AT510753A1

AT510753A1 - Verfahren zum aufbereiten von stoff und verwendung einer vorrichtung zum ausführen des verfahrens

Info

Publication number: AT510753A1
Application number: ATA1976/2010A
Authority: AT
Inventors: Christian Ing Stirn
Original assignee: Putz Anton Dipl Ing; Granitzer Harald Ing
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-06-15
Also published as: AT510753B1

Abstract

Zum Aufbereiten von Zellstoffsuspensionen, insbesondere solchen, die aus Altpapiersuspension gewonnen werden, werden die Fasern in der Zellstoffsuspension durch dispergieren vereinzelt und entstippt, wobei beim Dispergieren auch ein Fibrilieren der Stellstofffasern ausgeführt wird.

Description

s

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Stoff bzw. Zellstoff, aus aufgelöstem reinen Zellstoff, aufgelöstem Altpapier oder rezyklierten Papier. Grundsätzlich wird der Stoff oder das Altpapier zunächst in einem Pulper zu einer Zellstoffsuspension aufgelöst. Die in der Suspension enthaltenen Zellstofffasern werden dann in einer nachgeschalteten 5 Vorrichtung vereinzelt und entstippt.

Papier ist in seiner einfachsten Form ein fester Verbund aus Fasern. Dieser Verbund der Fasern verleiht dem Papier seine grundlegenden Eigenschaften und eine Basisstruktur, die durch der Basisstruktur zugefügte Komponenten wie Füllstoffe, Leime und Striche geän-10 dert/verbessert werden können.

Beim Herstellen von qualitativ hochwertigen Papier kommt es für die geforderten Festigkeit des Papiers unter anderem auf eine optimale Aufbereitung des Zellstoffes (auch Stoff genannt) an. 15 Üblicherweise wird der Stoff in so genannten Refinern zwischen Metallplatten gemahlen, um die Fasern zu fibrilieren. Durch dieses Fibrilieren kommt es zu einer intensiveren Verbindung der Fasern untereinander und zu einer höheren Festigkeit des erhaltenen Papiers. 20 Es besteht auch die Möglichkeit verschiedene Fasern miteinander zu mischen, um dem Papier die gewünschten Eigenschaften (Kombination von Eigenschaften zu verleihen).

Auch beim Wiederverwerten (Recyceln von Altpapier), das einen wichtigen Bestandteil einer Ressourcen schonenden Herstellung von Papierprodukten darsteflt, steigen die Anforderun-25 gen an die Qualität des Endproduktes, nämlich des Recyclingpapiers ständig an.

Beim Aufbereiten von Altpapier, mit dem Ziel Fasern als Rohstoff zum Herstellen von Recyclingpapier zu erhalten, wird nach den nachstehend genannten, grundsätzlichen Stufen vorgegangen: 30 - Zerfasern - Vorsortieren und Dickstoffreinigen - Feinsortieren und Feinreinigen - Eindicken 35

Je höher die Qualität des aus Altpapierstoff erzeugten Papiers sein soll, desto höher muss auch die Qualität des Altpapierstoffes sein, wobei auch die Qualität des wieder verwendeten Altpapiers den Anforderungen entsprechen muss.

Problematisch ist es allerdings, dass auch beim Verwenden von hochwertigem Altpapier die hohe Qualität, insbesondere die Qualität des Ausgangspapiers, nicht erreicht werden kann.

Grund hierfür ist es, dass die Zellstofffasem im Altpapierstoff bei jedem Recyceln (Wieder-5 aufbereiten) verkürzt werden, sodass die Qualität des Altpapiers ständig sinkt (bedingt durch die zunehmend kürzeren Fasern) und so ein geschlossener Kreislauf nicht erreicht werden kann. Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass Papier vier bis achtmal recycelt werden kann, wobei allerdings die Festigkeit des Recyclingpapiers ständig abnimmt. 10 Im Stand der Technik wird das Zerfasern des Zellstoffes in einem Refiner in einer oder mehreren Stufen durchgeführt. In dem Refiner wird der Zellstoff zwischen eng aneinander liegenden und sich gegenläufig mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Mahlorganen (in Form von Scheiben oder Konen) hindurchgepumpt. Die Mahlorgane sind mit aufeinanderzu weisenden Zähnen versehen, sodass sich zwischen den Zähnen so genannte Zellen bilden. 15 Im engen Spalt der sich bewegenden Mahlorgane ergibt sich ein starkes Scheren des Zellstoffs und dem zufolge sein Vermahlen.

