DE2851124A1

DE2851124A1 - Verfahren zum abtrennen von papierstoff und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2851124A1
Application number: DE19782851124
Authority: DE
Inventors: Terry L Bliss; Derald R Hatton; Peter Seifert
Original assignee: Black Clawson Co
Current assignee: Black Clawson Co
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1979-06-07
Also published as: FR2410082B1; SE7807760L; GB2008447A; JPS5475672A; GB2008447B; CA1120435A; ES474475A1; FR2410082A1; US4155839A; FI783155A; AU3976878A; BR7806008A

Description

Verfahren zum Abtrennen von Papierstoff und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

In der Papierindustrie sind seit vielen Jahren Zentrifugalreiniger entwickelt worden, um kleine Teilchen mit größerem spezifischem Gewicht als die Papierfasern aus Schlämmen von Papierherstellungsfasern zu entfernen, insbesondere Altpapierstoff. Bei den zu diesem Zweck verwendeten Zentrifugalreinigern ist der Entleerungsauslaß am Scheitel (Spitze) des zylindrisch-konischen Behälters oder Kessels relativ klein im Verhältnis zum Einlaß und den Gutstoffauslassen, z.B. 3,175 mm (1/8 Zoll) Durchmesser im Vergleich zu 15,875 mm (5/8 Zoll) Durchmesser für die anderen zwei öffnungen in einer herkömmlichen Reinigungsvorrichtung mit einem Durchmesser von 76,2 mm (3 Zoll). Bei solchen Reinigungstätigkeiten ist deshalb der Ausschußabfluß durch den Scheitelauslaß entsprechend klein im Vergleich zu dem Gutstoffstrom, z.B. 3 % bzw. 97 %.

So ziemlich in den letzten Jahren sind auch Zentrifugalreiniger verwendet worden, um Papierfaserschlämme zu fraktionieren als auch um gute Papierfasern aus Verunreinigungen sehr ähnlicher oder kleinerer spezifischer Gewichte zu separieren, und zwar unter Modifikation des Aufbaus und/oder des Betriebes einer herkömmlichen Reinigungsmaschine, um Betriebsbedingungen vorzusehen,

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welche dafür sorgen, daß die gute Paser durch den Scheitelauslaß als Gutstoffströmung entleert wird, während die leichten Stoffe als Ausschuß durch den Basis-(Oberseite)Auslaß entleert werden, der beim kommerzionellen Zentrifugalreinigen der Gutstoff auslaß ist. Ein derartiger modifizierter Betrieb von Zentrifugalreinigern zum Fraktionieren von Mischungen aus Frühholz- und Spätholzpapierfasern ist in den US-Patentschriften 3 085 927 (Pesch) (1963) und 3 912 579 (Malm) (1967) beschrieben. In keiner dieser Patentschriften ist eine Fließbereichänderung irgendeiner öffnung der dort erwähnten herkömmlichen Zentrifugalreinigungsvorrichtung empfohlen.

In der US-PS 3 486 619 (Grundelius et al), 1969, ist die Verwendung eines Zentrifugalreinigers zum Trennen von Holzsplittern bzw. Stoffbatzen und anderer unerwünschter leichter Teilchen aus dem Papierfaserschlamm durch unter gesteuerten Bedingungen gehaltenem Betrieb beschrieben, durch welche die gute Faser durch den Scheitelauslaß entleert wird und die Holzsplitter und die anderen Verunreinigungen durch den normalen Gutstoff auslaß in der Basis der Reinigungsvorrichtung ausströmen gelassen werden. Grundelius et al betonten die Bedeutung, für ihre Zwecke dasselbe Durchströmungsvolumen aufrecht zu erhalten, welches für die Reinigungsvorrichtung normal war, wenn diese für herkömmliche Reinigungszwecke im Hinblick auf Verunreinigungen größeren spezifischen Gewichtes als Papierfasern benutzt wurde, und sie empfahlen, daß die gewünschten, relativen Entleerungsflußbedingungen dadurch gewährleistet und aufrecht erhalten werden könnten, daß der wirksame Fließbereich des

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Scheitelauslasses größer als der des Basisauslasses gestaltet wird und alternativ mit Hilfe von Drosselventilen, die vorzugsweise am Basisauslaß wirken.

In der US-PS 3 912 579 (Braun), 1975, ist die Verwendung eines modifizierten, konventionellen Zentrifugalreinigers beschrieben, und zwar für das Entfernen gewisser Verunreinigungen, die in im Handel befindlichem Abfallpapier enthalten sind, nämlich Druckfarbenpapier, Tonerden, Pigmentfüller und Harzstoffe, die beim Beschichten, Drucken, Laminieren und Binden benutzt werden. Nach dieser Patentschrift erfolgt ein "umgekehrtes" Zentrifugalreinigen in einem herkömmlichen Zentrifugalreiniger, der dadurch modifiziert ist, daß sein Scheitelauslaß so vergrößert ist, daß er näher an den gleichen Fließbereich wie der Basisauslaß kommt, wobei die speziellen Durchmesser für eine 76,2 mm (3 Zoll) Reinigungsvorrichtung 12,7 mm (1/2 Zoll) bzw. 15,875 mm (5/8 Zoll) betragen.

