DE2001285C3 - Verfahren zum Entfärben und Reinigen von in einer wässrigen Trübe enthaltenen Fasern aus aufzubereitendem Altpapier - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfärben und Remigen 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 dort 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 sich die schweren, auszuscheidenden Teilchen, im innersten Bereich sammeln 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 zentrifugierten Trübe 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

s.s Abfallteilchen direkt nebeneinander abgezogen, so daß bereits kleine Störungen genügen, um entweder die zu verwertenden Fasern im mittleren Bereich mit Abfallteilchen 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

(>5 und des verwendeten Materials ab. so daß die Grenze zwischen dem mittleren und dem inneren Bereich schwankt. Weiterhin in den Auslassen angeordnete Kontrolleinrichtungen oder Drosseln durch Rückstau

_der V/irbdurom^g .rr, H>droz;,klor, _t,-h'ieiligf;r Wetse beeinfluiien.

"h die relative Ausbildung des inneren H_rt mitui-rer. Bereiches der Wirbelströmung rrchi mn genügender Genauigkeit zueinar,- *>*""" Ii π wj daß t'> nicht möglich ist. ausschließlich ^f einstellen. _f._{|nerseiu und} A^falLstoffe anderer-

verwertbare r^ ^^ Auslässe abzuziehen. Jede

^V£r Hurch die beiden Auslässe abzuziehe ^"ur ät in der Wirbelströmung fuhrt aber zwangs-..,..,hiiitai ^ _{Ver)usl an} Fasern und/oder zu einer ι unerwünschten Teilchen oder Verunreij_cn Strom von verwertbaren Fasern. WV"*- _{hpr be}i der Aufbereitung von Verunreinigun-^CeUngthiienden Fasern aus Altpapier beispielsweise gen entnai ^^ _{vgn verwer},_baren Fasern, so

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wird f. ^d _Dät^UJ_e,^h;_e Klebstoff- oder Kunststoffteilchen ._λεηη beispw. _verwerlbaren Fasern zur Papierher-

^^mmt'"rwendct werden, wird das Papier verdorben ⁵iSüber hinaus in den meisten Fäll, η dieser Fehler _umj ^" _riirkereien bemerkt, wenn die Papierbogen .er Kunststoff- oder Klebstoffteilchen • haften und auf diese Weise zu erheblichen

der

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« daher, ein Verfahren der ^ ^ _verbessern, daß eine _wiedervcrwendbaren Fasern enthaltenen Verunreinigungen und

r^rfahh^r:_e ⁿten^d Art so JA eier Hydrozyklon mit äSric Normaldurchsatz liegenden DurcherheWicn UDt _{der jm wesenlliche}n aus

T2 und wiede"erwendbaren Fasern bestehende Sere Bereich der Wirbelströmung an der Unterseite JfHsdrSyklons als Unterstrom abgezogen wird, Shrend der im wesentlichen Wasser und Verunre.niwahrenuuu _{ß d} feineren spezifischen

^g"^Unnten als" dem ""igen der Fasern enthaltende I der Wirbelströmung an der Oberseite des ,zvklons als Oberstrom abgezogen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfmdungsge-

mäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis

Verfahren arbeitet zwar mit düng von H>aroz\klonen ungefähr 99% des Klebemittels zusammen mit dem überstrom als wiederverwendbarer Anteil abgeführt werden.

Offenbar liegt der besondere Erfolg des erfindungs-■ gemäßen Verfahrens darin, daß die in einer aus aufzubereitendem Altpapier enthaltenen verschiedenen Bestandteile einer wäßrigen Trübe bei Einführung in einen 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 mit denen der Fasern eine Rolle spielen, so daß die aufgrund der Verhältnisse der spezifischen Gewichte der einzelnen Teilchen zueinant der zu erwartenden Auswirkungen gerade nicht eintreten. ,

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

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme au! die Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige F ig. der Zeichnung stellt schematisch einen typischen "ydrozyv> klon dar, der beim erfindungsgemaßen Verfahren allerdings nicht im Normalverfahren, sondern im Umkehrverfahren betrieben wird, was nachstehend noch näher erläutert werden soll.

Der für das Ausführungsbeisp.el gewählte und „ schematisch wiedergegebene typische Zentr.fugareiniger 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 einen _J0 Deckel 9 und einem tangential Einlaßohr 10 in der ⁴ S he des Deckels 9. Bei einem Hydrozyklon ^gegebner Größe bestimmten die Durchmesserverhaltnisse der Boden und Deckelauslässe die Strömungsaufteilung und teilweise auch die Aufteilung der Feststo e die ₄₅ ausschlaggebend ist für die besseren Ergebnisse des

iSfSrr:₀Hie_gende Umker als auch für das bekannte Normalverfahren gh, daß das

auch höhere Pump- una n.ucigiciw.oi.v.. _.. ^

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 Ascheanteilcn beim erfindungsgemäßen Verfahren als Ausschuß abgeführt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht darin, daß mit dem neuen Verfahren ungefähr 99% des Klebemittels mit dem Oberstrom als Ausschuß abgeführt werden, während bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren unter üblicher Anwen-

Verunremigungen kuuucu ua^^.

