DE2001285B2 - Verfahren zum entfaerben und reinigen von in einer waessrigen truebe enthaltenen fasern aus aufzubereitendem altpapier - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfärben und Reinigen von in einer wäßrigen Trübe enthaltenen Fasern aus aufzubereitendem Altpapier mit Verunreinigungen mit größeren und kleineren spezifischen Gewichten als demjenigen der wiederverwendbaren Fasern, bei dem die Trübe tangential in einen konisch nach unten zulaufenden Hydrozyklon eingeführt und in eine Wirbelströmung mit einer äußeren, nach unten gerichteten und einer inneren, nach oben gerichteten Komponente versetzt wird, und die durch die Zentrifugalkräfte getrennten Bestandteile der Trübe separat abgelassen werden.

Ein derartiges Verfahren zum Abtrennen von Verunreinigungen aus einer faseriges Material enthaltenden Trübe ist beispielsweise aus der US-PS 34 25 545 bekannt, wobei das dor» beschriebene Verfahren insbesondere dazu dient, bei der Aufbereitung von Zellulose aus Holz Bastanteile abzuscheiden. Für die Durchführung des Verfahrens nach der US-PS 34 25 545 wird dort ein Hydrozyklon verwendet, dessen Länge mindestens siebenmal so groß wie der maximale Durchmesser des Hydrozyklons ist Dabei wird die Wirbelströmung dort so eingestellt, daß sich im wesentlichen drei Bereiche ergeben. Im äußeren Bereich sammeln steh die schweren, auszuscheidenden Teilchen, im innersten Bereich summein sich große, ebenfalls auszuscheidende Teilchen in Form von Faserbündeln, Pflanzenresten und blattförmigen Teilchen, während sich in dem dazwischenliegenden mittleren Bereich eine Anhäufung von verwendbaren Fasern ergibt Die im inneren und die im mittleren Bereich befindlichen Anteile der zentrifugieren Trübe

4s werden jeweils durch getrennte, konzentrisch zueinander angeordnete Auslässe abgezogen und ihrem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt

Allerdings weist das in der US-PS 34 25 545 beschriebene Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf und ist für die Aufbereitung von aus Altpapier stammenden verunreinigten Fasern aufgrund seiner Anfälligkeit hinsichtlich verschiedener Einflüsse nicht besonders geeignet Beim Verfahren nach der US-PS 25 545 werden nämlich verwertbare Fasern und

Ss Abfallteilchen direkt nebeneinander abgezogen, so daß bereits kleine Störungen genügen, um entweder die zu verwertenden Fasern im mittleren Bereich mit Abfallteilcher aus dem inneren Bereich zu verunreinigen oder aber die zu verwertenden Fasern zusammen mit den Abfallteilchen im inneren Auslaß abzuziehen. Insbesondere ist das dort beschriebene Verfahren empfindlich gegenüber Änderungen bei Druck und Konsistenz des zugeführten Ausgangsmaterials und hängt ferner von der Betriebstemperatur der verwendeten Apparatur und des verwendeten Materials ab, so daß die Grenze zwischen dem mittleren und dem inneren Bereich schwankt Weiterhin in den Auslässen angeordnete Kontrolleinrichtungen oder Drosseln durch Rückstau

