DE4343730C1 - Schleuseneinheit für Zellstoffaufschließanlagen und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schleuseneinheit für Zell­ stoffaufschließanlagen gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Verwendung derartiger Schleuseneinheiten in einer Mehrfachanordnung.

In Zellstoffaufschließanlagen, wie sie etwa aus der DE-PS 8 97 798 bekannt sind, wird das aufzuschließende zellstoffhal­ tige Gut, zumeist Holzschnitzel, zunächst in ein im wesentlichen überdruckloses strömungsfähiges Medium, beispielsweise Wasser, eingebracht und mit diesem über eine Schleuseneinheit einem Hochdruckkreis zugeführt, in dem sich ein sogenannter Zellstoff­ kocher befindet. In dem Zellstoffkocher erfolgt der Aufschluß des Gutes zumeist mit Schwefelsäure, während in jüngerer Zeit auch Methanol Verwendung gefunden hat.

Die betreffende Schleuseneinheit nach der DE-PS 8 97 798, wovon im Gattungsbegriff ausgegangen wird, weist einen nach Art eines Ventilglieds ausgebildeten, drehend angetriebenen zylindrischen oder konischen Rotor auf, der eine Schleusenkammer in Gestalt einer diagonalen Durchbohrung enthält, deren Enden im Laufe der Drehung abwechselnd mit den Eingängen und Ausgängen der beiden Kreise in Verbindung treten. Des weiteren sind, etwa aus der DE- AS 1 692 837 Schleuseneinheiten bekannt, bei denen sich in einem zylindrischen Rotor ringsherum angeordnete Taschen befinden, die nacheinander mit den einzelnen Ein- und Ausgängen aneinander­ schließender Nieder- und Hochdruckkreise in Verbindung treten.

Derartige Schleuseneinheiten arbeiten befriedigend, solange die Druckdifferenz der beiden damit aneinandergeschlossenen Kreise beschränkt bleibt, wie dies etwa beim Zellstoffaufschluß mit Schwefelsäure der Fall ist. Geht man jedoch zu umweltfreundli­ cheren Aufschlußmitteln wie z. B. Alkohol, vor allem Ethanol, über, so ergibt sich eine Drucksteigerung vom Niederdruck- zum Hochdruckkreis von beispielsweise 30 bar. Andererseits sind die betreffenden Schleuseneinheiten zur Bewältigung eines üblichen Durchsatzes ziemlich groß. So liegt der Durchmesser des betref­ fenden Rotors üblicherweise in der Größenordnung von 1 m. Damit ergeben sich notwendigerweise Spalte von beispielsweise 0,2 mm, die zu einer beträchtlichen Leckströmung mit einer Geschwindig­ keit von 60 m/sec oder mehr führen, sowie Lagerbelastungen in der Größenordnung von 400 t oder mehr. Entsprechend erfordern derartige Schleuseneinheiten einen hohen Bau- wie auch Wartungs­ aufwand, da die hohen Leckströmungen und Lagerbelastungen starke Erosions- bzw. Verschleißerscheinungen mit sich bringen. Dar­ überhinaus ist ein erheblicher Installations- wie auch Energie­ aufwand erforderlich, um die beträchtlichen Leckverluste mittels Pumpen auszugleichen.

Hier nun soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Ihr liegt von da­ her die Aufgabe zugrunde, eine Schleuseneinheit der im Gattungs­ begriff angegebenen Art so auszubilden, daß sie auch bei hohen Druckverhältnissen bzw. Überdrücken auf der Hochdruckseite lang­ zeitig zuverlässig und mit geringen Leckverlusten arbeitet und daß sie in Aufbau und Wartung zudem noch einfacher und billiger ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben dar­ überhinausgehende vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.

Die feststehende Ausbildung der Schleusenkammer ermöglicht es mit einfachen Mitteln, hohe Lagerbelastungen wie auch Leckverlu­ ste zu vermeiden. Bezüglich der erforderlichen Ventile sind Aus­ führungen bekannt und gebräuchlich, die unter entsprechenden Druckverhältnissen und überdrücken einwandfrei und mit geringen Leckverlusten arbeiten. Dazu noch aber können die betreffenden Ventile unter Verwendung von Bypasskanälen nach Anspruch 5 zum Schaltzeitpunkt druckentlastet sein. Darüberhinaus kann das Ven­ tilglied verhältnismäßig lose gelagert sein, da der von der Hochdruckseite im geschlossenen Zustand des Ventils anstehende Überdruck praktisch jedes zunächst vorhandene Ventilspiel besei­ tigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch, eine mit Ethanol im Hochdruckkreis arbei­ tende Zellstoffaufschließanlage,

