DE4106140A1 - Verfahren und vorrichtung zur entlueftung einer papierstoffsuspension - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entlüftung einer Papierstoffsuspension der in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine Entlüftung der Stoffsuspension unter Unterdruck, insbesondere bei annäherndem Siedezustand, ist notwendig bei schnellaufenden Papiermaschinen, an denen Papiersorten wie z. B. für Zeitungsdruck, LWC, Streichdruck, Telex u. ä. aus Suspensionen mit Rohstoffen, wie z. B. Holzschliff, direktem, sortierten Altpapier oder Zellstoff hergestellt werden. In der Regel wird die Entlüftung nach vorangehender Abscheidung von Störstoffpartikeln durchgeführt.

Zu der Entlüftung werden Vorrichtungen eingesetzt, die dem Fachmann unter Marken-Bezeichnungen, wie z. B. "Deculator", "Ensovac", "Cleanvac" oder "Perivac" bekannt sind. Bei diesen bekannten Systemen wird der nach einer Vorreinigung üblicherweise aus einer sogenannten Cleaner-Batterie erhaltene Gutstoff gegen eine, einen unter hohem Unterdruck stehenden Raum abgrenzende Wandung eingespritzt, wodurch eine Versprühung der Suspension erwirkt wird, so daß die Luft aus der Suspension schnell entweichen kann. Der zur Verfügung stehende Raum muß dabei recht groß sein, was aufwendige unter Unterdruck stehende Behälter zur Folge hat.

Es soll erreicht werden, diese Entlüftungstechnik auf effizientere Weise zu gestalten, so daß Einsparungen bei den Abmessungen der Apparate und der vorgesehenen Anlage und dadurch Ersparnisse am Raumbedarf gegenüber dem bisherigen Zustand erreicht werden können.

Diese Aufgabe ist bei Entlüftung einer Suspension der anfangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch Maßnahmen, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben sind, gelöst.

Dadurch ist es möglich, eine feinste Versprühung der Suspension in dem bezüglichen Raum zu erwirken, wodurch eine maximale Flüssigkeitsoberfläche geschaffen wird, die bei entsprechendem Vakuum, d. h. bei annäherndem Siedzustand der Flüssigkeit die gewünschte, optimale Entlüftung der Suspension erreichbar macht. Dadurch ist es möglich, den unter dem Vakuum stehenden Raum im Vergleich zum bisher Üblichen zu verkleinern, was schon an sich eine Verringerung des Platzbedarfs bedeutet und damit zur Baukostensenkung beiträgt.

In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Ein besonderes Augenmerk ist auf die Gestaltung des einzelnen Strahles zu richten, insbesondere was die Erzeugung seiner möglichst intensiven Turbulenz betrifft. Dies wird besonders gut dadurch gelöst, daß die Aufteilung in die Teilstrahlen durch einen Verteiler vorgenommen wird, die zu diesem Zweck mit allmählich oder stufendiffusor-artigen, sich verengenden Öffnungen durchsetzt ist. Es sind aber auch sich stufendiffusor-artig erweiternde Öffnungen denkbar, da unter bestimmten Bedingungen auch dadurch die Strahlturbulenz gesteigert wird. Weitere Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung bestehen in der Gestaltung der Bohrungsoberfläche, wie etwa Querrillen oder Rillen, die eine schraubenlinienförmige Flüssigkeitsbewegung erzeugen.

Es ist auch vorteilhafterweise möglich, die Vorreinigung der zu entlüftenden Suspension - insbesondere in Cleanern - von der eigentlichen Entlüftung apparatemäßig und räumlich voneinander zu trennen, so daß die beiden Vorgänge voneinander unabhängig besser optimierbar sind.

Der Gegenstand der Erfindung wird im weiteren näher beschrieben und erklärt. Die Beschreibung bezieht sich auf Zeichnungen,die folgendes darstellen:

Fig. 1 ein Schema zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Entlüftungsverfahrens,

Fig. 1A Ausschnitt aus Fig. 1 mit geändertem Verteiler,

Fig. 2 bis 7 verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der zur Entlüftung verwendbaren Öffnungen, im Schnitt dargestellt,

Fig. 8 und 9 Entlüftervarianten, schematisch,

Fig. 10 und 11 spezielle Ausführungen des Verteilers (im Schnitt).

