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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension
mit Kalziumkarbonat.
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Es
sind bereits mehrere Verfahren zum Beladen von Zellstofffasern mit
Kalziumkarbonat bekannt. In der
US
5 223 090 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Fasermaterial
mit langgestreckten Fasern mit einer einen Hohlraum umgebenden Zellwand
eingesetzt wird, wobei die Fasern eine Feuchtigkeit haben, die ausreicht,
um einen entwässerten
Brei einer Pulpe zu bilden. Dabei haben die Fasern einen Feuchtegehalt,
der einem Anteil von 40 – 50
% des Gewichts der Fasern entspricht. Das Wasser ist im wesentlichen
im Innern der Fasern und innerhalb der Faserwände vorhanden. Anschließend wird
alternativ Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid zu der Pulpe hinzugefügt, so dass
wenigstens ein Teil des eingebrachten Kalziumoxids oder Kalziumhydroxids
mit dem in der Pulpe vorhandenen Wasser assoziiert wird. Anschließend wird
das faserförmige
Zellulosematerial mit Kohlendioxid in Verbindung gebracht, wobei
es gleichzeitig einem Scher-Mischverfahren unterworfen wird, um
ein Fasermaterial mit einer beträchtlichen
Menge Kalziumkarbonat in dem hohlen Innern und innerhalb der Faserwände der
Zellulosefasern zu erzeugen.
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Weitere
Verfahren und Anordnungen zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension
enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff
oder Hilfsstoff sind aus der
DE 101 07 448 A1 und der
DE 101 13 998 A1 bekannt.
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Mit
Hilfe dieser bekannten Verfahren lassen sich Zigarettenpapier, Karton-
und Verpackungspapiere aller Art, Sackkraftpapier aller Art und
Filterpapier herstellen. Für
die Herstellung von Zigarettenpapier gilt folgendes: Zigarettenpapier
ist ein Papier mit einem Flächengewicht
von 16 – 26
g/m2. Es wird oft mit Wasserzeichen versetzt
und soll sehr dünn, glimmfähig und
geschmacklos sein. Außerdem
soll es gute optische Werte bezüglich
des Weißgrades aufweisen.
Die Glimmfähigkeit
wird meistens durch Imprägnierungen
erreicht, um eine gut aussehende weiße Asche zu hinterlassen. Zigarettenpapier
wird meistens aus Leinen oder Hanffasern, Baumwolle, Sulfatzellstoff,
Papiermaschinenausschuss sowie aus anderen Faserquellen hergestellt.
Der Füllstoffgehalt
von Zigarettenpapier beträgt
zwischen 5 und 40 %, wobei 30 % als Standardwert angesehen wird.
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Verpackungspapiere
und Pappen lassen sich in drei Hauptklassen unterteilen: Kistenpappe
für Verpackungsanwendungen,
Kistenpappe für
Anwendungen im Bereich der Konsumentenverpackungen und Spezialpapiere
wie Tapeten, Buchrücken,
etc.. Verpackungspapiere werden üblicherweise
als mehrlagiges Produkt mit Flächengewichten über 150
g/m2 hergestellt. Der Mahlgrad variiert
von 600 – 50
CSF oder 20 – 80 °SR, bezogen
auf das hergestellte Endprodukt.
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Sackpapiere
benötigen
eine hohe Porosität und
hohe mechanische Festigkeit, um den hohen Anforderungen gerecht
zu werden, die durch die raue Behandlung während des Füllvorgangs und während der
Dauer der Verwendung entsteht, wie beispielsweise bei Zementsäcken. Das
Papier muss stark genug sein, um Schläge zu absorbieren und dementsprechend
eine hohe Energieabsorptionsrate aufweisen. Das Sackpapier muss
auch porös
und genügend
luftdurchlässig
sein, um eine einfache Befüllung zu
gewährleisten.
Sackpapiere werden üblicherweise als
ein Produkt mit Flächengewichten
zwischen 70 und 80 g/m2 aus einem Langfaser-Kraftzellstoff
und mit einem Mahlgrad zwischen 600 – 425 CSF oder 20 – 30 °SR hergestellt.