Aufbau der Wirbelströmung im Hydrozyklon

s in nachteiliger Weise beeinflußen.
__ t lassen sich die relative Ausbildung des inneren des mittleren Bereiches der Wirbeiströmung aander nicht mit genügender Genauigkeit zueinan- : r einstellen, so daß es nicht möglich ist, ausschließlich ~ : Fasern einerseits und Abfaflstoffe andererdie beiden Auslässe abzuziehen. Jed« t in der Wirbelströmung führt aber zwangseinehv Verlust an Fasern und/oder zu einer ι ο r von unerwünschten Teilchen oder Venmreiin den Strom von verwertbaren Fasern. : aber bei der Aufbereitung von Verunreiniguni enthaltenden Fasern aus Altpapier beispielsweise ipfeffer in den Strom von verwertbaren Fasern, so das daraus hergestellte Papier verdorben. Auch ι beispielsweise Klebstoff- oder Kunststoff teilchen ι mit den verwertbaren Fasern zur ?apierher-"steUung verwendet werden, wird das Papier verdorben und darüber hinaus in den meisten Fällen dieser Fehler erst in den Druckereien bemerkt, wenn die Papierbögen aufgrund derartiger Kunststoff- oder Klebstoffteilchen aneinander haften und auf diese Weise zu erheblichen Störungen im Betrieb führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der oben bezeichneten Art so zu verbessern, daß eine wirksame Trennung von wiederverwendbaren Fasern und in der Trübe enthaltenen Verunreinigungen und damit eine besonders hohe Ausbeute an wiederverwendbaren Fasern möglich ist, so daß das Verfahren kommerziell anwendbar ist

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art so zu führen, daß der Hydrozyklon mit erheblich über dem Normaldurchsatz liegenden Durch sau so betrieben wird, daß der im wesentlichen aus Wasser und wiederverwendbaren Fasern bestehende äußere Bereich der Wirbelströmung an der Unterseite des Hydrozyklons als Unterstrom abgezogen wird, während der im wesentlichen Wasser und Verunreinigungen mit größeren und kleineren spezifischen Gewichten als demjenigen der Fasern enthaltende Bereich der Wirbelströmung an der Oberseite des Hydrozyklons als Oberstrom abgezogen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet zwar mit einem gegenüber dem Normalbetrieb erheblich größeren Durchsatz im Hydrozyklon, was selbstverständlich auch höhere Pump- und Energiekosten mit sich bringt, dafür ist das erfindungsgemäße Verfahren aber wesentlich effektiver als die bisher bekanntgewordenen Verfahren zum Entfärben und Reinigen von verunreinigten Fasern in einer wäßrigen Trübe aus aufzubereitendem Altpapier, so daß die vermeintlich höheren Kosten mehr als wettgemacht werden. Insbesondere sind beim erfindungsgemäßen Verfahren mehr als 90% der Fasern in der wiederverwendbaren Komponente enthalten, wobei zusätzlich gegenüber der Aufbereitung mit herkömmlichen Methoden mehr als der 5fache Wert an Ascheanteilen beim erfindungsgemäßen Verfahren als Ausschuß abgeführt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahbesteht darin, daß mit dem neuen Verfahren

40

45

50

55

6s

ungefähr 99% des Klebemittels mit dem Oberstrom als Ausschuß abgeführt werden, während bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren unter Üblicher Anwendung von Hydrozyklonen ungefähr 99% des Klebemittels zusammen mit dem Oberstrom als wiederverwendbarer Anteil abgeführt werden.

Offenbar liegt der besondere Ejfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß die in einer aus aufzubereitendem Altpapier enthaltenen verschiedenen Bestandteile einer wäßrigen Trübe bei Einführung in eben Hydrozyklon nicht nur dem Einfluß von Flieh- und Schwerkräften ausgesetzt sind, sondern das in ganz erheblichen Maße Reibungskräfte aufgrund der vermutlich erheblich höheren Widerstandsbeiwerte der Verunreinigungen verglichen nut denen der Fasern eine Rolle spielen, so daß die aufgrund der Verhältnisse der spezifischen Gewichte der einzelnen Teilchen zueinander zu erwartenden Auswirkungen gerade nicht eintreten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit handelsüblichen Hydrozyklonen gearbeitet wird, wie sie seit Jahren auf dem Markt erhältlich und für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, wobei es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmalig gelungen ist, einen wesent Hch höheren Wirkungsgrad bei der Trennung von wiederverwendbaren Fasern und Verunreinigungen zu erzielen als es bisher möglich war.

