DE2423222A1

DE2423222A1 - Pulpertank

Info

Publication number: DE2423222A1
Application number: DE2423222A
Authority: DE
Inventors: Robert Lee Crawford; Robert Blakeley Honeyman
Original assignee: Morden Machine Co
Current assignee: Voith Morden Inc
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1974-05-14
Publication date: 1975-01-16
Also published as: CA995506A; JPS5022315A; FR2234420B1; SE7401928L; JPS5248643B2; SE406159B; FR2234420A1; US3874600A; GB1426038A

Description

Heme, 8000 München 40,

FreillgrathstraBe 19 nir»ll«*»OU"l»el%·· Eisenacher Straße 17

Postfach 140 Uipi.-ing. H. Π. Dan Γ Pal.-Anw. Beizler

Pat.-Anw. Hernnann-Trentepohl Dinl-PhvQ Pdliard Rpt^lPT Fernsprecher: 363011

Fernsprecher: S1013 "'"'' *~uyo. i-uuaiu ucuici 363012

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl * ³^³

Telegrammanschrift: Telegrammanschrift:

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE BabetzpatMünchen

Telex 08 229 853 TelexS215360

f 1 Bankkonten:

Bayerisdie Vereinsbank München 952287 Dresdner Bank AQ Herne 7-520 499 Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

Ref.: MO 4622 in der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

Münclien

Morden Machines Company
3420 S. W. Macadam Avenue
Portland, Oregon 97201
(V. St. A.)

Pulpertank

Die Erfindung betrifft einen Pulpertank, d.h. einen in der Regel zylindrischen, aufrechten Tank unterschiedlichen Durchmessers, der mit einem Flügelblattrotor im Mittelbereich des Bodens versahen ist. Der Pulper dient zum Zerfasern von Papierroh-stoffen, wobei die bearbeitete Pulpe bzw. der bearbeitete Faserstoff aus dem Pulpertank abgezogen werden. Der Durchmesser des Pulpertanks liegt gewöhnlich im Bereich von 91,4 cm bis 731 cm (3 bis 24 Fuss).

Die Hauptgesichtspunkte bei der Auslegung eines Pulpertanks sind die Investitionskosten, der Raumbedarf (Durchmesser und Höbe), die grösstmögliche Zirkulation bei einer zugeführten Leistung und die Wartbarkeit. Die wichtigen Einflussgrössen für das Zirkulationsmuster sind die Ausbildung des Bodens und das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe. Hier geht es

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lediglich um die Bodenausbildung.

Die Füllung bzw. der Faserstoff (mit einem Zusammenhang von 4 bis 7 %} verlässt die Rotorblätter bzw. -flügel mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter einem resultierenden Winkel, der durch die Zentrifugalkraft, den Blattwinkel und die !Anfangsgeschwindigkeit des Rotors bestimmt ist. Die resultierende Strömung erfolgt in der Regel in ümfangsrichtung und nicht radial, wodurch der Füllung bzw. der Wassermenge im Tank eine Kreisbewegung aufgeprägt wird. Eine zu starke Umlaufzirkulation führt dazu, dass das Rohmaterial und/oder das Wasser die Wand des Tanks bis zu einer unkontrollierbaren Höhe hinaufsteigt, und kann ferner eine übermässig starke Rotationswirkung hervorrufen, die zu einer offenen Trombe bzw. zu einem offenen Wirbel über dem Rotor führt, wodurch viel Luft mitgerissen wird und der Zerklexnerungszyklus allgemein verschlechtert wird. Eine übermässige Rotation wird in bekannter Weise dadurch verhindert oder gesteuert, dass stationäre Leitkörper oder Ablenkkörper am Boden oder den Seitenwänden des Tanks angeordnet werden. Da der Pulper selbst dann, wenn er kontinuierlich betrieben wird, im wesentlichen ein geschlossenen System ist, erzeugt die vom Rotorflügelrad abfliessende Strömung einen Sog in der Mitte des Rotors. Dies führt wiederum dazu, dass eine schnelle Materialströmung zurück in die Arbeitszone des Rotors stattfindet, damit es wiederholt zur Zerfaserung kommt. Die Rückströmung kann am besten auf der Oberfläche des Tanks mittels einfacher Einrichtungen gemessen werden und zum Wirkungsgrad der Zerfaserung auf der Grundlage von Leistung/Tag/Faserstoffmenge in Beziehung gebracht werden.

