-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern und Suspendieren von Faserrohstoffen in einem Behälter mit einem Rotor, in den neben den Faserrohstoffen auch Wasser eingeleitet und wenigstens eine Zirkulationsströmung erzeugt wird.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Stofflöser zum Zerkleinern und Suspendieren von Faserrohstoffen mit einem, eine Seitenwand und einen Boden aufweisenden Behälter, in dem der Faserrohstoff unter Zugabe von Wasser zerkleinert und suspendiert wird und sich ein Rotor befindet, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
-
Stofflöser werden hauptsächlich angewendet, um lufttrockenes Zellstoffmaterial oder Altpapier in Suspension zu bringen. Das eingetragene Material wird in großen Stücken, Bahnen oder gepressten Ballen mit Wasser intensiv vermischt, wozu in der Regel ein Misch- und Zerkleinerungsrotor eingesetzt wird. Ein Stofflöser besteht im Wesentlichen aus einem Behälter für die Suspension und dem genannten Rotor. In vielen Fällen enthält er auch ein Sieb im Bodenbereich, durch das die Suspension abgepumpt werden kann.
-
Verständlicherweise werden solche Stofflöser ständig optimiert, wobei im Wesentlichen eine schnelle und kraftwirtschaftliche Auflösung angestrebt wird. Als Standardtyp für einen Stofflöser hat sich ein senkrecht stehender zylindrischer Behälter mit einem Rotor im Bodenbereich durchgesetzt. In diesen Behälter wird Wasser und der aufzulösende Stoff von oben zugegeben und mit Hilfe des Rotors eine Trombenströmung in der Suspension erzeugt, bei der also im zentralen Bereich der Stoff vom Rotor nach unten angesaugt und im Bodenbereich radial nach außen gedrückt wird, wodurch sich eine Umtriebsströmung ergibt. Es sind auch Strömungsmaßnahmen bekannt, um diese Umtriebsströmung zu steuern. So wird z.B. durch entsprechende Strömungseinbauten (Strombrecher) an der Behälterwand die Umfangsströmung gebremst, da diese nur einen geringen Beitrag zur Auflösung bringt. Die Förderung des eigentlichen Umtriebs, d.h. der wiederholte Transport des aufzulösenden Stoffes in den Rotorbereich bringt dagegen eine Verbesserung des Effektes. Auch wird angestrebt, den frisch eingetragenen Stoff möglichst schnell in die Suspension einzuziehen. Aus diesen Gründen ist auch schon viel Entwicklung an den Rotoren und Behältern der Stofflöser betrieben worden.
-
In der
DE 196 01 497 A1 ist vorgeschlagen worden, den Behälter des Stofflösers eckig zu gestalten, um den Stoffeinzug zu verbessern. Eine weitere Verbesserung sollte die asymmetrische Anordnung des Rotors bewirken.
-
Einen anderen Versuch, Stofflöser dieser Art zu verbessern, zeigt die
DE 36 38 993 C2 . Demnach wird die Strömung der Suspension mit Hilfe eines seitlich angebrachten Rotors erzeugt. Auch die Schrägstellung der Rotorachse wurde schon durchgeführt, z.B. bei einem in der
DE 32 34 702 C2 gezeigten Stofflöser, bei dem ein relativ hoch gebauter Rotor einen spitzen Winkel gegen die Vertikale einnimmt.
-
Zur Verbesserung des Umtriebes sind auch schon unkonventionelle Wege beschritten worden, wie z.B. gemäß
DE 34 29 514 C2 , eine Mehrzahl von aufwändigen Rotoren innerhalb desselben Stofflösers.
-
Insbesondere wegen des hohen Energieverbrauchs können die Lösungen jedoch nicht befriedigen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher den Grad an Zerfaserung bei möglichst geringem Energieverbrauch zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Zirkulationsströmung von mehreren, in den Behälter gerichteten Fluidstrahlen erzeugt wird.
-
Dabei werden die zur Zerfaserung des Faserrohstoffs notwendigen Scherkräfte von dem Rotor und durch den großen Geschwindigkeitsgradienten zwischen den schnellen Fluidstrahlen und dem langsam bewegten Faserrohstoff hervorgerufen. Ein Teil der kinetischen Energie des Rotors und der Fluidstrahlen wird hierbei zur Erzeugung von Wirbelströmen im Behälter genutzt, welche die Durchmischung im Behälter unterstützen.
-
Hinsichtlich des Stofflösers ist wesentlich, dass am Boden und/oder an der Seitenwand Fluid-Düsen zur Erzeugung einer Zirkulationsströmung in der Suspension angeordnet sind.
-
Dabei kann es für die Zerkleinerung und Vermischung von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Teil der Fluidstrahlen von Druckluftstrahlen und/oder Wasserstrahlen gebildet wird, die von Fluid-Düsen auf den Faserrohstoff gerichtet werden.
-
Für die Erzeugung ausreichend großer Scherkräfte sollte hierzu zumindest ein Teil der Wasserstrahlen von Hochdruck-Wasserstrahlen gebildet werden, die mit einem Druck von über 80 bar, vorzugsweise über 100 bar aus entsprechenden Fluid-Düsen austreten.
