DE10156201C1 - Verfahren und Behälter zum Stapeln von hochkonsistentem Papierfaserstoff - Google Patents
Verfahren und Behälter zum Stapeln von hochkonsistentem PapierfaserstoffInfo
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Abstract
Das Verfahren dient zum Stapeln und Verdünnen von hochkonsistentem Papierfaserstoff. Dieser wird dazu in einem ersten Volumen (1) über die gewünschte Verweilzeit hinweg gestapelt und anschließend in ein zweites Volumen (2) gebracht, in dem unter Verdünnung eine pumpfähige Suspension hergestellt wird. Im zweiten Volumen (2) wird eine Zirkulationsströmung (3) erzeugt, welche den hochkonsistenten Papierfaserstoff abträgt. Er wird dann als Suspension (S) durch ein von einem Rotor (4) freigehaltenes Sieb (5) hindurch abgezogen. Erfindungsgemäß wird eine vor dem Rotor (4) angeordnete Schneckenwendel (7) verwendet, die eine axiale Strömung (8) erzeugt, deren Richtung die Suspension (S) vom Sieb wegfördert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren dieser Art werden angewendet, um bereits aufgelösten Papierfaserstoff mit
einem Trockengehalt, der z. B. zwischen 20 und 40% liegt, so zu stapeln, dass er über
eine gewünschte Verweilzeit in diesem Zustand verbleibt, um z. B. den Faserstoff zu
bevorraten oder eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen. In der Regel wird dabei ein
Behälter zur Aufnahme des Papierfaserstoffes verwendet. Bekanntlich ist bei vielen
chemischen Reaktionen eine Mindestverweilzeit erforderlich, wobei es auch Fälle gibt,
bei denen die Verweilzeit weder unter- noch überschritten werden darf, also innerhalb
einer bestimmten Bandbreite liegen sollte. Ein typischer Anwendungsfall ist die Bleiche
von hochkonsistentem Papierfaserstoff. Grundsätzlich wird dabei eine höhere Konsistenz
angestrebt, um erstens das benötigte Volumen so gering wie möglich zu halten und
zweitens die Effektivität der chemischen Reaktion zu begünstigen. In der Regel wird auch
eine Temperatur deutlich über der der Umgebung eingestellt.
In den meisten Fällen ist der Papierfaserstoff in der Stapelkonsistenz nicht pumpfähig,
was seine Handhabung erschwert. Aus diesem Grunde wird der Papierfaserstoff nach
Ablauf der chemischen Reaktion mindestens so weit verdünnt, dass er pumpfähig ist.
Dieses Verdünnen erfolgt oft außerhalb des Behälters, da die Verdünnung innerhalb des
Behälters zu Problemen der Betriebssicherheit führen kann.
Aus der DE 198 26 879 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auch die oben genannte
Verdünnung innerhalb des Stapelbehälters erfolgt. Das bekannte Verfahren ist besonders
wirksam, wenn in dem Verdünnungsbereich des Behälters zwei verschiedene Rotoren
zusammenwirken. Dieser zusätzliche Aufwand ist jedoch nicht in allen Fällen möglich
oder zweckmäßig. Auch fehlt in vielen Fällen der Platz für den zweiten Antrieb.
Die DE 35 22 395 C1 zeigt einen Lagerbehälter (Turm) für Altpapier. Dieser dient
der chemischen Behandlung von verschmutztem unaufgelösten Altpapier. Das Verfahren
zielt also darauf, den als Altpapier angefallenen Rohstoff zunächst chemisch und in
hochkonsistentem Zustand so vorzubehandeln, dass er anschließend mit einem im
Behälterboden angeordneten Auflöserotor bearbeitet werden kann. Dabei sind der
beschriebene Lagerbehälter und der Auflöserotor auf den nicht aufgelösten, also noch
aufzulösenden Rohstoff abgestimmt und entsprechend ausgestaltet.
In der EP 0 475 669 B1 wird ein Stapelbehälter gezeigt, in dessen Bodenbereich eine
Verdünnung durch Zufuhr von Wasser und Vermischung mit Hilfe eines Propellers
erfolgt. Dieses Vorgehen führt zwar dazu, dass sich eine pumpfähige Suspension
herstellen lässt, diese ist aber sehr ungleichmäßig, so dass z. B. vorgeschlagen wird,
Pumpen an verschiedenen Stellen anzusetzen, die verschiedene Stoffdichten der
Suspension vertragen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich eine
zuverlässige Möglichkeit zum Stapeln des hochkonsistenten Papierfaserstoffes bietet,
wobei gleichzeitig das Verdünnen und Abpumpen mit einfachen und platzsparenden
Mitteln möglich gemacht werden soll.
