DE3238298A1

DE3238298A1 - Verfahren und vorrichtung zum mechanischen aufbereiten von zelluloseartigem material

Info

Publication number: DE3238298A1
Application number: DE19823238298
Authority: DE
Inventors: Börje Ingemar 86400 Matfors Fredriksson
Original assignee: SCA Development AB
Current assignee: SCA Development AB
Priority date: 1981-10-16
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1983-05-05
Also published as: SE8106132L; FR2514795A1; GB2107210B; FI823428A0; SE427759B; GB2107210A; BR8205973A; NO823438L; FI823428L; JPS5870789A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Aufbereiten von zellulosehaltigem Material = j===:=: S3 = a s= rs = ^ = = = = := = = rs rs = c s =: ss =: s ess rs sssssssss=s=s

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen von Zellulosepulpe und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mechanischen Aufbereiten von zellulosehaltigem Material. Bei einer derartigen Aufbereittxng liegt das zellulosehaltige Material in Form von Suspensionen von Zellulosefasern oder Bündeln derartiger Pasern vor. Das Ziel der Aufbereitung besteht darin, die einzelnen Fasern freizulegen und/oder die Fasern so zu behandeln, daß sie diejenigen Eigenschaften bekommen, die im Hinblick auf den beabsichtigten Anwendungszweck des Fasermaterials beispielsweise als Absorptionsmittel oder zum Herstellen verschiedener Arten von Papier wünschenswert sind.

Diese Aufbereitung, die normalerweise in sogenannten Refinern oder Holländern erfolgt, benötigt viel Energie* Umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurde investiert, um technische Lösungen zu finden, die den Energieverbrauch herabsetzen können. Diese Arbeiten haben sich im wesentlichen darauf konzentriert, die Verhältnisse bei dem eigentlichen Eaffinier- oder Aufbereitungsbetrieb beispielsweise die Auslegung und das Material für die Eaffinierelemente, die Konzentration der Pulpensuspension, ihre Temperatur, ihren pH-Wert usw. zu optimieren.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein großer Teil des Gesamtenergieverbraucb.es beim Raffinieren Energie ist, die nicht für die eigentliche Raffinierarbeit verbraucht wird, sondern in Form hydraulischer Verluste besteht, die beim Durchgang des Werkstoffes durch den Refiner entstehen.

Es hat sich, gleichfalls herausgestellt, daß dieser Teil der Energie sehr schnell mit zunehmender Geschwindigkeit zwischen den Raffinierelementen zunimmt, die sich relativ zueinander drehen. Da diese Zunahme wesentlich schneller erfolgt, als die effektive Raffinierarbeit mit der Geschwindigkeit zunimmt, wird sogar ein noch größerer Teil der Energie in Form derartiger hydraulischer Verluste verlorengehen. Diese Beziehung ist insbesondere für geschlossene Refiner bezeichnend, bei denen die Refinerelemente in einem Gehäuse arbeiten, das vollständig geschlossen ist, und die Zellulosepulpe über geschlossene Leitungen zu- und abgeführt wird.

Als Konsequenz der oben beschriebenen Beziehung arbeiten die Refiner normalerweise bei relativ niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten von 20 bis 30 m/s. Das bringt jedoch andere Nachteile wie beispielsweise eine niedrige Kapazität und eine unzureichende Entwicklung der Festigkeiten, insbesondere der Reißfestigkeit,mit sich. Aufgrund des großen Durchmessers der Raffinierelemente, der erforderlich ist, um der Notwendigkeit einer ausreichenden Kapazität zu genügen, ist die Drehzahl unangemessen niedrig. Da der Elektromotor, der für den direkten Betrieb verwandt wird, eine große Anzahl von Polen haben muß₅ ist der Motor groß, schwer und mit hohen Kosten verbunden. Es wird daher oftmals eine hohe Drehzahl des Motors gewählt,- die auf den Refiner untersetzt wird. Diese Lösung ist gleichfalls mit hohen Kosten und hohem Platzbedarf verbunden, wobei ein Teil der Energie im Getriebe verlorengeht»

Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die es möglich machen, bei hoher Umfangsgeschwindigkeit von über 30 m/s zu raffinieren und den größten Teil der oben erwähnten hydraulischen Verluste zu vermeiden. Das wird dadurch erreicht, daß ein Inert-

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oder Schutzgas wie beispielsweise Luft oder Wasserdampf dem Pulpenstrom in der Raffinierzone oder vor dem Eintritt in diese Zone zugegeben wird. Als Inertgas ist in diesem Zusammenhang irgendein Gas zu verstehen, das nicht mit dem zellulosehaltigen Material reagiert.