Fig. 2 eine in einer solchen Zellstoffaufschließanlage mit Vor­ teil anwendbare Schleuseneinheit der beanspruchten Art,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Schieberventil, wie es in der be­ treffenden Schleuseneinheit mit Vorteil Anwendung findet und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schieberventileinheit, in der zwei gleichzeitig schaltbare Ventile der Schleuseneinheit zusammengefaßt sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Zellstoffaufschließanlage weist einen in einem Hochdruckkreis 2 liegenden Zellstoffkocher 4 auf, in dem zellstoffhaltiges Gut wie vor allem Holzschnitzel unter einem Druck von beispielsweise 40 bar mit einem stufenweise erhitzten Ethanol-Wasser-Gemisch behandelt wird. Das Ethanol-Wasser-Ge­ misch wird im Kreislauf über die in Rede stehende Schleu­ seneinheit 6 durch den Zellstoffkocher 4 hindurchgeführt, wobei das zellstoffhaltige Gut in der Schleuseneinheit 6 aus einem Niederdruckkreis 8 übernommen und von oben her in den (hier nur andeutungsweise gezeigten) Zellstoffkocher 4 eingeführt wird, während der gewonnene Zellstoff am unteren Ende über eine Lei­ tung 10 abgezogen wird. Der Kreislauf wird von einer Pumpe 12 in Gang gehalten.

In den Niederdruckkreis 8, der von einer Pumpe 14 in Gang ge­ halten wird und außer dem zellstoffhaltigen Gut gleichfalls ein Ethanol-Wasser-Gemisch enthält, gelangt das zellstoffhaltige Gut über einen Vordämpfer 16, eine Dosierschnecke 18 mit Konden­ satabführung und über zwei aufeinanderfolgende Zellradschleusen 20 und 22, die im Prinzip ähnlich wie die Schleuseneinheit aus der eingangs genannten DE-AS 16 92 837 ausgebildet sein können. Zwischen den beiden Zellradschleusen 20 und 22 wird über eine Leitung 24 Sperrdampf zugeführt, um einen zusätzlichen Schutz gegen das Entweichen von Ethanol zu bieten. Die durch die Schleuseneinheit 6 in den Niederdruckkreis 8 übertretenden Leck­ verluste werden durch eine nicht dargestellte Pumpeneinrichtung in den Hochdruckkreis 2 zurückgeführt.

Der Aufbau der in Fig. 1 nur andeutungsweise gezeigten Schleu­ seneinheit 6 ist aus Fig. 2 genauer zu ersehen. Hiernach weist die Schleuseneinheit 6 ein geradliniges Rohr 30 mit zwei Ab­ zweigungen 22 und 34 in der Nähe seiner beiden Enden auf. In beiden Rohrenden wie auch in den Abzweigungen 32 und 34 liegen steuerbare Absperrventile, 36, 38, 40 und 42.

Wie durch die mit Pfeilen versehene gestrichelte Linie 44 darge­ stellt, wird das Rohr 30 stets nur in einer Richtung, in der Fi­ gur von links nach rechts, durchströmt, und zweckmäßigerweise schließen die Abzweigungen 32 und 34 an das Rohr 30, wie ge­ zeigt, in der gleichen Richtung gepfeilt, d. h. spitzwinkelig, an. Durch eine Siebplatte 48 wird ein Eintritt des zellstoff­ haltigen Gutes in die Abzweigung 34 verhindert.

Zu erkennen sind sodann wieder die beiden Pumpen 12 und 14 im Hochdruckkreis 2 bzw. im Niederdruckkreis 8 sowie der Zellstoff­ kocher 4. Ein zwischen dem Ventil 42 und der Pumpe 14 liegender Abschnitt 50 des Niederdruckkreises 8 ist mit dem Inneren des Rohres 30 durch eine Bypassleitung 52 mit steuerbarem Absperr­ ventil 54 verbunden, ebenso wie ein zwischen der Pumpe 12 und dem Ventil 40 liegender Abschnitt 56 des Hochdruckkreises 2 mit dem Inneren des Rohres 30 über eine Bypassleitung 58 mit steuer­ barem Absperrventil 60 verbunden ist. Da die beiden Bypasslei­ tungen 52 und 58 nur dazu dienen, einen Druckausgleich herbei zu­ führen, können sie wie auch die betreffenden Absperrventile 54 und 60 einen vergleichsweise geringen Durchtrittsquerschnitt aufweisen.

