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BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindun(l betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von mechanischem Faserstoff aus Schnitzel n oder anderen Stückchen,
wie Hackstücken, lignozellulosehaltigen Materials durch Zerfaserung des Schnitzelwerkstoffs
in einer Atmosphäre aus Dampf mit einer Temperatur von 100-200°C und entsprechendem
Dampfdruck wobei die eingespeisten , frischen Schnitzel durch Dämpfung mit Dampf
auf eine Temperatur von 80-100°C gebracht werden.
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In der Regel wird der zerfaserte Faserstoff zusammen mit Dampf in
ein Expansionsgefäss ausgeblasen, das z.B. ein Wirbelabscheider für Trennung von
Dampf und Faserstoff sein kann.
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Das Expansionsgefäss steht gewöhnlich unter atmosphärischem Druck,
und dann ist es leicht, eine nicht unwesentliche Einsparung von Dampf in den Behandlungsverlauf
dadurch zu erzielen, dass man den im Expansionsgefäss abgeschiedenen Dampf zur Erhöhung
der Temperatur der eintretenden frischen Schnitzel vor deren Einspeisung in das
Vorwärmgefäss des Zerfaserers auf 80-100°C ausnutzt.
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Bei Herstellung von verhältnismässig grobem Faserstoff mit einem
Mahl grad zwischen ungefähr 600-800 ml CSF (Canadian Standard Freeness) zur Herstellung
von beispielsweise Faserplatten oder als Grobfaserstoff zu nachfolgender Raffinierung
ist in der Regel die zur Zerfaserung zugeführte Energie so begrenzt, dass die entwickelte
Wärme nicht zur Erzeugung des Dampfs ausreicht, der zur Aufrechterhaltung von konstantem
Druck und konstanter Temperatur im Zerfaserer notwendi(l ist.
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Deswegen muss dem Vorwärmergefäss Fri s chdampf zugeführt werden um
die Schnitzel auf die LcrFJserungstealpcrat;ur zu brinflen.
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Dies gilt auch für den Fall, dass der beim Ausblasen des Fas ers toffs
austretende Dampf zur Vorwärmung der eintretenden Schnitzelmasse z.B. durch Dämpfen
auf 80-100 C vor ihrer Linspeisung in den Vorwirmer benutzt wird. Um unter den zuletzt
geschilderten Verhältnissen genügend Dampf zu erhalten, um die Schnitzel auf 90
C dämpfen und bei gleichbleibendem Druck
und konst.anl er Temperatur
bei der ZerFaserung halten zu können, muss die Zerfaserungsenergie mindestens 23H
kWh/t Faserstoff betragen. Ist daher der Bedarf an elektrischer Energie niedriger,
muss Frischdampf zugeführt werden auch wenn im Zerfaserer erzeugter Dampf ganz oder
teilweise in das Vorwärmergefäss zurückgeleitet wird. Diese Rückführung von Dampf
ist bisher nicht in technisch zufriedenstellender Weise gelöst worden, was zu einem
grossen Teil auf den kleinen Druckunterschied zwischen der Auslass-Seite des Zerfaserers
und dem mit dem Zerfaserer zusammengebauten Vorwärmergefäss beruht.
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Mit der vorliegenden Erfindung wurde nun jedoch eine ein -fache und
wirksame Lösung für die Rückführung von Dampf von der Auslass-Sei te des Zerfaserers
zu der Einlass-Seite des Vorwärmers gefunden, indem die Vorwärmung in zwei Druck.tufen
vorgenommen wird, von denen die erste Druckstufe, in die die gedämpften, frischen
Schnitzel eingespeist werden, mit der Auslass-Seite des Zerfaserers in Verbindung
und unter etwas niedrigerem Druck als die zweite Druckstufe steht, die ihrerseits
in Verbindung mit der Einlass-Seite des Zerfaserers steht und unter konstantem Druck
und bei gleichbleibender Temperatur gehalten wird, wobei der Vorschub der Schnitzel
zwischen der ersten Druckstufe und der zweiten derart vorgenommen wird, dass ein
Auslecken von Dampf aus der ersten Druckstufe in die zweite verhindert wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht zweckmässig
daraus, dass die Vorwärmung in zwei in Reihe geschalteten Druck-behältern ausgeführt
ist, von denen der erste Behälter, in den die gedämpften Schnitzel eingespeist werten,
mit der Auslass-Seite des Zerfaserers in Verbindung und unter etwas niedrigerem
Druck als der zweite Behalter steht, der seinerseits mit t der Einlass-Seite des
Zerfaserers zusammengebaut ist und unter konstantem Druck und bei konstanter Temperatur
gehalten wird, und dass für den Vorschub von warmen Schnitzel n von dem ersten Behälter
zu dem zweiten Behälter eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein Auslecken von Dampf
aus dem zweiten Behälter in den ersten verhindert, z.B. ein Schneckenförderer, der
die Schnitzel zu einem vorwärtsgleitenden, dampfdichten Pfropfen zusammendrückt.
