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Vorrichtung zum Zerfasern von Holzspänen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Zerfasern von Holzspänen zur Erzeugung von für die Papierherstellung
geeigneten Fasern, bestehend aus einer luftdicht abgeschlossenen Kammer, aus Einrichtungen
zum Einbringen der Holzspäne und einer Flüssigkeit in die Kammer unter Vermeidung
eines gleichzeitigen Zutrittes von Außenluft, aus einem luftdicht abgeschlossenen,
mit der Kammer in Verbindung stehenden Zerfaserer, dessen zylindrisches Gehäuse
an seinem inneren Umfang Reibflächen aufweist, aus rotierenden Schaufeln zum Befördern
der Späne und der Flüssigkeit nach außen gegen die Reibflächen sowie aus zylindrischen
Siebflächen, durch die die aufgeschlossenen Fasern aus dem Gehäuse heraustreten
und abgeführt werden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorrichtungen dieser
Art die Schaufeln hohl ausgebildet und tangential zu den zylindrischen Siebflächen
mit Durchbrechungen versehen sind, durch die zusätzliche Flüssigkeit in unmittelbare
Nähe der Siebflächen geleitet wird, um die Stoffdichte der Aufschwemmung an dieser
Stelle herabzusetzen und dadurch das Hindurchtreten der aufgeschlossenen Fasern
durch die Siebfläche zu erleichtern.
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Die zu zerfasernden Späne, für die man vorzugsweise solche mit einer
Dicke von 0,1 bis 0,5 mm als Ausgangsmaterial verwendet, werden der ringförmigen
Reibfläche des Zerfasers gleichzeitig mit der erforderlichen Wassermenge, mit oder
ohne den Zusatz von Chemikalien, zugeführt, und zwar durch die erwähnten Schaufeln,
die sich innerhalb des Reibflächenmantels drehen. Dabei erfolgt die Zerfaserung
unter der Einwirkung der den Spänen erteilten kreisförmigen Bewegung und der sich
daraus ergebenden Fliehkraft des Druck- und Temperaturanstieges infolge Reibung
und gegebenenfalls einer zusätzlichen Druck- und Temperatursteigerung. Wie bei den
Zerfaserern klassischer Bauart bewirkt der Gegenstand der Erfindung zugleich mit
dem eigentlichen Zerfasern ein Raffinieren des Fasergutes.
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Die Vorrichtung gestattet einen kontinuierlichen Betrieb, wobei ihr
die Späne, wie erwähnt, in Wasser suspendiert und gegebenenfalls mit den gewünschten
Chemikalien versetzt zugeführt werden. Die aufgeschlossenen, ebenfalls in Suspension
befindlichen Fasern werden ebenso kontinuierlich ausgetragen.
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Vorrichtungen der beschriebenen Art zum stetigen Zerfasern faserhaltiger
Stoffe sind, wie bereits eingangs zum Ausdruck gebracht, in der Technik bekannt.
Es ist des weiteren bekannt, daß die Zerkleinerung von Hartholzspänen kürzere Fasern
erzeugt als die Zerkleinerung von Spänen harzhaltiger Hölzer. Damit nun die Hartholzfasern
nicht zu kurz werden, müssen die Fasern, sobald dieselben eine gegebene Länge erreicht
haben, aus dem Zerfaserer ausgestoßen werden. Infolgedessen muß die Vorrichtung
mit Sieb- und Ausstoßvorrichtungen versehen werden, welche die Entfernung der in
Suspension befindlichen Fasern oder Faserbündel gestatten, sobald deren Abmessungen
die gewünschten Dimensionen erreicht haben. Diese Aufgabe ist im Gegensatz zur Erfindung
bei den bekannten Vorrichtungen nur sehr mangelhaft gelöst. Insbesondere muß bei
diesen ein Stoff verhältnismäßig hoher Dichte durch die Sieböffnungen hindurchtreten,
wodurch sie leicht verstopfen und infolgedessen die bereits aufgeschlossenen Fasern
nachteilig beeinflußt, d. h. zu stark zerkleinert werden.
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Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt demgemäß
darin, daß sie es gestattet, die Stoffdichte der Aufschwemmung in unmittelbarer
Nähe der Siebflächen herabzusetzen, dadurch Verstopfungen der Sieböffnungen zu vermeiden
und darüber hinaus das Hindurchtreten der aufgeschlossenen Fasern durch die Sieböffnungen
zu erleichtern, d. h. unter Umständen eine zu starke Einwirkung auf das Fasergut
auszuschließen.
