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Verfahren und Anlage zum kontinuierlichen Entgasen und Reinigen von
in Flüssigkeit aufgeschwemmter Papiermasse Zum kontinuierlichen Entgasen von in
Flüssigkeit aufgeschwemmtem Papierstoff benutzt man bekanntlich einen Vakuumbehälter,
in welchen der Stoff eingesprüht, der Flüssigkeitsstand konstant gehalten und aus
welchem der Stoff dem Vorratsbehälter oder Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt
wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für eine möglichst
vollkommene Entgasung bzw. Reinigung der Papiermasse nicht genügt, den Abfluß lediglich
unter konstantem Vakuum erfolgen zu lassen, sondern daß dafür gesorgt sein muß,
daß die sich am Boden des Behälters ansammelnde schmutzhaltige Masse in diesem Zustand
nicht auf die Maschine gelangt. Erfindungsgemäß wird diese daher abgezogen und unter
Druck einem oder mehreren Zentrifugalabscheidern zugeführt, von welchen die ausgeschiedene
schmutzfreie Fraktion nach dem Vakuumbehälter zurückgeführt wird, während die schmutzhaltige
Fraktion in einen Sammelbehälter ausgeschieden wird, wobei beide Ausscheidungen
unter Vakuumeinwirkung erfolgen. Auf diese Weise erhält man einen praktisch gas-
und schmutzfreien Stoff, und zwar unter Vermeidung wesentlicher Faserverluste.
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Eine beispielsweise Anlage zur Ausführung der Erfindung ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 ein Gesamtschema der Anlage,
Abb.2 einen Längsschnitt durch den Vakuumbehälter, Abb. 3 einen Querschnitt entlang
der Linie 111-11I der Abb. 2 und Abb. 4 einen Ouerschnitt durch einen Zentrifugalabscheider,
wie er nach der Erfindung verwendet wird.
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Der Vakuumbehälter 11, in welchen die Papiermasse eingesprüht wird,
besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Kessel, an dessen Oberteil ein Vakuumverteiler
12 vorgesehen ist, der mittels einer Leitung 13 mit einer Vakuumpumpe 14 verbunden
ist, die ihrerseits einen Luftauslaß 15 und einen Wasserauslaß 16 aufweist.
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Die zu entgasende Papiermasse wird über einen Verteiler 17 durch Einlaßrohre
18 in den Behälter 11 eingeführt. Jedes Einlaßrohr 18 führt zu einer Zerstäubungsdüse
19 (s. auch Abb. 3), die dazu dient, die Masse unter beträchtlich verringertem Druck
in dem unter Vakuum stehenden Behälter 11 zu zerstäuben. Die in kleine Tröpfchen
aufgeteilte Masse wird von dem Vakuum entgast und fällt als Sprühregen oder Nebel
nach unten, um sich auf dem Boden des Behälters in einer Wanne 20 zu sammeln, in
welcher ein gleichbleibender Flüssigkeitsspiegel 21 aufrechterhalten wird, dessen
Höhe zweckmäßig etwas unter der Mantellinie oder Achse des Behälters 11 liegt. Die
durch Vakuum behandelte Masse fließt dann aus dem Boden des Behälters 11 durch das
Hauptauslaßrohr 24 und ein barometrisches Fallrohr 25 nach einer Zentrifugal- oder
Flügelpumpe 26 und von da durch ein mit Ventil versehenes Rohr 27 nach dem.
Hauptbehälter 28, von wo sie auf das Sieb 29 der Papiermaschine 30 gelangt.
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Die in den Behälter 11 zu speisende Masse wird nun folgendermaßen
behandelt: Sie gelangt zunächst durch ein Rohr 32 in die Anlage und wird von einer
Flügel- oder Zentrifugalpumpe 33 mit dem sogenannten Weißwasser gemischt, das aus
der Siebgrube 34 durch ein Rohr 35 abgezogen wird. Das Weißwasser wird verwendet,
um die Masse zu verdünnen, die durch das Rohr 32 ankommt, weil die Vakuumbehandlung
wirksamer ist, wenn die Masse verdünnt ist, so daß sie äußerst fein zerstäubt werden
kann. Die verdünnte Masse verläßt die Pumpe 33 durch das Rohr 36, um wahlweise entweder
durch das von Hand eingestellte Ventil 37 oder durch das automatisch kontrollierte
Ventil 38 zum Verteiler 17 zu gelangen. Der Zufluß erfolgt für gewöhnlich durch
das Ventil 38,
weil es wichtig ist, den gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel
21 in dem Behälter 11 zu kontrollieren, und dies wird durch das automatische Ventil
38 erreicht, welches auch die Sicherung einer gleichmäßigen Zufuhr von Masse
aus dem Behälter 11 durch das Hauptspeiserohr 25 nach der Papiermaschine 30 bewirkt.