In dieser Weise lässt
sich ein genügend grosser Druckunterschied
zwischen der Aus -lass-Seite des Zerfaserers und dem ersten Druckbehälter zustandebringen,
damit diesem Behälter Dampf schnell zugeführt und ein zweckmässiger Druck und eine
zweckmässige Temperatur in dem Behälter aufrecht erhalten werden kann. Der Druckunter-2
schied kann sich auf 0,5-2,0 kg/cm2 (ungefähr 50 kPa - 200 kPa) je nach der Natur
und Teilchengrösse des pflanzlichen Ausgangs -materials belaufen, ohne dass ein
nennenswerter Verlust an Wärme eintritt. Um in den zweiten Druckgefäss einen Druck
und eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die den Zerfaserllngshedirlgurlgen entsprechen,
muss dem Behälter eine kleinere Menge Dampf von zweckgeeiqnetem Druck zugeführt
werden, entweder in der Form von Frischdampf oder ganz oder teilweise als in dem
Zeriaserer erzeugter Dampf. Dies kann jedoch nur unter der Voraussetzung erfolgen,
dass die dort erzeugte Dampfmertge grösser ist als gebraucht wird, um den ersten
Druckbehälter unter zweckmässigem Druck und bei zweckgeeigneter Temperatur zu halten.
Sollte in besonders gelagerten Fällen der im Zerfaserer erzeugte Dampf nicht ausreichen,
um in dem zweiten Druckbehälter Druck und Temperatur konstant zu halten, muss der
Zusatz von Frischdampf in entsprechendem Grad vergrössert werden, was am besten
durch Vergrösserung der diesem Behälter zugeführten Dampfulenge erfolgt.
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Um in bester Weise einen faserfreien Dampf zu dem Druckbehälter zurückleiten
zu können, muss der Auslass des Zerfaserers an ein Sammelgefäss angeschlossen sein,
das unter denselben Druck wie dem im Zerfaserer herrschenden steht und für wirksames
Abscheidern des Faserstoffs aus dem Dampf ausgestaltet ist, beispielsweise als zylindrisches
Gefäss mit tangential angeordnetem Einlass und zentral angeordnetem Auslaß fr den
Dampf. Die in das Sammelgefäss ausgespeiste Faserstoffittasse wird in einen Expansionsbehälter
mittels einer Einrichturl(J überführt, die freien Dampf daran hindert, gleichzeitig
aus dem Sammelgefäss in den Expansionsbehälter uherzutreten, wie z.B. einen Schneckenförderer,
der den Stoff zu einem vorwärts gleitenden, dampfdichten Faserstoffpfropfen zusammenprest.
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Der Expansionsbehälter kann unter atmosphärischem Druck, niedrigerem
Druck oder auch höherem Druck stehen, jedoch stets einem niedrigerem als deni im
Zerfaserer. Die Wahl des zweckmässigen Drucks ist davon abhängig, ob der erhaltene
Faserstoff raffiniert werden soll, und unter welchen Tetuperaturbedingungen dies
geschehen soll und für welche Verwendung der Faserstoff bestimmt ist. Der Dampf,
der in dem Expansionsbehälter bei der darin vor sich gehenden Drucksenkung entbunden
wird, wird weggeleitet und kann je nach seinem Druck und seiner Temperatur für Dämpfung
von neu einzuspeisenden, frischen Schnitzeln oder Hackstücken oder auch zur Bereitung
von Warmwasser u.dg! . benutzt werden.
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Falls im Zerfaserersystem ein Uberschuss an Dampf entsteht, wird
dieser Uberschuss aus dem Sammelgefäss ausgeblasen und kann, wenn für zweckmässig
erachtet, mit dem bei der Drucksenkung im Expansionsbehälter entbundenen Dampf zusammengeführt
werden.
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In dem Falle, wo der GrobFaserstoff dazu bestimmt ist, raffiniert
zu werden, kann diese Raffinierbehandlung am besten in einem an den Expansionsbehälter
angeschlossenen Raffineur vorgenommen werden. In dieser Weise lässt sich der Faserstoff
mit hoher Konzentration, die sich auf annähernd 604X, belaufen kann, dem Raffineur
zuführen.