Es ist zwar ferner bereits bekannt, in einer mit
Sieben ausgestatteten Kammer hohle, mit Spritzlöchern versehene Schaufeln umlaufen
zu lassen, durch die dem zu behandelnden Fasergut Flüssigkeit zugeführt wird, doch
handelt es sich hierbei nicht darum, Fasergut in seine Einzelfasern aufzulösen,
sondern zu waschen, zu reinigen, zu spülen, aufzulockern, zu mischen oder zu sortieren,
wobei im Gegensatz zum Gegenstand der Erfindung die Fasern durch die Siebe zurückgehalten
und nur die ihnen anhaftenden Fremdkörper, wie Füllstoffe od. dgl., durch die Siebe
hindurchtreten, ganz abgesehen davon, daß danach weder Reibflächen vorhanden sind,
noch unter Luftabschluß gearbeitet noch von Spänen als Rohstoff ausgegangen wird.
Zwar hat man auch schon bei mit Sortiersieben ausgestatteten Zerfaserungsvorrichtungen
Wasser in unmittelbarer Nähe der Siebe zugeführt, und zwar in Richtung des Drehsinnes
der Zerfaserungswerkzeuge, doch war hierbei die Wasserzuführung nur am Anfang der
Siebe vorgesehen, d. h., die Siebe wurden nicht wie beim Gegenstand der Erfindung
laufend über ihre gesamte Ausdehnung mit Flüssigkeit beaufschlagt, ganz abgesehen
davon, daß auch danach nicht unter Luftabschluß gearbeitet und von Spänen als Rohstoff
ausgegangen wurde.
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Das vorhergehende Entlüften der Späne bzw. das Arbeiten unter Luftabschluß
erleichtert bekanntlich das Durchtränken derselben mit der Flüssigkeit bzw. Lauge
und ihre Entlignifizierung.
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Die vorliegende Erfindung soll nunmehr in ihren Einzelheiten unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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Fig. 1 stellt einen Zerfaserer dar, der in erfindungsgemäßer Weise
ausgebildet ist; Fig. 2 zeigt schematisch die Gesamtlage; Fig. 3 a und 3 b zeigen
den Zerfaserer nach Fig. 1 im Querschnitt und Fig. 4 und 5 Varianten desselben.
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In Fig. 1 ist mit 2 eine ringförmige, zylindrische Reibfläche bezeichnet,
die mittels der Bolzen 7 zwischen zwei Wangen 3 und 4 aus starken Blechplatten eingespannt
ist, und zwar unter Zwischenlegen der Holzfutter 5. Eine Schnecke 33, die in einem
hohlzylindrischen Gehäuse rotiert, fördert die in Flüssigkeit aufgeschwemmten Späne
durch die Wange 4 hindurch in den von der Reibfläche 2 umschlossenen Raum, in dem
sich Schaufeln 9 drehen; sie sitzen an radialen Armen 10 und 10' und werden durch
eine Antriebswelle 11, die sich in den Lagern 12 und 13 dreht, mitgenommen. Auf
der Welle 11 sitzt eine Riemenscheibe 14 (Stufenscheibe), angetrieben über den Treibriemen
28 von dem Motor B.
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Die Welle 11 ist als Hohlwelle ausgebildet, die durch eine
Zwischenwand 38 in die beiden Teile 36 und 37 getrennt ist (vgl. Fig. 3 a). Die
Schaufeln 9 sind flach und hohl, sie erstrecken sich parallel zu der Welle 11 fast
über die gesamte axiale Länge der Reibfläche 2. Jede Schaufel ist an dieser Welle
durch die beiden radialen Arme 10 und 10' befestigt, von denen der eine, 10, welcher
mit dem Teil 36 der Welle 11 fest verbunden ist, ebenfalls hohl ist und mit
dem Innenteil 36 dieser Welle sowie mit dem Innenteil der betreffenden Schaufel
in Verbindung steht. Die Welle 11 trägt ferner eine Siebtrommel 42, deren
zylindrische Oberfläche sich in der Nähe der Innenlängskanten der Schaufeln 9 befindet.
Der im Inneren der Siebtrommel gelegene Teil 37 der Welle 11 ist mit Lochungen
15 versehen, und ebenso ist die in Laufrichtung der Schaufeln hintere Längskante
derselben mit Lochungen 16 ausgestattet; diese letzteren haben eine tangentiale
Richtung, d. h., die Flüssigkeit tritt aus ihnen in einer zu ihrem kreisförmigen
Weg tangentialen Richtung heraus.