Das
Einführen der Masse in den Behälter 11 erfolgt mittels Zerstäuberdüsen 19, von denen
jede (s. Abb. 2 und 3) einen zylindrischen Körper 43 aufweist, in den Masse tangential
durch das Speiserohr 44 eingeführt wird. Die Masse wird in dem zylindrischen Körper
43 der Düse mit großer Geschwindigkeit herumgewirbelt, aus jeder der zwei gegenüberliegenden
Düsen 45 bzw. (s. Abb. 3) als ein stark wirbelnder Sprühregen herausgeworfen und
mit hinreichender Kraft gegen nebeneinanderliegende Prallplatten geschleudert. Eine
dieser Prallflächen ist mit einer vertikalen Prallwand oder Prallfläche 47 versehen,
die durch ihren unteren Randflansch 48 verstärkt ist. Eine andere derartige Prallfläche
wird durch die Innenwand des Behälters 11 gebildet, gegen welche die gegenüberliegenden
Düsen die zerstäubte Masse schleudern. Solch kräftiger Aufprall trägt zur weiteren
Zerstäubung der Masse bei. Um eine annähernd vollständige Entlüftung der Masse zu
erreichen, muß der durch Vakuum in dem Behälter 11 induzierte verringerte Druck
das Ergebnis eines sehr hohen Vakuums sein. Wenn eine weniger vollständige Entlüftung
ausreicht, wird natürlich ein viel geringeres Vakuum benötigt. Um den Zutritt zum
Hauptauslaßrohr 24 herum ist ein kreisförmiges hochstehendes Stauwehr mit einer
Stauwehrkante 50 und darüber, aber noch unter dem Flüssigkeitsspiegel 21, ein Schirm
bzw. eine Stauvorrichtung 51 vorgesehen, die zweckmäßig gewölbt bzw. schirmartig
ausgebildet ist und an der Peripherie einen herabhängenden Kragen 52 aufweist. Die
Stauvorrichtung besitzt in ihrem Oberteil ein Abzugsloch 62, um eine Strömung dort
hindurch zu induzieren. Die Stauscheibe hat einen wesentlich größeren Durchmesser
als die Stauwehrkante 50. An dem Boden des Behälters 11, der an das Hauptauslaßrohr
24 anschließt, sind unter dem Schirm 51 eine Vielzahl von kleinen Masseabströmröhrchen
53 vorgesehen, die zu den Rohren 54 führen, die in das barometrische Fallrohr 55
tauchen (s. Abb. 1), um die Masse nach einer Flügel- oder Zentrifugalpumpe 56 zu
leiten. Diese kleinen Strömungsauslaßrohre 53 dienen dem Zweck, mit Schmutz angereicherte
Masse vor den Stauwehrkanten 50 abzuziehen, da jene Masse einige abgesetzte bzw.
niedergeschlagene verunreinigende Bestandteile wie z. B. Sand usw. enthält. Solch
verunreinigende Bestandteile haben die Neigung, sich abzusetzen und werden so davon
abgehalten, über die Wehrkante in das Hauptabflußrohr 24 überzuströmen. Die Rohre
53, 54 können, wie in Abb. 2 gezeigt, falls es erwünscht ist, mit einem Ventil versehen
werden.
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Diese kleineren, durch die Rohre 53, 54 abgezogenen Strömungen von
Masse, in denen Verunreinigungen mehr oder weniger konzentriert enthalten sind,
werden, während sie noch unter dem Einfluß des Vakuums stehen und auf diese Weise
entlüftet werden, in die Flügel- oder Zentrifugalpumpe 56 gezogen und von dort durch
das Rohr 57 in die Zentrifuga.labscheiderstation gezwungen, die in Abb. 1 mit 58
bezeichnet ist und aus einer Mehrzahl von Hydrozyklonen 60 bestehen kann. In jeden
dieser Abscheider wird aus dem Rohr 57 unter Druck Masse tangential durch die Rohre
61 eingespeist.
