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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Aufbereitung hochfester Papierprodukte und insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zur wasserlosen Aufbereitung solcher Papierprodukte.
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Die Aufbereitung von Papierprodukten, oftmals auch vereinfachend Altpapier genannt, ist ein wichtiger Schritt beim Recyceln von auf Cellulose basierenden Produkten. Das Recycling erlaubt eine erheblich Ressourcenschonung und die nachhaltige Reduzierung des Energieeinsatzes bei der Papierherstellung.
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Traditionell werden zu recycelnde Papierprodukte in einem Pulper mit Wasser behandelt, um das Papier oder den Zellstoff aufzulösen und einzelne Cellulosefasern zu erhalten, die für die erneute Herstellung von Papier geeignet sind. Dabei weisen die Papierprodukte bzw. die im Pulper befindliche Mischung aus Wasser und Papierprodukten mindestens eine Feuchtigkeit von 70 Gew.-%, meist jedoch über 80 Gew.-%, auf.
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Des Weiteren wurden trockene Verfahren entwickelt, mit denen ebenfalls eine Zerfaserung der Papierprodukte möglich ist. So wird beispielsweise in der
DE 33 45 623 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem das Altpapier im trockenen Zustand mit einer Feuchtigkeit von maximalen 20 Gew.-% in einer Turbomühle oder einer Hammermühle in Einzelfasern zerrissen wird. Auch die
US 5,011,091 A beschreibt ein ähnliches Verfahren. Bei diesen Verfahren wird das Papier durch seine Bewegung im Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator in Einzelfasern zerlegt. Nachteilig an diesen Verfahren sind die starke Faserschädigung und die nur unzureichende Einzelfaserzerlegung, so dass die erhaltenen Faserprodukte nur bedingt für die Herstellung von neuem, hochwertigem Papier geeignet sind.
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Darüber hinaus sind die genannten nassen und trockenen Verfahren nur für gängige, gut zerfaserbare Altpapiere geeignet. Für hochfeste Papierprodukte, insbesondere hochnassfeste Produkte wie Tapetenvliese, Filterpapiere, Sicherheitspapiere und Hygienepapiere sowie Verbundmaterialien, sind bei nassen Verfahren extrem lange Lösezeiten und ein sehr hoher Energieeinsatz notwendig. Die hochfesten Papierprodukte weisen darüber hinaus eine deutlich höhere Gefügefestigkeit des Materials auf und haben dementsprechend einen wesentlich höheren Zerfaserungswiderstand, so dass diese Papierprodukte bisher nicht dem Recycling zugeführt werden konnten.
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Damit stellt sich als Aufgabe der Erfindung das Bereitstellen eines Verfahrens und einer Anlage, mit der auch hochfeste Papierprodukte in wenig gekürzte und nur wenig geschädigte Einzelfasern zerlegt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anlage nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von hochfesten Papierprodukten umfasst einen Schritt zur Vorzerkleinerung der Papierprodukte und einen Schritt zur Trockenzerfaserung der Papierprodukte in der erhaltenen vorzerkleinerter Form mittels einer Mikroprallmühle, wobei die Geschwindigkeit des Luftförderstroms in der Mikroprallmühle kleiner als oder gleich 11 m/s beträgt. Die Papierprodukte weisen einen hohen Trockengehalt im Bereich von 40 Gew.-% bis 100 Gew.-%, insbesondere von 50 Gew.-% bis 95 Gew.-%, auf. Die genutzte Mikroprallmühle ist eine mechanische Luftstrom-Feinprallmühle mit peripherer Mahlbahn, in der sich Mahlelemente auf mehreren Ebenen um eine senkrechte Rotationsachse drehen und das Mahlgut durch eine Luftströmung von unten nach oben bewegt wird. Die Zerkleinerung des Mahlguts beruht auf den durch hochturbulente Luftströmungen herbeigeführten Kollisionen mit Einbauten, d.h. den Mahlelementen oder Prallfächen, bzw. den Apparatewänden und zwischen den Papierteilchen selbst. Durch das Zusammenwirken von Prallbeanspruchungen an einer Körperfläche und einer Druck-Scher-Beanspruchung im Mahlspalt, kombiniert mit