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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen
von Luft aus Zellstoffbrei.
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Bei
Zellstoff ist immer natürliche
Luft in einer bestimmten Menge von 0,25...8,0 Volumen vorhanden.
Bei der Erzeugung von Schaum nimmt Luft Verunreinigungen auf, wodurch
Vorrichtungen verschmutzen und Verunreinigungen auf das Sieb verfrachtet
werden können.
Luft ist auch für
viele Pumpen unvorteilhaft. Durch Luft wird auch das Wachstum von
aerobem Schleim gefördert,
wodurch sich die Notwendigkeit von Waschen vervielfacht und sich die
Verwendung von chemischen Waschmitteln erhöht. Luft wird an Zellstoff
gebunden, wenn die Grenzfläche
zwischen Luft und Flüssigkeit
schnelle Veränderungen
durchläuft,
wie zum Beispiel bei Mischungen und turbulenten Strömen.
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Luft
ist in Zellstoff in drei unterschiedlichen Formen vorhanden: frei,
gebunden und gelöst.
Die Anteile dieser Formen sind von der Qualität, der Temperatur und dem pH-Wert
des Zellstoffes abhängig. Freie
Luft ist in Form von großen
Blasen und Schaum vorhanden. Ein großer Teil dieser Form tritt
spontan in Rohren und Tanks aus, was bei der Konstruktion berücksichtigt
werden sollte. Ein Teil ist jedoch stabiler Schaum, der nicht spontan
austritt. Freie Luft kann sich derart entwickeln, dass sie mechanisch
gebunden wird, zum Beispiel beim Pumpen. Gebundene Luft ist in Form
von kleinen Blasen vorhanden. Das Entfernen dieser Art von Luft
ist besonders wichtig, da gebundene Luft fest an die nicht feuchten
Oberflächen
von Fasern gebunden ist und somit die Fasern aneinander bindet,
was Formgebungsprobleme verursacht. Gelöste Luft als solche beeinflusst
die Formgebung oder das Austreten von Wasser auf das Sieb nicht,
aber wenn versucht wird, sie zu entfernen, entwickelt sie eine Neigung,
sich in gebundene sprudelnde bzw. blasenförmige Luft zu verändern, zum Beispiel
dann, wenn Druck abnimmt oder sich die Temperatur verändert.
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Im
Allgemeinen werden die Arten des Entfernens von Luft in chemische
und mechanische Entlüftung
unterteilt. Mittels der chemischen Entlüftung kann die Menge an freier
Luft verringert werden, wobei ihr Zweck in der Verhinderung des übermäßigen Anwachsens
von Luftvolumen ist. Eine beträchtliche passive
Entlüftung
erfolgt in einer Siebgrube (in diesem Fall ein Bahnendwasserkanal)
und in dem Siebbereich. Die gesamte Luft kann nicht ausschließlich durch
die Konstruktion der Vorrichtung und Chemikalien entfernt werden.
Die einzige Möglichkeit,
eine nahezu vollständige
Entlüftung
zu erzielen, besteht in der mechanischen Entlüftung mittels eines Entlüftungstankes.
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In
einem Entlüfter
wird das Entfernen von Luft durch das Sieden von Fasersuspension
bei Unterdruck bereitgestellt. Die Fasersuspension wird über Zufuhrrohre,
deren obere Enden über
der Flüssigkeitsoberfläche des
Tankes liegen, zu dem Tank geleitet. In dem Tank herrscht Unterdruck
vor, der dem Siedepunkt von Wasser bei der betroffenen Temperatur
entspricht. Bei kraftvollem Sprühen
auf die Tankdecke wird die Fasersuspension in tropfende Kügelchen
zerstreut und bildet einen abwärts
fließenden
Flüssigkeitsfilm
auf der Innenfläche
der Tankdecke aus. Das Sieden erfolgt in den Kügelchen, in dem Flüssigkeitsfilm
auf der Tankwand und auf der Oberfläche des flüssigen Teils. Tiefer in der
Suspension gelangt kein Wasser mehr zum Sieden. Die Fasersuspension
verbleibt durchschnittlich 10 Sekunden in dem Tank und während dieser
Zeit kann ein Teil der in der Fasersuspension gebundenen Luft gemeinsam
mit der freien Luft entweichen. Ein typischer Entlüftungstank
mit kurzem Kreislauf ist in 1 dargestellt.
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Bei
Zellstoffen mit vielen Verunreinigungen wie zum Beispiel Holzschliff
und Recyclingfasern kann der Luftgehalt um ein Vielfaches höher anwachsen
als derjenige von Papiermaschinenzellstoff auf der Basis von Vollzellstoff.
