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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Dosiersystems
zum Dosieren mindestens eines Hilfsstoffes in ein Siebwasser bei
der Papierherstellung, wobei als eine Regelgröße ein Messwert aus dem Siebwasser
genutzt und der Messwert in direkter Verbindung einer Regelungsvorrichtung
zugeleitet wird.
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Des
Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Regelungsvorrichtung
für ein
Dosiersystem zum Dosieren mindestens eines Hilfsstoffes in ein Siebwasser
bei der Papierherstellung, mit einem an einer Leitung des Siebwasserkreislaufs
angebrachten Messwertgeber zur Ermittlung mindestens einer Siebwasser-Regelgröße.
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Neben
Faserrohstoffen werden zur Papierherstellung Hilfs- und/oder Füllstoffe
benötigt.
Dies sind überwiegend
mineralische Stoffe, aber auch bestimmte Chemikalien. Diese braucht
man unter anderem um die Blattbildungseigenschaften auf einem Papiermaschinensieb
bzw. einer Siebpartie zu steuern. Über einen Einsatz dieser Stoffe
können
außerdem
die spezifischen Eigenschaften eines Papiers bestimmt werden, etwa
eine Weiße
oder eine Färbung
des Papiers und auch bestimmte funktionale Eigenschaften, wie etwa
eine Fettdichtigkeit oder eine Nassfestigkeit. Die natürlichen
Mineralien Kaolin, oder auch Porzellanerde genannt, und Kreide sind die
wichtigsten Füllstoffe.
Sie verleihen dem Papier eine geschlossene und gut bedruckbare Oberfläche. Sie
werden außerdem
eingesetzt, um Papier, Karton oder Pappe zu veredeln. Wird beispielsweise
eine Mischung aus Kaolin und Kreide in einer dünnen Schicht auf das Papier
aufgetragen, so erhält
das Papier mit diesem „Strich" noch mehr Glätte und
Oberflächenfestigkeit
und eignet sich dann besonders gut zum Bedrucken. Es hängt von
den gewünschten
Eigenschaften des Papiers ab, in welcher Zusammensetzung die verschiedenen
Hilfsstoffe eingesetzt werden.
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Um
einer übermäßigen Anreicherung
von Hilfsstoffen in einem Siebwasser zu entgehen, wird beispielsweise
rechtzeitig, d. h. lange bevor eine Beeinträchtigung der Produktion auftritt,
ein Teil des Siebwassers gegen sauberes Frischwasser ausgetauscht.
Das verbrauchte Siebwasser wird chemisch bzw. biologisch gereinigt
und als Abwasser in die Umwelt gegeben. Die wichtigsten Methoden
zur Messung der Qualität
des Siebwassers bzw. des Kreislaufwassers sind die Bestimmung des
Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB), des Total Organic Carbons (TOC)
und der Ladungsneutralisation durch Polyelektrolyt-Titration. Die
drei Methoden sind Labormessungen mit erheblichem Aufwand und Zeitbedarf,
sie können
daher nicht für
eine Regelung der Wasserqualität
eingesetzt werden. Die Labormessungen werden zur groben Kontrolle
der Qualität
des Siebwassers mit dem Ziel eingesetzt, eine Verschlechterung der
Produktion zu vermeiden und eine zu starke Belastung einer hauseigenen
Kläranlage mit
Störstoffen
zu verhindern.
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Aufgrund
dieser Lage ist es nicht oder nur sehr schwer möglich, die Qualität des Siebwassers zu
beeinflussen ohne dass sich Auswirkungen auf die Produktqualität ergeben.
Z. B. kann eine nachlassende Wirksamkeit eines Retentionsmittels
erst nach einer Labormessung erkannt werden. Des Weiteren kann beispielsweise
die nachlassende Wirksamkeit der Retentionsmittel dann erkannt werden,
wenn sich an einer Langsiebmaschine die "Wasserlinie", d. h. der Ort, an dem sich Wasser
und Faserstoff deutlich sichtbar voneinander trennen, verschiebt.
In der Regel wird dann versucht, über Dosierung der Retentionsmittel
die Linie auf den Ursprungsort zurückzuverlegen.
