DE10347919A1

DE10347919A1 - Verfahren zum Einstellen eines pH-Werts und Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE10347919A1
Application number: DE2003147919
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dölle; Oliver Lüdtke
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-19
Also published as: WO2005045129A1

Abstract

Ein Verfahren zum Einstellen des pH-Werts einer Wasser- oder Faserstoffsuspension in einer Maschine (8) zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder zur Herstellung von Zellstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert durch Zugabe von Calciumoxid oder flüssigem oder festem Calciumhydroxid eingestellt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen des pH-Werts einer Wasser- oder Faserstoffsuspension in einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder zur Herstellung von Zellstoff.
Bei der Papierherstellung wird üblicherweise Natronlauge, d. h. in Wasser gelöstes Natriumhydroxid, oder Soda (Natriumbicarbonat) zur Einstellung des pH-Wertes verwendet. Durch den zunehmend gestiegenen Einsatz von Füllstoffen, insbesondere von gefälltem Calciumcarbonat (PCC = precipitated calcium carbonate), ergeben sich oft hohe pH-Wert-Schwankungen in Stoffaufbereitungssystemen, beispielsweise bei der Auflösung von Faserstoffen, bei der Flotation, der Bleiche, der Mahlung, etc. sowie an der Papiermaschine selbst und deren Wasserführungssystemen, die Schwankungen im Wasserhaushalt der Papiermaschine verursachen und sich damit negativ auf die Papierproduktion auswirken.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, durch das sich der pH-Wert auf einfache und kostengünstige Weise einstellen lässt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der pH-Wert durch Zugabe von Calciumoxid oder flüssigem oder festem Calciumhydroxid eingestellt wird.

Durch die Einstellung des pH-Werts lassen sich die einzelnen Abläufe des Papierherstellungsprozesses optimieren, d. h. pH-Wert-Schwankungen, die durch die Verwendung von Bleichchemikalien, Füllstoffen, durch mikrobiologische und chemische Einflüsse, etc. entstehen, ausgleichen und eliminieren. Falls Hilfsmittel bei der Herstellung der Faserstoffsuspension eingesetzt werden, kann der pH-Wert in einen Bereich gebracht werden, der die Wirksamkeit des Hilfsmittels unterstützt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei allen Stoffauflaufprozessen und in allen Stoffaufbereitungswasserkreisläufen, in der Papiermaschine, bei der Flotation, bei Bleich- und Mahlprozessen, aber auch bei der Erzeugung von Zellstoff eingesetzt werden. Durch in Wasser aufgeschwemmtes Calciumhydroxid, auch als Kalkmilch bezeichnet, lässt sich eine Regelung des pH-Wertes realisieren, die sich sowohl beim Beladen einer Faserstoffsuspension mit Calciumcarbonat (Fiber Loading) als auch in jedem anderen Prozess der Papierproduktion einsetzen lässt, unabhängig davon, ob Füllstoff verwendet wird oder nicht.

Beim Fiber Loading ergibt sich dadurch, dass für das Beladen des Faserstoffs mit Calciumcarbonat ohnehin Calciumoxid oder Calciumhydroxid als Ausgangssubstanz benötigt wird, der Vorteil, dass auf eine zusätzliche Chemikalie, nämlich Natriumhydroxid, verzichtet werden kann. Die Regelung ist auch unabhängig davon, ob das Endprodukt einen Füllstoff enthält, der durch einen Fällungsprozess in Batchreaktoren oder durch einen Mahlungsprozess (GCC = ground calcium carbonate) hergestellt wurde, oder ob Talk, Titandioxid (TiO₂), Silicium, etc. zur Anwendung kommen.

Das Einsatzgebiet der Erfindung ist nicht auf die Verwendung dieser Füllstoffe in papiererzeugenden Prozessen beschränkt; die Erfindung kann in jedem papiererzeugenden Prozess oder Hilfsprozess einschließlich der Zellstoffherstellung verwendet werden. Dabei ist es für die Einstellung des pH-Werts ohne Belang, ob Faserrohstoff aus Recycling-Papier, aus DIP (= Deinked Paper), aus Sekundärfaserstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff, Holzstoff, gebleichtem oder ungebleichtem Sulfatzellstoff, Fertigstoffausschuss, Leinen-, Baumwoll-, und/oder Hanffasern (vorwiegend für Zigarettenpapier eingesetzt) und/oder jeglichem anderen Papierrohstoff eingesetzt wird, der in einer Papiermaschine Verwendung findet.

