DE1461013C - Verfahren zum Kuhlen von Papierstoff aufschwemmungen wahrend der Zerfaserung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren Wärme über, was zur Folge hat, daß die Temperatur

zum Kühlen von Papierstoffaufschwemmungen wäh- der Faseraufschwemmung steigt. In vielen Fällen

rend der Zerfaserung der aufgeschwemmten Faser- kann diese Steigerung so hoch werden, daß sich ein

verbände in Stoffmühlen. Temperaturbereich einstellt, in welchem eine Mah-

Sowohl im Labor- als auch im technischen Maß- 5 lung der Faser sich nicht mehr auf zufriedenstellende

stab durchgeführte Versuche haben gezeigt,.daß ein Weise durchführen läßt. .

Mahlen von stark hemizellulose- und ligninhaltigen Bei Mahlung sehr verdünnter Faseraufschwcm-

Faserstolfen in Mahlvorrichtungen verschiedener mungen, mit z. B. einer Konzentration von nur 6 %

Typen z. B. in Schcibenmühlen, bei einer Temperatur oder noch weniger, erübrigt sich gewöhnlich eine

von unter 100" C erfolgen muß, wenn das Mahlergeb- io Kühlung wegen des großen Wärmeaufnahmevermö-

nis vom Gesichtspunkt der papicrtcchnischen Ver- gens der Faserstoffaufschwemmungen, die einen allzu

arbeilung zufriedenstellend sein soll. Die Stoffarten, großen Temperaturanstieg verhindert. Sollte in einem

die hierbei in Betracht kommen, umfassen alle Arten solchen Fall eine Kühlung doch erforderlich werden,

von halbchemisch, chemo-mechanisch und mecha- läßt sich dies in einfacher Weise auf mittelbarem Weg

nis.cli gewonnenen Holzfasern, die mit hoher Aus- 15 über Wärmetauscher durchführen, weil die genann-

bo.11 te, "d. h. 75 bis 90 %, hergestellt werden und eine _N ten Aufschwemmungen eine verhältnismäßig niedrige

wesentliche Menge von Lignin und Hemizellulose Viskosität haben und leicht zu pumpen sind,

halten. . · Es verhält sich jeodch nun so, daß das Mahlen

,Wird als Ausgangsmaterial bei der Mahlung ein und Fcinstmahlen halbchemischer Faserstoffe bzw. Fichtenholzhalbstoff benutzt, der mit einer Ausbeute 20 von Holzschliff bei hoher Konzentration, von etwa von ⁽M°/o durch Aufschließen von Schnitzeln hcrge- 10 bis etwa 30 ⁰Zo, vorgenommen werden muß. Das stellt ist, welche mit lⁿ/o Sulfit, als NaX) gerechnet, Mahlergebnis wird dann am besten, sowohl was die imprägniert unter Druck bei 175° C in Wasserdampf Eigenschaften des Stoffes nach Verarbeitung zu während 2 Minuten erhitzt und danach unter den Papier als auch den Kraftverbrauch für das Erreichen herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen 25 eines bestimmten Feinheitsgrades anbelangt. Die Temgemäß dem Asplund- oder Defibratorverfahren defi- peratursteigerung kann dann erheblich und somit eine briert worden sind, stellt man fest, daß sich der Mahl- Kühlung notwendig werden. Wegen der hohen Visverlauf ganz verschiedenartig gestaltet, je nachdem, ' kosität und der Schwierigkeit, eine Faserstoffaufob das Mahlen im Temperaturbereich 20 bis 100° C schwemmung hoher Konzentration zu pumpen, läßt vorgenommen wird oder im Temperaturbereich 100 30 sich mittelbare Kühlung ohne kostspielige technische bis 150'C erfolgt. Einrichtung nicht anwenden.

