DE2129717A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fortlaufenden Faserbandes - Google Patents

Description

, den 11, Juni 1971

Patentanmeldung

Anmelder: A, AHLSTRÖM OSAKEYHTIÖ, Noormarkku, Finland

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines fort» laufenden Fnnerbnndes"

Das Verfahren zur Herstellung von Papier in einem industri* eilen Ausmaß ist seit Beginn des 19, Jahrhunderts im wasentw liehen unverändert geblieben^ Pie einzigen vorgenommenen Änderungen betreffen die Masehinenabmessungen und die Bahn»· geschwindigkeit. Sowohl die Abmessungen der Maschine als auch die Bahngeschwindigkeit e£nd vergrößert worden. Wegen der größeren Kasohinenbreite und "der höheren Geschwindig«* _;_ keiten müssen die Maschinenteile mit einem zunehmend höheren Genauigkeitsgrad gefertigt werfen, Dies wiederum hat bu" erheblichen Kostensteigerungen geführt. Als Beispiel »et ·*** wähnt, daß die Investitionskosten für eine moderne Zeitungs^ druckpapier-Maschine zusammen mit den zugehörigen umgebenden Ausrüstungen und GebHuden nahe an 100 Millionen DM kommen^ Ein erheblicher Teil der Investitionskosten für, die wird für deren nassen Teil benötigt, d,h, für dap teilungssystem für.d^# Suepens^on^ für d4.e und den Filterbereiph,

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die Maschinenbreite verteilt, Die Rücklaufkammer hat din Auf* gäbe, die Fasern gleichmäßig zu verteilen, auch zu einem ge* wissen Grad durch die ungleichmäßigen Bewegungen oder die. Turbulenz des Transportmediume, Damit bestimmte Fehler im Verteilersystem ausgeschaltet werden, sind in den meisten Fällen eine Anzahl (2 bis 5) perforierte Rollen im Strömung» weg angeordnet, Ein solcher Mangel ist beispielsweise ein schiefes Geschwindigkeitsprofil in der Rücklaufkammer, welches zusätzlich zu einem nicht gleichförmigen Geschwindigkeit?- profil über die Papierbahn führt, Dieses schiefe Geschwindigw keitsprofil bewirkt einen instabilen Fluß mit einer Turbulenz in größerem Umfang, welche in dem Filterbereich auftaucht und die Blattbildung stört» Die Fasern in'der Suspension haben aus mechanisch-geometrischen Gründen eine Tendenz zum Aueflocken, "Sine weitere Aufgabe der perforierten Rollen be-• steht darin, turbulente Scherströmungsfeider zu erzeugen, welche dazu dienen sollen, die Faserflocken zu zerkleinern, Wegen der Tendenz zum Ausflocken der Fasern, insbesondere bei höheren Konzentrationen, darf die Faserkonzentration nicht mehr als 0,5 # für ein annehmbares Papier betragen (0,5 # entspricht 5 ß Faserstoff pro kg Wasser),

Von der Rücklaufkammer läßt man die Suspension, optimal mit gleichmäßig verteilten Fasern, durch eine Stauvorrichtung mit einem engen Schlitz als nahezu horizontalen Strahl auf den Filter oder das Sieb auffließen. Der austretende Strahl bewegt sich tsi-t nahezu der gleichen Geschwindigkeit wie die Faserbahn vorwärts_r Der Filter besteht aus einem mehr oder weniger engmaschigen Metall·· oder Plastik^DrahtwGewepe, Die Dicke der Schlitzdüse kann von wenigen Millimetern bis jüu 50 mm und darüber variieren_f Auf dem Filter soll dae meiefct Wasser entfernt werden_t Vor dem Festlegen der Fasern in »ine* Faserbett soll die Konzentration von 0,5 auf ca, 1Q % wachsen^ Bei einer Spaltdüsenhöhe von 40 mm und bei einer ursprünglichen Faserkonzentration von 0,5 # müssen über 40 liter Wasser pro/q» Filterfläche entfernt werden_t Bei den heutzutage üblichen Hoch«

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peschwindiprkeitnmaschinen muß das Entfernen des Wassers inner«· halb einer. Zeitraums von ca, einer Sekunde erfolgen. Das Wasser wird mit Hilfe verschiedener Arten Entwässerungseinheiten entfernt, welche die Blattbildung verbessern oder verschlechtern können. Dieses Verfahren ist sehr schwierig zu steuern.

