-
ERFINDUNGSGEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung und
Trocknung von Papier. Eine nasse Bahn ist mit überhitztem Dampf in Berührung, um
durch Übertragung
der Wärme
aus dem überhitzten
Dampf den Feuchtigkeitsgehalt der Bahn durch Verdampfung eines wesentlichen
Teils des Wassers zu senken.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Die
Trocknung von bahnförmigem
Material wie zum Beispiel Papier erfolgt üblicherweise dadurch, dass
die nasse Bahn mit heißen
Flächen
in Berührung
ist oder dass ein heißes
Gas, vorzugsweise Luft, auf die Bahn aufgeblasen wird.
-
In
Zylindertrocknungsanlagen wird das bahnförmige Material durch erhitzte
Zylinder, an die das bahnförmige
Material durch die Spannung der Bahn oder durch einen Filz oder
ein Sieb angepresst wird, aufgewärmt.
Die Zylinder werden mittels Dampf, der in ihr Inneres geleitet wird
und bei Berührung
der Zylinderumhausung kondensiert, erhitzt. Das Kondensat wird kontinuierlich
abgeführt.
-
Das
Wasser wird vorzugsweise in freien, belüfteten Taschen zwischen den
Zylindern abgeführt. Die
Belüftungsluft,
oder zumindest der größte Teil
davon, wird von der Umhausung, die den Zylindertrockner umgibt,
abgeführt.
Die abgeführte
Belüftungsluftmenge
wird so eingestellt, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Abluft auf
den gewünschten
Wert eingestellt wird, wobei dieser Wert mit Hinblick auf die Gefahr der
Kondensierung, etc., möglichst
hoch gewählt wird.
-
Die
Trocknung von so genanntem weichem Tissue erfolgt auch auf einem
einzelnen beheizten Zylinder, dem so genannten Yankeezylinder, bei
dem die Trocknung in Kombination mit dem Aufblasen von Heißluft oder
Verbrennungsgasen erfolgt.
-
In
Trocknern mit so genannter Schwebebahn erfolgt die Trocknung von
Papier auch ohne jegliche Berührung
mit einer Wärme
abgebenden Fläche.
In diesen Trocknungsanlagen schwebt die Bahn in einer fixen Lage
oberhalb oder zwischen Blaskästen. Die
aus den Blaskästen
austretende Luft trägt
die Bahn und dient zu deren Aufwärmung
sowie zum Abscheiden des verdampften Wassers.
-
Das
eingesetzte Trocknungsverfahren beeinflusst die Qualität des erzeugten
Papiers in sehr hohem Maß.
Die Qualität
wird auch durch eine Menge anderer Parameter beeinflusst, z.B. durch
die Geschwindigkeit, mit der das Papier getrocknet und in welchem
Temperaturbereich es behandelt wird.
-
In
US 2 590 849 hat bereits
1952 Julian Dungler eine weitere Methode vorgeschlagen. Dieses Verfahren
offenbart ein Verfahren zum Trocknen von Tuch, Papier oder ähnlichem
Fasermaterial. Statt bei der Trocknung Heißluft oder andere Heißgase einzusetzen,
werden überhitzte
Dampfstrahlen mit hoher Geschwindigkeit auf das Trocknungsgut gerichtet.
-
In
einer konventionellen Trocknung ist es nicht möglich, die Temperatur des Trocknungsgutes über die
Nasstemperatur hinaus zu erhöhen,
solange „freies
Wasser" vorhanden
ist. Durch Aufblasen von Dampf kann aber sehr rasch eine dem jeweiligen
Siedepunkt entsprechende Grundtemperatur bei gleichzeitiger Kondensation
eines Teils des zugeführten Dampfes
erreicht werden.
-
Zu
Beginn des Papier-Trocknungsprozesses, wenn Luft mit Atmosphärendruck
eingesetzt wird, hat die Bahn nur eine Temperatur von 50–60°C, beim Aufblasen
von überhitztem
Dampf in einer Dampfatmosphäre
erreicht sie jedoch rasch 90–100°C. Neben
einem niedrigeren Platzbedarf kann dies eine höhere Papierqualität ergeben,
weil die Fasern weicher und fester miteinander verbunden sind.
-
Die
Vorteile des Trocknens mit Dampf scheinen so offensichtlich zu sein,
dass es verwundert, dass dieses Verfahren sich nicht einen wesentlichen Marktanteil
erobert hat. Da dies jedoch nicht der Fall ist, müssen entscheidende
Schwierigkeiten aufgetreten sein, so dass die Vorteile diese zusätzlichen
Probleme nicht überwogen
haben.
-
ZIEL DER ERFINDUNG
-
Ein
Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches
und Platz sparendes Verfahren für
die Trocknung von Papier bereitzustellen.
-
Ein
zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Trocknung von Papier in einer oxydationsfreien Atmosphäre bereitzustellen.
-
Ein
drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Kontakttrocknung von Papier bereitzustellen.
-
Ein
viertes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Trocknung von Papier mittels überhitzten Dampfs statt z.B.
