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Verfahren zum Zerteilen von faserhältigen Materialien und Zerfaserer zur Durchführung desselben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Zerfaserer zum Schliff von Fasermaterialien in einer flüssigen Phase. Das Verfahren bezieht sich auf das Zerteilen (Schleifen) sämtlicher Fasermaterialien, insbesondere aber auf den Schliff von Schnitzeln aus Hartholz (Laubbäu- men), die in einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser
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kannt, darin, dass man - in Anwesenheit von Wasser - das in Form von Knüppeln vorliegende Holz auf dem Aussenumfang eines zylindrischen Schleifsteins abschaben lässt, wobei die zylimdri- sche Scheibe sich dreht, während das Knüppelholz parallel zur Schleifsteinachse angelegt wird.
Auf die Arbeit sind dabei folgenden variablen Faktoren von Einfluss : der Druck des KnÜrppdho1zes auf den Schleifstein, die Körnung des Sohleifsteines, die Temperatur, die selbst wieder von den zwei obigen Faktoren abhängt, und schliesslich die Temperatur und die Menge des Zusatzwassers.
Anderseits ist vorgeschlagen worden, bei Textilmaterialien an Stelle des Schliffes einen Mahlprozess in einem wässerigen Mitrel zu setzen, u. zw. unter Verwendung oszillierender Hämmer oder ähnlicher Stossorgane, die sich im Innern einer Zer- kleinerungskammer d'rehen, wobei die Innenwand dieses Zerfaserers mit einem schmirgelnden Überzug versehen ist. In, chosen Hammermühlen erfolgt die Zerfaserung unter der Einwirkung der Hämmer sowie zufolge der Ausschleuderung der Textilmasse gegen die Wände der Zackleinerungskam- mem.
Aus der gemeinsamen Wirkung dieser beiden Einflüsse ergibt sich eine Desintegration der Struktur des Textilmaterials, während die in gewisser Art plastifizierende Wirkung des Wassers die Einzelfassm gegen die Zerstörung schützt, welche im Trockenen unvermeidlich wäre. Es ist ferner bekannt geworden, faserihältiges Material zu zertei- len, indem Schnitzel solcher materialien in einem Gefäss mit Flüssigkeit vermengt, das Gemenge in Rotation versetzt, dessen Festbestandteile wenigstens vorwiegend unter dem Einfluss. der Fliehkraft an der rauhen Innenwand des Gefässes zerfasert und die entstandenen Fasern mit Flüssigkeit durch Siebe od. dgl. abgezogen werden.
Als Vorteil ist erkannt worden und darin liegt die Erfindung, in unmittelbarer Nähe dieser Siebe Wasser zuzug setzen, dadurch die Konzentration der Fasern in der Flüssigkeit örtlich zu vermindern und deren Ab- fuhr zu erleichtern. Die auf diese Weise erfolgende WasserzufuhrkannzueinerinnigenMischung der mit den Schnitzeln eingeführten Luft mit Flüssigkeit (wenigstens mit herangezogen werden.
Die aus Wasser mit an sich bekannten Zusätzen von laugenartigen Substanzen bestehende Flüssigkeit kann ferner einem Kreislauf unterworfen und ihre Konzentration wenigstens fallweise wieder eingestellt werden. Die zur Zerfaserung bestimmten Schnitzel werden von drehenden Schaufeln, jedoch ohne Stosswirkung, mitgenommen, wobei jedoch die Zerfaserung an der Schleifscheibe nur unter' der Wirkung der Zentrifugalkraft stattfindet.
Zerfaserer, die zur Durchführung dieses Verfah-, rens eingerichtet sind, weisen eine dichte Kammer mit (Einlässen für die Zufuhr von zu zerfaserndem Material und von Flüssigkeit auf, wobei in der
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ist,mitgenommen und zwar gleichzeitig mit der gewünschten Wassermenge und den eventuell zuge- setzten chemischen Produkten. Die Zerfaserungerfolgt unter Einwirkung der Drehbewegung und der heidurch henvorgerufenen Fliehkraft. Hiebei kommt es dann auf die Geschwindigkeit an, auf den Druck und die Temperaturerhöhung, welche auf die Reibung zurückzuführen ist und/oder auch
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künstlich hervorgerufen werden kann u. zw. unter Berücksichtigung des Wasserzusatzes und der dem letzteren eventuell zugesetzten Chemikalien.