Gemäß dem Betriebsprinzip
des Entlüftungstankes
sorgt eine Veränderung des
Druckes (Unterdruck) dafür,
dass gelöste
Luft frei wird und austritt. Durch einen Hub wird die Freisetzung
von in der Faser gebundener Luft erhöht und die Kügelchen
erhöhen
für ihren
Teil die spezifische Fläche
(das Austreten und die Ausbildung gelöster Blasen wird erleichtert).
Auf der Grundlage von Testlaufergebnissen weist der Hub keine Intensivierungswirkung
bei dem Entfernen von Luft bei der Zellstoffentlüftung von Zellstoffen mit hohem
Luftgehalt auf.
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Bei
dieser Anwendung ist der Entlüftungstank
für Zellstoffsuspensionen
mit hohem Luftgehalt konzipiert, so dass kein Zellstoff auf die
Decke des Entlüftungstankes
gesprüht
wird, wobei es jedoch zugelassen wird, dass der Zellstoff unter
der Flüssigkeitsoberfläche austreten
kann. Die Zellstoffsuspension kann unter die Flüssigkeitsoberfläche geführt werden,
in dem Düsenrohre
vollständig
weggelassen werden und in dem der Zellstoffstrom von den Seiten eines
Umgehungsverteilerrohres unter die Flüssigkeitsoberfläche geführt wird.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Luft aus Zellstoffbrei
gemäß der Erfindung sind
durch das gekennzeichnet, was in den Patentansprüchen angegeben ist.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf einige vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, die in den Figuren der dazugehörigen Zeichnungen
dargestellt sind, worauf die Erfindung jedoch auf keinen Fall ausschließlich festgelegt sein
soll.
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In 1 ist
ein Entlüftungstank
nach dem Stand der Technik in einem kurzen Kreislauf einer Papiermaschine in
Verbindung mit einem Stoffauflaufkasten dargestellt.
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In 2 ist
ein Entlüftungstank
und eine Anordnung zum Entfernen von Luft von Zellstoffbrei gemäß der Erfindung
dargestellt.
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In 3 ist
ein kurzer Kreislauf des Stoffauflaufkastens dargestellt.
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In 4 ist
grafisch ein Vergleich zwischen Konstruktionen nach dem Stand der
Technik und dem Entlüftungstank
und dem Verfahren gemäß der Erfindung
dargestellt.
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In 1 ist
ein Entlüftungstank
und eine Anordnung zum Entfernen von Luft von Zellstoffbrei gemäß dem Stand
der Technik dargestellt. Wie in der Figur dargestellt, wird Zellstoff über ein
Umgehungsverteilerrohr in Düsenrohre
zugeführt
und auf die Decke des Entlüftungstankes
gesprüht.
Zellstoffbrei wird in einem Raum V1 des
Entlüftungstankes
gehalten, der durch eine Trennwand E von einem Überlaufraum F getrennt ist.
Von dem Boden des Raumes V1 wird behandelter
Zellstoffbrei, von dem Luft entfernt wurde, zu dem Stoffauflaufkasten
einer Papiermaschine oder von Gleichwertigem geleitet. Durch eine Vakuumpumpe
wird Luft über
ein Anschlussstück
J von einem Raum O1 über eine Grenzfläche T1, d. h. Flüssigkeitsoberfläche von
Zellstoffbrei, angesaugt. Somit ist der Raum O1 bei
Anordnungen nach dem Stand der Technik mit Unterdruck be aufschlagt.
Der auf die obere Wand des Tankes gesprühte Zellstoff nimmt die Form
von Kügelchen
an, wobei Luft von dem kugelförmigen
betroffenen Zellstoff in dem Raum O1 bei
einer Anordnung nach dem Stand der Technik entfernt wird.
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Bei
dieser Anmeldung wird ein neuartiges Verfahren und eine neue Vorrichtung
zum Entfernen von Luft im Verhältnis
zu der Anordnung von 1 beschrieben. In 2 ist
ein Entlüftungstank 10 gemäß der Erfindung
dargestellt. Der Entlüftungstank 10 weist
ein Einlassrohr 11 auf, welches mit einem Umgehungsverteilerrohr 12 verbunden
ist, welches sich in Richtung seines Endes verjüngt, wobei das Verteilerrohr
in einem Sammelraum V1 von Zellstoffbrei
M angeordnet ist, wobei in den Raum Zellstoff hineingeleitet wird,
wobei ein Rohr oder Rohre 12a1 , 12a2 ...12an oder
ein Durchflussschlitz des Umgehungsverteilerrohres von Zellstoffbrei
M, d. h. dem Zellstoffumgehungsverteilerrohr 12 angeordnet ist/sind,
um sich unter einer Grenzfläche
T1, die auf einen Unterdruckraum O1 über
dem Zellstoffbrei M begrenzt ist, hinein zu öffnen. Das Einlassrohr 11 wird
vorteilhafterweise von der Seite oder dem Boden des Tankes in den
Entlüftungstank 10 hineingebracht.
