DE3701315A1 - Verfahren zur verringerung des energieverbrauchs beim mahlen von fasermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Mahlen von Fasermaterial in Vor­ richtungen mit sich relativ zueinander bewegenden Mahlflächen. In erster Linie ist an das Mahlen von zerkleinertem Faser­ material gedacht, z.B. an das Mahlen von Schnitzeln zu Pulpe oder sogenannter mechanischer Pulpe. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Kombination von Maßnahmen zu Verringerung des Energieverbrauches während eines solchen Mahlvorganges, da die Energieumwandlung bei den bekannten Verfahren sehr hoch ist und pro Mahlstufe eine Größe von annähernd 1000 kWh pro Tonne Pulpe, das ist bei einer Mahlung in zwei Stufen ein Gesamtverbrauch von annähernd 2000 kWh pro Tonne erzeug­ ter Pulpe, erreicht. Nur ein kleiner Teil dieser Energie­ menge wird für die Zerfaserungsarbeit als solche verwendet, während der überwiegende Teil für die Umwandlung der Feuch­ tigkeit in dem Fasermaterial und einer möglicherweise zuge­ setzten Flüssigkeit in Dampf verbraucht wird. Der in dem Mahlraum erzeugte Dampf nimmt ein Volumen ein, das als solches nicht erwünscht ist, da der Dampf bei dem in dem Mahlraum herrschenden Druck den natürlichen Durchgang des Fasermaterials durch den Mahlraum erschwert und auch die Verweilzeit des Fasermaterials in der Mahlzone herabsetzt.

Ziel der Erfindung ist es, die Energieumwandlung während der Mahlung durch eine Kombination von Maßnahmen zu verringern, die unten näher erläutert werden.

Auch wenn es Stoffmühlen gibt, in denen beide Mahlflächen beweglich sind, um eine erwünschte relative Bewegung im Mahlraum zu erhalten, umfaßt das folgende Beispiel nur Stoff­ mühlen mit einem festen Teil, einem sogenannten Stator, und einem benachbarten beweglichen Teil, einem sogenannten Rotor.

Eine erste Energie einsparende Maßnahme besteht in einer drastischen Verringerung der Mahlfrequenz, wobei der rotierende Teil auf im wesentlichen der gleichen Umdrehungszahl pro Minu­ te wie vorher gehalten wird, wobei aber die Anzahl der Schneid­ elemente auf dem Rotor und dem Stator drastisch verringert wird.

Als zweite Maßnahme, um die geringere Mahlfrequenz teilweise zu kompensieren, wird gleichzeitig das Volumen, d.h. die Verweilzeit zwischen den Mahlelementen, vergrößert bzw. ver­ längert. Da man bei einer Scheibenmühle mit nur in radialer Richtung verlaufendem Mahlraum aufgrund der bei einer be­ stimmten Umdrehungszahl auf das Fasermaterial einwirkenden Zentrifugalkraft bezüglich des Durchmessers der Mahlzone beschränkt ist, ist es demgegenüber aber möglich, das Volumen der Mahlzone zu vergrößern, indem der Mahlraum zylindrisch oder etwas konisch ausgebildet wird. Auf diese Weise kann der Durchmesser innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten werden, während gleichzeitig die Länge der Mahlzone vergrößert wird.

Als dritte Maßnahme, und zwar auch um die niedrigere Mahl­ frequenz teilweise zu kompensieren, und zwar mit dem Ziel, den Energieverbrauch herabzusetzen, wird der im Mahlraum erzeugte Dampf soweit wie möglich ausgelassen, um die Zu­ gänglichkeit der Mahlflächen für das Fasermaterial zu verbessern und dadurch die Verweilzeit des Fasermaterials in der Mahlzone als solcher zu verlängern.

Bezüglich der Ausbildung der Mahlorgane selbst, die in modernen Maschinen allgemein auswechselbar sind, da sie starker Bean­ spruchung und Abnutzung ausgesetzt sind, ist in großem Umfange Forschungsarbeit und Entwicklungsarbeit aufgewendet worden. In dem kanadischen Patent CA 9 01 857 sind Beispiele scheiben­ förmige und auch konische Mahlsegmente mit verschiedenen Mustern, wie Nuten oder Stangen gezeigt, um eine möglichst wirksame Mahlung zu erhalten. Ein anderes Muster ist in der US-PS 38 15 834 gezeigt, und zwar für eine Scheibenmühle, aus der deutlich ersichtbar ist, daß die Nuten bei dem kleineren Scheibendurchmesser in einem verhältnismäßig großen Abstand angeordnet sind, und daß der Abstand weiter außen in Richtung auf den Umfang der Scheibe immer kleiner wird. Mit Mahlfrequenz ist die Umdrehungszahl des Rotors in Umdrehungen pro Sekunde, multipliziert mit der Anzahl der Nuten am Umfang der Mahl­ flächen gemeint. Rotor-Umdrehungszahlen in der Größenordnung von 1500 bis 1000 U/min können als normal angesehen werden, die zu Frequenzen in der Größenordnung von 6000 bis 20 000 Hz führen. Gemäß der Erfindung hat man festgestellt, daß der Energieverbrauch beträchtlich verringert werden kann, und zwar in günstigen Fällen auf weniger als die Hälfte, wenn die Frequenz auf etwa 300 bis 800 Hz verringert wird, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors beibehalten wird und beim Rotor und Stator die Anzahl an Schneidelementen von üb­ licherweise 400 bis 600 auf 20 bis 30 verringert wird.

