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Verfahren und Vorrichtung zur im wesentlichen konstanten Zuführung
von wäßrigem Papierstoffbrei in Maschinen zur Papierherstellung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur im wesentlichen konstanten Zuführung von wäßrigem Papierstoffbrei
von einer Stoffentlüftungsstation zur Weiterverarbeitung bzw. der Papiermaschine,
bei dem der Papierstoff einem .unter Unterdruck stehenden, geschlossenen Behälter
zugeführt und in diesem entlüftet und gesammelt wird, sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
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Bei der heutigen Praxis der Papiererzeugung wird eine wäßrige Suspension
des Zellstoffmaterials dem Stoffauflauf einer Papiererzeugungsmaschine und von dort
dem Sieb der Maschine zugeführt. Es ist wichtig, daß der Zufluß des Stoffs zum Stoffauflauf
sorgfältig gelenkt wird und im wesentlichen gleichmäßig ist, da sonst das Gewicht
und die Stärke des erzeugten Pa;-. piers untragbar schwanken. Besonders mit dem
Aufkommen zunehmend höherer Arbeitsgeschwindigkditen der Maschine hat die Notwendigkeit,
durch eine genauere Lenkung einen konstanten Zufluß des Stoffs zum Stoffauflauf
sicherzustellen, eine entspre= chend größere Bedeutung erlangt.
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Die moderneren Methoden zur Papiererzeugung nutzen die Erkenntnis
aus, daß man bessere Produkte erhält, wenn die wäßrige Zellstoffsuspension entlüftet
wird, bevor sie die Maschine erreicht. Verfahren und Vorrichtung zur Erzielung einer
solchen Entlüftung sind in den USA.-Patentschriften 2 614 656, 2 642 950 und 2 685
937 beschrieben; zusammenfassend wird dabei die Stoffsuspension in einen umschlossenen
Tank oder Aufnahmebehälter zerstäubt, den man auf einem wesentlich verminderten
Druck hält, der gut unter dem Atmosphärendruck und vorzugsweise um etwa 7,6 mm Hg
über dem Siedepunkt des Stoffs in dem Behälter liegt. Der Stoff wird zweckmäßig
sowohl von Schmutzstoffen befreit als auch entlüftet, beispielsweise gemäß dem Verfahren
und mit der Vorrichtung nach den USA.-Patentschriften 2 717 536, 2 876 860 und 2
931503.
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In der Umgebung einer Stoffentlüftungsstation sind die bisher bekannten
Methoden zur Regelung des Zuflusses des Stoffs zur Papiermaschine nur wenig wirksam,
wenn überhaupt anwendbar. Der wesentlich verminderte Druck im Behälter behindert
dabei eine Regelung. Zwar kann mau, um im Behälter den Stoffspiegel konstant zu
halten, ein Ventil im Austragerohr zwischen Behälter und Stoffauflauf mit einer
Schwimmanordnung verbinden, aber solche Ventile neigen dazu, sich ständig zu bewegen,
wobei das System infolge der ständigen Über- und Unterberichtigungen wesentliche
Strömungsschwankungen aufweist.
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Die bisher als »konstant« angesehene Beschickung hat daher in Wahrheit
eine fluktuierende Beschickung dargestellt, aber die Fluktuationen sind in Kauf
genommen worden.
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Die vorliegende -Erfindung ,gestattet es, eine im wesentlichen konstante
Zuführung des Papierstoffs von einer Entlüftungsstation zur Weiterverarbeitung bzw.