einer Beanspruchung innerhalb der rotierenden turbulenten Strömung, wird der zugeführte Ausgangsstoff zerkleinert. Insbesondere die Beanspruchung innerhalb der Luftwirbel ist für die Zerfaserung wesentlich. Durch die sehr geringe Geschwindigkeit des Luftförderstroms, die vorzugsweise kleiner als oder gleich 8 m/s ist, wird die Verweilzeit der Papierprodukte bzw. der Zwischenprodukte in Form von Faserkonglomeraten in der Mikroprallmühle maximiert und die Papierprodukte bzw, Zwischenprodukte befinden sich im Extremfall in einem Schwebezustand innerhalb der Mikroprallmühle, d.h. es herrscht ein Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und Auftrieb. Dies ermöglicht die schonende Zerlegung auch der hochfesten Papierprodukte in nahezu ungestörte und nahezu ungekürzte Einzelfasern durch den ständigen Angriff der Kräfte insbesondere in den, an den Abrisskanten der Mahlelemente erzeugten Luftwirbeln. Die Intensität dieser Luftwirbel wird durch die Umfangsgeschwindigkeit sowie die Anzahl und Gestaltung der Mahlelemente und der Mahlebenen definiert. In der verwendeten Mikroprallmühle können bis zu sieben Mahlebenen installiert werden. Die Umfangsgeschwindigkeit der Mahlelemente kann bis zu 160 m/s und die Drehzahl bis zu 8000 Umdrehungen/min betragen.
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Gegenüber den ursprünglichen Fasern, die zur Herstellung der hochfesten Papierprodukte verwendet wurden, haben die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren trockenzerfaserten Einzelfasern mindestens eine Länge von ca. 85 %, bevorzugt von mindestens 90 % und besonders bevorzugt von mindestens 95 bis 100 % der Ausgangslänge. Der in Einzelfasern zerlegte Anteil der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereiteten hochfesten Papierprodukte an der gesamten in das Verfahren eingebrachten Papiermenge beträgt mindestens 70% und ist vorzugsweise größer als 85% und besonders bevorzugt größer als 95%. Diese Werte liegen deutlich über den mit anderen trockenen Aufbereitungsprozessen erreichbaren Werten für hochfeste Papierprodukte. Gegenüber nassen Aufbereitungsprozessen wird zudem der Energiebedarf erheblich reduziert und die Effizienz stark gesteigert.
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Vorzugsweise werden die Papierprodukte im Schritt zur Vorzerkleinerung in einer Vorzerkleinerungsstufe auf eine Größe im Bereich zwischen 0,5 × 0,5 cm bis 5 × 5 cm vorzerkleinert. Ziel dieses Schrittes ist die gleichmäßige Vorzerkleinerung der als Ausgangstoff vorliegenden Papierprodukte, die in jeder beliebigen Form anfallen können, bspw. als Rolle, Ballen, Hülse, Großformate etc. Da die in der Mikroprallmühle erzielbare Faservereinzelung sowie die dafür notwendigen Verfahrens- und Aggregatparameter meist stark von der Eingangsgröße des Papierproduktes abhängt, sollen diese, möglicherweise auch unterschiedliche Form und Größe aufweisenden, Papierprodukte für eine effektive Auslastung der Mikroprallmühle auf eine vorgegebene Größe gleichmäßig zerkleinert werden. Dabei wird für die Zerkleinerung ein reißendes oder allgemein schonendes Verfahren bevorzugt. Damit wird das Zerschneiden von Cellulosefasern vermieden oder zumindest reduziert, so dass die Fasereigenschaften optimal erhalten bleiben und während des Schrittes zur Trockenzerfaserung nahezu ungestörte und nahezu ungekürzte Einzelfasern erzeugt werden können. Insbesondere eignen sich Schredder in Form von Einwellen- bzw. Mehrwellen-Aggregaten, Granulatoren, Schneidmühlen, Rotorscheren, Querstromzerspaner und auf Siebkörben basierende Zerkleinerer. Die Größe der durch den Schritt zur Vorzerkleinerung erhaltenen vorzerkleinerten Papierprodukte kann in Abhängigkeit von der Größe der genutzten Mikroprallmühle gewählt werden, wobei Größen zwischen 1 × 1 cm bis 4 × 4 cm, und ganz besonders zwischen 1,5 × 1,5 cm und 2 × 2 cm, bevorzugt werden. Auch wenn Quadrate als Form der vorzerkleinerten Papierprodukte bevorzugt und hier angegeben sind, sind selbstverständlich auch andere Formen, deren laterale Ausdehnungen in den genannten Bereichen liegen, möglich.