Aufgrund der Geometrie der Zellen und deren Bewegung relativ zueinander, treten drei verschiedene Effekte auf. Diese werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1a 20 und 1b erläutert.

Es gibt folgende Wirkpaarungen in bekannten Refinern. 1. Kante gegen Kante 25 2. Fläche gegen Fläche 3. Messer-) Zelle gegen (Messer-) Zelle

Bei der Wirkpaarung “Kante gegen Kante” (“1" in Fig. 1a) ergibt sich ein unerwünschtes Verkürzen der Fasern. 30

Bei der Wirkpaarung “Fläche gegen Fläche” (“2" in Fig. 1b) und “Zelle gegen Zelle" (“3" in Fig. 1b) wird einerseits der Transport der Fasern und andererseits das gewünschte Fibrilie-ren der Fasern bewirkt. 35 Im nächsten Schritt des Aufbereitens von Zellstoff werden noch zusammenhaftende Fasern im so genannten Entstipper voneinander getrennt. In dem Entstipper werden Agglomerate von Fasern aufgelöst und es wird angestrebt einen möglichst gleichmäßigen Auftrag der Fasersuspension am Stoffauflauf einer Papiermaschine zu erreichen. Das Fibrilieren ist das - 3 -

Aufspleißen der einzelnen Fasern im Mahlprozess um eine größere Faseroberfläche zu erreichen. Dies erfolgt durch Reiben der Fasern aneinander und durch Einwirken von Zentrifugalkräften. 5 Ein optimales Fibrilieren ist für das Erreichen hoher Festigkeit des Papiers in der späteren Blattbildung am Stoffauflauf einer Papiermaschine von wesentlicher Bedeutung. Ein Verkürzen der im Zellstoff vorhandenen Kurzfasem sollte beim Mahlen tunlichst vermieden werden, da dies, wie erwähnt, zu einem Verlust der Festigkeit im Papier führt. 10 Beim Bestimmen der Vermahlungsgüte wird als Messgröße der Mahlgrad im °SR (° Schopper-Riegler) herangezogen. Beim Bestimmen des Mahlgrades nach Schopper-Riegler wird die Geschwindigkeit des Entwässerns eines Faserstoffes unter definierten Bedingungen ermittelt. 15 In herkömmlichen Refinern lassen sich Mahlgrade bis etwa 45 bis 500 SR erreichen. In Fig. 2 ist ein ungemahlener Zellstoff und in Fig. 3 ein gemahlener Zellstoff mit Fibrilierungseffekt wiedergegeben.

Fig. 4a und 4b zeigen Diagramme der Mahleffekte bei verschiedenen Mahlbedingungen. 20 Dabei zeigt Fig. 4a das Mahlen bei gleicher spezifischer Energie, unterschiedlichen Garnituren und Bedingungen und Fig. 4b das Entwickeln der Reißlänge in Abhängigkeit vom Mahlgrad.

Die Festigkeit des letztendlich hergestellten Papiers wird in Zugversuchen anhand von 25 Reißproben bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die im üblichen Zerfaserungsprozess von Stoff eingesetzten Refiner und Entstipperstufen zu vermeiden, um die Zellstofffasem, insbesondere beim Aufbereiten von Altpapier, nicht unerwünscht zu verkürzen. 30

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.

Die Erfindung löst die genannte Aufgabe auch durch die Verwendung einer Dispergiervor-35 richtung mit den Merkmalen von Anspruch 12.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der von den unabhängigen Ansprüchen 1 und 12 abhängigen Unteransprüche. - 4 -

Beim Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Stoff bzw. Altpapier in einem Pulper aufgelöst, gesiebt und schließlich abgezogen. Anstelle der üblicherweise im Zerfaserungsprozess nachfolgend eingesetzten Refiner- und Entstipperstufen wird die Zellstoffsuspension erfindungsgemäß einem Dispergiervorgang unterworfen, um das Vereinzeln und 5 Entstippen auszuführen. Für das Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise an sich bekannte Dispergiervorrichtungen eingesetzt werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise der Verwendung von Dispergiervorrichtungen ist es, dass 10 beim Dispergieren bzw. bei Verwendung einer Dispergiervorrichtung ein Vereinzeln und Entstippen stattfindet, ohne, dass die oben erwähnte, nachteilige Wirkpaarung “Kante gegen Kante” auftritt. So ist bei der Erfindung das Verkürzen von Fasern, insbesondere das fortgesetzte Verkürzen von Kurzfasern weitestgehend unterbunden. 15 Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Fasern beim Fibrilieren nicht (weiter) verkürzt werden.

