DE19904349A1

DE19904349A1 - Pulping used paper for recycling has a loosening stage where the hydrogen bridges are broken by steam or gas before a mechanical stirring stage to prepare a suspension for the separation of impurities

Info

Publication number: DE19904349A1
Application number: DE1999104349
Authority: DE
Inventors: Almut Kriebel; Lothar Pfalzer; Boris Reinholdt
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-06-21

Abstract

In the process to pulp materials (M) with a paper fiber content, and especially used paper containing impurities for recycling, the material (M) is passed to a loosening stage (2) where the hydrogen bridges between or at the fibers are broken by steam or a gas.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auflösung von papierfaserhaltigem Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for dissolving paper fiber-containing Material according to the preamble of claim 1.

Um papierfaserhaltiges Material, wie fertiges Papier, Altpapier oder trockenen Frischzellstoff zur Papiererzeugung verwenden zu können, muß die Struktur der Bahnen oder Blätter so weit aufgelöst werden, daß unter Zumischung von Wasser eine faserstoffhaltige Suspension entsteht. Dieser als Auflösung bezeichnete Vorgang wird z. B. in einem Stofflöser, dem sogenannten Pulper, oder in einer Auflösetrommel vorgenommen. In solchen Vorrichtungen werden in dem Material nach dem Vermischen mit Wasser Kräfte erzeugt, mit deren Hilfe das Auflösen möglich ist. Oft ist es sehr wichtig, das Verfahren so zu führen, daß die aufgebrachten Kräfte zwar den Papierverband auflösen, dabei jedoch die störenden Nicht-Papierbestandteile so weit wie möglich unzerkleinert lassen. Gerade wenn es sich bei dem Rohstoff um Altpapier handelt, können die darin enthaltenen Störstoffe die Produktion und das neu produzierte Papier erheblich beeinträchtigen.To paper fiber-containing material, such as finished paper, waste paper or dry To use fresh pulp for paper production, the structure of the Sheets or sheets are dissolved so far that a water fibrous suspension is formed. This process, called resolution, becomes e.g. B. in a pulper, the so-called pulper, or in a pulping drum performed. In such devices, in the material after mixing generated forces with water, with the help of which the dissolution is possible. It is often very It is important to carry out the procedure in such a way that the forces exerted Dissolve the paper bandage, but the annoying non-paper components so far leave as small as possible. Especially when the raw material is waste paper acts, the contaminants contained therein can affect the production and the newly produced Significantly affect paper.

Auch wenn es bisher schon eine große Anzahl Verfahren zur Auflösung von Papier gibt, welche auch hohe Ansprüche erfüllen können, kommt es dennoch immer wieder vor, daß die Störstoffe große Probleme bei ihrer Abscheidung aus dem Papierbrei bereiten. Diese Probleme können nur durch den Einsatz sehr aufwendiger Sortier- und Reinigungsverfahren gelöst werden. Außerdem ist die Aufbringung der zur Auflösung erforderlichen Kräfte immer mit einem deutlichen Energieverbrauch und damit Energiekosten verbunden.Even if there are already a large number of methods for dissolving paper, which can also meet high demands, it always happens that the contaminants cause great problems in their separation from the pulp. This Problems can only be solved by using very complex sorting and Cleaning procedures can be solved. In addition, the application is for dissolution required forces always with a significant energy consumption and thus Associated energy costs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde; ein neues Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, papierfaserhaltiges Material, insbesondere verschmutztes Altpapier, so schonend aufzulösen, daß die Aussortierung von darin enthaltenen Störstoffen nach oder bei der Auflösung besser möglich ist. Eventuell soll das Verfahren mit einer Einsparung an mechanischer Auflösearbeit verbunden sein.The invention is therefore based on the object; to create a new process with who manages to use paper fiber-containing material, especially dirty waste paper, so gently dissolve that the sorting of contaminants contained therein or in the resolution is better possible. Possibly the process should save be connected to mechanical dissolution work.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1 solved.