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Im Idealzusfeand ist die Oberflächenströmung bzw. Zikrulationsgeschwindigkeit schnell, jedoch nicht übermässig stark, wobei eine ausreichende Rotation stattfindet, um einen kräftigen, aber geschlossenen Wirbel zu erzeugen, damit das Einziehen irgendwelcher Materialzuschläge unterstützt wird.

Die Materiälströmungsgeschwindigkeit nimmt aufgrund von Reibung und Dispersion stark ab, nachdem die Strömung den Flügelbereich verlassen hat. Jede plötzliche Richtungsänderung führt insbesondere in Bereichen hoher Geschwindigkeit zu Turbulenz und innerer Reibung in der Materialmasse, selbst wenn die Tankwände glatt sind und nur zu geringer Oberflächenreibung führen. Es wurde festgestellt, dass zur Vermeidung plötzlicher Stromungsrichtungsanderungen eine ideale Tankbodenausbildung einen elliptischen Querschnitt haben müsste, wobei der Rotor auf der kurzen Achse zentriert ist. Die Kosten verhindern jedoch, diese Möglichkeit praktisch in Betracht zu ziehen, und zwar insbesondere bei Herstellung durch maschinelle Bearbeitung. Es ist daher festgestellt worden, dass optimale Ergebnisse erzielt werden, wenn die in der Regel waagerechte Bodenwand mit der zylindrischen Seitenwand, die einen wesentlich grösseren Durchmesser hat, über wenigstens zwei nach oben divergierende, in der Regel kegelstumpfförmige Wände verbunden wird, die übereinander angeordnet sind und deren Kehlwinkel in folgender Weise bestimmt sind. Die untere der kegelstumpfförmigen Wände bildet einen ersten Aussenwinkel von wenigstens ungefähr 15 und nicht mehr als ungefähr 30 mit der Waagerechten. Ein zweiter Aussenwinkel besteht ,/Zwischen der oberen und der unteren kegel-

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stumpfförmigen Wand und ist gleich dem oder grosser als der erste Winkel. Ein dritter Aussenwinkel besteht zwischen der oberen kegelstumpfförmigen Wand und der Seitenwand und ist gleich dem oder grosser als der zweite Winkel, wobei sämtliche Winkel nicht mehr als ungefähr 40° betragen.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um einen Pulpertank, dessen mit einem Rotor versehene waagerechte Bodenwand mit einer darüber befindlichen, senkrecht verlaufenden zylindrischen Seitenwand verbunden ist, wobei die Verbindung von wenigstens zwei nach oben divergierenden, kegelstumpfförmigen Zwischenwänden gebildet wird und wobei die Kehlwinkel so bestimmt sind, dass die Oberflächengeschwindigkeit der Füllung in vorteilhafter Weise erhöht bzw. der Leistungsbedarf in vorteilhafter Weise vermindert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Seitenansicht

eines erfindungsgemäss ausgebildeten Pulpertanks; und

Fig. 2 eine Darstellung des Pulpertanks

gemäss Fig. 1 in verkleinertem Maßstab, wobei sich auf Kehlwinkel beziehende Symbole hinzugefügt sind.

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Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet allgemein einen Pulpertank, der in der Mitte des Bodens einen allgemein mit 11 bezeichneten Rotor aufweist, der mit zahlreichen seitlich hervorstehenden Flügeln bzw. Blättern versehen ist. Wie sich noch -aus einer folgenden Versuchsbeschreibung ergeben wird, wurde mit zwei Rotorarten gearbeitet, von denen einer in der US-PS 2 858 990 und der andere in der US-Patentanmeldung 330 081 vom 6. Februar 1973 beschrieben ist. Bei beiden Rotortypen erweist sich die Erfindung als vorteilhaft.

