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Die
Erfindung betrifft einen Reaktionsturm zum Behandeln von Faserstoffen.
Dabei geht es insbesondere um das Bleichen. Die Faserstoffe sind
im allgemeinen natürliche
Faserstoffe wie Zellstoff oder Holzschliff. Sie werden im allgemeinen
zum Herstellen von Papier oder Karton verwendet. Dem Reaktionsturm
werden die zu behandelnden Stoffe von oben zugeführt, ferner Chemikalien mit
Bleichmittel, und nach vollzogener Behandlung unten wieder abgezogen.
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Eine
bekannte Bauart solcher Reaktionstürme ist ein Bleichturm für die oxidative
Bleiche, das heißt
für die
Bleiche von Zellstoff, Holzstoff oder anderen Halbstoffen unter
Luftzutritt. Ein solcher Bleichturm ist zylindrisch. Er hat einen
Durchmesser von 3 bis 8 m. Im Auslassbereich befindet sich eine
Räumvorrichtung,
mit welcher der behandelte Stoff aus dem Bleichturm ausgetragen
wird. Die Bleiche erfolgt bei hoher Konsistenz des Faserstoffes.
Im Austragsbereich beträgt
sie 20 bis 50 Prozent Trockensubstanz, bezogen auf das gesamte Gut.
Die Kapazität liegt
z.B. bei rund 1000 Tonnen pro Tag an ofentrockenem Stoff (otro).
Das Bleichergebnis ist gut. Nachteilig ist jedoch, dass der ausgetragene,
krümelförmige Stoff
bezüglich
seines Wassergehaltes und des Bleichergebnisses ungleichmäßig ist.
Deswegen ist eine Nachverdünnungsbütte zur
Stoffdichteegalisierung notwendig, ferner eine anschließende Stoffdichte-Regelung.
Auch ist die Räumvorrichtung – ein Schaufelräumer – kein Standardbauteil
und somit teuer in der Herstellung. Die Abdichtung zwischen der
Räumvorrichtung
und dem umgebenden Trog ist aufwendig.
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Eine
weitere bekannte Bauart eines Bleichturmes ist ebenfalls von zylindrischer
oder leicht konischer Gestalt. Der Zylinder umfasst eine obere Bleichzone
und eine nachgeschaltete Rührzone. Auch
dieser Bleichturm arbeitet bei hoher Konsistenz des Stoffes. Die
Stoffdichte im Austrag beträgt
allerdings nur noch ca. 5 bis 8 Prozent, je nach Verdünnung. Der
spezifische Energiebedarf liegt in einem mittleren Bereich. Er liegt
in der Größenordnung
von 120 kW bei einem Durchsatz von 400 Tonnen pro Tag.
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Eine
weitere Bauart (z.B. nach
DE
198 26 879 ) umfasst einen Bleichturm mit einem zylindrischen
Teil, an den sich ein konischer, sich nach unten verjüngenden
Teil anschließt.
Dort ist ein seitlich angebrachter Rotor vorgesehen. Der behandelte
Stoff wird bei einer Konsistenz von ca. 5 Prozent durch ein Siebblech
hindurchgeführt
und sodann ausgetragen. In der Regel ist eine Bütte zur Nachverdünnung mit Stoffdichteegalisierung
und anschließender
Stoffdichteregelung notwendig.
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In
der DE 35 22 395-C1 wird ebenfalls ein Dickstoff-Lagerturm mit einem
zylindrischen Oberteil, konischem Übergangsbereich und zylindrischem
Unterteil („Stofflöserteil") beschrieben. Dabei
wird über eine
Leitung Verdünnungswasser
in den Stofflöserteil zugeführt. Bei
einem anderen Bleichturm, bekannt aus
DE 102 39 64 A wird der Stoff zwischen Dickstoff- und
Dünnstoffbereich
durch eine Kombination von sich drehenden wasserzuführenden
Düsen und
rotierenden Verteilerarmen in Bewegung gehalten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktionsturm zum Behandeln,
insbesondere zum Bleichen von Faserstoffen, anzugeben, womit sich
die folgenden Teilaufgaben erfüllen
lassen:
- – Die
Verweilzeit des zu behandelnden Gutes soll sich auf einen bestimmten
Wert einstellen lassen.
- – Es
soll oxidativ gearbeitet werden können, das heißt Luftzutritt
möglich
sein.
- – Eine
nachgeschaltete Verdünnungseinrichtung mit
Egalisiervorrichtung und Stoffdichteregelung soll nicht notwendig
sein.
- – Das
behandelte Gut im Austrag soll von gleichmäßigem Behandlungszustand und
gleichmäßiger Stoffdichte
sein.
- – Der
Energiebedarf soll minimal sein.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Demgemäß ist ein
erfindungsgemäßer Reaktionsturm
wie folgt aufgebaut:
- – Er umfasst – von oben
nach unten gesehen und flussmäßig hintereinander
geschaltet – einen
Reaktionsbehälter,
einen Verdünnungsbehälter, dessen
Querschnitt sich Strömungsrichtung
verjüngt, und
einen Homogenisierbehälter.
