DE102008051729A1 - Entgasungsverfahren - Google Patents

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DE102008051729A1
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Wolfgang Mannes
Peter Respondek
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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/26De-aeration of paper stock

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Gas (4) aus einem Medium (2) 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 (4) auf Grund von Zentrigualkräften in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird. Dabei soll ein möglichst hoher Entgasungswirkungsgrad mit möglichst geringem Aufwand dadurch erreicht werden, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.

Description

  • 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.
  • 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.
  • Der größte Teil dieser Gase, die überwiegend von Luft gebildet werden, entweicht schnell. Dagegen müssen die Restgase oft aufwendig entfernt werden.
  • 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.
  • 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.
  • Die hierfür erforderlichen Vorrichtungen erfordern relativ hohe Zentrifugalkräfte im Bereich von 80–100 g, was mit hohem maschinenbaulichen Aufwand verbunden ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen möglichst hohen Entgasungswirkungsgrad mit möglichst geringem Aufwand zu gewährleisten.
  • 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.
  • 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.
  • Der für die Unterdruckerzeugung erforderliche Energie- und Investitionsaufwand wird durch die verbesserte Wirkung mehr als kompensiert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wegen des erhöhten Entgasungswirkungsgrades kann auch die Durchflussmenge erhöht werden.
  • 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.
  • Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wird die Faserstoffsuspension im Wesentlichen von Faserstoffen aus Sekundärrohstoffen, Holz oder Einjahrespflanzen und Wasser gebildet.
  • 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%.
  • Mit steigender Temperatur des zu entgasenden Mediums steigt auch der erforderliche Absolutdruck, wobei aber Kühleinrichtungen zur Kondensation der abgesaugten Dampfmenge erforderlich werden.
  • 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.
  • Dabei kann die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet sein, wobei das abgetrennte Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wird.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
  • 1: eine Entgasungsvorrichtung in Form einer Zentrifuge und
  • 2: in Form eines Zyklon.
  • 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.
  • Die hohe Stoffdichte des Dickstoffes hat bei der Stoffaufbereitung Vorteile hinsichtlich Sortierung.
  • 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.
  • Da das Prozesswasser relativ viel Luft enthält, muss dieses vor der Verdünnung oder die verdünnte Faserstoffsuspension in einer Entgasungsvorrichtung entgast werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Infolge der Zentrifugalkräfte legt sich die Flüssigkeit an die Innenwand des Rotors 8 an, wobei das darin enthaltene Gas zur Rotationsachse wandert.
  • In der Regel bildet sich zwischen Flüssigkeit und Gas eine Trennfläche.
  • Das Gas 4 wird über ein Entgasungsrohr 5 aus dem Achsbereich des Rotors 8 abgesaugt.
  • 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.
  • Der Auslauf 7 ist vorzugsweise tangential angebracht, so dass die Rotationsströmung des entgasten Mediums 2 zu einem Druckaufbau im Auslauf 7 führt.
  • Die Öffnungen 10 in der Zylinderwand des Rotors 8 sind so groß, dass sie nicht zu einer Sortierung des entgasten Mediums 2 führen.
  • Im Gegensatz hierzu zeigt 2 einen Zyklon zur Entgasung des Mediums 2.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Gegenzug kann die in der Entgasungsvorrichtung zu erzeugende Zentrifugal- bzw. Fliehkraft zur Abtrennung des Gases gesenkt werden.
  • Dies erlaubt es, den Radius zur Rotationsachse zu verringern und damit das Gehäuse zu verkleinern.
  • Durch den verbesserten Entgasungswirkungsgrad kann aber auch die Durchflussmenge gesteigert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004051327 [0005]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Entfernung von Gas (4) aus einem Medium (2) 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 (4) auf Grund von Zentrifugalkräften in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung weniger als 0,1 bar über dem Dampfdruck des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkräfte mindestens 5 mal so hoch, vorzugsweise mindestens 30 mal so hoch und insbesondere mindestens 50 mal so hoch wie die Gravitationskraft sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur in der Entgasungsvorrichtung unter 75°C, vorzugsweise unter 50°C, insbesondere unter 40°C liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet ist und das abgetrennte Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wird.
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