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In Abb. 4 ist ein derartiger Abscheider im Schnitt gezeigt. Er besitzt
einen zylindrischen Teil 63, an den sich ein konischer Teil 64 anschließt, der in
einer spitzen Auslaßöffnung 65 endet, die von einer den Sprühregen empfangenden
Expansionskammer66 umgeben ist, in welche die spitze Entladung aus der Wirbelkammer
wirbelnd hineingesprüht wird. Die Expansionskammer 66 hat ein Ausströmrohr 67, um
Gase oder Luft, die mitunter in der Flüssigkeit enthalten sind, abzuzapfen, wie
dies bei Zentrifugalabscheidern im wesentlichen an sich bekannt ist, während die
Hauptströmung der Masseentladung aus der Spitze 65 in dem Rohr 77 nach unten fällt.
Der zylindrische Teil 63 hat einen Sockelabschluß 70, durch welchen ein Soekelauslaß
71 für die Entladung hindurchgeht, der auch als Wirbelsucher bezeichnet wird. Die
Oberströmung durch das Rohr 71 könnte auch in einer Expansionskammer nach Art der
Kammer 66 erfolgen, sofern dies gewünscht wird.
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In solch einem Abscheider entwickelt bekanntlich die unter Druck erfolgte
tangentiale Speisung im zylindrischen Teil 63 Zentrifugalkräfte, die beträchtlich
stärker sind als die Schwerkraft, die wiederum zentripedal reagierende Kräfte auslöst.
Das Ergebnis ist, daß zwei gleichgerichtete Wirbel entstehen und aufrechterhalten
werden, wobei sich die schneller absetzenden Bestandteile der flüssigen Aufschwemmung
absondern und als Unterströmung durch die Entladungsspitze 65 entladen werden, während
die sich langsamer absetzenden Bestandteile der Aufschwemmung durch den Wirbelsucher
71 im Oberteil der in den meisten Fällen konischen Vorrichtung ausgeschieden und
als Oberströmung entladen werden. Die Vorrichtungen werden nach der Erfindung gebraucht,
um hineingespeiste entlüftete verdünnte Papiermasse zu säubern, insbesondere von
Sand, Fett und anderen Verunreinigungen. Die schmutzreiche Fraktion wird durch den
spitzen Auslaß 65 abgelassen, während die schmutzarme und saubere Fraktion den Abscheider
durch den Sockelauslaß oder Wirbelsucher 71 verläßt.
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Die brauchbare Masse wird durch das Rohr 73 nach einem zweiten Masseverteiler
75 ab- und von da durch die Rohre 76 und Düsen 19 geleitet, um von neuem in den
Vakuumbehälter 11 zurückgeführt und wieder zerstäubt zu werden. Unter gewissen Bedingungen
brauchen Düsen für diese zurücklaufende Masse nicht verwendet zu werden. Die Ausschußmasse
aus dem spitzen Auslaß der Abscheider 60 wird durch barometrische Fallrohre 77 abgeleitet,
um in einen Massestau 78 in dem Sammelbehälter 79 gespeist zu werden.
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Dadurch, daß für die Hineinspeisung der Masse in den Abscheider mittels
Pumpe 56 durch die Einwirkung des im Wasserwirbel aufrechterhaltenen Vakuums ein
geringerer Druck als der normale Einlaßdruck benötigt wird, wird eine beachtliche
Kraftersparnis erreicht, die noch dadurch begünstigt wird, daß die Oberströmung
71 aus dem Wasserwirbel durch ihren von der Pumpe 56 erteilten Impuls begünstigt
wird und der Rückfluß in den Behälter 11 erfolgt, während dieser unter der Einwirkung
des Vakuums steht.
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Um einen Teil der Ausschußmasse zurückzugewinnen, wird diese aus dem
Behälter 79 durch das Rohr 80 mittels Pumpe 81 und durch das Rohr 82 mit Druck in
eine zweite Zentrifugalabscheiderstation gespeist, die in Abb. 1 lediglich durch
einen einzelnen Abscheider 85 dargestellt ist, der im übrigen in jeder Beziehung
den vorher beschriebenen ähneln kann.