Außerdem
wird ein mittlerer Mahlgrad, wie oben beschrieben, angestrebt, der meistens
durch eine Hochkonsistenzmahlung erreicht wird, während bei
konventionelle Papiersorten, beispielsweise graphischen Papieren,
eine Niedrigkonsistenzmahlung zum Einsatz kommt. Das Ergebnis der
Hochkonsistenzmahlung sind gute Verbindungen der Fasern unter einander
sowie eine hohe Porosität.
Das Sackkraftpapier wird überwiegend
aus gebleichten und ungebleichten Fasern hergestellt, wobei ein
Füllstoffgehalt
von 5 – 15
% im hergestellten Sackpapier vorhanden sein kann.
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Filterpapier
benötigt
eine hohe kontrollierte Porosität
und Porenverteilung. Es muss eine genügend hohe mechanische Festigkeit
aufweisen, um dem Durchfluss des zu filternden Mediums entgegenzuwirken.
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Filterpapier
wird mit einem Flächengewicht von
12 – 1200
g/m2 produziert. Zum Beispiel beträgt es bei
einem Luftfilter zwischen 100 und 200 g/m2, bei
einem Öl- und Treibstofffilter
zwischen 50 und 80 g/m2, bei einem Lebensmittelfilter
bis zu 1000 g/m2, bei einem Kaffeefilter
bis zu 100 g/m2, bei einem Teebeutel zwischen
12 und 20 g/m2 und bei einem Staubsaugerbeutel zwischen 100 und
150 g/m2. Alle Filter werden aus einer Vielzahl
von Fasern, wie Zellstofffasern, gebleichten und ungebleichten Fasern, Kraftzellstoff,
DIP-(Deinked-)-Papier, recycelten Fasern, TMP-(thermomechanischem)-Papier,
etc. hergestellt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung des Aschegehalts
anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten:
- – Einbringen
von Kalziumhydroxid in flüssiger oder
trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension,
- – Entwässern der
Faserstoffsuspension, bis eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension
entsteht,
- – Einbringen
von gasförmigem
Kohlendioxid in die feuchte Faserstoffsuspension,
- – Ausfällen von
Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und
- – Überprüfen des
Aschewertes der Faserstoffsuspension und Einstellen auf einen gewünschten Wert.
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Mittels
der gemäß der Erfindung
vorgesehenen Regelung wird der Aschegehalt der Faserstoffsuspension überprüft und bei
Feststellung einer Abweichung vom gewünschten Wert auf diesen eingeregelt.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie
der Zeichnung.
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Von
Vorteil ist insbesondere ein Verfahren, bei dem die Faserstoffsuspension
in einem weiteren Verfahrensschritt anschließend in einer Anordnung mit
einem Stator und einem Rotor mit niedriger Scherenergie vermischt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Faserstoffsuspension unter
niedrigem Druck vermischt wird. Der Druck kann beispielsweise im
Bereich von 0,05 – 10
bar, insbesondere von 0,1 – 5
bar, liegen.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Durchführung eines
der oben aufgeführten
Verfahren. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine
Steuer- oder eine Regeleinrichtung zur Einstellung bzw. Regelung
des Aschegehalts umfasst.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Anordnung ist
es möglich,
den Aschegehalt einer nach der Fiber-Loading-Technologie hergestellten
Faserstoffsuspension in einem Bereich zwischen 0,1 und 75 % zu regeln.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist vorgesehen,
dass die Steuer- oder Regeleinrichtung eine Entnahmepumpe zur Entnahme
von Faserstoff und eine Messeinrichtung zur Messung des Aschegehalts
umfasst.
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Ebenfalls
von Vorteil ist der Einsatz eines Reglers in der Regeleinrichtung.
Dieser regelt beispielsweise die Zufuhr von Kohlendioxid, von Kalziumhydroxid,
von Wasser und/oder von weiteren Chemikalien.