Das Innere des Rohres 30 zwischen den Ventilen 36 und 38 bildet eine Schleusenkammer 62, die über das gesteuerte Absperrventil 36 bei geöffnetem Absperrventil 42 und geschlossen Absperrventi­ len 38 und 40 periodisch aus dem Niederdruckkreis 8 mit zell­ stoffhaltigem Gut zu füllen ist. Nach jeder solchen Füllung wer­ den die Ventile 36 und 42 geschlossen und wird daraufhin das Ventil 60 in der Bypassleitung 58 geöffnet, um in der Schleusen­ kammer 62 einen Druck entsprechend demjenigen in dem Hochdruck­ kreis 2 aufzubauen. Ist das geschehen, so werden nun die Ventile 38 und 40 geöffnet, wodurch von der Pumpe 12 gefördertes Etha­ nol-Wasser-Gemisch das Gut aus der Schleusenkammer 62 austreibt und dem Zellstoffkocher 4 zuführt.

Danach werden wiederum die Ventile 38, 40 und 60 geschlossen, worauf das Ventil 54 geöffnet wird, um den in der Schleusenkam­ mer 62 zunächst noch herrschenden Hochdruck abzubauen. Sodann werden die Ventile 36 und 42 geöffnet, um einen neuen Füllzyklus einzuleiten.

Es versteht sich, daß die Steuerung der Ventile 36 - 42, 54 und 60 automatisch erfolgt. Da jedoch die so weit beschriebene Schleuseneinheit 6 diskontinuierlich arbeitet, werden zweck­ mäßigerweise mehrere solche Schleuseneinheiten parallel zueinan­ der vorgesehen, deren Ventile dann derart zeitversetzt zueinan­ der gesteuert werden, daß ständig eine Schleuseneinheit 6 gerade mit zellstoffhaltigem Gut aus dem Niederdruckkreis 8 gefüllt wird, während bei einer weiteren die Entleerung in den Hoch­ druckkreis 2 stattfindet. Vorzugsweise werden vier Schleusen­ einheiten 6 parallel zueinander vorgesehen, von denen sich dann drei ständig in Betrieb befinden, während eine vierte für Wartungs- und Reparaturarbeiten in Reserve gehalten wird. Auf diese Weise kann eine quasi-kontinuierliche Einspeisung des zellstoffhaltigen Gutes aus dem Niederdruckkreis 8 in den Hoch­ druckkreis 2 erfolgen.

Wie gesagt, findet vor jeder Betätigung der Ventile 36-42 mit­ tels der Ventile 54 und 60 ein Druckausgleich statt, so daß die Ventile 36-42 bei jeder Betätigung entlastet sind. Aus diesem Grunde sind die Ventile 36-42 verhältnismäßig leicht zu bewe­ gen. Hinzu kommt, daß sie durch das in dem zellstoffhaltigen Ma­ terial zunächst regelmäßig mitenthaltene Lignin gleichsam ge­ schmiert werden. Noch weiter erleichtert kann die Beweglichkeit der Ventile dadurch werden, daß die Kanten der Durchtrittsöff­ nung des Ventilgliedes vor jedem Schließvorgang in an sich be­ kannter Weise mittels eines Flüssigkeitsstrahls von zellstoff­ haltigem Gut freigespült werden. Andererseits stellt es bei Ven­ tilen der in Betracht kommenden Größe kein Problem für die Be­ weglichkeit des Ventilgliedes dar, wenn das zellstoffhaltige Gut, wie z. B. Holzschnitzel, beim Schließvorgang abgeschert wird. Hierzu können die betreffenden Kanten im übrigen in wie­ derum an sich bekannter Weise aus einem härteren Material ausge­ bildet werden.

Eine zweckmäßige Ausführung eines derartigen Ventils als Plat­ ten-Drehschieberventil zeigt Fig. 3. Hiernach ist eine mit einer Antriebswelle 70 drehfest verbundene, beispielsweise kreisseg­ mentförmige Schieberplatte 72 in einer entsprechenden Aussparung 74 zwischen zwei ortsfesten Platten 76 und 78 gelagert, die von Schraubbolzen 80 zusammengehalten werden. Die Platten 76 und 78 besitzen radial außerhalb der Welle 70 miteinander fluchtende Durchtrittsöffnungen 82 und 84, an die sich nach außen zu Rohrabschnitte 86 und 88 anschließen. Mit den Durchtrittsöff­ nungen 82 und 84 ist eine entsprechende Durchtrittsöffnung 90 in der Schieberplatte 72 zur Deckung zu bringen, während es die Ge­ stalt und Beweglichkeit der Schieberplatte 72 andererseits ge­ stattet, den Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 82 und 84 gänzlich abzudecken.

