DE102011009792A1 - Method for cleaning contaminated fibers of waste paper, involves moving fibers to be cleaned with liquid, and bringing together solid-fluid mixture with air-liquid mixture - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Reinigung von Fasern. Beide können Anwendung finden in physikalischen Prozessen, die die Abtrennungen von Verunreinigungen von faserförmigen Feststoffpartikeln bewirken sollen und in denen die faserförmigen Feststoffpartikel sich mit Flüssigkeiten in einem Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch befinden. Dies kann z. B. in Anlagen zum Alt- bzw. Druckpapierrecycling der Fall sein, in denen sich in Wasservolumina verteilte Zellstofffasern befinden, die es von anhaftenden Druckfarbenpartikeln zu reinigen gilt.The invention relates to a method and an arrangement for cleaning fibers. Both may find application in physical processes intended to effect the separation of impurities from fibrous solid particles and in which the fibrous solid particles are in a liquid-solid mixture with liquids. This can be z. As in plants for waste or printing paper recycling be the case in which distributed in volumes of water pulp fibers are that it is to be cleaned of adhering ink particles.
Der Stand der Technik beim Reinigen der Zellulosefasern aufzubereitenden gebrauchten Papiers weist eine Reihe von Lösungen auf, die sich des Flotierens der Fasern bedienen.The state of the art in the cleaning of used paper to be treated with cellulose fibers has a number of solutions which make use of the flooding of the fibers.
Der wesentliche Schritt zur Aufbereitung von Altpapier zur Wiederverwendung besteht darin, die Druckfarben möglichst weitgehend zu entfernen. Beim konventionellen Flotationsreinigen werden die Fasern des Altpapiers durch den Einsatz von alkalischen Stoffen zum Quellen gebracht, wodurch die Ablösung der Druckfarbe ermöglicht wird. Hydrophobe Druckfarbenteilchen lassen sich aus der Suspension von Fasern, Füllstoffen und Druckfarben durch ein in-situ gefälltes Fettsäuresalz sammeln und flotieren. Durch diesen konventionellen Prozess, umfassend Aufschlagen des Papiers, Sortierung, Flotation unter alkalischen Bedingungen und gegebenenfalls eine Nachflotation kann hydrophobe Druckfarbe meist befriedigend entfernt werden.The essential step in processing recovered paper for reuse is to remove the printing inks as much as possible. In conventional flotation cleaning, the fibers of the waste paper are swelled by the use of alkaline substances, which makes it possible to detach the printing ink. Hydrophobic ink particles can be collected and floated from the suspension of fibers, fillers and inks by an in situ precipitated fatty acid salt. By means of this conventional process, comprising whipping the paper, sorting, flotation under alkaline conditions and, if appropriate, subsequent flotation, hydrophobic printing ink can usually be satisfactorily removed.
Wasserlösliche Druckfarben, wie Flexodruckfarben und Inkjet-Druckfarben, die oft durch Sulfonierung hydrophilierte sehr kleine Farbpigmente enthalten, lassen sich durch konventionelles Flotationsdeinking dagegen nicht oder wenig befriedigend abtrennen. Der an sich hochwertige Rohstoff Büroaltpapier wird so zum Problemstoff, denn er ist selbst für graphisches Papier mit dem niedrigsten Weißgehalt, Zeitungspapier, zu dunkel. Die gelösten Druckfarben verschmutzen zudem den Wasserkreislauf. Zwar lassen sich derartige wasserlösliche Farben und hydrophilierte Farbpigmente durch eine Wäsche des Altpapiers abtrennen – gleichzeitig werden allerdings auch die Füllstoffe mit entfernt, so dass die Ausbeute dieses Reinigungsprozesses auf Werte um/unter 70% absinkt.Water-soluble printing inks, such as flexographic printing inks and inkjet inks, which often contain hydrophilized very small color pigments by means of sulfonation, can not be removed satisfactorily by conventional flotation deinking. The high-quality raw material office paper becomes a problem because it is too dark even for graphic paper with the lowest white content, newsprint. The dissolved inks also pollute the water cycle. Although such water-soluble inks and hydrophilized color pigments can be separated by washing the waste paper - at the same time, however, the fillers are also removed, so that the yield of this cleaning process drops to values of less than 70%.