Beim Vermählen des Stoffes als 12°/uige Stoffauf- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufschwemmung "bei einer Durchschnittstemperatur von gäbe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen von konetwa 60'' C in einer Mahlvorrichtung sank der Mahl- zentrierten Faserstoffaufschwemmungen zu schaffen, grad des Stoffes von 14 auf 41 SR (Schopper-Riegler- 35 das wirtschaftlich und leicht durchführbar ist.
Grad) innerhalb von 15 Minuten. Wurde dagegen die- Aus den USA.-Patentschriften 1.704 728 und selbe Behandlung bei einer Durchschnittstemperatur 3 040 995 sind Raffineure bekannt, die bei verhältvon 125° C durchgeführt, sank der Mahlgrad wäh- nismäßig niedrigen Temperaturen, etwa 40° C, arbeirend 15 Minuten nur auf 16SR und nach weiteren ten. Um bei diesen Temperaturen auftretende 15 Minuten auf 18 SR. Bei Temperaturen über 100° C 4° Schaumbildung zu vermeiden, wird ein schwaches läßt sich der Stoff nur sehr schwer zerfasern. Eine Vakuum angelegt, so daß die Luftblasen aus dem mikroskopische Untersuchung des gemahlenen Stof- Stoff entfernt werden. Das hierzu anzulegende Vafes zeigt auch deutliche Unterschiede zwischen kalt- kuum ist so gering, daß die Siedetemperatur davon gemahlenem und warmgemahlenem Stoff. Der kalt- nicht beeinflußt wird. Ferner ist von der Kaltdampfgemahlene Stoff ist besser fibrilliert und enthält eine 45 maschine her eine Arbeitsweise bekannt, bei der bewesenllieh geringere Anzahl abgerissener Fasern. stimmte Temperaturen T und T₀ nicht überschritten

Man hat seit langem gewußt, daß Lignin in feuch- werden. Dabei wird vom Carnotschen Kreisprozeß

tem Zustand bereits bei einer Temperatur um 100° C Gebrauch gemacht. Bei einem Kreisprozeß wird be-

weichzuworden beginnt. Vor kurzem wurde jedoch kanntlich in einem System eine Folge von Zustands-

nachgewiesen, daß auch Hemizellulose weich wird 50 änderungen durchlaufen derart, daß diese Zustände

und daß die Zustandsveränderung schon bei einer in einem Zustandsdiagramm eine geschlossene Kurve

Temperatur von 50 bis 60° C einsetzt. Bei Stoffen beschreiben, am Schluß also der Ausgangszustand

dieser Art befindet sich wahrscheinlich die ganze wieder erreicht wird. Die Erfindung betrifft jedoch

interzellulare Substanz, die 35 bis 40¹Vo des Faser- ein Verfahren zum Kühlen von Faserstoffen während

materials ausmacht, schon bei Temperaturen um oder 55 der Zerfaserung in Stoffmühlcn, welcher keinen

unmittelbar über 100° C in plastischem Zustand, Kreisprozeß darstellt, so daß hier zur Nicht-

und bei einem Teil der interzellularen Substanz setzt Überschreitung einer bestimmten Höchsttemperatur

bereits bei 60° C die Umwandlung zu einer der Carnotsche Prozeß keine Anwendung finden

amorphen, weichen Masse ein. Es ist anzunehmen, kann.

daß dieser plastische Zustand die Zerfaserung erheb- 60 Die Aufgabe wird vielmehr durch ein Verfahren lieh erschwert und die Mahl-Zeit bis zum Erreichen zum Kühlen von Papierstoffaufschwemmungen wäheines bestimmten Mahlgradcs verlängert. Es wurde rend der Zerfaserung der aufgeschwemmten' Faserauch festgestellt, daß die Temperatur beim Mahlen verbände in Sloffmühlcn gelöst, das dadurch gekenn-K)O''C, und zweckmäßigerweise 90" C, nicht über- zeichnet ist, daß die Temperatur der Stoffaufschwemsteigen soll. Die besten Ergebnisse wurden bei Tem- 65 niiiiig durch. Zwischenkühlung unter 70° C gehalten peraturen erzielt, die 60 bis 70'C nicht überschritten. wird, wobei die Kühlung — in an sich bekannte:

Beim Mahlen einer Faseraufschwemnuing geht die Weise — dadurch erfolgt, daß die Stoffaufschwem

zugefülirte.mechanische Energie praktisch gänzlich in mung unter einem Vakuum zum Sieden gebrach

wird, dessen absoluter Druck einer Siedetemperatur der Stoffaufsclnvemmung entspricht, die unter 70 C liegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Konzentration der Stoffaufsclnvemmung während des Zerfaserns, wie an sich bekannt, H) bis 30%. Ein Teil des gekühlten -Mahlgutes kann in die Mahlvorrichtung zurückgeführt werden.

Die Kühlung von Stoff aufschwemmungen beim Mahlen läßt sich also in einfacher Weise durch Durchführung des Mahlvorganges in einem Vakuum erzielen. Die Erfindung macht also von der bekannten Erscheinung Gebrauch, daß der Siedepunkt einer Flüssigkeit um so niedriger ist, je niedriger der auf ihr lastende Druck ist.