Die Erfindung soll im folgender anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige F i g. der Zeichnung stellt schematisch einen typischen Hydrozyklon dar, der beim erfindungsgemäßen Verfahren allerdings nicht im Normalverfahren, sondern im Umkehrverfahren betrieben wird, was nachstehend noch näher erläutert werden soll.

Der für das Ausführungsbeispiel gewählte und schematisch wiedergegebene typische Zentrifugalreiniger oder Hydrozyklon 2 kann ein genormter, 3-Zoll-Hydrozyklon der Firma Bauer Brothers sein. Der Hydrozyklon besteht aus einer konischen Seitenwand 4, einem Bodenauslaß 6, einem Deckelauslaß 8, einem Deckel 9 und einem tangentialen Einlaßohr 10 in der Nähe des Deckels 9. Bei einem Hydrozyklon vorgegebener Größe bestimmten die Durchmesserverhältnisse der Boden- und Deckelauslässe die Strömungsaufteilung und teilweise auch die Aufteilung der Feststoffe, die ausschlaggebend ist für die besseren Ergebnisse des vorliegenden Verfahrens.

Sowohl für das vorliegende Umkehrverfahren als auch für das bekannte Normalverfahren gilt, daß das Material für den Verfahrensschritt des Entfärbers und Reinigens bereits in üblicher Weise aufgefasert, gelöst, gewaschen, gesiebt oder anderweitig gereinigt ist. Das Material ist jedoch noch mit einer oder mehreren aus einer Vielzahl von Verunreinigungen verschmutzt. Die Verunreinigungen können dabei einerseits Bleicherde bzw. Ton, Pigmente oder Farbpfeffer mit einer größeren Dichte als Wasser und andererseits Klebemittel, Kunststoffe und andere Materialien mit einer kleineren Dichte als Wasser sein. Es besteht auch die Möglichkeit, daß die Verunreinigungen zu irgendeinem Zeitpunkt während des Betriebes des Hydrozyklons im wesentlichen der einen Gruppe und zu einem anderen Zeitpunkt im wesentlichen der anderen Gruppe angehören.

Wenn das Material oben in den Behälter 4 hineingelangt, bildet sich ein äußerer, spiralförmig nach unten gerichteter Bereich O V der Wirbelströmung aus, und die Flüssigkeit sowie die Feststoffe dieses Bereiches werden dem Bodenauslaß 6 entnommen. Innerhalb des äußeren Bereiches entsteht ein innerer, spiralförmig

nach oben gerichteter Bereich IV der Wirbelströmung, und die Flüssigkeit sowie die Feststoffe dieses Bereiches werden aus dem Deckelauslaß 8 herausgeführt Bei der bisher bekannten normalen Betriebsweise bildeten die Flüssigkeit und die Feststoffe, die durch den Bodenauslaß 6 strömten, den aus Wasser und einigen der schweren Verunreinigungen bestehenden Ausschuß. Die Flüssigkeit und die Feststoffe, die aus dem Deckdauslaß 8 heraustraten, stellten die wiederverwendbare Komponente dar. Diese bestand aus Wasser und Fasern, jedoch auch aus Verunreinigungen mit kleinerer Dichte als Wasser und außerdem aus Verunreinigungen mit größerer Dichte als Wasser, wobei letztere aufgrund ihrer geringen Größe bzw. ihrer Form und ihres entsprechend hohen hydraulischen Widerstandsbeiwertes vorhanden waren. Da ferner keine Abtrennung vollkommen ist, wanderten einige Fasern als Ausschuß aus dem Bodenauslaß 6 heraus.

