DE3404571C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Faserstoffeigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der US-PS 40 89 210, der DE-AS 28 40 539 sowie den Schriften Svensk Papperstidning, 9 (1977) 265-284, und Pulp & Paper 55 (1981) 72-75, bekannt. Dabei wird zunächst die Dichte der Fasersuspension gemessen, wobei diese zur besseren Messung auch auf eine passende Dichte verdünnt sein kann.

Aus der Publikation Svensk Papperstidning, 9 (1977) 265-284, geht hervor, daß für umgemahlene Fasern die passende Dichte ungefähr 1 g je Liter, für gemahlene Fasern oder Holzschliff etwa 0,25 je Liter beträgt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird der sich zwischen den beiden Seiten eines sich auf einem Sieb absetzenden Faserkuchens bildende Druckunterschied bei konstantem Flüssigkeitsdurchsatz durch das Sieb gemessen.

Demgegenüber wird bei dem Verfahren, wie es in der Schrift Pulp & Paper 55 (1981) 72-75 beschrieben ist, die Geschwindigkeit gemessen, mit der die Flüssigkeit durch den Faserkuchen strömt, wobei ein konstanter Druck wirkt. Die Fasersuspension ist hierbei auf eine Dichte von etwa 0,5% verdünnt.

Bei beiden Verfahren wird jeweils zusätzlich die Temperatur der Fasersuspension gemessen, so daß anhand der gesamten erhaltenen Meßergebnisse Eigenschaften des Faserstoffes berechnet werden können.

Die Dichte der Fasersuspension läßt sich nach den bekannten Verfahren jedoch nicht bestimmen, sondern erfordert eine separate Analyse. Ebenso lassen sich die bekannten Bestimmungsverfahren nur auf sehr schwachkonsistente Fasersuspensionen anwenden und kommen deshalb kaum für direkt dem Prozeßstrom entnommene Proben in Frage. Überdies müssen die Proben bei den bekannten Verfahren meistens auf eine passende Dichte verdünnt werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu sehen, daß keine zuverlässigen Ergebnisse zu erzielen sind, wenn stark splitterhaltige Stoffe, z. B. Schleifertrogstoffe, zu bestimmen sind. Dazu kommt, daß diese Bestimmungsmethoden relativ empfindlich gegen die in der Fasersuspension enthaltende Luft sind, die deshalb vor Beginn der Bestimmung der Faserstoffeigenschaften entfernt werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Faserstoffeigenschaften zu schaffen, mit dem sich die Eigenschaften des Faserstoffes sowie seine Dichte auch unmittelbar am Prozeßstrom ohne Vorverdünnung bestimmen lassen, wobei sich die Bestimmung auch auf stark splitterhaltige Stoffe erstreckt, und bei dem die in der Fasersuspension eventuell enthaltene Luft die Bestimmung in keiner Weise beeinträchtigt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Dementsprechend wird zunächst die freie Flüssigkeit der entnommenen Faserstoffsuspensionsprobe, also die Flüssigkeit, die nach Sättigung der Faser überschüssig ist, abgefiltert, so daß sich zwischen den einzelnen Fasern des Filterkuchens keine Flüssigkeit mehr befindet.

Sodann wird der Filterkuchen einer Luftströmung ausgesetzt und der dieser Luftströmung entgegengesetzte Widerstand gemessen. Dies geschieht vorzugsweise durch Messen des Luftdurchsatzes bei konstanter Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Faserkuchens oder durch Messen des zwischen den beiden Seiten des Faserkuchens entstandenen Druckunterschiedes bei konstantem Luftdurchsatz. Der für die Messung passende Gleichgewichtszustand stellt sich, nachdem im wesentlichen alles Wasser aus dem Faserstoff abgeschieden ist, relativ schnell ein. In der Praxis beispielsweise innerhalb von 15 bis 150 Sekunden nach Beginn des Filtrierens.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich auch die Dichte der Fasersuspension bestimmen. Diese wird mittels mathematischer Modelle, die in an sich bekannter Weise zu entwickeln sind, unter Zugrundelegung der durch Wiegen ermittelten Gewichtsmasse des Filterkuchens, des gemessenen Luftströmungswiderstandes und einer gemessenen Temperatur berechnet.

