DE102021211856B4

DE102021211856B4 - Stofflöser zum Erzeugen einer Stoffsuspension aus festen Partikeln und einem fließfähigen Medium

Info

Publication number: DE102021211856B4
Application number: DE102021211856.9A
Authority: DE
Inventors: Werner Lange
Original assignee: W Lange Eng & Screening Components GmbH; W Lange Engineering & Screening Components GmbH
Current assignee: W Lange Eng & Screening Components GmbH; W Lange Engineering & Screening Components GmbH
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2041-10-22
Also published as: EP4419746A1; WO2023067122A1; CN118647768A; DE102021211856A1

Abstract

Stofflöser zum Erzeugen einer Stoffsuspension aus Papier oder Altpapier oder Papierabfällen oder sonstigen Feststoffen und Wasser, umfassend die folgenden Merkmale:1.1 einen zylindrischen Behälter (1) zum Aufnehmen des wesentlichen Teiles der Stoffsuspension, mit einer Behälterwand (1.1) und einem Behälterboden (1.2);1.2 einen im Innenraum des Behälters (1) angeordneten Rotor (2) zum Zerkleinern des in den Behälter (1) eingetragenen Stoffes und zum Erzeugen einer wässrigen Suspension; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:1.3 die Behälterwand (1.1) weist - in Draufsicht und/oder in einem horizontalen Schnitt gesehen - die Gestalt eines Dreiecks mit gerundeten Eckbereichen (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) auf;1.4 wenigstens einer der Eckbereiche ist derart gestaltet, dass im Betrieb eine Strömungsumlenkung von weniger als 90° erfolgt;1.5 das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius R1 einer konkaven oder konvexen Zwischenwand (1.1.4, 1.1.5, 1.1.6) und dem Krümmungsradius R2 eines Eckbereiches (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) liegt zwischen 1 und 3;1.6 der Stofflöser ist frei von innerhalb des Behälters (1) befindlichen Zusatzbehältern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stofflöser zum Erzeugen einer Stoffsuspension, insbesondere aus Papier oder Altpapier oder Papierabfällen oder sonstigen Faserstoffen und Wasser. Siehe den Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Solche Stofflöser sind seit langem bekannt. Sie werden insbesondere in Papierfabriken verwendet. Die dabei eingesetzten Abfallstoffe aus faserhaltigem Material können beispielsweise Papierabfälle aus der papierverarbeitenden Industrie in Bogenform sein, aber auch Altpapier in Form von Ballen. Die mit einem Stofflöser gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 erzeugte Stoffsuspension wird zum Herstellen neuen Papieres oder Kartons verwendet, meist nach einer weiteren mechanischen Behandlung oder Reinigung der in der Suspension enthaltenen Fasern.
Der mechanische Auflösevorgang im Stofflöser muss zwei ganz wesentliche Bedingungen genügen:

- Der Auflöseprozess muss mit größter Perfektion durchgeführt werden, sodass die in den Behälter eingetragenen Feststoffe in Fasern zerlegt sind. Die Suspension muss somit frei von Faserbündeln sein, sodass die Einzelfasern separiert sind. Die fertige Suspension muss - im Reagenzglas betrachtet - wie eine milchig-trübe Flüssigkeit aussehen.
- Der gesamte Energieaufwand bis zum Erreichen des genannten Ergebnisses soll minimal sein, was in der heutigen Zeit von größter Bedeutung ist.

Es gibt zahlreiche Ausführungen von Stofflösern. Siehe zum Beispiel die folgenden Druckschriften:

Die darin beschriebenen Stofflöser sind in verschiedener Hinsicht verbesserungsbedürftig. Mängel bestehen in der nicht perfekten Auflösung. So verbleiben auch nach längerem Betrieb eines Stofflösers Faserbündel, die beim Herstellen von Neupapier als sogenannte Stippen in Erscheinung treten. Der Wirkungsgrad des Auflösens ist ungenügend da der Auflösevorgang auch nach längerer Behandlung im Stofflöser nicht zum gewünschten Ergebnis führt. Schließlich ist der bauliche Aufwand in vielen Fällen sehr hoch, was hohe Investitionskosten bedeutet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stofflöser anzugeben, der die eingangs genannte Aufgabe löst. Dies wird durch die folgenden wesentlichen Merkmale erreicht:

- Die beim Betrieb stoffberührte Behälterwand ist - in Draufsicht oder in einem horizontalen Schnitt gesehen - dreieckförmig mit gerundeten Eckbereichen;
- das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser des Behälters und dem Krümmungsradius der gerundeten Eckbereiche liegt zum Beispiel zwischen 2 und 10, zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 7,8, 9 oder auch mehr;
- wenigstens einer der Eckbereiche ist derart gestaltet, dass das umströmende Medium eine Umlenkung von weniger als 90° erfährt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat bei Faserstoffsuspensionen eine perfekte Auflösung zum Ergebnis, und zwar bei minimalem energetischen Arbeitsaufwand. Es wurde das energetische Verhalten zweier Stofflöser untersucht, nämlich eines konventionellen Stofflösers V20, umfassend einen zylindrischen Behälter mir kreisrundem Querschnitt, sowie eines erfindungsgemäßen Stofflösers „TRIPLEX“ mit einem Behälter von dreieckigem Querschnitt.
Bei beiden Versuchen waren alle Verfahrensparameter gleich, nur die Behälter waren verschieden, so wie oben erwähnt:

- der Eintrag bestand bei beiden Versuchen aus ein und demselben Material, nämlich Abfälle aus der Papierverarbeitung in Gestalt von Papierstreifen derselben Qualität in Ballenform,
- eine bestimmte Menge Wassers,
- einen Rotor derselben Bauart, angeordnet im Boden des Behälters.

Der Auflösevorgang lief bei beiden Versuchen auf ein dieselbe Weise ab. Ziel war das Herstellen einer Papierstoffsuspension, die als solche aus Einzelfasern und Wasser bestand, und die in einem Reagenzglas betrachtet wie eine milchig trübe Flüssigkeit aussah, ohne jegliche Faserbündel, die in der fertigen Papierbahn als sogenannte Stippen erscheinen und für den Papiermacher höchst unerwünscht sind.
Der Unterschied des Auflösevorganges bestand allein in der Zeitdauer der Behandlung im Stofflöser: Die Auflösedauer bis zum Erzielen einer verwertbaren Suspension war bei Verwendung des erfindungsgemäßen Stofflösers deutlich geringer, als bei Verwendung des konventionellen Stofflösers. Der konventionelle Stofflöser benötigte bis zum Herstellen einer für den Papiermacher brauchbaren Papierstoffsuspension etwa 20% mehr Zeit und damit auch 20% mehr Energie, gemessen in kWh.
Als Grund für den Vorteil des erfindungsgemäßen Stofflösers TRIPLEX hat der Erfinder folgende Vorgänge erkannt:

- Bei der erfindungsgemäßen Behälterform eines Dreiecks mit (stark) abgerundeten Ecken ergibt sich bei umlaufendem Rotor und mit einer im entstehenden befindlichen Suspension das folgende Strömungsbild: Wie bei jeglichen Behältern von Stofflösern kommt es zu einer Kreiselbewegung der Suspension um die Drehachse des Rotors, im vorliegenden Falle zugleich um die vertikale Längsachse des Behälters. Kurz vor einem jeden gerundeten Eckbereich kommt es zu einem Verzögern der Strömung, aber im ausgehenden Eckbereich wiederum zu einer Beschleunigung der Strömung. Die Beschleunigung wirkt sich auch auf die festen Partikel der entstehenden Suspension aus, und zwar im Sinne eines Mitreißens und damit eines Auseinanderreißens solcher Partikel, bei Faserbündeln oder Faserklumpen im Sinne eines Abtrennens einzelner Fasern aus solchen Bündeln.