Das durch die Einlaßleitung 10 eingebrachte Material sollte eine Konsistenz von etwa 0,5% besitzen und aus Wasser, Fasern und Verschmutzungen bestehen. Die Konsistenz kann jedoch auch im Bereich zwischen 0,1 % und 1,5% liegen. Beim vorliegenden Verfahren wird das Material dem Hydrozyklon mit einem optimalen Druck von etwa 6 atü zugeführt, der Druck kann sich aber auch im Bereich zwischen 2$ atü und 7,5 atü bewegen, und zwar vorzugsweise ohne Gegendruck. Mit steigendem Druck wird die Separation besser, verschlechtert sich jedoch wieder im oberen Bereich, wobei außerdem der Wirkungsgrad aufgrund der mit der Förderung unter hohem Druck verbundenen hohen Kosten absinkt

Zu den überraschenden Ergebnissen des vorliegenden Verfahrens, bei dem die Faserfeststoffe mit dem Unterstrom und die Verunreinigungen mit dem Oberstrom ausgetragen werden, gehört die Tatsache, daß die Temperatur einen kaum beachtenswerten Einfluß auf die Abtrennung der Faserfeststoffe auszuüben scheint Demgegenüber wurde bei dem vorher verwendeten Verfahren bei einer Entnahme der Faserfeststoffe im Oberstrom mit steigender Wassertemperatur ein erheblich größerer Anteil dieser Stoffe über den Unterstrom als Ausschuß abgeführt Offenbar lag der Grund darin, daß eine Erhöhung der Wassertemperatur zu einer Verminderung der Viskosität führte und damit zu einer Verminderung des hydraulischen Widerstandes der Faserfeststoffe. Die Fasern konnten deshalb in Richtung auf die Wand des Hydrozyklons und in den äußeren Wirbel hineinwandern, so daß sie in größerer Menge mit dem Unterstrom als Ausschuß abgeführt wurden. Demgegenüber ist es im Hinblick auf diesen Temperatareffekt von Wichtigkeit, daß das vorliegende Verfahren weniger temperaturempfindlich ist als das bekannte Verfahren beim Betrieb des Hydrozyklons.

Im folgenden sollen zwei Verfahrensablänfe miteinander verglichen werden, wobei in der nachstehend wiedergegebenen Tabelle in der Spalte »Umkehrverfahren« die Werte des vorliegenden Verfahrens und in der Spalte »Normalverfahren« diejenigen entsprechend dem Stand der Technik wiedergegeben sind. Beide Versuche wurden mit dem gleichem Hydrozyklon durchgeführt, und zwar mit einem handelsüblichen 3-Zoll-Hydrozyklon der Firma Bauer Brothers. Die Temperatur der Trübe entsprach in beiden Fällen etwa der gleichen Raumtemperatur, &h, es wurde nicht aufgeheizt Bei beiden Verfahrensablilufen war der Reiniger mit einem Ve-Zoll-Auslaß für den Oberstrom

ίο versehen. Beim Normalverfahren war der Hydrozyklon mit einem '/8-ZoIl-Auslaß und beim Umkehrverfahren mit einem '/2-ZoIl-Auslaß für den Unterstrom ausgerüstet Unter dem Begriff »Gesamtmenge an Feststoffen« sind Fasern und Asche zu verstehen.. Die »Asche«

■ s umfaßt Feststoffe, vor allem Bleicherde bzw. Ton und Pigmente, die übrig geblieben waren, nachdem man eine Probe einer »Gesamtmenge an Feststoffen« in einen Muffelofen eingebracht und dort alle oder im wesentlichen alle organischen Bestandteile einschließlich der Fasern verbrannt hatte. Nicht aufgeführt in der Tabelle ist eine geringe Menge eines Klebemittels aus rotem Naturkautschuk, das bei beiden Verfahrensabläufen dem Rohmaterial zugesetzt wurde. Das Klebemittel wurde in folgender Weise für die Versuche vorbereitet:

