DE102011083667A1

DE102011083667A1 - Benetzung von Fasermaterial

Info

Publication number: DE102011083667A1
Application number: DE102011083667A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Mielke; Stephan Wucherer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Benetzung von Fasermaterial mit zumindest einem Gehäuse, das zumindest eine verschließbare Öffnung aufweist, sowie mit einem Rotor zur Durchmischung des Gehäuseinhalts. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Benetzung von Fasermaterial mittels einer derartigen Vorrichtung. Zwecks Energie- und Kosteneinsparung bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität der erzeugten Fasersuspension wird vorgeschlagen, den Antrieb des Rotors der Vorrichtung mittels eines direkt verbauten Torquemotors zu realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Benetzung von Fasermaterial mit zumindest einem Gehäuse, das zumindest eine verschließbare Öffnung aufweist, sowie mit einem Rotor zur Durchmischung des Gehäuseinhalts. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Benetzung von Fasermaterial mittels einer derartigen Vorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren kommt insbesondere bei der Stoffaufbereitung in der Papierindustrie zum Einsatz. Prozessbedingt wird bei der industriellen Papierherstellung in der Stoffaufbereitung eine Stoffsuspension zumeist bestehend aus Fasermaterial, Wasser und Chemikalien benötigt. Aus dieser wird in nachgelagerten Prozessschritten das Papier erzeugt.
In der Stoffaufbereitung ist es die Aufgabe einer gattungsgemäßen Vorrichtung – eines sogenannten Pulpers – trockene Halbstoffe (Faserstoffe wie Zellstoff, Altpapier etc.) zumeist in Bündelform in Einzelfasern zu zerlegen und in einen pumpfähigen Zustand zu überführen. Unter Zugabe von Benetzungsflüssigkeit (gewöhnlich Wasser und z.T. Chemikalien) wird dabei mit einem wendel- bzw. schraubenförmigen Auflöserotor eine turbulente Strömung erzeugt. Der entstehende Sog sorgt dabei dafür, dass die Feststoffe unter die Flüssigkeit gezogen werden. Durch das Aufquellen der Fasern, das Sprengen der Wasserstoffbrücken sowie Prallwirkung und Stoffreibung wird der Faserverband in Einzelfasern zerlegt. Gleichzeitig werden enthaltene Fremdstoffe zerkleinert.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Pulpern wird der Rotor durch einen konventionellen Motor mittels Riemenscheibe angetrieben. Der Antrieb erfolgt dabei während des gesamten Auflöseprozesses einer Charge (Befüllen mit Benetzungsflüssigkeit, Materialeintrag, Stoffauflösen, Entleeren). Aufgrund der z.T. hohen Stoffdichte in der Suspension (bis zu 25 %) wäre das Anfahren eines gefüllten Pulpers (z.B. nach einer störungsbedingten Abschaltung) schwierig, wenn nicht gar unmöglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen zu überwinden.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Torquemotor zum Antrieb des Rotors aufweist.
Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Antrieb des Pulpers (bzw. des Rotors) mittels eines direkt verbauten Torquemotors (Hohl- oder Vollwellenmotor) realisiert. Dieser getriebelose Direktantrieb kann bei vergleichbarer Baugröße das notwendige Anfahrdrehmoment zur Verfügung stellen, um den gefüllten Pulper problemlos anzufahren. Diese Eigenschaft macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zunutze, bei dem der Torquemotor nur zum eigentlichen Durchmischen der Suspension zum Einsatz kommt und nicht schon während des Befüllens und Entleerens des Pulpers.
Hieraus ergeben sich wesentliche Vorteile wie

– eine Reduzierung der Energiekosten, da der Rotor nicht während des gesamten Prozesses angetrieben wird,
– eine geringere mechanische Beanspruchung durch reduzierte Laufzeiten und damit eine geringere Schädigung des teuren Fasermaterials,
– eine geringere Zerkleinerung von Fremdstoffen (z.B. im Altpapierbereich) und damit eine Erhöhung der Qualität des Endproduktes bzw. ein möglicher Entfall nachgelagerter Sortier- und Reinigungsstufen sowie
– eine Reduzierung der Instandhaltungskosten aufgrund des wartungsfreundlicheren Antriebskonzeptes.

In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung ist das Gehäuse der Vorrichtung luftdicht ausgeführt und die Öffnung luftdicht verschließbar, wobei die Vorrichtung Mittel zur Wechselwirkung des Gehäuses mit einem Unterdrucksystem aufweist. Damit können vorteilhafterweise bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vor, während und/oder nach Schritt b) die folgenden Schritte zumindest einmal durchgeführt werden:

d) Absenken des Drucks innerhalb des Gehäuses,
e) Entspannen des Drucks innerhalb des Gehäuses.

