不穿过疏松层体，并不会在用于回收氧气载体的再循环系统中被驱逐。
上面所述的是现有的气体反应剂纸浆漂白反应器中所存在的公知缺陷。因而很明显地如提供一个可克服上述一个或多个缺陷的替换方案是很有益处的。故相应地提出了适宜的替换方案，其技术特征将在下面作充分公开。
在本发明的一个方面是，提供一个用气体反应剂处理纤维材料的装置使本发明得以实现，其中气体反应剂用于使纤维材料在气体反应剂存在的情况下变得蓬松以构成纤维材料的气体悬浮体，并有一个用于接收和搅拌上述纤维材料的气体悬浮体以机械地维持纤维材料悬浮于气体反应剂中直至气体反应剂基本上与纤维材料完成反应为止的机构。该混合体然后被分送至疏松层体反应及除气室，在此完成反应而剩余的反应气体被从纤维材料中排出。
前述的和其它的方面将从下面对本发明的详述及参照附图而更明确。
附图简述：
图1是一个体现本发明特征的装置的局剖示意图;
图2是图1的装置按2-2线的部分局剖视图;
图3是臭氧与本纸浆在疏松层体反应器中反应率的图解;而
图4是本发明另一个实施例的部分的局部剖视图，其中气体反应剂被导入混合室的喂入漏斗而不是进入疏解器。
图1表示出作为本发明的最佳实施例的一个气体/固体反应器系统20。它主要包括疏解器/鼓风机60，该疏解器/鼓风机60用于形成如前所述的纤维质固体的气体悬浮混合物，还包括混合室40和疏松层体反应器30。该疏解器/鼓风机60和疏松层体反应器30是现有技术中所熟知的，但仍在此加以描述，以便说明该系统内的本发明的功能。
疏解机/鼓风机60从未示出的脱水压力机通过导管66接收高浓度纸浆5（浓度20%至50%），同时也通过气体环路50接收输入气体70与剩余吹出气体76的混合气体71。喂入气体70由气态反应剂组成，同时根据反应的需要在气态反应剂中可以混入任何适当的实际为非反应的载体气体。为实现所述的目的，木纸浆的漂白采用臭氧作为气态反应剂而采用氧作为载体气体。喂入气体混合物70通过阀77注入气体环路50，并在那里与剩余吹出气76混合而构成气体混合体71，后者进入疏解机/鼓风机60，在那里与纸浆5混合构成气体悬浮纸浆蓬松混合体，并形成将气体/蓬松体混合物54通过导管51排入蓬松体排出旋风分离机52时所需要的物质流。由此，纸浆5从旋风分离机落入混合室喂入漏斗46并由搅龙43推入混合室40。
在混合室40内气体悬浮纸浆蓬松混合物被由马达41所驱动的转子轴42上的浆叶44作剧烈的机械搅拌。蓬松纸浆与接触气体69通过混合室的速度是不同的，该接触气体69由剩余气体反应剂结合添加了渐进漂白反应所生成的气体的非反应载体气体而构成。通常气体行进得较快。浆叶的剧烈的机械作用保证纸浆蓬松物悬浮在接触气体69中，同时确保接触气体69与蓬松纸浆的密切接触，使得在离开混合室时没有任何一部分的蓬松纸浆未曾与气体反应剂相接触。这就确保了在漂白反应的该高效率部分中的漂白均匀性。混合物从混合室40通过排出颈45排入至疏松层体反应器30。位于排出颈45的入口处的浆叶44的作用是防止该颈被从混合室40排出的纸浆所堵塞。
蓬松的纸浆构成了疏松的层体，慢慢地向下运动而通过疏松层体反应器30，并如前面所述地在朝向其底部方向上逐渐被压实。
接触气体69向下穿过可渗透的纸浆层，这是因为在穿过反应器时它具有比纸浆高得多的速度，直至它到达排气出口37时它沿外缘逸出至环形气体排出室32。这时接触气体69中的臭氧已几乎被完全去除而仅余留痕量，而其主要的成分是氧气与漂白反应的作为副产物生成的气体，它被从喷嘴75排出并再循环至臭氧发生器系统。在疏松层体反应器30底部的被漂白的纸浆10被循环的通过稀释液喷口34的滤液所稀释并通过纸浆排出部36以稀释漂白纸浆15的形式被排出。