Braun beschreibt, daß der Durchfluß bzw. die durchgehende Strömung von demselben Wert, wie er für das "normale" Zentrifugalreinigen verwendet wird, bis zu einem erheblich größeren Wert als dem Normalwert sich erstrecken könnte, wobei spezielle Beispiele für ein 76,2 mm ( 3 Zoll) Reinigungsgerät etwa 83,3 und 126,8 1 pro Minute (22 und 33,5 Gallonen pro Minute) sind, die Ansprüche dieser US-Patentschrift beschränken sich aber auf einen erheblich größeren als den normalen Durchfluß sowie auf eine Strömung durch die Scheitelauslaßöffnung, die mindestens so groß ist wie die Strömung durch die Basisauslaßöffnung, wo-

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bei das spezielle Beispiel 55 % Gutstoffströmung durch die Scheitelöffnung und 45 % Ausschußströmung durch die Basisöffnung gegeben sind.

Es sollte auch auf zwei US-Patentschriften des Anmelders Bezug genommen werden. In der US-PS 3 849 245 (Marsh et al), 1974, ist die Benutzung der umgekehrten Zentrifugalreinigung zwecks Eliminierung von Fett aus einem Papierfaserschlamm beschrieben, der durch Abfall bzw. Müll verunreinigt ist, wobei die Maße der verschiedenen Öffnungen in dem Zentrifugalreiniger dieselbe Größenordnung haben wie bei der US-PS Braun. Auch dort wird die Benutzung eines zu reinigenden Stoffes mit niedriger Konsistenz betont, d.h. mit 0,3 bis 0,7 % Feststoffen am unteren Ende. - —

In der US-PS 3 849 246 (Raymond et al), 1974, wird das Eliminieren oder Beseitigen von schmelzbaren Verunreinigungen betont, wie z.B. Fett und Wachs, und zwar aus Altpapierschlämmen durch umgekehrtes Zentrifugalreinigen nach dem Erwärmen des Schlammes auf eine Temperatur, bei welcher die Verunreinigungen ausreichend erweicht werden, so daß man sie von den Fasern separieren kann, an welchen sie im Kaltzustand zu haften trachten. Im übrigen entspricht die Beschreibung nach Raymond et al hinsichtlich der Maße und Betriebsbedingungen des Umkehrzentrifugalreinigers eng denen bei der US-PS Marsh et al.

Zusammenfassend war der Stand des bekannten Umkehrzentrifugalreinigens im Zeitpunkt der Erfindung tatsächlich so, daß .

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bevorzugte Betriebsbedingungen gegeben waren, welche die Verwendung herkömmlicher 76,2 mm- (3 Zoll) Zentrifugalreiniger verlangten, die durch Vergrößerung des Scheitel- (des Spitzen-) Auslasses auf nahezu die gleiche Größe wie die der Einlaßöffnung und des Basis- (oberen) Auslasses modifiziert worden waren, und auch einen höheren Druckabfall und Durchströmungsgeschwindigkeit verlangten als für das normale Zentrifugalreinigen, wobei die Erwärmung des Schlammes bevorzugt war, wenn die zu beseitigenden Verunreinigungen schmelzbar waren. Die Ausführungen in den Druckschriften stimmten auch mit jenem wirksamen umkehrzentrifugalreinigen überein, welches für eine niedrige Konsistenz verlangt wurde, nämlich 0,3 bis 0,7 % Feststoffe.

Die vorliegende Erfindung wurde wegen einer kürzlich steigenden Notwendigkeit der Sekundärfaserindustrie nach verbesserten Techniken zum Eliminieren oder Ausscheiden zweier Hauptverunreinigungsarten entwickelt, die als Teilchen auftreten, welche eine zu ähnliche Größe zu der der Papierfasern zum Eliminieren oder Ausscheiden durch Sieben haben und deren spezifische Gewichte sich nicht ausreichend von denen der Papierfasern unterscheiden, um sie mit konventionellen Zentrifugalreinigungstechniken zu eliminieren. Diese zwei Klassen von Verunreinigungen, die insbesondere in Abfallwellpappenpapierprodukten vorherrschen, die in breitem Rahmen bei Sekundärfasertätigkeiten benutzt werden, sind Wachse und Heißschmelzbeschichtungen, und die Erfindung schafft verbesserte Systeme und Verfahren, um solche Verunreinigungen durch Umkehrzentrifugalreinigen in wirksamer Weise zu separieren.

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- JA -

Erfindungsgemäß hat man festgestellt, daß einige der Bedingungen und Grenzen, die nach dem Stand der Technik für wesentlich angesehen wurden, für ein erfolgreiches Umkehrzentrifugalreinigen nicht gültig waren und daß durch Modifizieren der Kennzeichen und Betriebsbedingungen einer Umkehrzentrifugalreinigungsvorrichtung es möglich wird, unerwartet bessere Ergebnisse als nach der bekannten Praxis zu erwirken, und zwar in einer bemerkenswerten Anzahl von Richtungen bzw. in vieler Hinsicht, einschließlich der folgenden:

1. Höhere Beschickungskonsistenzen sowie höhere Beschickungsströme in Form des Fasergehaltes der Zuführströmung.

2. Höhere Gutstoffgesamtproduktion pro Reinigungsvorrichtung, und zwar sowohl infolge der höheren Konsistenz der Zufuhrströmung als auch einer höheren Gutstoffströmung in Begriffen oder in Form von Litern (Gallonen) pro Minute.

