DE19858333A1 - Verfahren zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff sowie Stofflöser zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Das Verfahren dient zum Auflösen von Papierstoff (S), z. B. Altpapier, welches mit Wasser (W) vermischt und dabei zerkleinert und suspendiert wird. Es wird durchgeführt in einem runden Behälter (1) mit einem Rotor (2). Im radial inneren Bereich des Behälters (1) wird eine Abwärtsströmung (4) und im radial äußeren Bereich eine Aufwärtsströmung (4') erzeugt, wodurch eine Zirkulationsströmung im Behälter entsteht. Erfindungsgemäß wird die in der Aufwärtsströmung (4') nach oben geführte Suspension an einer Führungsfläche (5) radial von außen nach innen umgelenkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren dieser Art werden hauptsächlich angewendet, um getrocknetes Zellstoffmaterial oder Altpapier in Suspension zu bringen. Das eingetragene Material wird in großen Stücken, Bahnen oder gepreßten Ballen mit Wasser intensiv vermischt, wozu in der Regel ein Misch- und Zerkleinerungsrotor eingesetzt wird. Diese Vorgänge laufen in einer Vorrichtung ab, die üblicherweise als Stofflöser bezeichnet wird. Sie besteht im wesentlichen aus einem Behälter für die Suspension und dem schon genannten Rotor.

Verständlicherweise werden solche Verfahren optimiert, wobei im wesentlichen eine schnelle und kraftwirtschaftliche Auflösung angestrebt wird. Als Standardtyp für einen Stofflöser hat sich ein senkrecht stehender zylindrischer Behälter mit einem Rotor im Bodenbereich durchgesetzt. In diesem Behälter wird Wasser und der aufzulösende Stoff von oben zugegeben und mit Hilfe des Rotors eine Trombenströmung in der Suspension erzeugt, bei der also im zentralen Bereich der Stoff vom Rotor nach unten angesaugt und im Bodenbereich radial nach außen gedrückt wird, wodurch sich eine Umtriebsströmung ergibt. Es sind auch Strömungsmaßnahmen bekannt, um diese Umtriebsströmung zu steuern. So wird z. B. durch entsprechende Strömungseinbauten (Schikanen) an der Behälterwandung die Umfangsströmung gebremst, da sie nur einen geringen Beitrag zur Auflösung bringt. Die Förderung des eigentlichen Umtriebs, d. h. der wiederholte Transport des aufzulösenden Stoffes in den Rotorbereich bringt dagegen eine Verbesserung des Effektes. Aus diesem Grund ist auch schon viel Entwicklung an den Rotoren und Behältern des Stofflösers betrieben worden.

Einen Versuch, das Verfahren zu verbessern, zeigt die DE 36 38 993 C2. Demnach wird die Strömung erzeugt, indem die Ansaugung der Suspension mit Hilfe eines seitlich angebrachten Rotors erfolgt. Auch die Schrägstellung der Rotorachse wurde schon durchgeführt, z. B. bei einem in der DE 32 34 702 C2 gezeigten Stofflöser, bei dem ein relativ hoch gebauter Rotor einen spitzen Winkel gegen die Vertikale einnimmt.

Zur Verbesserung des Umtriebes sind auch schon unkonventionelle Wege beschritten worden, wie z. B. gemäß DE 34 29 514 C2, eine Mehrzahl von aufwendigen Rotoren innerhalb desselben Stofflöserbehälters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne wesentlichen Mehraufwand das Verfahren zum Suspendieren von Papierstoff zu verbessern, wobei insbesondere der Einzug des Materials verbessert werden soll. Eine höhere Stoffdichte soll zumindest möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch die neuartige Strömungsführung innerhalb des Behälters ein schnellerer Einzug des eingetragenen Papierstoffes und eine Verbesserung des Umtriebes möglich ist. Die dazu notwendigen Mittel sind relativ einfach; auch bereits vorhandene Stofflöser lassen sich so nachrüsten, daß das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Auch bei relativ hoher Stoffdichte ist ein störungsfreier Betrieb möglich, d. h. das Gemisch aus Papierstoff und Wasser wird auch in zähem Zustand einwandfrei umgetrieben, ohne daß die Strömung abreißt. Bei den beiden bekannten Verfahren dieser Art wird das Gemisch zwar auch aus der Aufwärtsströmung wieder in die Abwärtsströmung überführt; dabei ist sie aber im wesentlichen sich selbst überlassen. D.h. es stellt sich eine freie Oberfläche im oberen Teil des Behälters ein, was zwar den Vorteil hat, daß der Behälter leicht nachbeschickt werden kann, aber offensichtlich keine optimalen Strömungsbedingungen schafft.