- – Der
Reaktionsbehälter
ist zweckmäßigerweise zylindrisch
gestaltet, der Verdünnungsbehälter kegelstumpfförmig, und
der Homogenisierbehälter
wiederum zylindrisch.
- – Im Übergangsbereich
vom Reaktionsbehälter zum
Verdünnungsbehälter befinden
sich um den gesamten Umfang des Reaktionsturmes gleichmäßig verteilt
angeordnete Anschlüsse
zum Zuführen
von Verdünnungsflüssigkeit – im allgemeinen
Wasser. Die Anschlüsse
können
aus Bohrungen oder Düsen
bestehen. Damit lässt
sich Verdünnungsflüssigkeit
am Ende des Reaktionsbehälters
in das dort behandelte Gut einleiten. Die Verdünnungsflüssigkeit kann beispielsweise
in Gestalt vieler Strahlen austreten. Die Strahlen können unter
hohem Druck austreten und damit einen gewissen Weg im Gut zurücklegen.
Sie können
auch derart gerichtet sein, dass sie an der Wand des Verdünnungsbehälters entlang
streichen. Es können
aber auch zahlreiche Rohrleitungen vorgesehen werden, die beispielsweise
radial von den Verdünnungswassereinlässen zum
Zentrum des Verdünnungsbehälters hin
laufen.
- – Der
Homogenisierbehälter
enthält
zweckmäßigerweise
eine mechanisch angetriebene, umlaufende Räum- oder Rührvorrichtung, die beispielsweise
am Randbereich umlaufende Schaufeln aufweist, oder einen Rotor mit
Rührflügeln, die quer
zur Strömungsrichtung
verlaufen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat
die folgenden Vorzüge,
gegenüber
Reaktionstürmen
gemäß dem Stande
der Technik:
- – Der Energieverbrauch ist
relativ gering.
- – Im
Reaktionsbehälter
wie auch im Verdünnungsbehälter entwickelt
sich eine gleichmäßige Pfropfenströmung des
Gutes, das eine Stoffdichte im Bereich von 20 bis 50 Prozent aufweisen
kann, unterstützt
durch den Ring, der aus Verdünnungsflüssigkeit
besteht, und der am stromaufwärtigen Ende
des Verdünnungsbehälters eingeleitet
wird.
- – Durch
die gleichmäßige Pfropfenströmung des Gutes
wird auch eine gleichmäßige und
berechenbare Reaktionszeit erzielt.
- – Die
Einzelprozesse, nämlich
das Behandeln des Gutes – vor
allem das Bleichen –,
das Verdünnen des
Gutes sowie dessen Homogenisieren und Durchmischen sind klar voneinander
getrennt, so dass auch auf das Geschehen in den einzelnen Behältern gezielt
Einfluss genommen werden kann.
- – Das
Gut ist am Ende des Homogenisierbehälters, das heißt am Austritt
aus dem Reaktionsturm, egalisiert, so dass stochastische Stoffdichteschwankungen
minimiert werden.
- – Auf
eine Nachverdünnungsbütte zur
Stoffdichteegalisierung und zum Einstellen einer im Gut gleichmäßigen Stoffdichte
kann verzichtet werden.
- – Die
Anlage ist flexibel bezüglich
des Durchsatzes, das heißt
sie lässt
sich je nach Bedarf mit einer kleineren oder größeren Menge zu behandelnden
Gutes beschicken; außerdem
lässt sich die
Anlage relativ leicht vergrößern.
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Die
Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist ein Reaktionsturm
in schematischer perspektivischer Ansicht gezeigt.
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Der
Reaktionsturm weist einen Reaktionsbehälter 1 auf. Dieser
ist mit einem Einlass 2 für zu behandelndes faserstoffhaltiges
Gut versehen, ferner mit einem Einlass 3 für ein Bleichmittel.
Der Reaktionsbehälter 1 ist
bei diesem Beispiel zum Zwecke der Oxidationsbleiche oben offen,
so dass Luft eintreten kann. Der Reaktionsbehälter 1 ist zylindrisch.
Er könnte
auch eine andere Gestalt haben, beispielsweise mehr oder minder
konisch mit Verjüngung
in Strömungsrichtung
gesehen, somit nach unten.
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An
den Reaktionsbehälter 1 schließt sich
ein Verdünnungsbehälter 4 an.
Dieser ist konisch und verjüngt
sich nach unten hin. Der große
Durchmesser des Verdünnungsbehälters 4 ist
wenigstens annähernd
gleich dem Durchmesser des Reaktionsbehälters 1.
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Wichtig
ist eine Vorrichtung 5 zum Einleiten von Verdünnungsflüssigkeit,
im vorliegenden Falle Wasser. Statt reinen Wassers kommen auch andere Flüssigkeiten
in Betracht, vor allem faserstoffhaltiges Wasser. Die Vorrichtung 5 umfasst
eine Vielzahl von Bohrungen 6. Die Bohrungen sind gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnet. Statt der Bohrungen kommen auch Düsen in Betracht,
beispielsweise in Form von Röhrchen,
die in den Innenraum des Turmes mehr oder minder weit hineinragen,
beispielsweise wenige Zentimeter oder sogar ein Dezimeter. Solche
Düsenröhrchen können sich
in einer Horizontalebene sowie radial auf das Zentrum des Turmes hin
erstrecken. Sie könnten
auch derart gerichtet sein, dass die austretenden Verdünnungswasserstrahlen
nach oben oder nach unten gerichtet sind. Es hat sich als besonders
zweckmäßig erwiesen,
einen Wasserring zu schaffen, der sich an der Turmwand als Gleitmedium
ausbildet. Dieser verhindert die Bildung von Brücken oder Totzonen des Krümelstoffes.