Im Augenblick der Berührung zwischen dem Strahl und dem Filter h-it der Filter annähernd die gleiche Geschwindigkeit wie der otrahl. Die Blattbildung kann deshalb mit einem Filterprozeß mit durch die Entwässerungseinheiten verursachter Sedimentation verglichen werden, Das Blatt wird in der Weise von unten aufgebaut, daß das zuletzt zurückbleibende Wasser durch im wesentlicher, das ganze Blatt abgezogen werden muß. Die im Blatt vorhandenen Fasern haben eine bestimmte Kornverteilung und entholten stets einen größeren oder kleineren Betrag von Feinp-ut, das sind Faserbruchatücke, welche dem abgezogenen Wasrrer folgen. Der Rückstand, d.h. die Fraktion des auf dem Filter verbleibenden Fasermaterials beträgt oft lediglich 50 % oder scsar noch weniger. Infolge dieses Vorgangs erhält das Blatt auch unterschiedliche Oberflächen auf beiden Seiten_t Auf der Unterseite oder der dem Filter zugewandten Seite fehlt das Feinkorn,während es gleichzeitig auf der Oberseite im Überfluß vorhanden ist. Diese unterschiedliche Ausbildung der zwei Seiten tritt besonders dann auf, wenn bestimmte Füllstoffe, wie beispielsweise Bleicherde der Suspension beigefügt wird, wie es der Fall bei verschiedenen Druckpapiersorten ist. Diese unterschiedliche Ausbildung der beiden Seiten ist auch charakteri irisch für einige Ligno-Z'ellulose enthaltende Papiere, beispielsweise Zeitungsdruckpapier, bei dem ein hoher Anteil von Feingut im Eintrag enthalten ist, Dies gibt den beiden Ober* flächen des Blatts unterschiedliche Druckeigenschaften, Infolge der erwähnten Analogie zwischen dem Mechanismus der Blatt« bildung und Filtration mit Sedimentation erhält das Blatt eine besondere zwei_dimensionale Struktur, Alle Fasern wer». den wegen ihrer geometrischen Gestalt (Länge 1-5 mm. Durch«, messer 30 - 50/um) so abgelagert, daß ihre Haupteratreckung parallel zur Ebene des Blatts liegt, Man kann

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also sagen, dai? dks Blatt aus einer Anzahl von im wesentlichen parallelen Schichte^ aufgebaut ist. Dies beeinträchtigt sicher-» lieh solche Papierei'genschaften wie Festigkeit, Steifheit und

Die vorstehende Beschreibung erwähnt in groben Zügen das Verfahren der Elattbildung tiei der gegenwärtigen Papierherstellunestechnik. Es existieren.auch andere Verfahren, diese

anderen Verfahren unterscheiden sich jedoch im Prinzip nicht sehr vorn vorstehend beschriebenen Verfahren, Die Zellulosefasern werden auf die eine oder andere Weise auf einem Drahtgewebe oder zwischen zwei Drahtgeweben abgelagert, Wenn der Ent wplsserungsvorgang s_oweit fortgeschritten ist, daß die Festigkeit des gebildeten Blatts das Übertragen zürn Preßbereich einer weiteren Entwnsserungseinheit gestattet¹"; dann erfolgt dieses 'übertragen. Den endgültigen Feuchtigkeitsgehalt des Papiers erhält man^vnach einem Trocknen des Papiers auf einer Anzahl beheizter Walzen.

Die erwähnten Machteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemaße Vorrichtung eliminiert.

Im Finnischen Patent 40 263 ist ein« Rücklaufkammer beschrieben, bei der eine Sugpensionsströmung verteilt wird, indem man sie durch ein mit öffnungen versehenes Blech laufen läßt, welches sich quer zur.Papiermaschine erstreckt. In Laufrichtung gesehen hinter dieeep mit Öffnungen versehenen Blech ist in der Nahe dieses Ble<sh8 ein zweite» Blech vorgesehen, welches die gleiche Anzahl von öffnungen wie das erste Blech, jedoch versetzt angeordiietj enthalt., wodurch die' Gesamtquerschnittsflache der öffnungen* im zweiten Blech größer ißt als diejenige des ersten Blechs, ' ■

Eine solche Vorrichtung arbeitet lediglich mit Suspensionen mit einer geringen Kon7entration, bei denen die Tendene zum Ausflocken relativ niedrig ist, Bei soüchen Suspensionen mit niedriger Konzentration liegen die Fasern lor.e, wenn sie von einer soLchen Rücklaufkammer als Suspensionsströmung austreten,

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues ^ bei dem sich die Bahn in der Rücklaufkammer zur einer drei«* dimensionalen Nelsnt,ruktur mit'oinftelaperter Flüssigkeit vesv festigt.

Im Wasser verteilte Fasern haben, wie bereits erwähnt! die Tendenz,sich einander anzulagern und in stellenweise auftretenden Netzen auszuflocken. Diese Tendenz ist die Folge verschiedener Faktoren, Ein Faktor mit entscheidendem Einfluß ist das große Längen-Radius-Verhältnia der Fasern im Zusammenhang mit der Tatsache, daß die Fasern eine bestimmt· Steifigkeit unter bestimmten Umständen besitzen. Für die Fasern ist es dann möglich,, mechanisch relativ zueinander festgelegt zu werden und in diesen festgelegten Positionen zu verharren,

ti='
Diese Erscheinung, die üblichen Papierherstellungsverfahren viel hrper verursacht, wird bei der vorliegenden Erfindung zur Blattbildung verwendet, Statt zu versuchen, die Ausflockung zu verhindern, wird die Ausflockung bis zum höchstmöglichen Grad unterstützt und erleichtert, und zwar in der Weise, daß ein fortlaufendes Netzwerk entsteht, Pamit sich ein solches Netzwerk entwickeln kann, ist eine ausreichende Zahl von Fasern pro Raumeinheit erforderlich, d.h,, daß die Konzentration hoch sein muß, Damit man ein fortlaufendes Netzwerk erhält» müssen alle örtlich begrenzten Netzwerke mit hoher Dichte so verteilt werden, daß es für die einzelnen Fasern möglich ist, neue Plätze im fortlaufenden Netzwerk zu erreichen. Hieraus resultiert, daß relativ hohe Scherkräfte erzeugt werden müssen, damit änn neu«? Netzwerk gebildet werden kann, Wenn das neue Netzwerk einmal pobildet int, d,h,, wenn die Fnnern ihre Plfttie eingenommen haben, müssen alle Zerreißkräfte so schnell wie möglich aufhören. Dieses neue Netzwerk soll in einem stärker verdichteten Zustand das Papierblatt bilden, Die Dicke des Netzwerks hängt vom gewünschten Basisgewicht des Papiers und von der verwendeten Faserkonzentration ab, Bei einem Basis·* gewicht von beispielsweise ^O g/rn un< von 5 & wird die Dicke 1 mm betragen,

