DE3705241C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanisch-thermischen Entwässerung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papierbahn unter gleichzeitigem Einsatz von Druck und Wärme in einem Preßspalt, durch welchen die zu entwässernde Bahn zusammen mit einem zur Aufnahme des ausgepreßten Wassers geeigneten porösen Band geführt wird, wobei der Einsatz von Wärme die Menge des in das poröse Band aufzunehmenden Wassers erhöhen soll.

Solche Entwässerung findet z. B. in einer Papiermaschine in ihrer Pressenpartie oder im Anschluß an ihre Pressenpartie statt. Es sind verschiedene Ausführungen einer Pressenpartie mit Temperaturbeaufschlagung im Preßspalt bekannt:

Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 33 54 035 eine Anpressung einer feuchten Papierbahn gegen einen beheizten Zylinder. Bei Temperaturen bis zu 200°C wird die Papierbahn mittels eines durchlässigen Anpreßbandes in Kontakt mit der Zylinderoberfläche gehalten. Es wird hier der Vorteil genannt, daß das im Papier befindliche Wasser durch den entstehenden Wasserdampf in den Filz mitgerissen wird. Der Dampf ist hier eine Transportunterstützung. Jedoch wird bei den hochbeheizten Preßwalzen auf die Gefahr von Papierbahnbeschädigungen hingewiesen.

Beim Einsatz von Bändern als Anpreßelement kommt bei dem niedrigeren Anpreßdruck dagegen die unterstützende thermische Komponente nicht voll zur Wirkung, so daß sich auf diese Weise die Entwässerung nicht besonders hoch halten läßt.

Gemäß US-Patent 43 24 613 sollen die erforderlichen extrem hohen Wärmestromdichten durch eine externe Beheizung eines Zylinders durch einen Gasbrenner erreicht werden. Beim Einlauf der Papierbahn in einen mit einer Saugwalze gebildeten Preßspalt entsteht Wasserdampf, der freies Oberflächenwasser aus dem Papier in einen Filz mitreißt, welches dann über die Saugwalze abgezogen wird. Die Papierbahn umschlingt dabei den beheizten Zylinder und wird von diesem weggeschabt. Die bevorzugte Verwendung dieser Methode liegt bei der Herstellung von sehr geringen Papiergewichten.

Gemäß der PCT WO 85/03 314 wird eine nasse Papierbahn mit einem über 100°C erwärmten Preßfilz an einen Trockenzylinder gepreßt und das in den Filz gedrückte Wasser wird mit dem kondensierten Wasserdampf anschließend aus dem Filz gesaugt. Der erzeugte Wasserdampf im Preßspalt soll gleichzeitig eine Barriere gegen die Rückbefeuchtung der Papierbahn darstellen. Die notwendige Erwärmung des Filzes mittels eines Brenners scheint recht gefährlich zu sein und der, wie zu erwarten ist, hinter dem Preßspalt explodierende Wasserdampf kann eine Beschädigung der auslaufenden Papierbahn verursachen.

Im Tappi Journal/Vol. 66, No. 9, Seiten 123 bis 126, wird eine Entwässerungspresse mit beheiztem Walzenpreßspalt beschrieben. Versuche mit einem Pressensimulator zeigten bei einer beheizten Pressenoberfläche eine deutliche Steigerung des Trocknens gegenüber reiner mechanischer Entwässerung. Diese Wirkung des s. g. "Impulse Drying" wird durch den im Preßspalt erzeugten Wasserdampf erklärt, der Wasser aus den Kapillaren in den Preßfilz mitreißt. Auch nach dieser Information muß mit einer Beschädigung der Papierbahn bei dem Auslauf aus dem Preßspalt durch das plötzliche und unkontrollierte Expandieren des vorhandenen Wasserdampfes in der Bahn gerechnet werden.

Bei bekannten Verfahren, wie sie z. B. aus der DE-OS 33 36 642 (speziell Fig. 3 und 6) sowie aus der US 45 76 682 (Fig. 3, 6 und 9) zu entnehmen sind, wird angestrebt, den Druckverlauf während des Durchgangs durch den Preßspalt ansteigen zu lassen. Dadurch besteht allerdings, ähnlich wie zuvor beschrieben, die Gefahr, daß beim Herauslaufen der Bahn aus dem Preßspalt, was mit einem plötzlichen Druckabfall auf Umgebungsdruck verbunden ist, die Papierbahn durch explosionsartiges Entspannen beschädigt wird.