-
Daneben kann es für die Steuerung der Stoffdichte der Suspension im Behälter vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Teil der Wasserstrahlen von Verdünnungs-Wasserstrahlen gebildet wird, die im Vergleich zu den Hochdruck-Wasserstrahlen mit geringem Druck aber höherer Durchflussmenge aus entsprechenden Fluid-Düsen austreten.
-
Zur Bildung entsprechend großer Zirkulationsströmungen sollte wenigstens ein Teil der Fluid-Düsen unterschiedlich ausgerichtet sein. Auf diese Weise können die Fluid-Düsen mit ihren Fluidstrahlen beispielsweise etwa tangential zu Wirbelströmen ausgerichtet werden und diese so verstärken.
-
Ergänzend ist es ebenso von Vorteil, wenn am Boden und/oder an der Seitenwand die Zirkulationsströmung beeinflussende Verdrängerkörper vorhanden sind. Diese Verdrängerkörper sorgen insbesondere dafür, dass möglichst viel Suspension die Fluid-Düsen passieren muss.
-
Die Abfuhr der Suspension aus dem Behälter kann wie bekannt über ein Sieb erfolgen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der entsprechende Ablauf nicht am Boden des Behälters sondern darüber an einer Seitenwand angeordnet ist, so dass große und schwere Rejekte nicht in diesen gelangen. Falls ein Sieb zum Einsatz kommt, so kann dieses über einen kleinen Rotor auf der Zulaufseite freigehalten werden. Alternativ oder ergänzend kann die Freihaltung des Siebes aber auch über Fluid-Strahlen erfolgen, die flach über die Zulaufseite des Siebes oder bei einem Reinigungszyklus entgegen der Durchströmrichtung durch das Sieb strömen.
-
Für die Auflösung ist es von Vorteil, wenn der Rotor über den Düsen angeordnet ist. Auf diese Weise übernimmt der Rotor im Wesentlichen die Zerkleinerung der von oben zugegebenen Faserballen, während die Düsen die Suspendierung und Vermischung prägen.
-
Zur Optimierung der Wirkung des Rotors sollten die Seitenwand und/oder der Rotor senkrecht zur Rotationsachse als konvexes Vieleck ausgebildet sein. Hierdurch wird erreicht, dass das Spaltmaß des Ringspaltes zwischen Rotor und Seitenwand an einer jeweiligen Umfangsposition des Ringspaltes in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors variiert. Der Ringspalt wird abhängig von der Drehstellung des Rotors verengt und erweitert. So erfolgt während der Rotation ein ständiger Wechsel zwischen Kompression und Dekompression.
-
Hierdurch werden Scherkräfte in den Faserrohstoff eingebracht, was die Auflösung und Zerfaserung wesentlich verbessert. Durch die Art der Einbringung der Scherkräfte wird eine faserschonende und zugleich energieeffiziente Auflösung erreicht.
-
Durch den Rotor wird keine Zirkulationsströmung erzeugt, d.h. es erfolgt kein wiederholter Transport des Faserrohstoff aus und in den Rotorbereich, was sich positiv auf den Energiebedarf auswirkt.
-
Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Seitenwand und/oder der Rotor senkrecht zur Rotationsachse als regelmäßiges n-Eck ausgebildet sind.
-
Des Weiteren sollte die Anzahl n der Ecken zwischen 3 und 10, vorzugsweise zwischen 4 und 8 liegen und/oder die Anzahl n der Ecken der Seitenwand der Anzahl n der Ecken des Rotors entsprechen.
-
Die Anzahl der Ecken darf nicht zu hoch sein, da sich sonst der Querschnitt immer mehr der Kreisform annähert, wodurch die Differenz zwischen minimalem und maximalem Spaltmaß abnimmt.
-
Es kann außerdem vorteilhaft sein, wenn sich über dem Rotor wenigstens ein an diesem befestigter Verdrängerkörper, vorzugsweise in Form eines Pyramidenstumpfes befindet. Über diesen Verdrängerkörper kann bereits eine Auflockerung des Faserrohstoffs erreicht werden.
-
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Erzeugung einer Suspension mit einer Stoffdichte zwischen 3 und 20%, vorzugsweise zwischen 5 und 15%.
-
Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
-
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
-
1: einen schematischen Längsschnitt durch einen Stofflöser,
-
2: einen Querschnitt desselben und
-
3: eine Draufsicht auf einen anderen Stofflöser.
-
Der geschnitten in Seitenansicht gezeichnete Stofflöser der 1 ist eine typische Form der Erfindung. Der Papierstoff wird zusammen mit Wasser in einen oben offenen Behälter eingegeben. Bei Betrieb des vertikalen Stofflösers befindet sich im Behälter eine Mischung aus Wasser und Papierstoff, welcher teilweise schon zerkleinert ist.
-
Zur Zerkleinerung der eingebrachten Faserballen befindet sich im Behälter ein Rotor 11 mit senkrechter Rotationsachse, der senkrecht zur Rotationsachse einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Sechsecks hat. Über dem Rotor 11 befindet sich ein pyramidenstumpfförmiger Verdrängerkörper 12, der sich mit dem Rotor 11 bewegt.