Gegenüber dem herkömmlichen Einsatz der Natronlauge hat der Einsatz von Calciumoxid oder Calciumhydroxid nicht nur Kostenvorteile, sondern ist auch aus Gründen des Arbeitsschutzes zu bevorzugen. Natronlauge ist im Regelfall eine sehr starke Lauge, die Augen und Haut verätzen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der pH-Wert im Bereich zwischen 5,0 und 12,0, insbesondere zwischen 6,0 und 9,0, gesteuert oder geregelt wird.

Ein besonderer Vorteil des Einsatzes von Calciumhydroxid besteht darin, dass sich überschüssiges Calciumhydroxid durch Zugabe von Kohlendioxid in Calciumcarbonat umwandeln lässt. Hierdurch lässt sich der pH-Wert senken, gleichzeitig findet eine Pufferung der Wasser- oder Faserstoffsuspension statt.

Je nach dem gewünschten pH-Wert wird vorzugsweise zusätzlich Verdünnungswasser eingemischt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens in einem Wasser- oder Faserstoffsuspensionskreislauf in einer Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder zur Herstellung von Zellstoff, insbesondere in der Stoffaufbereitung, bei einem Bleich-, einem Mahl- oder einem Flotationsprozess.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf die Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn mit einem Wasser- oder Faserstoffsuspensionskreislauf, die mit Dosieröffnungen oder Dosierventilen zur Zuführung von Calciumoxid, Calciumhydroxid, insbesondere von in Wasser gelöstem Calciumhydroxid, zur Zuführung von Verdünnungswasser und zur Zuführung von Kohlendioxid ausgestattet ist. Die Maschine weist mindestens einen Sensor, insbesondere zur Ermittlung des pH-Werts in der Wasser- oder Faserstoffsuspension, und einen Computer zur Steuerung oder Regelung des pH-Werts aufgrund einer von dem mindestens einen Sensor gemessenen Messgröße, insbesondere des pH-Werts, auf.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Schema eines Wasserkreislaufs einer Papiermaschine.
Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) hat zwischen 20 und 100 °C eine Löslichkeit zwischen 1,6 und 0,7 g/l, wobei sich je nach Temperatur ein pH-Wert zwischen 12,6 und 11,0 einstellt. Anstelle von Calciumhydroxid kann auch Calciumoxid dem Wasser oder der Faserstoffsuspension zugesetzt werden, da durch die Reaktion des Calciumoxids mit dem Wasser stets Calciumhydroxid entsteht.
Je nach der im Wasser gelösten Menge des Calciumhydroxids stellt sich ein pH-Wert ein, der zusätzlich noch abhängig von den Bedingungen der Wasserhärte und der für die verschiedenen Prozesswässer verwendeten Chemikalien ist.
Durch Zudosierung einer bestimmten Menge von Calciumhydroxid lässt sich der pH-Wert im Bereich zwischen 5,0 und 12,0, insbesondere zwischen 6,0 und 9,0, einstellen. Eine Feinabstimmung lässt sich dadurch erreichen, dass Kohlendioxid zudosiert wird, um überschüssiges Calciumhydroxid in Calciumcarbonat umzuwandeln und dadurch einen niedrigeren pH-Wert zu erzielen.
Als Ausgangsmaterial kann jegliche Faserstoff- oder Wassersuspension mit einer Konsistenz zwischen 0 und 60 % an Faserstoff, insbesondere zwischen 0,1 und 40 %, eingesetzt werden. Anschließend wird Calciumoxid oder Calciumhydroxid in flüssiger oder fester Form in den wässrigen Faserstoff eingemischt, wobei dieser, bezogen auf seine Trockenmasse, einen Anteil zwischen 0,01 und 60 % an der Faserstoffsuspension hat. Die Einmischung erfolgt in einem statischen Mischer oder in einer Vorlagebütte. Die Reaktionsfähigkeit oder Lösezeit des Calciumhydroxids liegt im Bereich zwischen 0,05 Sekunden und 10 Minuten, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Sekunde und 3 Minuten. Gemäß den Reaktionsparametern zu Erzeugung von Calciumkarbonat wird Verdünnungswasser eingemischt.
Anschließend wird Kohlendioxidgas in die feuchte Faserstoffsuspension entsprechend den Reaktionsparametern eingemischt. Eine feuchte Faserstoffsuspension weist im Regelfall eine Stoffdichte von 0,01 bis 60 % auf.
Ausgangsmaterial ist ein wässriger Faserstoff mit einem Trockenanteil des Faserstoffs zwischen 0,01 und 60 %, je nach Einsatz der Reaktionsmaschine. Bei Einmischung des Kohlendioxids in einer Calciumhydroxid enthaltenden Suspension fällt Calciumcarbonat aus, und gleichzeitig wird durch diese Maßnahme der pH-Wert eingestellt.
Vor, während oder nach der Zugabe des Kohlendioxids oder des Calciumhydroxids oder des Calciumoxids kann die Zugabe von Verdünnungswasser erfolgen.
Die Prozesstemperatur liegt zwischen –15 und 120 °C, vorzugsweise zwischen 20 und 90 °C. Abhängig von verwendeter Temperatur, eingestelltem pH-Wert und dergleichen werden rhomboedrische, skalenohedrische und kugelförmige Kristalle erzeugt. Die Kristallabmessungen liegen zwischen 0,05 und 5 μm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 2,5 μm.
Sowohl statische als auch bewegliche, insbesondere rotierende, Mischelemente lassen sich einsetzen. Das Verfahren wird mit Vorteil in einem Druckbereich zwischen 0 und 15 bar, insbesondere zwischen 0 und 6 bar, durchgeführt. Dabei liegt der pH-Wert zwischen 0 und 6, vorzugsweise im Bereich zwischen 6,5 bis etwa 8,5. Die Reaktionsfähigkeit liegt im Bereich zwischen 0,05 Sekunden bis 1 Minute, vorzugsweise zwischen 0,05 und 10 Sekunden.
In einer Anordnung zur Aufbereitung einer Faserstoffsuspension wird über eine Leitung 1 Faserstoffsuspension zugeführt. Über eine Leitung 2 mit einem Dosierventil 3 wird gebrannter Kalk (CaO) oder gelöschter Kalk (Ca(OH)₂) zugeführt.
Über eine Leitung 4 mit einem Dosierventil 5 wird anschließend Verdünnungswasser zugeleitet. Schließlich wird der Leitung 1 über eine Leitung 6 mit einem Dosierventil 7 Kohlendioxid zugeführt. Die auf diese Weise auf den gewünschten pH-Wert eingestellte und mit Calciumcarbonat beladende Faserstoffsuspension wird den Wasserkreisläufen einer Papiermaschine 8 zugeführt. Diese Wasserkreisläufe umfassen beispielsweise die Stoffaufbereitung einschließlich der Stoffaufbereitungswasserkreisläufe und die Flotationsprozesse.
Einem als Regel- oder Steuereinheit dienenden Computer 9 werden über an den Ventilen 3, 5, 7 angeordnete Sensoren 10, 11, 12 oder Zähler zur Messung der Durchflussmengen Signalgrößen zugeführt. Ebenso sind in der Leitung 1 an verschiedenen Stellen Sensoren und/oder Zähler 13, 14, 15, 16 zur Messung von Regelgrößen wie dem pH-Wert, der Temperatur, einer Ionenkonzentration, beispielsweise der Konzentration der Calcium-Ionen, der Durchflussmenge der Faserstoffsuspension, etc. angebracht, die jeweils ebenso wie die Sensoren 10 bis 11 über Steuerleitungen mit dem Computer 9 verbunden sind. Aufgrund der erfassten Daten steuert oder regelt der Computer die Durchflussmengen der über die Ventile 3, 5, 7 zuzuführenden Substanzen.