图2是图1中的疏解机/鼓风机60与其相联带的设备按2-2线的局部概略视图。纸浆5从脱水压力机通过导管66进入螺旋压缩送料器62并由此喂入疏解机/鼓风机60。螺旋压缩送料器把纸浆压入基本上是不可渗透的管塞99，后者可防止来自反应器系统20的混合气体的逆流。混合气体71通过气体环路50进入疏解机/鼓风机60并与蓬松的纸浆混合，该蓬松纸浆以蓬松纸浆的气体悬浮体的形式被其引导输送至纸浆与气体排出管道51。
参见图1与2，本发明的新颖的特性即可得到最好的了解。疏解机/鼓风机60及与其相联系的装置，以及疏松层体反应器30是本技术领域中为人所熟知的。尽管现有技术中的疏松层体反应器的缺点已被描述，但其高效率的除去臭氧的能力仍使其成为与本发明配合使用的合乎需要的装置，这在下面将作出解释。臭氧与纸浆的漂白反应进行得非常迅速。图3是在前面所描述过的疏松层体反应器中臭氧在与蓬松纸浆接触时其臭氧浓度（百分比）相对于时间（秒）的函数关系的图示。从中可见，从臭氧发生器中生成的臭氧在氧气中的浓度约为4%。并可看出在疏松层体反应器中约60%的臭氧在与纸浆接触时，在不到1秒的时间即被消耗掉，而在6秒时其消耗量超过90%。因此，臭氧与纸浆纤维的充分彻底的混合是必不可少的，以避免纸浆的漂白光亮度有大的差异。故在疏解机/鼓风机60与疏松层体反应器30之间提供了机械混合室40。
蓬松的纸浆/气体混合体54被通过蓬松排出旋风分离器52与混合室漏斗46被注入搅龙43并由搅龙运送至装在转子轴42上上的混合浆叶44。维持喂入率以便在基本水平放置的混合室中不致发生阻塞腔室的条件下经剧烈搅拌的纸浆的膨松密度层可能大。这样可以保证所有通过室40的蓬松纸浆在最大可能的程度上暴露于其中的气体反应物。浆叶44在蓬松纸浆与气体间产生强烈的混合作用以便在混合室内的停留期间在疏解机/鼓风机60中形成的蓬松纸浆的气体悬浮体得以保持。最接近排出颈45的混合浆叶由于纸浆通出混合室和落到纸浆层7顶部的反应器中，防止了颈的阻塞。接触气体69在6秒钟的混合后含有的臭氧已少于其初始含量的一半，并经穿过疏松的纸浆层体直至到达排气口37继续下降。此时其臭氧浓度在典型情况下含量低于百万分之30。
混合室提供了大约为10秒钟的蓬松纸浆的停留时间，以保持纸浆在通过气体与蓬松纸浆的直接强烈的机械混合的接触气体69中处于悬浮状态。这样就确保了在混合体被排出到疏松层体反应器中之前具有最大程度的实际反应。因为进入疏松层体反应器时的臭氧浓度实际上小于其初始浓度的一半，故反应速率明显地减慢了，故由于纸浆层体的疏松性的变化而引起的漂白的不均匀性得以进一步减轻。
图4示出本发明的另一个的实施例，它与图1中所示的相类似。只是其中的疏解机/鼓风机60被疏解机90所代替，疏解机90没有任何吹送作用，而是使蓬松纸浆纤维直接沉入混合室漏斗46。气体环路50在本实施例中也被删除，因为反应气体混合体是被导入混合室漏斗而不是被导入疏解机。
在最佳实施例中，本发明具有可以得到均匀的漂白反应结果的优点，这是由于在该实施例中没有浪费昂贵的臭氧或其他反应气体。由于在疏松层体反应器室之前提供了一个机械混合室，故在维持直接混合时达到了气体/纸浆接触所需的时间。这样，在大规模的生产能力的实际工业条件下，本发明提供了均匀的且基本完全的反应。
臭氧/木纸浆反应作为一个实例以说明本发明的特征。任何的其中反应动力学与该臭氧/木纸浆形式相类似而其中的固体具有类似于木纸浆的蓬松纤维特性的气体/固体反应都是对本发明的合理应用。