Mit Hilfe des Verfahrens gelingt es, die Wasserstoffbrücken, welche die Fasern bei dem fertigen Papier aneinander binden, so wirksam zu lösen, daß keine oder wenigstens keine hohen mechanischen Kräfte zur Auflösung erforderlich sind. Es ist anzunehmen, daß eine Volumenänderung des Dampfes oder Gases in den Faserzwischenräumen das Lockern oder Lösen der Wasserstoffbrücken besonders begünstigt. Es können aber auch physikalische oder chemische Einwirkungen auf die Wasserstoffbrücken selbst eintreten.With the help of the process, the hydrogen bonds that the fibers in the bind finished paper together, so effective to solve that none or at least no high mechanical forces are required for dissolution. It can be assumed, that a change in volume of the vapor or gas in the fiber interstices that Loosening or loosening of the hydrogen bonds is particularly advantageous. But it can also physical or chemical effects on the hydrogen bonds themselves enter.

In vielen Fällen können bei Anwendung des Verfahrens hohe Temperaturen, z. B. über 100°C, vermieden werden. Das ist von Vorteil, denn bekanntlich werden bestimmte Störstoffe bei zu hohen Temperaturen in ihren Festigkeiten so weit geschwächt, daß sie schon bei geringen angreifenden Kräften zerfallen. Wie bereits erwähnt, ist das bei der Auflösung meistens unerwünscht. Die Temperatur kann besonders dann niedrig gehalten werden, wenn das Druckniveau unterhalb des Umgebungsdruckes eingestellt wird.In many cases, high temperatures, e.g. B. about 100 ° C can be avoided. This is an advantage because, as is well known, certain are Impurities at weak temperatures weakened so much that they disintegrate even with slight attacking forces. As already mentioned, this is the case with the Dissolution mostly undesirable. The temperature can then be kept particularly low if the pressure level is set below the ambient pressure.

In besonders vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens wird zusätzlich die Erzeugung von Dampf in den Zwischenräumen der Fasern genutzt, und zwar indem der Dampf durch plötzliche Druckabsenkung unter den Dampfdruck freigesetzt wird. Dazu wäre das Material z. B. in einem geschlossenen Raum zu halten, der schlagartig und eventuell nur kurzzeitig unter Unterdruck gesetzt wird. Die auflösende Wirkung ist bei einem solchen Vorgehen auch dann erreichbar, wenn das Material sich unter einem Wasserspiegel befindet. Der im Material entstandene Dampf löst die Wasserstoffbrücken. Er kann auch die Restluft aus den Zwischenräumen austreiben, die sonst die Benetzung behindert. Wenn nach dem Druckabfall der Druck wieder angehoben oder die Temperatur gesenkt wird (z. B. durch Zugabe von Kaltwasser), kondensiert der Dampf und saugt Wasser an, wodurch die Auflösung weiter verbessert wird.In particularly advantageous embodiments of the method, the Generation of steam in the interstices of the fibers is used by the Steam is released by suddenly lowering the pressure below the steam pressure. To would the material be z. B. to keep in a closed room that suddenly and may only be briefly pressurized. The dissolving effect is Such a procedure can also be achieved if the material is under one Water level. The steam generated in the material dissolves it Hydrogen bonds. It can also expel the residual air from the spaces that otherwise the wetting is impeded. If after the pressure drop the pressure is raised again or the temperature is reduced (e.g. by adding cold water), the condenses Steam and sucks in water, which further improves the resolution.

In der Regel ist es von Vorteil, daß das Material vor der Lockerungsphase so weit mit Wasser eingeweicht wird, daß bereits dadurch eine Schwächung der Wasserstoffbindungen erfolgt. Das Einweichen zu diesem Zweck ist zwar an sich bekannt, aber hier in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von besonderem Vorteil.As a rule, it is an advantage that the material is so far before the loosening phase Water is soaked that a weakening of the Hydrogen bonds occur. Soaking for this purpose is in itself known, but here in connection with the inventive method of special advantage.