Es ist insbesondere vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren dann anzuwenden, wenn niedrigere Materialkonzentrationen, das heißt Konzentrationen bis maximal 20 %_t vorzugsweise bis maximal 10 % und insbesondere 6 % zu raffinieren sind. Bei diesem Verfahren können die Raffinierelemente mit hohen Drehgeschwindigkeiten beispielsweise mit Umfangsgeschwindigkeiten von über 30 m/s arbeiten. Es kann zweckmäßig sein, das Gas unter Druck zuzuführen.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungemäßen Vorrichtung wird das Gas zentral in einen Raum zwischen den sich drehenden Raffinierelementen über eine Gasleitung zugeführt, die sich in der Beschickungsleitung für den Werkstoff befindet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird Luft oder Gas einem Gehäuse zugeführt, das dicht die Raffinierelemente einschließt. Das erfolgt vorzugsweise über eine Gasleitung, die mit einem Sammelbehälter verbunden ist, der unter dem liefinergehäuse angeordnet und luftdicht damit verbunden ist. Das Gas kann über den ganzen Weg über Durchlässe in den Raffinierolemonten oder in Segmenten, die an den Raffinierelementen angebracht sind, oder durch einen Zwischenraum zwischen den Raffinierelementen oder den Segmenten, tfobei letztere mit derartigen Durchlässen versehen sind, dem Werkstoff zugeführt v/erden.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Luft oder daa Inertgas dem zentralen Raum zwischen den

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Raffinierelementen über einen Durchlaß zugeführt, der in der Drehwelle vorgesehen ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben=. Es zeigen

Pig. 1 die Gaszuführung durch eine Leitung, die im Beschickungskanal angeordnet ist,

Fig. 2 die Gaszuführung durch einen Durchlaß, der sich in der Drehwelle befindet,

Pig. 3 die Gaszuführung im Werkstoffeinlaß eines Doppelumlauf scheibenref iners ,

Fig. 4 die Gaszuführung durch einen Durchlaß, der sich in einem Raffinierelemente befindet und

Pig. 5 die Gaszuführung zu einem geschlossenen System.

Pig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Schlagen oder Raffinieren, d.h. zum Aufbereiten eines zellulosehaltigen Materials in Form einer Suspension von Zellulosefasern in Wasser, d„h«> einen sogenannten Refiner. Der in Fig. 1 dargestellte Refiner ist ein sogenannter Einselumlaufsclieibenrefiner, d_#h_ffl ein Hof-'ner mit nur einer rotierenden Raffinierscheibe 2, die a\ einer Drehwelle 6 angebracht ist, die in Lagern 7 6^e~ hclt^n ist. Die Raffinierscheibe 2 dreht sich gegenüber einer ortsfesten Raffinierscheibe 3, wobei beide Scheiben auf ihren Außenflächen, die einander zugewandt sind, mit abnehmbar angebrachten Raffindersegmenten 4,5 versehen sind, zwischen denen die Raffinierarboit verrichtet wird. Die Raff inier segmente 4,5 zeigen spezielle Muntox» mit

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Rillen und Zwischenstegeri, die so ausgebildet und angepaßt sind, daß das gewünschte Hnffiiiierergebnis erhalten wird. Zusätzlich zu der Form des Musters ist auch der Zwischenraum 8, d.h. der Abstand zwischen den Segmenten M und ^lJ> während des Raffinierbetriebes von großer Bedeutung.