Auch die in der US-PS 39 70 515 gezeigte Pressenpartie zeigt zwar die Möglichkeit, den im Preßspalt auf die Bahn aufgeprägten Druck so einzustellen, daß er während des Durchlaufens der Bahn nacheinander veränderbar ist, die dort auffindbaren Erklärungen beschreiben jedoch ebenfalls ein Verfahren mit in Laufrichtung zunehmendem Preßdruck.

Bei den bisherigen Entwässerungsverfahren ist es also nicht gelungen, die von dem gleichzeitigen Einsatz von Druck und Temperatur in den Preßspalt zu erwartenden Vorteile und Auswirkungen auf den Entwässerungsvorgang zu erreichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steigerung der Entwässerung durch den gleichzeitigen Einsatz von Druck und Wärme in einem Preßspalt zu lösen, wobei gleichzeitig die Gefahr der Beschädigung der Faserstoffbahn nach der Behandlung in dem Preßspalt bei Übergang in dem Umgebungsdruckbereich eliminiert werden soll.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch wird eine deutliche Steigerung des Entwässerns gegenüber den bisherigen Verfahren verwirklicht, wobei die kurzen Verweilzeiten im Bereich von einigen msec in einem in Laufrichtung der Bahn kurzen Preßspalt zwischen 2 Walzen durch die Anwendung des zu einer Preßzone verlängerten Preßspaltes verlängert worden sind. Diese verlängerte Verweilzeit genügt zum Einbringen der nötigen Wärmestromdichten zur Erzeugung eines ausreichenden Dampfdruckes. Die Verwendung eines verlängerten Preßspaltes mit genügender Filzkapazität, mit Dampfdruckkontrolle in dem Preßspalt ermöglicht mit gleichzeitig kontrollierbarem Anpreßdruck einen genügend hohen Wärmeübergang zur Entwässerung mit dem gleichzeitig erzeugten Wasserdampf. In der Preßzone wird die Bahn bis zum Sättigungspunkt komprimiert, womit ein hydraulischer Druck aufgebaut wird. Durch den guten Wärmeübergang bei genügenden Preßspaltlängen wird das Wasser in der Papierbahn durch geeignete Beheizung mittels der Wärmezuführung überhitzt, so daß bei einer Druckreduktion in der Bahn im zweiten Abschnitt der entstehende Dampf Wasser aus den vollgefüllten, verstehe gesättigten Kapillaren in das Filzband mit hineindrückt. Vor dem Auslauf der Bahn aus dem Preßspalt ist der Druck soweit reduziert, daß durch den Entspannungsdampf noch zusätzlich Wasser aus den sich nun mit Luft füllenden Kapillaren mitgerissen wird. Die Kompression der Bahn während der Durchströmung im zweiten Abschnitt der Preßzone mit dem Wasserdampf ist wichtig, denn erst im Sättigungszustand ist der Transport des Wassers überhaupt möglich. Dieser Druckabbau in der Bahn ist beim Einsatz von bekannten hydrostatischen Stützquellen als Anpreßelemente gut möglich, wobei sich auch mit deren Hilfe die Temperatur dem Preßspalt entlang im gewünschten Bereich kontrollieren läßt. Es ist wichtig, daß es sich um eine kontrollierte Druckrücknahme handelt, damit beim Auslauf die stark aufgeheizte Papierbahn nicht schlagartig auf Umgebungsdruck gebracht wird, was zu einer Beschädigung der Bahn durch die plötzliche Entspannung führt. Es ist aber auch wichtig, daß in der aus dem Preßspalt auslaufenden Bahn noch ein gewisser Dampfdruck herrscht, der zum Ausdampfen von Wasser hinter dem Preßspalt führt. Auf diese Weise wird eine Rückbefeuchtung der Bahn aus dem Filz heraus vermieden.