Wenn in der Lockerungsphase die Penetration mit Dampf zur Lösung der Wasserstoffbrücken alleine noch nicht ausreicht, ist es zweckmäßig, zusätzlich eine geringe mechanische Bearbeitung des so vorbereiteten Materials vorzunehmen. Dabei kann diese aber in ihrer Wirkung beträchtlich unterhalb solcher Bearbeitungsverfahren bleiben, wie sie in Stofflösern durchgeführt werden.If in the loosening phase the penetration with steam to dissolve the Hydrogen bridges alone are not sufficient, it is advisable to add one minor mechanical processing of the material prepared in this way. Here however, this can be considerably less effective than this Processing methods remain as they are carried out in pulp removers.

In einigen Fällen kann es auch sinnvoll sein, in der Lockerungsphase mit Temperaturen über 100°C zu arbeiten. Dann muß gewährleistet sein, daß das Verfahren so geführt wird, daß die eventuelle Zerkleinerung von Störstoffen nicht zu Nachteilen führt oder daß papierfaserhaltiges Material verwendet wird, welches solche Störstoffe gar nicht enthält, wie z. B. Frischzellstoff. Aber auch der Faserstoff selbst wird durch hohe Temperatur verändert, was nicht immer erwünscht ist.In some cases, it can also be useful in the relaxation phase with temperatures to work above 100 ° C. Then it must be ensured that the procedure is carried out in this way is that the possible crushing of contaminants does not lead to disadvantages or that paper fiber-containing material is used which does not contain such contaminants contains such. B. fresh pulp. But the fibrous material itself is also characterized by high Temperature changes, which is not always desirable.

In den meisten Fällen verwendet man aus ökonomischen und technischen Gründen bei der Lockerungsphase Wasserdampf. Wenn mit Wasserdampf kein ausreichendes Ergebnis erzielbar ist, kann aber auch mit Gasen, die eine besondere chemische Wirkung auf die Wasserstoffbrücken ausüben, gearbeitet werden. Ökonomisch kann das sinnvoll sein, wenn diese besondere Behandlung eine mechanische Bearbeitung vermeidbar macht, die bei Verwendung von Wasserdampf erforderlich wäre, Verwendbare Gase wären z. B. solche, die den pH-Wert verschieben. Bekanntlich gibt es Papiersorten, deren Naßfestigkeit bewußt durch Naßfestmacher erhöht wurde. Gerade solche Bindungen können mit chemischen Mitteln besser gelöst werden. Es können auch Dämpfe verwendet werden, deren Dampfdruck höher ist als der von Wasser. Dann ist der apparative Aufwand, um unter dem Dampfdruck zu bleiben, geringer. Andererseits ist abzuwägen, welche Nachteile durch Verwendung der Chemikalien für den Faserstoff und bei der technischen Durchführung in Kauf genommen werden könnten.In most cases one uses the for economic and technical reasons Loosening phase water vapor. If water vapor is not sufficient can be achieved, but can also with gases that have a special chemical effect on the Exercise hydrogen bonds, work. Economically, that can make sense if this special treatment makes mechanical processing avoidable, the would be necessary when using steam, usable gases would be z. B. those that shift the pH. As is known, there are types of paper whose Wet strength was consciously increased by wet mooring agents. Such ties can be better solved with chemical agents. Vapors can also be used whose vapor pressure is higher than that of water. Then there is the apparatus Effort to stay below the vapor pressure is less. On the other hand, you have to weigh what disadvantages by using chemicals for the pulp and in technical implementation could be accepted.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockschema zur Durchführung des Verfahrens;The invention and its advantages are explained with reference to drawings. Here 1 shows a block diagram for implementing the method.