Wie bei den klassischen Schleifern (Zerfaserern) hat der Apparat eine zweifache Wirkung, nämlich einerseits eine Verfeinerung der Fasern und anderseits die eigentliche Zerfaserung selbst.
Die Anlage kann kontinuierlich arbeiten, wobei sie ununterbrochen mit Fasermaterial, mit Wasser und eventuell mit Chemikalien gespeist wird und wobei die in Schwebe befindlichen Fasern gleichfalls kontinuierlich abgezogen werden.
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sind in dieser Art schon bekannt (DB-Patent 924492). Es ist ferner bekannt, dass man beim Zerfasern von Hartholzschnitzeln kürzere Fasern erhält als beim Zerfasern harzhaltiges Holzschnitzel. Damit die Hartholzfasem nicht zu kurz werden, müssen die Fasern, sobald sie eine bestimmte Länge erreicht haben, aus dem Zerfaserer ausgeschieden werden.
Folglich muss der Apparat mit Sieb-und AbHusseinrichtungen versehen sein, die das Abschwimmen von Fasern oder Faserpake- ten gestatten, sobald deren Abmessungen kleiner sind als die vorgeschriebenen Grenzwerte.
Natürlich bleibt das erfindungsgemässe Prinzip das gleiche, wenn die Schlcifscheibe sich dreht und bei ihrer Rotation die Schnitzel und das Wasser mitnimmt, wobei der Unterschied der Geschwindigkeit zwischen den Schnitzeln und der Schleifscheïbenfläche durch ein System fester
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Man kann auch beide Anordnungen miteinander kombinieren, wobei sich dann die Schaufeln in entgegengesetztem Sinn zur Schleifscheibe drehen können.
Eine der wichtigsten und hervorzuhebenden Eigenschaften besteht darin, dass das Verfahren es gestattet, die zur Zerfaserung führende Reibung mit ganz bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen zu kombinieren, wodurch sich ein ganz spezieller Effekt auf das Fasermaterial ergibt, u. zw. gerade in der Zerfaserungszone.
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in Zeinem erfindungsgemässen Zentrifurden Fasern zu emulsionieren und dass ein Teil der Luft gleichzeitig mit den guten Fasern abgeführt wird, so dass es im Inneren des Zerfaserers zur Bildung eines Unterdruckes kam.
Der erfindungsgemässe Zerfaserer besitzt eine luftdichte Kammer zur Entlüftung der Schnitzel (oder der zerteilten faserhältigen Pflanzen), in welche die Schnitzel durch entsprechend abgedichtete Zuleitungswege eingeführt werden. Eine Lauge entholzender chemischer Produkte wird gleichfalls in diese Kammer eingeführt (u. zw. unter Dichtung).
Die Vorentlüftung erleichtert die Imprägnie-
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Ausserdem wirkt im Innern der Schleifscheibe die Lauge auf die zu zerfasernden Materialien unter dem gewollten Druck und der gewollten Temperatur, was sich auf die rerholzten Krusten dieser Materialien auswirkt, wobei es wichtig ist zu bemerken, dass Druck und Temperatur nicht von einander abhängig sind, da der Druck im wesentlichen durch die Zentrifugalkraft hervorgerufen wird und nicht durch di Tem-eratur, wie dies im allgemeinen der Fall ist. wenn geschlossene Kam- mern angewendet'werden.
Damit die Fasern nicht zu stark gekürzt und sobald sie eine bestimmte Länge erreicht haben, ausgeschieden werden, ist es nötig, in der Zerfaserumgs- zone in Nähe des Schleifsteines mit einer verhältnismässigstarkenFaserkonzentration(Gewichtskonzentration der Fasern in der flüssigen Phase) zu arbeiten, um die chemische und mechanische Aktion der Zerfaserung zu erleichtern, während die Konzentration in der Auszugs-oder Extraktionszone der Fasern in der Nähe des Siebes schwächer gehalten
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Ausbildung eines Zerfaserers der beschriebenen Art, welcher Einrichtungen aufweist, die eine zusätzliche Verdünnung der Konzentration der Fasern in der Siebzone der Vorrichtung bewirken.