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gewicht von beispielsweise $0 g/rn und einer Faserkonzentration

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Seherkräfte\treten in einer turbulenten Strömung auf. Turbulenz ist allgemein, oin Maß der Intensität der ungerichteten Geschwindigkeit „\ wobei die Funktionsvariablen in einer Strömung unter bestimmten. Bedingungen auftreten. In einer turbulenten Strömung treten Wirbel mit einer bestimmten Verteilung der Größen gleichzeitig im Strömungsfeld auf.■ Die Größenverteilung hängt im weitgehenden Maße von der Geometrie der Flüssigkeitsleitung ab. Wenn der Flüssigkeitsraum verringert wird, wird die Größe des dort befindlichen Wirbels ebenfalls beschränkt. Die Intensität der Wirbel ist direkt proportional zur Kraft pro Einheit Volumen der Turbulenz, welche durch den erzeugenden λ Bereich der Strömung geschaffen wird, d.h. in vielen Fällen gegen den Druckverlust in dem Bereich, Die Dämpfungsrate für die Turbulenz hängt in erster Linie von der Größe der Wirbel, von der Viskosität und von der möglichen Festigkeit eines Fasernetzwerkes in der Strömung ab. Die Strömungsenergie wird mittels der viskosen Verteilung in Wärme umgewandelt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine sehr stark konzentrierte Suspension verwendet, bei der die Konzentration der faserigen Partikel nicht kleiner ist als die doppelte Sedimentkonzentration, welche durch die Formel gegeben ist

G_c * 108 V(r/l)²

^ r » Faserradius

^ 1 » Faserlänge,

Cs beträgt für Holz-Sulfat z.B. 0,2 bie 0,4 % und für Holzschliff 0,6 bis 0,9 %, Ein^f-geeignetar Konzentrationsbereich beträgt 1,0 bis 6 %_t vorzugsweise 4- bis 5 #_t dies ist der zehnfache Wert der bisher normalerweise verwendeten Konzentration^ Dies bedeutet, daß erheblich weniger Wasser aus der Faserbahn entfernt werden muß und dies führt auch zu weniger Feinkorn,

Die Länge der Fasern in der Suspension liegt vorzugsweise im Bereich Von 1 bis 5 mm und ihre Breite liegt vorzugs-

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weise im Bereich zwischen ^O bis 50/Un», Die Art der verwendeten Fasern kann in weiten Bereichen von natürlichen Fa»· sern bis zu synthetischen Fasern o. dgl. variieren.

Im Vergleich mit den nach früheren Verfahren hergestellten Blättern bringt das drei-dimensionale, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren produzierte Blatt verbesserte Festigkeitseigenschaften in der senkrecht zur 31attebene stehenden Richtung. Die Größe der Vorrichtung zur Durchführung des erfinduncscemäßen Verfahrens wird drastisch gegenüber früheren Konstruktionen reduziert und dementsprechend werden die Ausgaben renr.erkencwert verringert.

Es ist klar, daß die Intensität und der Bereich der eur Verteilung aller Faserflocken erforderlichen turbulenten Strömung von der Konzentration der Suspension abhängt, es hat sich aber herausgestellt, daß die Beschickungsrate, welche zur Erzeugung einer gefestigten Netzwerkstruktur erforderlich ist, leicht und ohne umfangreiche Experimente durch den Bedienungsmann bestimmt werden kann. Hinter den Öffnungen, in denen die Intensität der turbulenten Strömung vergrößert und das Maß verkleinert wird, befindet sich eine Kammer, in der sich die Strömung beruhigen kann, damit die verfestigte drei-dimensionale Netzwerkstruktur gebildet werden kann. Diese Netzwerkstruktur wird durch einen Ausgangskanal, der vorzugsweise zum Ausgang der Rücklaufkamnier hin auseinanderläuft, abgelassen. Die Verbreiterung des Auslasses verhindert eine Reibung zwischen den Kanalwänden und der gebildeten Bahn, so daß die dreidimensionale Netzwerkstruktür der Bahn nicht zerstört wird. Der Zweck dieses auseinanderlaufenden Kanals ist also völlig verschieden- von dem Zweck ähnlicher Kanäle in früheren bekannten Rücklaufkammern, in denen die Fasern noch einzeln lie» gen. Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

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Fig,1 den Ausbildungsbereich für die Faserbahn

im Schnitt,
Fig,2 einen Schnitt entlang Ebene II _r II in

Fig,1a und

Fig.2a eine andere Ausführungsform des Bildungsbereichs für das Faserband in entsprechender Darstellung gemäß Figuren 1 und 2,