Diese Aufgabe wird durch im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale erfüllt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine kontrollierte
Verdünnungsströmung unterhalb des hochkonsistenten Papierfaserstoffes erzeugt, wobei
eine Suspension gebildet und durch die Siebvorrichtung (insbesondere kontinuierlich)
abgepumpt wird. Da die Siebvorrichtung mit einem Rotor versehen ist, wird vermieden,
dass sie verstopft. In den Fällen, in denen das Herauslösen von hochkonsistenten .
Stoffansammlungen aus dem über der Suspension liegenden Bereich nicht vermieden
werden kann, erfolgt deren Zirkulation unter Mitwirkung des Rotors so lange, bis sie
sich mit Wasser verdünnt und wieder aufgelöst haben. Eine solche Wiederauflösung
erfordert zwar nur geringe Kräfte, sie ist aber erforderlich, da sonst bei den
Stoffpumpen Schwierigkeiten auftreten können. Zur Aufbringung der bei der
Wiederauflösung benötigten Kräfte ist der Rotor, der sich zur Siebfreihaltung in dichter
Nähe zum Sieb bewegt, sehr gut geeignet.
Unterstützt wird die Suspensionsbildung durch die vor dem Rotor angeordnete
Schneckenwendel. Sie kann einfach auf den Rotor aufgesetzt sein, so dass sie von diesem
angetrieben wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist die axiale Förderwirkung des
Schneckenwendels so gerichtet, dass sie die Suspension rechtwinkelig zur Siebfläche und
von dieser weg führt. Dadurch werden Scher- und Reibungskräfte erzeugt, die schonend
sind und doch stark genug für den hier beabsichtigten Auflösevorgang.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Behälter zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
geschnitten in Seitenansicht;
Fig. 2 eine andere Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 1;
Fig. 3 den Bereich des Rotors etwas detaillierter;
Fig. 4 und 5 je eine weitere Variante mit geänderter Behälterform.
Alle Figuren deuten die zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtungen
lediglich an, ohne konstruktive Details zu offenbaren.
Fig. 1 zeigt den unteren Teil eines Behälters zum Stapeln und Verdünnen von
Papierfaserstoff. Der Behälter ist hier im Wesentlichen rotationssymmetrisch mit
senkrechter Mittellinie und enthält ein erstes Volumen 1 (nur teilweise gezeichnet)
und ein zweites Volumen 2. Das erste Volumen 1 dient der Aufnahme des
hochkonsistenten Papierfaserstoffs, welcher darin - wie bereits erwähnt - gestapelt
oder mit Chemikalien behandelt wird. Zwischen den beiden Teilen des Behälters ist ein
kegelstumpfförmiger Übergang, wodurch die Strömungsquerschnittsfläche in
stromabwärtiger Richtung verkleinert wird. Das ergibt ein großes Stapelvolumen und
hindert den hochkonsistenten Papierfaserstoff daran, unkontrollierbar
herabzurutschen. Die Grenze 10 zwischen dem hochkonsistenten Faserstoff und dem im
zweiten Volumen 2 verdünnten Faserstoff ist gestrichelt angedeutet. Dabei handelt es
sich nicht um eine scharf definierte Fläche, da sie sich - je nach Betriebszustand -
ständig verändert. Verdünnungswasser W wird durch seitlich angebrachte
Verdünnungswasserrohre 9 bzw. 9' zugeführt. Die im zweiten Volumen 2 vorhandene
Suspension wird durch einen Rotor 4 in eine Zirkulationsströmung 3 versetzt, welche
hier durch zwei Pfeile lediglich angedeutet ist. Der Rotor 4 gehört zu einer
Siebvorrichtung 13, welche ein Sieb 5 aufweist. Das Sieb 5 enthält Öffnungen 6, die ein
Teil des im zweiten Volumen 2 bewegten Papierfaserstoffes als Suspension 5 passieren
kann, die dann über den Gutstoffstutzen 11 abgeführt wird. Der Rotor 4 ist hier z. B. als
Flügelrotor ausgebildet, der in unmittelbarer Nähe des Siebes 5, d. h. in einem Abstand
zwischen 1 und 10 mm, entlang bewegt wird. Neben der Freihaltung des Siebes 5 dient
der Flügelrotor auch dazu, eine Umwälzströmung zu erzeugen, welche ähnlich wie bei
einem Pumplaufrad die Flüssigkeit zentral ansaugt und radial beschleunigt. Dieser
Bewegung überlagert sich außerdem eine reine Rotationsbewegung, die hier in der
Seitenansicht nicht dargestellt werden kann, auf die aber später noch eingegangen wird.