Es ist auch bekannt, bei sogenannten Ausschußauflösern, die sich unterhalb einer Papiermaschine befinden und bei denen der Rotor an einer Seitenfläche angeordnet ist, Strömungsbleche an der Stirnseite zu verwenden. Hier liegen aber wesentlich andere Strömungsverhältnisse vor. Derartige Pulper sind zur Hauptsache nach raumökonomischen Gesichtspunkten konstruiert, da sie an Stellen verwendet werden müssen, an denen nur wenig Platz zur Verfügung steht. Aus diesem Grunde sind sie strömungstechnisch sehr viel schlechter und kaum für das hier beschriebene Verfahren verwendbar.

Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 Schematisch den Verfahrensablauf in einem oben offenen Stofflöser;

Fig. 2 Stofflöser der Fig. 1, Ansicht von oben;

Fig. 3 und 4 jeweils Varianten von erfindungsgemäßen Stofflösern;

Fig. 5 ein Detail vom Rand eines Deckels;

Fig. 6 ein Detail von der Mitte eines Deckels.

In dem geschnitten in Seitenansicht gezeichneten Stofflöser der Fig. 1 ist die Durchführung des Verfahrens dargestellt. Der Papierstoff S wird zusammen mit Wasser W in einen Behälter 1 eingegeben. Innerhalb des Behälters 1 befindet sich eine Mischung aus Wasser und Papierstoff, welcher teilweise schon zerkleinert ist. Diese also mit groben und feinen Feststoffen versehene Suspension wird durch den im Bodenbereich des Behälters 1 angeordneten Rotor 2 in Umtrieb versetzt. Der Rotor wird durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben. Die Suspension wird vom Rotor 2 im radial inneren Bereich angesaugt, wodurch längs der Mittellinie des Rotors eine Abwärtsströmung 4 entsteht. Infolge der Pumpwirkung des Rotors wird die Suspension radial nach außen gefördert und gelangt dadurch zur seitlichen Wandung 3 des Behälters 1, von der sie zu einer Aufwärtsströmung 4' umgelenkt wird. Insgesamt entsteht dadurch eine Zirkulationsströmung, angedeutet durch Freihandpfeile. Die Aufwärtsströmung 4' wird erfindungsgemäß an einer oben liegenden Führungsfläche 5 umgelenkt und an dieser entlang radial nach innen geführt. Diese Führungsfläche 5 bildet die Unterseite eines Deckels 6 und definiert im wesentlichen den oberen Abschluß der Flüssigkeit im Stofflöser. Der Deckel deckt die obere Stirnfläche des Behälters 1 bis auf eine zentrale Öffnung 10 ab. Dabei steht hier die Führungsfläche 5 auf ca. 80% der Stirnfläche in Kontakt mit der Suspensionsoberfläche. Der gewünschte Effekt kann aber auch schon bei geringerer Abdeckung der Stirnfläche durch den Deckel erzielt werden.

Wie an sich bekannt, wird bei diesem beschriebenen Auflösevorgang durch hydraulische Kräfte und durch Kontakt zwischen Rotor und Papierstoff die Zerkleinerung und Suspendierung des Papierstoffs bewirkt. Papierstoffteile, die genügend zerkleinert sind, können - beim hier gezeigten Beispiel - durch ein Siebblech 9 den Behälter 1 verlassen und in einer faserstoffhaltigen Suspension P abgeführt werden. Dieses Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden. Das Siebblech 9 ist nicht unbedingt erforderlich, wie später noch erläutert wird. Der Feststoffanteil in der Suspension P beträgt hier z. B. um die 3 bis 6%. Bei den höheren Stoffdichten sind am Rotor besondere Maßnahmen erforderlich, um den nötigen Umtrieb erzielen zu können. Auch diese Maßnahmen sind an sich bekannt.