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Vorzugsweise werden die Papierprodukte vor dem Schritt zur Trockenzerfaserung homogenisiert und in einem zeitlich konstanten Massestrom der Mikroprallmühle für die Trockenzerfaserung zugeführt. Die Vorzerkleinerung führt zu einer Homogenisierung der zu zerfasernden Papierprodukte hinsichtlich ihrer Größe und Form. Durch eine Zwischenlagerung, bspw. in einem Materialbunker, kann auch die der Mikroprallmühle zugeführte Menge der Papierprodukte homogenisiert werden, so dass die Beschickung der Mikroprallmühle mit einem zeitlich weitgehend konstanten Massestrom realisiert werden kann. Die Materialförderung vom Vorzerkleinerungsgerät bzw. vom Materialbunker zur Mikroprallmühle kann durch Schnecken, Förderbänder oder andere geeignete Transportsysteme realisiert werden. Grundsätzlich empfiehlt sich aufgrund einer möglichen Staubentwicklung die Wahl eines geschlossenen Fördersystems. In Fällen, in denen das zu zerfasernde Produkt bereits hinreichend homogen und kleinteilig angeliefert wird, ist eine Vorzerkleinerung bzw. Homogenisierung und/oder Lagerung jedoch nicht zwingend für jedes Produkt erforderlich.
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Darüber hinaus kann der Materialtransport zwischen dem Vorzerkleinerer und der Mikroprallmühle an die Produktgegebenheiten angepasst werden. Für Produkte mit einem hohen Anteil an papierfremden Bestandteilen können zum Beispiel Prozessstufen für eine Trockensortierung zwischengeschaltet werden. D.h., dass nach dem Schritt zur Vorzerkleinerung und vor dem Schritt zur Trockenzerfaserung ein Schritt zum Entfernen von Fremdstoffen aus den vorzerkleinerten Papierprodukten ausgeführt wird. Da bei der Trockenzerfaserung von Papierprodukten in den meisten Fällen eine Staubentwicklung im Zerfaserungsapparat nicht zu vermeiden ist, ist aus Sicherheitsgründen insbesondere die Entfernung von Metall vor dem Eintritt der Papierprodukte in die Mikroprallmühle sinnvoll. Gegenüber anderen papierfremden Bestandteilen wie Holz, Folien, Glas, Sand oder anderen Störstoffen ist der Trockenzerfaserungsprozess in der Mikroprallmühle weitgehend unempfindlich, lediglich der Verschleiß erhöht sich, wenn das Eingangsmaterial stark abrasive Verschmutzungen enthält. Zur Erhöhung der Effizienz des Verfahrens und der Verringerung des Verschleißes der Mikroprallmühle ist jedoch auch die Entfernung derartiger, nicht fest mit den Papierprodukten verbundener Störstoffe sinnvoll. Zum Entfernen der Fremdstoffe können bekannte Verfahren zur Detektion und Entfernung von Fremdstoffen, wie bspw. Magnete für Metalle, eingesetzt werden.
