DE4432842C2 - Verfahren zum Ausbringen unerwünschter Feststoffpartikel aus einer wässerigen Faserstoffsuspension sowie Vorrichtung zu seiner Ausführung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß die zur Papiererzeugung benötigte wässerige Faserstoffsuspension in vielen Fällen, teilweise auch mehrmals, einem Sortierverfahren der genannten Art unterzogen werden muß. Der Begriff "sortieren" hat sich für diesen Vorgang in der Papierindustrie durchgesetzt. Im Grunde handelt es sich dabei um ein Siebungsverfahren, bei dem also mit einem Siebelement ein Trennschnitt vorgenommen wird für Feststoffteile unterschiedlicher Größe. Im hier betrachteten Falle gehen die Papierstoffasern durch das Trennelement hindurch, während die unerwünschten Teile, insbesondere Verunreinigungen zurückgehalten und eventuell verworfen werden. Die Form der Öffnungen im Trennelement ist zumeist kreis- oder schlitzförmig. Dabei hat es sich gezeigt, daß in vielen Fällen Trennelemente, die mit Schlitzen ausgestattet sind, besondere Vorteile bringen. Infolge der überwiegend länglichen Ausdehnung von Papierfasern kann nämlich ein besonderer Trenneffekt erzielt werden, da auch kleine stückige oder kubische oder kugelige Verunreinigungen durch das Siebelement zurückgehalten werden können, während lange Fasern passieren. Man spricht in solchen Fällen von Schlitzsortierung und bei den Trennelementen von Schlitzsieben oder Schlitzkörben.

Die vom Trennelement abgewiesene Fraktion wird meist als Überlauf oder Rejekt bezeichnet und die das Trennelement passierende Fraktion als Durchlauf, Gutstoff oder Akzept.

Schlitzsortierer dieser Art sind z. B. aus der DE-30 33 217 C2 bekannt. Dabei sitzt ein zylindrisches Siebteil in einem zylindrischen Gehäuse, und die zu sortierende Papierfaserstoffsuspension kann durch die Öffnungen des Siebteils hindurchtreten, während unerwünschte Bestandteile zurückgehalten werden.

Der Sortiereffekt, also die Trennschärfe des Sortiervorganges, ist bekanntermaßen von der Beschaffenheit der beteiligten Stoffe, Form und Größe der Sortieröffnungen, den Betriebsparametern sowie auch Wirbeln in und an den Sortieröffnungen abhängig. Dabei spielt auch die Menge der auszuscheidenden Stoffe in der zu sortierenden Suspension, d. h. ihre Konzentration, eine Rolle. Das wirkt sich dann so aus, daß bei höherer Schmutzstoffkonzentration auch die unerwünschterweise mit dem Papierstoff das Sieb passierende Menge der Störstoff-Teile größer ist als unter Betriebsbedingungen mit geringerer Schmutzstoffkonzentration.

Auch die EP 0 267327 A1 zeigt Drucksortierer. Dabei ist der Siebkorb konisch ausgeführt und wird von einem ebenfalls konischen Verdränger umgeben. Der erwähnten Zunahme an Verunreinigungen während des Sortiervorganges soll durch höhere Strömungsgeschwindigkeit entgegengewirkt werden. Anders als bei der erstgenannten Schrift sind hier Siebkörbe mit Löchern statt mit Schlitzen gezeigt.

Bei anderen bekannten Sortierverfahren wird dem oben genannten Effekt dadurch Rechnung getragen, daß die erste Sortierstufe, die Primärstufe, so ausgelegt wird, daß ihr Rejekt aus einem relativ großen Massenstrom mit noch nennenswerten Mengen brauchbarer Fasern besteht. Der Gutstoff dieser Stufe ist infolge des geringen Schmutzstoffanteils in der einlaufenden Suspension dieser Stufe sowie der eben genannten großen Überlaufmenge ausreichend gut sortiert für die Anforderungen dieses Sortierverfahrensschrittes. Um nun die sich im Überlauf befindenden brauchbaren Fasern zurückzugewinnen, wird mindestens eine weitere Stufe erforderlich, eventuell sogar eine dritte und eine vierte. Vorzugsweise ist in der Sekundärstufe eine Schlitz- oder Lochweite zu wählen, die kleiner ist als die der Primärstufe, sofern das noch technisch möglich ist. Der Grund dafür liegt in der bereits genannten, weit erhöhten Konzentration von auszuscheidenden Störstoffen. Damit der Gutstoff dieser Sekundärstufe ebenfalls die erforderlichen Reinheitsanforderungen erfüllt, muß also durch die Wahl einer geringeren Öffnungsweite der genannte schädliche Effekt ausgeglichen werden. Ähnliches gilt für weitere Sortierstufen, die sich für den Überlauf der Sekundärstufe anschließen könnten.