Überraschenderweise läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Stoffdichte und -qualität in einem weiten Temperatur-, Dichte- und Mahlgradbereich sowohl im Laboratorium als auch direkt unter Prozeßverhältnissen zuverlässig bestimmen. Ebenfalls hervorzuheben ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bestimmung mehrerer papiertechnischer Eigenschaften auch splitterhaltiger Stoffe geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren zeichnet sich durch einen hohen Grad an Schnelligkeit und Genauigkeit aus, da hierbei gleichzeitig die Temperatur einer volumenmäßig bestimmten Stoffsuspensionsprobe, das Gewicht des saugfiltrierten Stoffkuchens sowie dessen ermittelter Luftströmungswiderstand im Endergebnis berücksichtigt werden.

Durch die Bestimmung der Temperatur, der Gewichtsmasse und des Luftstömungswiderstandes des Filterkuchens bei einer volumenmäßig konstanten Stoffprobe lassen sich, so haben die durchgeführten Untersuchungen ergeben, unter anderem die folgenden Eigenschaften mit überraschend hoher Genauigkeit bestimmen: Dichte, Mahlgrad, Naßfestigkeit, Zugfestigkeitsindex, spezifischer Berstwiderstand, Spaltfestigkeit, Lichtstreuung und Feinstoffgehalt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Stoffdichte, so daß diese in einem weiten Bereich variieren kann, beispielsweise zwischen 0,1% und 3%. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit unter anderem das Messen und Berechnen von Faserstoffeigenschaften direkt an Stoffen, wie sie im Schleifertrog vorliegen. Solche Stoffe haben typischerweise eine Stoffdichte von 1 bis 2%.

Da der Luftströmungswiderstand des Filterkuchens erst dann gemessen wird, wenn im wesentlichen alle Flüssigkeit durch das Sieb abgelaufen ist, kann sich in der Fasersuspension eventuell vorhandene Luft in keiner Weise störend auf das Meßergebnis auswirken. Das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren ist deshalb durch eine sehr hohe Genauigkeit gekennzeichnet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der vom Filterkuchen der Luftströmung entgeggengesetzte Widerstand aus einer sich ergebenden Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Filterkuchens bei konstanter Luftströmung ermittelt, während ein weiterer erfindungsgemäßer Gedanke vorsieht, den der Luftströmung entgegengesetzten Widerstand des Filterkuchens anhand der Menge einer den Filterkuchen durchströmenden Luft bei konstantem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Filterkuchens zu messen.

Der Luftströmungswiderstand kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens als erzielter Unterdruck gemessen werden, wobei für alle genannten Verfahrensmöglichkeiten der Luftströmungswiderstand, vom Beginn des Filtrierens an gerechnet, nach Ablauf einer bestimmten Zeit gemessen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einem mit einem Rührwerk versehenen Probengefäß, einem Thermometer zur Messung der Probentemperatur, einer Transporteinrichtung zum Transport der Probe auf ein Sieb, einer Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen der Ober- und Unterseite der Probe, einer Meßeinrichtung zur Druckdifferenzmessung sowie einer Registriereinrichtung zur Aufnahme der Meßergebnisse und Ermittlung der Faserstoffeigenschaften besteht, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Transporteinrichtung als Dosiervorrichtung ausgebildet ist, mit der eine volumenmäßig festgelegte Probe aus dem Probengefäß in ein beim Einfüllen der Probe mit seiner Auslaßöffnung dicht über dem Sieb angeordnetes Meßgefäß einbringbar ist, wobei eine Einrichtung zur Entfernung der Probe vom Sieb vorgesehen und dem Sieb eine Wiegevorrichtung zur Ermittlung der Gewichtsmasse der Probe nachgeordnet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls schematisch dargestellt.