3. Wirksamere Benutzung der Zuführpumpenenergie aufgrund der Tatsache, daß der Hauptdruckabfall innerhalb der Reinigungsvorrichtung selbst für Reinigungszwecke erfolgt statt über seine Entleerungsauslässe.

4. Minimaler Verlust an Energie und Reinigungswirkungskraft aufgrund der Reibung in dem kleineren Ende der Reinigungsvorrichtung.

5. Minimale Turbulenz neben dem Einlaßende der Einlaßöffnung mit daraus folgendem verbessertem Reinigungs-

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wirkungsgrad.

6. Verringerte Erfordernisse der Eindickerleistung abstromig zu der Reinigungsstation wegen der höheren Konsistenz des Gutstoffstromes.

Die baulichen Kennzeichen der Reinigungsvorrichtungen, die erfindungsgemäß verwendet werden, um diese betrieblichen Vorteile zu erreichen, weisen die Verwendung von erheblich größeren öffnungen auf als sie beim Stand der Technik früher empfohlen wurden. Beispielsweise hat der in der US-PS Braun beschriebene 76,2 mm- (3 Zoll-) Reiniger eine Einlaßöffnung, deren Fließbe-

reich 1,97 cm (0,307 Quadratzoll) beträgt, und eine Basisent-

leerungsöffnung, deren Pließbereich auch 1,97 cm (0,307 Quadratzoll) beträgt, und die einzige, von Braun empföhle bauliche Modifikation war die Vergrößerung der Scheitelöffnung

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auf einen Fließbereich von 1,26 cm (0,196 Quadratzoll) von der

Größe 0,07742 cm² (0,012 Quadratzoll), die herkömmlich bei solchen Reinigungsvorrichtungen vorgesehen ist. Im Gegensatz dazu hat eine 76,2 mm- (3 Zoll-) Reinigungsvorrichtung, die in der Praxis erfindungsgemäß verwendet wird, eine Einlaßöffnung, deren Fließbereich mehr als doppelt so groß ist wie von Braun vorge-

schlagen, nämlich 4,032 cm (0,625 Quadratzoll), und die Entleerungsöffnungen dieser Reinigungsvorrichtung sind um noch größere

Faktoren größer als von Braun vorgeschlagen, nämlich 5,712 cm

(0,887 Quadratzoll) und 6,719 cm² (0,994 Quadratzoll) für den Scheitel- bzw. Basisauslaß.

Die praktische Bedeutung dieses Unterschiedes in den öffnungs-

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größen erkennt man leichter durch den Vergleich des gesamten Fließbereiches durch die Entleerungsöffnungen beim Einlaßfließbereich. Bei der US-PS Braun ist also der gesamte Entleerungs-

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fließbereich 3,256 cm (0,503 Quadratzoll) im Vergleich zu 1,970 cm (0,307 Quadratzoll) für den Einlaß oder ein Verhältnis von etwa 5 : 3. Bei dem bevorzugten Beispiel gemäß der

Erfindung beträgt der gesamte Entleerungsfließbereich 12,129 cm

(1,881 Quadrätzoll) im Vergleich zu 4,032 cm² (0,625 Quadratzoll) für die Einlaßöffnung oder ein Verhältnis von etwa 3:1. Deshalb gibt es eine entsprechend größere Verlangsamung des Stoffftusses innerhalb der Reinigungsvorrichtung, so daß die Wirkung des sich ergebenden, wesentlichen Druckabfalls in der Reinigungsvorrichtung auf das erwünschte Reinigen oder Schichttätigkeit bzw. das Schichten konzentriert wird. Noch wichtiger ist die viel größere Einlaßöffnung in den Reinigungsvorrichtungen gemäß der Erfindung, welche entsprechend die Leistung der Reinigungsvorrichtung ebenso wie die Stoffkonsistenz vergrößert, die mit Erfolg von dem Reiniger gehandhabt werden kann.

Ein weiteres wichtiges und neues Merkmal des Umkehrzentrifugalreinigers gemäß der Erfindung ist die Schaffung einer Einlaßöffnung, die im wesentlichen rechteckig ist, wobei deren lange Seiten parallel zur Achse der Reinigungsvorrichtung liegen und eine kurze Seite mit der Basis der Reinigungsvorrichtung zusammenfällt. Hierdurch wird eine Einlaßströmung in der Form eines Bandes mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt hervorgerufen, welches in die Reinigungsvorrichtung gleichmäßig eintritt und sich in dieser gleichmäßig und mit einem Minimum an

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Turbulenz schnell zu drehen beginnt, wobei die Turbulenz bei der Wiederanordnung einer eintretenden Strömung kreisförmigen Querschnittes auf den notwendigen rechteckigen Querschnitt wie bei den bekannten Reinigungsvorrichtungen zugegen ist. Diese Turbulenz verbraucht Zufuhrpumpenergie und verzögert auch den Anfang des Schichtungsprozesses in der Reinigungsvorrichtung, und die Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist daher sowohl bezüglich der Pumpenergie als auch der Reinigung entsprechend wirksamer.