Der Raffinierzwischcnrauin wird über eine nicht dargestellte Einrichtung eingestellt, mit der die Drehwelle 6 in axialer Richtung a\if die ortsfeste Raffinierscheibe J zu und von der ortsfesten Raff dn:i orscheibe $ weg bewegt wird. Der im Refiner aufzubereitende Werkstoff wird durch einen Durchlaß 9 dem mittleren Raum 10 zwischen den Raffinierscheiben 2,3 zugeführt. Aufgrund der Drehung der Raffinierscheibe 2 wird der Werkstoff nach außen bewegt und dazu gebracht, durch den Zwischenraum 8 hindurchzugehen, wo das Fasermaterial freigesetzt und/oder bearbeitet oder aufbereitet wird. Die Bearbeitungselemente des Refiners sind von einem dicht verschlossenen Gehäuse 1 umgeben, in dem der vom Zwischenraum abgegebene aufbereitete Werkstoff gesammelt wird. Am Boden des Refinergehäuses 1 befindet sich ein Auslaß 11 für den Werkstoff.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Gas,beispielsweise Luft oder Wasserdampf dem mittleren Raum 10 zwischen den Raffinierscheiben 2,3 zugeführt. Diese Gaszuführung erfolgt über eine Gasleitung 12, die speziell vorgesehen ist und sich vorzugsweise zentral in dem Beschickungsdurchlaß 9 für den Werkstoff befindet. Der Auslaß der Gasleitung 12 im Raum 10 kann mit einer Verteilereinrichtung irgendeiner Art, beispielsweise einer Düt3 oder einem Gitter versehen sein.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Luft oder das Inerbß-an dem Raum 10 zwischen den Raffinierscheiben 2,3 über eine Leitung 22 zugeführt, die

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sich in der Drehwelle 6 befindet. Um eine Verteilung des Luft/Gasstromes zu erzielen, kann der Auslaß der Lo:Ltime mit einer Düse oder einer Sprüheinrichtung 23 versehen oder in Form einer Düse oder einer Sprüheinrichtung ausgebildet sein.

Bei einem weiteren in Fig. 2 dargestellten Aufsführungf;-beispiel ist dan erfindungsgeTnäßo Verfahren bei oi.nom Doppelumlaufscheibeni'efinor, d»h# bei einem Jfof.inei' angowandt, bei dem sich beide Raff:in:i.erolemente oder Raffinierscheiben drehen. Bei djosem Ausführungaboinplol w.ird dar; Gas über eine Leitung oder D-Ur;o 24 zugeführt, die :im Beschickungsdurchgang 2$> für das ζ ol3o.il ο sehalt ige Material vorgesehen ist.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist für einen Refiner mit einer einzelnen umlaufenden Scheibe vorgesehen,, In der ortsfesten Raffinierscheibe 3 ist eine Leitung 26 für das Gas von einem Außenanschluß 27 über den gesamten Weg zur Öffnung oder zum Loch 28 im Raffiniorrjegment 4 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiol geht dnr. Gas direkt in den Zwischenraum zwischen den Raffiuiorolementon.

In iig. 5 ist ein anderes Aiisfülirungr-boj ,«spiel der. orfnndungsgemäßen Verfahren.?· und dor o:rflndunp;£;gc!rrt,^:Ißen Vorrichtung dargestellt. Einzelheiten in I¹Mp;. ^ entsprochen denen in !'ig. 1, wobei identischen Bauteilen die gleichen Bezugszeichen gegeben sind. Zusätzlich ist ein Behälter unter dem Refiner angeordnet, um das behandelte oder aufbereitete Material zu sammeln, das aus dem Auslaß 11 des Refiners strömt. Am Boden des .Sammelbehälters V\ befindet sich ein Auslaß 15· Bei dem in 1'M.g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Behälter 14 gasdicht mit dom Gehäuse 1 dos Ref inern verbunden. JJiuiuroh wird oliv geschlossenes System erhalten, .in dein d.io Material zn- und

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-abführung über geschlossene Leitungen erfolgt. Die gewünschte Zuführung der Luft oder eines anderen Inertgases erfolgt über eine Zuführungsleitung 16, die mit dem gasdichten Sammelbehälter 14- verbunden ist. Die Zuführung erfolgt vorzugsweise unter Druck und das Gas wird in die Raffinierzone durch die Drehung der Raffinierelemente gczogon, wobei der Luftstrom dadurch im Raum zwischen den Rnff in i ercvl omenten nach oben steigt.