Genau dies ist der gewünschte Effekt. Nach einer bestimmten Laufdauer des Rotors sind sämtliche Faserbündel oder Faserklumpen in Einzelfasern zerlegt. Die Suspension befindet sich in einem Zustand, der ihre bestimmungsgemäße Weiterverwendung erlaubt, nämlich direkt oder indirekt die sogenannte Blattbildung, das heißt Bildung einer Papierbahn im Stoffauflauf einer Papiermaschine.
Es empfiehlt sich, die Behälterwand möglichst glatt zu halten. Ein Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass der Verschleiß der Behälterwand gering ist, insbesondere geringer als bei einer Ausführung mit in den Behälterinnenraum hineinragenden Rippen oder Stolperschwellen oder sonstigen Vorsprüngen, die jedoch nicht ausgeschlossen werden sollen.
Das Beispiel zeigt, wie man aus einem „Altprodukt“, nämlich aus einem schon seit Jahrzehnten bestehenden Stofflöser, Erstaunliches herausholen kann.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stofflösers.
2a zeigt den Behälter des erfindungsgemäßen Stofflösers im Aufriss.
2b zeigt den Behälter gemäß 2a in einer Draufsicht.
2c zeigt einen Behälter eines Stofflösers analog jenem gemäß der 2a und 2b, jedoch mit einem Behälter, der sich nach oben hin verjüngt.
3 zeigt den Behälter eines erfindungsgemäßen Stofflöser mit jeweils einem konvexen Wandbereich zwischen zwei Eckbereichen.
4 zeigt den Behälter eines erfindungsgemäßen Stofflösers mit gradlinig gestalteten Zwischenwänden.
5 zeigt den Behälter eines erfindungsgemäßen Stofflösers, wiederum in Draufsicht auf dessen Behälter in Birnenform.
6 ist ein erfindungsgemäßer Stofflöser in perspektivischer Darstellung während des Betriebes.
7 ist ein konventioneller Stofflöser V20 in perspektivischer Darstellung während des Betriebes.

Der in 1 gezeigte Stofflöser umfasst einen Behälter 1 mit einer Behälterwand 1.1 und einem Behälterboden 1.2. Behälter 1 ist in Draufsicht gesehen und damit auch zugleich in einem achssenkrechten Querschnitt im Wesentlichen dreieckförmig.
Am Boden 1.2 des Behälters 1 ist ein Rotor 2 vorgesehen. Im vorliegenden Falle sind die Schaufeln nach Art eines Pumpenlaufrades entgegen der Umlaufrichtung gekrümmt. Die Drehrichtung erfolgt somit im Zeigersinn.
Der Rotor 2 wird von einem Antrieb 3 angetrieben. Der Behälter 1 ruht auf vertikalen Stützen 4.
Die 2a bis 4 veranschaulichen verschiedene Formen der Behälterwand 1.1. Aus 2a erkennt man die Behälterwand 1.1 sowie den Behälterboden 1.2. Der Behälterboden ist kegelstumpfförmig. Rotor 2 ist in dieser Darstellung nicht gezeigt. Die Drehachse des Behälters fällt mit der Längsachse 1.3 des Rotors zusammen.
Wie man aus 2b erkennt, ist die Behälterwand 1.1 aus drei Eckbereichen 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3 sowie aus dazwischen befindlichen Zwischenwänden 1.1.4, 1.1.5, 1.1.6 aufgebaut. Die genannten Bereiche sind Kreisbogen. Sie könnten aber auch aus anderen geometrischen gekrümmten Elemente bestehen. Der Winkel α zwischen zwei Zwischenwänden 1.1.4 und 1.1.5 ist stets kleiner als 90°, zum Beispiel 20 bis 80° oder 30 bis 45°. Dies gilt generell.
2c zeigt den Behälter 1 eines Stofflösers analog zu jenem gemäß der 2a und 2b. Jedoch verjüngt sich dessen Behälter kontinuierlich von unten nach oben. Siehe die Oberkante O des Behälters.
3 zeigt, dass die Zwischenwände 1.1.4, 1.1.5 und 1.1.6 konvex verlaufen - von außen betrachtet. Bei der Ausführungsform gemäß 4 sind die Zwischenwände 1.1.4, 1.1.5 und 1.1.6 gradlinig gestaltet.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 umfasst die Wand des Behälters 1 einen Eckbereich 1.1.1, der gemäß der Erfindung birnenförmig gestaltet ist. Dieser Eckbereich ist gebildet aus einer kleineren Kreisschale und einer gegenüber liegenden größeren Kreisschale. Die beiden Kreisschalen sind durch geradlinige Zwischenwände miteinander verbunden.
Bei der birnenförmigen Gestaltung von 5 bildet die Behälterwand nur einen einzigen Eckbereich, der erfindungsgemäß derart gestaltet ist, dass ein Trennen von Einzelpartikeln stattfindet, so wie oben erwähnt, das heißt durch die vorübergehend erhöhte Strömungsgeschwindigkeit beim Austritt aus dem Eckbereich werden einzelne zusammenhängende Partikel, zum Beispiel Einzelfasern aus einem Faserbündel, auseinandergerissen.
Die 6 und 7 lassen das Strömungsbild erkennen - 6 dasjenige des erfindungsgemäßen Stofflösers TRIPLEX, und 7 dasjenige des bekannten Stofflösers V20. 6 lässt die Wirkung der drei gerundeten Eckbereiche auf die Strömung erkennen. In 7 sieht man, dass die Strömung ohne jegliche Störung umläuft. Dies bedeutet, dass hier auch keine planmäßige Verzögerung und Beschleunigung stattfindet, und demgemäß auch keine Wirkung auf die in der Strömung enthaltenen Partikel, und somit auch kein Trennen der Partikel.
Bei allen beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen schließen die Eckbereiche jeweils einen Winkel α ein, der kleiner als 90° ist.
Bei der dreieckigen Gestalt der Behälterwand handelt es sich vorzugsweise um ein gleichschenkliges Dreieck. Es kann sich aber auch um ein gleichseitiges Dreieck handeln oder um ein Dreieck mit drei verschieden langen Seitenflächen.
Bezugszeichenliste