Nach Festlegung des Vakuums bestehen keinerlei Schwierigkeiten mehr, die Temperatur der Aufschwemmung beliebig zwischen 20 und 70 C einzustellen. Die entwickelte Wärme wird als Dampfenthalpie weggeleitet, und eine gleichbleibende Temperatur, die mit dem Kochpunkt des Wassers bei dem herrschenden Unterdruck identisch ist, kann für die Aufschwemmung aufrechterhalten werden.

Wie diese Kühlung praktisch auszugestalten ist, hängt von der Art der Raffineure und davon ab, ob das Mahlen der Faserstoffaufschwemmung Kontinuierlich vonstatten geht oder diskontinuierlich.

Das Mahlen wird meistens in Scheibenmühlen durchgeführt. Um in einem solchen Fall die Temperatur während des Mahlvorgangs niedrig zu halten, muß die Einstellung der Scheiben zueinander so vorgenommen werden, daß nicht mehr Kraft zugeführt wird, als die Einhaltung zulässiger Grenzen des Temperaturanstieges während des Durchganges, des Stoffes zwischen den Scheiben zuläßt. Sollte der gewünsche Feinheitsgrad nicht mit einem Durchgang erreichbar sein, muß die Stoffaufschwemmung gekühlt und zurückgeführt oder zu einem zweiten Mahlgang gefördert werden. , ;

Kontinuierliches Mahlen von Faserstoffen zur Papierherstellung wird gewöhnlich in zwei oder mehr in Serie geschalteten Mahlvorrichtungen vorgenommen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf zwei in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele von Anlagen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Es zeigt

Fig. <1 schematisch eine Seitenansicht einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Anlage,

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer derartigen Anlage; , . . .

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab.

Die Ausführungsform nach der Fig. 1 ist eine Anlage für Verfeinerung in drei Stufen mit Vakuumkühlung in den beiden letzten Stufen. Die Verfeinerung geschieht hier in einer Scheibenmühle mit auf chemomechanischem Wege gewonnenen Fichtenholzhalbstoff, der in der oben angegebenen Weise und mit derselben Ausbeute hergestellt worden ist.

In der Fig. 1 bezeichnet 10 einen Wirbelreiniger, in welchem der gekochte und in einer Mahlvorrichtung defibrierte Stoff durch eine Leitung 12 eingebracht wird. Hierbei kann der Stoff von der Mahlvorrichtung, in welcher Überdruck herrscht, ausgeschleust werden, wobei mitfolgcnder Dampf und nicht kondensierbare Gase aus dem Wirbelreiniger 10 T .eitnni» U nnstreten. Fs wird aneenommcn, daß der Stoff nach, dem Verlassen der Mahlvorrichtung einen Trockengehalt an Stoff von etwa 70 °/o und eine Temperatur von 100 C hat. Kühlwasser von z. B. 20" C wird gleichzeitig dem Wirbelreiniger 10 durch eine Leitung 16 in solcher Menge zugeführt, daß eine Stoffkonzentration in einem unter dem Wirbdreiniger stehenden Auffanggefäß von etwa 10 "Zu erhalten wird. In der Aufschwemmung herrscht dort eine Temperatur von etwa 40 C. In dem Λ uff

ίο fanggefäß kann ein von einem Motor 20 angetriebener Umrührer 22 vorgesehen sein. ■■■;..

Wenn es notwendig ist, Kochchemikalien vor der Raffinierung ganz oder teilweise zu entfernen, ge^ schicht dies am zweckmäßigsten durch Waschen des Stoffes in Waschgefäßen, auf Filtern oder mittels . Pressen zwischen dem Wirbelreiniger 10 und dem Auffanggefäß 18. . <■.■■■

Die Stoffaufschwemmung wird dann durch eine Leitung 24, in welcher eine Pumpe 26 angeordnet sein kann, zu einem ersten, von einem Motor 30 getriebenen Raffineur 28 geleitet. In dem Raffieneur erfolgt eine Mahlung bei einer Temperatur, die 60 ' C .· nicht übersteigen darf. Da der wesentliche Teil der von dem Motor 30 zugeführten Energie in Wärme übergeht, beträgt somit die Temperatursteigerung 2O⁰C. Dies bedeutet,'daß die Aufschwemmung vor oder während der nächsten Mahlstufe gekühlt werden muß. Ih sämtlichen Raffineuren kann ein Druck von etwa I bis 3 kg/cm² herrschen. Die Raffineure können in der Weise ausgeführt sein, die aus der deutschen Patentschrift 1 043 062 ersichtlich ist.

