DE3203571C2

DE3203571C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Trocknen einer Papier-, Karton- oder anderen porösen Bahn

Info

Publication number: DE3203571C2
Application number: DE3203571A
Authority: DE
Inventors: Jukka Tampere Lehtinen
Original assignee: Osakeyhtiö Tampella AB, Tampere
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1981-02-19
Filing date: 1982-02-03
Publication date: 1987-04-09
Also published as: US4461095A; JPH0156198B2; CA1170036A; DE3203571A1; SE454364B; FI61537C; JPS57154492A; GB2094962B; SE8200970L; GB2094962A; FI61537B

Abstract

Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen einer Papierbahn od.dgl. durch Führung einer Bahn (3) auf einem Trockenfilz oder -sieb (4) zwischen zwei bewegliche, luftdichte und Wärme gut leitende Flächen (1, 8), welche die Bahn über die ganze Breite umschließen und von denen die die Bahn be rüh rende Fläche (1) geheizt und die den Filz oder das Sieb berührende Fläche (8) abgekühlt wird zwecks Verdampfung des in der Bahn befindlichen Wassers und zwecks Kondensation in den Filz oder in das Sieb. Die zur Abkühlung der abzukühlenden Fläche benutzte Flüssigkeitstemperatur wird über 100 ° C gehalten und der Druck wenigstens so hoch, daß das Wasser nicht kocht. In dieser Weise kann das Trocknen der Bahn bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck als einen kontinuierlichen Prozeß in Betriebsverhältnissen zwecks Verbesserung der Eigenschaften der Bahn ausgeführt werden. Vorzugsweise wird die Kühlflüssigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drücken in verschiedenen Phasen der Abkühlung gehalten. Somit ist es möglich mit Hilfe der Abkühlung die auf die Eigenschaften der Bahn wirkenden Verhältnisse in verschiedenen Phasen des Trocknens zu regeln. In der zur Ausübung des Verfahrens entwickelten Anlage ist der Abkühlraum (11) vorzugsweise in der Bewegungsrichtung der Flächen (1, 8) wenigstens in zwei aufeinanderfolgende, voneinander separierte Teile für, was die Temperaturen und/oder Drücke betrifft, unterschiedliche Kühlflüssigkeiten, von denen wenigstens eine Flüssigkeit eine .....

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (AT-PS 3 58 916) ist der Nachteil zu beobachten, daß das Wasser aus der zu trocknenden Bahn auskocht, da der Druck des auf der kalten Fläche, die eine Temperatur von etwa 10-40°C aufweist, kondensierenden Dampfes zwischen 0,01 und 0,12 bar beträgt, wobei die Temperatur der kalten Fläche durch die Kühlwassertemperatur vorgegeben ist, die gewöhnlich in dem genannten Bereich liegt. Dies bedeutet, zwischen den genannten Flächen, die die zu trocknende Bahn umgeben, herrscht Unterdruck, der bewirkt, daß die Bahn gegen die erwärmte Fläche mit einem Druck von 0,88-0,99 bar gepresst wird, wenn der Außendruck mit 1,0 bar angenommen wird.
Das aufgrund der bei dem bekannten Verfahren vorherrschenden Druckverhältnisse sich ergebende Auskochen der Flüssigkeit ist insbesondere für das Wärmeleitvermögen nachteilig, da Gas- bzw. Luftblasen bekanntermaßen wie ein Isolator wirken und die Wärmeableitung behindern. Dies wiederum beeinträchtigt die Trockengeschwindigkeit.
Bei einem weiteren bekannten Trocknungsverfahren (AT-PS 1 76 188) wird die zu trocknende Bahn nicht zwischen zwei luftdichten und gut wärmeleitenden Flächen geführt, welche unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Dieses Verfahren arbeitet zwar mit Überdruck, bietet aber aus dem genannten Grund keine Möglichkeit, daß trotz erhöhter Temperatur der Kühlflüssigkeit die Verdunstung des Wassers aus der Bahn sehr schnell vor sich geht und die Eigenschaften der Bahn durch entsprechende Steuerung der Temperaturen und Drucke eingestellt werden.
Darüberhinaus ist festzustellen, daß das sogenannte Preßtrocknen labortechnisch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Eigenschaften einer auf diese Weise getrockneten Bahn, insbesondere auf deren Festigkeit und Dehnungsvermögen, untersucht worden ist. Die erzielten Ergebnisse ließen sich aber nicht ohne weiteres auf kontinuierlich arbeitende Trocknungsanlagen in die Praxis übertragen, so daß insbesondere die Preßtrocknung im Walzenspalt aufgrund der ziemlich geringen Verweilzeit der Bahn im Walzenspalt bisher nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt hat.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren der eingangs genannten Art und seine zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß das Preßtrocknen als kontinuierlicher Prozeß im Betriebsmaßstab ermöglicht wird, um nicht nur im Hinblick auf die Trocknungsgeschwindigkeit eine Verbesserung des Wirkungsgrades beim Trocknen von Papierbahnen u.dgl. zu erreichen, sondern auch eine wirtschaftliche Ausnutzung des Kühlwassers aufgrund dessen höherer Temperatur zu ermöglichen, beispielsweise in einem Wärmepumpenprozeß.