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Im Abscheider 85 wird die Ausschußmasse von neuem gereinigt, um Fasermaterial
wiederzugewinnen. Die Masse, die von neuem gesäubert und schmutzarm ist, wird dann
zur brauchbaren Masse als Oberströmung durch das Rohr 86 abgeleitet, damit sie sich
mit der brauchbaren Masse im Rohr 75 vereinigen kann, um in den Vakuumbehälter 11
von
neuem eingeführt und von neuem zerstäubt zu werden. Ausschußmasse
bzw. Masse, die noch schmutzhaltig ist, wird in Form von Sprühregen als Unterströmung
aus dem spitzen Auslaß des Abscheiders 85 in die Expansionskammer 66' entladen,
die zum brometrischen Fallrohr 90 führt. das in den Massestau 91 eintaucht, der
in dem Behälter 92 gebildet wird.
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Die Expansionskammern 66 am spitzen Auslaß eines jeden Abscheiders
60 der Station 58 dienen dem Zweck, durch das Rohr 67 den Abzug von etwa vorhandenem
Gas zu gestatten. Das Rohr 67, das auch etwas Flüssigkeit leitet, führt zu einem
Separator 93, der ebenfalls ein barometrisches, in den Massestau 78 im Behälter
79 eintauchendes Fallrohr 94 und ein Rohr 95 aufweist, das zum Rohr 13 führt, welches
mit der Vakuumpumpe 14 verbunden ist. Dieser Separator 93, der viel größer ist als
die Expansionskammern 66 und der zwischen den Expansionskammern 66 an den spitzen
Auslässen der Abscheider 60 und den Vakuumleitungen 95 und 13 liegt, dient ebenfalls
dem Zweck, Gas aus der Masseaufschwemmung abzuscheiden.
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Die zweite Abscheiderstation hat einen ähnlichen Separator 96 für
den gleichen Zweck, der auch mit einem barometrischen, zum Massestau 91 in dem Behälter
92 führenden Fallrohr 97 versehen ist, aus dem sein Ausschuß fließt, um diesen abzulassen,
während vom Oberteil des Separators 96 ein Rohr 98 nach der Vakuumleitung 13 führt.
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Die Stärke des Vakuums, das auf die Abscheider 60 wirkt, wird durch
das Ventil 100 im Rohr 73 gesteuert, durch welches brauchbare Masse nach dem Vakuumbehälter
11 fließt, während Ventil 101 im Rohr 86 das Vakuum steuert, das auf die Abscheider
85 einwirkt. Diese Steuerung ist wichtig, da die brauchbare Masse aus den Abscheidern
nach dem Behälter 11 mittels des darin aufrechterhaltenen hohen Vakuums abgezogen
wird und diese Ventile die Saugkraft jenes Vakuums regulieren. Ventil 102 im Rohr
95 vom Separator 93 und Ventil 103 im Rohr 98 vom Separator 96 regulieren auf gleiche
Weise die Einwirkung des Vakuums in der Leitung 13 hinsichtlich der Einwirkung auf
jene Separatoren. Alle Rohre sind mit Ventilen versehen, um hinreichend Kontrolle
zu gewähren. Wirkungsweise Verdünnte Papiermasse wird durch die Pumpe 33 und Rohr
36 in durch das automatische Ventil 38 geregelter Menge gefördert und durch den
Masseverteiler 17 und die mit je einer Zerstäubungsdüse 19 zusammenarbeitenden Einlaßrohre
18 wirbelförmig in den Vakuumbehälter 11 entweder gegen die Prallplatte 47 oder
gegen die Innenwand des Behälters 11 hineingesprüht, von wo die zerstäubte Masse
in Form ein,as Sprühregens oder Nebels herabfällt und in einer Wanne 20 am Boden
des Behälters gesammelt wird, der einen geregelten, gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel
21 aufweist. Das Innere des Behälters 11 steht unter der Einwirkung eines hohen
Vakuums, das von der Vakuumpumpe 14 durch die Vakuumleitung 13 bewirkt wird, die
mit dem Vakuumverteiler 12 mit dem Innern des Behälters verbunden ist. Die zerstäubte
Masse, die gegen die Prallflächen schlägt, während sie unter hohem Vakuum steht,
wird ziemlich vollständig entgast, aber sie hat noch einen bestimmten Gehalt an
Schmutz bzw. an anderen verunreinigenden Bestandteilen.