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In
WO 02/46525 A1 wird
ein Verfahren beschrieben, um einen Gehalt eines Hilfsstoffes bzw. Füllstoffes
in einem Siebwasser konstant zu halten. Bei diesem Verfahren wird
zum einen der Gehalt des Füllstoffes
am noch nassen bzw. fertigen Pa pier gemessen. Zum anderen wird die
Konzentration an Füllstoff
im Siebwasser gemessen. Das Siebwasser wird mit Füllstoff
bis zu einem vorgegebenen Kontrollwert angereichert, wobei Füllstoff
dann in Abhängigkeit
eines Vergleichs der gemessenen Konzentration mit dem Kontrollwert
zugegeben wird.
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DE 102 96 378 T5 offenbart
eine Regelung und/oder eine Steuerung einer Eigenschaft des Siebwassers,
wobei die Steuerung und/oder Regelung auf eine Dichtemessung oder
-bestimmung gegründet
ist.
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DE 698 17 407 T2 beschäftigt sich
mit der Steuerung der Papiereigenschaften, wobei über eine „Hilfsmessung" – wie die Messung der Siebwasser-Gesamtdichte
oder die Dichte des oberen, unteren, inneren oder äußeren Siebwassers
oder des Siebwasser-Aschegehalts – versucht wird, eine Aussage über die
Konzentration eines Hilfsstoffes im Siebwasser zu machen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Optimierung der Dosierung von Hilfsstoffen in ein Siebwasser
für die
Papierherstellung anzuge-ben, damit die Papierqualität konstant
auf einem hohen Niveau gehalten werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass mehrere Hilfsstoffe zudosiert werden, wobei eine Messung im
oder am Siebwasser derart durchgeführt wird, dass für jeden
Hilfsstoff ein zugehöriger
Messwert ermittelt wird. Dabei erfolgt das Zuleiten des Messwerts zur
Regelungsvorrichtung insbesondere online, automatisch und/oder in
Echtzeit, und/oder ohne manuelles Zutun. Vorteilig an der Erfindung
ist es, dass Probleme in der Wasserqualität früher erkannt werden, so dass
rechtzeitig Gegenmaßnahmen
ergriffen werden können.
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An
der Erfindung ist ferner vorteilhaft, dass mit der Regelung eine
hohe Siebwasserqualität
erzeugt wird und zudem eine gleich bleibende Siebwasserqualität erreicht
wird. Außerdem können so die
Hilfsstoffe im Wasser möglichst
niedrig gehalten werden und somit ein Überdosieren der kostenintensiven
Hilfsstoffe oder Nasschemikalien vermieden werden.
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Vorteilhaft
ist, dass der Messwert eine Information über die Konzentration des Hilfsstoffes
bzw. der Hilfsstoffe im Siebwasser enthält.
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Zweckmäßigerweise
wird der Messwert zwischen einer Siebpartie und einem Siebwasserturm ermittelt,
vorzugsweise in einer Leitung des Siebwassers zwischen der Siebpartie
und dem Siebwasserturm.
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Vorteilhafterweise
wird der Messwert als Gesamtkonzentration der Hilfsstoffe im Siebwasser
ermittelt.
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Vorzugsweise
wird bzw. werden der Messwert bzw. die Messwerte mittels einer IR-Spektroskopie
und/oder mit einer Hochdruckflüssigkeitschromatographie
und/oder mit einer Gaschromatographie ermittelt.
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Mit
Vorteil wird der Messwert als Regelgröße für einen Dosier-Regler und/oder
für einen
oder mehrere Hilfsstoff-Regler genutzt.
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Mit
Vorteil wird die Stellgröße des Hilfsstoff-Reglers
für eine
Dosier-Vorrichtung genutzt.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Durchflussmenge
einer Dickstoffzuführung
gemessen und das Ergebnis als eine externe Führungsgröße für mindestens einen der Hilfsstoff-Regler
genutzt wird.
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Mit
Vorteil wird die externe Führungsgröße mittels
eines Hilfsstoff-Faktors und der Stellgröße des Dosier-Reglers skaliert.
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Zweckmäßigerweise
wird mit dem Hilfsstoff-Faktor ein Mengen-Verhältnis
zwischen den unterschiedlichen Hilfsstoffen beschrieben.
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Mit
Vorteil wird die Dosiermenge eines Hilfsstoffes gemessen und als
Regelgröße für den jeweiligen
Hilfsstoff-Regler zurückgeführt.