Die erfindungsgemäße Verwendung viel größerer Ausflußöffnungen ist auch vorteilhaft, insbesondere für den Scheitelauslaß für den Gutstoff, der näherungsweise viermal größer ist als bei einer Reinigungsvorrichtung, die nach der US-PS Braun aufgebaut ist. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage hat das erwünschte Aufschichten schwerer und leichter Fasern schon stattgefunden, bevor der Stoff sich dem kleinen Ende der Reinigungsvorrichtung nähert. An dieser Stelle hat sich die Konsistenz des Gutstoffes bis zu einem Punkt erhöht, wo ein weiteres schnelles Sichdrehen einen minimalen Schichtungseffekt hat, und er fließt einfach mit einem Minimum an Reibverlust mit erheblich höherer Konsistenz als der des zugeführten Stoffes heraus, d.h. mit 1,6 bis 2,6 % Feststoffen, während die Konsistenz des zugeführten Stoffes im Bereich von 1,0 bis 1,5 % liegt.

Diese Beschickung von erhöhter Konsistenz im Vergleich zum Stand der Technik wurde ermöglicht durch die erheblich größeren

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öffnungen, die erfindungsgemäß verwendet werden. Während also im Stand der Technik die Notwendigkeit niedriger Konsistenzen gelehrt wird, d.h. 0,51 % nach der US-PS Braun und weniger als 0,7 % nach der US-PS Marsh et al, hat die experimentelle Verwendung der Erfindung erbracht, daß sie mit Erfolg mit Beschikkungskonsistenzen praktiziert werden kann, die eine Höhe von 1,5 % haben, wodurch drei bedeutende praktische Vorteile der Erfindung geschaffen werden. Die Verminderung der gesamten volumetrischen Beschickungsströmung von 1/2 auf 2/3 reduziert nicht nur die Größen- und Energieerfordernisse der Zuführpumpe, sondern reduziert auch die Gesamtzahl der für eine gegebene Gesamtproduktionsbasis erforderlichen Reinigungsvorrichtungen. Zusätzlich verringert die erhöhte Konsistenz des Gutstoffes, d.h. 1,6 bis 2,6 % im Vergleich zu 0,82 % nach der US-PS Braun, entsprechend die erforderliche Leistung des Eindickergerätes abstromig von der Reinigungsstation sowie das Volumen an Flüssigkeit, welches von dem übrigen Teil der Anlage gehandhabt werden muß.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht unter Darstellung eines Systems für die praktische Durchführung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Axialschnittansicht einer Umkehrreinigungseinheit gemäß der Erfindung und 909823/0656

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

Das in Fig. 1 gezeigte System bzw. die Anlage weist einen Pulperbehälter 10 auf, in welchem ein Rotor 11 sich über einer Abziehplatte 12 dreht, die mit Perforationen geeigneter Größe versehen ist, gewöhnlich mit einem Durchmesser im Bereich von 12,7 bis 25,4 mm (1/2 bis 1 Zoll). Ein Förderer 13 bringt das Altpapiermaterial zu dem Behälter 10. Eine Grobstoff-Austragvorrichtung 15 ist neben dem Behälter bzw. Pulper 10 zur Aufnahme von Ausschußstoffen schweren spezifischen Gewichtes angeordnet, wie z.B. Metall im Brechgut, und zwar aus dem Pulper 10 durch eine Rutsche 16. Wasser wird kontinuierlich dem Pulper durch eine Leitung 18 durch die Grobstoff-Austragvorrichtung 15 und die Rutsche 16 zugeführt. Ein für die praktische Durchführung gemäß der Erfindung geeigneter Pulper ist in der US-PS 3 339 859 (Feiton et al), und Einzelheiten der Grobstoff-Austragvorrichtung sind in der US-PS 3 549 092 (Baxter) gezeigt.

Gewöhnlich arbeitet der Pulper 10 kontinuierlich bei Zugabe von zusätzlichem Altpapier und Wasser mit Geschwindigkeiten, welche den Feststoffgehalt des Gemisches in dem Behälter für eine wirksame Pulpentätigkeit in dem erwünschten Bereich halten, gewöhnlich 3 bis 6 %. Ein Schlamm aus Wasser und Bruchstückmaterial wird kontinuierlich unten aus der Abzugsplatte 12 durch eine Pumpe 20 abgezogen. Da man erwarten kann, daß dieser Schlamm eine erhebliche Anzahl von Teilchen mit Verunreinigun-

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gen hohen spezifischen Gewichtes enthält, wie z.B. Metall und Glas, wird er bevorzugt von der Pumpe 20 zu einem Hydrozyklon 22 zugeführt, zum Entfernen solcher Verunreinigungen für den Austrag aus dem System, wie bei 23 gezeigt.

