DE102006020629A1

DE102006020629A1 - Verfahren zur Dispergierung von Papierfaserstoffen

Info

Publication number: DE102006020629A1
Application number: DE200610020629
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dockal-Baur; Harald Selder
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-12-17
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Das Verfahren dient zur Dispergierung eines Papierfaserstoffes, bei dem vor der Dispergierung mit Hilfe einer Fraktioniervorrichtung (2) eine Grobfraktion (G) und eine Feinfraktion (F) gebildet wird. Dabei wird die Fraktionierung so durchgeführt, dass in der Grobfraktion (G) möglichst alle Fasern und in der Feinfraktion (F) möglichst nur die Feinstoffe enthalten sind. Durch das Verfahren wird die z. B. in einem Diperger (1) durchgeführte Dispergierung effektiver und ökonomischer. Auch das Gesamtverfahren kann insgesamt weniger aufwändig gestaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dispergierung von Papierfaserstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren der o.g. Art werden z.B. zur Qualitätsverbesserung von Faserstoffen eingesetzt, die aus Altpapier gewonnen wurden. Es ist bekannt, dass Papierfaserstoffe durch Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich verbessert werden können. Dazu wird ein hochkonsistenter Papierfaserstoff hergestellt, der zumeist einen Trockengehalt zwischen 15 und 35% aufweist. In vielen Fällen wird bei einer Temperatur dispergiert, die weit über der Umgebungstemperatur liegt. Disperger, die für solche Verfahren eingesetzt werden, haben eine hohe Energiedichte. Die Energie für die auf den Papierfaserstoff übertragene spezifische Arbeit mit 30 bis 200 kWh/t stellt einen wesentlichen Kostenfaktor für das Verfahren dar.

Durch das Eindicken wird ein beträchtlicher Teil des vorher noch im Faserstoff vorhandenen Wassers ausgepresst, wodurch erstens seine Viskosität bei der Dispergierung wesentlich ansteigt und zweitens gegebenenfalls weniger Wasser mit erwärmt werden muss. Eine verwendbare Maschine für die Eindickung ist die Schneckenpresse. Bei einer Schneckenpresse wird die Faserstoffsuspension zwischen einer Förderschnecke und einem diese umgebenden gelochten Mantel ausgepresst, wobei das Wasser durch die Löcher des Mantels austritt. Der dabei entstehende hochkonsistente Papierfaserstoff wird axial aus der Maschine ausgedrückt. Es kann aber auch mit einer Siebpresse entwässert werden, die bekanntlich ein oder zwei umlaufende Endlossiebe aufweist.

Aus der Publikation „Wochenblatt für Papierfabrikation", Heft 7/1978, Seiten 275 bis 277, ist ein Dispergierverfahren dieser Art bekannt, bei dem eine Siebpresse zur Eindickung verwendet wird, die den Feststoff vom Wasser (Filtrat) trennt. Der dabei unvermeidliche Feststoffverlust im Filtrat bleibt unter 5%.

Aus der DE 102 56 519 ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem eine Fraktionierung vor einer Dispergierung stattfindet. Dabei teilt die Fraktionierung in Kurzfasern und Langfasern auf. Die Langfaserfraktion wird eingedickt und dispergiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Dispergierung besonders effektiv und wirtschaftlich auszuführen ist.