Im folgenden wird die Erfindung eingehender beschrieben und zwar an Hand beispielsweiser Durch-bzw. Ausführungsformen und im Hinblick auf die Zeichnung, in welcher Fig. l einen erfindungsgemässenZentrifugalzerfasererzeigt, Fig.2 schematisch die verschiedenen Arbeitszyklen der Vorrichtung andeutet, wogegen die Fig. 3a und 3b den Zentrifugalzerfaserer nach Fig. 1 im Schnitt und mit Einzelheiten und die Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsformen c ! es Zerfaserers und der Ver- dünnungseinrichtungen darstellen, die der Vorbehandlung dienenden Einrichtungen jedoch denen nach den Fig. 3a bzw. 3b entsprechen.
Ein Einfülltrichter, durch welchen die zu zerfasernden Materialien, z. B. die Schnitzel, ebenso wie das Wasser und eventuell die flüssigen chemischen Produkte eintreten, ist mit 45, ein an diesen : angeschlossener Verteiler mit 46 bezeichnet. 2 bedeutet eine zylindrische, ringförmige Schleif- scheibe, an welche zwei Backen 3, 4 mittels Bolzen 7 angepresst werden, wobei zur Stützung Holzfutter 5 vorgesehen sind. Eine Transportschnecke 33 für die festen und flüssigen Produkte mündet durch eine Öffnung der Backe 4 ein, und zwar vorzugsweise an einer Stelle, wo der durch die Fliehkraft hervorgerufene Druck praktisch gleich Null ist.
Im Innern des zylindrischen Hohlraumes der Ringscheibe sind Schaufeln 9 angeordnet. welche von Radialarmen 10 und 10'getragen werden, die mit einer Welle 11 verbunden sind, welehe in Lagern 12 bzw. 13 lauft. Auf der Welle 11
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sitzen Riemenscheiben M für einen Riemen 28, der von einem Motor 8 angetrieben wird.
Die Wette 11, welche die Schaufeln mitnimmt, ist hohl und der innere Hohlraum wird durch eine Zwischenwand 38 in zwei Teile 36 und 37 unterteilt. Die Schaufeln 9 sind ebene, hohle Blätter, welche parallel zur Welle 11 liegen und fast die ganze. axiale Länge der Schleifscheibe einnehmen. Jede Schaufel wird von zwei Radialarmen 10 bzw. 10'getragen, von welchen der auf dem entsprechenden Teil der Welle 11 befestigte Arm 10 gleichfalls hohl ist und mit dem zugehöri- gen Innenraum 36 sowie mit dem Innenraum der von ihm getragenen Schaufel in Verbindung steht.
Die Welle 11 trägt ferner ein Trommelsieb 42, dessen zylindrische Oberfläche in der Nähe der inneren Längskanten der Schaufeln 9 verläuft. Der Teil 37 der Welle 11, der im Innern der Trommel liegt, ist mit Löchern 15 ausgestattet. Die innere Längskante, der Schaufeln weist Löcher 16 auf, die sich in tangentialer Richtung erstrecken, so dass die Flüssigkeit durch diese löcher in einer zum Radius senkrechten Richtung. austritt.
Die Wirkungawelse des Zerfaserers ist folgende :
Die Lamellarschnitzel werden in einer abgedichteten Kammer 47 entlüftet und dann in den Mieh- kraft-Zerfaserer eingeführt, wo sie in der Zer- faserungszone zerfasert werden, welche an die
Schleifscheibe 2 anschliesst und in welcher Zone eine gewisse Konzentration der Fasern auftritt.
Diese Konzentration senkt sich in dar Nähe des Eintrittes in die siebtrommel 42 zufolge des Ein- fliessens vos Wasser durch die hohle Welle 36, die Hohlarme 10, die Hohlschaufel 9 und die
Löcher 16. Auf diese Weise wird der Austritt der fertigen Fasern durch. die Locher 43 der Trommel
42 erleichtert ; denn die Verdünnung führt zu einer
Trennung der Fasern, was ihren Durchgang durch die Löcher der Siebtrommel erleichtert und eine Verstopfung. dieser Löcher verhindert.