Wenn das Filzband zu einer erhöhten Aufnahme des Wassers vor dem Preßspalt konditioniert wird, kommt es zur Aufnahme des mitgerissenen Wassers sowie zu einer Aufnahme des Wasserdampfes durch Kondensation in den kälteren Schichten des Filzbandes und damit zu dessen Aufwärmung.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich aus dem schnellen Aufheizen der Papierbahn bei dem hohen Anpreßdruck, durch verlängerte Verweilzeit bei hohen Papiertemperaturen, durch die Druckkontrolle in dem Preßspalt zur Vermeidung von Bahnbeschädigungen bei dem früher zu befürchtenden explosiven Ausdampfen. Wichtig ist auch die erzielte volumenschonende mechanische Entwässerung durch einen Volumeneffekt, welcher bei kontrolliertem Wasserdampfaustritt aus der Bahn erzielt wird. Das für eine ausreichende Steifigkeit des Papiers notwendige Volumen kann durch eine zu starke Verdichtung in der Preßzone verloren­ gehen. Bei dem beschriebenen Verfahren kann jedoch durch einen kontrollierten Wasserdampfaustritt ein gefordertes Mindestvolumen wieder erreicht werden. Zudem kann eine verbesserte Oberflächenglätte bei gleichzeitiger Druck- und Temperaturbeaufschlagung erreicht werden. Des weiteren ergeben die höheren Temperaturen Verbesserungen der Papiereigenschaften, wie sie bei preßgetrocknetem Papier aufgrund der Überschreitung der Gasumwandlungstemperaturen erreicht werden. Ein sehr wichtiger Vorteil ist es auch, daß bei der vollständigen Sättigung der Papierbahn durch den angewandten Druck bereits durch geringe Dampfmengen Wasser aus der Papierbahn mitgerissen bzw. heraustransportiert wird. Durch die verlängerte Verweilzeit in dem Preßspalt und durch die hohen Anpreßdrücke sind Wärmestromdichten möglich, die die Nutzung des entstehenden Wasserdampfes zur Durchströmungsentwässerung erlaubt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Im weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen näher erklärt. Die Beschreibung bezieht sich auf eine Zeichnung, in der zeigt

Fig. 1 eine erste beispielsweise Vorrichtung zur Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit graphisch dargestelltem Druckverlauf im Preßspalt (oben in Figur),

Fig. 2 ein zweites Beispiel solcher Vorrichtung,

Fig. 3 ein drittes, und

Fig. 4 ein viertes Beispiel der Vorrichtung.

Bei den Ausführungen, die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind, geschieht eine mechanisch-thermische Entwässerung einer Faserstoffbahn 1, welche hier eine Papierbahn ist, unter gleichzeitigem Einsatz von Druck und Wärme in einem Preßspalt 2, durch welchen die zu entwässernde Bahn 1 zusammen mit einem zur Aufnahme des ausgepreßten Wassers geeigneten porösen Band 3 geführt wird. Mit einem gleichzeitigen Einsatz von Druck und Wärme soll die Menge des in das poröse Band 3 aufzunehmenden Wassers erhöht werden.

Die Entwässerung wird in einem Preßspalt 2 vorgenommen, der zu einer Preßzone verlängert ist, zu einer Länge, die mit einem Bereich 4 angedeutet ist. In diesem Fall ist die Preßzone 4 bzw. der Preßspalt 2 zwischen einer beheizten Gegenwalze 6 mit voller Oberfläche und einem undurchlässigen Band 7 ausgebildet. Das Band 7 wird mittels in Reihen abschnittsweise der Preßzone bzw. des Preßspaltes entlang angeordneten, mit einer Zwischendichtung 20 zu versehenen Anpreßelemente 8 und 9 bzw. 8³ in Richtung zu der Gegenwalze angepreßt. Durch die Anpreßelemente 8 und 9 lassen sich in der Preßzone 4 bzw. in dem Preßspalt 2 abschnittsweise in Durchlaufrichtung 5 der Bahn 1 unterschiedliche Drücke wie auch unterschiedliche Temperaturen einstellen. Nur wegen Vereinfachung sind hier lediglich zwei Anpreßelemente 8 und 9 gezeigt.