Dabei wird das Absenken des Drucks innerhalb des Benetzungspulpers mittels des Unterdrucksystems z.B. durch eine Vakuumpumpe oder andere Mittel, die einen Sog ausüben, erzielt. Die Entspannung des Drucks innerhalb des Mischgehäuses erfolgt auf Normaldruck (atmosphärischer Druck), ein Aufbau von Überdruck ist nicht erforderlich. Die Mittel zur Wechselwirkung zwischen Gehäuse und Unterdrucksystem weisen u.a. natürlich Rohre und Ventile auf.
Durch den sich im Benetzungspulper – ggf. zyklisch – verändernden Gasdruck wird die Luft zwischen den Zellulosefasern und auch die in den Einzelfasern entzogen. Anschließend expandieren aufgrund des Druckausgleichs die Einzelfasern zur vollständigen Wasseraufnahme (Innenbenetzung). Eine Benetzung von Fasermaterial unter Druckwechsel ist dabei grundsätzlich bereits bekannt, s. beispielsweise US-Patent 5 496 439 , EP-Patent 1 051 551 B1 oder die internationale Anmeldung WO 2009/149958 A1 . Hierdurch wird eine gegenüber einem konventionellen Auflöseprozess (ohne Druckwechsel) bessere Benetzung des Fasermaterials erreicht, wodurch die Auflösezeiten wesentlich reduziert werden und somit auch die o.g. Vorteile nochmals deutlich vergrößert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung das Unterdrucksystem als integralen Bestandteil auf. Hierdurch wird ein eigenständiger Druckwechsel-Pulper mit Torquemotor in kompakter Bauform ermöglicht, wobei beispielsweise bei den Mitteln zur Wechselwirkung Rohrlänge zwischen Gehäuse und Unterdrucksystem eingespart werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist dabei das Unterdrucksystem eine Wasserringpumpe zur Erzeugung von Unterdruck auf. Eine solche arbeitet effizient und hat sich vielfach bewährt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Die Figur zeigt:
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Benetzung von Fasermaterial 2, das sich zusammen mit einer Benetzungsflüssigkeit 10 zusammen in einem Gehäuse 3 befindet. Zum Befüllen und Entleeren des Gehäuses 3 ist zumindest eine Öffnung 4 vorgesehen. (Weitere Öffnungen beispielsweise unterhalb des Pulpers 1 zum Ablassen / Abpumpen der Suspension oder zur Zufuhr von Benetzungsflüssigkeit 10 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.)
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Pulper 1 zur Erzeugung von Druckwechseln im Gehäuse 3 Mittel 7 zur Wechselwirkung des Gehäuses 3 mit einem Unterdrucksystem 8 auf, in dem der Unterdruck beispielsweise durch eine Wasserringpumpe 9 erzeugt wird. Gehäuse 3 und Verschluss der Öffnung 4 sind hierbei luftdicht auszuführen.
Zur Durchmischung des Gehäuseinhalts 2, 10 ist ein Rotor 5 vorgesehen, der erfindungsgemäß durch einen Torquemotor 6 angetrieben wird. Mit einem derartigen getriebelosen Direktantrieb kann bei vergleichbarer Baugröße wie ein konventioneller Antrieb über z.B. Riemenscheiben ein genügend hohes Drehmoment erzeugt werden, dass der Rotor 5 auch bei befülltem Pulper 1 problemlos angefahren werden kann. Durch die somit verkürzten Laufzeiten des Rotors 5 / Antriebs 6, insbesondere in Kombination mit einem Unterdrucksystem 8 zur Erzeugung von Druckwechseln im Gehäuse 3, reduzieren sich die Auflösezeiten und damit auch die Energiekosten erheblich. Zudem wird das teure Fasermaterial 2 schonender behandelt und Fremdstoffe weniger zerkleinert, wodurch sie sich besser aussortieren lassen. Zusätzlich werden Instandhaltungskosten durch das wartungsfreundlichere Antriebskonzept eingespart.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Benetzung von Fasermaterial mit zumindest einem Gehäuse, das zumindest eine verschließbare Öffnung aufweist, sowie mit einem Rotor zur Durchmischung des Gehäuseinhalts. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Benetzung von Fasermaterial mittels einer derartigen Vorrichtung. Zwecks Energie- und Kosteneinsparung bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität der erzeugten Fasersuspension wird vorgeschlagen, den Antrieb des Rotors der Vorrichtung mittels eines direkt verbauten Torquemotors zu realisieren.
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

US 5496439 [0012]
EP 1051551 B1 [0012]
WO 2009/149958 A1 [0012]

Claims

Vorrichtung (1) zur Benetzung von Fasermaterial (2) mit zumindest einem Gehäuse (3), das zumindest eine verschließbare Öffnung (4) aufweist, sowie mit einem Rotor (5) zur Durchmischung des Gehäuseinhalts (2, 10), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Torquemotor (6) zum Antrieb des Rotors (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (3) luftdicht ausgeführt ist und die Öffnung (4) luftdicht verschließbar ist, wobei die Vorrichtung (1) Mittel (7) zur Wechselwirkung des Gehäuses (3) mit einem Unterdrucksystem (8) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (1) das Unterdrucksystem (8) als integralen Bestandteil aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Unterdrucksystem (8) eine Wasserringpumpe (9) zur Erzeugung von Unterdruck aufweist.
Verfahren zur Benetzung von Fasermaterial (2) mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest den folgenden Schritten: a) Einfüllen der Faserstoffe (2) in das Gehäuse (3) unter Zugabe von Benetzungsflüssigkeit (10), b) Durchmischung des Gehäuseinhalts (2, 10) unter Einsatz des Torquemotors (6), c) Ableiten des Gehäuseinhalts (2, 10).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei vor, während und/oder nach Schritt b) die folgenden Schritte zumindest einmal durchgeführt werden: d) Absenken des Drucks innerhalb des Gehäuses (3), e) Entspannen des Drucks innerhalb des Gehäuses (3).