Ferner bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 13 eine in der Regel zylindrische, nach oben verlaufende Seitenwand, die mit der Bodenwand 14 über mindestens zwei nach oben divergierende, in der Regel kegelstumpfförmige Zwischenwände 15 und 16 verbunden ist. Die Füllungsoberfläche ist mit 17 bezeichnet und weist einen axialen Wirbel bzw. eine Trombe 18 auf. Die gestrichelte Linie zeigt die stationäre bzw. statische Niveauhöhe der Füllung bzw. des Faserstoffs im Tank 10.

In Fig. 2 ist ein Pulpertank schematisch dargestellt, wobei einige Symbole zur Kennzeichnung verschiedener Kehlwinkel eingezeichnet sind. Die Symbole A, B und C kennzeichnen äussere Kehlwinkel, wobei es sich um die zuvor erwähnten handelt. Beispielsweise besteht der Kehlwinkel A zwischen der unteren kegelstumpfförmigen Wand und der Waagerechten. Der zweite Kehlwinkel B besteht zwischen der Aussenseite der oberen kegelstumpfförmigen Wand und einer Verlängerung der unteren kegelstumpf-

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förmigen Wand. Der dritte äussere Kehlwinkel C besteht zwischen der Aussenseite der im wesentlichen zylindrischen Seitenwand und einer Verlängerung der oberen, in der Regel kegelstumpfförmigen Wand. Zur Erleichterung ist auch ein innerer Kehlwinkel D gekennzeichnet, der zwischen der Waagerechten und der Innenseite der oberen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Viand besteht.

Unter Berücksichtigung von Fig. 2 zeigt sich, dass die Summe der Winkel A und B gleich dem Winkel D ist, da es sich dabei um innere Wechselwinkel handelt. Ferner ist offensichlich, dass die Summe der Winkel C und D 90° ist.

Die gegenwärtig in der Herstellung in der Regel verwendeten Tanks haben einen inneren Kehlwinkel D von 45°, wobei der untere Kehlwinkel A ungefähr 10 bis 15 beträgt. Beim Testen der Erfindung wurde zunächst die Bodenwand 14 und die untere kegelstumpfförmige Seitenwand 15 betrachtet. Es wurde festgestellt, dass der Winkel· A nicht kleiner als ungefähr 15 sein sollte, damit ein guter Abfluss zu einer Umfangsabzugsplatte erfolgt, die den Rotor umgibt. Es wurde ferner festgestellt, dass eine Erhöhung des Winkels A nützlich ist. Daher wurde, um optimalen Ergebnissen nahezukommen, ein Winkel von 20 gewählt, der die Strömung vom Rotor 11 noch nicht zu stark ablenkt, gleichzeitig jedoch für einen guten Abfluss sorgt. Daraufhin wurden drei Pulpertanks im Labormaßstab gebaut, von denen jeder einen Bodenwihkel A von 20 hatte* Die erste Testeinheit kam dem optimierten Stand der Technik nahe, da sie einen inneren Kehlwinkel D von 45° hatte.

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Die anderen zwei Labortanks hatten Kehlwinkel D von 55 . Die Kehlen des zweiten Tanks waren so angeordnet, dass die Höhen der zwei kegelstumpfförmigen Seitenwände 15 und 16, die in Fig. 2 mit h, und h_ gekennzeichnet sind, ungefähr gleich waren. Im dritten Fall war die Höhe h₂ ungefähr doppelt so gross wie h,.

Für die Tests wurde bedrucktes Zeitungsmaterial verwendet, das bis zum Normalzustand eingestampft bzw. zerfasert wurde und einen Zusammenhang von 4 % und 5% auf luftgetrockneter Grundlage hatte.

