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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Gas aus einem
Medium in Form einer Faserstoffsuspension, welche zur Herstellung
einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn
verwendet wird, oder von Prozesswasser oder eines Filtrats, welches
bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension verwendet wird oder
anfällt, wobei das Gas auf Grund von Zentrifugalkräften
in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird.
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Bei
der Aufbereitung der Faserstoffsuspension, insbesondere bei ihrer
Verdünnung mit Prozesswasser, bereitet der relativ hohe
Gasgehalt Probleme, was sich auf die Herstellung und Qualität
der Faserstoffbahn auswirkt.
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Der
größte Teil dieser Gase, die überwiegend
von Luft gebildet werden, entweicht schnell. Dagegen müssen
die Restgase oft aufwendig entfernt werden.
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Bekannt
ist die Entgasung über große Entgasungsbehälter,
in denen durch Evakuieren ein ständiger Unterdruck gehalten
wird, der dem Dampfdruck der zu entgasenden Suspension entspricht.
Dies ist wirksam aber teuer.
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Daher
gibt es inzwischen, wie in der
DE
10 2004 051 327 beschrieben, Lösungen, das Gas
mit Hilfe von Zentrifugalkräften abzutrennen. Das abgeschiedene
Gas wird über Vakuumeinrichtungen, welche üblicherweise
einen Unterdruck zwischen 0,5 und 0,8 bar erzeugen, abgesaugt.
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Die
hierfür erforderlichen Vorrichtungen erfordern relativ
hohe Zentrifugalkräfte im Bereich von 80–100 g,
was mit hohem maschinenbaulichen Aufwand verbunden ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen möglichst hohen
Entgasungswirkungsgrad mit möglichst geringem Aufwand zu
gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wurde
die Aufgabe dadurch gelöst, dass gleichzeitig relativ moderate
Zentrifugalkräfte auf das zu entgasende Medium einwirken
und der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck
und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der
entsprechenden Prozesstemperatur liegt. Je näher der Absolutdruck
dem Dampfdruck kommt, um so besser ist die Entgasung.
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Hierbei
wurde erkannt, dass über einen geringeren Druck in der
Entgasungsvorrichtung der Entgasungswirkungsgrad erheblich gesteigert
werden kann. Beispielsweise führte eine Verminderung des
Drucks von 0,3 auf 0,2 bar bei einer Prozesstemperatur von 50°C
zu einer Reduzierung des Luftgehalts in der Suspension nach der
Entgasungsvorrichtung um den Faktor 10.
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Der
für die Unterdruckerzeugung erforderliche Energie- und
Investitionsaufwand wird durch die verbesserte Wirkung mehr als
kompensiert.
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Dabei
ist auch zu berücksichtigen, dass die Investitionskosten
für die Vakuumeinrichtungen im Vergleich zur Entgasungsvorrichtung
relativ gering und der Wirkungsgrad von Vakuumpumpen relativ hoch
ist.
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Daher
ist es vorteilhaft, wenn der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung
weniger als 0,1 bar über dem Dampfdruck des zu entgasenden
Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
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Hinzu
kommt, dass die erforderlichen Zentrifugalkräfte und somit
auch die erforderliche Rotationsgeschwindigkeit der Suspension bzw.
des Prozesswassers oder Filtrats in der Entgasungsvorrichtung wegen
des geringeren Absolutdrucks in der Entgasungsvorrichtung ohne eine
wesentliche Beeinflussung des Entgasungswirkungsgrades gegenüber herkömmlichen
Entgasungsvorrichtungen vermindert werden können.
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Dabei
sollten die Zentrifugalkräfte mindestens 5 mal so hoch,
vorzugsweise mindestens 30 mal so hoch und insbesondere mindestens
50 mal so hoch wie die Gravitationskraft sein.
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Wegen
des erhöhten Entgasungswirkungsgrades kann auch die Durchflussmenge
erhöht werden.