Die Schneckenwendel 7 ist vor dem Rotor 4 angeordnet, d. h. auf dessen nicht dem Sieb 5
zugewandter Seite. Sie ist hier auf dem Rotor 4 konzentrisch mit diesem befestigt, dreht
also mit der gleichen Drehfrequenz. Sie ist so ausgebildet, dass sie durch ihre
Drehbewegung eine Strömung 8 erzeugt, die die Suspension in Richtung der Achse der
Schneckenwendel 7 und weg vom Sieb 5 fördert. Im Zusammenwirken mit der dazu
gegensinnigen Zirkulationsströmung 3 bilden sich Wirbelströmungen 8' aus mit den
bereits erwähnten positiven Wirkungen.
Die Zugabe des Verdünnungswassers W kann z. B. durch das Zugaberohr 9 in den
eingedickten Faserstoff erfolgen oder durch das Zugaberohr 9' in den Bereich der
Zirkulationsströmung 3, unmittelbar bevor sie an die Grenze 10 gelangt.
Fig. 2 zeigt den unteren Teil des Behälters in einer Ansicht von außen, die gegenüber der
in der Fig. 1 um 90° versetzt ist. Sie zeigt im Wesentlichen den außen liegenden Teil der
Siebvorrichtung 13 sowie den Gutstoffstutzen 11 für die ausgeleitete Suspension S. Hier
ist auch ein herausnehmbarer Deckel 12 gezeichnet, der ein Mann-Loch abdeckt,
welches die Wartung und eventuelle Reparaturen in diesem Bereich erleichtert.
Um die Strömungsvorgänge im Bereich von Schneckenwendel und Rotor etwas besser
darzustellen zu können, ist in Fig. 3 dieser Bereich noch einmal dargestellt, wobei hier
allerdings wiederum keine konstruktiven Details entnehmbar sind. Durch das nur
teilweise und ohne Sieböffnungen dargestellte Sieb 5 ist eine Welle 14 hindurchgeführt,
die hier sowohl den Rotor 4 als auch die Schneckenwendel 7 antreibt. Die axiale Höhe H
der Schneckenwendel 7, mit der diese über den Rotor 4 hervorsteht, entspricht
vorzugsweise mindestens 30% des Außendurchmessers D des Rotors 4. Der
Außendurchmesser D1 der Schneckenwendel 7 kann so gewählt werden, dass er
mindestens 20% des Außendurchmessers D des Rotors 4 beträgt. Die Drehrichtung geht
aus dem Bewegungspfeil 15 hervor, der sich auf einen Teil der Schneckenwendel
bezieht, der dem Betrachter dieser Figur zugewandt ist. Bei einer solchen Drehrichtung
bildet sich auf Grund der Schneckengeometrie eine Strömung 8 aus, die die Suspension
in Richtung der Achse dieser Schneckenwendel von dem Sieb 5 wegtransportiert. Die
Herstellung einer solchen Schneckenwendel ist an sich bekannt. Man kann sie z. B.
dadurch erzeugen, dass eine schraubenförmige Fläche 16 auf einen Kern 17
aufgeschweißt wird. Das ist aber nur als Beispiel anzusehen. Der Rotor 4 kann mit
Vorteil eine Anzahl von Flügeln 18 aufweisen, die in Folge ihrer Rotation eine
Förderwirkung von radial innen nach radial außen erzeugen. Hydraulisch ist das mit der
Wirkung einer Kreiselpumpe vergleichbar. Das Sieb 5 ist als ebene ringförmige
Scheibe ausgeführt, daher einfach herzustellen und platzsparend.
Während der in Fig. 1 und 2 gezeigte Behälter im Wesentlichen eine zylindrische Form
mit dazwischen eingesetztem Kegelstumpf aufweist, kann - wie Fig. 4 zeigt - das zweite
Volumen 2 durch einen liegenden Zylinder gebildet werden, an dessen Zylinderwand die
Siebvorrichtung 13 angebaut ist. Dadurch kann sich die Zirkulationsströmung 3 in
Umfangsrichtung besonders günstig ausbilden, was eventuell die Ablösung des
hochkonsistenten Faserstoffes an der Grenze 10 begünstigt.
Wie schon erwähnt, enthält die Zirkulationsströmung 3 auch eine Rotationskomponente
3', die im Wesentlichen dieselbe Mittellinie hat wie der Rotor 4. Bei der in Fig. 5
gezeigten Ausführungsform wird ein liegender Zylinder für das Volumen 2 verwendet,
an dessen Stirnseite Rotor 4 und Schneckenwendel 7 angeordnet sind.