Allgemein wurden bei der Verwendung grösserer innerer Kehlwinkel (Tanks 2 und 3) im Vergleich zu dem Tank mit dem kleineren inneren Kehlwinkel (Tank 1) vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Der Unterschied in den Ergebnissen war sogar noch grosser, wenn der Tank mit dem kleinen inneren Kehlwinkel (T-_;nk 1) mit Tank 3 verglichen wurde; Obwohl die Messung der Oberflächengeschwindigkeiten der Füllung aufgrund von unkontrollierbaren physikalischen Veränderlichen der Faser sowie der Temperatur und Stabilität stark variierte, zeigte die allgemeine Tendenz der Ergebnisse, dass der Tank 3 im Durchschnitt 11 % höhere Oberflächengeschwindigkeiten als Tank 1 lieferte. Diese Erhöhung der Zirkulation war ungefähr die gleiche unabhängig davon, ob der Rotor gemäss dem US-Patent 2 858 oder der Rotor der genannten Anmeldung Nr. 330 081 benutzt wurde, wenn im Bereich des Zusammenhangs von 4 bis 5% mittlerer Dichte gearbeitet wurde. Es wurde ferner festgestellt, dass der dritte Tank im Vergleich zum ersten Tank

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ungefähr 6 % weniger Leistung benötigte, um den gleichen bestimmten Wert der Oberflächenzirkulation zu erzeugen.

Bei Normalfüllung (60,37 Liter gleich 2,132 Kubikfuss) jedes Tanks, d.h. bei normaler Füllungshöhe, zeigte sich keine wesentliche Veränderung der Strömungsrichtung des Faserstoffes, und zwar weder an der Oberfläche noch längs der Aussenseite, wenn der Vergleich bei gleicher Rotordrehzahl, Eingangsleistung oder Oberflächengeschwindigkeit durchgeführt wurde. Wenn jedoch die Rotordrehzahl oder die Eingangsleistung konstant gehalten wurde und die Füllungshöhe vermindert wurde, stieg die Oberflächenzirkulation an und die Trombe war proportional tiefer, was zu einem stärker eingerollten Oberflächenmuster führte. Bei einer um 25 % verminderten Füllung war die Trombe jedoch nicht so tief, dass der Rotor freilag. Der Tank 3 zeigte bei einer um 25 % erhöhten Füllungshöhe eine bessere Zirkulation als die Tanks 1 und 2 oder - anders ausgedrückt - benötigte weniger Leistung bei gleichen Zirkulationsgeschwindigkeiten.

Die folgende Tabelle gibt den Bereich der Kehlwinkel an, die bei der Realisierung der Erfindung mit Vorteil angewendet werden könne.

ABCD

15	35	5	40	5	50	5
15	37,		37,		52,
20	30	5	40	5	50	5
20	32,		37,		52,
20	35		35		55
25	30	5	35	5	55	5
25	32,		32,		57,
30	30	30	60

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Aus dem-Vorstehenden ist ersichtlich, dass Icein Umlenkwinkel (A, B oder C) grosser als 40 sein sollte und daß in Strömungsrichtung die Beziehung der Umlenkwinkel so sein soll, dass diese von unten nach oben gleich sind oder grosser werden, jedoch niemals abnehmen. Um die vorteilhaften Ergebnisse der Erfindung zu erreichen, sollte gleichzeitig die Höhe h₂ der oberen kegelstumpfförmigen Wand 16 wenigstens 50 % grosser als die Höhe h, der unteren kegelstumpfförmigen Wand 15 sein, diese jedoch nicht um mehr als 150 % überschreiten. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Bereich des Verhältnisses H₂/*¹! 1,5 bis 2,5 beträgt.