Fig. 2a + 2b schematisch: Eine geeignete Vorrichtung in zwei verschiedenen Phasen des Verfahrens; Fig. 2a + 2b schematically: A suitable apparatus in two different phases of the process;

Fig. 3 eine weitere Variante; Fig. 3 shows a further variant;

Fig. 4a + 4b eine weitere Variante in zwei verschiedenen Phasen des Verfahrens. FIG. 4a + 4b shows a further variant in the two different phases of the process.

Fig. 1 zeigt schematisch einige Verfahrensschritte, die zur Durchführung einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens sinnvoll sind. Das papierfaserhaltige Material M, z. B. ballenförmig angeliefertes Altpapier, wird mit einer gewissen Menge Wasser W1 zum Einweichen 1 vermischt. Dieser Vorgang kann einige Minuten dauern. Um die Einweichzeit abzukürzen, wäre eine Auflockerung oder Vorzerkleinerung des Ballens sinnvoll. Anschließend wird die Lockerungsphase 2 durchgeführt, bei der hier Dampf D oder Gas G in Kontakt mit dem eingeweichten Material M gebracht wird. Es ist von Vorteil, während der Lockerungsphase 2 zumindest zeitweise den Druck mindestens bis zum Dampfdruck bei der dort herrschenden Temperatur abzusenken. Eventuell genügt die bereits im Material M vorhandene Luft, die ihr Volumen bei einer Druckabsenkung so stark erhöht, daß die Wasserstoffbrücken gelockert oder gelöst werden. Fig. 1 schematically shows some steps that are useful for performing a specific embodiment of the method. The paper fiber-containing material M, e.g. B. bale-shaped waste paper is mixed with a certain amount of water W1 for soaking 1 . This process can take several minutes. In order to shorten the soaking time, loosening up or shredding the bale would make sense. The loosening phase 2 is then carried out, in which steam D or gas G is brought into contact with the soaked material M. It is advantageous to at least temporarily lower the pressure at least up to the vapor pressure at the temperature prevailing there during the relaxation phase 2 . The air already present in material M may be sufficient to increase its volume so much when the pressure is reduced that the hydrogen bonds are loosened or released.

Anschließend oder gleichzeitig wird hier eine mechanische Bearbeitung 3 durch Anwendung von Arbeit A durchgeführt, welche so schonend ist, daß die Störstoffe nicht unnötig zerkleinert werden und daß der Energieverbrauch gering bleibt. Eine schonende Bearbeitung läßt sich bekanntlich dadurch erreichen, daß das Bearbeitungswerkzeug, z. B. ein Rührer, mit einem relativ großen Abstand an feststehenden Teilen vorbei bewegt wird. Insbesondere wären schneidende oder mahlende Vorgänge zu vermeiden. Das so aufgelöste Material wird danach unter Zugabe von weiterem Wasser W2 in einer Suspendierung 4 so weit vermischt, daß eine pumpfähige Suspension S entsteht. In Fällen, in denen eine hochkonsistente Weiterbearbeitung vorgesehen ist, kann die Suspendierung 4 mit Vorteil entfallen. Es ist auch möglich, zwischen der mechanischen Bearbeitung 3 und der Suspendierung 4 einen hier nicht gezeigten, an sich bekannten Trennschritt für das Material M durchzuführen. In diesem wären bereits größere Mengen von Störstoffen abscheidbar.Subsequently or at the same time, mechanical processing 3 is carried out here by using work A, which is so gentle that the contaminants are not crushed unnecessarily and that the energy consumption remains low. As is well known, gentle processing can be achieved in that the processing tool, e.g. B. a stirrer is moved with a relatively large distance past fixed parts. In particular, cutting or grinding processes should be avoided. The material thus dissolved is then mixed with the addition of further water W2 in a suspension 4 to such an extent that a pumpable suspension S is formed. In cases in which a highly consistent further processing is provided, the suspension 4 can advantageously be omitted. It is also possible to carry out a known separation step for the material M, which is not shown here, between the mechanical processing 3 and the suspension 4 . Larger amounts of contaminants could already be separated in this.