Diese ganze Fahrweise ist kompliziert und teuer, sowohl was die Apparate als auch die Prozeßsteuerung solcher Anlagen betrifft.

Die Vorgänge, die sich in einer Sortieranlage abspielen, finden auch innerhalb einer Sortiermaschine statt. In der Maschine strömt die Suspension entlang eines Siebes. Am Einlauf der Maschine liegt eine geringere Konzentration der störenden Bestandteile vor als am Überlauf, da ja während des Sortiervorganges ständig Faserstoff in den Durchlauf abfließt und somit die Störstoffkonzentration im Rückstand steigt.

Es sind auch konische Stabsiebkörbe bekannt, z. B. aus der DE-PS 10 07 262, die in Rotation versetzt zur Entwässerung von z. B. nasser Feinkohle eingesetzt werden. Das Siebgut fließt an den Stäben entlang, wobei die Spalte zwischen den Stäben auf diesem Strömungsweg durch besondere Maßnahmen an den Stäben trotz der Konizität des Siebkorbes konstant gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zu schaffen, mit dem schon innerhalb einer Sortierstufe eine bessere Sortierqualität erzielbar ist, um somit nicht nur die Qualität anzuheben, sondern auch durch geringere Überlaufmengen die Anzahl der Sortierstufen einzuschränken.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen erfüllt.

Die Erfindung umfaßt ferner Siebkörbe, die für die Ausführung des Verfahrens besonders geeignet sind.

Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, den sich während des Sortiervorgangs ändernden Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen und dadurch weniger Sortierschritte zu benötigen. Wie bereits ausgeführt, wird infolge der während des Sortiervorganges zunehmenden Konzentration an zurückgehaltenen unerwünschten Feststoffpartikeln die Qualität des Gutstoffes, die entlang eines Siebes läuft, schlechter. Wenn dagegen - wie im erfindungsgemäßen Verfahren - die Größe der Sortieröffnungen dem Verlauf der Strömung an einem Sieb angepaßt wird, kann in einer Stufe auf dem gesamten Weg des Sortiervorganges eine einheitlich gut gereinigte Stoffsuspension genommen werden. Vermischungen von Suspension unterschiedlichen Reinheitsgrades auf der Gutstoffseite können nun vermieden werden. So ist eine homogene Gutstoffqualität entlang der Suspensionsströmung realisierbar.

In weiteren Variationen wird der sich vor dem Trennelement ansammelnde Stoff verdünnt, wodurch seine Sortierbarkeit verbessert wird.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist die Schlitzsortierung, bei der also das Trennelement mit in Richtung der Makroströmung verlaufenden Schlitzen ausgestattet ist.

Das Verfahren wird im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben und erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen zylindrischen Siebkorb in schematischer Seitenansicht, an dem das Verfahren erläutert wird;

Fig. 2 einen zylindrischen Siebkorb in Ansicht von oben;

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen konischen Siebkorb;

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen zylindrischen Siebkorb, abgewickelt;

Fig. 5 eine etwa maßstäbliche Skizze eines konischen Siebkorbes;

Fig. 6 eine etwa maßstäbliche Skizze eines trapezförmigen Abdeckbleches;

Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Loch-Siebkorb.

Bei den folgenden Erklärungen wird der Sortiervorgang nicht ortsfest betrachtet, sondern indem die Faserstoffsuspension auf ihrem Weg durch die Maschine verfolgt wird.