Fig.3 eine Verteilungseinheit im Schnitt,

Fig.4- ' die Verteilungseinheit im Schnitt gemäß Ebene IV - IV in Fig. 3,

Fig_f5 eine schematische Darstellung der gesamten

blattbildenden Anordnung mit dem Au sbil dungs«- bereich und verbundenen Verteilereinheiten,

Fig,6 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei der die Verteilereinheit und die blattbildende Einheit in einer einzelnen Kompakteinheit kombiniert sind,

Fig_t7 einen Sohnitt entlang Ebene c - c gemäß Fig. 5,

Fig,8 die entlang den Ebenen a - a und b - b geschnittenen Bereiche gemäß Fig,7 _f

Fasersuspension wird durch dicht angeordnete Stutaen (vgl, Fig 1 und 2) in einen engen Kanal 2 eingespeist. Der Kanal 2 besitzt einen vorderen Endbereich oder eine Kammer 3 (die Blattbildungszone) in einer bestimmten Form, wie sie aus Fig. 1 ersichtlich ist, damit bestimmte gewünschte Effekte er« zeugt werden können. Hier soll eine turbulente Strömung mit einer bestimmten Randgrößenverteilung erzeugt werden. Die Intensität der Wirbel hängt von der Injektionsrate der Fasersuspension ab. Die Wirbelgröße und Intensität sind so einzustellen, daß die Turbulenz sich im wesentlichen beruhigt hat, wenn die Fasersuspension den engen Spalt 4 passiert, welcher

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den Anfang des Kanal3 2 bildet.

Der Blattbildungsprozeß wird nachstehend mehr ira einzelnen beschrieben. Beim Einspeisen wird ein großer Teil der kinetischen Energie der Fasersuspension in turbulente Energie umgewandelt, die in Form kleiner Wirbel erscheint. Infolge der geringen Größe und hohen Intensität dieser Wirbel wird.jede einzelne Faser beeinflußt, und hierdurch wird es für die Faser möglich, sich in einem Netzwerk anzuordnen, dessen Festigkeit bald größer ist als die Scherkräfte des sich beruhigenden turbulenten Feldes. Während der Anfangsphase des Bildungsprozeßes wird das gesamte Mecterial fließen (vgl. das Spritzgußverfahren) und es wird deshalb für die Fasern möglich sein, sich in bestimmter Weise so·innerhalb der Struktur anzulagern, daß das entstehende Netzwerk so homogen wie möglich wird. Dies bezieht sich auf eine relativ hohe Faserkonzentration, 100 000 bis 500 000 Fasern müssen pro cm-^ bei einer ^>%±gen Konzentration gehalten werden.

Nachdem das Netzwerk gebildet ist, darf es nicht irgendwelchen Zerreißkräften unterworfen werden, die seine Festigkeit überschreiten. Das Netzwerk ist vielleicht während des Durchgangs durch den engen Spalt 4- verdichtet worden und infolge der dort und im Bildungsprozeß auftretenden Beanspruchungen wird es im Laufe der Zeit expandieren. Zu Beginn des Durchlaufs des Netzwerkes durch den Kanal 2 können die Fasern allmählich beginnen, gegen die KanalwHnde zu drücken. Die Grenu-. lagen, welche oft bei Betriebsbedingungen mit Verstopfungen beobachtet werden, und werlche bei niedrigen Konzentrationen mehr oder weniper frei von Fasern sind, können dem mechanischen Druck des expandierenden Netzwerks nicht wiederstehen. Wenn keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, können die Reibungskräfte zwischen den Fasern und den Wänden des Kanals eine solche Größe erreichen, daß das Netzwerk teilweise zerrissen wird, Indem man dem Kanal 2 eine etwas auseinandergehende Form gibt, erhält man einigen Raum, der für die Expansion, des Netzwerkes verfügbar ist. Infolge der abnehmenden

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Flußrate wird ein weiterer positiver Effekt erzielt, da das Netzwerk in der Bowegungsrichtung zusammengedrückt wird. Dies kann einen ausgleichenden Effekt auf die Feinstruktur des endgültigen Blatts haben. Infolge der mechanischen Festigkeit des Netzwerks wird die Strömung nicht instabil werden. Beim Ausfließen aus dem Kanal kann das Netzwerk riiit einem willkürlichen Winkel auf die horizontale Ebene aufgelegt werden, entsprechend den bekannten Verfahren, In einigen Fällen kann es jedoch wegen des hohen Trockengehalts des Netzwerks oder Blatts, der bereits in dieser Stufe erreicht.-ist, möglich sein, den Strahl unmittelbar auf einen Preßfilz zu leiten. Es ist auch möglich ^ diesen Strom zwischen zwei Filze oder eine andere Anordnung zum Behandeln des Blatts für seinen weiteren Transport in eine Presse oder in andere Mittel zum weiteren Entwässern zu leiten.

Die Figuren 1 a und 2 a zeigen eine andere Ausführungsform des ausbildenden Teils. Nachdem man den Faaerstrahl mindestens einmal mehr hinter den Stutzen 1 und der Kammer 2 und vor ihrem Eintritt in den Kanal 2 abbricht, kann eine verbesserte Gleichförmigkeit des Endproduktes erzielt v/erden. In Verbindung mit dem späteren abbrechenden Schritt hat es sich' als zweckmäßig erwiesen, die Suspension ebenfalls ihre Bewegungsrichtung ändern zu lassen, bevor oder nachdem sie in den Kanal 2 eingetreten ist.