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Zur Verringerung des Stippenanteils in den zerfaserten Papierprodukten, nachfolgend Endprodukt genannt, wird vorzugsweise während und/oder nach dem Schritt zur Trockenzerfaserung der Anteil von Stippen im Endprodukt ermittelt und in Abhängigkeit von dem ermittelten Stippenanteil die Drehzahl der Mikroprallmühle und/oder die Geschwindigkeit des Luftförderstroms in der Mikroprallmühle geregelt. Unter einer Stippe ist eine Anhäufung von Fasern in einem Agglomerat zu verstehen. Solche, in Stippen enthaltene Fasern sind für eine erneute Papiererzeugung nicht geeignet, so dass die Qualität des Endproduktes neben der Länge und Unversehrtheit der Einzelfasern insbesondere auch vom Stippenanteil bestimmt wird. Angestrebt wird ein Stippenanteil von maximal 20%, insbesondere von kleiner als 10%. Insbesondere bei der Trockenzerfaserung der gemäß der vorliegenden Anmeldung verarbeiteten hochfesten Papierprodukte kommt es zu einer erhöhten Stippenbildung, wenn die Prozessparameter des Schrittes zur Trockenzerfaserung nicht optimal eingestellt sind. Daher führt eine Ermittlung des Stippenanteils im Endprodukt sowie die daraus resultierende Anpassung der Prozessparameter der Mikroprallmühle zu einer Verbesserung der Qualität des Endproduktes. Verfahren zur Ermittlung des Stippenanteils sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Zur weiteren Verbesserung der Qualität des Endproduktes können nach dem Schritt zur Trockenzerfaserung noch vorliegende Stippen aus dem Endprodukt aussortiert und der Mikroprallmühle erneut zugeführt werden. Durch die erneute Zuführung der in den Stippen enthaltenen Fasern wird die Verweilzeit dieser Fasern in der Mikroprallmühle erhöht, so dass ein Großteil der Stippen letztlich doch in Einzelfasern zerlegt werden kann.
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Zum weiteren Absenken des Stippenanteils im Endprodukt kann nach dem Schritt zur Trockenzerfaserung ein Schritt zur Nassprozessierung des im Schritt zur Trockenzerfaserung erhaltenen Faserstoffs ausgeführt werden. D.h., der in der Mikroprallmühle erzeugte und nach dem Schritt zur Trockenzerfaserung vorliegende Faserstoff wird vorzugsweise nochmals mit Wasserzugabe, bspw. in einem Pulper, weiterbehandelt.
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Stippen, die sich mit keinem der genannten Verfahren auflösen lassen, können nach Beendigung des Verfahrens über normale Sortierprozesse ausgetragen werden.
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Vorzugsweise wird der Feuchtegehalt der Papierprodukte vor ihrem Zuführen in die Mikroprallmühle auf einen Wert von maximal 60% absolute Feuchte erhöht, was einem Trockengehalt von mindestens 40 Gew.-% entspricht, besonders bevorzugt auf einen Wert von maximal 40% absolute Feuchte bzw. 60 Gew.-% Trockengehalt. Dabei wird nur die Oberfläche der zerkleinerten Papierprodukte befeuchtet, bspw. durch Aufsprühen von Wasser. Eine Quellung der Papierprodukte ist weder notwendig noch vorgesehen, sie würde sehr zeitintensiv sein und mit einem hohen Wasserverbrauch einhergehen. Die Befeuchtung der Papierprodukte führt zu einer Schwächung des Papiergefüges und damit zu einer Reduzierung der für die Zerfaserung in der Mikroprallmühle notwendigen Energie.
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Optional kann die Zerfaserung der Papierprodukte in der Mikroprallmühle auch von einer Trocknung der Papierprodukte in der Mikroprallmühle begleitet werden. Zusätzlich kann während der Zerfaserung auch ein Beschichtungsmittel zugegeben werden (Coating).
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Die erfindungsgemäße Anlage zur Aufbereitung hochfester Papierprodukte umfasst einen Vorzerkleinerer zur Vorzerkleinerung der Papierprodukte und eine Mikroprallmühle zur Trockenzerfaserung der Papierprodukte in der erhaltenen vorzerkleinerter Form, wobei die Mikroprallmühle derart ausgestaltet ist, dass die Geschwindigkeit des Luftförderstroms in ihr kleiner als oder gleich 11 m/s, bevorzugt kleiner als oder gleich 8 m/s, eingestellt werden kann.
