DE102009046033A1 - Degasification assembly for removing gas from e.g. fibrous material suspension that is utilized for producing paper, has turbine arranged in area of inlet of degasification device, where medium is guided before gas separation by turbine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Entgasungsanordnung 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 in einer Entgasungsvorrichtung der Entgasungsanordnung von dem Medium abgetrennt und mittels Unterdruck aus der Entgasungsvorrichtung abgeführt wird.The invention relates to a degassing arrangement for removing gas from a medium in the form of a pulp suspension, which is used to produce a paper, board, tissue or other fibrous web, or process water or a filtrate, which is used in the preparation of the pulp suspension is or is obtained, wherein the gas is separated in a degassing the degassing of the medium and discharged by means of negative pressure from the degassing.
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.In the preparation of the pulp suspension, especially when diluted with process water prepares the relatively high gas content problems, which affects the production and quality of the fibrous web.
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 und sehr aufwändig.The majority of these gases, which are predominantly formed by air, escape quickly. In contrast, the residual gases must often be removed consuming. The degassing is known via large degassing, in which by evacuation a constant negative pressure is maintained, which corresponds to the vapor pressure of the suspension to be degassed. This is effective but expensive and very expensive.
Daher gibt es inzwischen, wie in der
Die hierfür erforderlichen Vorrichtungen benötigen jedoch relativ viel Energie.The devices required for this, however, require a relatively large amount of energy.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Effizienz der Entgasung mit möglichst geringem Aufwand zu verbessern.The object of the invention is therefore to improve the efficiency of degassing with the least possible effort.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Medium vor der Gasabtrennung durch eine Turbine geführt wird.According to the invention the object has been achieved in that the medium is passed through a turbine prior to gas separation.
Die Turbine reduziert den Druck des zu entgasenden Mediums und erleichtert so die Gasabscheidung verbunden mit einem höhereren Wirkungsgrad.The turbine reduces the pressure of the medium to be degassed and thus facilitates gas separation combined with a higher efficiency.
Außerdem kann die dabei gewonnene Energie in Form elektrischer oder mechanischer Energie im Gesamtprozess genutzt werden.In addition, the energy gained can be used in the form of electrical or mechanical energy in the overall process.
Um den Raumbedarf möglichst gering zu halten und den Transport des Mediums zur Entgasungsvorrichtung nicht zu beeinträchtigen, sollte die Turbine im Bereich des Einlaufs der Entgasungsvorrichtung angeordnet sein.In order to keep the space requirement as low as possible and not to impair the transport of the medium to the degassing device, the turbine should be arranged in the region of the inlet of the degassing device.
Hierzu kann sie kurz vor dem Einlauf angeordnet oder in die Entgasungsvorrichtung integriert werden.For this purpose, it can be arranged shortly before the inlet or integrated into the degassing device.
Für die meisten Anwendungen, insbesondere bei der Entgasung von Prozesswasser hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Turbine so ausgelegt ist, dass sie den Druck des Mediums um 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 bar und/oder auf –0,1 bis –0,5, vorzugsweise auf –0,2 bis –0,4 bar reduziert.For most applications, especially in the degassing of process water, it has proven to be advantageous if the turbine is designed so that it can reduce the pressure of the medium by 0.2 to 0.8, preferably 0.4 to 0.6 bar and / or reduced to -0.1 to -0.5, preferably to -0.2 to -0.4 bar.
Um die Effizienz der Entgasung noch weiter zu steigern, sollte der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegen.In order to increase the efficiency of the degassing even further, the absolute pressure in the degassing device should be between the vapor pressure and twice the vapor pressure of the medium to be degassed at the corresponding process temperature.
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.It was recognized that the degassing efficiency can be significantly increased by means of a lower pressure in the degassing device. For example, a reduction of the pressure from 0.3 to 0.2 bar at a process temperature of 50 ° C to a reduction in the air content in the suspension after the degassing by a factor of 10.
Der für die Unterdruckerzeugung erforderliche Energie- und Investitionsaufwand wird durch die verbesserte Wirkung mehr als kompensiert.The energy and capital expenditure required for the vacuum generation is more than compensated for by the improved effect.