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Die Wirkungsweise des Zerfaserers ist folgende: Die über eine Schleuse
45 mittels eines Zellenrades 46 zugeteilten Späne werden in eine luftdichte Kammer
47 eingeführt, dort über die mit dem Ventil 34 versehene Leitung 25 mit Lauge durchtränkt,
entlüftet, und dann in den Zerfaserer gefördert, wo sie an der Reibfläche 2 zerfasert
werden. Die Stoffdichte der Aufschwemmung wird in unmittelbarer Nähe der Siebtrommel
42 herabgesetzt, und zwar durch einen Zustrom von Wasser durch die Hohlwelle 36,
die Hohlarme 10, die hohlen Schaufeln 9 und die Lochungen 16. Der Austritt der aufgeschlossenen
Fasern durch die Lochungen 15 der Siebtrommel 42 hindurch wird auf diese Weise wesentlich
erleichtert, denn durch Herabsetzung der Stoffdichte werden die Fasern durch die
Lochungen der Sortiertrommel hindurchgeschwemmt, so daß sich letztere nicht zusetzen
können.
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Der Austrag der Fasern aus der Trommel 42 erfolgt durch eine Rohrleitung
37, die mit einem Regulierventil 17 und einem Anschluß für ein Manometer 18 versehen
ist (vgl. Fig. 2). Die Fasern gelangen auf diese Weise in eine Sortiervorrichtung
19, welche die groben Teile nach der einen und die feinen Teile nach der anderen
Seite sortiert. Die groben Teile werden durch die Rohrleitung 26 in die luftdichte
Kammer 47 zurückgeführt, während die feinen Teile durch eine Rohrleitung
27 in einen Eindick-Filter 20
gelangen. Die eingedickte Stoffmasse
verläßt den Filter 20 durch die Rohrleitung 21, während das abgetrennte Wasser oder
die wieder zurückzuführende Lauge durch die Rohrleitung 22 in einen Behälter
24
gelangt. Bei Verwendung von Chemikalien, z. B. Lauge, wird die wieder in
den Verfahrensgang einzuführende Lauge in dem Behälter 24 durch den Zusatz einer
konzentrierteren Lauge aus der Leitung 23 ergänzt. Hierauf wird die Lauge durch
die Rohrleitung 25 und das Ventil 34 in die Kammer 47 zurückgefördert.
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In Fig. 4 sind ebenfalls die Speiseschnecke mit 33, die Reibfläche
mit 2, die seitlichen Wangen mit 3 und 4 und die Antriebswelle mit 11 bezeichnet.
Die dagegen mit 40 bezeichneten Schaufeln sind an der Welle 11 ebenfalls durch Arme
10 und 10' befestigt. Die Welle 11, der eine Arm 10 und die Schaufel
40
sind hohl wie im Fall der Fig. 1. Die Reibfläche 2 nimmt hierbei nicht
die ganze axiale Länge des Zerfaserers ein, denn in der Verlängerung derselben befindet
sich ein Siebring 48, welcher an eine Austragsleitung 37' angeschlossen ist.
Die Bereiche der Schaufeln, welche dem Ring gegenüberliegen, sind von tangentialen
Lochungen 41 durchsetzt, so daß durch den Zustrom von Wasser durch diese
Lochungen hindurch die Stoffdichte an dieser Stelle herabgesetzt wird.
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Da bei dieser Variante die Siebfläche von der Welle des Zerfaserers
weiter entfernt ist als im Fall der Fig. 3 a, ist der Unterdruck im Inneren größer,
so daß die Späne stärker aufgeschlossen werden.
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Die Variante nach Fig.5 kommt dem Zerfaserer nach Fig. 3 a sehr nahe.
Der einzige Unterschied ist der, daß danach die Siebfläche als Siebkorb 49 ausgebildet
und
an der Stirnseite, d. h. der Wange 3 des zylindrischen Gehäuses befestigt ist. Die
Schaufeln 40 sind an der Welle 44 fliegend gelagert. Der Austrittskanal 50 ist feststehend,
anstatt durch eine Hohlwelle gebildet zu werden.
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Es ist hier zu bemerken, daß es zweckmäßig ist, die Siebkörper 42,
48 und 49 abnehmbar anzubringen, so daß man dieselben gegebenenfalls durch solche
anderer Durchmesser und gegebenenfalls anderer Lochungen ersetzen kann.