Fig. 1 zeigt am Beispiel eines als Trennelement 1 dienenden zylindrischen Siebkorbes die Vorgehensweise zur Ausführung des Verfahrens. Die zu sortierende Suspension, Pfeil S, strömt am Einlauf, in diesem Falle von oben in das Innere des Trennelementes 1. Der Siebkorb besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mantel 2 mit Verstärkungsringen 3. Der Mantel 2 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 4, hier Schlitzen, versehen, deren Breite sich von oben nach unten verringert, und von denen hier nur zwei und zudem übertrieben groß dargestellt sind. Ein großer Teil der Suspension, Pfeil S′′, strömt durch die Schlitze von innen nach außen. Dabei können die in der Suspension enthaltenen Fasern die Schlitze passieren, während Verunreinigungen, Störstoffe, an den Schlitzen abgewiesen werden. Um ein Verstopfen der Schlitze zu vermeiden, sind Mittel 5 (Fig. 2) zur Räumung vorhanden, in diesem Falle umlaufende Räumflügel. Die an den Schlitzen abgewiesenen Stoffe fließen zusammen mit der noch nicht durchgetretenen Suspension im Sortierkorb von oben nach unten, bis sie am Auslauf den Bereich des Sortierkorbes verlassen (Pfeil S′). Auf diesem Strömungsweg innerhalb des Sortierkorbes werden also die Störstoffe aufkonzentriert und gleichzeitig erfindungsgemäß die zur Sortierung dienenden Öffnungen 4 ständig kleiner. Der Teil der Suspension, die die Schlitze passiert hat (Pfeile S ′′), enthält den größten Teil der Fasern sowie einen sehr geringen Teil von restlichen Störstoffen.

Fig. 2 zeigt schematisch den Siebkorb der Fig. 1 in der Ansicht von oben. Man erkennt - geschnitten - die über die Höhe des Korbes sich erstreckenden Räumflügel als Mittel 5 zur Räumung.

Die Form der Strömungsführung in einem Siebkorb, bei der die Suspension in den inneren Teil des Zylinders einströmt und radial nach außen die Sortieröffnungen durchdringt, wird üblicherweise als zentrifugale Sortierung bezeichnet. Es gibt auch die zentripetale Bauart, bei der die Suspensionsströmung radial von außen nach innen geführt wird, bei der also die abgewiesenen Stoffe an der Außenfläche des Mantels aufkonzentriert werden. Auch für diese Form der Strömungsführung ist die Erfindung mit Vorteil anwendbar. Die Mittel 5 zur Räumung können bekanntlich sowohl gutstoff­ als auch störstoffseitig eingesetzt werden.

In vielen Fällen ist es gewünscht, einen Sortierer-Siebkorb so herzustellen, daß die Schlitze durch parallel angeordnete Stäbe gebildet werden. Wenn - wie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich - die Schlitzweite auf dem Wege der Strömung nicht gleich bleibt, werden derartige Stäbe, wie in Fig. 3 gezeigt, leicht schräg angeordnet, so daß sie sich verjüngende Sortierspalte bilden. Dabei weisen die Verstärkungsringe 3 unterschiedliche Durchmesser auf. Auch diese Darstellung ist zur Verdeutlichung stark übertrieben. Wenn es nicht gewünscht ist, einen konischen Siebkorb, wie in Fig. 3 gezeigt, zu bauen, kann eine schräge Anordnung der Sortierstäbe auch, wie die Abb. Fig. 4 (in abgewickelter Darstellung) zeigt, durch Einsetzen von trapezförmigen Abdeckblechen 7 ermöglicht werden. Da bekanntlich insbesondere wegen der Rotationsbewegung der Räumflügel nicht nur eine Axial- sondern auch eine Umfangskomponente der Strömung auftritt, können an diesen Abdeckblechen 7 Wirbelräume und/oder Vorrichtungen , z. B. Wasserzuführungen zur Zwischenverdünnung der noch nicht durchgetretenen Suspension angebracht werden. Das hätte dann den Vorteil, daß eine lokale Verwirbelung und Vermischung mit z. B. Wasser und damit gleichmäßige Verdünnung möglich ist, bevor die abgewiesene Suspension wieder in den Bereich einer Sortieröffnung gelangt.

Ein erfindungsgemäßer großer Stab-Siekorb kann z. B. folgende Dimensionen haben:
Höhe: 815 mm , Korb-Durchmesser am Einlauf: 1000 mm;
Breite eines Stabes: 3,5 mm;
Sortierspalt am Einlauf: 0,25 mm, am Auslauf: 0,15 mm;

• a) das ergibt einen Korb-Durchmesser am Auslauf von ca. 968 mm, wenn keine Abdeckbleche verwendet werden; oder
• b) Einsatz von vier Trapez-Abdeckblechen mit einer oberen Schmalseite von 3,5 mm und einer unteren von etwa 25 mm zur Erhaltung der exakt kreiszylindrischen Form des Korbes.

Maßstäblich sind diese Größenverhältnisse in Fig. 5 und 6 gezeigt.

In der technischen Praxis sind Siebkörbe von einer Höhe zwischen 500 bis 1800 mm üblich bei etwa 0,8-fachem bis gleich großem Durchmesser.