Claims (17)
1. Verfahren zum Stapeln und Verdünnen von Papierfaserstoff, welcher im
hochkonsistenten Zustand in einem ersten Volumen (1) während einer definierten
Verweilzeit gestapelt und anschließend in ein zweites Volumen (2) gebracht wird,
welches sich dem ersten stromabwärts anschließt und in dem der Papierstoff
mindestens so weit verdünnt wird, bis er pumpfähig ist und als Suspension (S)
durch ein Sieb (5) hindurch abgezogen wird,
wobei im zweiten Volumen (2) eine Zirkulationsströmung (3) erzeugt wird, die den am Rande des ersten Volumens (1) befindlichen hochkonsistenten Papierfaserstoff abträgt, verdünnt und dem mit einem rotierenden Rotor (4) freigehaltenen Sieb (5) zuführt,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit Hilfe einer unmittelbar vor dem Rotor (4) angeordneten Schneckenwendel (7) eine Strömung (8) erzeugt wird, die in Achsrichtung der Schneckenwendel (7) verläuft und die Suspension (S) von dem Sieb (5) wegführt.
wobei im zweiten Volumen (2) eine Zirkulationsströmung (3) erzeugt wird, die den am Rande des ersten Volumens (1) befindlichen hochkonsistenten Papierfaserstoff abträgt, verdünnt und dem mit einem rotierenden Rotor (4) freigehaltenen Sieb (5) zuführt,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit Hilfe einer unmittelbar vor dem Rotor (4) angeordneten Schneckenwendel (7) eine Strömung (8) erzeugt wird, die in Achsrichtung der Schneckenwendel (7) verläuft und die Suspension (S) von dem Sieb (5) wegführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schneckenwendel (7) mit derselben Drehfrequenz bewegt wird wie der
Rotor (4).
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schneckenwendel (7) mit dem Rotor (4) verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schneckenwendel (7) so angeordnet wird, dass ihre Mittellinie
waagerecht liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hochkonsistente Papierfaserstoff eine krümelige Struktur hat.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hochkonsistente Papierfaserstoff aufgelöstes, gereinigtes und
anschließend wieder eingedicktes Altpapier ist.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hochkonsistente Papierfaserstoff im ersten Volumen (1) einen
Feststoffgehalt von 20 bis 40% hat.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Papierfaserstoff aus dem zweiten Volumen (2) mit einem Feststoffgehalt
von höchstens 8% abgezogen wird.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zirkulationsströmung (3) durch den Rotor (4) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Papierfaserstoff vom ersten Volumen (1) zum zweiten Volumen (2)
durch eine sich allmählich verengende Strömungsquerschnittfläche geführt wird,
wobei die stromabwärtige Strömungsquerschnittfläche höchsten 80% der
stromaufwärtigen hat.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Volumen (2) unterhalb des ersten Volumens (1) liegt.
12. Behälter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
welcher in seinem oberen Bereich ein erstes Volumen (1) zur Aufnahme des
Papierfaserstoffs im hochkonsistenten Zustand enthält und in seinem unteren
Bereich ein zweites Volumen (2), in dem Mittel zur hydraulischen Umwälzung,
zum Verdünnen und Ausleiten des verdünnten Papierfaserstoffes vorhanden sind
sowie eine Siebvorrichtung (13), die mindestens ein Sieb (5) und mindestens
einen Rotor (4) enthält und dass der verdünnte Papierfaserstoff durch das Sieb
(5) hindurch abgezogen werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass im zweiten Volumen (2) auf dem Rotor (4) eine Schneckenwendel (7)
angebracht ist, die auf Grund ihrer Geometrie bei Betriebsdrehzahl in axialer
Richtung von dem Sieb (5) wegfördert
13. Behälter nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Förderrichtung der Schneckenwendel (7) waagerecht ist.
14. Behälter nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sieb (5) eine ebene, mit Öffnungen (6) versehene Platte ist.
15. Behälter nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die axiale Höhe (H) der Schneckenwendel (7) über dem Rotor (4) mindestens
30% des Außendurchmessers (D) des Rotors (4) entspricht.
16. Behälter nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außendurchmesser (D1) der Schneckenwendel (7) mindestns 20% des
Außendurchmessers (D) des Rotors (4) entspricht.
17. Behälter nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schneckenwendel (7) mit schraubenförmigen Flächen (16) versehen ist,
die am Umfang zur achsennormalen Fläche einen Winkel zwischen 5 und 30°
aufweisen.
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