Papiermaschine zu erzielen: Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine geringere Menge des entlüfteten, Papierstoffes der Papiermaschine zugeführt
wird als Papierstoff dem Behälter zufließt, und entlüfteter Papierstoff des Vorrats
überlaufartig in eine ebenfalls unter Einfluß des Vakuums -stehende Kammer überfließt
und im Kreislauf zum Päpierstoffvorrat zurückgeführt wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist einen geschlossenen unter Unterdruck stehenden Aufnahmebehälter auf, welcher
Beschickungsstoff unter Zerstäubung aufnimmt und entlüfteten Papierstoff abgibt,
und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel des entlüfteten Papierstoffes
mittels eines im Aufnahmebehälter angeordneten Überlaufs und einer daran angeschlossenen,
ebenfalls unter Unterdruck stehenden Kammer konstant gehalten wird und die Kammer
mit einer Umwälzpumpe zur Führung von
entlüfteten Kreislaufstoff
aus der Kammer zurück zum Aufnahmebehälter in Verbindung steht.
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Da dem Aufnahmebehälter der Beschickungsstoff mindestens in einem
kleinen überschuß über derjenigen Menge zugeführt wird, die als entlüfteter Papierstoff
abgezogen wird, erhält man ein kontinuierliches überlaufen von überschüssigem Papierstoff
in die Kammer.- Es sind weiter Regeleinrichtungen vorgesehen, welche .den Abfluß
des Papierstoffs von der Kammer zurrt Aufnahmebehälter in Abhängigkeit von dem in
der Kammer gesammelten Stoffvorrat regeln. Dabei steht ein den Spiegel des Papierstoffvorrats
feststellender Fühler über ein Steuergerät in Arbeitsverbindung mit einem Ventil,
welches in der aus der Kammer führenden Abflußleitung-.liegt. Auf diese Weise wird
der Spiegel des Papierstoffvorrats im wesentlichen konstant auf einer vorbestimmten
Höhe oder innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten.
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Es ist erwünscht, daß das Gesamtvolumen an Papierstoff, das dem Aufnahmebehälter
zufließt, nicht stark schwankt, und eine Erhöhung des Volumens des rezirkuherten
Papierstoffs wird dementsprechend vorzugsweise von einer Herabsetzung der zugeführten
Menge an Frischstoff und umgekehrt begleitet. Dies kann gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung dadurch erreicht werden, indem die zum Stoffkreislauf gehörende Leitung
mit der Eingangsseite der Zuführungspumpe des frisch zulaufenden-Papierstoffes zum
Aufnahmebehälter verbunden wird.
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Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert,"in
welcher F i g. 1 in. schematischer Darstellung ein Steuersystem gemäß der Erfindung,
F i g. 2, 3 und 4 andere Anordnungen des überlaufs in dem Aufnahmebehälter und F
i g. 5 und 6 eine bevorzugte Düse zur Einführung des Stoffs in den Aufnahmebehälter
zeigen.
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Bei- der Anlage nach F i g.1 weist die Stoff-Entlüftungsstation einen
umschlossenen Aufnahmebehälter 1 auf, der über die Öffnung 2 an Evakuiermittel angeschlossen-
ist, -welche das Behälterinnere auf einem Druck wesentlich unter Atmosphärendruck
halten. Die Pumpe 4 zieht zur Verdünnung dienendes Siebwasser von der Grube
3 und neuen Papierstoff von der Stoffbütte 42 in den gewünschten Anteilen ab, die
entsprechend der bekannten Praxis durch Verstellung von (nicht eingezeichneten)
Ventilen oder anderen Reglern gewählt werden. Das erhaltene Gemisch wird durch die
Leitung 30 dem Kopfstück 43 zur Einführung in den Aufnahmebehälter 1. zugepumpt.
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Der Papierstoff wird durch Düsen, zweckmäßig der in F i g. 5 und 6
gezeigten Art, in dem Aufnahmebehälter 1 zerstäubt. Bei der Anlage nach F i g. 1
sind Hydrozyklone 5 vorgesehen, welche den Beschickungsstoff von .Schmutzstoffen
und Gasen befreien und über Einlaßrohre 31 in den Aufnahmebehälter 1 zerstäuben.