In der Ablaufleitung 32 von dem Raffineur 28 herrscht, wie erwähnt, eine Temperatur von 60° C. Die Kühlung wird nun in einem Abkocher 34 durchgeführt, in welchem ein Unterdruck herrscht, bei dem Ausführungsbeispiel ein absoluter Druck von 55 mm Hg, der einem Kochpunkt für das Wasser von 40° C entspricht. In der Leitung 32 ist zweckmäßig ein Druckminderungs- oder Drosselventil 36 vorge-

sehen, und ferner kann die Leitung 32 eine Höhe haben, die dazu beiträgt, in dem Raffineur 28 einen höheren Druck als in dem Kocher 34 zu halten. In •diesen wird die Aufschwemmung tangential eingeleitet.

In dem Unterdruckkocher 34 verdampft so viel Wasser,, daß die Temperatur der Aufschwemmung auf 40° C absinkt. Der erzeugte Dampf ^entweicht durch eine Leitung 38 zu einem Kondensator 40, dem Kühlwasser durch eine Leitung 42 zugeführt wird. Der Kondensator 40 steht durch eine Leitung 44 in Verbindung mit einer Vakuumpumpe 46. Das Kondensat tritt aus dem Kondensator 40 durch eine Leitung 48 aus, die sich mit einem unterem Ende unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in einem offenen Behälter 50 befindet und die eine Länge hat,: die einen hydrostatischen Druck erzeugt^ der den Unterdruck im Kondensator 40 übersteigt. " ; . '■■'■

Die in dem Unterdrpckkocher 34 gekühlte Aufschwemmung wird „durch eine Leitung 52 und eine Pumpe 53 in yeri..'z^eiten,JRaffi^^:eur54V/gefördert_?'der

von einem Motor 56 angetrieben wird.. In diesem findet eine erneute Mahlung unter Temperatursteigerung statt, derart, daß die Stoffaufschwemmung in der Auslaßleitung58 erneut- auf 60° C erwärmt .wird. Durch ,eine Leitung, 60,_;, in -der ein Drosselventil 62 angebracht ist, kann ein Teil des gemahlenen Stoffes zur erneuten Abkühlung zu dem Unterdruckkocher .34 und anschließenden Mahlung in dem Raffineur 54 zurückiicführt werden.

Die Leitung 58 isl über ein Drosselventil 64 an einen zweiten Kodier 66 angeschlossen, in welchem ein Unterdrück in derselben Weise wie in dem Kodier 34 herrscht, so daß die Stoffaufschwemmung durch Verdampfung von Wasser wieder auf 40 C abgekühlt wird. Die gebildeten Wasserdämpfe entweichen durch eine Leitung 68 zu einem Kondensator 70. der durch eine Leitung 72 mit der Vakuumpumpe 46 in Verbindung steht und dem durch die Leitung 42 Kühlwasser zugeführt wird. Das Kondensat entweicht von dem Kondensator 70 durch eine Leitung 74 in der sich eine Flüssigkeitssäule befindet, welche den Unterdruck im Kondensator zu überwinden vermag. Die Leitung 74 ist unter den Flüssigkeitsspiegel in einem (lefäß 76 in derselben Weise wie die Leitung 48 hinuntergezogen.

Von dem Unterdruckkocher 66 ist eine Leitung 78, in welcher eine Pumpe 79 vorgesehen ist. an einen dritten RaffineurSO angeschlossen, der von einem Motor 82 getrieben wird und in dem ein nochmaliges Mahlen des Stoffes stattfindet. Der gemahlene Stoff tritt durch eine mit einem Ventil 86 ausgestalteten Leitung 84 aus, um weiter verarbeitet zu werden. Diese Verarbeitung gehört nicht zum Verfahren nach der vorliegenden Erfindung. Die Temperatur des aus dem Raffineur austretenden Stoffaufschwemmung beträgt auch in diesem Fall 6(K C. Ein Teil des Faserstoffes kann durch eine Leitung 88 mit einem Drosselventil 89 zu dem Unterdruckkocher 66 zurückgeleitet werden.

Um ein Kochen in den Mahlvorrichtungcn zwischen den Mahlgliedern zu vermeiden, ist es zweckmäßig, deren Pumpwirkung auszunutzen und, wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, den Druck in dem Mahlgehäuse entweder durch Drosselung der Auslaßlcitung und oder durch Aufstellen des Kochers auf solcher Höhe, daß ein zweckmäßiger hydrostatischer Gegendruck erhalten wird, zu steigern.