Auch in den Figuren 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 dicht angeordnete Stutzen, welche in die Kammer 3 auslaufen, die sich entlang der Stutzenreihe erstreckt. Statt einen Kanal vorzusehen, der sich in die Hauptbewegungsrichtung der aus der Kammer 3 austretenden Suspension erstreckt, d,h, im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung in den Stutzen, ist der Kanal 2 gqmäß Figuren 1 a und 2 a in der Weise an-

Ίκί-geordnet, daß erwon der Kammer 3 im wesentlichen unter einem Winkel von 90 Grad zur Hauptbewegungsrichtung erstreckt, welche die Suspension besitzt, wenn sie die Kammer 3 verläßt. Zwischen der Kammer 3 und dem Kanal 2 ist eine Erweiterung 5 vorge-

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sehen, die sich über die Breite des Kanals 2 erstreckt, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Die Verbindung zwischen der Kammer 3 und dem Raum 5 und zwischen diesem Raum 5 und . dem Kanal 2 ist ein enger Bereich 4- bzw. 6.

In den Figuren 1a und 2a erstreckt sich der Kanal 2 im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der'Suspension in den Stutzen, d.h. etwa 90 Grad zur Hauptbewegungsrichtung der Suspension im schmalen Bereich 4. Es ist ebenso--gut möglich, jeweils abhängig von dem gewünschten Ergebnis hinsichtlich des Endproduktes, zusätzliche Erweiterungen 5 vor eiern Kanal 2 anzuordnen.

Die Verteilung einer Suspension mit einer hohen Faserkonzentration quer über die Maschine bildet ein spezielles Problem. Es ist nicht möglich, ein übliches Verteilungssystem zu verwenden, beispielsweise einen geneigten Querverteiler. Die in hohem Maße instabilen Strömungsbedingungen, welche vorherrschen, wenn die Netzwerkfestigkeit die Strömung in weitem Maße steuert, wie dies der Fall ist, wenn die Konzentration länglicher Partikel groß ist, macht es schwierig, eine gleichförmige Verteilung zu erzielen. Eine Verteilereinheit, welche dieses Problem löst, ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Hauptströmung wird durch einen konvergierenden Bereich in ■ einem Rohr 6 beschleunigt und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf eine Wand 7 auf, welche die Strömung dazu zwingt, eine radiale Richtung anzunehmen. In der Viand 7 sind radial verlaufende Auslässe 8 angeordnet, durch welche die Suspension hindurchfließt. Das Ziel dieser Konstruktion ist es, ebenso wie im Bildungsbereich 1, 3 sehr turbulente Scherfelder zu erzeugen, die das Material zum Fließen bringen, so daß die Fasern den Druckgradienten so gut wie möglich folgen können. Mit 9 ist ein wahlweise möglicher Einlaß bezeichnet, welcher beim Anfahren benutzt werden kann.

Die Anzahl der Auslässe hängt ebenso wie der notwendige Abstand zwischen den Auslassen in erster Linie von der Form der Fasern ab. Die Faserlänge beeinflußt die Wahl der Ab-

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stände zwischen den Auslässen in_soweit, als die Fasern nicht dazu in der LaRe sein sollten, den Abstand zwischen zwei Löchern zu überbrücken und hierdurch ein Verstopfen der Auslässe 8 hervorzurufen. Der Verstopfungsmechanismus ist jedoch nicht ganz unzweideutig, sondern er hängt auch von der Intensität der turbulenten Scherströmungen an den Auslassen ab. Der Dämpfungsprozeß der Turbulenz wird den Abstand zwischen dem Zentrum und der Umgebung des Rohrs bestimmen. Wenn also der Abstand zwischen den Auslassen 8 und der Radius des Rohrs 6 vorgegeben sind, ist die Anzahl der Auslässe ebenso gegeben. Der Dämpfungsprozeß kann beeinflußt werden, indem man den Ströraungsraum verändert, wie dies vorstehend erwähnt wurde, aber auch dabei ist es wünschenswert, ein bestimmtes Maß an Turbulenz zu haben (Wirbelgrößenverteilung).

Das Verteilungssystem für eine große Maschine kann so aussehen, wie es in Figur 5 dargestellt ist. In dieser Figur ist der blattbildende Bereich ganz oben durch 10 gekennzeichnet und die Verteilereinheiten, welche in Gruppen entsprechend Figuren 3 und 4 angeordnet sind, sind mit Gruppe 1, Gruppe 2 und Gruppe 3 bezeichnet. Die Bedingungen für die Verteilereinheiten in Gruppe 1 und 2 sind nicht so kritisch wie für Gruppe 3« Die' Auslassdurchmesser sind groß und dementsprechend tritt keine Verstopfungstendenz auf. Das Maß der Turbulenz sollte jedoch klein sein, damit man eine gleich« förmige Faser- und Strömungsverteilung erhält, auch wenn das Maß der Turbulenz nicht so gering sein soll wie im Bildungsbereich. Die Hauptströmung tritt in Gruppe 1 ein, welche eine einzige Verteilereinheit mit einer Anzahl von n,. Auslassen enthält. Dort wird die Hauptströmung in Gruppe 2 verteilt, die n^. Einheiten besitzt, vor denen jede n~ Auslässe hat. Von dieser Gruppe geht, die Strömung zur Gruppe 3 mit n~ Einheiten, von denen jeder n, Auslässe besitzt, und in dieser Weise weiter zur weiteren Verteilung auf den bildenden Bereich 10. Die Anzahl der Verteilungseinheiten hängt also von der Anzahl der Auslässe in der vorhergehenden Gruppe ab.