Man kann auch die Hydrozyklone 5 durch die Düse gemäß F i g. 5 ersetzen oder den
Stoff durch die Einlaßrohre 31 direkt in den Aufnahmebehälter einführen, solange
die Einführung des Stoffs .unter Zerstäubung (atomizing) erfolgt. Die Entlüftung
wird durch die Verwendung von Düsen oder Hydrozyklonen verstärkt. In dem Aufnahmebehälter
1 sammelt sich ein Vorrat 19 an entlüftetem Stoff. Die Einlaßröhre 31 erstrecken
sich durch den Vorrat 19 nach oben und lassen den zerstäubten Beschickungsstoff
oberhalb des Spiegels 8 des Vorrats 19 eintreten.
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Der Papierstoff wird von dem Aufnahmebehälter 1
durch die Öffnung
10 abgezogen, die am oder nahe des Behälterbodens angeordnet ist, und durch die
Leitung 11, die Pumpe 12 und die Leitung 25 dem Stoffauflauf
13 und von diesem dem Sieb 14 einer Papiermaschine zugeführt. In der Leitung 25
ist das Papiermaschinenventi126 vorgesehen, welches eine Regelung des Stoffzuflusses
durch das Bedienungspersonal entsprechend dem jeweils herzustellenden Papiergewicht
gestattet.
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Dem Aufnahmebehälter 1 wird durch das Kopfstück 43 und die Einlaßrohre
31 mindestens etwas mehr Stoff zugeführt, als durch die Öffnung 10 abgezogen
wird. Mit dem Ventil 29 in der Leitung 30
kann der Zufluß des Beschickungsstoffes
auf das entsprechende bzw. gewünschte Volumen eingeregelt werden.
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In dem Aufnahmebehälter 1 ist ein Wehr oder überlauf 6 vorgesehen,
der so angeordnet ist, daß überschüssiger Stoff über sein oberes Ende 9 zur Kreislaufführung
abfließen kann. Der überlaufende Stoff gelangt in die Kammer 7, welche ihn aufnimmt
und sammelt. Aus der Kammer 7 wird der Stoff mit vorbestimmter Geschwindigkeit in
der nachfolgend erläuterten Art zu dem Aufnahmebehälter 1 zurückgeführt. Nach F
i g. 1 steht die Kammer 7 über eine Leitung mit der Eingangsseite der Pumpe
15 in Verbindung, sie kann aber auch über einen barometrischen Fallschenkel
mit der Eingangsseite der Pumpe 4 verbunden werden, um überlaufenden Stoff
zu dem Aufnahmebehälter 1 zurückzuführen.
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Nach F i g.1 wird der Stoff aus der Kammer 7 zu dem Aufnahmebehälter
1 mittels der Pumpe 15 und der Leitung 20 zurückgeführt. Ein Ventil
21 in der Leitung 20 steht mit dem Fühlglied 17 in Arbeitsverbindung,
welches den Spiegel des Vorrats an Stoff in der Kammer 7 feststellt und auf diesen
anspricht, so daß der Abfluß von Stoff aus der Kammer 7 in Abhängigkeit von dem
Spiegel -des Stoffvorrates in der Kammer gelenkt wird. Das Fühlglied 17 kann in
verschiedener Weise ausgebildet werden, z. B. eine Differentialdruck-Schwimmzelle
od. dgl. Das Fühlglied 17 kann durch das Steuergerät 18 und pneumatische oder elektrische
Mittel 44 und 45 das Ventil 21 in Abhängigkeit von dem Spiegel des Stoffvorrats
in der Kammer 7 so steuern, daß der Spiegel im wesentlichen konstant oder innerhalb
vorbestimmter Grenzen gehalten wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Stoff
aus der Kammer 7 durch die Leitung 20 der Eingangsseite der Förderpumpe 4 zugeführt,
welche den Stoff zu dem Aufnahmebehälter 1 zurückfördert. Man erhält, insbesondere
bei Einführung des Stoffs an einem Punkt vor dem Frischstoff, wie in F i g. 1, eine
geringere Schwankung des Volumens des Papierstoffes, der dem Aufnahmebehälter zugeführt
wird. Bei dieser Anordnung wird der gesamte Stoff zum Aufnahmebehälter 1 zurückgeführt
und die erforderliche Menge an Frischstoff in der jeweils benötigten Weise abgezogen.