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Eine
weitere Steigerung der Papierqualität wird dadurch erreicht, dass
die Hilfsstoffe an unterschiedlichen Orten im Siebwasser-Kreislauf
dosiert werden.
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Die
vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte
Regelungsvorrichtung dadurch gelöst,
dass eine Durchflussmenge einer Dickstoffzuführung als eine Führungsgröße, welche
mittels eines Hilfsstoff-Faktors und der Stellgröße eines Dosier-Reglers skaliert
ist, für
mindestens einen Hilfsstoff-Regler genutzt ist und die Siebwasser-Regelgröße als Regelgröße für den Dosier-Regler
genutzt ist.
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Vorzugsweise
ist die Siebwasser-Regelgröße ein Messwert
der Gesamtkonzentration der Hilfsstoffe im Siebwasser und/oder ein
Messwert der Leitfähigkeit
des Siebwassers und/oder ein Messwert der Farbe des Siebwassers.
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Mit
Vorteil ist mindestens eine Dosier-Vorrichtung durch die Stellgröße bzw.
Stellgrößen des/der
Hilfsstoff-Regler geregelt und eine jeweilige Dosiermenge der Dosier-Vorrichtung über mindestens
einen Dosiermengengeber als Regelgröße an den jeweiligen Hilfsstoff-Regler
geführt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist bzw. sind die Siebwasser-Regelgröße oder Siebwasser-Regelgrößen ein
Messwert bzw. mehrere Messwerte, welche mittels einer IR-Spektroskopie und/oder
mit einer Hochdruckflüssigkeitschromatographie
und/oder mit einer Gaschromatographie ermittelt ist bzw. sind.
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Zweckmäßig ist,
dass die Siebwasser-Regelgröße oder
Siebwasser-Regelgrößen als
Regelgröße bzw.
Regelgrößen für mindestens
einen Hilfsstoff-Regler hergerichtet ist bzw. sind und das die Stellgröße bzw.
Stellgrößen des/der
Hilfsstoff-Regler(s) für
eine Regelung mindestens einer Dosier-Vorrichtung hergerichtet ist
bzw. sind.
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Bevorzugte,
jedoch keinesfalls einschränkende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung
ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigt die
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1 schematisch
einen Siebwasserkreislauf einer Papierherstellungsanlage mit einem Drei-Komponenten-Dosiersystem
und eine überlagerte
Regelung hierfür,
und
die
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2 schematisch
einen Siebwasserkreislauf einer Papierherstellungsanlage mit einem Drei-Komponenten-Dosiersystem
und einer direkten Regelung hierfür.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Papierherstellungsanlage 1 mit einem Dreikomponenten-Dosiersystem 2.
Eine erste Dosiervorrichtung 3, eine zweite Dosiervorrichtung 4 und
eine dritte Dosiervorrichtung 5 sind über einen Siebwasserkreislauf 50 der
Papierherstellungsanlage 1 verteilt. Neben den Dosiervorrichtungen 3, 4, 5 weist
die Papierherstellungsanlage 1 zusätzlich eine Dickstoffzuführung 6 auf.
Die Dosiervorrichtungen 3, 4, 5 sowie
die Dickstoffzuführung 6 sind jeweils
mit einem Mengenmesser 7, 8, 9 und 10 ausgerüstet. Die
Mengenmesser 7, 8, 9 messen jeweils die
zudosierten Mengen der Hilfsstoffe 13, 14, 15. Die
Hilfsstoffe 13, 14, 15 werden dem Siebwasser 18 zudosiert.
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Mit
einem Dickstoffmengenmesser 10 wird die über die
Dickstoffzuführung 6 zugeführte Dickstoffmenge
gemessen. Über
eine Messeinrichtung 20 wird eine Messung am Siebwasser 18 vorgenommen.
Die Messeinrichtung 20 basiert auf einer summarisch erfassenden
Messmethode. Die Hilfsstoffe 13, 14 und 15 können somit über die
Messeinrichtung 20 als Gesamtkonzentration der Hilfsstoffe
im Siebwasser 18 oder als eine Leitfähigkeit des Siebwassers 18 oder
als eine Farbe des Siebwassers 18 ermittelt werden.