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Es folgen nunmehr vier Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Das erste dieser Beispiele bezieht sich auf eine rein mechanische Zerfaserung,
die drei anderen auf Zerfaserungsvorgänge unter chemischer Einwirkung. Diese Beispiele
beziehen sich insbesondere auf das Zerfasern von Laubholz. Beispiel 1 Die Reibfläche
hat eine Körnung ähnlich derjenigen der Schleifersteine von Papierholzschleifern.
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Man speist die Vorrichtung mit Hackspänen aus Pappelholz und mit Wasser,
wobei die Drehzahl der Schaufeln so gewählt wird, daß ein Druck in der Größenordnung
von 2 kg/cm2 am Manometer entsteht. Die Vorrichtung arbeitet kontinuierlich.
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Die Vorrichtung ist mit einer Siebtrommel 42 und einer Hohlwelle 37
ausgestattet, die Löcher 43 und 15 von einem Durchmesser von 1,4 mm aufweisen.
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Die Mengen an Wasser und Hackspänen werden so eingestellt, daß man
an der Reibfläche eine Stoffdichte in der Größenordnung von 4 % erhält. Der Zustrom
an Wasser durch die Löcher 16 wird so eingestellt, daß die Stoffdichte vor der Siebfläche
auf 2% fällt.
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Man regelt gleichzeitig die Menge des Austrags und diejenige der wieder
in den Verfahrensgang einzuführenden Stoffe einerseits, die Zufuhr an Spänen und
mehr oder weniger warmen Wassers andererseits derart, daß eine Temperatur von etwa
50 bis 70° C aufrechterhalten wird.
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Man erhält auf diese Weise aus Pappelholz, welche für die Herstellung
von Papier tadellos geeignet sind, insbesondere hinsichtlich Entwässerungsfähigkeit,
Reißlänge und Weiße. Beispiel 2 Man speist die Kammer 47 mit Laubholzspänen und
Natronlauge, und zwar in solchen Anteilsmengen, daß sich das Verhältnis Lauge zu
Holz auf 4 : 1 und das Verhältnis NaOH zu Holz auf 10% beläuft. Man versetzt die
Schaufeln 9 in Drehung, wobei sie die Späne gegen die Reibfläche 2 schleudern, und
zwar mit einem Druck, der durch die Fliehkraft gegeben ist. Die Temperatur steigt
allmählich auf 50 bis 100° C an, während gleichzeitig die Fliehkraft den Druck in
der Zerfaserungszone aufbaut. Dieser Druck, der zwischen 2 und 5 kg/cm2 schwanken
kann, begünstigt das Eindringen der Lauge in die Späne und die Aufschlußwirkung
derselben.
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Die Faserausbeute beläuft sich auf 80 bis 90 0/0. Der Verbrauch an
Ätznatron beträgt etwa 6%, bezogen auf das Gewicht der Fasern.
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Die Lauge wird dauernd wieder in den Verfahrensgang eingeführt und
ihre ursprüngliche Konzentration wiederhergestellt, so wie es unter Bezugnahme auf
Fig. 2 angegeben wurde. Beispiel 3 Die Natronlauge nach Beispiel 2 wird ersetzt
durch eine Lösung, bestehend aus Natriumxylolsulfonat und Wasser, und zwar in einer
Konzentration von 33,3 010. Die Ausbeute beläuft sich auf 80 bis 90%.
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Die Lösung wird dauernd wieder in den Verfahrensgang eingeführt und
ihre Konzentration wieder auf die anfängliche Konzentration gebracht.
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Aus der gesättigten Lösung wird das Lignin ausgefällt, wodurch die
Lösung wieder verwendbar wird. Beispiel 4 Die Lösung wird zusammengesetzt aus neutralem
Natriumsulfit und Natriumcarbonat, und zwar in solchen Mengen, daß sich das Verhältnis
Na. S 03 zu Holz auf 10 %, das Verhältnis Nag C 03 zu Holz auf 5% beläuft.
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Die Ausbeute beträgt 80 bis 9011/o.
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Die Lösung wird dauernd wieder in den Verfahrensgang eingeführt und
ihre ursprüngliche Konzentration wiederhergestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die ringförmige Reibfläche
auch eine vertikale Achse haben und aus an einem liegenden Gehäuse befestigten,
auswechselbaren Sektoren geeigneter Körnung bestehen. Schließlich kann der chemische
Aufschluß mit einer chemischen Bleiche kombiniert werden.