Die zu untersuchende Probe wird gemäß Fig. 1 zuerst in das mit einem Rührwerk 1 versehene Probengefäß 2 gebracht, welches ein Thermometer 3 und einen Wärmetauscher 20 aufweist, mit dem die Probe im Bedarfsfall erhitzt oder gekühlt werden kann. Eine mit einem Kolben arbeitende Dosiervorrichtung 4 befördert aus dem Gefäß 2 eine volumenmäßig genau festgelegte Menge Fasersuspension in ein Meßgefäß 5, einen oben und unten offenen Zylinder.

Vor einem Einleiten der volumenmäßig festgelegten Fasersuspension in das Meßgefäß 5 wird dies so abgesenkt, daß seine Unterkante dicht gegen die Oberfläche des Endlossiebes 6 zu liegen kommt. Auf der zum Meßgefäß 5 entgegengesetzten Seite des Siebes 6, d. h. an dessen Unterseite, ist eine an eine Vakuumpumpe 8 angeschlossene Saugkammer 19 angeordnet, die zwecks Messens des in ihr herrschenden Unterdruckes mit einem Druckmeßgerät 9 ausgerüstet ist. Mit der Vakuumpumpe 8 wird das Wasser aus der im Meßgefäß 5 befindlichen Stoffprobe durch das Sieb 6 hindurch in die darunter befindliche Saugkammer 19 gesaugt. Wenn dann das Wasser im wesentlichen aus dem auf dem Sieb 6 abgelagerten Filterkuchen abgesaugt ist, wird mit dem Meßgerät 9 der in der Saugkammer 19 herrschende Unterdruck gemessen.

Nach erfolgter Unterdruckmessung wird das Meßgefäß 5 vom Sieb 6 abgehoben, wobei der Filterkuchen auf dem Sieb 6 verbleibt und durch dessen Weitertransport durch den antreibenden Motor 7 im Bereich einer Umlenkwalze 18 in eine unterhalb angeordnete Wiegevorrichtung 11 abgeworfen wird.

Das Ablösen des Stoffkuchens vom Sieb 6 kann durch eine im Inneren der Siebschlaufe hinter der Umlenkwalze 18 angeordnete, auf das Sieb gerichtete Luftdüse 10 gesichert werden, und für die Nachreinigung des Siebes ist gleichfalls im Inneren der Siebschlaufe hinter der Luftdüse 10 eine auf das Sieb 6 gerichtete Wasserspritzdüse 14 installiert. Nach erfolgtem Wiegen wird der Stoffkuchen mit dem Schaber 12 aus der Wiegevorrichtung 11 entfernt.

Die vom Thermometer 3, Unterdruckmeßgerät 9 und der Wiegevorrichtung 11 gelieferten Meßergebnisse werden der Registriervorrichtung 13 und von dort weiter der Steuer- und Ausgabeeinheit 15 zugeleitet, mit welcher an Hand gesondert erstellter mathematischer Modelle aus den Meßdaten die ursprüngliche Stoffdichte, der Feinheitsgrad, die papiertechnischen Eigenschaften und eventuell noch andere die Stoffqualität charakterisierende Kennzahlen berechnet werden. Die Steuer- und Ausgabeeinheit 15 dient ferner zur Steuerung der Funktionen der Dosiervorrichtung 4, des Meßgefäßes 5, des Motors 7 und des Schabers 12.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform darin, daß statt des Endlossiebes ein stationäres Flachsieb 6 verwendet wird, durch das die Probe filtriert wird. Der auf dem Flachsieb 6 abgelagerte Stoffkuchen wird mit einem auf der Sieboberfläche hin- und herbeweglichen Schaber 21 vom Sieb 6 abgelöst und in die darunter befindliche Wiegevorrichtung 11 gestoßen.