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Die Anzahl der Auslässe u.nd der Durchmesser der Verteilungs^ einheiten hängen, wie dies bereits erwähnt wurde, von der Form und Konzentration der Fasern ab. ·

Zum Transport der Suspension zwischen den verschiedenen Gruppen 1 bis 3 und zum Bildungsbereich können Röhren aus Kunststoff, welche vorzugsweise sämtlich die gleiche länge besitzen, ver-? wendet werden. Es ist wesentlich, daß die Druckabfälle entlang der Verbindungen gleich sind und es sollte ein Energieabsorber vorgesehen sein, welcher die meisten der Druckimpulse eliminiert, die von den vorhergehenden Bauteilen herrühren, wie beispielsweise von den Filtern, Pumpen etc. . " Nachstehend sollen einige maßgebende Gesichtspunkte, welche die Blattbildung bei hohen Konzentrationen entsprechend dem beschriebenen Verfahren betreffen, beschrieben werden. Die Blattbildungseinheit wird sehr klein sein und benötigt wenig Pla±z, Ihre Herstellung wird selbst bei Maschinenbreiten von ca, 10 Metern einfach sein. Die Wahl des Materials ist kein kri-tischer Faktor wegen der geringen Abmessung der Oberflächen, welche Drücken ausgesetzt sind, was eine relativ kleine Gesamtbelastung ausmacht. Deshalb können beispielsweise Kunststoffe wie Acrylglas in Betracht gezogen werden. Zusätzlich zu verschiedenen Vorteilen hinsichtlich des Endproduktes, des Papieres, besteht vielleicht der größte Vorteil darin, daß dieses Verfahren die Möglichkeit bietet, den Filterbereich radikal zu reduzieren oder sogar völlig wegfallen zu lassen. Da die Bahn- oder Blattstruktur bereits gebildet ist und lediglich noch ein geringer Anteil des üblichen Wassergehaltes vorhanden ist, gibt es keinen Grund dafür, das Blatt oder die Bahn nicht unmittelbar in eine Presse zu führen. Durch den Wegfall der Rücklaufkammer und des Filterbereichs wird die Länge der Papierherstellungsmaschine um nahezu 25 % verringert, Die Kosten einer Papierherstellungsmaschine werden sogar noch stärker reduziert, da die Rücklaufkammer und die Filterbereiche überdurchschnittlich teuer sind. Außerdem

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besitzt das hergestellte Papier Eigenschaften, die besser sind als bot nach üblichen Verfahren hergestellten PapieiC.

Eine der vorteilhaften Papiereigenschaften, welche bei einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Papier erzielt werden, ist das Vorhandensein einer mehr drei-dimensionalen Struktur, die sich daraus ergibt, daß die Fasern ihre Plätze' im Metzwerk zufällig einnehmen und sich daher nicht notwendigerweise in der Ebene der Bahn"ausrichten. Wenn das Netzwerk in den Pressen verdichtet und nachfolgend getrocknet wird, wird die chemische Bindungsfestigkeit im Papier durch eine rein mechanische Festigkeit erhöht, die sich aus der Wirrlage der Fasern ergibt. Unzweifelhaft wird die z-Festigkeit verbessert, ™ d.h. die Festigkeit senkrecht zur Blattebene. Außerdem ergeben sich eine bessere Porosität und bessere Massenwerte, welche ebenfalls für bestimmte Sorten vorteilhaft sein können. In der Beschreibungseinleitung wurde das unzureichende Zurückhalten des Feinkorns in einigen der üblichen 'Papiersorten erwähnt. Beim vorstehend beschriebenen neuen Verfahren muß lediglich eine relativ kleine Wassermenge entfernt werden. Dementsprechend ist die. Strömung durch das Blatt klein und das Auswaschen des Feinkorns wird sehr stark reduziert. Hierdurch wird das Ausmaß' des Materialtransports reduziert und dies führt zu verbesserten Bedingungen sowohl hinsichtlich der unterschiedlichen Ausbildung der beiden Seiten des Blatts als auch hinsichtlich der Umweltbeeinflussung, weil weniger Feingut mit dem Abwasser ausgeschwemmt wird. Das neue Blattherstellungsverfahren bietet außerdem die Möglichkeit einer besseren Steuerung der Blattbildung für ein Erzielen einer besseren Grundgewichtverteilung als sie mit üblichen Verfahren möglich ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsfprm ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt, bei der das Verteilerstück 20 und das blattbildende Teil zu einer einzigen Verbund-Einheit-Rücklaufkammer vereinigt sind, mit einem Einlaß an deren einer Seite

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und einem Auslaßspalt 23 an ihrem rückwärtigen Ende.