Fluktuationen, die sich aus Bewegungen des Ventils 21 ergeben, werden auf diese
Weise durch den Zustrom von Frischstoff in die Anlage ausgeglichen; der Abfluß von
Papierstoff aus dem Aufnahmebehälter
bleibt unbeeinflußt. Da der
überlaufstoff entlüftet werden muß, wird durch die Sicherstellung seiner Rückführung
zum Aufnahmebehälter ein höherer Wirkungsgrad erhalten.
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F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Überlaufs der in
F i g. 1 gezeigten Art. Nach dieser Ausführungsform ist wiederum ein überlauf mit
einem oberen Endpunkt 9 vorgesehen, wobei sich jedoch zusätzlich von einem Punkt
oberhalb des überlaufs 6 ein Leitblech 22 nach unten erstreckt, das unter dem Spiegel
8 des Stoffs in dem Aufnahmebehälter 1 endet. Der Stoff im Aufnahmebehälter 1, der
über das obere Ende 9 des überlaufs 6 überfließt, wird. auf diese Weise von einem
Punkt unter der Oberfläche 8 des Stoffs abgezogen. Auf diese Weise erfolgt kein
Abziehen von Schaum und anderen unerwünschten, an der Oberfläche befindlichen Stoffen
zur Kammer 7, und auf diese Weise wird eine mögliche Störung des Arbeitens der Pumpe
15 und anderer, die in der Anlage eingesetzter Pumpen vermieden. In dem Leitblech
22 ist an einer Stelle hoch über dem Spiegel 8 des Stoffs in dem Aufnahmebehälter
1 eine (nicht eingezeichnete) Belüftungsöffnung vorgesehen, um den Druck auf den
beiden Seiten des Leitblechs auszugleichen. Das.Leitblech 22 dient ferner dazu,
eine Ablenkung des Stoffsprühnebels 24 aus.dem Einlaßrohr 31 in die Kammer 7 zu
verhindern, und ist besonders vorteilhaft, wenn die Einführung des Stoffs in den
Aufnahmebehälter 1 über mehrere Einlässe erfolgt.
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F i g. 5 und 6 zeigen eine bevorzugte Düse für den Einsatz in Verbindung
mit den Einlaßrohren 31 zur Einführung des Beschickungsstoffs in den Aufnahmebehälter
1 in zerstäubter Form. Diese Düse weist einen Kegelstumpf-Hohlkörper 50 mit einem
geschlossenen Fuß 51 und einem offenen Kopf 52 auf, welcher sich zum Ansetzen an
das Einlaßrohr 31 eignet. Das Zuführrohr 53, welches den Beschickungsstoff der Düse
von dem Kopfstück 43 zuführt, ist so an den Kegel angesetzt, daß der unter
Druck zugeführte Stoff tangential eintritt. Im Betrieb ergibt sich in dem Kegel
50 eine Umwälzwirkung, und der Papierstoff steigt zyklonartig in der Düse und durch
Einlaßrohr 31 hoch und tritt zerstäubt in den Aufnahmebehälter aus.