Zur Veranschaulichung zeigt die Fig. 2 den Stofflöser der Fig. 1 in Ansicht von oben. Dabei sind die Löcher des Siebblechs 9 nicht dargestellt. In den meisten Fällen ist ein solcher Stofflöser zylindrisch aufgebaut, d. h. mit einer kreisförmigen Grundfläche. Es ist aber auch vorstellbar, von dieser Form abzuweichen, da die Rotationsströmung, d. h. die Umfangsbewegung des Stoffes an sich nicht viel zur Auflösewirkung beiträgt. Denkbar wäre z. B. eine ovale Form. Die Fig. 2 zeigt auch eine an sich bekannte Maßnahme, um die Umfangsbewegung in die Zirkulationsströmung umzulenken: Hierzu sind am Boden geeignete Leitbleche 7 angedeutet. Der Deckel 6, welcher an seiner Unterseite die Führungsfläche aufweist, ist hier nur in Teilansicht gezeichnet.

Mit dem in Fig. 3 gezeigten Stofflöser kann das erfindungsgemäße Verfahren variiert und für bestimmte Anwendungsfälle verbessert werden. Der dort verwendete Rotor 2 sowie die Geometrie des Stofflöser-Behälters sind nämlich auf die Erfordernisse einer Hochkonsistenzauflösung abgestimmt. Insbesondere wird der Rotor in axialer Richtung verlängert, um den Einzug und Umtrieb zu verbessern. Bekanntlich können damit die Papier-Rohstoffe auch bei einem Feststoffgehalt über 10% aufgelöst werden, wobei mit der Erfindung schon Konsistenzen um 12 bis zu 20% möglich sind. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Deckel 6 ein ebener Ring, bildet also eine ebene Führungsfläche aus. Trotz dieser an sich strömungstechnisch nicht optimierten Form sind überraschend gute Auflöseergebnisse möglich. Außerdem ist hier auch ein Abstand zur seitlichen Wandung 3 vorhanden. Entscheidend ist, daß der obere Teil der Suspension auf einer bestimmten Länge an einer Fläche entlang geführt wird. Es wird zumeist zweckmäßig sein, den Deckel 6 in vertikaler Richtung bewegbar auszuführen, z. B. zur Beschickung des Stofflösers oder um die Zugänglichkeit generell zu ermöglichen. Bei der hier gezeigten Version hat der Behälter 1 des Stofflösers oben einen großvolumigen Aufsatz, um bei Verdünnung des bereits aufgelösten Stoffes ein erhöhtes Volumen zur Verfügung zu haben. Beim Verdünnungsbetrieb könnte der Deckel 6 aus dem Wirkungsbereich des Stofflösers herausgenommen werden, da dann die Anforderungen an den Umtrieb bei weitem geringer sind.

In einer weiteren Variante kann der Deckel auch in der Mitte geschlossen sein. Dann könnte das Verdünnungswasser durch einen seitlichen Rohrstutzen 8 direkt in den Behälter eingepumpt werden.

Fig. 4 zeigt wiederum einen besonders für Hochkonsistenzauflösung ausgelegten Stofflöser. Dieser hat sowohl im Bereich des Deckels 6, als auch im Bodenbereich des Behälters 1 abgerundete Umlenkungen, um den Umtrieb, insbesondere bei Hochkonsistenzauflösung weiter zu verbessern. Die hier gezeigte Ausführung wird so betrieben, daß nach Abschluß des Auflösevorganges der Stoff nicht im Behälter 1 verdünnt wird, sondern als Hochkonsistenzstoff S' durch eine am Boden sitzende große Gutstoffleitung 10 herausgeführt wird. Er kann dann z. B. direkt in einen geschlossenen Verdünnungsauflöser geführt werden, bei dem unter Zugabe von Wasser eine pumpfähige Suspension hergestellt wird. Dieser Apparat ist aber hier nicht sichtbar.