In der Patentliteratur vorgeschlagene Lösungen sollen diese Reinigungsverfahren verbessern.Solutions proposed in the patent literature are intended to improve these purification methods.
So wird z. B. in der deutschen Druckschrift
Auch in der
Dabei soll eine zuverlässige und effektive Entfernung von Störstoffen auch bei relativ hohen Stoffdichten dadurch ermöglicht werden, dass in den Strömungskanal mehrere Düsen zur Zuführung von Faserstoffsuspensions-Teilströmen münden.In this case, a reliable and effective removal of contaminants should be made possible even at relatively high material densities, that in the flow channel several nozzles for supplying pulp suspension partial flows open.
Auch die in der Druckschrift
Wesentlicher Nachteil dieser Lösungen ist ein hoher technischer Realisierungsaufwand dieser Deinking-Anlagen, der hohe Herstellungs- und Montage- sowie Wartungskosten nach sich zieht, wobei die Reinigungsqualität nach wie vor unbefriedigend ist, da erfahrungsgemäß nur ein Reinigungsgrad erreicht wird, der einer Weißgradsteigerung um drei Grad entspricht.The main disadvantage of these solutions is a high level of technical implementation of this deinking systems, the high manufacturing and assembly and maintenance costs entails, the quality of cleaning is still unsatisfactory, since experience has shown that only a degree of purification is achieved, the whiteness increase by three degrees equivalent.
Aus diesem Nachteil der Lösungen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die gewünschte Reinigung von Fasern von unerwünschten Anhaftungen, z. B. Druckfarbenpartikeln u. Ä., mit deutlich verringertem technischen und ökonomischen Aufwand erreicht werden kann. Zusätzlich soll eine Anordnung entwickelt werden, mit der ein die vorgenannten Anforderungen erfüllendes Verfahren realisiert werden kann. Gleichzeitig sollen beide Erfindungen eine deutlich verbesserten Reinigungsgrad ermöglichen.From this disadvantage of the solutions of the prior art, the task arises to develop a method with which the desired cleaning of fibers from unwanted adhesions, for. B. ink particles u. Ä., Can be achieved with significantly reduced technical and economic effort. In addition, an arrangement is to be developed with which a method satisfying the aforementioned requirements can be realized. At the same time both inventions should allow a significantly improved degree of purification.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gelöst, das die Verfahrensschritte gemäß des Patentanspruches 1 beinhaltet. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung mit einer Anordnung gelöst, die entsprechend der Merkmale des Patentanspruches 8 aufgebaut ist. Die jeweiligen Unteransprüche 2 bis 7 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahrensendung. The object of the invention is achieved by a method which includes the method steps according to
Das Wesen der Verfahrenserfindung besteht dabei darin, dass das die zu reinigenden Fasern, vorzugsweise druckfarbenverunreinigte Zellulosefasern, mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, versetzt werden und als Feststoff-Wasser-Gemisch mit einem Luft-Wasser-Gemisch strömend zusammengeführt werden. Das Zusammenströmen des Luft-Wasser-Gemisches mit dem Feststoff-Wasser-Gemisch erfolgt mit stark unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Beim Zusammenprall der Teilchen der beiden Gemischströme findet eine Lösung der Verunreinigungen von den Oberflächen der Fasern statt.The essence of the process invention is that the fibers to be cleaned, preferably ink-contaminated cellulose fibers, with liquid, preferably water, are added and merged as a solid-water mixture with an air-water mixture flowing. The confluence of the air-water mixture with the solid-water mixture takes place with greatly different flow velocities. Upon collision of the particles of the two mixture streams, a solution of the contaminants from the surfaces of the fibers takes place.
Der Zusammenstrom-Prozess wird dabei so geführt, dass gleichzeitig eine deutliche Verdünnung des Wasser-Feststoff-Gemisches erfolgt und die gelösten Verunreinigungspartikel sich an den Luftblasen aus dem Luft-Wasser-Gemisch festsetzen.The coalescence process is carried out in such a way that at the same time a significant dilution of the water-solid mixture takes place and the dissolved impurity particles settle on the air bubbles from the air-water mixture.