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Im Betrieb der obigen Anlage werden Siebwasser aus der Grube 3 und
Papierstoff aus der Bütte 42 zusammen mit zurückgeführtem Stoff aus der Leitung
20 durch die Pumpe 4, die Leitung 30, das Kopfstück 43 und
die Einlaßrohre 31 in den Aufnahmebehälter 1 eingeführt. Gleichlaufend wird Stoff
aus dem Behälter 1 durch die Öffnung 10 und die Leitung 11 unter der Wirkung der
Pumpe 12 abgezogen und dem Stoffauflauf 13 der Papiermaschine zugeführt. Auf Grund
des verhältnismäßig stärkeren Einströmens des Stoffs in den Aufnahmebehälter fließt
eine gewisse Stoffmenge über den oberen Punkt 9 des überlaufs 6 im Behälter 1 in
den Vorrat in der Kammer 7, von welcher der Stoff durch die Pumpe 15 und die Pumpe
4 in den Aufnahmebehälter 1 zurückgepreßt wird. Die auf diese Weise im Kreislauf
geführte Stoffmenge wird von dem Ventil 21 in der Leitung 20 auf der
Ausgangsseite der Pumpe 15 gesteuert, wobei das Ventil 21 durch das Fühlglied 17
gesteuert wird, welches den Spiegel des Stoffvorrats in der Kammer 7 mißt. Bei Gleichgewichtsbedingungen
ist die Menge an Stoff, welche den Überlauf 6 überfließt, konstant und gleich der
Stoffmenge, die von der Kammer 7 abgezogen wird. Das Ventil 21 behält eine konstante
Öffnungsstellung bei oder vollführt eine leichte Öffnungs- oder Schließbewegung.
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Wenn die Konsistenz des dem Stoffauflauf zugeführten Eintrags erhöht
werden soll, wird das Ventil 26 teilweise geschlossen. Im Ergebnis wird von
dem Aufnahmebehälter 1 durch die Öffnung 10 weniger Stoff abgezogen. Über .den Überlauf
6 fließt eine erhöhte Menge an Stoff in die Kammer 7, und das Fühlglied
17 stellt das entsprechende Steigen des Spiegels des Kreislaufstoffvorrats
in der Kammer 7
fest. Auf Grund des Ansteigens des Stoffvorrats in der Kammer
7 wird das Ventil 21 in .der Leitung 20 auf der Ausgangsseite der Pumpe 15 geöffnet,
wodurch der Stoff rascher aus der Kammer 7 abfließen kann. Der überlaufstoff wird
von der Pumpe 4 zu dem Aufnahmebehälter 1 zurückgeführt, wobei- von der Stoffgrube
3 eine geringere Menge an Siebwasser abgezogen wird. Falls die Steuerung 18 übersteuert,
so daß der Spiegel des Vorrats in der Kammeer unter einen vorbestimmten Wert fällt,
wird das Ventil 21 entsprechend teilweise geschlossen. Der Spiegel des Stoffvorrats
in der Kammer 7 wird auf diese Weise auf einem vorbestimmten Punkt oder innerhalb
vorbestimmter Grenzen gehalten.
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Wenn umgekehrt die Konsistenz des dem Stoffauflauf zugeführten Eintrags
vermindert werden soll und hierzu das Ventil 26 geöffnet wird, wird von dem Aufnahmebehälter
1 durch die Öffnung 10 eine größere Stoffmenge abgezogen, wodurch die Stoffmenge,
die am überlauf 6 am Punkt 9 überfließt, geringer wird. Hierdurch sinkt der Stoffspiegel
in der Kammer 7 und wird dementsprechend das Ventil 21
in der Leitung
20 in Verschlußstellung bewegt. Auf diese Weise wird der Pumpe 4 eine geringere
Menge Stoff zugeführt und dementsprechend ein größeres Volumen an Siebwasser von
der Grube 3 abgezogen. Wenn das Volumen des den Überlauf Überfließenden Stoffs zunimmt,
steigt der Spiegel des Stoffvorrats in der Kammer 7 und öffnet sich dementsprechend
das Ventil 21 weiter, wodurch das Gleichgewicht wieder hergestellt wird.
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Bei der Ansprechbewegung .des Ventils 21 kann zwar eine gewisse Über-
oder Untersteuerung auftreten, wodurch der Spiegel des Kreislaufstoffs in der Kammer
7 beeinflußt wird, aber der Spiegel des Stoffes in dem Aufnahmebehälter
1 wird nicht wesentlich verändert. Auf Grund des verhältnismäßig geringen
Fassungsvermögens der Kammer im Vergleich mit dem Aufnahmebehälter entspricht ein
stärkeres Steigen oder Fallen des Stoffspiegels in der Kammer einer Veränderung
des Stoffspiegels in dem Aufnahmebehälter um lediglich einen Bruchteil eines Zentimeters.