Das Verteilerstück 20 besitzt einen länglichen röhrenförmigen Kanal 19, der sich über die gesamte Breite der Rücklaufkammer erstreckt und eine Seitenwand besitzt, die Einschnürungen oder Auslässe 15 besitzt, wobei ein Auslaß gegenüber jeweils einem benachbarten Auslaß in bezug auf eine horizontale Mittelebene versetzt ist. Jeder Auslaß 15 erstreckt sich in eine koaxiale umlaufende scheibenartige Höhlung 16, die eine Wand 17 besitzt, welche gegenüber dem Auslaß 15 liegt und in regelmäßigen Abständen auf dem Umfang der Höhlung 16 angeordnet ist. Die Öffnungen 18 verbinden das Verteilerstück 20 mit dem " bahnbildenden Teil 21 und schließen eine gemeinsame Kammer 13 ein, welche durch ein Blech 14- in einen unteren und einen oberen Bereich unterteilt wird. Das Blech 14- erstreckt sich in horizontaler.Richtung von einer Wand gegenüber dem Einlaß zum Auslaßkanal 12.

Aus Figur 8 ist ersichtlich, daß die öffnungen 18 in zwei horizontalen überlagerten Reihen in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind.

Der Durchmesser der Auslässe 15 ist im vorliegenden speziellen Fall ifj mal dem Durchmesser der Öffnung 18, d.h. die Querschnittsfläche der Auslässe 15 ist der gesamten Querschnitts- · fläche der Öffnungen 18 gleich. Der Durchmesser der Öffnungen 18 ist höchstens dreimal so groß wie die mittlere Teilchenlänge oder kleiner.

Das Ziel des BlattbildungsVorgangs besteht darin, eine möglichst gute Verteilung der Fasern zu erzielen und dann diese Dispersion in ein fortlaufendes Fasernetzwerk zu überführen. Der wesentlichste Faktor, welcher den Grad der erreichbaren Mitteilung: bestimmt, ist die Verteilungskraft (turbulente Energie) pro Einheit des Volumens. Diese ist analog der Energie, welche beispielsweise von einem in der Suspension betätigten Rührer verteilt wird.

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. . Die Energieverteilung pro Einheit des Volumens wird durch . den Druckverlust über den Bildungsbereich und die durchschnittliche Verweilzeit im Bildungsbereich bestimmt. Dies ist folgendermaßen zu verstehen: Die Strömungsrate soll q rrr/s betragen, das Volumen des Bildungsbereichs beträgt

■τ ' O

V nr und der Druckverlust über dieses Volumen beträgt ρ N/m '. Die in der Bildungszone verteilte Leistung entspricht der Leistung, welche notwendig ist, um die Suspension durch diesen Bereich zu treiben. Diese Energie ist pq.(N/m ) (nr/s).= (Nm/s) = Watt. Die gesamte über die Zeit t abgegebene Energie ist pqt. Diese Energie wird in das Volumen der Suspension qt verteilt. Dementsprechend ist die durchschnittliche Energie, " welche pro Einheit des Volumens der Suspension verteilt wird ρ (Nm/m^),(Ws/m^), Es wurde gefunden ,daß diese Energie mit einer bestimmten Geschwindigkeit aufgewendet werden muß, d.h., daß die Leistung und nicht die Energie pro Einheit des Volumens der bestimmende Paktor ist. Durch eine ähnliche Schlußfolgerung erhält man dann:

Leistung pro Einheit Volumen = P/t = pq/V.

Es ist deshalb äquivalent, ob man das Volumen des Bildungsbereichs klein macht oder den Druckverlust ρ bzw. die Durchflußrate q groß macht. Dies gibt erhebliche Freiheit in der .·":.-· Auslegung der Bildungsbereiche für. verschiedene Zwecke.

Wenn lediglich ein Minimum an Verteilung benötigt wird, wie " dies beispielsweise in der Bildungszone für eine Pulpe trocknende Maschine erforderlich.ist, dann hat sich ein Druckverlust ρ im Bereich zwischen 0,5 bis 1 atm als geeignet erwiesen und zwar in Verbindung mit der Gesamtleistung pro Einheit Volumen von 2 bis 6 χ 10 V/m . Wenn andererseits eine sehr gute Verteilung gewünscht wird, wie dies im Bildungsbereich für Sackpapier der Fall ist, hat sich eine Energieverteilung in der Größenordnung zwischen 5 bis 15 W/vr als geeignet erw-iesen. . ·

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BAD ORiOlNAL

-17- .11. Juni 1971

Der Druckverlust im Bildunp;sbereich kann ohne negative Wirkungen auf die Blatteigenschaften verändert werden. Es hat ,sich herausgestellt, daß ein guter Arbeitsbereich zwischen

pt if *'-'
3 bis 12 N/m λ" wie oben gezeigt wurde, kann die Dimensionierung des Geräts erheblich verändert werden, solange die oben genannten Parameter innerhalb der gewünschten Bereiche gehalten' werden.