Um die obengenannte verringerte Frequenz zu kompensieren, ist es erforderlich, das Volumen, d.h. die Verweilzeit zwischen den Mahlelementen, zu vergrößern bzw. zu verlängern, und zwar durch zylindrische oder vorzugsweise etwas konische Ausbildung der Stoffmühle. Hierdurch ist es möglich, den Weg des Faser­ materials durch die Mühle, d.h., entlang der konischen Fläche, zu verlängern, und zwar in größerem Maße, als es bei einer Scheibenmühle möglich wäre, da es, wie bereits erwähnt, nicht erwünscht ist, den Durchmesser der Mahlzone zu sehr zu ver­ größern.

Um die Verweilzeit in der Mühle zu verlängern, wird nach der Erfindung erzeugter Dampf kontinuierlich und im wesent­ lichen entlang der gesamten Rotorlänge ausgelassen. Hierbei sollte die Dampftrennung so vollständig wie möglich erfolgen, um die Verdichtbarkeit der Schnitzel-Faser-Wasser-Dampf-Mischung zu verringern, die wirksam zur Richtung der Eingangs-Scher­ kräfte auf die Schnitzeln und Fasern beiträgt.

In der Industrie ist eine wirksame Extraktion von Dampf aus der Mahlzone in Mühlen lange Zeit ein Problem gewesen. Es ist aber in der kanadischen Patentschrift CA 10 79 559 ein Beispiel gezeigt, bei dem die Mahlsegmente neben Nuten mit Öffnungen versehen sind, welche den Dampf und das folgende Fasermaterial in geeigneter Weise von dem Mahlraum zur Rück­ seite der Mahlelemente leitet.

Nach der vorliegenden Erfindung wird der größere Teil des im Mahlraum erzeugten Dampfes von der Mahlzone weggeführt, und es wird dieser Teil des Dampfes zusätzlich von dem Haupt­ teil des dem Fasermaterial möglicherweise folgenden Materials getrennt. Darauf wird der Dampf aus der Mühle getrennt von dem Fasermaterialauslaß durch einen oder mehrere Dampfaus­ lässe ausgelassen. Die Dampfmenge wird ferner dadurch gere­ gelt, daß eine geeignete Druckdifferenz zwischen dem Dampf­ auslaß und dem Fasermaterialauslaß aufrechterhalten wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verringerung des Energieverbrauches beim Mahlen einer Fasermaterialmischung oder Fasermaterialsus­ pension, z.B. von feuchten Holzschnitzeln, in einer Stoffmühle mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Fasermaterial, in welcher das Material einen Mahlraum zwischen sich relativ zu­ einander bewegenden Mahlflächen durchsetzt, gekennzeichnet durch eine Kombination folgender Maßnahmen:
es wird die Mahlfrequenz von normal etwa 6000 bis 20 000 Hz auf etwa 300 bis 800 Hz verringert, indem die Anzahl der Schneid­ elemente von normal etwa 400 bis 600 auf typisch etwa 20 bis 30 verringert wird, wobei die Normalgeschwindigkeit von etwa 1000 bis 1500 U/min aufrechterhalten wird,
es wird die Verweilzeit des Fasermaterials in dem Mahlraum er­ höht, um die aufgrund der herabgesetzten Frequenz verringerte Mahlimpulsanzahl zu kompensieren, indem die Mahlflächen konisch oder zylindrisch ausgebildet werden, um es zu ermöglichen, daß ein größeres Volumen im Mahlraum verbleibt, ohne daß der Durch­ messer der Mahlelemente vergrößert wird, und
es wird die aufgrund der herabgesetzten Frequenz verringerte Mahlimpulszahl kompensiert, indem die Verweilzeit des Faser­ materials in dem Mahlraum erhöht wird, indem kontinuierlich in radialer Richtung aus dem Mahlraum Dampf abgelassen wird, der durch die Energieumwandlung von der dem Fasermaterial fol­ genden Flüssigkeit befreit wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Mahlraum abgelassene Dampf in der Stoffmühle von im wesentlichen allem dem Dampf folgenden Fasermaterial be­ freit wird, daß der Dampf aus der Stoffmühle durch wenigstens einen vom Fasermaterialauslaß getrennten Dampfauslaß ausgelassen wird und daß die aus der Stoffmühle abgelassene Dampfmenge gere­ gelt wird, indem eine geeignete Druckdifferenz zwischen dem Dampfauslaß und dem Fasermaterialauslaß aufrechterhalten wird.