Die Lösung dieser Aufgabe ist, was den verfahrenstechnischen Teil anbelangt, im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben, was den vorrichtungstechnischen Teil anbelangt, im Kennzeichen des Anspruchs 6.
Die Lösung macht deutlich, daß anstelle des bei dem bekannten Verfahren verwendeten Unterdrucks nunmehr Überdruck verwendet wird und daß das Verfahren ermöglicht, das Trocknen der Bahn unter verschiedenen, den jeweiligen Verfahrensumständen angepassten und im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften der fertigen Bahn ausgewählten Drücken stattfindenzulassen.
Vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsvorschlags sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des kontinuierlichen Trocknungsverfahrens, die einen Zylindertrockner mit einphasiger Abkühlung aufweist,
Fig. 2 eine der Fig. 1 vergleichbare schematische Seitenansicht eines Zylindertrockners, jedoch mit mehrphasiger Abkühlung und
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Bandtrockners zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Zylindertrockner wird die heiße Fläche 1 von einer innen beheizten Außenfläche eines mit Metallmantel versehenen Zylinders 2 gebildet. Eine zu trocknende Bahn 3 gelangt zwischen einen gasdurchlässigen Filz oder ein Sieb 4 und ein Hilfssieb 5 in eine Luftableitungskammer 6, aus der Luft 7 mit einer Saugpumpe kontinuierlich abgesaugt wird. Die zu trocknende Bahn 3 läuft zwischen der heißen Fläche 1 des Zylinders und
dem Filz oder Sieb 4 in die Trocknungszone, die am Preßspalt zwischen Zylinder 2 und einer Umlenkwalze 9 eines flüssigkeitsdichten Metallbandes 8 beginnt und bis zum Preßspalt zwischen Zylinder 2 und einer Umlenkwalze 10 reicht. Die zu trocknende Bahn 3 liegt somit in der Trocknungszone auf der heißen Fläche des Zylinders und über ihr befindet sich der Filz oder das Sieb 4 und über letzterem das Metallband 8. Außerhalb des Metallbandes 8 befindet sich ein flüssigkeitsdichter, druckdichter Kühlraum 11, in dem ein unter Druck stehendes Kühlwasser strömt. Dieses Kühlwasser tritt durch ein Rohr 12 in eine die Trocknungszone des Zylinderumfangs umgebende Haube 13 ein, die beispielsweise durch Abstützung mit Hilfe von Balken 14 dem Kühlwasserdruck standhält. Die Außenflächen der Haube 13 sind wärmeisoliert. Das aufgeheizte Kühlwasser verlässt die Haube durch ein Rohr 15. Der Kühlraum wird mittels geeigneter Dichtungen 16 a und 16 b gegen die Umlenkwalzen 9 und 10 abgedichtet. Auf beiden Seiten der Vorrichtung ist der Kühlraum unter der Haube 13 entweder gegenüber dem Metallband 8 oder der heißen Fläche 1 des Zylinders 2 ebenfalls abzudichten.