Der Gutstoffschlamm aus der Reinigungsvorrichtung 22 wird durch eine Leitung 24 einem Sieb 25 zugeführt, welches einen Aufbau haben kann, wie es in der US-PS 3 970 548 (Seifert et al) gezeigt ist und einen Siebzylinder aufweist, der mit Perforationen einer solchen Größe versehen ist, daß er nur im wesentlichen vollständig zerfasertes Papier und Teilchen ähnlicher Größe durchläßt. Bevorzugte Ergebnisse sind mit einem solchen Sieb erhalten worden, wobei die Perforationen einen Durchmesser im Bereich von 0,127 mm bis 0,254 mm (0,050 bis 0,100 Zoll) haben, z.B. 0,15748 mm (0,062 Zoll). Das vom Sieb 25 abgewiesene Material kann dem Pülperbehälter 10 durch Leitung 26 wieder zurück zugeführt werden oder kann einem Ausschußsystem oder Grobstoffsystem 27 zugeführt werden, und der Gutstoff wird durch Leitung 28 einem mit einer geeigneten Rühreinrichtung 31 versehenen Speicherkasten 30 zugeführt.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Behandlung des Schlammes im Kasten 30, um die gute Faser von den leichten Bestandteilen, z.B. insbesondere Wachsteilchen und Teilchen aus Heißschmelzharzbeschichtungen, abzutrennen, und auch um feine Faserteilchen abzutrennen. Zu diesem Zweck wird Stoff aus dem Kasten 30 durch eine Leitung 32 und eine Pumpe 33 zu

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einer Umkehrzentrifugalreinigungsvorrichtung zugeführt, die allgemein mit 35 bezeichnet ist. Typisches Beispiel einer solchen Reinigungsvorrichtung ist in größerer Einzelheit in Fig. 2 gezeigt, wobei die Reinigungsvorrichtung 35 als in einem Gehäuse 40 enthalten gezeigt ist, dessen Inneres durch Trennwände 41, 42 in eine Zuführkammer 43, Gutstoffkammer 44 und Ausschußkammer 45 aufgeteilt ist. Jede Kammer ist mit ihrer eigenen öffnung 46 bzw. 47 bzw. 48 versehen.

Die Reinigungsvorrichtung 35 weist einen rohrförmigen Hauptkörper 50 auf, dessen Inneres über einen wesentlichen Teil seiner Länge zylindrisch und in seinem unteren Teil kegelstumpfförmig ist. Ein Gehäuse 51 ist auf das untere Ende des Hauptkörpers 50 aufgeschraubt, und ein Spitzenstück 52 ist in dem Gehäuse 51 durch eine Halteschraube 53 gemäß Darstellung befestigt. Das Innere des Spitzenstückes 52 bildet eine Verlängerung des verjüngten inneren des Gehäuses 50 und mündet in einer zylindrischen Bohrung 54, die zum Entleerungsauslaß 55 führt.

Das Gehäuse 51 hat eine oder mehrere radial angeordnete öffnungen 56, die einen Gestamfließbereich vorsehen, der größer als der des Auslasses 55 ist, und die zum Inneren der Gutstoffkammer 44 führen. Das untere Ende des Gehäuses 52 ist durch eine Gewindekappe 57 verschlossen, die über eine öffnung in der Endwand des Gehäuses 50 verläuft und die Gehäusewand gegen das Ende des Gehäuses 51 verklammert. Die Trennwand 41 ist in gleicher Weise zwischen dem Gehäuse 52 und dem Hauptkörper 50

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verklammert bzw. festgeklemmt, und die Trennwand 42 ist zwischen dem oberen Ende des Hauptkörpers 50 und demjenigen Teil 60 festgeklemmt, der mit Gewinde in das obere Ende des Gehäuses eingeschraubt ist und einen Wirbelfinder 61 einschließt, welcher den sich in die Ausschußkammer 45 öffnenden Entleerungsauslaß 62 einschließt. Die Einlaßöffnung 65 führt aus der Zuführkammer 4 3 tangential in das Innere des Gehäuses 50 hinein, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und sie hat rechteckige Gestalt, wobei ihre langen Seiten parallel zur Zentralachse des Gehäuses sind und eine kurze Seite mit der Basis des Körpers 50 zusammenfällt.

Bei einer besonderen Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung, die gemäß Darstellung in Fig. 2 zur Durchführung der Erfindung aufgebaut ist, hat das zylindrische Teil des Inneren des Hauptkörpers 50 einen Durchmesser von 76,2 mm (3 Zoll) und ist 30,48 cm (12 Zoll) lang. Das kegelstumpfförmige Teil ist verjüngt mit einem eingeschlossenen Gesamtwinkel von 7,3° zu einem Entleerungsauslaß 55 hin, der einen Durchmesser von 2,699 cm (1,0625 Zoll) hat und deshalb einen minimalen Fließ-

bereich von 5,712 cm (0,887 Quadratzoll) hat. Es kann vorteilhaft sein, die axiale Ausdehnung des Auslaßteils durch Ansenken des größten Teils des Auslaßendes der Bohrung 54 zu begrenzen. Der Entleerungsauslaß 62 durch das Teil 60 an der Basis der Reinigungsvorrichtung ist zylindrisch und hat einen Durchmesser von 2,857 cm (1,125 Zoll) mit einem Fließbereich von

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6,419 cm (0,994 Quadratzoll). Die Einlaßöffnung 65 hat eine Breite von 7,937 mm (0,3125 Zoll) und eine Länge von 5,08 cm

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(2 Zoll) und schafft einen Querschnittsfließbereich von 4,032

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cm (0,625 Quadratzoll) im Vergleich zu einer kreisförmigen Einlaßöffnung mit einem Durchmesser von 15,875 mm (5/8 Zoll) was bei 76,2 mm- (3 Zoll-) Reinigungsvorrichtungen konventionell ist, und hat einen Fließbereich von 1,97 cm (0,307 Quadratzoll).