In den Fig. 2a und b sind anhand eines speziellen Stofflösers 5, der zur Durchführung des Verfahrens variiert wurde, wichtige spezielle Arbeitsschritte gezeigt. Der Stofflöser 5 weist ein Auflöseorgan (Rotor 8) auf, das sehr schonend ausgelegt ist. Außerdem ist er mit einer steifen gasdichten Abdeckung 6 versehen und mit einem Deckel 7, der in Fig. 2a geöffnet ist. Durch diesen wird Material M eingefüllt. Der Rotor 8 des Stoffiösers steht dabei still. Außerdem kommt Wasser W1 dazu, das zum Einweichen des Materials dient. (n der in Fig. 2b gezeigten Phase ist das Material M einer Charge vollständig eingefüllt und das Wasser W1 in einer solchen Menge, daß es das Material bedeckt. Nach Verstreichen einer definierten Einweichzeit wird aus dem Teil oberhalb des Wasserspiegels die dort vorhandene Luft absaugt, indem der Inhalt des Stofflösers 5 schlagartig unter Unterdruck gesetzt wird. Dazu wird der Schieber 11 zu einer Unterdruckvorlage 10 geöffnet. Der Unterdruck in der Unterdruckvorlage 10 wird von einer Pumpe 9 aufrechterhalten, welche lediglich angedeutet ist, da Vakuumpumpen zum Stand der Technik gehören. Der plötzliche Druckabfall kann mit Vorteil mehrmals durchgeführt werden. Zwischen den Fasern entsteht dabei die Dampfatmosphäre zur Lösung der Wasserstoffbrücken, und/oder die vorhandene Luft expandiert. Wenn eine mechanische Bearbeitung des Stoffes erforderlich ist, kann diese am besten während oder nach der Durchführung der Lockerungsphase erfolgen. Dabei ist das Material bereits aufgeschlossen und stark erweicht, so daß die mechanische Bearbeitung auch die empfindlichen Störstoffe nicht oder nur gering zerkleinert. In FIGS. 2a and b are based on a special pulper 5 which was varied for performing the method shown important special working steps. The pulper 5 has a dissolving element (rotor 8 ) which is designed to be very gentle. In addition, it is provided with a rigid gas-tight cover 6 and with a cover 7 , which is open in Fig. 2a. Material M is filled through this. The rotor 8 of the substance solver stands still. In addition, there is water W1, which serves to soak the material. (In the phase shown in FIG. 2b, the material M of a batch is completely filled in and the water W1 in such an amount that it covers the material. After a defined soaking time has elapsed, the air there is sucked out of the part above the water level, by the contents of the pulper 5 is set abruptly under reduced pressure. for this purpose, the slide 11 is opened to a vacuum template 10. the negative pressure in the vacuum template 10 is maintained by a pump 9, which is merely indicated, since vacuum pumps are known in the art. the A sudden pressure drop can advantageously be carried out several times, creating a vapor atmosphere between the fibers to dissolve the hydrogen bonds and / or the existing air expands.If mechanical treatment of the material is required, this can best be done during or after the loosening phase has been carried out The material is already open closed and greatly softened, so that the mechanical processing does not or only slightly shreds the sensitive contaminants.

Das so behandelte Material wird dann anschließend entweder weiter verdünnt, so daß eine pumpfähige Suspension entsteht oder sonstwie - eventuell auch in hochkonsistenter Form - weiter bearbeitet.The material treated in this way is then either further diluted so that a pumpable suspension is created or otherwise - possibly also in a more consistent manner Form - further processed.