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Eine verwendete Mikroprallmühle weist Mahlelemente auf, deren Geometrie derart gestaltet ist, dass an den Abrisskanten eines Mahlelements zahlreiche Luftwirbel entstehen, wenn die Mikroprallmühle in Betrieb ist. Wie bereits erläutert weist eine Mikroprallmühle mehrere Mahlebenen auf, auf denen jeweils eine Mehrzahl von Mahlelementen um eine senkrechte Rotationsachse rotieren. Die Mahlelemente sind bspw. Mahlplatten, die am Ende von sich von einer Rotorwelle aus erstreckenden Rotorarmen angeordnet sind. Diese Mahlplatten weisen jeweils mindestens eine Abrisskante der Rotationsströmung auf der Rückseite der Mahlplatte (bezogen auf die Rotationsrichtung) auf, die direkt gegenüber der Gehäusewand liegt. Durch die Anordnung weiterer Abrisskanten auf der Rückseite einer jeweiligen Mahlplatte kann die Verwirbelung der Luftströmung und der darin enthaltenen Papierteilchen intensiviert werden, so dass der Anteil der Beanspruchung in den Luftwirbeln an der Zerfaserungswirkung noch erhöht wird.
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Vorzugsweise sind die Mahlelemente der Mikroprallmühle auf 4 bis 7 Mahlebenen installiert. Je größer die Anzahl der Mahlebenen in der Mikroprallmühle ist, desto länger ist der Weg der Papierprodukte durch die Mikroprallmühle und desto größer ist die Anzahl der Wechselwirkungen eines Papierpartikels mit anderen Papierpartikeln und/oder mit Elementen der Mikroprallmühle während der Trockenzerfaserung in der Mikroprallmühle, so dass die hochfesten Papierprodukte besonders gut zerfasert werden.
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Darüber hinaus enthält die Anlage vorzugsweise weiterhin eine Steuerungsvorrichtung, die geeignet ist, die Drehzahl der Mikroprallmühle sowie die Geschwindigkeit des Luftförderstroms in der Mikroprallmühle zu steuern. Insbesondere können die Geschwindigkeit des Luftförderstroms und die Drehzahl der Mikroprallmühle in Abhängigkeit von einem ermittelten Stippenanteil im Endprodukt gesteuert werden. Der Stippenanteil kann manuell oder mittels einer Einrichtung zur Bestimmung des Stippenanteils an den in der Mikroprallmühle erzeugten Trockenfasern ermittelt werden. Vorzugsweise ist eine derartige Einrichtung zum Bestimmen des Stippenanteils ein Teil der erfindungsgemäßen Anlage.
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Weiterhin umfasst die Anlage eine optionale Einrichtung zum Aussortieren von Stippen aus den in der Mikroprallmühle erzeugten Trockenfasern und eine Einrichtung zum erneuten Zuführen der aussortierten Stippen in die Mikroprallmühle. Eine Einrichtung zum Aussortieren der Stippen kann bspw. ein Sieb sein, von dem aussortierte Stippen wieder über ein Rohr dem Eingang der Mikroprallmühle zugeführt werden.
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Ausführungsbeispiele
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Beispiel 1
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Für die Aufbereitung von Hülsen werden diese mittels eines Einwellenschredders auf eine Größe von 2 × 2 cm vorzerkleinert. Die Mikroprallmühle wird mit einer Drehzahl zwischen 3000 Umdrehungen/min (rpm), was einer Frequenz von 50 Hz entspricht, und 3600 rpm, was einer Frequenz von 60 Hz entspricht, bei einer Luftstromgeschwindigkeit von 11 m/s betrieben. Für einen Durchlauf mit einem Trockengehalt der Hülsen beim Einbringen der vorzerkleinerten Hülsen in die Mikroprallmühle von ca. 94 Gew.-% wurden für eine Frequenz von 50 Hz ein Reststippenanteil von 19 % und für eine Frequenz von 60 Hz ein Reststippenanteil von 3 % erzielt.
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Beispiel 2
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Nassfestes Spezialpapier, bspw. Sicherheitspapier, mit einem Eingangstrockengehalt von ca. 95 Gew.-% wird mittels eines Granulators auf eine Größe von 2 × 2 cm vorzerkleinert und dann in der Mikroprallmühle bei einer Drehzahl zwischen 2400 rpm (Frequenz von 40 Hz) und 3600 rpm und einer Luftstromgeschwindigkeit bei 11 m/s zerfasert.