Die heiße Fläche 1 oder Zylinderoberfläche wird mit Hilfe von durch den Innenraum des Zylinders geleitetem, gesättigtem Dampf, dessen Temperatur beispielsweise 170°C bei einem Druck von 7,9 bar beträgt, geheizt. In den Kühlraum 11 wird Kühlwasser, dessen Temperatur bei einem Druck von 4 bar 105°C beträgt, geleitet. Die Bahn 3 wird bei ihrer Bewegung durch den Preßspalt zwischen dem Zylinder und der einlaufseitigen Umlenkwalze 9 und dem Zylinder und der auslaufseitigen Umlenkwalze 10 von der Metallbandseite her der vom Kühlwasser verursachten Druckwirkung ausgesetzt, während sie gleichzeitig gegen die heiße Fläche 1 des Zylinders gepresst wird. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Fläche 1 und dem Metallband 8 wandert das in der Bahn 3 verdampfende Wasser durch den Filz oder das Sieb 4 und wird auf der Oberfläche des Metallbandes kondensiert. Aufgrund der erhöhten Temperatur und des erhöhten Drucks des Kühlwassers findet das Trocknen der Bahn bei erhöhter Temperatur und erhöhter Pressung statt, wobei die Eigenschaften der Bahn im Hinblick auf ihre Zugfestigkeit und/oder ihre Naßfestigkeit eine erhebliche Verbesserung erfahren.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 nur darin, daß die Kühlung nicht einphasig sondern zweiphasig erfolgt. Zu diesem Zweck ist der in Fig. 1 gezeigte Kühlraum 11 mit einer Zwischenwand 17 und einer Dichtung 18 in zwei in Bewegungsrichtung der Bahn aufeinanderfolgende, separate Kühlräume 11 a und 11 b aufgeteilt. Für beide Räume sind eigene Einlaufrohre 12 A und 12 B sowie Ablaufrohre 15 A und 15 B für das Kühlwasser vorgesehen. Den verschiedenen Kühlräumen wird Kühlwasser unterschiedlicher Temperatur und/oder unterschiedlichen Druckes zugeführt. Mit Hilfe einer solchen Konstruktion ist es möglich, während des Trocknens unterschiedliche Temperatur- und/oder Druckverhältnisse auf der Abkühlseite der Vorrichtung aufrechtzuerhalten. Die Temperatur des Kühlwassers soll in wenigstens einem der Kühlräume über 100°C betragen, und der Druck soll so hoch sein, daß das Wasser im Kühlraum nicht kocht. Es ist festzustellen, daß der Druck des Kühlwassers am Ende des Trocknungsvorgangs niedriger gehalten werden kann als am Trocknungsbeginn, so daß die Verringerung der Bahndicke auf ein Minimum beschränkt werden kann und trotzdem die mit einem Preßtrocknen der Bahn verbundenen Vorteile erreicht werden können.
Der Kühlraum 11 unter der Haube 13 kann selbstverständlich in mehrere separate Sektoren aufgeteilt werden, in die dann Kühlwasser unterschiedlichen Drucks und/oder unterschiedlicher Temperatur eingeleitet werden kann. Hierbei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Temperatur des Kühlwassers in wenigstens einer Phase höher als 100°C zu halten und den Druck wenigstens so hoch zu halten, daß die Flüssigkeit nicht kocht und darüberhinaus wenigstens in einer früheren oder späteren Phase die Temperatur des Kühlwassers unter 100°C zu halten.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Trocknungsvorrichtung wird durch ein bewegliches Metallband 30 eine heiße Fläche 19 geboten. Eine zu trocknende Bahn 21 läuft zwischen einem gasdurchlässigen Filz oder Sieb 22 und einem Hilfssieb 23 in einen Luftableitungsraum 24, aus dem Luft 25 mit einer Saugpumpe kontinuierlich abgesaugt wird. Die zu trocknende Bahn läuft zwischen dem Metallband und dem Filz oder Sieb in die Trocknungszone, die bei dem Preßspalt der Umlenkwalzen 26 und 27 beginnt und bis zum Preßspalt der Umlenkwalzen 28 und 29 reicht. In der Trocknungszone liegt unter dem heißen Metallband 20 die zu trocknende Bahn 21,
darunter der Filz oder das Sieb 22 und darunter wiederum ein flüssigkeitsdichtes Metallband 30. Unter diesem Metallband befindet sich ein flüssigkeitsdichter , druckfester Kühlraum 31, in den das unter Druck stehende Kühlwasser strömt. Dieses Kühlwasser gelangt durch ein Rohr 32 in eine Kühlkammer 33, die ebenso lang ist wie die Trockenzone und beispielsweise durch Abstützung mittels Balken 34 so stabil gebaut ist, daß sie dem Kühlwasserdruck standhält. Die Außenflächen der Kühlkammer sind wärmeisoliert. Das Kühlwasser verlässt die Kühlkammer aufgewärmt durch ein Rohr 35.
Das Metallband 20 wird auf der ganzen Länge der Trockenzone mit unter Druck stehendem Dampf, der den von der Dampfkammer 36 gebildeten Heizraum 37 oberhalb des Metallbandes füllt, geheizt. Der Dampf strömt durch ein Rohr 38 ein und kondensiert auf der Oberfläche des Metallbandes 20. Die latente Wärme wandert durch das Metallband 20 hindurch in die zu trocknende Bahn hinein. Das entstandene Kondensat wird aus der Dampfkammer mit Kondensatableitern 39 entfernt. Der Druck des in der Kühlkammer eingeleiteten Dampfes muß so eingestellt werden, daß er dem Druck des in die Kühlkammer eingeleiteten Wassers in etwa entspricht, damit die durch den Druck des Dampfes und den Druck des Kühlwassers auf die Bahnen 20, 21, 22, 30 übertragenen Kräfte sich im Gleichgewicht befinden. Möglicherweise läßt sich zur Erzielung günstiger Ergebnisse der Dampfdruck in der Dampfkammer etwas niedriger halten als der Kühlwasserdruck und somit die von den Bahnen und Bändern gebildete gemeinsame Bahn oben mittels Walzen 40 abstützen. Die Kühlkammer wird gegenüber den Walzen 27 und 29 durch Dichtungen 41 abgedichtet. In gleicher Weise wird die Dampfkammer gegenüber den Walzen 26 und 28 mittels Dichtungen 42 abgedichtet. Die Kühlkammer wird wie auch die Dampfkammer darüberhinaus auf beiden Seiten der Vorrichtung abgedichtet.