1: Leitung
2: Leitung
3: Dosierventil
4: Leitung
5: Dosierventil
6: Leitung
7: Dosierventil
8: Papiermaschine
9: Computer
10: Sensor
11: Sensor
12: Sensor
13: Sensor
14: Sensor
15: Sensor
16: Sensor

Claims

Verfahren zum Einstellen des pH-Werts einer Wasser- oder Faserstoffsuspension in einer Maschine (8) zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder zur Herstellung von Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert durch Zugabe von Calciumoxid oder flüssigem oder festem Calciumhydroxid eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Bereich zwischen 5,0 und 12,0, insbesondere zwischen 6,0 und 9,0, gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass überschüssiges Calciumhydroxid durch Zugabe von Kohlendioxid in Calciumcarbonat umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verdünnungswasser eingemischt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Wasser- oder Faserstoffsuspensionskreislauf in einer Maschine (8) zur Her stellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn, insbesondere in der Stoffaufbereitung, bei einem Bleich-, einem Mahl- oder einem Flotationsprozess.
Maschine (8) zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder zur Herstellung von Zellstoff mit einem Wasser- oder Faserstoffsuspensionskreislauf, Dosieröffnungen oder Dosierventilen (3, 5, 7) zur Zuführung von Calciumoxid, Calciumhydroxid, insbesondere von in Wasser gelöstem Calciumhydroxid, zur Zuführung von Verdünnungswasser und zur Zuführung von Kohlendioxid, mit mindestens einem Sensor (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16), insbesondere zur Ermittlung des pH-Werts in der Wasser- oder Faserstoffsuspension, und mit einem Computer (9) zur Steuerung oder Regelung des pH-Werts aufgrund einer von dem mindestens einen Sensor (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) gemessenen Messgröße, insbesondere des pH-Werts.