Obwohl lediglich eine Ausführungsform mit einem einzigen Rotor erläutert worden ist, ist es für den Fachmann klar, dass die Erfindung auch bei einem Doppelrotorpulper angewendet werden kann, wie er beispielsweise im US-Patent 3 602 440 vom 31. August 1971 offenbart ist.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Pulpertank, gekennzeichnet durch eine aufrechte, in der Regel zylindrische Seitenwand (13), die mit Abstand oberhalb einer in der Regel waagerechten Bodenwand (14) mit kleinerem Durchmesser als die zylindrische Seitenwand angeordnet ist, einen oberhalb der Bodenwand und unterhalb der zylindrischen Seitenwand angebrachten Rotor (11), wenigstens zwei nach oben divergierende, in der Regel kegelstumpfförmige Wände (15, 16), von denen eine über der anderen angeordnet ist und die die Bodenwand mit der zylindrischen Seitenwand verbinden, wobei die untere der kegelstumpfformigen Wände mit der Waagerechten einen ersten Aussenwinkel von wenigstens ungefähr 15° und nicht mehr als ungefähr 30° bildet, einen zweiten Aussenwinkel zwischen der oberen und der unteren kegelstumpf formigen Wand, der zumindest gleich dem ersten Winkel ist, und einen dritten Aussenwinkel zwischen der oberen kegelstumpfförmigen Wand und der aufrechten zylindrischen Wand, der zumindest gleich dem zweiten Winkel ist, wobei der zweite und dritte Winkel jeweils nicht mehr als ungefähr 40 betragen und das Verhältnis zwischen der Höhe der oberen kegelstumpfförmigen Wand und der Höhe der unteren kegelstumpfförmigen Wand im Bereich von 2,5 bis 1,5 liegt.

Pulpertank, gekennzeichnet durch eine aufrechte, in der Regel zylindrische Seitenwand (13), die mit Abstand oberhalb einer in der Regel waagerechten Bodenwand (14) mit

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kleinerem Durchmesser als die Seitenwand angeordnet ist, einen oberhalb der Bodenwand und unterhalb der zylindrischen Seitenwand angebrachten Rotor (11) und mehrere übereinander angeordnete, nach oben divergierende in der Regel kegelstumpf förmige Wände (15, 16)₍die nacheinander vom Aussenrand der Bodenwand zur Basis der Seitenwand verlaufen und einen von den unteren zu den oberen Wänden zunehmenden Basisdurchmesser haben, wobei das Verhältnis der Höhe einer oberen kegelstumpfförmigen Wand zur Höhe einer unmittelbar darunter befind-lichen kegelstumpfförmigen Wand im Bereich von 2,5 bis 1,5 liegt, wobei ferner eine untere der kegelstumpf förmigen Wände mit der Waagerechten einen Aussenwinkel von wenigstens ungefähr 15 und nicht mehr als 30° bildet, wobei ferner eine obere der kegelstumpfförmigen Wände mit einer unteren der kegelstumpfförmigen Wände einen zweiten Aussenwinkel bildet, der zumindest gleich dem ersten Winkel ist, und wobei schliesslich die aufrechte zylindrische Seitenwand einen dritten Aussenwinkel mit der obersten kegelstumpfförmigen Wand bildet, der zumindest gleich dem zweiten Winkel ist, wobei der zweite und dritte Winkel jeweils nicht mehr als ungefähr 40° betragen.

3» Pulpertank, gekennzeichnet durch eine Seitenwand (13), die mit Abstand oberhalb einer in der Regel waagerechten Bodenwand mit kleinerer Fläche als der Querschnittsfläche der Seitenwand angeordnet ist, eine oberhalb der Bodenwand und unterhalb der Seitenwand angebrachte Rotoreinrichtung (11), wenigstens zwei nach oben diver-

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gierende Übergangsstücke bzw. -streifen (15, 16), die übereinander angeordnet sind, einen sanft gekrümmten Querschnitt haben, der nach aussen und oben divergiert, und die die Bodenwand mit der Seitenwand verbinden, wobei der untere der Übergangsstreifen mit der Waagerechten einen ersten Aussenwinkel von wenigstens ungefähr 15 und nicht mehr als ungefähr 35 bildet, einen zweiten Aussenwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Übergangsstreifen, der zumindest gleich dem ersten Winkel ist, und einen dritten Aussenwinkel zwischen dem oberen Übergangsstreifen und der Seitenwand, der wenigstens gleich dem zweiten Winkel ist, wobei der zweite und der dritte Winkel weniger als ungefähr 40 betragen und das Verhältnis der Höhe des oberen Übergangsstreifens zur Höhe des unteren Übergangsstreifens im Bereich von 2,5 bis 1,5 liegt.

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