An die unter dem Sieb 6 angeordnete Saugkammer 19 ist eine Leitung 10 zum Einspeisen von Druckluft in die Kammer 19 angeschlossen; die unter dem Sieb 6 wirkende Druckluft löst den abgelagerten Stoffkuchen vom Sieb 6 bevor dieser mit dem Schaber 21 vom Sieb 6 entfernt wird. Weiter ist an die Saugkammer 19 eine Wasserleitung 14 angeschlossen, über die unter Druck stehendes Wasser in die Saugkammer 19 gespeist oder gegen das Sieb 6 gespritzt werden kann, um eventuell am Sieb 6 haftende Fasern vor Aufbringen des folgenden Probepostens auf das Sieb 6 zu entfernen.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Beispiels näher beschrieben werden.

Beispiel

Die Dichte von 21 grobsortierten Schleifertrogstoffen wurde nach dem Standardverfahren bestimmt. Die für die einzelnen Proben erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengestellt.

Die gleichen Proben wurden der erfindungsgemäßen Bestimmungsmethode unterzogen, und die Probentemperatur, das Gewicht des filtrierten Stoffkuchens und der unter dem filtrierten Stoffkuchen entstandene Unterdruck wurden registriert und in die obige Tabelle 1 eingetragen. An Hand dieser Meßergebnisse wurde für die Dichte ein Regressionsmodell erstellt, das als zu erklärende Größe die Dichte und als Argumente die drei vorgenannten Meßergebnisse, nämlich Gewicht, Unterdruck und Temperatur hatte. Die Regressionsanalyse lieferte für die Dichte folgendes Modell:

Dichte = -0,140 + 245 × 10^-4 × Gewicht - 254 × 10^-7 × Unterdruck × Temperatur
+115 × 10^-6 × Gewicht × Unterdruck + 173 × 10^-4 × Temperatur - 151 × 10^-6 × Temperatur² -

Als Bestimmtheitsgrad des Dichte-Modells erhielt man hierbei 99,4%, was = 100 × R², wobei R der Gesamtkorrelationskoeffizient des Modells ist. Als Gesamtkorrelationskoeffizient erhält man hierbei für die Dichte 99,7%.

An Hand dieses Modells läßt sich dann nach vorheriger Messung der Temperatur der Probe, des Gewichts des beim Filtrieren entstandenen Stoffkuchens und des unter diesem Stoffkuchen entstandenen Unterdruckes die Dichte einer unbekannten Probe berechnen.

Hat die unbekannte Stoffprobe eine Temperatur von 28°C, ihr Stoffkuchen ein Gewicht von 35 g und wird unter dem Kuchen ein Unterdruck von 150 mm Hg gemessen, so läßt sich durch Einsetzen der vorgenannten Werte in die obige Formel ihre Dichte berechnen; sie beträgt in diesem Falle 1,58%.

Gleich der Dichte können auch die anderen Eigenschaften des Stoffes an Hand der erhaltenen Meßergebnisse berechnet werden; man braucht hierzu nur an Hand der nach Standardverfahren ermittelten Ergebnisse ein Regressionsmodell zu erstellen, mit dessen Hilfe sich auf Grund der von der unbekannten Probe gelieferten Meßergebnisse die gewünschte Eigenschaft berechnen läßt.

Im obigen Beispiel und bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Vorrichtungen erfolgen Filtrations- und Messungsstufe unmittelbar aufeinander unter Verwendung ein und derselben druckdifferenzerzeugenden Vorrichtung.