Wird die Raffinierung mit Rückfluß von gekühltem Stoff durchgeführt, kann man mit etwas höherem Druck und entsprechend höherer Temperatur für die eintretende Stoffaufschwemmung arbeiten, ohne daß die Temperatur während des Mahlvorgangs die zulässige übersteigt. Die je Raffineur durchgesetzte Menge wird größer und die Aufschwemmung vermag mehr Wärme per Grad Temperatursteigerung ^aufzunehmen, als in dem Fall, wo keine Rückführung stattfindet. ,

Ist der Raffineur in besonderer Weise ausgestaltet, kann es auch möglich sein, ihn unmittelbar unter Vakuum zu setzen und den gebildeten Wasserdampf nach Maßgabe seiner Bildung abzuleiten und auf diese Weise die Mahlung bei gleichbleibender Temperatur durchzuführen.

Die Fig.2 und 3 zeigen schematisch eine solche Ausführung. Ein Raffineur 90 ist mit einem waagerechten, nicht umlaufenden Zylinder 91 versehen, in welchem ein Mahlglied 92 für den Umlauf angeordnet ist. Dieses ist mit einem zentralen, viereckigen, kastenförmigen Balken 93 ausgeführt, an dessen Enden Wellenzapfen 94, 96 angeschlossen sind. Der Wellenzapfen 94 ist mit einem Antriebsmotor 98 Verbunden. Das Mahiglied 92 hat ferner vier Flügel 100, welche beim Umlauf des Gliedes den Stoff an der Innenwand des Zylinders 91 kneten, wobei diese Innenwand z. B. geriffelt sein kann, um die Reibung zu erhöhen. Der balkcnförmige Teil des Mahlglicdes hat Löcherungen 102, und der Wellenzapfen 96 hat eine Bohrung und ist über eine Stopfhuchscnvorrichtung 104 und eine ortsfeste Rohrleitung 106 mit einem Einspritzkondensator 108 verbunden. Diesem wird Kühlwasser durch eine Leitung 110 zugeführt, und er wird mittels einer Vakuumpumpe 112 bei Unterdruck gehalten.

Boim Betrieb des Raffincurs SO wird in dem Zylinder 91 ein Vakuum aufrechterhalten, das ζ. Β einem Kochpunkt des Wassers von 55 C entspricht. Danach wird eine verhältnismäßig konzentrierte (10 bis 20" «ige) Stoffaufschwemmung in den Zylinder aus einem Behälter 114 durch eine Leitung 116, in welcher eine Schleuse oder ein Drosselventil 118 sitz, eingeleitet. Während seines Durchganges durch den Zylinder wird die Masse von dem Mahiglied 92 gemahlen, wobei die entwickelte Wärme in Dampf übergeführt wird, welcher ununterbrochen durch den hohlen Wellenzapfen 96 zum Kondensator 108 weggeleitet wird. Die Wärme entweicht in Dampfenthalphie, und eine gleichbleibende Temperatur herrscht in der Aufschwemmung.

Der gemahlene Stoff wird durch die Leitung 120

zu einem Behälter 122 gefördert und'gelangt aus diesem zu weiterer Bearbeitung bzw. Behandlung durch eine Leitung 124, in der eine Pumpe 126 und ein Ventil 128 angebracht sind. Von dem Kondensator 108 geht eine Leitung 130 zu dem Behälter 122 aus, um den vorgesehenen Unterdruck in diesem aufrechtzuerhalten. Durch eine Leitung 132, in der ein Ventil 134 angebracht ist, kann die Faserstoffaufschwemmung mit Hilfe der die Pumpe 126 umgepumpt werden, bis sie benötigt wird.

Eine Leitung 136 geht vom Kondensator 108 hinab in einen Ablaufbehälter 138. Diese Leitung hat eine Länge, die größer ist, als dem Unterdruck in dem Kondensator entspricht.

Wenn die Stoffkonzentration während des Mahl-Vorganges durch Verdampfung ansteigt, muß während der ganzen Zeit Wasser zugeführt werden, sofern die Konzentration während des Mahlverlaufes konstant gehalten werden soll.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ■1. Verfahren zum Kühlen von Papierstoffaufschwemmungen während der Zerfaserung der aufgeschwemmten Faserverbände in Stoffmühlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stoffaufschwemmung durch Zwischenkühlung unter 70° C, gehalten wird, wobei die Kühlung — in an sich bekannter Weise — dadurch erfolgt, daß die Stoffaufschwemmung unter einem Vakuum zum Sieden gebracht wird, dessen absoluter Druck einer Siedetemperatur der Stoffaufschwemmung entspricht, die unter 70^: C liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Stoffaufschwemmung während des Zerfaserns, wie an sich bekannt, 10 bis 30 % beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gekühlten MaIiI-gutes innerhalb der Mahlvorrichtung zurückgeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zcichnunecn