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Beispiel 3
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Auch Mischungen von Spezialpapieren können zerfasert werden. Dazu werden diese zunächst mittels einer Schneidmühle vorzerkleinert und dann in der Mikroprallmühle bei einer Drehzahl von 3500 rpm (Frequenz von 58,5 Hz) und einer Luftstromgeschwindigkeit von 8 m/s zerfasert. Hierbei werden die vorzerkleinerten Papierprodukte vor dem Eintritt in die Mikroprallmühle befeuchtet, so dass sie bei Eintritt in die Mikroprallmühle einen Trockengehalt von 60 Gew.-% aufweisen.
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Figuren
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Anhand der Figuren soll die Erfindung im Folgenden noch einmal veranschaulicht werden.
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Dabei zeigt
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1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage zur Aufbereitung von hochfesten Papierprodukten.
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2 schematisch den Aufbau einer Mikroprallmühle,
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3 schematisch verschiedene Verfahrensvarianten für die Reduzierung des Stippenanteils im Endprodukt,
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4A und 4B die Abhängigkeit des Stippenanteils von der Frequenz der Mikroprallmühle bzw. von der Art der Prozessierung.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anlage zur Aufbereitung von hochfesten Papierprodukten, die einen Vorzerkleinerer 1 und eine Mikroprallmühle 2 umfasst. In den Vorzerkleinerer werden die hochfesten Papierprodukte P in einer beliebigen Ausgangsform eingebracht. Nach der Vorzerkleinerung werden die vorzerkleinerten Papierprodukte (Schnipsel) S in einem Materialbunker 3 gelagert und von dort über eine Förderschnecke 4 zur Mikroprallmühle 2 transportiert. Vor dem Eintritt in die Mikroprallmühle 2 durchlaufen die vorzerkleinerten Papierprodukte S noch einen Altmetallabscheider 5, in dem Fremdstoffe, insbesondere Metalle, aus den vorzerkleinerten Papierprodukten S entfernt werden. Nach der Trockenzerfaserung in der Mikroprallmühle 2 wird die aus Einzelfasern bestehende Faserwolle F durch einen Zyklon 6 oder andere geeignete Systeme aus dem Luftstrom abgeschieden und in einen Stoffbunker 7 überführt. Alternativ kann die Faserwolle F auch direkt in einen Pulper oder eine Quellbütte gefördert oder in Ballen gepresst werden.
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2 zeigt schematisch eine Mikroprallmühle 2, wobei die Grundelemente dargestellt sind. Dies sind der Materialeinlass 21, die Gehäusewand 22, die Rotorwelle 23, mit den von ihr ausgehenden Rotorarmen 24 und den an ihnen befestigten Mahlelementen 25. Die Rotorarme 24 und Mahlelemente 25 sind auf unterschiedlichen Mahlebenen 26a bis 26e angeordnet, wobei in dem in 2 dargestellten Beispiel fünf Mahlebenen 26a bis 26e ausgebildet sind. Die eingebrachten vorzerkleinerten Papierprodukte werden in der peripheren Mahlbahn zwischen den Mahlelementen 25 sowie in den Luftwirbeln in der Mikroprallmühle 2 zerfasert und die Einzelfasern werden durch den Materialauslass 27 aus der Mikroprallmühle 2 hinaustransportiert. Das Material wird innerhalb der Mikroprallmühle 2 durch einen von unten nach oben verlaufenden Luftstrom transportiert bzw. in der Schwebe gehalten.