-
Der von oben eingeworfene Faserstoff wird infolge der Rotation bereits vom Verdrängerkörper aufgelockert. Anschließend gelangt er in den Ringspalt zwischen Seitenwand 4 und Rotor 11, in dem der Faserstoff durch die Veränderung der Spaltbreite während der Rotation ständig komprimiert und dekomprimiert wird. Die hierbei auf die Fasern wirkenden Scherkräfte unterstützen die Auflösung erheblich.
-
Während die Seitenwand 4 des Behälters gemäß 2 kreisrund ist, ist diese bei dem in 3 gezeigten Beispiel ebenfalls sechseckig. Bei Kombination von sechseckigem Rotor 11 und sechseckiger Seitenwand 4 wird der Effekt der Spaltweitenveränderung während der Rotation noch gesteigert.
-
Unterhalb des Rotors 11 wird die mit groben und feinen Feststoffen versehene Suspension durch mehrere Fluidstrahlen 1 in Form von Wasserstrahlen in Umtrieb versetzt.
-
Hierzu befinden sich am Boden 5 des Behälters mehrere unterschiedlich ausgerichtete Fluid-Düsen 2, 6, die eine Zirkulationsströmung 3 um die Achse des Behälters bewirken.
-
Bei diesem Teil des Auflösevorgangs wird durch hydraulische Kräfte die Zerkleinerung und Suspendierung des Papierstoffs bewirkt. Papierstoffteile, die genügend zerkleinert sind, können über den Ablauf 10 als faserstoffhaltige Suspension abgeführt werden.
-
Ein solcher Stofflöser kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden. Der übliche Feststoffanteil in der Suspension kann hier relativ hoch sein und zwischen 4 bis 20 % liegen.
-
Die Fluid-Düsen 2, 6 können sich hinsichtlich Fluid-Druck und Durchflussmenge wesentlich unterscheiden. Für die Zerkleinerung und Suspendierung ist ein hoher Druck von mehr als 100 bar beim Austritt aus den Fluid-Düsen 2 anzustreben. Neben diesen Hochdruck-Wasserstrahlen sollten von einzelnen Fluid-Düsen 6 Verdünnungs-Wasserstrahlen ausgehen, deren Druck beim Austritt wesentlich niedriger als bei den Hochdruck-Wasserstrahlen ist. Die über die Verdünnungs-Wasserstrahlen in den Behälter einbringbare Wassermenge sollte wesentlich größer sein, als die von den Hochdruck-Wasserstrahlen eingebrachte Wassermenge. Dies begrenzt den Aufwand zur Erzeugung des hohen Drucks bei den Hochdruck-Wasserstrahlen wesentlich.
-
Über die Verdünnungs-Wasserstrahlen kann so relativ einfach und effektiv die Stoffdichte der Suspension im Behälter beeinflusst werden.
-
Der Behälter weist im Inneren außerdem noch mehrere Verdrängerkörper 7, 8 auf. Ein Verdrängerkörper 7 befindet sich in der Mitte am Boden 5 des Behälters und hat die Form eines nach oben weisenden Kegelstumpfes. Ein weiterer Verdrängerkörper 8 am Boden 5 hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen größter Durchmesser sich an die Seitenwand 4 des Behälters anschließt und der so angeordnet ist, dass sich der Innendurchmesser des Behälters von oben nach unten kleiner wird.
-
Daneben können auch weitere Verdrängerkörper 7, 8 beispielsweise in Form von vertikalen Strömungsbarrieren zum Einsatz gelangen.
-
Die Verdrängerkörper 7, 8 sollen die Strömung der Suspension so beeinflussen, dass ein möglichst großer Teil der Suspension die Fluid-Düsen 2, 6 passiert.
-
Durch Anzahl und Position einer oder mehrerer Verdrängerkörper 7, 8 können die speziellen Bedingungen, unter denen der Stofflöser arbeiten soll, berücksichtigt werden.
-
Da der erfindungsgemäße Stofflöser grundsätzlich sowohl für die Auflösung von Frischzellstoff, als auch von Altpapier verwendet werden kann, ist es von Vorteil, die Ausgestaltung des Stofflösers auf den Verwendungszweck abzustimmen.
-
So hat es sich z.B. gezeigt, dass Frischzellstoff, welcher in suspendierter Form eine wesentlich höhere Zähigkeit aufweist als Altpapier, mit dem erfindungsgemäßen Stofflöser gut aufgelöst werden kann, wenn die Seitenwand 4 keinerlei die Umfangsströmung bremsenden Barrieren aufweist.
-
Darüber hinaus erfolgt der Eintrag in den Stofflöser mit Vorteil an verschiedenen Stellen, je nachdem, ob die Auflösung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen soll.
-
Größere und schwere Rejekte werden über den Rejektauslauf 9 abgeführt.
-
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 19601497 A1 [0005]
- DE 3638993 C2 [0006]
- DE 3234702 C2 [0006]
- DE 3429514 C2 [0007]