Eine Probe, bestehend aus zwei Faserblättern mit einer dazwischen liegenden Schicht des Klebemittels, wie es sich etwa bei sogenannten fliegenden !Überlappungen ergibt wurde einem hydraulischen Breiapparat zugeführt und soweit zerkleinert wie es bei einem Mahlvorgang der Fall gewesen wäre. Die Wahl fiel gerade auf dieses Klebemittel, weil es eine Verunreinigung mit kleinerer Dichte als Wasser darstellt die normalerweise besonders schwer von den Fasern zu trennen war, und weil es sich leicht in handgeschöpften Probeblättern feststellen läßt die man aus den mit den mit dem Oberstrom und dem Unterstrom ausgetragenen Feststoffen herstellt Beim Umkehrverfahren wurden etwa 99% des Klebemittels mit dem Oberstrom als Ausschuß abgeführt während beim Normalverfahren etwa 99% des Klebemittels zusammen mit dem Oberstrom als wiederverwendbarer Anteil abgeführt wurde.

Bei Produktionsabläufen wurden viele Verunreinigungen in Probeblättern aus den Feststoffen des Oberstromes festgestellt Sie sind unterschiedlich entsprechend der Vorbereitung des zu behandelnden Materials und umfassen verschieden gefärbte Partikeln aus Gummiklebemittel, durchsichtige und mehr oder weniger dunkel gefärbte Kunststoffschichten, Fäden, die sich von Versteifungsabzweigungen aus erstrecken, große Farbkugeln, fein aufteilten Farbpfeffer, Splitter verschiedener Größe and Farbe, Holzspäne, fluoreszierende Stückchen von Beschichtungen und Kunststoff sowie anderes Fremdmaterial.

SS Die größe der Verunreinigungen lag, nach dem TAPPl Standard T-213m and T-347m zwischen 0,03 mm² für Gummi oder Klebemittelvexanremigungen and etwa 6^5 cm² für Kunststoffschichtea

Umkehrverfahren

Trübe

Gesamtmenge, 1

Gesamt von Feststoffen, kg
Asche, %
Asche, kg

jjflTGnSfl^7-i l/l Hin
ICQIiSIStSGEIZ, Hw

3205
15^6
18j64

2345
82J

9,481

4500
23,0
20,40
4J52
!263
0512

Fortsetzung Normalverfahren Umkehrverfahren

Unterstrom
Gesamtmenge, 1

Gesamtmenge an Feststoffen, kg Asche, %
Asche, kg
Durchsatz, l/min
Konsistenz, %

Oberstrom
Gesamtmenge, 1

Gesamtmenge an Feststoffen, kg Asche, %
Asche, kg
Durchsatz, l/min
Konsistenz, %

Strömungsverteilung
Unterstrom, %
Oberstrom, %

Feststoffverteilung
Unterstrom, %
Oberstrom, %

Ascheverteilung
Unterstrom, %
Oberstrom, %

Faserverteilung
Unterstrom, %

Oberstrom, %

Druck im Einlaß in atü
Oberstrom-Auslaß
Unterstrom-Auslaß

Neben der fast vollständigen Abscheidung der leichten Verunreinigungen ist es von Wichtigkeit, daß beim Umkehrverfahren 44,71% der Asche im Gegensatz zu 8,12% der Asche beim Normalverfahren als Ausschuß geführt werdea Außerdem ist hervorzuheben, daß beim Umkehrverfahren 91,51% der Faser im Unterstrom für die wiederverwendbare Komponente enthalten sind, während im Vergleich dazu der wiederverwendbare Anteil im Oberstrom beim Normalverfahren nur 84,82% der Fasern enthält

Als Erklärung der Tatsache, daß Veranrenagungen mit größerer Dichte als Wasser, wie etwa Bleicherde bzw. Ton, Pigmente und Farbpfeffer ™ ObersüOm auftreten, wirdangenommen, daß diese auferund ihrer sehr geringen Größe und eventneB ihrer raigen Ausbildung sowie flares entsprect hydraulischen Widerstandsbeiwertes im Vergleich za den Fasern stärker ab die Fasern daran gehindert 109,8 2,118 10,9 0,231 2,82 1,929