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In 3 sind verschiedene Varianten für den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbereitung hochfester Papierprodukte dargestellt. Zunächst werden in einem ersten Schritt S1 die hochfesten Papierprodukte P vorzerkleinert, wobei man vorzerkleinerte Papierprodukte S erhält. Diese werden in einem nächsten Schritt S2 in der Mikroprallmühle trocken zerfasert, als dessen Resultat eine Faserwolle F erzeugt wird. Bereits in der Mikroprallmühle, also während des Schrittes zur Trockenzerfaserung, kann der Stippenanteil in der Faserwolle F ermittelt werden (Schritt S21). Jedoch kann die Ermittlung des Stippenanteils auch in einem gesonderten Schritt S3 erfolgen. Anhand des im Schritt S21 oder S3 ermittelten Stippenanteils können die Verfahrensparameter "Drehzahl" und "Luftstromgeschwindigkeit" für den Trockenzerfaserungsschritt S2 gesteuert werden, was als Schritt S4 dargestellt ist. Gleichzeitig mit der Ermittlung des Stippenanteils oder auch davor oder danach können die Stippen (Agglomerate) A aus der Faserwolle F aussortiert werden, was in 3 als Schritt S5 dargestellt ist. Die aussortierten Stippen A können in einem Schritt S6 in die Mikroprallmühle zurückgeführt und damit dem Schritt S2 zur Trockenzerfaserung erneut zugeführt werden. Alternativ können die Stippen A auch vollständig aus dem Prozess entfernt werden. Durch das Aussortieren der Stippen A erhält man ein Endprodukt E1, das ausschließlich aus einzelnen Fasern besteht. Anschließend an den Schritt S2 oder den Schritt S3 kann die erhaltene Faserwolle F noch optional einer Nassprozessierung in Schritt S7 unterzogen werden. Dabei erhält man ein Endprodukt E2, das entweder nass oder nach einer Trocknung trocken vorliegt. Aus dem Endprodukt E2 können anschließend in Schritt S5 die Stippen A aussortiert werden, so dass man ebenfalls das Endprodukt E1 erhält. Die Endprodukte E1 und E2 können dann gelagert, gepresst oder anderweitig weiterbehandelt werden.
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Die 4A und 4B zeigen jeweils Darstellungen der Abhängigkeit des Stippenanteils von Verfahrensparametern. In 4A ist der Stippenanteil in Abhängigkeit von der Frequenz der Mikroprallmühle dargestellt. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass der Stippenanteil mit Erhöhung der Frequenz des Motors, d.h. der Erhöhung der Drehzahl, sinkt. So wird bei einer Frequenz von 40 Hz ein Stippenanteil von 40 % erreicht, während der Stippenanteil für dasselbe Ausgangsmaterial der Papierprodukte für eine Frequenz von 50 Hz auf 24 % und für eine Frequenz von 60 Hz sogar auf 15 % sinkt. In 4B ist die Abhängigkeit des Stippenanteils von der Verfahrensvariante dargestellt. So wird bei äußerst hochfesten Papierprodukten durch eine alleinige Trockenzerfaserung in der Mikroprallmühle ein Stippenanteil von 39 % erreicht. Werden diese bereits trockenzerfaserten Produkte danach einer Nassprozessierung unterzogen, so kann der Stippenanteil auf ca. 8 % reduziert werden.
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D.h. insbesondere hochnassfeste Papierprodukte, die durch eine alleinige Nassbehandlung gar nicht und durch eine alleinige Trockenzerfaserung nur unvollständig in Einzelfasern zerlegt werden können, können durch eine vorgelagerte Trockenzerfaserung und eine anschließende Nasszerfaserung fast vollständig für eine erneute Nutzung zur Verfügung aufbereitet werden.
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Es sind noch andere, hier nicht beschriebene Ausführungsformen des Verfahrens möglich, die verschiedene Kombinationen von Teilschritten umfassen können.
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Der beschriebene Trockenzerfaserungsprozess kann bevorzugt als kontinuierlich laufende Offline-Anlage in Papierfabriken eingesetzt werden. Umfang, Gestaltung und Baugröße richten sich dabei nach den Gegebenheiten vor Ort und der Art und Menge des zu zerfasernden Produkts. Auch die Verwendung zur sofortigen Aufbereitung von Ausschuss an der Papiermaschine ist denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorzerkleinerer
- 2
- Mikroprallmühle
- 3
- Materialbunker
- 4
- Förderschnecke
- 5
- Altmetallabscheider
- 6
- Zyklon
- 7
- Stoffbunker
- 21
- Materialeinlass
- 22
- Gehäusewand
- 23
- Rotorwelle
- 24
- Rotorarm
- 25
- Mahlelement
- 26a–26e
- Mahlebene
- 27
- Materialauslass
- P
- hochfeste Papierprodukte
- S
- vorzerkleinerte Papierprodukte (Schnipsel)
- F
- Faserwolle
- A
- Stippen
- E1, E2
- Endprodukt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3345623 A1 [0004]
- US 5011091 A [0004]