Hierdurch wird eine positive und gleichförmige Vorwärtsbewegung des Gutes in Strömungsrichtung
von oben nach unten erreicht, und zwar nicht nur stromabwärts von
der Einleitstelle des Verdünnungswassers,
also im Verdünnungsbehälter 4,
sondern auch bereits im Reaktionsbehälter 1.
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Die
Vorrichtung zum Einleiten von Verdünnungswasser hat aber noch
einen weiteren Sinn: Durch entsprechendes Dosieren des Verdünnungswassers
lässt sich
eine Vorverdünnung
des Gutes erzielen, womit die Stoffdichte am Auslass aus dem Reaktionsturm
auf einen exakten Wert einstellbar ist.
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An
das untere Ende des Verdünnungsbehälters 4 ist
ein Homogenisierbehälter 7 angeschlossen. Dieser
ist im vorliegenden Falle zylindrisch. Das obere Ende des Homogenisierbehälters 7 hat
etwa denselben Durchmesser, wie das untere Ende des Verdünnungsbehälters 4.
Der Homogenisierbehälter 7 könnte auch
eine vom Zylinder abweichende Form haben, beispielsweise ebenfalls
leicht konisch sein. Dabei könnte
sich der Konus auch nach unten erweitern, somit dann im Gegensatz
zum Verdünnungsbehälter 4.
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Am
oberen Ende des Homogenisierbehälters 7 befindet
sich ein Sortiersieb, beispielsweise ein Loch- oder Schlitzblech 8.
Oberhalb des Sortiersiebes 8 sitzt auf einer vertikalen,
zur Turmachse konzentrischen Welle ein Laufrad 9. Dieses
weist Flügel 10 auf.
Die Flügel 10 können gekrümmt sein,
so wie hier gezeigt. Sie streichen bei Betrieb über die obere Fläche des
Sortiersiebes 8 hinweg. Es können Vorkehrungen getroffen
sein, um ein Verspinnen zu vermeiden, beispielsweise ein pyramidenförmiger oder konischer
Aufsatz 11 im Zentrum des Laufrades 9. Das Laufrad 9 soll
die vorverdünnte
Stoffsuspension aufschlagen, mischen und Verstopfungen des Sortiersiebes 8 verhindern.
Dabei kann eine Drehzahlregelung vorgenommen werden, um ein optimales
Verhältnis
zwischen Mischergebnis und Energieaufwand einzustellen.
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Der
Homogenisierbehälter 7 ist
derart bemessen, dass genügend
Volumen zur Homogenisierung des Stoffes verbleibt. Dieses Volumen
sollte eine Verweilzeit von 30 s bis 2 min haben, um Stoffdichteschwankungen
innerhalb dieser Zeitspanne ausgleichen zu können. Langwellige Stoffdichteschwankungen
können über eine
dem Reaktionsturm nachgeschaltete QIC-Regelung auszugleichen.
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Man
erkennt eine Welle 12, diese trägt das Laufrad 9,
aber auch Rührerflügel 13,
die in Horizontalebenen verlaufen. Außerdem sind an der Innenwand
des Homogenisierbehälters 7 feststehende Einbauten 14 („Stolperschwellen") vorgesehen.
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Es
bedarf keiner Abdichtung der Rotorwelle 12 gegen das Sortiersieb 8.
Am Sortiersieb werden einerseits Scherkräfte durch das Laufrad 9 aufgebracht,
um verdünnten
Krümelstoff
zu dispergieren und zu mischen, andererseits erfolgt eine Kalibrierung
der Faserstoffflocken mittels des Sortiersiebes 8. Anstelle
des Sortiersiebes 8 könnten
auch andere Einbauten verwendet werden, beispielsweise Wabenstrukturen
oder radial angelegte Stäbe,
die von der Wand auf einen Zentralring laufen.
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Der
Homogenisierbehälter
(7) weist einen Auslaß für behandeltes
Gut auf, im vorliegendem Falle für
gebleichten Faserstoff.
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- 1
- Reaktionsbehälter
- 2
- Einlaß für zu behandelndes
Gut
- 3
- Einlaß für Bleichmittel
- 4
- Verdünnungsbehälter
- 5
- Vorrichtung
zum Einleiten von Verdünnungswasser
- 6
- Bohrungen
- 7
- Homogenisierbehälter
- 8
- Sortiersieb
- 9
- Laufrad
- 10
- Flügel
- 11
- Aufsatz
- 12
- Welle
- 13
- Rührflügel
- 14
- Stolperschwellen
- 15
- Auslaß für behandeltes
Gut