Der in die Preßzone 4, bzw. in dem Preßspalt 2 einlaufenden Bahn 1 wird Wärme zugeführt. Gleichzeitig wird die Bahn in der Preßzone durch Druckeinsatz zur vollständigen Sättigung der Kapillaren in der Bahn gepreßt, wodurch ein hydraulischer Druck aufgebaut wird. Bei diesem hohen Anpreßdruck, der über die Anpreßelemente 8 und 9 bewerkstelligt wird, entsteht in der aufgeheizten Papierbahn ein Wasserdampf hohen Druckes, dessen Strom sich von dem beheizten Körper 6 in Richtung zu dem porösen Band 3 bewegt. Er sorgt so für einen erhöhten Transport bzw. Abführen von Wasser in das Band 3 zusätzlich und unterstützend zu dem vorliegenden mechanischen Druck in dem Preßspalt. Dies geschieht in dem ersten Abschnitt nach dem Einlauf der Bahn 1 in den Preßspalt 2. In dem zweiten Abschnitt der Preßzone 4, vor dem Auslauf der Bahn 1 aus der Preßzone 4, wird der Behandlungsdruck in der Bahn gegenüber den vorhergehenden Abschnitten der Preßzone deutlich herabgesetzt. Beim Herstellen von gewissen Papiersorten, wo man eine bestimmte Bahndicke hinter der Preßzone erreichen will, wird mit einem sog. Volumeneffekt gezielt gearbeitet, was hier heißt, daß der Druck in dem zweiten Abschnitt der Preßzone vor dem Auslauf der Bahn aus dieser nicht ganz bis auf den Umgebungsdruck herabgesetzt wird, sondern daß der Druck ein wenig oberhalb dieses Umgebungsdruckes eingestellt wird. Das führt dazu, daß hinter der Preßzone sich bei dem Ausdampfen der Bahn bei dem kleinen Überdruck in der Bahn gegenüber dem Umgebungsdruck eine gewünschte Dicke der Bahn einstellt, die größer ist als die bei dem komprimierten Zustand in der Preßzone. Zusätzlich vermeidet diese Maßnahme auch die Rückbefeuchtung der auslaufenden Papierbahn 1 aus dem mitlaufenden porösen Band 3 her.

Nach den Ausführungen, die in der Zeichnung gezeigt sind, sind die Anpreßelemente 8 und 9 bzw. 8³ hydrostatische Anpreßelemente, die mit einem Druckmedium beaufschlagbare Drucktaschen 10 bzw. 10¹ und 10² aufweisen, die gegenüber dem undurchlässigen Band 7 geöffnet sind. Die Drucktaschen 10 können gleichgroße dem Band 7 zugewandte Flächen haben. Diese können jedoch auch unterschiedlich groß sein, wie es am Beispiel in Fig. 2 gezeigt ist. Wie sich damit der Behandlungsdruck 21 einstellen läßt, ist mittels des Diagramms, jeweils oben zu der Fig. 1 bzw. 2 gezeigt. Es ist mit diesen Anpreßelementen nicht nur möglich, mechanisch einen entsprechenden Anpreßdruck in dem Preßspalt zu erzielen, sondern es ist auch möglich, mit dem Druckmedium, welches entsprechend temperiert, bzw. konditioniert ist, das Band 7, d. h. den Preßspalt 2 und das in ihm laufende Band 1 und Filzband 3 zu heizen oder zu kühlen. Deswegen ist es von Vorteil, für das Band 7 Metall oder ein anderes temperaturfestes Material zu wählen. Es ist also möglich abschnittsweise in den Preßspalt 2 verschiedene Drücke wie auch verschiedene Temperaturen einzustellen. Die Wärmezufuhr läßt sich durch verschiedene zusätzliche Mittel intensivieren: Hier wird an zusätzliche Heizer 17 in dem Zylinder 6 gedacht, wie auch an die zusätzlichen Heizer 18 die außerhalb des Zylinders 6 angeordnet sind. Solche zusätzlichen Heizer können auch zum Beheizen der Papierbahn, bzw. des porösen Bandes 3, bzw. des undurchlässigen Bandes 7 vorgesehen sein, wie dies mit Heizern 19 angedeutet ist. Die Anpreßelemente 8 und 9 sind jeweils in einem Träger 12 quer zu der Papierbahn reihenweise angeordnet.

Ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 3 bzw. 4 gezeigt. Demgemäß wird die Entwässerung in einer Preßzone 11 ausgeführt, die zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden, undurchlässigen Bändern 7¹ und 7² gebildet ist. Die Bänder 7¹ und 7² laufen an Führungswalzen 13, 14, 15 und 16. In dem Raum zwischen den Walzenpaaren sind beiderseits der Preßzone 11 Anpreßelemente 8¹, 8², 9¹ und 9² angeordnet. Die auf diese Weise angeordneten Anpreßelemente sind in Richtung gegeneinander und zu dem jeweiligen Band anpreßbar, wodurch der Druck in der Preßzone 11 kontrolliert einstellbar ist. Wie vorher erwähnt, werden auch diese Anpreßelemente mittels eines Trägers 12 getragen. Auch diese Anpreßelemente 8¹, 9¹, 8² und 9² sind hydrostatische, mit einem Druckmedium beaufschlagbare Anpreßelemente. Sie weisen den Bändern 7¹ und 7² zugewandte Drucktaschen 10 auf, wobei es von Vorteil ist, wenn die einem der Bänder zugeordneten Anpreßelemente 8¹ und 9¹ mit einem zum Kühlen des an ihnen laufenden Bandes 7¹ temperierten Druckmedium beaufschlagt werden. Da die oberen Anpreßelemente 8² und 9² mit einem zum Heizen temperierten bzw. kondensierten Medium beaufschlagt werden, wodurch auch die Wärme in die Preßzone eingeführt wird, ergibt sich in der zwischen dem oberen Band 7² und dem an dem unteren Band 7¹ laufenden Papierbahn 1 und dem porösen Band 3 ein Temperaturgradient, welcher das Abführen des Wassers in das poröse Band 3 unterstützt. Durch das Kondensieren des Wasserdampfes in den kühleren Regionen kommt es zur weiteren Erhitzung dieser Regionen. Auch in diesem Fall lassen sich sowohl die undurchlässigen Bänder 7¹ und 7², wie es mit den zusätzlichen Heizern 19 angedeutet ist, zusätzlich aufheizen. Eine ähnliche Maßnahme zum Aufheizen der Bahn 1 sowie des Bandes 3 ist leicht vorstellbar und kann von Nutzen sein. Fig. 4 zeigt als Beispiel eine auf das Band 1 wirkende weitere Heizvorrichtung 22. Zum zusätzlichen Kühlen können bei der Vorrichtung auf ähnliche Weise geeignete Kühler vorgesehen werden.

Zum Beheizen des Preßspaltes 2 über die Preßelemente 8 und 9 wird vorzugsweise Thermoöl verwendet. Die zusätzlichen Heizer können vorstellbarerweise Induktorleisten oder Gasbrenner sein.

Claims (6)

1. Verfahren zur mechanisch-thermischen Entwässerung einer Faserstoffbahn (1), insbesondere einer Papierbahn unter gleichzeitigem Einsatz von Druck und Wärme in einem Preßspalt (2), durch welchen die zu entwässernde Bahn zusammen mit einem zur Aufnahme des ausgepreßten Wassers geeigneten porösen Band (3) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entwässerung in einem in bekannter Weise zu einer Preßzone (4 bzw. 11) verlängerten Preßspalt (2) abschnittsweise in Durchlaufrichtung (5) der Bahn (1) auf diese mit unterschiedlich hohen Drücken und mit unterschiedlich hohen Temperaturen eingewirkt wird, wobei der in die Preßzone (4 bzw. 11) einlaufenden Bahn Wärme zugeführt wird, wodurch in der Bahn (1) in der Preßzone durch Druckeinsatz zur vollständigen Sättigung der Bahnkapillaren ein hydraulischer Druck aufgebaut wird, der Wasser in das poröse Band (3) transportiert, wobei im weiteren Abschnitt der Preßzone (4 bzw. 11) der Behandlungsdruck (21) in der Bahn (1) gegenüber dem im vorhergehenden Abschnitt der Preßzone herabgesetzt wird, so daß der hydraulische Druck gegen Null gesenkt wird, wodurch an der beheizten Oberfläche entsprechend den eingestellten Druck- und Temperaturbedingungen Wasserdampf erzeugt wird, dessen Strom ein erhöhtes Versetzen des abzuführenden Wassers in Richtung zur Aufnahme in das poröse Band (3) zusätzlich und unterstützend zu der mechanischen Druckeinwirkung auf die Bahn ermöglicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsdruck vor dem Auslauf der Bahn (1) aus der Preßzone (4 bzw. 11) nahezu bis auf den Umgebungsdruck herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr im in Laufrichtung (s) letzten Preßzonenabschnitt herabgesetzt bis abgestellt wird, bzw. daß dieser Zonenabschnitt gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (1) und/oder die porösen (3) sowie die undurchlässigen Bänder (7, 7¹, 7²) vor dem Einlauf in die Preßzone (4 bzw. 11) vorgeheizt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (1) vor der Preßzone (11) zwischen den Bändern (7¹ und 7²) vorgewärmt und nach der Preßzone (11) mit zeitlicher Verzögerung auf den Umgebungsdruck entspannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (1) unmittelbar nach Erwärmung sofort in den Preßspalt (2) eingeführt und nach Verlassen des Preßspaltes (2) sofort auf Umgebungsdruckniveau gebracht wird.