Die Filtrations- und die Meßstufe können auch völlig voneinander getrennt und in separaten Einheiten erfolgen. In diesem Falle kann für das Abfiltrieren des Wassers eine gesonderte unterdruck- oder druckdifferenzerzeugende Vorrichtung vorhanden sein, deren Entwässerungsvermögen unabhängig von den anschließenden Maßnahmen in gewünschter Weise reguliert werden kann. Hierbei läßt sich dann der Stoffkuchen auf die im Hinblick auf die Messung günstigste Weise entwässern. Entsprechend läßt sich bei der Luftstömungs- Meßvorrichtung die Regulierung der Luftströmung beziehungsweise der Druckdifferenz oder des Unterdruckes unabhängig von der Einstellung der Entwässerung auf die für die Messung günstigste Weise gestalten. In diesem Falle erfolgt zuerst in der Filtervorrichtung das Entwässern der Fasersuspension unter Bildung eines Faserkuchens. Letzterer wird in die Meßvorrichtung gebracht, wo die Wirkung des Widerstands, den er der durchströmenden Luft entgegensetzt, gemessen wird. Anschließend erfolgen das Wiegen des Stoffkuchens und die Berechnung der Faserstoffeigenschaften. Die aus separaten Meßeinheiten zusammengesetzte Anlage läßt sich gewünschtenfalls auch automatisieren.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmmung von Faserstoffeigenschaften wie Dichte, Mahlgrad, Naßfestigkeit, Zugfestigkeit oder dergleichen durch Entnahme einer volumenmäßig bestimmten Probe aus der Faserstoffsuspension, wobei aus der Probe durch Druckdifferenz zwischen ihrer Ober- und Unterseite Flüssigkeit ausgetrieben wird, und durch Temperaturmessung der Probe, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Flüssigkeit abgefiltert und der vom Filterkuchen einer Luftströmung entgegengesetzte Widerstand gemessen und der Filterkuchen zur Ermittlung seiner Gewichtsmasse gewogen wird und anschließend die gesuchten Faserstoffeigenschaften aufgrund der gemessenen Werte der Temperatur, des Luftströmungswiderstandes und des Massegewichtes mittels in an sich bekannter Weise entwickelter mathematischer Modelle berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Filterkuchen der Luftströmung entgegengesetzte Widerstand aus einer sich ergebenden Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Filterkuchens bei konstanter Luftströmung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Filterkuchen der Luftströmung entgegengesetzte Widerstand aus der Menge einer den Filterkuchen duchströmenden Luft bei konstantem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Filterkuchens ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Filterkuchen der Luftströmung entgegengesetzte Widerstand anhand eines sich beim Absaugen von Luft an der Absaugseite des Filterkuchens ergebenden Unterdrucks ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Filterkuchen der Luftströmung entgegengesetzte Widerstand vom Beginn des Filtrierens an gerechnet, nach Ablauf einer bestimmten Zeit gemessen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mit einem Rührwerk versehenen Probengefäß, einem Thermometer zur Messung der Probentemperatur, einer Transporteinrichtung zum Transport der Probe auf ein Sieb, einer Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen der Ober- und Unterseite der Probe, einer Meßeinrichtung zur Druckdifferenzmessung sowie einer Registriereinrichtung zur Aufnahme der Meßergebnisse und Ermittlung der Faserstoffeigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung als Dosiervorrichtung (4) ausgebildet ist, mit der eine volumenmäßig festgelegte Probe aus dem Probengefäß (2) in ein beim Einfüllen der Probe mit seiner Auslaßöffnung dicht über dem Sieb (6) angeordnetes Meßgefäß (5) einbringbar ist, daß eine Einrichtung zur Entfernung der Probe vom Sieb (6) vorgesehen und dem Sieb eine Wiegevorrichtung (11) zur Ermittlung der Gewichtsmasse der Probe nachgeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (6) als umlaufendes Endlossieb ausgebildet ist, das mit einem Antriebsmotor (7) versehen ist, durch den das Sieb (6) nach einem Anheben des Meßgefäßes (5) um eine Strecke transportierbar ist, die mindestens dem zugeordneten Maß des Faserstoffkuchens entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Siebes (6) eine zum Sieb (6) hin gerichtete Luftdüse (10) zum Ablösen des auf dem Sieb (6) liegenden Faserstoffkuchens und Abwerfen desselben auf die darunter befindliche Wiegevorrichtung (11) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Siebes (6) hinter der Luftdüse (10) eine gleichfalls zum Sieb hin gerichtete Wasserspritzdüse (14) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Siebes (6) ein hin- und herbewegbarer Schaber (21) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (4) nach dem Kolbenprinzip arbeitet.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß im Probengefäß (2) zur Erhitzung oder Kühlung der vom Prozeß abgetrennten Probe ein Wärmetauscher (20) angeordnet ist.