Fig. 3 zeigt eine Variante des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens, bei der der Stofflöser 5 nach dem Materialeintrag möglichst vollständig mit Wasser aufgefüllt wird. In diesem Fall ist die Unterdruckerzeugung sehr einfach, da lediglich ein Teil des Wassers schlagartig abgepumpt werden müßte. Die Pumpe 9 ist dazu tiefer gelegt. FIG. 3 shows a variant of the method shown in FIG. 2, in which the material dissolver 5 is filled with water as completely as possible after the material has been introduced. In this case, the generation of negative pressure is very simple, since only part of the water would have to be pumped out suddenly. The pump 9 is placed lower.

Fig. 4a stellt wiederum einen Stofflöser 5 dar, welcher bereits das eingefüllte Material M enthält. Auf das Material wird direkt der Dampf D zugegeben, so daß es penetriert wird. Mit Vorteil ist dabei die Temperatur unter 100°C. Gemäß Fig. 4b wird bei geschlossener Abdeckung 6 der Druck durch Abpumpen gesenkt. Dabei kann, wenn es erforderlich ist; der Rotor 8 bewegt werden, um schonend eine mechanische Arbeit auf das Material zu übertragen.In turn, Fig. 4a illustrates a pulper 5, which already contains the filled material M. Vapor D is added directly to the material so that it is penetrated. The temperature is advantageously below 100 ° C. According to Fig. 4b, the pressure is lowered by pumping with a closed cover 6. This can be done if necessary; the rotor 8 can be moved to gently transfer mechanical work to the material.

Claims

1. A process for dissolving paper fiber-containing material (M), in particular waste paper mixed with impurities, in which the hydrogen bonds of the fibers holding the paper together are released, characterized in that the paper fiber-containing material (M) is treated in a loosening phase ( 2 ), in which the hydrogen bonds are loosened or released by steam or gas located between or on the fibers.

2. The method according to claim 1, characterized in that the paper fiber-containing material (M) in the relaxation phase ( 2 ) is exposed to a steam or gas atmosphere such that the steam (D) or the gas (G) penetrates to the hydrogen bonds and these loosens or loosens.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the relaxation phase ( 2 ) an absolute pressure is set which is less than 1 bar.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a pressure is set in the relaxation phase ( 2 ) which is not greater than the vapor pressure.

5. The method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that in the relaxation phase ( 2 ) a temperature is set which is not higher than 100 ° C.

6. The method according to claim 5, characterized in that in the relaxation phase ( 2 ) a temperature is set which is less than 60 ° C.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pressure drop is carried out at least once in the relaxation phase ( 2 ).

8. The method according to claim 7, characterized, that the pressure drop is carried out below the vapor pressure.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized, that the pressure drops by at least 0.1 bar within a period of at most 3 seconds.

10. The method according to claim 7, 8 or 9, characterized, that the effect of releasing the hydrogen bonds through existing in the material expanding air is triggered.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the content of the liquid water in the material (M) during the loosening phase ( 2 ) is at most 80%.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material (M) before the loosening phase ( 2 ) is soaked with water.

13. The method according to claim 11, characterized in that the paper after soaking ( 1 ) is completely saturated with water.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material (M) is mechanically processed during or after the loosening phase ( 2 ).

15. The method according to claim 14, characterized in that the mechanical processing takes place at the end of the loosening phase ( 2 ), only a part of the loosening phase ( 2 ) being selected for its duration.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that a specific work of at most 10 kWh / to is transferred to the material (M) during the mechanical processing ( 3 ).

17. The method according to claim 14, 15 or 16, characterized in that a stirring tool is used for mechanical processing ( 3 ).

18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the duration in which the fibrous material is treated in the loosening phase ( 2 ) is longer than 2 seconds.

19. The method according to claim 18, characterized, that the duration is at most 30 minutes.

20. The method according to claim 19, characterized, that the duration is at most 2 minutes.

21. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fibrous material is transferred into an aqueous suspension (S) after the loosening phase ( 2 ).