Im Betrieb wird der zu reinigende Schlamm der Zuführkammer mit einem geeigneten Druck zugeführt, damit er mit der gewünschten Fließrate und Geschwindigkeit in die Einlaßöffnung 65 eintritt, z.B. 3,52 kg/cm² (50 psi) für 208 l/Minute (55 Gallonen/Minute) mit einer Geschwindigkeit von nahezu 8,534 m/ Sekunde (28 Fuß/Sekunde). Unter diesen Versuchsbedingungen

2 sind die Druckabfälle zu den zwei Auslassen jeweils 2,81 kg/cm (40 psi) zum Gutstoffauslaß 55 und 3,16 kg/cm (45 psi) zu dem Ausschußauslaß 62. Die Strömungen durch diese zwei Auslässe sind jeweils 45 % und 55 % der Beschickungsströmung, aber 80 85 % der Faser strömt durch den Scheitelauslaß 55 aus, während nur 15 - 20 % durch den Basisauslaß 62 mit der größten Menge der leichten Verunreinigungen ausströmen gelassen wird. Falls diese jeweiligen Bedingungen bzw. Zustände nicht naturgemäß zu dem Zuführfluß und zu Öffnungsmaßen gemäß vorstehender Beschreibung führen, können sie durch eine geeignete Rückdrucksteuerung aufrecht erhalten werden, vorzugsweise durch Vorsehen eines geeigneten Drosselventils 66 in der Entleerungsleitung 67 aus der Reinigungsvorrichtung 35 in Fig. 1

Man hat es bei der praktischen Durchführung gemäß der Erfindung sowohl für effektiver als auch hinsichtlich des Wirkungs-

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grades besser gefunden, zwei oder mehrere Umkehrzentrifugalreiniger in Serie zu verwenden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wo die Ausschußstoffe aus der Reinigungsvorrichtung 35 durch eine Pumpe 71 einer zweiten ähnlichen Einheit 70 zugeführt werden, wobei der Gutstoff aus diesen beiden Reinigungsvorrichtungen zu einer gemeinsamen Leitung 72 gefördert wird, welche zur nächsten Verarbeitungsstation 75 führt. Die Ausschußleitung 77 von der Reinigungsvorrichtung 70 kann erwünschtenfalls zu einer tertiären Reinigungsvorrichtung führen oder als Ausschußauslaß des Systems dienen.

Die Station 75 kann eine konventionelle Zentrifugalreinigungsvorrichtung aufweisen, wenn der Gutstoff aus den Umkehrreinigungsvorrichtungen 35 und 70 noch Verunreinigungsteilchen mit hohem spezifischem Gewicht enthält. Normalerweise weist sie auch eine herkömmliche Eindickervorrichtung auf, aus welcher das Siebwasser oder Abwasser der Pumpenstation zurück zugeführt werden kann, wie durch die Leitung 80 angezeigt ist, während der Gutstoff abstromig weitergeführt wird, wie durch die Leitung 81 angezeigt ist.

Der Betrieb des Systems der Fig. 1 nach der obigen Beschreibung bietet erhebliche praktische Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, und zwar in vieler Hinsicht. Mit dem rechteckigen Aufbau, der Einlaßöffnung 65 gemäß Darstellung, deren radiale äußere Seite tangential zur inneren Oberfläche des Hauptkörpers 50 zusammenfließt, tritt der Stoff in die Reinigungsvorrichtung als ein Band mit rechteckigem Querschnitt ein, das ohne Unter-

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brechung längs der inneren Oberfläche des Hauptkörpers 50 strömt, und diese bandartige Strömung beginnt deshalb sofort,sehr schnell in dem Körper 50 spiralförmig zu verlaufen,

sich
wodurch entsprechend sofort eine Zentrifugalkraft und die sich ergebende, erwünschte Schichtungswirkung entwickeln. Im Gegensatz dazu gibt es in konventionellen Reinigungsvorrichtungen, in welchen die Einlaßöffnung im Querschnitt kreisförmig ist und die deshalb an ihrem inneren Ende länglich, d.h. mehr lang als breit, ist, eine erhebliche Turbulenz, wenn der eintretende Stoff sich selbst wieder in seine rechteckige Gestalt formt oder anordnet, wodurch sowohl Pumpenergie verloren geht als auch der Beginn der Zentrifugalreinigungstätigkeit verzögert wird.

Diese Leistungsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit dem ziemlich großen Einlaß und den Entleerungsöffnungen begünstigt die Verwendung erheblich höherer Stoffkonsistenzen und trägt zu weiteren Vorteilen bei. Zum Beispiel ist die volumetrische Strömung bei einer Konsistenz von 1,5 % für den Beschickungsstoff, was bei Reinigungsvorrichtunggen gemäß der Erfindung zweckmäßig ist, nur etwa 1/3 von der des Stoffes mit einer Konsistenz von 0,512 %, wie in der oben erwähnten ÜS-PS Braun beschrieben ist, und die Konsistenz des Gutstoffes beträgt etwa 2,66 % im Vergleich zu 0,838 % nach der US-PS Braun. Hierdurch wird ein erheblicher Vorteil sowohl hinsichtlich der Hauptkosten der Zuführpumpe als auch der für deren Betrieb erforderlichen Energie vorgesehen. Ebenso sind die Anforderungen an den Eindicker nach dem System von Braun etwa das 2 1/2-fache von denen der Eindickervorrichtung an der

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Station 75 in der Anlage gemäß Fig. 1. Auch hierdurch werden die Kosten des an der Eindickerstation benötigten Hauptgerätes entsprechend wirtschaftlicher.