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Die über die
Dickstoffzuführung 6 zugeführte Menge
eines Dickstoffes wird mittels des Dickstoffmengenmessers 10 als
Messwert erfasst und als eine externe Führungsgröße 22 einer Regelungsvorrichtung 60 zur
Verfügung
gestellt. Die Regelungsvorrichtung 60 ist als eine überlagerte
Regelung aufgebaut. Ein erster Hilfsstoffregler 23, ein
zweiter Hilfsstoffregler 24 und ein dritter Hilfsstoffregler 25 werden
durch einen übergeordneten
Dosierregler 40 mit einer weiteren Führungsgröße versorgt. Der Dosierregler 40 erhält als Führungsgröße einen
fest vorgegebenen Wert und als Regelgröße den mittels der Messeinrichtung 20 summarisch
ermittelten Messwert.
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Die
Regelung ist als Proportionalitätsregelung
ausgeführt.
Die mittels dem Dickstoffmengenmesser 10 gemessene Dickstoffmenge 22 wird
mittels der Stellgröße des Dosierreglers 40 und
einem Hilfsstofffaktor 33, 34, 35 über eine
Multiplikationsstelle 36, 37, 38 als
die externe Führungsgröße 22 über Multiplikationsstellen 36, 37, 38 an
die einzelnen Hilfsstoffregler 23, 24, 25 geführt. Der
Multiplikator 36 skaliert mittels eines ersten Hilfsstofffaktors 33 der externen
Führungsgröße 22 und
der Stellgröße des Dosierreglers 40,
welchen zusätzlich
noch eine Min-Max-Vorgabe 46 zwischengeschaltet ist, die Führungsgröße für den Hilfsstoffregler 23.
Die Hilfsstofffaktoren 34 und 35 werden in gleicher
Art und Weise über
die externe Führungsgröße 22 und
dem Sollwert des Dosierreglers 40 als Führungsgröße für die Hilfsstoffregler 24 und 25 bereitgestellt.
Der Ausgang des Dosierreglers 40, also seine Stellgröße, geht
als jeweils durch die Hilfsstofffaktoren 33, 34, 35 angepasster
Korrekturwert an die einzelnen Hilfsstoffregler 23, 24, 25.
Das Siebwasser 18 bildet über eine Siebpartie 52 mit
einer Rohrleitung 51, welche die Siebpartie 52 mit
einem Siebwasserturm 53 verbindet, über einen Drucksortierer 54 und
einem Stoffauflaufkasten 55 den Siebwasserkreislauf 50.
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Der
Dosierregler 40 mit seinem fest vorgegebenen Sollwert,
der Regelgröße, welche
sich aus dem summarischen Messwert der Messeinrichtung 20 ergibt,
und die über
die Hilfsstoffregler 23, 24 und 25 geführte Stellgröße für die einzelnen
Dosiervorrichtungen 3, 4, 5, schließt den überlagerten
Regelkreis. Der auch als Proportionalitätsregler ausgeführte Hilfsstoffregler 25 wird
somit der Dosiervorrichtung 3 für den ersten Hilfsstoff 13 eine
Dosiervorgabe mitteilen und über
den ersten Mengenmesser 7 gleichzeitig kontrollieren, wie
viel von dem ersten Hilfsstoff 13 bereits zudosiert wurde.
Ist der vorgegebene Zuzudosierende Sollwert erreicht, wird der Hilfsstoffregler 25 seine
Sollwertvorgabe zu Null setzen und es wird kein weiterer Hilfsstoff 13 in
den Siebwasserkreislauf 50 zudosiert. In Analogie zum Zudosieren des
ersten Hilfsstoffes 13 über
die Dosiereinrichtung 3 wird für den zweiten Hilfsstoff 14 und
den dritten Hilfsstoff 15 im Zusammenhang mit dem Hilfsstoffregler 24 und
dem Hilfsstoffregler 23 ähnlich verfahren.
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Das
Dosiersystem 2 ist ein so genanntes dreiteiliges System,
es ist in der Lage dem Siebwasser 18 bzw. dem Siebwasserkreislauf 50 drei
unterschiedliche Komponenten bzw. Hilfsstoffe 13, 14, 15 zuzusetzen.