Der Zusammenstrom-Prozess kann erfindungsgemäß in mehreren Varianten durchgeführt werden: Es ist möglich, die zusammenzuführenden Gemische im Gegenstrom, in gleicher Strömungsrichtung oder unter beliebigen Winkeln zusammenströmen zu lassen.According to the invention, the coalescence process can be carried out in several variants: it is possible to allow the mixtures to be brought together to flow together in countercurrent, in the same flow direction or at arbitrary angles.
Das mit dem Feststoff-Wasser-Gemisch zusammengeführte Luft-Wasser-Gemisch wird durch einem oder mehreren Misch-Systeme erzeugt, aus dem bzw. denen das luftblasenführende Luft-Wasser-Gemisch durch einen in den Systemen wirkenden Differenzdruck mit hoher Strömungsgeschwindigkeit austritt.The air-water mixture combined with the solid-water mixture is produced by one or more mixing systems from which the air-bubble-conveying air-water mixture exits through a high-velocity differential pressure acting in the systems.
Der beschriebene Strömungsprozess kann ohne weiteren apparativen Aufwand in Rohrleitungen einer Reinigungsanlage ablaufen. Hier erfolgen bereits Gemisch-Verdünnung, Faser-Verunreinigungs-Trennung sowie Bindung der Verunreinigungspartikel an Luftblasen, ohne dass dieser Trennungsprozess der Verunreinigungen von den Fasern besonderer Prozessgefäße bedarf.The flow process described can proceed without further expenditure on equipment in piping of a cleaning system. Here, already mixture-dilution, fiber-impurity separation and binding of the impurity particles to air bubbles, without this separation process of the impurities required by the fibers of special process vessels.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird eine Trennung von Faseranteil, verunreinigungsbelastetem Schaum aus den Luftblasen sowie Wasser vorgenommen.In a subsequent process step, a separation of fiber content, contamination-loaded foam from the air bubbles and water is carried out.
Erst zu dieser Trennung von Faseranteil, verunreinigungsbelastetem Schaum aus den Luftblasen sowie Wasser wird das Gemisch in einen bekannten Fraktionator geführt, wo der auf der Oberfläche entstehende Schaum, belastet mit Verunreinigung, von den Fasern getrennt wird.Only to this separation of fiber content, polluted foam from the bubbles and water, the mixture is passed into a known fractionator, where the resulting on the surface foam, contaminated with contamination, is separated from the fibers.
Das Wesen der Anordnungserfindung ist durch das Anordnungsschema einer Faserreinigungsanlage gekennzeichnet, die auf das Vorhandensein von Rohrleitungen mit einem oder mehreren darin angeordneten Misch-Systemen sowie einer oder mehreren, den Rohrleitungen nachgeschalteten, Fraktionatoren beschränkt ist.The nature of the array invention is characterized by the layout scheme of a fiber cleaning plant which is limited to the presence of piping having one or more mixing systems disposed therein and one or more fractionators downstream of the piping.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb einer ebenfalls erfindungsgemäßen Anordnung zeigt, dass es überraschenderweise möglich ist, unter Verzicht auf aufwendige Prozessapparate bekannter Anordnungen, bereits mit den einfachen Mitteln schlichter in Rohrleitungen integrierter Misch-Systeme und einfacher nachgeschalteter Fraktionatoren die gewünschte Reinigungswirkung auf verunreinigte Fasern auszuüben.The execution of the inventive method within a likewise inventive arrangement shows that it is surprisingly possible, waiving elaborate process apparatuses known arrangements, already exert the desired cleaning effect on contaminated fibers with the simple means simple in piping integrated mixing systems and simple downstream fractionators.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment.
Dabei zeigt die zugehörige Zeichnung ein Prinzipschema einer Anlage zur Altpapierfaserreinigung gemäß den Erfindungen.The accompanying drawing shows a schematic diagram of a plant for waste paper fiber cleaning according to the inventions.
