DE10010596A1 - Stofflöser zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff - Google Patents

Abstract

Das Stofflöser dient zur Auflösung von Papierstoff (S), z. B. Altpapier, welches mit Wasser (W) vermischt und dabei zerkleinert uns suspendiert wird. Er weist einen z. B. kreisrunden Behälter (1) mit einem Rotor (2) auf. In dem Behälter (1) ist mindestens ein Trennelement (6) angebracht, welches ihn in eine primäre Kammer (4) und eine sekundäre Kammer (5) aufteilt. Die beiden Kammern sind durch Öffnungen (7) so verbunden, dass der bereits zerkleinerte Papierstoff (S) von der primären Kammer (4) in die sekundäre Kammer (5) gelangen kann. Der innere Bereich (4) dient bevorzugt der Zerkleinerung und die sekundäre Kammer (5) der Quellung des Papierstoffes (S).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stofflöser zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff.

Stofflöser dieser Art werden hauptsächlich angewendet, um getrocknetes Zellstoffmaterial oder Altpapier in Suspension zu bringen. Das eingetragene Material wird in großen Stücken, Bahnen oder gepressten Ballen mit Wasser intensiv vermischt, wozu in der Regel ein Misch- und Zerkleinerungsrotor eingesetzt wird. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Behälter für die Suspension und dem schon genannten Rotor. Verständlicherweise werden solche Vorrichtungen optimiert, wobei im wesentlichen eine schnelle und kraftwirtschaftliche Auflösung angestrebt wird.

Als Standardtyp für einen Stofflöser hat sich ein senkrecht stehender zylindrischer Behälter mit einem Rotor im Bodenbereich durchgesetzt. In diesen Behälter wird Wasser und der aufzulösende Stoff von oben zugegeben und mit Hilfe des Rotors eine Trombenströmung in der Suspension erzeugt, bei der also im inneren Bereich der Stoff vom Rotor nach unten angesaugt und im Bodenbereich radial nach außen gedrückt wird, wodurch sich eine Umtriebsströmung ergibt. Es sind auch Strömungsmaßnahmen bekannt, um diese Umtriebsströmung zu steuern. So wird z. B. durch entsprechende Strömungseinbauten (wie Wehrbleche oder Strömungsbrecher) an der Behälterwandung die Umfangsströmung gebremst, da sie nur einen geringen Beitrag zur Auflösung bringt. Die Förderung des eigentlichen Umtriebs, d. h. der wiederholte Transport des aufzulösenden Stoffes in den Rotorbereich bringt in der Regel eine Verbesserung des Effektes. Aus diesem Grund ist auch schon viel Entwicklung an den Rotoren und Behältern des Stofflösers betrieben worden.

Einen Versuch, Stofflöser dieser Art zu verbessern, zeigt die DE 36 38 993 C2. Demnach wird die Strömung erzeugt, indem die Ansaugung der Suspension mit Hilfe eines seitlich angebrachten Rotors erfolgt. Auch die Schrägstellung der Rotorachse wurde schon durchgeführt, z. B. bei einem in der DE 32 24 705 C2 gezeigten Stofflöser, bei dem ein relativ hoch gebauter Rotor einen spitzen Winkel gegen die Vertikale einnimmt.

Zur Verbesserung des Umtriebes sind auch schon unkonventionelle Wege beschritten worden, wie z. B. gemäß DE 34 29 514 C2 eine Mehrzahl von aufwendigen Rotoren innerhalb desselben Stofflöserbehälters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Stofflöser für das Zerkleinern und Suspendieren von Papierstoff so zu verbessern, dass der Auflösevorgang wirtschaftlicher und schonender durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Nachteilig bei bisherigen Lösungen ist, dass immer der ganze Behälterinhalt umgetrieben wird, d. h. dem Rotor wird eine zufällige Verteilung von aufgelöstem, teil- und unaufgelöstem Papier bzw. Ballenbruchstücken zugeführt. Dagegen führt die erfindungsgemäße Aufteilung des Behälters zu einem schnelleren Einzug des frisch eingetragenen Papierstoffes in den Rotorbereich. So gelingt es, den Eintrag (z. B. in Ballenform) so schnell und oft wie möglich mit dem Rotor in Kontakt zu bringen und ihn zu zerteilen. Dadurch wird die Stoffoberfläche schnell vergrößert und die Penetration von Wasser beschleunigt. Ist der Stoff dann genügend vorzerkleinert, kann er in einer langsamen und daher energiesparenden Bewegung, wie sie sich in der sekundären Kammer einstellt, quellen. Anschließend gelangt er zurück in die primäre Kammer, in der er nun sehr leicht und schonend weiter aufgelöst wird.

Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Stofflöser;

Fig. 2: erfindungsgemäßer Stofflöser, Ansicht von oben;

Fig. 3 Detailansicht von oben;

Fig. 4 und 5 je eine Variante des erfindungsgemäßen Stofflösers.

Der geschnitten in Seitenansicht der Fig. 1 gezeichnete Stofflöser weist einen zylindrischen oben offenen Behälter 1 mit einer Wandung 3 sowie einen Rotor 2 auf, der von einem nicht gezeigten Motor angetrieben werden kann. Wichtig ist, dass der Inhalt des Behälters 1 durch eine Anzahl von Trennelementen 6 in eine primäre Kammer 4 und eine sekundäre Kammer 5 aufgeteilt ist. Die Trennelemente 6 sind auf einem mit dem Behälter 1 konzentrischen Kreis angeordnet. Dadurch hat die primäre Kammer 4 eine im wesentlichen kreiszylindrische Form, während die sekundäre Kammer 5 sich ringförmig radial außen anschließt und dann außen durch die Wandung 3 des Behälters 1 begrenzt wird. Die hier verwendeten Trennelemente 6 haben einen bogenförmigen Grundriss und stehen senkrecht. Sie nähern sich bis auf den Abstand a der Innenseite des Behälters 1. Dadurch kann sich auch in der sekundären Kammer 5 eine Umfangsströmung ausbilden. Diese ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die minimale Behälterweite D entspricht hier dem Durchmesser des kreiszylindrischen Behälters 1.

Der Rotor 2 befindet sich am Behälterboden innerhalb der sekundären Kammer 5. Öffnungen 7' zwischen den Trennelementen 6 untereinander und/oder Öffnungen 7 in den Trennelementen 6 selbst verbinden die beiden Kammern hydraulisch, d. h. dass ein Austausch von Flüssigkeit erfolgen kann. Von diesen Öffnungen 7 sind nur wenige eingezeichnet. Größe, Position und Anzahl der Öffnungen sind so gewählt, dass sie a) die gewünschte Menge durchlassen und b) den zu wenig aufgelösten Teil des Stoffes abweisen. Es ist von Vorteil, wenn sich die Öffnungen 7 bzw. 7' verändern lassen.

Bei Betrieb des Stofflösers wird der Papierstoff S von oben in die primäre Kammer 4 des Behälters 1 eingegeben und mit Wasser W vermischt. In dieser primären Kammer 4 kann dann ein schneller hydraulischer Umtrieb mit intensiver Vermischung und Zerkleinerung erzeugt werden. Die Suspension wird mit dem frischen, noch wenig zerkleinerten Eintrag vom Rotor 2 im radial inneren Bereich angesaugt, wodurch längs der Mittellinie des Rotors eine durch Pfeile 9 angedeutete Abwärtsströmung entsteht. Infolge der Pumpwirkung des Rotors wird die Suspension radial nach außen gefördert und gelangt dadurch zu den Trennelementen 6. Diese sorgen dafür, dass der noch grobe Anteil des Inhaltes nach oben gelenkt (Pfeil 10) und wieder angesaugt wird, um schnell erneut in den Rotorbereich zu gelangen. Andere Anteile (Pfeil 11) können die primäre Kammer 4 durch die Öffnungen 7 bzw. 7' verlassen und in die sekundäre Kammer 5 gelangen. Dort bewegen sie sich langsamer (Pfeil 11') nach oben und fließen nach einer gewissen Verweilzeit durch eine hier als Überlauf geschaffene Verbindung 8 wieder in die primäre Kammer 4 zurück (Pfeil 11"). Dieser Rückfluss kann, wie hier gezeichnet, durch Überfließen der Trennelemente 6 erfolgen und/oder über den oberen Teil der Zwischenräume benachbarter Trennelemente und/oder durch entsprechend positionierte Öffnungen in den Trennelementen 6 (hier nicht gezeichnet). Während der Verweilzeit dringt das Wasser in den schon weitgehend als Papierfetzen vorliegenden Rohstoff, was dazu führt, dass sich die Bindungskräfte verringern und so die Auflösbarkeit des Papiers verbessert.

Somit verbindet der erfindungsgemäße Stofflöser energiesparendes Einweichen und notwendiges Zerkleinern, also Auflösung, in einer einzigen Vorrichtung. Die eingetragenen Bestandteile werden individuell entsprechend ihrem jeweiligen Auflösezustand bearbeitet.