55 bzw. Ton, Pigmente oder Farbpfeffer mit einer t,

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 (,o 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 hineingelangt, bildet sich ein äußerer, spiralförmig nach (>s unten gerichteter Bereich OV der Wirbelströmung aus, und die Flüssigkeit sowie die Feststoffe dieses Bereiches werden dem BodenauslaB 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 Deckelauslaß 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 2,5 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 Unterslrom 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 Temperattireffekt von Wichtigkeit, daß das vorliegende Verfahren weniger temperaturempfindlich ist als das bekannte Verfahren beim Betrieb des Hydrozyklons.

Im folgenden sollen zwei Verfahrensabläufe 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 gleichen 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, d. h., es wurde nicht aufgeheizt. Bei beiden Verfahrensabläufen war der Reiniger mit einem Vs-Zoll-Auslaß für den Oberstrom

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

ι 5 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 überstrom 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 Probeblätlern 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

so sich von Verslcifungsabzweigungen aus erstrecken große Farbkugeln, fein aufgeteilten Farbpfeffer, Splitter verschiedener Größe und Farbe, Holzspäne, fluorcszic rcndc Stückchen von Beschichtungen und Kunslslof sowie anderes Fremdmaterial.

Die größe der Verunreinigungen lag, nach den TAPPI Standard T-213m und T-347 m zwischci 0,03 mm² für Gummi oder Klebemittclvcrunrcinigungct und etwa 6,5 cm² für Kunststoffschleifen.

	Normnlvcrfiihrcn	Umkehrverfahren
Trübe
Gesamtmenge, 1	3205	4500
Gesamtmenge von Feststoffen, kg	15,26	23,0
Asche, %	18,64	20,40
Asche, kg	2,845	4,62
Durchsatz, l/min	82,7	126,8
Konsistenz, %	9,481	0,512

20 01	7	l-'ortsel/img	285	VJ
		8 K
Unterstrom
Gesamtmenge, 1	Normalverfahren	Umkehrverfahren
Gesamtmenge an Feststoffen, kg
Asche, %	109,8	2215
Asche, kg	2,118	19,38
Durchsatz, l/min	10,9	13,2
Konsistenz, %	0,231	2,55
Oberstrom	2,82	65,1
Gesamtmenge, 1	1,929	0,838
Gesamtmenge an Feststoffen, kg
Asche, %	3090	2185
Asche, kg	13,15	3,67
Durchsatz, l/min	19,9	56,3
Konsistenz, %	2,62	2,065
Strömungsverteilung	79,1	61,6
Unterstrom, %	0,426	0,168
Oberstrom, %
Feststoffverteilung	3,43	51,39
Unterstrom, %	96,57	48,61
Oberstrom, %
Ascheverteilung	13,86	84,05
Unterstrom, %	86,14	15,95
Oberstrom, %
Faserverteilung	8,12	55,29
Unterstrom, %	91,88	44,71
Oberstrom, %	15,18 (Ausschuß)	91,51 (wieder
		verwendbar)
Druck im Einlaß in atü	84,82 (wieder ver	8,49
Oberstrom-Auslaß	wendbar)	(Ausschuß)
Unterstrom-Auslaß	3,17	6,34
5/8-Zoll	5/8-Zoll
1/8-ZoU	1/2-ZoU

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 werden. 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 Verunreinigungen mit größerer Dichte als Wasser, wie etwa Bleicherde 5« bzw. Ton, Pigmente und Farbpfeffer im Oberstrom auftreten, wird angenommen, daß diese aufgrund ihrer sehr geringen Größe und eventuell ihrer plättchenförmigen Ausbildung sowie ihres entsprechend höheren hydraulischen Widerstandsbeiwertes im Vergleich zu π den Fasern stärker als die Fasern daran gehindert 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 werden.

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 sich anschließend von den Fasern trennen, indem man sie gemeinsam mit diesen durch einen Hydrozyklon laufen läßt, der im Normalverfahren entsprechend dem Stande der Technik betrieben wird.

U ic r/u I HIiUt Zeichnungen

709 M8/7B

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfärben und Reinigen von in einer wäßrigen Trübe enthaltenen Γ -η aus aufzubereitendem Altpapier mit Verunr gangen mit größeren und kleineren spezifischen uewichten 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 Zentrifugalkräfte getrennten Bestandteile der Trübe separat abgelassen werden, dadurch gekennzeich- is net, daS der Hydrozyklon mit erheblich über 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 :o 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrozyklon mit einem Durchsatz betrieben wird, der doppelt so groß wie der Normaldurchsatz ist.

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. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche Ί bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsalz im Unterstiom mindestens ebenso groB wie der im Oberstrom eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trübe mit einer Konsistenz von 0,1% bis 1,5% verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trübe mit einer Konsistenz von 0,5% verwendet wird.

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. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ausschuß abzuführende Oberstrom auf einen Wert von über 40% Ascheanteilen angereichert wird.

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. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Oberstrom und Unterstrom durch Auslässe mit ungefähr gleich großen Querschnitten abgezogen werden.

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