Der Austritt der Fasern erfolgt durch die Trom- mel 42. Die Abfuhr der Fasern. geschieht des wei- teren durch eine Leitung 37, die mit einem Regu- lierschieber 17 und einer Abzweigung 18 für ein
Manometer versehen ist. So gelangen die iFasern zu einem Sortiersieb 19 (Fig. 2), welches den rauch- baren Stoffbrei vom groben Stoffbrei scheidet. Der letztere wird durch eine Leitung 26 in, die gut ab- gedichtete Kammer 47 zurückgeführt, während der erstgenannte Teil durch eine Leitung 27-je nach dem angewandten Verfahren - in einen
Wasch- oder Verdickungsfilter 20 gelangt.
Dieser
Filter trennt den guten verdickten Stoffbrei, der in der Leitung 21 verfügbar wird, von den Ab- wässern oder der Lauge, welche wieder verwendet werden und zunächst durch die Leitung 22 in den
Behälter 24 strömen. Fals chemischen Produkte verwendet werden, so wird dise neuerlich dem
Stromkreis zuzuführende Lauge durch einen Zusatz konzentrierter Lauge im Behälter auf ihren nominalen Gehalt gebracht. Die Zufuhr der konzentrierten Lauge erfolgt durch eine Leitung 23 in den Behälter 24, welcher durch eine Leitung 25 mit eingeschaltetem Schieber 34 mit der Kammer 47verbundenist.
In der Fig. 4 sind die Einspeisungsschnecke mit 33, die Schleifscheibe mit 2, die gegen diese abgestützten Seitenwände des Apparates mit 3 bzw. 4, die Schaufeln mit 40 und die zugehörige Welle mit 2 2 bezeichnet. Die Schaufeln, sind über zwei' Arme 10 und 10'mit der Welle verbunden. Die Welle 11, der Arm 10 und die Schaufeln 40 sind hohl, wie in den vorhergehenden Fällen. Die Schleifscheibe 2 nimmt nicht die ganze axiale Länge des Zerfaserers ein und schliesst an eine Siebtrommel 48 an, deren Innenraum mit einer Auslassleitung 37 verbunden ist.
Das Ende der Schaufeln ist mit tangentialen Löchern 41 versehen und durch diese Öffnungen dringende Wasser bewirkt eine Verminderung der Faserkon centration in der Austrittszone im Nähe des Siebes.
Bei dieser Ausfünrungsform ist das Sieb weiter 'von. der WeI'Ie des Fliehkraftzerfaserers entfernt als im Falle der Fig. 3a; demzufolge ist der Druckunterschied gegenüber dem Inneren grösser, so dass
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besser entlüftetzige Unterschied besteht darin, dass die Siettrom- mel 49 fix ist, wogegen die Welle 44, welche die Schaufeln trägt, fliegend angeordnet ist. Die Aus- Hussleitung 50 ist fest und ist nicht al HrHwelle ausgebildet.
Es sei darauf hingewiesen, dass leicht eine Auswahl der Fasern herbeigeführt werden kann, wenn die Siebzone in radialer Richtung verschoben angeordnet wird. Es ist daher wichtig, dass die Siebzylinder 42,48, 49 in den Zentrifugal-Zer- faserern auswechselbar sind, so dass sie durch andere Trommeln verschiedenen Durchmessers ersetzt werden können, die eventuell auch Lochungen verschiedener Grösse aufweisen können.
VierAnwendungsbeispieledeserfindungsgemä- ssen Verfahrens sollen im nachstehenden angeführt werden, wobei sich das erste auf eine mechanische : Zerfaserung bezieht, während bei den drei andern die Zerfaserung unter chemischer Einwinkung erfolgt. Diese Bedspieile beziehen sich insbesondere auf die ZerfaserunE von Hartholz zwecks HerstellungvonPapierfasern.
Beispiel l : Die Körnung der Schleifscheibe ist ähnlich jener, die für die Schleifsteine gewöhn- lichen Holzschliffes verwendet wird.
Man führt in eine erfindungsgemässe Vorrichtung, die kontinuierlich arbeitet, Pappelholzschnitzel (Chips) ein, sowie auch Wasser, wobei die Drehgeschwindigkeit der Schaufeln eine solche ist, dass ein Standruck von etwa 2 kg/cm2 auftritt.
Die Vamchtu'njg ist mit einer Siebtrommel 42 und einer hohlen Welle 37 versehen, welche Lö- : cher von 1,4 mm Durchmesser aufweist, so dass die im Wasser in Schwebe befindlichen Fasem filtriert abgeführt werden.