3090
13,15 19,9 2,62 79,1 0,426

3,43 9637

13,86 86,14

8,12 91,88

15,18 (Ausschuß)

84,82 (wieder verwendbar)

3,17

5/8-ZoU 1/8-Zoll

2215 1938 13,2

2,55 65,1

0,838

2185 3,67

563

2,065 61,6

0,168

5139 48,61

84,05 1535

553 44,71

(wieder verwendbar)

8,49 (Ausschuß)

634

5/8-ZoU 1/2-Zoll

werden, ihrer natürlichen Neigung zu folgen und in den äußeren Bereich der Wirbelströmung zu wandern.

Das vorliegende Verfahren führt somit zu einer erheblich verbesserten Abtrennung der Verunreinigungen von den Faserfeststoffen, auch wenn man berücksichtigt, daß nach wie vor in unerwünschterweise Verunreinigungen mit den Fasern an dem Ende des Hydrozyklons und Fasern innerhalb der Verunreinigungen am Ende des Hydrozyklons ausgestoßen werdea

Die Verunreinigungen, die aufgrund ihrer Größe, ihrer Form und ihres spezifischen Gewichtes ein normales Verhalten zeigen und daher mit den Fasern durch den Bodenauslaß ausgetragen werden, lassen sieb anschließend von den Fasern trennen, indem man sie gemeinsam mit diesen durch einen Hydrozyklon läufer laßt, der im Normalverfahren entsprechend dem Stande der Technik betrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 S15/*

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   L Verfahren zum Entfärben und Reinigen von in einer wäßrigen Trübe enthaltenen Fasern aus aufzubereitendem Altpapier out Verunreinigungen mit größeren und kleineren spezifischen Gewichten als demjenigen der wiederverwendbaren Fasern, bei 4em die Trübe tangential in einen konisch nach untefi zulaufenden Hydrozyklon eingeführt und in eine Wirbelströmung mit einer äußeren, each unten gerichteten und einer inneren, nach obengerichteten Komponente versetzt wird, und die durch Zentrifugalkräfte getrennten Bestandteile der Trübe separat abgelassen werden, dadurch gekesnzeichnet, daß der Hydrozyklon mit erheblich übr dem Normaldurchsatz liegenden Durchsatz so betrieben wird, daß der im wesentlichen aus Wasser und wiederverwendbaren Fasern bestehende äußere Bereich der Wirbelströmung an der Unterseite des Hydrozyklons als Unterstrom abgezogen wird, während der im wesentlichen Wasser und Verunreinigungen mit größeren und kleineren spezifischen Gewichten als demjenigen der Fasern enthaltende Bereich der Wirbelströmung an der Oberseite des Hydrozyklons als Oberstrom abgezogen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrozyklon mit einem Durchsatz betrieben wird, der doppelt so groß wie der Normaldurchsatz ist
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübe im Hydrozyklon ungefähr zu gleichen Teilen in Oberstrom und Unterstrom aufgeteilt wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der !Durchsatz im Unterstrom mindestens ebenso groß wie der im Oberstrom eingestellt wird.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trübe mit einer Konsisienz von 0,1% bis 1,5% verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trübe mit einer Konsistenz von 03% verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstrom auf einen Anteil von über 90% an wiederverwendbaren Fasern angereichert wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ausschuß abzuführende Oberstirom auf einen Wert von über 40% Ascheanteilen angereichert wird.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nahezu der gesamte in der Trübe enthaltene Anteil an Klebstoffen mit dem Oberstrom als Ausschuß abgezogen wird.
10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Oberstrom und Unterstrom durch Auslasse mit ungefähr gleich großen Querschnitten abgezogen werden.

    U. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Oberst rom und Unterstrom durch Auslässe abgezogen werden, deren Querschnitte sich wie 1,25:1 verhalten.