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

Erfindungsgemäß wird die Fraktionierung so durchgeführt, dass möglichst alle Fasern in die Grobfraktion gelangen. Die Feinfraktion enthält dann wenig Fasern (auch wenig Kurzfasern), aber einen großen Teil der organischen und anorganischen Feinstoffe. Dabei sind Aufteilungen möglich und sinnvoll, bei denen z.B. bis zu 50% des im Einlauf zur Fraktionierung 3 zugeführten Feststoffes in die Feinfraktion F gelangen. Je nach Anforderungen und Rohstoffen können hierfür auch kleinere Werte eingestellt werden, insbesondere dann, wenn der Rohstoff einen geringen Feinstoffanteil aufweist. Andererseits ist auch ein Minimum an Feststoffen in der Feinfraktion F erforderlich, z.B. 5 bis 10%, damit nicht ein Filterprozess, sondern eine Fraktionierung ausgeführt wird. Der Anteil der Fasern wird in der Regel als Rückstand des Siebes R 100 nach Bauer-McNett ermittelt (Labor-Methode nach TAPPI Standard T 233). Feinstoffe fallen in derselben Analyse als Durchlauf des 100-mesh-Siebes an. Vorteilhaft ist eine Fraktionierung mit einer Waschvorrichtung oder einem entsprechend ausgestalteten und betriebenen Drucksortierer.

Wird die so gebildete Grobfraktion in einem an sich bekannten Disperger bearbeitet, hat das bedeutende Vorteile:

1. Die durch den Disperger geführte Feststoffmenge ist kleiner, wodurch die Aggregate zur Eindickung und Dispergierung ebenfalls kleiner und ihr Energieverbrauch geringer werden. Außerdem wird die Eindickung wegen des Fehlens schmieriger Stoffe leichter.
2. Die Feinstoffe mit ihrem schmierigen Verhalten fehlen bei der Dispergierung. Dadurch wird. bei gleicher Konsistenz die Faser-Faser-Reibung stärker, was zur Folge hat, dass die Fasern intensiver aktiviert werden (Wasserstoffbrückenbildung bei der Papierherstellung) und die Störstoffe (z.B. stickies) besser zerrieben werden. Da andererseits oft auch schon eine geringere Konsistenz bei der Dispergierung ausreicht, kann wiederum apparative Kapazität eingespart werden.
3. Auch abrasive Feinstoffe, wie z.B. Füllstoffe fehlen bei der Dispergierung. Die Standzeit der Dispergergarnituren verlängert sich.
4. Ein Einreiben von feinen Schmutzstoffen in den Faserstoff tritt beim Dispergieren nicht mehr auf. Der Stoff wird sauberer.
5. Im Gegensatz zur Dispergierung einer Langfaserfraktion (bei „klassischer Fraktionierung") werden mit dem neuen Verfahren alle Fasern, also auch die Kurzfasern, dispergiert.
6. Dient die Dispergierung als Vorbereitung einer nachfolgenden Flotation oder Wäsche, führt die verbesserte Ablösung von an den Fasern auftretenden Störstoffpartikeln zu einer höheren Reinheit des Gutstoffes.

Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1: Schema mit einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: eine Variante des Verfahrens.
In einer vereinfachten Darstellung zeigt die 1 ein Ausführungsbeispiel mit den wichtigsten Apparaturen, die man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden kann. Die z.B. in einem hier nicht gezeigten Stofflöser erzeugte Papierfaserstoffsuspension S1 wird durch einen Drucksortierer 6 und Dickstoffreiniger 7 geführt, wodurch grobe Störstoffe des Altpapiers entfernt werden. In Stofflösern hat die Suspension meist eine Konsistenz, also einen Feststoffgehalt zwischen 3 und 6%. Es sind aber auch Auflöseverfahren bekannt, bei denen ein Feststoffgehalt von über 12% eingestellt wird. Die genannten Trennvorrichtungen (Drucksortierer und Dickstoffreiniger) sind exemplarisch zu verstehen. Es sind diverse Möglichkeiten bekannt, um eine verschmutzte Papierfasersuspension so weit zu reinigen, dass sie in den hier beschriebenen folgenden Apparaten verarbeitet werden kann. Die gereinigte Papierfaserstoffsuspension S2 gelangt als nächstes in eine Fraktioniervorrichtung 2 zur Bildung einer Grobfraktion G und Feinfraktion F.
Durch Art der Fraktioniervorrichtung 2 und die Betriebsbedingungen bei der Fraktionierung lässt sich die Aufteilung des Faserstoffes in Grob- und Feinfraktion einstellen. Dabei sollen hier möglichst viele Fasern, seien sie nun kurz oder lang, in die Grobfraktion G gelangen und die Feinfraktion F im Wesentlichen organische und anorganische Feinstoffe enthalten, das sind insbesondere Faserfeinstoff, Füllstoffe sowie die auszusortierenden Schmutzstoffe. Eine solche spezielle Fraktionierung wird bei einer Verfahrensausführungsform gemäß 1 mit Hilfe einer Waschvorrichtung erreicht. Das Filtrat der Waschvorrichtung ist dann die Feinfraktion F. Solche Waschvorrichtungen für Faserstoffe sind bekannt. Sie dienen dazu, nicht nur das Wasser vom Feststoff zu trennen (Filter), sondern sollen auch den Feststoff selbst fraktionieren. Eine besonders geeignete technische Ausführungsform und die bevorzugten Parameter sind z.B. in der Patentschrift DE 30 05 681 beschrieben. Bei einer solchen Waschvorrichtung wird die auszuwaschende Suspension S zwischen einen undurchlässigen Zylinder 31 und ein durchlässiges umlaufendes Siebband 10 mit geringer Konsistenz turbulent eingespritzt. Der zwischen Siebband 10 und Zylinder 9 entwässerte und gewaschene Faserstoff wird anschließend als Grobfraktion G zur Eindickung und Dispergierung geführt. Es sind auch Vorrichtungen mit zwei umlaufenden Siebbändern bekannt, die hier zur Fraktionierung geeignet sind. Ein Beispiel zeigt die EP 0 341 913 .
Die Fraktionierung der Papierfaserstoffsuspension S2 lässt sich aber auch durch Verwendung eines Drucksortierers betreiben, was in dem Anlagenschema der 2 gezeigt ist. Die spezielle Fraktionierung mit einem Drucksortierer wird durch relativ geringe Konsistenz begünstigt und dadurch, dass für die Sieböffnungen relativ kleine Werte, also z.B. ca. 0,3 bis 0,8 mm Loch oder 0,1 bis 0,15 mm Schlitz, gewählt werden. Die Überlaufrate wäre relativ hoch, z.B. ca. 50%, wobei sich solche Werte auf den jeweiligen Feststoffgehalt der Suspension beziehen.
Bekanntlich kann man Fasern aber auch in Hydrozyklonen fraktionieren, wobei eine Konsistenz zwischen 0,3% und 0,7% besonders günstig ist.
Durch die sich nun anschließende Eindickvorrichtung 3 – hier eine Schneckenpresse 4 – wird aus der Grobfraktion G ein höherkonsistenter Papierfaserstoff S3 gebildet. Das abgepresste Wasser W1 kann mit Vorteil wieder zum Auflösen verwendet werden.
Anschließend erfolgt die Dispergierung des eingedickten Stoffes S3. Dieser wird über eine Zuführschnecke 11 zentral zwischen zwei relativ zueinander bewegte Dispergergarnituren geführt, zwischen denen er dispergiert wird und danach als homogener Faserstoff S4 aus dem Gehäuse des Dispergers 1 herausfällt. Der Rotor dieses Dispergers 1 wird durch den Dispergerantrieb 5 angetrieben. Der Faserstoff S4 kann danach, wenn erforderlich, durch eine hier nicht gezeichnete Flotation von Störstoffen gereinigt werden. Dadurch können gezielt die Störstoffe abgeschieden werden, die durch die Dispergierung von den Faern getrennt wurden. Die Flotation des dispergierten Faserstoffes S4 kann separat oder gemeinsam mit der Feinfraktion F erfolgen.
Wie bereits erwähnt, findet eine gute Dispergierung zumeist bei erhöhten Temperaturen statt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die hohe Stofftemperatur dadurch gewährleistet, dass unmittelbar in den Disperger 1 Dampf D durch eine Anzahl von Dampfleitungen, die hier nur angedeutet sind, eingespeist wird. Diese moderne Form der Stofferwärmung ist z.B. in der DE 197 12 653 A1 beschrieben. Sie hat neben dem drastisch reduzierten apparativen Aufwand den Vorteil von kurzen Verweilzeiten, was wiederum die Regelung der ganzen Anlage erleichtert. Eine andere Möglichkeit, den Stoff zu erwärmen, zeigt die Variante in 2. Dabei handelt es sich um eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der der hochkonsistente Papierfaserstoff S3 in eine Heizschnecke 12 eingeführt wird. Der erforderliche Dampf D wird durch eine Anzahl von Öffnungen in das Innere dieser Heizschnecke 12 eingeblasen. Auf Grund der technisch-physikalischen Verhältnisse muss in der Regel eine Verweilzeit von mehreren Minuten vorgesehen werden, bis der Stoff die erforderliche Temperatur hat und als aufgeheizter Papierfaserstoff S3' in den Disperger 1 geführt werden kann.
Es versteht sich, dass die in 2 beschriebene Aufheizung auch bei einer Anlage gemäß 1 möglich wäre und dass umgekehrt die in 1 gezeigte Fraktioniervorrichtung 2 auch in einer Anlage gemäß 2 verwendbar ist.