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In den Fällen wiederum, wo der fertige Faserstoff, sowohl der unraffinierte
als auch der raffinierte, höchstmöglichen Trockengehalt aufweisen soll, kann man
ihn dann, wenn der fertige Faserstoff mit t einer Temperatur von ting e fäh r 80-100
0C erhalten wird, mit Luft kühlen und hierbei eine gewisse Verdunstung von Feuchtigkeit
erhalten. Um die Verdunstung der Teuchtigkeit noch zu steigern, kann man die luft
durch rtas Warmwasser vorwärmen, das der vorgewärmten Schnitzeln bei deren Einspeisung
in die erste t)rucks tufe abgep rest wird.
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Bei dem Zusammenpressen vol Schnitzeln oder Faserstoff in Schraubenförderen
kann es notwendig sein, Wasser abzup t' es sen , damit der gebildete Pfrol,fen genügend
dicht wird.
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uni den Dampfdruck aushalten zu können. Deswegen müssen die Schneckenförderer
so gebaut sein, dass bei der Zusammenpressung abgeschiedenes Wasser abrinnen kann
und dem System hinter dem Schneckenförderer oder, falls die Druckverhältnisse es
erforderlich machen, in einem sp;itercn Stadiuni des Verfahrens erneut zugeführt
wird.
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Das vorbeschriebene System ist sparsam im Energieverbrauch, wie durch
das nachstehenden Berechnungsbeispiel für den Bedarf an Dampf und elektrischer Energie
bei einer Zerfaserungsanlage zur Herstellung von Faserstoff dargetan werden soll,
die in einem angeschlossenen, unter atrìlosphirischem Druck arbeitenden Raffineur
Faserstoff einer zur Fertigung von Faserplatterl geeigneten Beschaffenheit liefert,
der sich unmittelbar, d.h.
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ohne zusätzliche Trocknung, zur Fertigung von Faserplatten im halbtrockenen
Verfahren eignet. Das Beispiel wird unter Bezugnahme auf die in den anliegenden
Zeichnung schematisch darin gestellte Anlage zur Durch führung des Verfahrens beschrieben.
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Beispiel: Die Zeichnungsfigur zeigt ein Strdmungsbild für eine derartige
Anlage. Die Berechnungen gelten für 100() kg Trockensubstanz Schnitzel je Stunde,
die in die Anlage mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 50% und einer Temperatur von
0°C eingespeist werden. Mit dem Förderer 1 werden somit stfindlich 2000 kg Schnitzel
der Anlage zugeführt. Davon sinti 1000 kg Wasser. Die Schnitzel fallen in einen
Dämpfungsbehälter 2 hinab und werden darin mit 257 kg Dampf von 1000 C gedämpft,
der durch eine Leitung 21 zugeführt wird und den Schnitzeln eine Temperatur von
900 C gibt. Die gedämpften Schnitzel werden von einer Förderschnecke 3 einem Schraubenförderel-
a zugeführt.
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In diesem werden die warmen Schnitzel zu einen vorwärts gleitenden,
dampfdichten Pfropfen mit einem Trockengehalt von 50-609: Trockengehalt zusammengedrückt.
Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass bei der Einspeisung in einen Druckbehälter
dieser Gehalt 55 % ist. In dem Druckbehäller 5 herrschen e-in absoluter Dampfdruck
von 6,5 kg/cm2 (650 kPa) und einí Temperatur von 161,20 C durch kontinuierliche
Zufuhr durch eine Leitung 7 von 184 kg Dampf von 1700 C, der bei der Zerfaserung
erzeugt worden ist. [n dem Schraubenförderer 4 werden 1?5 kg Kon(l(nsílt urtti llolzwaKaser
von 90 C abgepresst und durch eine
Leitung 9 in einen Behälter
10 abgeleitet. Aus dem Druckbehälter 5 werden die auf 1610 C erwärmten Schnitzel
mit Hilfe eines Schraubenförderers 6 - von dem etwaiges abgepresstes Wasser durch
eine Leitung 9a weggeleitet wird - der die Schnitzel zu einem vorwärtsgleitenden,
dampfdichten Pfropfen zusammendrückt, zu einem Druckbehälter 8 gefördert. Dieser
Druckbehälter 8 ist an den Zerfaserer 12 angeschlossen und steht unter demselben
Druck von 8 kg/cm2 ( 800 kPa) bzw. derselben Temperatur von 1700 C wie dieser. Um
in dem Druckbehälter 8 die Temperatur des in ihn eingespeisten Materials auf 1700
C zu erhöhen, müssen 29 kg Frischdampf von 1700 durch eine Leitung 23 zugeführt
werden. Die auf 170°C erwärmten Schnitzel werden durch einen Schraubenförderer 11
in den Zerfaserer 12 eingespeist. Dieser ist an einen Elektromotor 13 von 133 kW
ngeschlossen. Erhaltener Grobfaserstoff und Dampf treten in ein Sammelgefäss 14
aus, das unter demselben Druck wie der Zerfaserer steht, und 184 kg Dampf werden
durch die Leitung 7 in den Behälter 5 weggeleitet, während der Faserstoff, der einen
Trockengehalt von 547 hat, mit Hilfe eier Förderschnecke 15 in einen unter atmosphärischem
Druck stehenden Expansionsbehälter 16 eingespeist wird. Um zu verhindern, dass hierbei
auch Dampf ausgeblasen wird, wird die austretende Faserstoffmasse in der Förderschraube
15 zu einem vorwärts gleitenden, dampfdichten Pfropfen zusammengedrückt. Bei seinem
Eintritt in den Expansionsbehälter zerspringt dieser Pfropfen infolge der Drucksenkung,
und 162 kg Dampf von 100°C werden entbunden und entweichen durch eine Leitung 22,
während der einen Trockengehalt von 9 aufweisende Faserstoff, dessen Tew )eratur
hier ebenfalls 1000C ist, durch einen Schneckentürderer 17 in den Raffineur 18 eingespeist
wird. Dieser Raffineur wird durch einen Elektromotor 19 von 75 kW angetrieben. Entwickelter
Dampf und raffinierter Faserstoff werden in einen Schleuderabscheider 20 geblasen,
und von diesem wird der Dampf durch die Leitung 21 zu dem Dämpfungsbehälter 2 geleitet,
zusammen mit durch die Leitung 22 aus dem Expansionsbehälter 16 entweichenden Dampf.