1.: Behälter
1.1: Behälterwand
1.1.1: Eckbereich
1.1.2: Eckbereich
1.1.3: Eckbereich
1.1.4: Zwischenwände
1.1.5: Zwischenwände
1.1.6: Zwischenwände
1.2: Behälterboden
1.3: Längsachse des Behälters und Drehachse des Rotors
1.4: Maximaler Durchmesser des Behälters
2: Rotor
3: Antrieb
4: Stützen
O: Oberkante des Behälters
α: Winkel in den Eckbereichen

Claims

Stofflöser zum Erzeugen einer Stoffsuspension aus Papier oder Altpapier oder Papierabfällen oder sonstigen Feststoffen und Wasser, umfassend die folgenden Merkmale: 1.1 einen zylindrischen Behälter (1) zum Aufnehmen des wesentlichen Teiles der Stoffsuspension, mit einer Behälterwand (1.1) und einem Behälterboden (1.2); 1.2 einen im Innenraum des Behälters (1) angeordneten Rotor (2) zum Zerkleinern des in den Behälter (1) eingetragenen Stoffes und zum Erzeugen einer wässrigen Suspension; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.3 die Behälterwand (1.1) weist - in Draufsicht und/oder in einem horizontalen Schnitt gesehen - die Gestalt eines Dreiecks mit gerundeten Eckbereichen (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) auf; 1.4 wenigstens einer der Eckbereiche ist derart gestaltet, dass im Betrieb eine Strömungsumlenkung von weniger als 90° erfolgt; 1.5 das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius R1 einer konkaven oder konvexen Zwischenwand (1.1.4, 1.1.5, 1.1.6) und dem Krümmungsradius R2 eines Eckbereiches (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) liegt zwischen 1 und 3; 1.6 der Stofflöser ist frei von innerhalb des Behälters (1) befindlichen Zusatzbehältern.
Stofflöser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser (1.4) des Behälters (1) und dem Krümmungsradius (R2) eines Eckbereiches (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) liegt zwischen 2 und 10.
Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Rotors (2) im Behälterboden (1.2) gelagert ist und parallel zur Längsachse (1.3) des Behälters (1) verläuft oder mit dieser zusammenfällt.
Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betrieb stoffberührte Fläche der Behälterwand (1.1) einen kontinuierlichen kantenfreien Verlauf aufweist.
Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die Behälterwand (1.1) ist aus den folgenden Bauteilen zusammengefügt: die Behälterwand (1.1) umfasst drei Schalen, die die gerundeten Eckbereiche (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) bilden, sowie drei Zwischenwände (1.1.4, 1.1.5, 1.1.6), die jeweils zwei gerundete Eckbereiche (1.1.1, 1.1.2, 1.1.3) miteinander verbinden.
Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Behälter (1) von unten nach oben bis zur Oberkante (O) verjüngt.
Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: dem Stofflöser ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die während des Betriebes Parameter der im Behälter (1) kreisenden Stoffsuspension oder den Auflösungszustand des Stoffes erfasst und auf der Basis der erfassten Parameter die Antriebsleistung des Rotors (2) im Sinne einer Minimierung des Energieaufwandes steuert.