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Die entgaste Masse in der Mulde 20 fließt über die Stauwehrkante 50,
die das Hauptabflußrohr 24 für den Auslaß der Masse umgibt und fließt durch Leitung
25 nach einer Pumpe 26, mittels welcher sie in den Stoffauflauf 28 einer Papiermaschine
gespeist wird. Zwischen der Stauwehrkante 50 und den Enden des Behälters 11 erfolgt
eine Ablagerung von bestimmten, sich schneller absetzenden Verunreinigungen wie
Sand usw. in der Mulde, die die Masse enthält.
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Diese verunreinigte Ablagerung wird abgezapft, so daß ein kleinerer
Strom von Masse aus der Mulde abgeht, indem er durch zwei oder mehrere kleinere
Abzugsrohre oder Hilfsrohre 53 durch die Rohre 54 nach einer Pumpe 56 geleitet wird,
um durch Rohre 57 in die Abscheiderstation 58 gespeist zu werden, während die Masse
noch unter der Einwirkung des Vakuums steht, so daß ein Minimum an Luft, die in
die Masse auf diese Weise gefördert wird, zurückgelangt.
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Dieser Ausschluß von Luft muß während der Behandlung des kleinen schmutzigen
Abflusses von Masse in der Abscheiderstatio.n anhalten. Die schmutzige Masse wird
mit Druck und tangential in den zylindrischen Teil 63 der Abscheider mit genügender
Kraft hineingespeist, um die Masse durch Zentripedalwirkung, die viel größer ist
als die Schwerkraft, aufzuwirbeln. Auf diese Weise bilden sich bekanntlich ein äußerer
Wirbel mit sich drehenden Schichten und infolge der Reaktion der Zentripedalkraft
ein zweiter innerer Wirbel mit sich drehenden Schichten, wobei sowohl äußere wie
innere Schichten in derselben Richtung wirken. Dies verursacht, daß die sich schneller
absetzenden aufgeschwemmten Körper an die Peripherie des konischen Teiles 64 des
Abscheiders bewegt werden, während die sich langsamer absetzenden aufgeschwemmten
Bestandteile sich in den inneren Wirbel bewegen, um vom Sockel des Abscheiders durch
den Wirbelsucher 71 zu spritzen. Die sich schneller absetzenden Bestandteile spritzen.
aus dem Abscheider durch den spitzen Auslaß 65, so daß eine Massefraktionierung
in eine schmutzarme bzw. saubere Fraktion von brauchbarer Masse erfolgt, die durch
den Wirbelsucher als obere Strömung abgeht und eine schmutzreiche oder konzentrierte
schmutzhaltige Fraktion von Ausschußmasse, die als Unterströmung durch den spitzen
Auslaß abgeht.
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Es ist nun zu bedenken, daß beim normalen Arbeitsgang solcher Wasserwirbel
ein Luftkern gebildet wird, der sich zwischen den axial ausgerichteten Auslässen
des Wasserwirbels erstreckt. Dies hat eine Belüftung der zu behandelnden Suspension
zur Folge, die vermieden werden muß, weil es der Zweck dieser Erfindung ist, Masse
zu erzeugen, die sowohl entlüftet als auch gesäubert ist. Aus diesem Grunde muß
die Bildung des üblichen Luftkerns verhindert werden. Dies wird erreicht, indem
man beide Ausladungen aus dem Abscheider unter der Einwirkung des Vakuums hält,
indem man die Ausladung an der Spitze durch ein barometrisches Fallrohr 77 erfolgen
läßt und den Sockelabfluß mittels Rohr 73 unter der Wirkung des Vakuums hält. Brauchbare
gesäuberte und entlüftete Masse aus den Rohren 71 läuft von neuem durch den Verteiler
75 nach dem Vakuumbehälter 11, um darin von neuem behandelt zu werden, damit auch
jene Luft entfernt wird, die durch Zufall in der Masse geblieben sein kann, als
diese den Behälter zu ihrer Säuberungsbehandlung verließ.