Auch bei dieser Ausführungsform läßt sich die Bahn nach dem oben beschriebenen Preßtrocknungsprinzip trocknen, da auf die Bahn während des gesamten Trocknungsvorgangs eine die gewünschte Temperatur von 100°C überschreitende Temperatur einwirkt sowie ein das Kochen verhindernder überdruck. Durch geeignete Wahl der Temperaturen für Heizdampf und Kühlwasser läßt sich das in der Bahn befindliche Wasser kondensieren.
Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung kann der Kühlraum 31 in mehrere separate Räume 31 A und 31 B aufgeteilt sein, in denen möglicherweise unterschiedliche Drucke und unterschiedliche Temperaturen herrschen. Diese Aufteilung ist in Fig. 3 durch gestrichelte Linien angedeutet. Hierbei müssten dampfkammerseitig entsprechende unterschiedliche Gegenkräfte zur Einwirkung gelangen.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen einer Papier-, Karton- oder anderen porösen Bahn, bei dem die Bahn oder ein sie tragender Trockenfilz oder ein sie tragendes Trockensieb einer Entlüftung ausgesetzt werden und die von Luft befreite nasse Bahn und der Trockenfilz bzw. das Trockensieb danach zwischen zwei bewegliche, luftdichte, gut wärmeleitende Flächen geführt werden, die die Bahn über ihre ganze Breite umschließen, woraufhin die die Bahn berührende Fläche erwärmt und die den Trockenfilz bzw. das Trockensieb berührende Fläche mit einer Flüssigkeit abgekühlt werden, um den aus der Bahn austretenden und in den Trockenfilz bzw. das Trockensieb eintretenden Wasserdampf zu kondensieren, woraufhin der Trockenfilz bzw. das Trockensieb von der getrockneten Bahn getrennt und von dem kondensierten Wasser befreit werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die Bahn über die ganze Breite umschließenden, gut wärmeleitenden Flächen (1, 8; 20, 30) während der Erwärmungsphase und der Abkühlungsphase der Bahn (3, 21) ein Überdruck aufrechterhalten wird, wobei die Temperatur der Kühlflüssigkeit für die abzukühlende Fläche (8; 30) in wenigstens einer Phase der Abkühlung über 100°C gehalten wird und der Überdruck so eingestellt wird, daß er ein Kochen der Flüssigkeit verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit während der aufeinanderfolgenden Phasen der Abkühlung auf unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drucken gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Kühlflüssigkeit in wenigstens einer Phase der Abkühlung unter 100°C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserdruck zwischen 1-30 bar gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit auf einer Temperatur von etwa 105°C und unter einem Druck von etwa 4 bar gehalten wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Trockenfilz oder Trockensieb (4, 22) zur Führung einer zu trocknenden Bahn (3; 21), einer auf die Bahn und den Trockenfilz oder das Trockensieb einwirkenden Luftableitungsanordnung (7; 24), zwei endlosen, luftdichten und gut wärmeleitenden, beweglichen Flächen (1, 8; 20, 30), die auf einem Teil ihrer Bewegungsbahn in bezug aufeinander parallel und in gleicher Richtung auf entgegengesetzten Seiten der zu trocknenden Bahn und des diese tragenden Trockenfilzes oder -siebes verlaufen und die Bahn und den Trockenfilz oder das Trockensieb zwischen den sich berührenden beweglichen Flächen (1; 20) einschließen und mit einem auf der die Bahn berührenden Fläche (1; 20) zugekehrten Seite befindlichen Heizraum (2; 37) für ein Heizmittel zum Aufheizen der genannten Fläche sowie einem auf der den Trockenfilz oder das Trockensieb berührenden Fläche (8; 30) zugekehrten Seite befindlichen Abkühlraum (11; 31) für ein Kühlmittel zur Abkühlung der genannten Fläche auf jenem Teil der Bewegungsbahn, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum (11; 31) in der Bewegungsrichtung der Flächen in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, voneinander getrennte Teile (11 A, 11 B; 31 A, 31 B) mit bezüglich Temperatur und/oder Druck unterschiedlichen Kühlflüssigkeiten aufgeteilt ist, von denen wenigstens eine Flüssigkeit eine Temperatur von über 100°C aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Teile (11 A, 11 B; 31 A, 31 B) des Kühlraums (11; 31) druckfest sind.