Wie im Beispiel der Fig. 1 dargestellt, kommt die zu entlüftende Suspension 1, welche gebildet wird aus dem Stoff S und dem Wasser W, getrieben von einer Motorpumpe, zu einer Vorreinigung, bei der die Störstoffe abgetrennt werden. Dies geschieht hier in einer bekannten Cleaner-Anlage 9, aus welcher als Gutstoff die gereinigte Suspension 10 mit einem Druck von ca. 1,4 bis 1,8 bar (abs.) austritt. Durch eine Leitung 11 fließt die Suspension dem Entlüfter 5 zu, und zwar dort in einen Raum 8, der unterhalb eines Verteilers 6 angeordnet ist.

Der Verteiler 6 begrenzt den Raum 8 und ist mit Öffnungen 7 in entsprechender Anzahl durchsetzt. Die Ausführung der Öffnungen 7 gestaltet die gewünschten Eigenschaften der Teilstrahlen 2, was ihre Anzahl, Volumen, Geschwindigkeit und Turbulenz betrifft. Mit Vorteil, um hohe Turbulenzen des Strahles zu erwirken, hat die Bohrung 7 die Form eines sich stufenweise verengenden Diffusors. Dadurch kann an den Stufen ein Teil der Druckenergie in Turbulenz umgewandelt werden.

Es sind aber auch andere Formen der Turbulenzerhöhung möglich, wie später noch gezeigt werden wird.

Durch die räumliche Zuordnung der Anlagenteile wird dafür gesorgt, daß das Maß "A" zwischen dem Niveau des Siebwassers und dem des Wasserspiegels am Überlauf des Entlüfters 5 zwischen 9 Meter und 12 Meter beträgt.

In dem Raum 4 stellt sich bei dieser Anordnung und Gestaltung der Öffnungen ein absoluter Druck von ca. 0,5 bis 0,8 bar ein, was eine Strahlgeschwindigkeit des Teilstrahles 2 von 10 bis 12 m/sec erwirkt, und zwar bei einem Durchflußvolumen von ca. 50-80 l/min. pro Teilstrahl 2. Die turbulenten Teilstrahlen 2 sind gegen eine Prallwand 3 gerichtet, wo sie restlos versprühen. Damit wird die Luft 24 von der Flüssigkeit auf effiziente Weise freigelegt und kann aus dem mit der Prallwand 3 begrenzten, geschlossenen Raum 4 abgezogen werden. Dies geschieht bei einem Unterdruck von ca. 0,05 bar in dem Raum 4, bei dem sich die zu entlüftende Suspension annähernd im Siedezustand befindet und zu einem Zustand mit maximaler Oberfläche versprüht wurde.

Als Beispiel sei ein Strahldurchmesser von 80 mm mit dem von 12 mm verglichen: Bei der erfindungsgemäßen Aufteilung des Suspensionsstromes in viele Teilstrahlen von beispielsweise 80 l/min anstatt wie bisher bekannt in die durch den Cleanerdurchsatz vorgegebene Menge von beispielsweise 1000 l/min pro Strahl ergibt sich dann eine Vergrößerung der längenbezogenen Strahloberfläche um den Faktor von ca. 2,5.

Die entlüftete Suspension 12 wird hier noch einer Sortierung 13 unterzogen. Erst der Gutstoff dieser Sortierung wird der Papiermaschine zugeführt. Ein ständiger kleiner Überschuß 14 der entlüfteten Suspension wird dem Strom der zu entlüftenden Suspension 1 beigemischt.

Ein Überlauf (Reject) 15 der Cleaner-Anlage 9 wird einer Grobentlüftung 16 unterzogen. Der Gutstoff 17 dieser Grobentlüftung wird mit dem in der Papiermaschine anfallenden Siebwasser vermischt, und diese Suspension z. B. über eine zweite Cleanerstufe 19 geführt, gegebenenfalls in einer zugekoppelten zweiten Entlüftungsstufe 25 entlüftet und in der Papiermaschine weiterverarbeitet.

Fig. 1A erläutert ein Variante, bei der im Verteiler 6 die Einzelstrahlen 2 aus sich in Strömungsrichtung erweiternden Stufendiffusoren austreten. Dabei wird die Suspension auf dem Verteiler 6 angestaut, so daß dieser mit Flüssigkeit bedeckt ist. So kann der Stufendiffusor zur Turbulenzerzeugung besonders wirksam werden.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen Schnitte des Verteilers 6, in denen die Öffnungen 7 als Stufendiffusoren (19, 20) ausgebildet sind, die sich in Strömungsrichtung (Pfeil) verengen oder in Sonderfällen (Fig. 3 und 4) auch erweitern können. Es sind ein oder mehrere Stufensprünge innerhalb des Diffusors denkbar.