Das beim Aufbereiten gewünschte Fibrilieren der Fasern wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer Ausführungsform dadurch erreicht, dass an der Kante der Dispergiervor-20 richtung eine hohe Schergeschwindigkeit erreicht wird.

Da bet dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit besteht, eine intensive Durchmischung der Zellstoffsuspension auszuführen, erfolgt ein Auflösen von zusammenhängender Fasern, sodass diese entstippt werden. 25

Vorteilhaft bei der Erfindung ist es in einer Ausführungsform, dass beim Dispergieren der Zellstoffsuspension, um das Fibrilieren der Fasern zu bewirken, eine gegen stillstehende Leitbleche gerichtete Strömung erzeugt wird. Dabei ist es bevorzugt, wenn beim Dispergieren im Inneren der Zellstoffsuspension eine nach unten gerichtete Strömung, die im unteren 30 Bereich der Zellstoffsuspension radial nach außen gerichtet ist, erzeugt wird.

Diese radial nach außen gerichtete Strömung kann gegen die stillstehenden Leitbleche gerichtet werden. 35 So verwendet die Erfindung sowohl was das Verfahren als auch was die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Verwendung einer Dispergiervorrichtung anlangt, in vorteilhafter Weise ein Rotor-Stator Konzept, wobei der Rotor vorzugsweise mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Strömung und zum Dispergieren ausgestattet ist. Zum Unterstützen des Umwälzens und des Rotorvordruckes kann ein Propeller eingesetzt werden. * ·· ···· #·· · · *·*··· · · * · * ··· « · · * * · ·· ···* ** • · ♦ « · · «·· ··«· ♦·· · · - 5 -

Die Leitbleche, die stillstehend vorgesehen sind, sind insbesondere in dem Behälter der Dispergiervorrichtung befestigt (eingeschweißt), haben auch eine strömungsrichtende Funktion. 5 Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung der Dispergiervorrichtung ergeben sich hohe Strömungsgeschwindigkeiten mit einem effektiven Scheren des Stoffes in der Zellstoffsuspension im Behälter und somit das gewünschte Fibrilieren der Fasern. 10 Da in einer Ausführungsform vorgesehen ist, dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein Abstand vorliegt, der eine Wirkpaarung “Kante zu Kante" vermeidet, wird gleichzeitig ein Verkürzen der Fasern weitestgehend vermieden.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung 15 geeignet aus Altpapier rückgewonnenen Papierstoff zu dispergieren, um dessen Fasern zu vereinzeln und zu entstippen, wobei auch ein Fibrilieren der Stofffasern erreichbar ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer für das Ausführen des Verfahrens verwendbaren Vorrichtung. 20

In den angeschlossenen Zeichnungen ist gezeigt:

Fig. 1a und 1b Wirkpaarungen eines Refiners,

Fig. 2 ein Bild eines ungemahlenen Zellstoffs, 25 Fig. 3 ein Bild eines gemahlenen Zellstoffs mit Fibrilierung,

Fig. 4 in einem Diagramm den Mahlgrad in Abhängigkeit von der Mahlenergie,

Fig. 5 in einem Diagramm die Reißlänge in Abhängigkeit vom Mahfgrad,

Fig. 6 schematisch eine im Rahmen der Erfindung verwendete Dispergiervorrichtung,

Fig. 7 in schematischer Schnittdarstellung eine Dispergiervorrichtung aus Fig. 6 mit 30 Propeller zum Unterstützen des Umwälzens und

Fig. 8 im vergrößerten Maßstab eine weitere Einzelheit der Dispergiervorrichtung von Fig. 6 und 7

Eine in Fig. 6 gezeigte Dispergiervorrichtung 10 besitzt in einem Grundgestellt 12 montiert 35 einen Behälter 14 sowie einen von oben in den Behälter 14 reichenden Rotor 16, dem ein Antriebsmotor 18 mit integrierter Rotorlagerung zugeordnet ist.