Papierstoffteile, die für die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge genügend zerkleinert sind, können - beim hier gezeigten Beispiel - durch ein Siebblech 12 den Behälter 1 verlassen und in einer wässrigen faserstoffhaltigen Suspension P abgeführt werden. Das Auflöseverfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Stofflöser sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden. Das Siebblech 12 ist nicht unbedingt erforderlich. Der Feststoffanteil in der Suspension P beträgt hier z. B. um die 3 bis 6 %. Bei höheren Stoffdichten sind am Rotor besondere Maßnahmen erforderlich, um den nötigen Umtrieb erzielen zu können. Hochkonsistenzrotoren für Feststoffanteile über 8 % haben zumeist eine Schraubwendel, die den Axialtransport unterstützt. Solche Maßnahmen sind an sich bekannt.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Stofflöser so ausgestattet ist, dass im Betrieb das Wasser W direkt in die sekundäre Kammer 5 gelangt. Zumindest tendenzmäßig lässt sich dann in der primären Kammer 4 eine höhere Stoffdichte halten als in der sekundären Kammer 5. Das dient der besseren Zerkleinerung einerseits und der schnelleren Quellung andererseits. Bei Hochkonsistenzstofflösern kann die sekundäre Kammer als Verdünnungskammer dienen, um eine pumpfähige Suspension herzustellen.

Zur Veranschaulichung zeigt die Fig. 2 den Stofflöser der Fig. 1 in Ansicht von oben. Dabei sind die Löcher des Siebblechs 12 nicht dargestellt. Mit Vorteil ist ein solcher Stofflöser zylindrisch aufgebaut, d. h. mit einem Behälter von kreisförmiger Grundfläche. Im allgemeinen ist die kreiszylindrische Form optimal. Gerade in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stofflösers dieser Art kann aber auch eine abweichende Form von Vorteil sein. Denkbar wäre auch ein symmetrisches Polygon oder eine ovale Form (siehe Fig. 4). Die Fig. 2 zeigt eine Anzahl von Trennelementen 6, die einen bogenförmigen Grundriss haben. Sie sind auf einem Kreis 17 angeordnet, wobei zwischen benachbarten Trennelementen 6 Zwischenräume frei bleiben, die als Öffnungen 7' die primäre Kammer 4 mit der sekundären Kammer 5 hydraulisch verbinden. An diesen Zwischenräumen sind benachbarte Trennelemente 6 gegeneinander versetzt, so dass sich im Betrieb Spülwirbel 14 auf Grund der Umfangsbewegung (Pfeil 13) der Suspension ausbilden können. Diese helfen, die Öffnungen 7' freizuhalten.

Die Fig. 3 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Stofflösers in Ansicht von oben. Man sieht wiederum bogenförmige Trennelemente 6, die auf einem Kreis 17 angeordnet sind. Da die Trennelemente 6 verständlicherweise großen Kräften ausgesetzt sind, werden sie hier durch Halter 15 und 16 an der Wandung 3 abgestützt. Der Eintrag des Papierstoffes S erfolgt in die primäre Kammer 4, so dass die Halter relativ wenig stören. Bei dem hier gezeigten Beispiel können die Öffnungen 7', die durch den Abstand benachbarter Trennelemente 6 entstehen, dadurch geändert werden, dass z. B. an einem Halter 15 eine Einstellung durch Verdrehen des Trennelementes 6 vorgenommen werden kann. Eventuell ist nur ein Teil des Trennelementes 6 verstellbar.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stofflösers. Dabei ist die primäre Kammer 4 im wesentlichen kreiszylindrisch gehalten, während die Wandung 3' des Behälters eine ovale Form hat. Auf diese Weise bildet sich eine sekundäre Kammer 5 aus mit einem entsprechend größeren Volumen, was bei Stoffen mit höheren Quellzeiten von Vorteil ist. Diese Spezialform wird zwar mit größerem Aufwand bei der Fertigung (schon wegen des hydraulischen Innendrucks) erkauft, ist aber platzsparend.

Wie die Fig. 5 zeigt, kann die Aufteilung des Stofflösers in die beiden Kammern auch mit Hilfe eines zusammenhängenden zylinderförmigen Trennelementes 6' erfolgen. Die Öffnungen 7 befinden sich im Bodenbereich und erfüllen die beschriebene Funktion. Die Verbindung 8 für den Rückfluss kann ein Überlauf über dem ganzen Umfang sein oder in Form von Einschnitten am oberen Rand des Trennelementes 6'. Ein solcher Stofflöser ist relativ einfach aufgebaut und stabil. Falls die Gefahr besteht, dass sich im Bodenbereich der primären Kammer zu viele Störstoffe anreichern, kann eine Grobstoff-Spülöffnung 18 eingebaut sein.