Beispielsweise sind sich verengende Diffusoren so dimensioniert, daß sich folgende Verhältnisse ergeben:

d₂ = (5 bis 15) mm
d₁ = d₂ + (2 bis 30) mm
I₁ = (2 bis 6) d₁	I₂ = (2 bis 6) d₂
H = I₁ + I₂

Dabei sind "d" und "I" Innendurchmesser und "H" Gesamtlänge der Diffusoren.

Fig. 5 zeigt die Möglichkeit, durch an der Austrittsseite der Öffnungen 7 in die Verteileroberfläche angebrachte Nuten die Turbulenz des dort austretenden Suspensionsstrahles zu erhöhen.

Nach Fig. 6 bewirken eingefräste schraubenförmig orientierte Rillen 21 im Inneren der Öffnung 7 ein Aufreißen der Einzelstrahlen nach dem Austreten. Ebenfalls turbulenzerhöhende Wirkung haben die Querrillen 22, in Fig. 7 dargestellt, wobei hier gleichzeitig ein Variante der nicht stufenförmigen sondern stetigen Querschnittsveränderung der Öffnung 7 sichtbar wird.

Der in Fig. 8 skizzierte Entlüfter 5 weist eine als Verteiler 6 dienende Platte mit Gefälle zu den Sammelrinnen 7 hin auf, was ein schnelles Abfließen der aus dem Raum 4 zurückfließenden Suspension bewirken soll. Die schädliche Ansammlung von Suspension oberhalb des Verteilers 6 läßt sich auch durch offene Kanäle 26, die die Suspension ableiten können, verhindern (Fig. 10). Ferner kann, wie in Fig. 11 gezeigt, das Vorstehen der Öffnungen 7 aus dem Verteiler 6 in Form von Verlängerungen 7′ einen ungehinderten Austritt der hier nicht gezeichneten Teilstrahlen verbessern.

Als weitere Maßnahme zur Verbesserung des Abfließens aus dem Bereich der Aufprallwand 3 kann die in Fig. 8 und 9 dargestellte Form einer in der Mitte tieferen Aufprallwand als weiter außen von Vorteil sein, so daß eine gewünschte Strömungsleitwirkung erzeugt wird.

Es versteht sich, daß auch andere, hier nicht gezeigte Kombinationen der vorgeschlagenen Maßnahmen denkbar sind.

Das vorgeschlagene Entlüftungsverfahren und die dazu verwendete Anlage kann mit Vorteil zusätzlich auch zum Entlüften von anfallendem Rück- bzw. Siebwasser benutzt werden, welches, entlüftet, dann z. B. zur Sedimentation von Fasern, Feststoffen und Schlamm z. B. in Sedimentationstrichtern eingesetzt wird.

Claims (26)

1. Verfahren zur Entlüftung einer Papierstoffsuspension (1), welches Verfahren durch Richten von Teilstrahlen (2) der Suspension gegen eine Aufprallwand (3) in einem unter Unterdruck stehenden Raum (4) eine Versprühung der Suspension bewirkt, wobei die dabei abgesonderte Luft (24) aus dem Raum (4) herausgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Suspensionsstrom (1) in möglichst kleine Teilstrahlen (2) mit einem Volumenstrom von jeweils maximal 100 l/min aufgeteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gestaltung des Strahles (2) für möglichst große Turbulenz an seiner Oberfläche zu deren Vergrößerung gesorgt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspensionstrom (1) in einem Entlüfter (5) mittels eines Verteilers (6) aufgeteilt wird, die mit einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen (7) zum Durchlassen und Gestalten der Teilstrahlen (2) durchsetzt ist und einen Raum (8) für die zu entlüftende Suspension (1) von dem unter Unterdruck stehenden Raum (4) für das Entlüften abgrenzt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) Abschnitte mit sich in Stromrichtung verengenden Querschnitten aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) jeweils die Form eines Stufendiffusors haben, indem sie in Stromrichtung mindestens einen stufenartig sich verengenden Durchmesser aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) jeweils die Form eines Stufendiffusors haben, indem sie in Stromrichtung mindestens einen stufenartig sich erweiternden Durchmesser aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz dadurch verstärkt wird, daß die Öffnungen (7) als an sich bekannte sogenannte Turbulenzdüsen ausgebildet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz dadurch verstärkt wird, daß die Öffnungen (7) an ihren Oberflächen rillenförmige Vertiefungen (21, 22) mit einer quer zur Stromrichtung liegenden Richtungskomponente aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (21) in der vorbeifließenden Suspension einen schraubenlinienförmigen Drall erzeugen.

10. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz dadurch verstärkt wird, daß an den Mündungen der Öffnungen (7) in den Verteiler (6) eingearbeitete Nuten vorhanden sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Einzelstrahlen auf die Aufprallwand (3) aufgetroffene Suspension unter Ausnutzung der ihr innewohnenden kinetischen Energie schnell aus diesem Bereich weggeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Störstoffpartikel aus der Suspension in einer Cleaner-Anlage (9) geschieht, von der das Produkt, der Gutstoff (10) über eine Gutstoffleitung (11) zu der Entlüftung geführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gutstoff (10) mit einem Druck von 1,4 bis 1,8 bar die Cleaner-Anlage (9) verläßt und unter diesem Druck durch die Gutstoffleitung (11) in dem Raum (8) unter dem Verteiler (6) fließt, in welchem ein Druck von 0,5 bis 0,8 bar eingestellt ist, wobei in dem Raum (4) oberhalb des Verteilers (6) ein Vakuum von ca. 0,05 bar gehalten wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlgeschwindigkeit 10 bis 12 m/s beträgt und der Teilstrahl (2) bei einem absoluten Druck von 0,5 bis 0,8 bar einen Volumenstrom von 50 l/min bis 80 l/min hat.

15. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Wasserspiegels im Entlüfter (5) mindestens 9 m, maximal 12 m (Maß A, Fig. 1) oberhalb des Niveaus des Siebwasserbehälters (18) der Papiermaschine liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entlüftete Suspension (12) einer Sortierung (13) unterzogen wird, bevor sie der Papiermaschine zugeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein eventueller Überschuß (14) der entlüfteten Suspension dem Strom der zu entlüftenden Suspension (1) wieder zugemischt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf (Reject) (15) der Cleaner-Anlage (9) einer Grobentlüftung (16) unterzogen wird, und daß das Produkt (17) nach dieser Grobentlüftung (16) mit Siebwasser vermischt, einer zweiten Cleanerstufe (19) zugeführt, dort gereinigt wird und zur weiteren Verwendung gelangt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gutstoff aus der zweiten Cleanerstufe (19) vor die erste Cleanerstufe (9) zurückgeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Siebwasser vermischte Produkt einer zweiten Entlüftungsstufe (25), welche mit dem Raum (4) gekoppelt ist, zugeführt, dort entlüftet und zur Papiermaschine geleitet wird.

21. Entlüftungsapparat (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem den Raum (4) begrenzenden Behälter (4′), in den die zu entlüftende Suspension (1) durch die Öffnungen (7) einleitbar ist und aus dem entlüftete Suspension (21) durch eine und abgeschiedene Luft (24) durch eine andere Leitung aus dem Entlüftungsapparat abgeleitet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß als Verteiler (6) eine in den Entlüftungsapparat (5) eingesetzte Platte dient, die die Öffnungen (7) zur Bildung der Teilstrahlen (2) enthält, und unter der sich der Raum (8) für die zu entlüftende Suspension (1) befindet sowie daß eine Sammelrinne (4′′) zur Aufnahme und Ableitung der entlüfteten Suspension (12) neben und bezüglich der Höhe unterhalb der Platte vorhanden ist.

22. Entlüftungsapparat (5) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der als Verteiler (6) dienenden Platte Rillen oder offene Kanäle (26) zur schnellen Ableitung der Suspension in die Sammelrinne (4′′) aufweist.

23. Entlüftungsapparat (5) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) in Verlängerungen (7′) über die Oberseite der als Verteiler (6) dienenden Platte hinaus münden.

24. Entlüftungsapparat (5) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der als Verteiler (6) dienenden Platte Gefälle in Richtung zur Sammelrinne (4′′) aufweist.

25. Entlüftungsapparat (5) nach Anspruch 11 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallwand (3) des Behälters (4′) so geformt und geneigt ist, daß sie dadurch die aufprallende Suspension in Richtung zu der Sammelrinne (4′′) führt.

26. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung zum Entlüften von bei der Papiermaschine anfallendem Rück- bzw. Siebwasser und Benutzung der so entlüfteten Suspension zur Sedimentation von Fasern, Feststoffen und Schlamm in Sedimentationstrichtern.