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Die
geringeren Zentrifugalkräfte wie auch die erhöhte
Durchflussmenge erlauben es, die Entgasungsvorrichtungen wesentlich
kleiner als bisher üblich auszuführen. Die hierdurch
eingesparten Kosten liegen weit über den zusätzlichen
Kosten für die Unterdruckerzeugung.
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Bei
der Herstellung von Faserstoffbahnen wird die Faserstoffsuspension
im Wesentlichen von Faserstoffen aus Sekundärrohstoffen,
Holz oder Einjahrespflanzen und Wasser gebildet.
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Das
bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension hauptsächlich
zu deren Verdünnung verwendete Prozesswasser stammt vorzugsweise
aus der Aufbereitungsanlage der Faserstoffsuspension selbst, beispielsweise
einer Schneckenpresse oder einem anderen Eindicker und/oder dem
Nassbereich der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, beispielsweise
in Form von Siebwasser dem Former zur Blattbildung der Faserstoffbahn
und hat eine Stoffdichte von wesentlich weniger als 1%.
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Mit
steigender Temperatur des zu entgasenden Mediums steigt auch der
erforderliche Absolutdruck, wobei aber Kühleinrichtungen
zur Kondensation der abgesaugten Dampfmenge erforderlich werden.
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Daher
ergeben sich bei der Erfindung besondere Vorteile, wenn die Prozesstemperatur
in der Entgasungsvorrichtung unter 75°C, vorzugsweise unter
50°C, insbesondere unter 40°C liegt.
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Dabei
kann die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet
sein, wobei das abgetrennte Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt
wird.
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Nachfolgend
soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung
zeigt:
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1:
eine Entgasungsvorrichtung in Form einer Zentrifuge und
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2:
in Form eines Zyklon.
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Bei
einem sehr häufigen Anwendungsfall in der Aufbereitung
der Faserstoffsuspension wird ein Dickstoff (Faserstoffsuspension
hoher Stoffdichte) mit Prozesswasser aus dem Former einer Papiermaschine
verdünnt. Dieses Prozesswasser enthält noch relativ
viel Faser- und Feinstoffe, welche hierdurch einer Wiederverwendung
zugeführt werden.
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Die
hohe Stoffdichte des Dickstoffes hat bei der Stoffaufbereitung Vorteile
hinsichtlich Sortierung.
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Durch
die Verdünnung mit dem Prozesswasser wird die Faserstoffsuspension
im Konstantteil der Maschine auf eine Stoffdichte zwischen 0,5 und
2%, meist ca. 1% gebracht, so dass die Faserstoffsuspension die
für den Stoffauflauf der Papiermaschine erforderliche Konsistenz
erhält.
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Da
das Prozesswasser relativ viel Luft enthält, muss dieses
vor der Verdünnung oder die verdünnte Faserstoffsuspension
in einer Entgasungsvorrichtung entgast werden.
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Bei
der in 1 dargestellten Entgasungsvorrichtung handelt
es sich um eine Zentrifuge. Zentrifugen nutzen die Massenträgheit
im Zentrifugiergutraum zur Stofftrennung. Partikel oder Medien mit höherer
Dichte wandern aufgrund der höheren Trägheit nach
außen. Dabei verdrängen sie die Bestandteile mit
niedrigerer Dichte, die hierdurch zur Mitte gelangen. Die dabei
wirkenden Zentrifugalkräfte sind vom Abstand zur Drehachse
und der Drehfrequenz abhängig.
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Sie
können also durch die Vergrößerung des Radius
des Zentrifugiergutraums und die Erhöhung der Drehfrequenz
vergrößert werden. Dadurch steigen allerdings
auch die Kräfte auf den Rotor 8 an.