Claims

Verfahren zur Dispergierung eines Papierfaserstoffes mit folgenden Schritten: Bereitstellung einer wasserhaltigen Papierfaserstoffsuspension (S1); Fraktionierung der wasserhaltigen Papierfaserstoffsuspension (S1) in einer Fraktioniervorrichtung (2), wobei eine Grobfraktion (G) und eine Feinfraktion (F) gebildet wird, Eindickung und Dispergierung der Grobfraktion (G), dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so durchgeführt wird, dass in der Grobfraktion (G) Kurzfasern und Langfasern und dass in der Feinfraktion (F) Feinstoffe angereichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fraktioniervorrichtung (2) eine Waschvorrichtung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschvorrichtung bei einer Konsistenz zwischen 0,6 und 2%, vorzugsweise 0,8 bis 1,2%, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschvorrichtung mindestens ein umlaufendes endloses Siebband (10) aufweist, durch das die Trennung in Fraktionen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Waschvorrichtung eine Faserstoffschicht auf das Endlosband gebracht wird, deren Feststoff bezogenes Flächengewicht geringer ist als 150 g/m², vorzugsweise geringer als 100 g/m².
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebband (10) mit einer Geschwindigkeit umläuft, die zwischen 200 und 1500 Meter pro Minute, vorzugsweise 400 bis 1200 Meter pro Minute, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fraktioniervorrichtung (2) ein Drucksortierer verwendet wird, der mit mindestens einem Sieb (8) ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Sieb (8) Schlitze sind, die eine Schlitzweite zwischen 0,08 und 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,15 mm, haben.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Sieb (8) Löcher sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Sieb (8) Rundlöcher sind, die einen Durchmesser zwischen 0,1 mm und 2 mm haben, vorzugsweise 0,3 mm bis 1,0 mm.
Verfahren nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufkonsistenz in die Fraktioniervorrichtung (2) zwischen 0,6 und 3%, vorzugsweise 0,8 und 1,5%, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung zumindest teilweise in Hydrozyklonen bei einer Konsistenz zwischen 0,1 und 2%, vorzugsweise 0,3 bis 0,7%, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 50% des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 40% des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 30% des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 20% des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 20%.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 10%.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 5%.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dispergierte Faserstoff (S4) in einer Flotation von zumindest einem Teil der Störstoffe befreit wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotation gemeinsam mit der Feinfraktion (F) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotation getrennt von der Feinfraktion (F) durchgeführt wird.