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Wenn mehr als 75 kW bei der Raffinierung eingesetzt werden, entsteht
ein tRberschuss an Dampf, der z.B. durch eine Leitung 25 zu andererweitiger Verwendung
weggeleitet werden kann.
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Der raffinierte Faserstoff, der eine Temperatur von 100 C und einen
TroMckengehalt von 62-63l' hat, wird clurch eine Scluleuse 24 einem Wirbelbett 30
zugeführt und dort mit 3850 kg Luft von 100 C und 60',!. relativer Feuchtigkeit,
die durch ein Gebläse 31 zugeführt wird, getrocknet. Vor ihrem Eintritt in das Wirbelbett
wird die Luft in einem Gefäss 32 auf ungefähr 300 C durch über eine Leitung 32 (bzw.
Leitung 9a) aus dem Behälter 10 stammendes 90-gradiges Warmwasser vorgewärmt. Der
getrocknete Faserstoff verlässt die Anlage durch einen Auslass 35 tiiid hat dabei
eine Temperatur von 40 C und einen Trockengehalt von 66,8 %.
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Gemäss den vorstehenden Darlegungen kann man mit einen Verbrauch
an elektrischer Energie von 133 kWh im Zerfaserer und 75 kWh im Raffineur sowie
einem Zusatz von Frischdampf von 29 kg Dampf von 8 kg/cm2 aus 200O kg Schnitzel
n mit einem Trockengehalt von 50% 1500 kg raffinierten Faserstoff mit einem Trockengehalt
von 66,5 herstellen.
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Falls den Zerfaserer weitere 20 kWh zugeführt werden , ist kein Zusatz
von Frischdampf erforderlich; vielmehr wird die erforderliche Wärme bei der Zerfaserung
und Raffinierung entwickelt, die dann zusammen 228 kWh an elektrischer Energie verbrauchen.
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Teilt man also der Vorwärmerbehälter in zwei Druckstufen auf, von
denen die erste unter etwas niedrigerem Druck als dem im Zerfaserer herrschenden
steht und die eintretenden gedämpften, frischen Schnitzel aufnimmt, während die
zweite Stufe unter demselben Druck und derselben Temperatur wie im Zerfaserer steht,
und erfolgt der Vorschub der Schnitzel zwischen den beiden Stufen durch Zusatitmend
rücken von Schnitzeln zu ciriciii vorwärtsgleitenden, dampfdichten, ein Oberströmen
von Dampf zwischen den Stufen verhindernden Pfropfen, und wird schl iesslich die
Einspeisung von frischen Schnitzeln in der erste
Stufe und die
Austragung des fertigen Faserstoffs in den Form zusammengedrückter, dampfdichter
Pfropfen vorgenommen, lässt sich mittels einer einfachen Technik eine mechanische
Masse mit hohem Trockengehalt, 63-68/,, und einem Mahlgrad zwischen 600 und 800
ml CSF mit begrenztem Einsatz von Energie herstellen.
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Wenn es gilt, Faserstoff für z.B. Zeitungspapier herzustellen, muss
erheblich mehr Raffinierenergie, normalerweise 10-20-mal mehr, zugeführt werden,
und als Folge hiervon werden beträchtliche Mengen von Dampf entwickelt, die sich
nur zu einem geringen Teil bei der Zerfaserung verwenden lassen und deswegen anderweitig
gespeichert und für andere Zwecke nutzbar gemacht werden müssen.
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