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Bei
der dargestellten Zentrifuge befindet sich in einem feststehenden
Gehäuse 1 ein über eine Achse 11 angetriebener
zylindrischer Rotor 8. Der Innenraum dieses Rotors 8 ist
der Zentrifugiergutraum und wird über einen Einlauf 6 mit
dem zu entgasenden Medium 2, hier Prozesswasser, insbesondere Siebwasser,
versorgt.
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Die
Antriebs-Achse 11 stimmt dabei mit der Zylinderachse des
Rotors 8 überein. Um das zugegebene Medium 2 ausreichend
beschleunigen zu können, besitzt der Rotor 8 hier
beispielhaft axial verlaufende Rippen 9.
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Infolge
der Zentrifugalkräfte legt sich die Flüssigkeit
an die Innenwand des Rotors 8 an, wobei das darin enthaltene
Gas zur Rotationsachse wandert.
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In
der Regel bildet sich zwischen Flüssigkeit und Gas eine
Trennfläche.
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Das
Gas 4 wird über ein Entgasungsrohr 5 aus
dem Achsbereich des Rotors 8 abgesaugt.
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Im
Bereich eines unteren Auslaufs 7 besitzt der Rotor 8 Öffnungen 10,
durch welche das Akzept 3 in Form des entgasten Mediums 2 in
den Auslauf 7 gelangen kann.
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Der
Auslauf 7 ist vorzugsweise tangential angebracht, so dass
die Rotationsströmung des entgasten Mediums 2 zu
einem Druckaufbau im Auslauf 7 führt.
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Die Öffnungen 10 in
der Zylinderwand des Rotors 8 sind so groß, dass
sie nicht zu einer Sortierung des entgasten Mediums 2 führen.
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Im
Gegensatz hierzu zeigt 2 einen Zyklon zur Entgasung
des Mediums 2.
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Ein
Zyklon besteht im Wesentlichen aus dem Einlaufzylinder 12,
dem Kegelabschnitt 13 und dem mittig von oben in den Einlaufzylinder 12 ragenden Entgasungsrohr 5.
Dabei bilden der Einlaufzylinder 12 und der Kegelabschnitt 13 gleichzeitig
das feststehende Gehäuse 1 der Entgasungsvorrichtung.
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Im
Einlaufzylinder 12 wird das zu entgasende Medium 2 durch
tangentiales Einblasen über einen Einlauf 6 auf
eine kreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung
des anschließenden Kegelabschnitts 13 nimmt die
Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass die Flüssigkeit
durch die Zentrifugal- bzw. Fliehkraft an die Kegelinnenwand gedrückt
wird.
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Das
Gas 4 wird aus der Kegelmitte über das Entgasungsrohr 5 abgesaugt,
während das Akzept 3 in Form des entgasten Mediums 2 die
Entgasungsvorrichtung über einen Auslauf 7 verlässt.
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In
beiden Fällen liegt der Absolutdruck der Luft im Innenraum
des Rotors 8 bzw. des Einlaufzylinders 12 oder
Kegelabschnitts 13 zwischen dem Dampfdruck des zu entgasenden
Mediums 2 bei Prozesstemperatur und dem Doppelten davon.
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Das
zu entgasende Medium 2 hat in den meisten Fällen
eine Temperatur zwischen 30 und 40°C, weshalb der Luftdruck
im Innenraum bei 30°C zwischen 0,04 und 0,08 bar und bei
40°C zwischen 0,07 und 0,15 bar liegt.
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Der
erforderliche Aufwand für die Absaugung der Luft über
das Entgasungsrohr 5 mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird von
der Steigerung der Entgasungseffizienz mehr als aufgewogen.
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Im
Gegenzug kann die in der Entgasungsvorrichtung zu erzeugende Zentrifugal-
bzw. Fliehkraft zur Abtrennung des Gases gesenkt werden.
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Dies
erlaubt es, den Radius zur Rotationsachse zu verringern und damit
das Gehäuse zu verkleinern.
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Durch
den verbesserten Entgasungswirkungsgrad kann aber auch die Durchflussmenge
gesteigert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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