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.It should also be considered that the investment costs for the vacuum devices compared to the degassing relatively low and the efficiency of vacuum pumps is relatively high.
Des Weiteren kann durch die Turbine ein Teil der aufgewendeten Energie zurückgewonnen werden.Furthermore, part of the energy expended can be recovered by the turbine.
Da eine direkte Kopplung der Turbine mit einem Antrieb der Entgasungsvorrichtung verfahrenstechnisch sehr problematisch ist, sollte die gewonnene Energie ins elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden.Since a direct coupling of the turbine with a drive of the degassing is procedurally very problematic, the energy obtained should be fed into the electrical supply network.
Außerdem 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.Moreover, it is advantageous if the absolute pressure in the degassing device is less than 0.1 bar above the vapor pressure of the medium to be degassed at the corresponding process temperature.
Zur effektiven Unterstützung der Entgasung sollte die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet sein.For effective support of degassing, the degassing device should be designed as a cyclone or centrifuge.
Hierbei ergibt sich ein erfindungswesentlicher Vorteil dadurch, 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. In this case, an essential advantage of the invention results from the fact that the required centrifugal forces and thus the required rotational speed of the suspension or of the process water or filtrate in the degassing device can be reduced because of the lower absolute pressure in the degassing without significantly affecting the degassing efficiency compared to conventional degassing.
Hierzu sollten die Zentrifugalkräfte jedoch mindestens 5 mal so hoch, vorzugsweise mindestens 30 mal so hoch wie die Gravitationskraft sein.However, the centrifugal forces should be at least 5 times as high, preferably at least 30 times as high as the gravitational force.
Wegen dem erhöhten Entgasungswirkungsgrad kann auch die Durchflussmenge erhöht werden.Because of the increased degassing efficiency and the flow rate can be increased.
Die geringen Zentrifugalkräfte wie auch die erhöhte Durchflussmenge erlauben es, die Entgasungsanordnung wesentlich kleiner als bisher üblich auszuführen.The low centrifugal forces as well as the increased flow rate make it possible to perform the degassing much smaller than usual.
Die hierdurch eingesparten Kosten liegen weit über den zusätzlichen Kosten für die Unterdruckerzeugung.The saved costs are well above the additional costs for the vacuum generation.
Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wird die Faserstoffsuspension im Wesentlichen von Faserstoffen aus Sekundärrohstoffen, Holz oder Einjahrespflanzen und Wasser gebildet.In the production of fibrous webs, the pulp suspension is formed essentially of fibrous materials from secondary raw materials, wood or annual plants and water.
Das bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension hauptsächlich zu deren Verdünnung verwendete Prozesswasser stammt vorzugsweise aus der Aufbereitungsanlage der Faserstoffsuspension selbst, beispielsweise einer Schneckepresse oder einem anderen Eindicker und/oder dem Nassbereich der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, beispielsweise dem Former zur Blattbildung der Faserstoffbahn und hat eine Stoffdichte von wesentlich weniger als 1%.The process water used in the preparation of the pulp suspension mainly for their dilution preferably originates from the processing plant of the pulp suspension itself, for example a screw press or other thickener and / or the wet area of the machine for producing the fibrous web, for example, the former for sheet formation of the fibrous web and has a Consistency of substantially less than 1%.
Mit steigender Temperatur des zu entgasenden Mediums steigt auch der erforderliche Absolutdruck, wobei aber Kühleinrichtungen zur Kondensation der abgesaugten Dampfmenge erforderlich werden.With increasing temperature of the medium to be degassed and the required absolute pressure increases, but cooling means for the condensation of the sucked amount of steam are required.
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.Therefore, the invention results in particular advantages when the process temperature in the degassing device below 75 ° C, preferably below 50 ° C, in particular below 40 ° C.
Nach der Entgasung sollte das Medium durch eine Pumpe wieder auf einen für den nächsten Prozessschritt erforderlichen Druck erhöht werden.After degassing, the medium should be increased by a pump back to a pressure required for the next process step.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur ein Schema einer Entgasungsanordnung.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, the figure shows a schematic of a degassing arrangement.