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Schmutzige Ausschußmasse, die im barometrischen Fallrohr 77 herunterfließt,
wird im Massestau 78 in dem Behälter 79 aufgefangen. Diese schmutzige Masse wird
wieder behandelt zwecks weiterer Reinigung, indem sie nach der zusätzlichen Abscheiderstation
85 geschickt wird, in welcher sie wieder so behandelt
wird, wie
sie in der ersten Abscheiderstation 58 behandelt wurde. Sekundäre brauchbare Masse
fließt durch das Rohr 86 zum Verteiler 75, um in dem Vakuumbehälter 11 von neuem
behandelt zu werden, während inzwischen die Luft entfernt worden ist, indem der
Abscheider während seines Betriebes unter Vakuumeinwirkung gehalten wurde. Sekundärer
Ausschuß von der sekundären Abscheiderstation 85 geht durch ein anderes barometrisches
Fallrohr 90 nach dem Behälter 92, von dem er ausgeschieden wird.
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Da die gesäuberte Masse dazu neigt, trotz größter Vorsichtsmaßnahmen
Luft aufzunehmen, hat man zwecks Verbesserung angestrebt, die durch die Spitze gehende
Entladung der primären Abscheider 58 zunächst in den Expansionsbehälter 66 zu führen,
aus dem Luft durch das Rohr 67 herausgezogen wird, durch welches diese dann in den
Separator 93 gelangt, aus welchem sie durch das Rohr 95 nach der Vakuumleitung 13
gesaugt wird. Die abgeschiedene Masse fließt dabei durch das barometrische Fallrohr
94 in den Behälter 79. Dieselbe verbesserte Behandlungsweise wird bei der zweiten
Abscheiderstation 85 ausgeführt. Der Grad des Vakuums, das auf die Abscheiderstationen
einwirkt, wird von den Ventilen 100 bis 101 geregelt. Der Grad des Vakuums, das
auf den Vakuumbehälter il einwirkt, wird durch die Vakuumpumpe 14 kontrolliert.
Der in dem Vakuumbehälter 11 über der Stauwehrkante 50 vorgesehene Schirm
51
verhindert, daß sich Teile in dem Hauptauslaß absetzen. Die Öffnung 62
dient dazu, um etwas Masse durch den Schirm 51 strömen zu lassen, um zu verhindern,
daß Masse an der Unterseite des Schirmes hängenbleibt.
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Etwa 10 bis 20% der gesamten Strömung, die durch den Vakuumbehälter
11 geht, wird durch die kleinen Strömungs- oder Hilfsauslaßrohre 53 entfernt. Jedoch
enthalten wegen des Sichabsetzens und der Ansammlung von verunreinigenden Bestandteilen
diese 10 bis 20% der gesamten Strömung 500/0 oder mehr der gesamten Menge der verunreinigenden
Bestandteile in der gesamten Strömung. So werden 50% oder mehr der verunreinigenden
Bestandteile oder des Schmutzes der Masse entfernt, indem 10 bis 20% der gesamten
Strömung durch die Abscheider gepumpt werden. Dies bedeutet eine beträchtliche Ersparnis
an Kraft für das Pumpen. Es ist erstaunlich, wie sehr die verunreinigenden Bestandteile
die Neigung haben, sich im Bereich des Bodens des Vakuumbehälters außerhalb der
Stauwehrkante 50 abzusetzen. Zum Beispiel nehmen in einem Behälter mit etwa 2 m
Durchmesser, wobei der Flüssigkeitsspiegel über der Mittellinie des Behälters aufrechterhalten
wird, die Geschwindigkeiten der Suspension, die sich horizontal gegen das Hauptablaßrohr
24 bewegt, um etwa 0,05 m/Sek. an jedem Ende des Behälters zu bei Geschwindigkeiten
in Höhe von 1,2 bis 1,5 m/Sek. am Hauptauslaß. Wegen dieser niedrigen Geschwindigkeiten
und verhältnismäßigen Ruhe erhält man einen beträchtlichen Niederschlag von verunreinigenden
Bestandteilen am Boden des Behälters, die schwerer sind und auf diese Weise sich
schneller absetzen als die Papierfaser selbst.