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Nachstehend
wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
anhand der Figuren näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension
enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff
durch eine chemische Fällungsreaktion
mit einem Pumpdisperger,
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2 eine Ansicht des Pumpdispergers
gemäß 1 in Richtung der Pfeile
A und
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3 eine schematische Darstellung
der Regelanordnung.
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Eine
Faserstoffsuspension wird in einer Vorrichtung 10 (1) einem Pumpdisperger,
das heißt einem
Pumpfluffer 12, zugeführt
und in diesem durch Scherkrafte beaufschlagt, um das Fasermaterial
in Individualfasern aufzubrechen, das heißt die Oberflächen der
Fasern freizulegen und entsprechend die Kontaktfläche zu vergrößern. Dabei
wird der Pumpdisperger 12 gleichzeitig als Reaktor für eine chemische
Fällungsreaktion
benutzt. Er kann insbesondere so ausgeführt sein, dass sich in einem
Reaktionskanal 14 eine Reduktion der Fließgeschwindigkeit
der Faserstoffsuspension ergibt. Im vorliegenden Fall ist er so
ausgeführt,
dass die Faserstoffsuspension ausgehend von einem zentralen, radial
inneren Bereich allgemein radial nach außen transportiert wird.
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Der
Reaktionskanal 14 des Pumpdispergers 12 ist zumindest
teilweise durch strukturierte Oberflächen begrenzt, die beispielsweise
durch eine jeweilige Zahn- oder
Messergarnitur gebildet sein können. Der
Reaktionskanal 14 ist zwischen zwei einander gegenüberliegenden
Platten 16 mit strukturierten Oberflächen gebildet, zwischen denen
die Faserstoffsuspension radial nach außen transportiert wird.
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Dem
Pumpdisperger 12 ist eine Pfropfenschnecke 18 vorgeschaltet,
um die Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens zu verdichten. Der
Pfropfenschnecke 18 ist eine Zuführschnecke 20 vorgeschaltet,
die in einem zumindest im wesentlichen zylindrischen Kanal oder
Gehäuse 22 angeordnet
ist. Der Kanal 22 hat einen Anschluss 24 zum Zuführen eines
Gemisches, das beispielsweise zumindest aus der Faserstoffsuspension,
Wasser und Kalziumoxid und/oder Kalziumhydroxid besteht.
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Die
Pfropfenschnecke 18 ist drehbar in einem kegelförmigen Kanal 26 angeordnet,
dessen Querschnitt sich in Stoffflussrichtung S verjüngt, um die
Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens in einem sich
an die Pfropfenschnecke 18 anschließenden, unmittelbar vor dem
Pumpdisperger 12 angeordneten Kanal 28 zu verdichten.
Dieser unmittelbar vor dem Pumpdisperger 12 angeordnete Kanal 28 ist
mit einer Förderschnecke 30 versehen und
weist einen Anschluss 32 zum unmittelbaren Einleiten von
Kohlendioxid in die nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension
auf. Die Schnecken 18, 20, 30 besitzen
entweder eine gemeinsame Antriebswelle 34, oder sie sind
zumindest teilweise getrennt antreibbar. Durch ein im Zentrum der
Pfropfenschnecke 18 vorgesehenes Drallkreuz 36 wird
der Pfropfen aufgelockert, und entsprechend werden die Oberflächen des
Fasermaterials vergrößert. Die
einander gegenüberliegenden
strukturierten Oberflächen
der Platten 16 erzeugen Scherkräfte im Faserstoff, wodurch
die Kontaktfläche
des mit dem an den Fasern angelagerten Kalziumhydroxid reagierenden
Kohlendioxids vergrößert und
somit eine schnelle und effiziente Reaktion gewährleistet wird.
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Der
Pumpdisperger 12 hat einen zumindest im wesentlichen tangential
zu den Platten 16 angeordneten Auslauf 38 für die eingedickte
beladene Faserstoffsuspension. Optional kann auch in diesem Bereich
noch eine Kohlendioxid-Zuführung
vorgesehen sein, um den gewünschten
pH-Wert einzustellen.