Das e:r\f indungsgemrJße Verfahren kann auch bei sogenannten Kegelrefineni, d.h. bei Rcf inern angewandt werden, die mit konisch geformten Raffinierelcmenten versehen sind. Das Gas wird in diesem Fall dem Werkstoff in ähnlicher Weise entweder vor dem Eintritt des Werkstoffes in die Raffinierzone zwischen den Raffinierelementen oder bei dem Eintritt der, Werkstoffes in die Raffinierzone zugeführt.

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr.;B. A^;ssrnSiuni:-'C>r. R. K'oemigsberger Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATtNT OFFICE

Case 5239
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Börde Ingemar FEJiDERIKSSON, Matfors, Schweden

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Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Aufbereiten von zellulosehaltigem Material

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum mechanischen Aufbereiten von zelluloschal tigern Material in einem Refiner mit einer Raffinierzone zwischen Raffinierelemcnten, die sich gegeneinander drehen, wobei diese Elemente in einem gasdichten Gehäuse eingeschlossen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des Energieverbrauchs _t zum Ermöglichen von hohen Drehgeschwindigkeiten und zur Verbesserung der Pulpequalität ein Inertgas wie beispielsweise Luft oder Wasserdampf der Raffinierzone bei einer Materialkonzentration von bis maximal 20 %,vorzugsweise bis maximal 10 %, insbesondere bis maximal 6 % zugeführt wird und daß die relative Geschwindigkeit zwischen den Raffinierelementen an ihrem Außenumfang 30 m/s überschreitet.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung zwischen Raffinierscheiben erfolgt, die parallel zueinander angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas einem mittleren Raum zwischen den Raffinierscheiben zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Raffinierzone in einein radialen Abstand vom Drehmittelpunkt der Raffinierscheiben durch Öffnungen zugeführt wird, die in wenigstens einer der Raffinierscheiben vorgesehen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei'die Aufbereitung von Raffinierelementen durchgeführt wird, die in einem gasdichten Gehäuse eingeschlossen sind, dadurch gekonnzeichnet, daß das Gas dem gasdichten Gehäuse zugeführt wird 0?iß. 5).
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Aufbereitung durch eine ortsfeste und eine sich drehende Raffinierscheibe durchgeführt wird, dadurch gekonnzeichnet, daß das Gas zentral in den Raum zwischen den Raffinierscheiben durch eine Gasleitung zugeführt wird, die sich im Beschickungsdurchgang für den Werkstoff befindet O¹Ig. 1).
7. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, - 3 -

daß das Gas dem mittleren Raum zwischen den Raffinierscheiben durch eine Leitung zugeführt wird, die sich in der Drehwelle befindet, (Fig» 2)
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufbereitung zwischen sich gegeneinander drehenden Raffinierscheiben erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gas dem Werkstoff im Verkstoffbeschiclcungsdurchgang vor dem Eintritt des Werkstoffes zwischen die Raffinierscheiben zugeführt wird® (Fig^ 3)
9. Verfahren nach Anspruch T,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Gas dem zellulosehaltigen Material direkt in der Raffinierzone über Löcher in den Raffinierelementen zugeführt wird, die mit einer äußeren Gasleitung verbunden sind (Fig. 4-).
10. Vorrichtung zur mechanischen Aufbereitung von Zellulosehaltigem Material zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 m±t Raffinierelcmenten (^-,5), zum Beispiel Raffinierscheiben, die sich relativ zueinander drehen_;und mit einem Raum (3,10) zwischen den Raffinierelementen sowie einem Gehäuse (1) des Refiners, das die Elemente umschließt, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (16) zum Zuführen eines Inertgases wie beispielsweise Luft oder Wasserdampf zu einem Behälter (14), der unter dem Refiner angeordnet ist.