Somit wird der Zellstoffbrei M in keinem Stadium auf die Wände des
Unterdruckraumes O1 des Entlüftungstankes 10 gesprüht, sondern
der Zellstoffbrei M wird glatt unter die Grenzfläche T1 geführt und in
den Raum V1 in den Zellstoffbrei M freigegeben. Vorteilhafterweise
ist das Rohr oder sind die Rohre 12a1 , 12a2 ...12an oder
der Durchflussschlitz so angeordnet, dass es sich/sie sich in Richtung
einer unteren Wand 10b des Entlüftungstankes 10 öffnet/öffnen. Vorteilhafterweise
ist das Umgehungsverteilerrohr 12 vollständig unter
der Flüssigkeitsoberfläche T1 angeordnet, wobei es jedoch bei einigen
Ausführungsformen
in dem Unterdruckraum O1 angeordnet sein
kann und der Zellstoffbrei M über
das Rohr oder die Rohre 12a1 ...
unter die Flüssigkeitsoberfläche T1 geführt
wird. Für
den Zellstoffbrei M werden allgemeine Werte verwendet, wie zum Beispiel:
- – Die
Faserkonsistenz von Zellstoffbrei beträgt 0,5–2%,
- – der
Temperaturbereich von Zellstoffbrei beträgt 30–60°C.
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Weiterhin
beträgt
der Bereich von Unterdruck in dem Entlüftungstank 10 70–99 kPa.
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In
dem Entlüftungstank 10 gemäß der Erfindung,
der in 2 dargestellt ist, weist der Tank eine Trennwand 13 auf, über die
sich der Überlauf
L1 von dem Raum V1 von
dem Zellstoffbrei M und weiter zu einem Überlaufrohr, d. h. Auslassanschluss 14 verlagert.
Als Gutstoff wird ein Strom von Zellstoffbrei M, wobei von dem Zellstoffbrei
M Luft entfernt wurde, von dem Raum V1 weggeführt, und
der im Wesentlichen luftfreie Zellstoffbrei wird zu einem Anschlussstück 15 und
weiter zu einem Stoffauflaufkasten 100 einer Papiermaschine
oder Gleichwertigem geführt. In
den Unterdruckraum O1 über der Grenzfläche T1 wird Unterdruck mittels einer Vakuumpumpe
P1 über einen
Anschluss 16 gesaugt. Wie in
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2 dargestellt,
wird von dem Umgehungskreislauf des Umgehungsverteilerrohres des Stoffauflaufkastens 100 der
Papiermaschine ein Anschlussstück 17 in
Verbindung mit dem Sammelraum V1 gebracht,
so dass sich das Anschlussstück 17 wie zum
Beispiel ein Rohr, von der unteren Wand, d. h. dem Boden 10b des
Entlüftungstankes 10 in
den Sammelraum V1, d. h. unter der Grenzfläche T1 öffnet.
Wie in 2 dargestellt, ist das Umgehungsverteilerrohr 12 so
angeordnet, dass es sich von seinen Rohren 12a1 , 12a2 ...12an derart öffnet, dass
es den Zellstoffbrei M unter das Oberflächenniveau T1 des Zellstoffbreis
M führt.
Die Rohre 12a1 , 12a2 ...12an sind
in Richtung des Bodens 10b des Entlüftungstankes 10 ausgerichtet.
Es wurde herausgefunden, dass die obige Anordnung Luft wirksamer
von dem Zellstoffbrei M als die in 1 dargestellte
Düsenrohranordnung
entfernt.
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In 3 ist
veranschaulichend und als schematisches Diagramm ein kurzer Kreislauf
des Stoffauflaufkastens 100 und ein Zufuhrsystem 200 des Zellstoffbreis
dargestellt. Rohre, Kanäle
oder Gleichwertiges werden hier Leitungen oder Anschlussstücke genannt.
Von einer Siebgrube 50 wird mittels einer Pumpe P2 entlang einer Leitung oder eines Anschlussstückes e1 Zellstoffbrei zu einer Zentrifugalreinigung 20 und
weiter von dem Zentrifugalreiniger über die Leitung als Einleitung
in den Entlüftungstank 10 geleitet.