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-Patentansprüche-109885/0217

BAD ORICHNAL

Claims (1)

1. -18- 11. Juni 1971

   Patentansprüche

   (I.J Verfahren zur Herstellung eines kontinuierlichen Bandes aus faserigen Teilchen, bei der eine Suspension der· Teilchen in einer Flüssigkeit mit einer Konzentration der faserigen Teilchen bereitet wird, die nicht niedriger ist, als die doppelte Sedimentkonzentration der faserigen Teilchen, wobei dann die Suspension durch eine Reihe von Verengungen getrieben und hinter jeder Engstelle abgelenkt wird, in der Weise, daß eine turbulente Strömung

   " erzeugt wird, welche eine gleichförmige Verteilung über das gesamte herzustellende Band sicherstellt, wobei schließlich vor der Ablagerung die turbulente Strömung 'beruhigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß oder der Bereich der turbulenten Strömung allmählich verringert wird und die Intensität der turbulenten Strömung allmählich vergrößert wird in der Reihe der Verengungen, indem man die Strömung von einer Verengung über eine Anzahl nachfolgender Verengungen verteilt, damit jeder sphärische Körper mit einem Durchmesser von mehr als der dreifachen mittleren Teilchenlänge davon abgehalten wird, die Reihe der Verengungen zu durchfließen, wobei

   fc die resultierende turbulente Strömung in eine Strömung " mit verdichteter drei-dimensionaler Netzwerkstruktur der' faserigen Teilchen mit der eingeschlossenen Flüssigkeit von der Ablagerung überführt wird.

   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrate der gebildeten Netzwerkstruktur aufeinanderfolgend auf die Geschwindigkeit des abgesetzten Bandes verringert wird.

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   3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension aus Fa sern mit einer Länge von 1 bis 5 mm und einer Breite bzw. einem Durchmesser von 30 bis 5O/im bereitet wird.

   Verfahren nach einem oder, mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennze ichnet , daß die Suspension eine Faserkonzentration von 1,0 bis 6 #, vorzugsweise von 4 bis 5 Gew.-# besitzt.

   5. Vorrichtung für die Herstellung eines fortlaufenden Ksterialbandes aus faserigen Teilchen nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Verteilungseinrichtung mit einer Kammer und einem Einlaß für die Suspension aufweist, wobei die Verteilereinheit mindestens eine Verengung in der Nähe einer Begrenzungswand der Kammer aufweist, damit die Geschwindigkeit der turbulenten Strömung vor dem Auftreffen auf die Begrenzungswand vergrößert wird für ein Ableiten der Strömung, wobei eine Anzahl von Aus» lassen mit kleinerem Durchmesser rings um die Auftreff fläche angeordnet sind und mit einer Bandbildungseinrichtung in Verbindung stehen, welche mindestens eine transversale Reihe von Einlassen zum Einführen der turbulenten Strömung von der Verteilereinheit in die Kammer über deren gesamte länge besitzt, ferner mit einer Auf tref ff lache für die eintretende Strömung, mit einem vergrößerten Bereich zum Beruhigen der Strömung für ein Erzeugen einer Strömung mit drei-dimensionaler Netzwerkstruktur der Teilchen und eingeschlossener Flüssigkeit, ferner mit einem Auslaßkanal, wobei die

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   Kammer solche Abmessungen hat, daß sie verhindert, daß ein Körper mit einem Durchmesser, welcher das dreifache der mittleren Teilchenlänge besitzt, durch die Kammer . ' hindurchgeht .

   Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeichne t, daß eine Anzahl von Einheiten zum Verteilen der Suspensionsströmung in eine Mehrzahl von turbulenten Strömungen mit nacheinander-folgend reduziertem

   vorgesehen ist Ausmaß und gesteigerter Intensität, wobei ,jede Einheit eine röhrenförmige Kammer mit einem Einlaß an oder in der Nahe ihres Endes besitzt, ferner eine Auftreffoberfläche am gegenüberliegenden Ende, eine Anzahl von im Durchmesser kleineren umgebenden Auslassen rings um die Auftrefffläche, ferner mit einem verengtem Bereich innerhalb der röhrenförmigen Kammer zwischen dem Einlaß und den Aus- . lassen, sowie mit Mitteln, welche die Auslässe jeder Einheit mit den Einlassen einer nachfolgenden Einheit verbindet, ferner mit Mitteln, welche jeden Auslass der letzten Einheiten mit einem Einlaß einer transversalen Reihe von Einlassen des ■bandbildenden Mittels verbindet.·

   fc ?. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeich net, daß die Verteilereinrichtung eine gemeinsame längliche qUerverlaufende Kammer mit einem Einlaß an ihrer einen Seite aufweist und eine Reihe von Öffnungen entlang dem' einen Ende der Wand, wobei^; sich ,jede Öffnung in eine koaxiale scheibenartige Höhluns; öffnet, die eine Anzahl von umgebenden Öffnungen mit kleinerem Durchmesser aufweist, wobei diese Öffnungen in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind*.

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   8. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet „ daß die Querschnittsfläche einer jeden Verengung gleich der Gesamtfläche der Öffnungen mit kleinerem Durchmesner ist, welche die Verengung umgeben.

   Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8> dadurch

   gekennzeichnet, daß die Öffnungen mit kleinerem "Durchmesser zwei überlagerte horizontale Reihen von Einlassen für die Kammer der bandbildenden Einrichtung cind, wobei ein Blech diese Kammer in einen oberen und einen unteren Bereich aufteilt, in denen die turbulenten Strömungen abgelenkt werden, bevor sie in den Auslasskanal gelangen*

   Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch g e k e tin zeichnet» daß die Querschnittsfläche des Ausiäßkänäis in Richtung auf den Auslaß zunimmt, damit die Geschwindigkeit dör Metzwerkstrukturströmung auf die Geschwindigkeit des abgelagerten Bandes abnifiuftt»

   i Vorrichtung ftaefi. Aftäf&tt&h 10* 'dadurch g e fc e tt fi » έ- e i 6 ft ft e' fej iiali die kleinste Abmessung dös Aus-

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