In Fig. 5 ist der seitliche Bereich des Deckels 6 etwas detaillierter dargestellt. Insbesondere erkennt man den Ablenkungswinkel α. Dieser bestimmt den Obergang von der senkrecht nach oben führenden seitlichen Wandung 3 des Behälters 1 zur radial nach innen führenden Strömung der Suspension. Bei den Figuren ist die Strömungskomponente, die in Umfangsrichtung gerichtet ist, nicht gezeichnet.

Fig. 6 zeigt eine spezielle Variante, bei der am Deckelrand und durch eine zentrale Öffnung 10 im Deckel 6 mit Druckfarben angereicherte Suspension 11 aufsteigt, die dann durch ein Rohr 12 abgesaugt wird. Dieser Effekt kann genutzt werden, um Farbe/Farbpartikel sehr frühzeitig aus der Faserstoffsuspension zu entfernen. So wird z. B. das Einreiben von Farbpartikeln in den Faserstoff vermieden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Zerkleinerung und Suspendierung von Papierstoff (S), bei dem dieser in einen runden Behälter (1) eingefüllt und mit Wasser (W) vermischt, dabei zerkleinert und suspendiert wird, wobei mit einem sich am Boden des Behälters (1) befindenden Rotor (2) die Suspension in einen Umtrieb versetzt wird, derart, daß sie im radial inneren Bereich in einer Abwärtsströmung (4) dem Rotor (2) zugeführt, dann radial nach außen zur seitlichen Wandung (3) des Behälters (1) getrieben und dann in eine Aufwärtsströmung (4') gebracht wird, wodurch eine Zirkulationsströmung im Behälter entsteht und der Papierstoff zerkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Aufwärtsströmung (4') an die Suspensionsoberfläche geführte Suspension an einer Führungsfläche (5) radial von außen nach innen umgelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (5) über mindestens 30% der oberen Stirnfläche des Behälters (1) mit der Suspensionsoberfläche in Kontakt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (5) über mindestens 60% der oberen Stirnfläche des Behälters (1) mit der Suspensionsoberfläche in Kontakt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (5) in ihrer Höhe einstellbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Führungsfläche (5) eine senkrechte einstellbare Kraft aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (1) verwendet wird, dessen seitliche Wandung (3) eine zylindrische Form hat.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (1) verwendet wird, dessen seitliche Wandung (3) eine ovale Form hat.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (5) an einem den Behälter (1) oben unter Freilassung von mindestens einer Öffnung abschließenden Deckel (6) gebildet wird, durch die eine mit Störstoffen, insbesondere Farbpartikeln, angereicherte Suspension (11) nach oben vordringt, die dann zusammen mit den Störstoffen abgeführt wird.

9. Stofflöser zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem oben offenen Behälter (1), der eine runde seitliche Wandung (3) aufweist und mit einem im Bodenbereich des Behälters (1) angeordneten antreibbaren Rotor (2) versehen ist, der geeignet ist, im Behälter (1) einen Stoffumtrieb zu erzeugen und den eingetragenen Papierstoff zu zerkleinern, dadurch gekennzeichnet, daß sich im oberen Bereich des Behälters ein Deckel (6) mit einer unten liegenden Führungsfläche (5) befindet, der sich, ausgehend von der seitlichen Wandung (3) zumindest über 30% der Stirnfläche des Behälters radial nach innen erstreckt.

10. Stofflöser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Deckel zumindest über 60% der Stirnfläche radial nach innen erstreckt.

11. Stofflöser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) den Behälter oben abschließt.

12. Stofflöser nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) eine ebene Führungsfläche (5) aufweist.

13. Stofflöser nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (5) in der Nähe der seitlichen Wandung (3) zu dieser in einem schrägen Ablenkwinkel (α) steht, welcher kleiner ist als 75°.

14. Stofflöser nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhe des Deckels (6) einstellen läßt.

15. Stofflöser nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor so angeordnet ist, daß seine Mittellinie mit der Symmetrielinie des runden Behälters (1) zusammenfällt.