Je nach charakteristischer Anwendung können die Dosiervorrichtungen 3, 4, 5 an
verschiedenen Stellen des Siebwasserkreislaufes 50 untergebracht
sein. Die erste Dosiervorrichtung 3 ist vor dem Drucksortierer 54,
die zweite Dosiervorrichtung 4 ist nach dem Drucksortierer 54 und
die dritte Dosiervorrichtung 5 ist unmittelbar vor dem
Stoffauflaufkasten 55 angeordnet. Eine solche Anordnung
der Dosiervorrichtungen ergibt ein optimales Ergebnis der Verteilung
der Hilfsstoffe 13, 14, 15 im Siebwasserkreislauf 50.
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2 zeigt
die bereits aus 1 bekannte Papierherstellungsanlage 1 mit
dem Dosiersystem 2. Das Dosiersystem 2 ist ein
Dreikomponentendosiersystem mit einer ersten Dosiereinrichtung 3,
einer zweiten Dosiereinrichtung 4 und einer dritten Dosiereinrichtung 5.
Mittels der Dickstoffzuführung 6 wird der
Dickstoff, welcher u. a. Zellstoff oder Holzstoff enthalten kann,
dem Siebwasser 18 zugegeben. Das Dosiersystem 2 mit
seinen einzelnen Dosiervorrichtungen 3, 4, 5,
wird mit der Regelungsvorrichtung 60, welche die drei Hilfsstoffregler 23, 24 und 25 aufweist,
geregelt. Die drei Hilfsstoffregler 23, 24, 25 arbeiten
als drei einzelne Regelkreise, welche mit drei unterschiedlichen
Regelgrößen gespeist
werden. Die Regelgrößen werden
mittels der Messeinrichtung 20 erfasst.
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Mit
der Messeinrichtung 20 ist für jeden Hilfsstoff 13, 14, 15 ein
zugehöriger
Messwert ermittelbar. In der Messeinrichtung 20 sind drei
Messprinzipien vereinigt, eine IR-Spektroskopie, eine Hochdruckflüssigkeitschromatographie
und eine Gaschromatographie. Durch die Kombination unterschiedlicher Messprinzipien
in eine Messeinrichtung 20 lassen sich die drei getrennten
Hilfsstoffkonzentrationen als Messwerte im Siebwasser 18 ermitteln.
Im Siebwasser 18 kann also jeder Hilfsstoff 13, 14, 15 bzw.
jede Chemikalie für
sich identifiziert werden. Die daraus abgeleiteten Messwerte werden
direkt als Regelgröße auf die
Hilfsstoffregler 23, 24 und 25 geschaltet. Eine
Führungsgröße wird
den Hilfsstoffreglern 23, 24, 25 intern
vorgegeben.
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Die
Art und Anzahl der Hilfsstoffe bzw. der Nasschemikalien richtet
sich nach der Art des zu erzeugenden Papiers und der Qualität der Rohstoffe. Typische
Nasschemikalien, die sich über
eine Messung im Siebwasser direkt regeln lassen, sind:
Retentionsmittel,
das sind Hilfsstoffe zur Verknüpfung
von Langfasern, Feinfasern und Füllstoffen
zur Verbesserung der Ausbeute. Sie verbessern das Entwässerungsverhalten
von Papierstoff, z. B. PRAESTARET®K301L.
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Nassfestmittel
sind Stoffe, die die Nassreißfestigkeit
von Tissue, Handtuchkrepp und Filterpapieren erhöhen, wie z. B. Luresin®.
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Trockenverfestiger
sind Stoffe, die die Reißfestigkeit
im trockenen Zustand erhöhen.
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Entschäumer/Entlüfter sind
Schaumdämpfungsmittel,
die das Entstehen von Schaum verhindern oder mindern sollen. Der
Schaum bildet sich durch die Wechselwirkung von Füllstoffen
mit Harzleim und von Papierbrei mit Luft. Er wird durch die starke
Schließung
der Wasserkreisläufe
und durch höhere
Maschinengeschwindigkeiten hervorgerufen.
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Schleimbekämpfungsmittel,
das sind Biozide, die Mikroorganismen im Fabrikwasser töten oder ihre
Aktivitäten
hemmen. Dadurch werden Schleimablagerungen und unangenehme Gerüche sowie Korrosion
verhindert. Weiter sind im Einsatz Flammschutzmittel, Komplexbildner
und Flockungsmittel.