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Wie die vorstehende Erläuterung zeigt, wird bei im Gleichgewicht befindlichem
System in dem Aufnahmebehälter ein konstanter Stoffspiegel aufrechterhalten und
ferner das System rasch auf die Gleichgewichtsbedingungen zurückgeführt, wenn das
Gleichgewicht, wie durch eine Veränderung der Einstellung des Ventils
26, gestört wird. Die Erzielung eines neuen Ausgleiches des Zustroms zu der
Papiermaschine erfordert eine angemessene Zeit, in welcher keine Nutzerzeugung möglich
ist. Es ist dementsprechend von großer Bedeutung, daß das System rasch wieder auf
das Gleichgewicht zurückgeführt wird.
Nach einer Ausführungsform
der Erfindung, die zur Erläuterung angeführt sei, ohne daß die Erfindung auf sie
beschränkt ist, hat der Aufnahmebehälter 1 einen Durchmesser von 1,8 in und eine
Länge von 4,3 in sowie ein Stoffhaltevermögen von 13 2501. Der obere Endpunkt 9
des Überlaufs 6 liegt ungefähr 7,6 cm unter der Mittellinie des Aufnahmebehälters.
Der Maximalflüssigkeitsstand über dem Kopf des Überlaufs beträgt ungefähr 15,2 cm
und der Minimalstand ungefähr. 2,5 cm, wobei der Normalstand ungefähr 7,6 cm über
dem Überlaufkopf liegt. Das Fassungsvermögen der Kammer 7 beträgt etwa 945 1. Der
durchschnittliche Zufluß des Stoffs über den Überlauf zur Kammer 7 beträgt ungefähr
10 bis 15 % und der Rest des Abflusses durch die Öffnung 10
zur Pumpe 1.2
etwa $5 bis 90 % der Gesamtströmung.
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F i g. 2 und 3 zeigt andere Anordnungen von Überläufen in dem Aufnahmebehälter.
Der Überlauf nach F i g. 2 ist sondenförmig ausgebildet und kann an seiner oberen
Fläche mit eineu Kanal oder mit Schlitzen oder Löchern versehen werden, durch welche
der Überlaufstoff in die Kammer 7 einströmt. Mit dem Fühlglied 17 wird wiederum
der Spiegel des Stoffvorrats in der Kammer 7 ermittelt. Die Kammer 7 nach
F i g. 3 ist in dem Aufnahmebehälter 1 angeordnet und der Überlauf.6 mit Öffnungen
versehen,- welche mit der Kammer in Verbindung stehen und den Eintritt des Stoffs
in diese ermöglichen. Das Fühlglied l.7 ist, wie dargestellt, auf der-Außenwand
des Aufnahmebehälters 1 vorgesehen, steht aber mit der Kammer 7 in Verbindung, um
den Stand des Stoffvorrats in dieser zu bestimmen.
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F i g.1 zeigt ferner eine auf Wunsch verwendbare Anordnung, bei welcher
mit einer. Leitung 28 ein Teil. des entlüfteten Papierstoffs aus der Leitung 25
zur Eingangsseite der Pumpe 4 abgeleitet werden kann, wobei die abgeleitete Menge
durch das Ventil 27 geregelt wird. Der auf diese Weise abgeleitete Stoff wird zu
dem Aufnahmebehälter 1 im Kreislauf zurückgeführt. Durch die Verwendung eines Teils
des Papierstoffs zur Kreislaufführung wird die den Überlauf 6 überfließende und
die Pumpe 15 passierende Menge an Stoff vermindert. Diese Anordnung ergibt eine
teilweise Entlastung -der Pumpe 15 und erlaubt auch den Einsatz einer leistungsschwächeren,
weniger kostspieligen Pumpe 15.