Die Menge des Wassers und der Schnitzel ist so eingestellt, dass sich eine Faserkonzentration in der Grössenordnung von 4 % in der Nähe der
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Schleifscheibe'bildet. Der Wasserzufluss aus den Löchern 16 ist seinerseits so eingestellt, dass diese Konzentration vor dem Gitter auf etwa 2% fällt.
Um in der Vorrichtung eine Temperatur von 50 bis 700 C aufrechtzuerhalten, lässt man gleichzeitig die Abflussmenge und jene Menge variieren, welche dem Kreislauf wieder zugeführt wird, und
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SchnitzelnAuf diese Weise erhält man Pappelfasern, die für die Papierindustrie wollkommen verwendbare sind, insbesondere hinsichtlich der Abtropfung, der Reisslänge, des Zerreisswertes und der ihrer weissen Farbe.
Beispiel 2 : Man führt in die abgedichtete Kammer Hartholzschnitzel ein, sowie eine Lösung von NaOH, u. zw. in einem solchen Verhältnis, dass die Mengen von Lauge und Holz sich wie 4 : 1 verhalten und das Mengenverhältnis NaOHHolz 10% beträgt. Dann lässt man den Rührer 9-10-10'umlaufen, wodurch die Schnitzel gegen die Schleifscheibe bewegt werden u. zw. mit einem der Fliehkraft entstammenden Druck. Die Temperatur steigt allmählich bis zu einem Wert zwischen 50 und 1000 C an, während gleichzeitig die Fliehkraft den Druck in der Zerfaserungszone erzeugt ; dieser Druck begünstigt das Eindringen und die Entholzungswinkung der Flüssigkeit. Der Druck kann zwischen 2 und 5 kg/cm2 schwanken.
Die Ausbeute an Fasern beträgt 80-90%.
Der Verbrauch an Ätznatron stellt sich auf 6% im Verhältnis zum'Fasel1gewicht.
Die Lauge durchläuft den Stromkreis kontinu- ierlich und ihre Konzentration wird entsprechend der Fig. 2 immer wieder richtig eingestellt.
Beispiel 3: Die Sodalösung wird durch eine hydrotropische Lösung, nämlich durch NatronXylen-Sulfonat in einer wässerigen Lösung von
33. 3% ersetzt.
Die Ausbeute beträgt 80-90%.
Die hydrotropische Lösung wird dem Kreislauf kontinuierlich wieder zugeführt und ihre Konzen- tration wird nach Bedarf immer wieder eingestellt.
Man fällt das Lignin der am Sättigungspunkt angelanoten Losung und gewinnt so die hydrotro- pische Flüssigkeit immer wieder.
Beispiel 4 : Die Lösung enthält ein neutrales
Natrium-Sulfit und Natrium-Karbonat, derart be- messen, dass das Mengenverhältnis NaJSO., zu
Holz 10% und jenes von Na. Co, zum Holz 5% beträgt.
Die Ausbeute stellt sich auf 80-90%.
Die Lösung kehrt in den Kreislauf zurück und die Konzentration wird immer wieder hergestellt.
De : erfindungsgemässe Apparat ist auf Grund konkreter Ausführungsbeispiele beschrieben wor- den. Natürlich kann der Fachmann verschiedene
Varianten ersinnen, die aber allesamt in den Rah- men der Erfindng fallen. So könmte die Achse der
Schleifscheibe auch senkrecht stehen ; die Schleif- scheibe könnte abnehmbares Verschleissmaterial von entsprechender Körnng aufweisen, welches
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ter kann an einer beliebigen Stelle der Druckzone liegen. Auch kann die entholzende Wirkung der ! Ch : mikalien mit einer chemischen Bleichwirkung verbunden werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Zerteilen von faserhältigen Materialien, insbesondere Hartholz, wobei Schnitzel dieser Materialien in einem Gefäss mit Flüssigkeit vermengt, das Gemenge in Rotation versetzt, dessen Festbsstandteile wenigstens vorwiegend unter dem Einfluss der Fliehkraft an der rauhen Innenwand des Gefässes zerfasert und die entstan-' denen Fasern mit Flüssi, gkeit durch Siebe 00. dgl. abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe dieser Siebe Wasser zugesetzt und dadurch die Konzentration der Fasern in der Flüssigkeit örtlich vermindert und deren Ab- fuh ; erleichtert wird.