Man erkennt in Fig. 5 die schematische Darstellung der Kontur eines Siebkorb-Mantels 2′ mit der Höhe H, wobei weder die Öffnungen noch die Verstärkungsringe gezeichnet sind. Der Sinn dieser Darstellung ist es, die Größenverhältnisse eines zur Erfindung verwendbaren Schlitzsiebkorbes zu zeigen, bei dem die Verjüngung der Schlitze durch Schrägstellen von Stäben erfolgt. Das führt dann dazu, daß auf der Auslaufseite des Siebkorbes, also dort, wo die abgewiesenen Störstoffe den Siebkorb verlassen und wo erfindungsgemäß die Schlitzweite geringer ist als im Einlaufbereich, auch der Durchmesser D2 des Siebkorbes kleiner ist als der Durchmesser D1 im Einlaufbereich. Da üblicherweise die Breite der verwendeten Stäbe mehr als 10mal größer ist als die Schlitzweite, ist die Konizität solcher Siebkörbe verhältnismäßig gering. Würde man unterschiedliche Durchmesser am Einlauf und Auslauf vermeiden wollen, so könnten - wie bereits beschrieben - trapezförmige Abdeckbleche in die durch das Schrägstellen entstehenden Zwischenräume eingefügt werden, siehe auch Fig. 4. Die wahren Größenverhältnisse werden an der Fig. 6 deutlich, die ein Abdeckblech 7 etwa maßstäblich zeigt, von dem vier für einen Siebkorb der Fig. 5 benötigt würden.

Nicht immer ist die Konizität des Siebkorbes nachteilig, zumindest nicht, wenn die Durchmesserdifferenz nicht größer als 20 mm ist. Bei der Räumung der Siebe kann es in speziellen Fällen sogar ein Vorteil sein, daß der Räumer mit unverändert gleichem Durchmesser zu dem Teil des Mantels, der die kleineren Öffnungen aufweist, einen geringeren Abstand hat. Dann wird nämlich gerade dort intensiver geräumt, wo wegen der kleineren Fläche und höheren Stoffdichte die Verstopfungsgefahr größer ist. Man kann sich auch ohne weiteres vorstellen, daß eine für streng zylindrische Körbe gebaute Sortiermaschine mit einem konisch-manteligen Korb bestückt wird, dessen Verstärkungsringe an den Befestigungssitzen einen konstanten Außendurchmesser haben. Das würde eine Umrüstung sehr vereinfachen.

Natürlich können auch die Räumer unterschiedliche Durchmesser haben, was besonders einfach geht bei modular aufgebauten.

Die gesamte Fläche, die bei einem Sortierelement offen ist, bezeichnet man als offene Siebfläche. Sie kann absolut als Fläche angegeben sein oder auf die vorhandene Siebkorbfläche bezogen, also als Anteil oder in Prozent ausgedrückt werden. Wie bereits ausgeführt, steigt im Verlauf des genannten Strömungsweges die Menge der in der Suspension enthaltenen Störstoffpartikel während des ganzen Trennvorganges an. Auch diese wird zweckmäßigerweise in Prozent angegeben. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders zweckmäßig so ausgeführt wird, daß das Produkt aus diesen beiden Werten mit einer gewissen Toleranz gleich gehalten wird. Als Beispiel: Wenn der Sortiervorgang dazu führt, daß die Störstoffkonzentration von 0,2 auf 0,4% ansteigt, so sollte zweckmäßigerweise die freie Fläche innerhalb der Maschine von 4 auf 2% sinken (oder auch von 8 auf 4%).