Zusätzlich zu der Handhabung von Stoff mit erheblich höherer Konsistenz als bei den bekannten Umkehrreinigern ist auch die volumetrische Rate oder Geschwindigkeit des Flusses für die Reinigungsvorrichtung der Erfindung erheblich höher als im bekannten Fall, nämlich um einen Faktor von mehr als 2,

2 wie im Vergleich des Fließbereiches von 4,032 cm (0,625 Quadratzoll) für die Einlaßöffnung 55 gezeigt, im Vergleich zu 0,776 cm (0,307 Zoll) für die Einlaßöffnung nach der oben genannten US-PS Braun. Somit bietet die Erfindung als Gesamtproduktion der Faser pro Reinigungseinrichtung eine Steigerung um einen Faktor von 6 gegenüber der Lehre nach der vorgenannten US-PS Braun.

Der bedeutend höhere Wirkungsgrad des Umkehrreinigungssystems gemäß der Erfindung wird auch auf andere Weise durch die Gestaltung der Reinigungsvorrichtung selbst unterstützt. Beispielsweise machen die großen Austragsöffnungen die Reibverluste beim Durchfließen durch dieselben, welche Pumpenergie verbrauchen, minimal und die ziemlich niedrige Geschwindigkeit der Entleerungsströmung und die niedrige Geschwindigkeit der Drehung des Gutstoffes, wenn er sich dem Gutstoffauslaß 55 nähert, bedeuten, daß der Primäreffekt des Druckabfalles in der Reinigungsvorrichtung nun auf die Reinigung verwendet werden kann, insbesondere in dem zylindrischen Teil der Reini-

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gungsvorrichtung, wo die Stoffkonsistenz die niedrigste ist und wo die Reinigungstätigkeit unmittelbar aufgrund der bandartigen Einlaßströmung, wie schon beschrieben, beginnt.

Insgesamt schafft das Umkehrzentrifugalreinigen gemäß der Erfindung erhebliche praktische Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren in den wichtigen Bereichen sowohl der Investitionsais auch der Betriebskosten, zumindest bei allen folgenden Punkten:

a) verminderte Pumpenergie auf der Basis der Gesamtproduktion der Gutstoffaser,

b) höhere Erträge als Gesamtproduktion der Gutstoffaser pro Tag für dasselbe Volumen an Beschickungsstoff,

c) reduzierte Gesamtanzahl von Reinigungsvorrichtungen auf der Basis der Gesamtproduktion von Gutstoffaser pro Tag,

d) verminderte Anforderungen an die Eindickerlefebung auf der Basis der Gesamtproduktion der täglichen Gutfaser,

e) verbesserter Reinigungswirkungsgrad im Sinne der Energieerfordernisse für eine gegebene Gesamtproduktion an Gutstoffaser.

Die Erfindung ist mit der obigen Beschreibung in Verbindung mit 76,2 mm- (3 Zoll-) Reinigungsvorrichtungen entwickelt worden, und die speziellen Maße, Drücke und die anderen in Verbindung

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mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erwähnten Werte wurde gefunden, um die Reihe von unerwarteten wesentlichen Vorteilen gemäß vorstehender Diskussion hervorzurufen. Die Prinzipien der hier definierten Erfindung sind auch anwendbar auf Reinigungsvorrichtungen mit anderen Größen, solange die Verhältnisse der verschiedenen Faktoren im wesentliehen beibehalten werden, die in Verbindung mit einer 76,2 mm- (3 Zoll-) Reinigungsvorrichtung beschrieben wurden.

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Leerseite

Claims

The Black Clawson Company 605 Clark Street, Middletown, Ohio 45042, USA

Verfahren zum Abtrennen von Papierstoff und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Priorität^ 28. November 1977 in USA Serial No. 855 157

Patentansprüche

(Verfahren zum Abtrennen von Papierherstellungsfasern aus leichten Verunreinigungen niedrigerer spezifischer Gewichte, dadurch gekennzeichnet, daß ein pumpfähiger wäßriger Schlamm gebildet wird, in welchem die festen Bestandteile im wesentlichen aus Papierfasern und einem oder mehreren leichten Verunreinigungen bestehen, wie z.B. Wachs- und Kunststoffstücke, die eine ähnliche Größe

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Postschedc. Frankfurt/Main 67 63-602

Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276 807

ORIGINAL INSPECTED

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und ein ähnliches spezifisches Gewicht wie Papierfasern haben, der Schlamm einem zylindrisch-konischen Behälter zugeführt wird, dessen tangential angeordnete Einlaßöffnung neben seiner Basis angeordnet ist und dessen Auslaßöffnungen im Scheitel und der Basis vorgesehen sind, daß die Beschikkungsströmung zu der Einlaßöffnung hinreichend hoch und unter einem ausreichenden Druck derart gehalten wird, daß in dem Behälter Zentrifugalkraftzustände entwickelt werden, die eine Wirbeltrennung des Schlammes innerhalb des Behälters hervorrufen, und zwar in eine äußere Fraktion, welche die große Mehrzahl der Papierfasern enthält, und eine innere Fraktion, welche die große Mehrheit der leichten, verunreinigenden Materialien enthält, wobei Entleerungsströme der äußeren und inneren Fraktionen durch die Scheitel- bzw. Basisöffnungen hervorgerufen werden, daß jede der Scheitel- und Basisöffnungen einen größeren Fließbereich als die Einlaßöffnung bildet, derart, daß ein Gesamtfließbereich durch die Auslaßöffnungen vorgesehen wird, der im wesentlichen größer als die Einlaßöffnung ist, und daß die Entleerungsströme separat wieder aufbereitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerungsströme durch beide Auslaßöffnungen in bestimmtem Verhältnis derart beibehalten werden, daß der Teil der äußeren Fraktion, welche durch die Scheitelöffnung als Gutstoff entleert wird, weniger als die Hälfte der Beschickungsströmung darstellt.

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3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10-30) zur Bildung eines pumpfähigen, wäßrigen Schlammes vorgesehen ist, in welchem die Feststoffbestandteile im wesentlichen aus Papierfasern und einer oder mehreren leichten Verunreinigungen bestehen, wie z.B. Wachs- und Kunststoffbruchstücke mit ähnlicher Größe und ähnlichem spezifischem Gewicht wie Papierfasern, ein zylindrisch-konischer Behälter (50), eine tangential angeordnete Einlaßöffnung (65) neben seiner Basis und Auslaßöffnungen (55, 62) in seinem Scheitel und seiner Basis aufweist, eine Zuführeinrichtung (33) für den Schlamm zu der Einlaßöffnung (65) mit hinreichend hoher Fließrate und unter ausreichendem Druck vorgesehen ist, um in dem Behälter (50) Zentrifugalkraftzustände zu entwickeln, welche eine Wirbeltrennung des Schlammes innerhalb des Behälters (50) hervorrufen, und zwar in eine äußere Fraktion, welche die Hauptmenge der Papierfasern enthält, und in eine innere Fraktion, welche die Hauptmenge der leichten Verunreinigungsstoffe enthält, und auch um Entleerungsströme dieser äußeren und inneren Fraktionen durch die Scheitelbzw. Basisöffnungen hervorzurufen, daß jede der Scheitel- und Basisöffnungen einen größeren Fließbereich (56) hat als die Einlaßöffnung (65) derart, daß ein Gesamtauslaßöffnungs-

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fließbereich (56,) geschaffen wird, der erheblich größer als die Einlaßöffnung (65) ist, und daß eine Einrichtung (66, 71) zur getrennten Aufnahme der Entleerungsströme vorgesehen ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine

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Steuereinrichtung (66, 67) vorgesehen ist zur Aufrechterhaltung der Entleerungsströme durch beide Auslaßöffnungen (55, 62) in bestimmter Lage derart, daß der Teil der äußeren Fraktion, welcher durch die Scheitelöffnung (55) als Gutstoff entleert ist, weniger als die Hälfte der Zuführströmung darstellt.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Entleerungsleitung (67) aus der Scheitelöffnung (55) und ein Ventil (66) aufweist, welches die Strömung durch die Leitung (67) reguliert.
6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (65) rechteckig ist, wobei zwei Seiten derselben zur Mittelachse des Behälters (50) parallel sind und eine dritte Seite derselben mit der Basis des Behälters (50) zusammenfällt, derart, daß ein im wesentlicher bandförmiger Stofffluß in dem Behälter (50) zugeführt wird.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß einen mindestens doppelt so großen Flußbereich wie die Einlaßöffnung hat, die normalerweise bei herkömmlichen Zentrifugalreinigungsvorrichtungen mit demselben Durchmesser verwendet wird.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ümkehrzentrifugalreinigungsvorrichtung einen zylindrisch-konischen Behälter (50) aufweist mit einer

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tangential angeordneten Einlaßöffnung (65) neben seiner Basis und mit Auslaßöffnungen (55, 62) in seinem Scheitel und Basis, daß der zylindrische Teil des Behälters (52) einen herkömmlichen Innendurchmesser hat, die Einlaßöffnung (65) einen im wesentlichen größeren Fließmittelbereich hat als die Einlaßöffnung, wie sie herkömmlich in Reinigungsvorrichtungen dieses Innendurchmessers benutzt wird, und daß jede der Scheitel- und Basisöffnungen einen größeren Fließmittelbereich hat als die Einlaßöffnung (65), zur Schaffung eines Gesamtauslaßöffnungsfließmittelbereiches, der wesentlich größer als die Einlaßöffnung ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Behälters (50) im wesentlichen 76,2 mm ( 3 Zoll) beträgt und der Fließbereich durch die Einlaß-

öffnung (65) nicht erheblich kleiner ist als 4,032 cm (0,625 Quadratzoll).
10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (65) rechteckig ist und zwei Seiten hat, die parallel zur Mittelachse des Behälters (50) verlaufen, sowie eine dritte Seite hat, die mit der Basis des Behälters zusammenfällt, um einen im wesentlichen bandförmigen Stofffluß zu dem Behälter (5o) hin zu fördern.

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