Das Beispiel der Fig. 6 zeigt einen Stofflöser, bei dem die beiden Kammern übereinander liegen. Als Trennelement 6" dient dann eine Trennplatte mit relativ großen Öffnungen 7", durch die der vorzerkleinerte Stoff aus der primären Kammer 4 in die sekundäre Kammer 5 gelangen kann. Die sekundäre Kammer 5 hat einen seitlich am Behälter 1 hochführenden Steigkanal 19, durch den der gequollene Stoff zurückfließen kann. Dieser Steigkanal führt mit Vorteil schräg nach oben, um die Umfangsbewegung des Stoffes in der sekundären Kammer 5 nutzen zu können. Das Siebblech 12 ist hier in die sekundäre Kammer 5 eingesetzt, führt also aus dieser die pumpfähige Suspension P ab. Zweckmäßigerweise wird das Siebblech 12 durch einen separaten Räumer 20 freigehalten, der auch durch seine Pumpwirkung den Rückfluss durch den Steigkanal 19 unterstützt. Dieser Räumer sitzt mit Vorteil auf derselben Welle wie der Rotor 2. Die Zugabe des zum Suspendieren vorgesehenen Wassers W erfolgt hier über einen Anschluss an die sekundäre Kammer 5. Der Anschluss kann mit Vorteil tangential sein.

Claims (16)

1. Stofflöser zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff (S) mit einem oben offenen Behälter (1) und mit mindestens einem im Bodenbereich des Behälters (1) angeordneten antreibbaren Rotor (2), der geeignet ist, im Behälter (1) einen Stoffumtrieb zu erzeugen und den eingetragenen Papierstoff zu zerkleinern und mit Wasser zu vermischen, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stofflöser eine primäre Kammer (4) und eine sekundäre Kammer (5) aufweist,
wobei diese Kammern durch Öffnungen (7, 7, 7") miteinander verbunden sind, welche so bemessen und angeordnet sind, dass sie nur den Anteil des Papierstoffes (S) von der primären Kammer (4) in die sekundäre Kammer (5) passieren lassen, der bereits auf ein bestimmtes Maß vorzerkleinert ist und
dass der Stofflöser mindestens eine weitere Verbindung (8) zum Rücklauf der Suspension aus der sekundären Kammer (5) in die primäre Kammer (4) aufweist.

2. Stofflöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine seitliche Wandung (3) mit zylindrischer Form hat.

3. Stofflöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine seitliche Wandung (3) mit ovaler Form hat.

4. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7, 7', 7") eine maximale Erstreckung von höchstens 300 mm haben.

5. Stofflöser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7, 7', 7") eine maximale Erstreckung von höchstens 100 mm haben.

6. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Öffnungen (7, 7', 7") verstellbar ist.

7. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) mit mindestens einem Trennelement (6, 6', 6") versehen ist, das sich senkrecht oder schräg nach oben erstreckt und das Innere des Behälters (1) in die primäre Kammer (4) und die sekundäre Kammer (5) teilt.

8. Stofflöser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (a) zwischen dem Trennelement (6, 6', 6") und von der seitlichen Wandung (3) größer ist als 5% der größten Behälterweite (D).

9. Stofflöser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (a) größer ist als 15% der minimalen Behälterweite (D).

10. Stofflöser nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (6, 6', 6") nicht über den Füllstand bei Betrieb des Stofflösers hinausragt.

11. Stofflöser nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Trennelemente (6) auf einer Kontur angeordnet sind, deren Form der des Behälters (1) entspricht, und dass zwischen ihnen jeweils ein Zwischenraum frei bleibt, der eine Öffnung (7') zur hydraulischen Verbindung der beiden Bereiche bildet.

12. Stofflöser nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume durch Drehen zumindest eines Teils des Trennelementes (6) veränderbar sind.

13. Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kammer (5) unterhalb der primären Kammer (4) angeordnet ist.

14. Stofflöser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Trennplatte als Trennelement (6") zwischen der primären Kammer (4) und der sekundären Kammer (5) aufweist, welche die Öffnungen (7") enthält und dass diese Öffnungen (7") im Wirkungsbereich des Rotors (2) liegen, so dass sie von ihm geräumt werden.

15. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der sekundären Kammer (5) mindestens 30% des Volumens der primären Kammer (4) beträgt.

16. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss für das zum Suspendieren vorgesehene Wasser (W) in die sekundäre Kammer (5) einmündet.