In den Fällen, in denen die Bedingungen so sind, daß anstelle einer Schlitzsortierung eine Lochsortierung zweckmäßiger ist, wird zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bereich der Zuströmung des Trennelementes der größere Lochdurchmesser gewählt und Bereich des Abströmens, also dort, wo die abgewiesenen Feststoffpartikel aufkonzentriert sind, der kleinere Durchmesser. Der Mantel 2′′ eines solchen Lochsiebkorbes ist in Fig. 7 mit übertrieben großen Löchern 4′′ dargestellt. Da bei der Herstellung des Siebes der Lochdurchmesser leicht geändert werden kann, sind - anders als bei durch Stäbe gebildeten Schlitzsiebkörben - keine besonderen Maßnahmen zur Konstanthaltung des Siebkorbdurchmessers nötig. Bei Änderung des Lochmusters, also des Mittenabstandes der Löcher, kann sogar die Mantelfläche auch im Bereich kleinerer Löcher optimal genutzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Ausbringen von unerwünschten Feststoffpartikeln aus einer zur Papiererzeugung geeigneten Faserstoffsuspension (S) mit Hilfe von einem eine Vielzahl von Öffnungen (4) aufweisenden Trennelement (1), durch welche Öffnungen (4) infolge eines anliegenden hydraulischen Druckgefälles der überwiegende Anteil des Faserstoffs hindurchtritt und der überwiegende Anteil der unerwünschten Feststoffpartikel zurückgehalten wird, wobei Mittel (5) vorgesehen sind, um die Öffnungen (4) des Trennelementes (1) von Feststoffen freizuhalten und wobei die nicht durchgetretenen Stoffe entlang dem Trennelement (1) strömen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Strömungsweg der nicht durch getretenen Stoffe die Öffnungen (4) des Trennelementes (1) in wenigstens einer ihrer Ausdehnungsrichtungen kleiner werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) Schlitze (4′) sind, die, über ihre Länge betrachtet, eine unterschiedliche Weite haben, wobei die Schlitzweite in dem für den Zulauf der zu reinigenden Suspension (S) vorgesehenen Bereich die größere und die in dem für den Überlauf (S′) vorgesehenen die kleinere ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (4) Rundlöcher (4′′) mit unterschiedlichen Durchmessern sind, wobei die Durchmesser in dem für den Zulauf der zu reinigenden Suspension (S) vorgesehenen Bereich die größeren und die in dem für den Überlauf (S′) vorgesehenen die kleineren sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht durchgetretene Stoff während des Verfahrens verdünnt wird, nachdem ein anderer Teil der Suspension bereits das Trennelement (1) passiert hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der lokal angebotenen freien Durchtrittsfläche des Trennelementes (1), bezogen auf die Gesamtfläche, und der Menge der in der Suspension enthaltenen unerwünschten Feststoffpartikel während des ganzen Trennvorganges mit einer Toleranz von ± 20% gleichgehalten wird.

6. Schlitzsiebkorb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Mantel (2, 2′′) von im wesentlichen konischer Form hat, der eine Vielzahl von im wesentlichen sich über die axiale Länge des Siebkorbes erstreckenden Stäben (6) enthält, zwischen denen sich die Schlitze (4′) befinden und daß zur Erzeugung der unterschiedlichen Schlitzweite in einem spitzen Winkel zueinander stehen.

7. Schlitzsiebkorb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Mantel (2, 2′′) von im wesentlichen kreiszylindrischer Form mit konstantem Durchmesser hat, der eine Vielzahl von parallelen, sich im wesentlichen über die axiale Länge des Siebkorbes erstreckenden Stäben (6) enthält, zwischen denen sich die Schlitze (4′) befinden, wobei die in axialer Richtung unterschiedliche Schlitzweite durch die unterschiedliche Breite der Stäbe (6) entsteht.

8. Schlitzsiebkorb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Mantel (2, 2′′) von im wesentlichen kreiszylindrischer Form mit konstantem Durchmesser hat, der eine Vielzahl von im wesentlichen sich über die axiale Länge des Mantels erstreckenden in einem spitzen Winkel zueinander stehenden Stäben (6), insbesondere von gleicher Breite, enthält, zwischen denen sich die Schlitze (4′) von über ihre Länge unterschiedlicher Breite befinden, und daß er außerdem in seinem Mantel trapezförmige Abdeckbleche (7) ohne Schlitze aufweist, deren Anzahl höchsten ein Zehntel der der Stäbe (6) ist.

9. Schlitzsiebkorb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem schlitzfreien Bereich feststehende Elemente befinden, die im Zusammenwirken mit dem Siebräumer des Drucksortierers eine Auflockerung des im Betrieb sich bildenden Überlaufes bewirken.

10. Schlitzsiebkorb nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der größeren und der kleineren Schlitzweite ca. 0,1 bis 0,2 mm beträgt.

11. Schlitzsiebkorb nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Schlitzweite ca. 0,1 bis 0,3 mm beträgt und die größere Schlitzweite ca. 0,2 bis 0,4 mm.

12. Lochsiebkorb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Mantel (2′′) von im wesentlichen kreiszylindrischer Form mit konstantem Durchmesser hat, der eine Vielzahl von Löchern (4′′) aufweist, deren Durchmesser im Bereich des Einlaufes größer ist als im Bereich des Auslaufes.

13. Lochsiebkorb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (4′′) Durchmesser zwischen 1,5 und 6 mm haben.