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Überdies
kann der Pumpdisperger 12 einen zumindest im wesentlichen
tangential zu den Platten 16 angeordneten Zulauf 40 zur
Verdünnung
des beladenen Stoffs mit Wasser und/oder Kalziumhydroxid, insbesondere
aus einer vorgeschalteten Stoffeindickung, auf weniger als 6 %,
vorzugsweise 3 – 6
%, besitzen. Durch die entsprechende Verdünnung wird der Stoff wieder
pumpfähig.
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Die
Faserstoffsuspension wird beispielsweise durch Auflösen von
Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einem Stofflöser 42 erzeugt
oder als nicht getrockneter Faserstoff dem Beladungsprozess zugeführt.
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Anschließend wird
in einem Bereich 44 Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid, letzteres
in trockener oder flüssiger
Form, zugeführt
und mit der Faserstoffsuspension durchmischt. In einem Bereich 46 wird
die Faserstoffsuspension anschließend durch Entwässern soweit
eingedickt, bis ein noch feuchter Brei entsteht. Auf diese Weise
entsteht eine nicht mehr flüssige,
aber noch feuchte Faserstoffsuspension.
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Von
dem Bereich 46 wird dann die beladene Faserstoffsuspension
in den Pumpdisperger 12 geleitet, in dem das Kohlendioxid
eingebracht wird.
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An
eine Anschlussstelle innerhalb des in 1 und 2 dargestellten Faserbeladungsprozesses,
in 3 vereinfacht mit
dem Bezugszeichen 48 dargestellt, wird an den Strom 50 des
beladenen Faserstoffs eine Entnahmepumpe 52 angeschlossen, die
entweder kontinuierlich oder in vorgegebenen Intervallen im Batchbetrieb
Faserstoff im Bereich 46 oder über einen an dem Pumpdisperger 12 angebrachten
Anschluss entnimmt. Mittels einer Messeinrichtung 54 entsteht
aus dem von dieser als Regelgröße gemessenen
Aschegehalt des Faserstoffs eine Signalgröße, die sie einem Regler 56 zuführt.
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Um
eine eingestellte Soll- oder Führungsgröße 52 einzuregeln,
verändert
der Regler 56 als Signalgrößen die Kohlendioxid-Zugabe 58,
die Kalziumoxid- oder Kalziumhydroxid-Zugabe 60 und/oder
die Wasser-Zugabe 62 sowie optional weitere Chemikalien 64 entsprechend
der vorgegebenen Sollgröße. In Fließrichtung
vor der Messeinrichtung 54 ist zusätzlich eine Zugabestelle 66 für Verdünnungswasser vorgesehen.
Mit dieser Regeleinrichtung ist es möglich, den Aschegehalt in der
Faserstoffsuspension in einem Bereich zwischen 0,1 und 75 otro (Trockengehalt
der Faserstoffsuspension) zu regeln.
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- 10
- Vorrrichtung
- 12
- Pumpdisperger,
Fluffer
- 14
- Reaktionskanal
- 16
- Platte
- 18
- Pfropfenschnecke
- 20
- Zuführschnecke
- 22
- Zylindrischer
Kanal
- 24
- Anschluss
- 26
- Kegelförmiger Kanal
- 28
- Kanal
- 30
- Förderschnecke
- 32
- Anschluss
- 34
- Antriebswelle
- 36
- Drallkreuz
- 38
- Auslauf
- 40
- Zulauf
- 42
- Stofflöser
- 44
- Bereich
zum Eindicken
- 46
- Bereich
zum Mischen
- 48
- Faserbeladungsprozess
- 50
- Strom
des Faserstoffs
- 52
- Entnahmepumpe
- 54
- Messeinrichtung
- 56
- Regler
- 58
- Kohlendioxid-Zugabe
- 60
- Kalziumoxid-/Kalziumhydroxid-Zugabe
- 62
- Wasser-Zugabe
- 64
- Chemikalien-Zugabe
- 66
- Verdünnungswasser-Zugabe
- S
- Stofflaufrichtung