Von dem Entlüftungstank 10 wird
Zellstoffbrei als Überlauf
von dem Entlüftungstank über die
Leitung 14 zurück
zu der Siebgrube 50 geleitet. Der Zellstoffbrei M, von
dem Luft entfernt wurde, wird entlang der Leitung 15 und
durch eine Zirkulation, die von einer Pumpe 23 bereitgestellt
wird, über
ein Maschinensieb C1 zu dem Stoffauflaufkasten 100 verlagert.
Von der Siebgrube 50 wird Verdünnungswasser über eine
Leitung e2 und durch eine von einer Pumpe 24 bereitgestellte
Zirkulation zu einem Maschinensieb C2 und
weiter als Verdünnungswasser
zu dem Stoffauflaufkasten 100 geleitet, um das Flächengewicht
der Bahn für
die Bahnbreite anzupassen. Als Umgehungskreislauf des Stoffauflaufkastens 100 wird
Zellstoffbrei zu der Leitung 17 und weiter zu dem Raum
V1 in den Entlüftungstank 10 zu dem
Zellstoffbrei unter der Grenzfläche
T1 des Zellstoffbreis geleitet. Über die
Leitung 16 wird mittels einer Vakuumpumpe P1 Unterdruck
in den Unterdruckraum O1 innerhalb des Entlüftungstankes 10 geleitet.
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In 4 sind
Testwerte grafisch dargestellt, die von einer Konstruktion in Bezug
auf das Entfernen von Luft gemäß der Erfindung
und mit unterschiedlichen Unterdruckniveaus in dem Raum O1 bereitgestellt sind.
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Mit
der oben erwähnten
Konstruktion des Entlüftungstankes 10 wurde
eine größere Verringerung
von sprudelnder bzw. blasenförmiger
Luft in den Testläufen
mit Mühlenabmessungen
im Vergleich zu aktuellen Konstruktionen erreicht. In 4 ist
mit dem Liniendiagramm f1 das Entfernen
von Luft dargestellt, welches mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung
erreicht wird. Diagramm f2 ist ein Diagramm
nach dem Stand der Technik, wobei Zellstoff in den Unterdruckraum
O1 und auf die Wände gesprüht wird. Gemäß 4 wird
die Entlüftung
intensiviert, wenn der Zellstoffbrei M unter die Flüssigkeitsoberfläche, d.
h. die Grenzfläche
T1 des Entlüftungstankes 10 zugeführt wird.
Auf Grund des Weglassens der Düsenrohren
ist ein geringerer Unterdruck zum Entfernen von Luft angemessen,
wobei der Entlüftungstank
ein wenig abgesenkt werden kann, was Einsparungen an Investitions-
und Betriebskosten mit sich bringt. Weiterhin ist der Entlüftungstank
der Anordnung gemäß der Erfindung
von seinen Herstellungskosten her kosteneffektiver als die Anordnungen
nach dem Stand der Technik.
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Mit
Papiermaschine oder Gleichwertigem ist eine Papier-, Karton-, Gewebe-
oder Zellstofftrockenmaschine gemeint.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung betrifft einen Entlüftungstank (10)
für ein
Zufuhrsystem (200) von Zellstoffbrei einer Papiermaschine
oder Gleichwertigem, und ein Verfahren zum Entfernen von Luft von
Zellstoffbrei. Zellstoffbrei (M) wird zu einem Einlassrohr (11)
des Entlüftungstankes
(10) und über
denselben zu einem Innenraum des Entlüftungstankes (10)
geleitet, wobei der Raum einen Sammelraum (V1)
für den
Zellstoffbrei (M) aufweist. Der Zellstoffbrei (M) wird zuerst so gesammelt,
dass er in dem Raum (V1) eine Grenzfläche (T1) im Verhältnis zu einem oberen Unterdruckraum
(O1) ausbildet. In dem Unterdruckraum (O1) wird ein Unterdruck erzeugt. Der Zellstoffbrei
(M), von dem Luft entfernt wurde, wird von dem Sammelraum (V1) zu einem Auslassanschluss (15)
geführt. Nachdem
der Zellstoffbrei (M) von dem Einlassrohr (11) in den Entlüftungstank
(10) gekommen ist, wird der Zellstoffbrei (M) in den Sammelraum
(V1) von Zellstoffbrei (M) unter der oberen
Grenzfläche
(T1) von Zellstoffbrei (M) freigegeben,
wobei sich ein Rohr/Rohre (12a1 , 12a2 ...12an )
für das
Ausströmen des
Zellstoffbreis (M) in den Raum (V1) unter
der Grenzfläche
(T1) öffnet/öffnen.