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.In a very frequent application in the preparation of the pulp suspension, a thick material (pulp suspension of high consistency) is diluted with process water from the former of a paper machine. This process water still contains a relatively large amount of fiber and fines which are thereby recycled.
Die hohe Stoffdichte des Dickstoffs hat bei der Stoffaufbereitung Vorteile hinsichtlich des Energieverbrauchs.The high consistency of the thick stock has advantages in terms of energy consumption during stock preparation.
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.By dilution with the process water, the pulp suspension is brought in the constant part of the machine to a pulp density between 0.5 and 2%, usually about 1%, so that the pulp suspension receives the consistency required for the headbox of the paper machine.
Da das Prozesswasser relativ viel Luft enthält, muss dieses vor der Verdünnung oder die verdünnte Faserstoffsuspension in einer Entgasungsanordnung entgast werden.Since the process water contains a relatively large amount of air, it must be degassed before the dilution or the diluted pulp suspension in a degassing.
Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel wird das zu entgasende Medium
Zur Entgasung wird das Medium
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, d. h. sie können durch die Vergrößerung des Radius des Zentrifugiergutraums und die Erhöhung der Drehfrequenz vergrößert werden. Dadurch steigen allerdings auch die Kräfte auf den Rotor an.Centrifuges use the mass inertia in the centrifuging compartment for separating substances. Particles or higher density media migrate outward due to their higher inertia. In doing so, they displace the lower density components, which thereby reach the center. The centrifugal forces acting thereby depend on the distance to the axis of rotation and the rotational frequency, d. H. they can be increased by increasing the radius of the Zentrifugiergutraums and increasing the rotational frequency. However, this also increases the forces on the rotor.
Meist befindet sich dabei in einem feststehenden Gehäuse ein über eine Achse angetriebener zylindrischer Rotor. Der Innenraum dieses Rotors ist der Zentrifugiergutraum und wird über einen Einlauf mit dem zu entgasenden Medium
Um das zugegebene Medium
Infolge der Zentrifugalkräfte legt sich die Flüssigkeit an die Innenwand des Rotors an, wobei das darin enthaltene Gas
In der Regel bildet sich zwischen Flüssigkeit und Gas eine Trennfläche.As a rule, a separation surface forms between the liquid and the gas.
Das Gas
Im Bereich eines Auslaufs besitzt der Rotor Öffnungen, durch welche das Akzept in Form des entgasten Mediums
Im Gegensatz hierzu besteht ein Zyklon im Wesentlichen aus dem Einlaufzylinder, dem Kegelabschnitt und dem, mittig von oben in den Einlaufzylinder ragenden Entgasungsrohr. Dabei bilden der Einlaufzylinder und der Kegelabschnitt gleichzeitig das feststehende Gehäuse der Entgasungsvorrichtung
Im Einlaufzylinder wird das Medium
Das Gas
In beiden Fällen liegt der Absolutdruck der Luft im Innenraum des Rotors bzw. des Einlaufzylinders oder Kegelabschnitts zwischen dem Dampfdruck des zu entgasenden Mediums
Das zu entgasenden Medium
Der erforderliche Aufwand für die Absaugung der Luft über das Entgasungsrohr mit Hilfe der Vakuumpumpe
Im Gegenzug kann die in der Entgasungsvorrichtung
Dies erlaubt es den Radius zur Rotationsachse zu verringern und damit das Gehäuse zu verkleinern.This makes it possible to reduce the radius to the axis of rotation and thus to reduce the size of the housing.
Durch den verbesserten Entgasungswirkungsgrad kann aber auch die Durchflussmenge gesteigert werden, so dass diese bei ca. 50.000 l/min liegt.Due to the improved degassing efficiency but also the flow rate can be increased so that it is about 50,000 l / min.
Des Weiteren wird der Aufwand für die Unterdruckerzeugung mittels Vakuumpumpe
Der Druck des Mediums am Einlauf der Turbine
Damit sich bis zum Einlauf der Entgasungsvorrichtung
Bei dem hier gewählten Beispiel liegt der Druck des Mediums
Die von der Turbine
Nach der Entgasungsvorrichtung
Dabei liegt der Druck des Mediums nach der Pumpe
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