Gemäß der Zeichnung weist die Anlage zur Altpapierfaserreinigung des Ausführungsbeispiels einen Filtratbehälter
Die genannten Elemente der Anlage zur Altpapierfaserreinigung sind mit Rohrleitungen
Mit Rohrleitung
With
Das Feststoff-Wasser-Gemisch wird mit einem Strömungsdurchsatz von 1560 l/min durch die Rohrleitung
Mit Rohrleitung
Von Rohrleitung
Ab Verzweigungspunkt
Am Verzweigungspunkt
Im Verzweigungspunkt
In der dem Vereinigungspunkt
Dieser Schaumanteil wird über Rohrleitung
Entscheidender Punkt des am vorliegenden Ausführungsbeispiel erläuterten Reinigungsverfahrens ist das Aufeinandertreffen des Feststoff-Wasser-Gemisches mit den verunreinigten Fasern mit dem Filtratwasser-Luft-Gemisch unter hoher Strömungsdifferenzgeschwindigkeit und der Anwesenheit einer hohen Anzahl feiner Luftblasen, das erst den überraschend auftretenden abrasierenden Reinigungseffekt hervorruft.Decisive point of the cleaning method explained in the present embodiment is the meeting of the solid-water mixture with the contaminated fibers with the filtrate water-air mixture at high flow differential speed and the presence of a large number of fine air bubbles, which only causes the surprisingly occurring abrasive cleaning effect.
Eine besonders vorteilhafte Wirkung des Verfahrens tritt ein, wenn die Strömungsrichtungen der aufeinandertreffenden Gemische stark voneinander abweichen. Der Idealfall ist beim vollständigen Gegeneinanderströmen der beiden Gemische gegeben.A particularly advantageous effect of the method occurs when the flow directions of the colliding mixtures differ greatly. The ideal case is given in the complete counterflow of the two mixtures.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine beispielhafte Anordnung in einer beispielhaften Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden. Die Erfindung schließt jedoch alle weiteren Anordnungen mit unterschiedlichen Prozessapparaten ein, bei denen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Faserreinigung vorgenommen wird.In the embodiment shown, an exemplary arrangement has been described in an exemplary application of the method according to the invention. However, the invention includes all other arrangements with different process apparatuses in which a fiber cleaning is carried out by means of the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Anordnung können in allen physikalischen Prozessen eingesetzt werden, bei denen Feststoffpartikel von anhaftenden Verunreinigungspartikeln durch Abtrennung und Übernahme der Verunreinigungspartikel mittels Luftblasen in einem Luft-Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch gereinigt werden.The method according to the invention and the arrangement according to the invention can be used in all physical processes in which solid particles of adhering impurity particles are purified by separation and takeover of the impurity particles by means of air bubbles in an air-solid-liquid mixture.
Mit ihrer Anwendung können sehr große Aufwandseinsparungen erreicht werden, in dem auf aufwendige Prozessgefäße zugunsten des Einbaus technisch unaufwendiger RV-Systemen in Transportrohrleitungen zur Luftblasenerzeugung verzichtet werden kann.With their application very large cost savings can be achieved in which can be dispensed with expensive process vessels in favor of the installation of technically inexpensive RV systems in transport pipes for air bubbles.
Vorzugsweise können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zur Reinigung von bedrucktem Altpapier in der Papierproduktion eingesetzt werden.Preferably, the inventive method and the inventive arrangement for cleaning of printed waste paper can be used in paper production.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Filtratbehälterfiltrate
- 22
- Stoffbehälterfuel tank
- 33
- Fraktionatorfractionator
- 44
- Schaumbrecherfoam breaker
- 55
- Mischsystemmixing system
- 66
- Pumpepump
- 77
- Pumpepump
- 88th
- Verzweigungspunktbranching point
- 99
- Verzweigungspunktbranching point
- 1111
- Rohrleitungpipeline
- 12 12
- Rohrleitungpipeline
- 1313
- Rohrleitungpipeline
- 1414
- Rohrleitungpipeline
- 1515
- Rohrleitungpipeline
- 1616
- Rohrleitungpipeline
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 112006002685 T5 [0006] DE 112006002685 T5 [0006]
- DE 102009006033 A1 [0007] DE 102009006033 A1 [0007]
- DE 69814014 T2 [0009] DE 69814014 T2 [0009]
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