Der Rotor 16 kann auch von unten in den Behälter 14 eingebaut werden. Der Antrieb 18 erfolgt in diesem Fall auch von unten. In dieser Ausführung ist zusätzlich zwischen Rotor

- 6 - und Stator ein entsprechendes Dichtungssystem, beispielsweise eine Gleitringdichtung, vorgesehen.

Der Rotor 16 ist in der Achse des Behälters 14 angeordnet und weist an seinem freien, 5 unteren im Behälter 14 aufgenommenen Ende eine Dispergierscheibe 20 auf und im Abstand über dieser gegebenenfalls einen Umwälzprobeller 22.

Die Dispergierscheibe 20 besitzt, wie dies insbesondere Fig. 8 zeigt, an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite Rippen 24, die eine hohe Schwergeschwindigkeit an der Kante 26 der 10 Dispergierscheibe 20 ergeben, sodass das gewünschte effektive Scheren des Stoffes und damit das gewünschte Fibrilieren der Fasern erreicht wird. Zudem wird durch diese Rippen 24 eine Pumpwirkung erzielt.

Der Behälter 14 besitzt einen oberen zylindrischen Teil 28 und einen unteren konischen Teil 15 30, wobei im unteren konischen Teil radial ausgerichtete nach innen weisende Leitbleche 32 vorgesehen sind. Der untere Konus kann, je nach Stoffzusammensetzung durch einen Klöpper-Korbboden oder eine angepasste Rundung ersetzt werden. Der Abschluss des zylindrischen Behälters kann oben zylindrisch auslaufen, bzw. beim kontinuierlichen Dispergieren eine konische, kugelförmige oder flache Bauform besitzen. 20

Fig. 7 und 8 zeigen, dass zwischen Dispergierscheibe 20 und dem unteren Bereich 30 des Behälters 14 mit den dort vorgesehenen Leitblechen 32 (Stator) ein Abstand vorliegt, der verhindert, dass dort eine Wirkpaarung (“Kante gegen Kante”) entsteht. So ist eine weitere Verkürzung von vorhandenen Kurzfasern weitestgehend unterbunden. 25

Der Rotor 16 wird durch seinen Antrieb 18 so in Drehung versetzt, dass die in dem Behälter 14 aufgenommene Stoffsuspension in Bewegung versetzt wird, und ein intensives Durchmischen stattfindet, was für das Auflösen von restlichen von noch zusammenhängenden Fasern (Entstippen) zur Folge hat. 30

Dabei ist die Strömung in der Zeilstoffsuspension bevorzugt so ausgerichtet, dass sie im Bereich der Mitte des Behälters 14 entlang der Achse des Rotors 16 nach unten gerichtet dann, insbesondere unter der Wirkung der Dispergierscheibe 20 am unteren Ende des Rotors 16 radial nach außen, auf die Leitbleche 32 hin gerichtet, und an der Außenseite des 35 Körpers der Zellstoffsuspension, also in der Nähe der Wand des Behälters 14, nach oben gerichtet ist. Dabei übernehmen die Leitbleche 32 auch eine Funktion die Strömung, wie beschrieben, auszurichten. - 7 - • ··#· *·«

Durch die beschriebene Paarung Rotor 16 (mit Dispergierscheibe 20 mit oderohne Umwälzpropeller 22) einerseits und Stator (Behälter 14 mit eingebauten Leitblechen 32) anderseits, ergibt sich die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung und damit des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbereiten von Zellstoff bzw. einer Zelistoff-5 Suspension.

Ein im Behäiterdeckel vorgesehener Füllstutzen 34 und im Behälterboden angebrachter Ablassstutzen 36 dienen zur kontinuierlichen bzw. diskontinuiertichen Befüllung (Batch-Betrieb) des Behälterraumes mit Zellstoff.