Die Schieberplatte 72 mag, wie dargestellt, in der Aussparung 74 mit einem geringen in bezug auf die Welle 70 axialen Spiel gela­ gert sein, um ihre Leichtgängigkeit sicherzustellen. Dennoch wird sie in ihrer Schließstellung von einem zwischen den Rohrab­ schnitten 86 und 88 herrschenden Differenzdruck an die eine oder andere Wand der Aussparung 74 angedrückt, wodurch ein hochgradig dichter Abschluß gewährleistet ist.

Wie vorausgehend bereits geschildert, erfolgen die Bewegungen der Schieberplatte 72 indessen stets unter Druckentlastung, so daß hierzu keine hohen Stellkräfte erforderlich sind und auch ein Verschleiß gering bleibt, obgleich er sich kaum auf die Dichtigkeit des Ventils auswirken würde.

Fig. 4 schließlich zeigt wie zwei und ggf. auch mehr prinzipiell gleiche solche Ventile zu einer einzigen Einheit, 92, zusammen­ gefaßt werden können, soweit sie gleichzeitig zu steuern sind, wie dies einerseits bei den Ventilen 36 und 42, andererseits bei den Ventilen 38 und 40 aus Fig. 2 der Fall ist.

Der Aufbau der Ventileinheit 92 ist prinzipiell ähnlich demje­ nigen des Ventils aus Fig. 3 mit einer zwischen zwei feststehen­ den Platten 76′ und 78′ gelagerten Schieberplatte 72′, die von einer Antriebswelle 70′ angetrieben wird. Indessen weist die in diesem Fall etwa kreisrunde oder zweiflügelige Schieberplatte 72′ entsprechend je zwei Durchtrittsöffnungen 82′ und 84′ der Platten 76′ und 78′ zwei Durchtrittsöffnungen 90′ auf.

Neben einer kompakteren Bauweise bietet eine solche Zusammenfas­ sung von Ventilen den Vorteil, daß nur ein einziger Antrieb da­ für erforderlich ist.

Claims (9)

1. Schleuseneinheit (6) für Zellstoffaufschließanlagen zum Über­ führen des in einem strömungsfähigen Medium enthaltenen zell­ stoffhaltigen Gutes, insbes. Holzschnitzel, von einem Kreis­ lauf niedrigen Drucks (8) in einen solchen verhältnismäßig hohen Drucks (2) und mit einer röhrenförmigen Schleusenkammer (62), deren Endbereiche wechselweise mit jeweils einem Einlaß und jeweils einem Auslaß auf der Niederdruck- und der Hoch­ druckseite in Verbindung treten, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleusenkammer (62) feststehend angeordnet ist und ihre Endbereiche mit den Ein- und Auslässen über separate gesteu­ erte Absperrventile (36, 38, 40, 42) verbunden sind.

2. Schleuseneinheit (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Hochdruckseite und der Auslaß der Nieder­ druckseite in Abzweigungen (32, 34) eines ansonsten geradli­ nigen Rohres (30) liegen.

3. Schleuseneinheit (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigungen (32, 34) zum Austragsende des geradli­ nigen Rohres (30) hin gerichtet spitzwinkelig an das Rohr (30) anschließen.

4. Schleuseneinheit (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schleusenkammer (62) und dem Absperrventil (42) am Auslaß der Niederdruckseite eine Siebplatte (48) angeordnet ist.

5. Schleuseneinheit (6) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile (36, 38, 40, 42) der Ein- und Auslässe Schieberventile, vorzugs­ weise Drehschieberventile mit plattenförmigem Ventilglied (72, 72′), sind.

6. Schleuseneinheit (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das plattenförmige Ventilglied (72′) mehreren, gleichzeitig zu steuernden Absperrventilen (36, 42; 38, 40) gemeinsam angehört.

7. Schleuseneinheit (6) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß von der Schleusenkammer (62) jeweils eine ventilgesteuerte Bypassleitung (52, 58) zur Niederdruck- und zur Hochdruckseite führt.

8. Verwendung der Schleuseneinheit (6) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche in einer Mehrfachanordnung, wobei die Ventilsteuerzyklen der einzelnen Einheiten (6) so gegenein­ ander zeitversetzt sind, daß sich insgesamt ein kontinuier­ licher oder quasi-kontinuierlicher Durchfluß ergibt.

9. Verwendung der Schleuseneinheit (6) nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche in einer Mehrfachanordnung, wobei eine zusätzliche Schleuseneinheit (6) zum Ersatz bei anfallenden Wartungs- oder Reparaturarbeiten bereitsteht und alle Ein­ heiten wahlweise zuschaltbar sind.