Claims

- 8 - Patentansprüche: 1. Verfahren zum Aufbereiten von Stoff (Zellstoff oder Altpapier), bei dem der Zellstoff oder das Altpapier zuvor im Pulper zu einer Zellstoffsuspension aufgelöst wird, da- 5 durch gekennzeichnet, dass das Vereinzeln und Entstippen der Fasern durch Dispergieren der Zellstoffsuspension aufgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Dispergieren ein Fibrilieren der Zellstofffasem ausgeführt wird. 10
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Dispergieren in der Zellstoffsuspension eine Strömung erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim 15 Dispergieren zum Fibrilieren der Fasern in der Zelistoffsuspension eine gegen still· stehende Leitbleche gerichtete Strömung erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Dispergieren eine im inneren der Zelistoffsuspension nach unten gerichtete Strömung, 20 die im unteren Bereich der Zelistoffsuspension nach außen gerichtet ist, erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gerichtete Strömung gegen stillstehende Leitbleche gerichtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der nach außen ge richteten Strömung auf die Fasern in der Zelistoffsuspension eine Scherung der Fasern des Zellstoffes und das Fibrilieren ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nach 30 außen gerichtete Strömung erzeugt wird, indem auf die Zelistoffsuspension eine radial nach außen gerichtete Beschleunigung ausgeübt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbeschleunigung durch eine drehangetriebene Dispergierscheibe erteilt wird. 35
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung in der Zelistoffsuspension im Inneren der Zelistoffsuspension insbesondere nach unten gerichtet wird und gegenenfalls durch einen drehangetriebenen Probeller erzeugt wird. • * * · » · ·· *·· M«f ··· · * - 9 -
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusammenhängende Fasern der Zellstoffsuspension durch Durchmischen der Suspension aufgelöst werden (entstippen).
12. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergieren des Stoffs im Batchbetrieb (absatzweise) oder im kontinuierlichen Durchlaufbetrieb ausgeführt wird.
13. Verwendung einer Dispergiervorrichtung (10) zum Dispergieren einer Zellstoffsuspension, um die Fasern der Zellstoffsuspension nach dem Verfahren gemäß einem der 10 Ansprüche 1 bis 12 zu vereinzeln (fibrHieren) und zu entstippen, mit der Maßgabe, dass die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: - einen Behälter (14), - radial in das Innere des Behälters (14) weisende Leitbleche (32), - einen im Behälter (14) vorgesehenen Rotor (16), 15 - am Rotor (16) Einrichtungen zum Erzeugen einer Störung der Zellstoffsuspension im Behälter (14) und - gegebenenfalls einen Propeller (22) zum Unterstützen des Erzeugens einer Strömung der Zellstoffsuspension im Behälter (14).
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (14) einen oberen zylindrischen Bereich (28) und einen unteren konischen Bereich (30) odereinen mit einer Rundung versehenem Bereich aufweist.
15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbieche (32) im 25 unteren, konischen oder mit einer Rundung versehenem Bereich (30) des Behälters (14) vorgesehen sind.
16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) einen Umwälzpropeller (22) und eine Dispergierscheibe (20) und gegebenenfalls einen 30 Umwälzpropelter aufweist.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierscheibe (20) unterhalb des gegebenenfalls vorgesehenen Umwälzpropellers (22) angeordnet ist. 35
18. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierscheibe (20) an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite Rippen (24) aufweist. 10 · »··· ··»« · » # * · · ♦··· · 9 #
19. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet dass die Dispergierscheibe (20) etwa in Höhe der radial innen liegenden Enden der Leitbleche (32) angeordnet ist.
20. Verwendung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (16) und den Leitblechen (32) ein eine Wirkpaarung “Kante gegen Kante“ vermeidender Abstand vorliegt.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außen-10 wand (26) der Dispergierscheibe (20) und den Leitblechen (32), insbesondere deren radial innen liegenden Enden, ein Abstand vorliegt
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens am Außenrand (24) der Dispergierscheibe (20) eine eine Scherung (Fibrilie- 15 ren) der Fasern bewirkende Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.
23. Verwendung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) mit seinem Drehantrieb (18) von oben oder von unten her in den Behälter (14) eingebaut ist. 20
24. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einbau des Rotors (16) mit Antrieb (18) von unten her zwischen Rotor (16) und Stator ein Dichtungssystem vorgesehen ist.