Luft, bei dem sich die erwarteten Qualitätssteigerungen ohne vermehrte
Anlagen- und Betriebskosten erzielen lassen, vorzuschlagen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung und
Trocknung von Papier, wie aus Dokument US-A-5210958 bekannt. Eine
nasse Bahn ist mit überhitztem
Dampf mit einer Temperatur von 200–600°C in Berührung, um durch Übertragung der
Wärme aus
dem überhitzten
Dampf den Wassergehalt der Bahn durch Verdampfung eines wesentlichen
Teils des darin enthaltenen Wassers zu senken.
-
Bei
der vorgeschlagenen Methode wird die nasse Bahn mittels eines Wärme leitenden,
gasdichten Bandes, dessen Breite gleich der oder größer als die
Bahnbreite ist, unterstützt
und transportiert und werden überhitzte
Dampfstrahlen auf die dem Band abgewandte Seite der Bahn gerichtet.
-
ALLGEMEINE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
Eigenschaften und die Qualität
der getrockneten Bahn hängen
in erster Linie von der Trocknungsart ab. Neben den zu berücksichtigenden technischen
Voraussetzungen muss das Produkt auch wirtschaftlich hergestellt
werden können,
sodass es in großer
Menge auf einem unter starkem Wettbewerb stehenden Markt verkauft
werden kann.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine nasse Papierbahn in einer oxydationsfreien Atmosphäre verfestigt
und getrocknet, indem die Bahn mit überhitztem Dampf, dessen Temperatur
200–600° beträgt, in Berührung ist.
Die nasse Bahn wird mittels eines Wärme leitenden, gasdichten Bandes,
dessen Breite gleich der oder größer als
die Bahnbreite ist, unterstützt
und transportiert, und überhitzte
Dampfstrahlen werden auf die dem Band abgewandte Seite der Bahn
gerichtet. Unter einem Wärme
leitenden Band versteht man hier und im Folgenden ein Band, dessen
Wärmeleitung
so gut ist, dass sie in der Berührung
mit der Bahn als Temperatur ausgleichender Faktor dient. Das Band
ist geeigneterweise aus Metall, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl,
gefertigt, doch sind Polymere nicht ausgeschlossen. Unter Strahlen sind
Flüsse
mit hoher Geschwindigkeit und im Wesentlichen beliebigem, zum Beispiel
rundem oder länglichen
Querschnitt, zu verstehen.
-
Ziel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, eine raschere Trocknung als mit den konventionellen Methoden
zu erreichen, jedoch eine angemessene Zeitspanne zu sichern, die
die Zeitspanne in, zum Beispiel, dem Nip einer Impulstrocknung,
wesentlich überschreitet,
damit sich die Bahn verfestigen kann. Überhitzter Dampf wird auf die
Bahn zum Beispiel für
die Dauer von z.B. 0,5 bis 5 Sekunden aufgeblasen.
-
Zwischen
dem Band und der Bahn kann ein Sieb angeordnet sein, doch ist die
Bahn vorzugsweise in direktem Kontakt mit dem Band. Das Band kann auch
für verschiedene
Adhäsionen
aufbereitet sein, und im Falle einer erhöhten Adhäsion kann ein Schrumpfen (der
Bahn) in Querrichtung verhindert werden.
-
Die
Trocknung kann in einem einzigen Schritt erfolgen, wobei Dampf während des
gesamten Trocknungsvorganges bei gleich bleibender Temperatur zur
Verfügung
gestellt wird, es ist jedoch in vielen Fällen vorteilhaft, die Trocknung
in zwei oder mehrere Schritte aufzuteilen. Die Dampftemperatur ist
dann im ersten Schritt entsprechend höher als in einem oder mehreren
nachfolgenden Schritten.
-
In
einer Trocknung in zwei Schritten wird zum Beispiel die Dampftemperatur
in der ersten Stufe zwischen 400 und 600°C, vorzugsweise zwischen 480 und
540°C gewählt, in
einem zweiten Schritt, zum Beispiel zwischen 300 und 400°C, vorzugsweise
zwischen 330 und 370°C.
In der ersten Stufe sollte die Aufblas geschwindigkeit mehr als 50
m/s, vorzugsweise zwischen 80 und 120 m/s, und in der zweiten Stufe
zwischen 60 und 120 m/s betragen.
-
Vorteilhafterweise
wird die Bahn vor der Trocknung auf eine Temperatur zwischen 90
und 100°C
vorgewärmt.
Dies kann geeigneterweise durch direkte oder indirekte Berührung mit
im Wesentlichen gesättigtem
Wasserdampf erfolgen. Der Vorwärmung
kann eine Behandlung, die zur Entfernung der in der nassen Bahn
mitgeführten
Luft dient, vorausgehen. Dampf für
das Anwärmen
wird geeigneterweise als abgeführter
Dampf einem der Trocknungsschritte im Trockner entnommen, insbesondere
der zweiten oder einer nachfolgenden Stufe in eines mehrstufigen
Trockners. Der abgeführte
Dampf aus der ersten Trocknungsstufe kann auch vorteilhaft in der
zweiten oder einer nachfolgenden Stufe etc. zur Verfügung gestellt
werden.
-
Nach
dem Vorwärmen
kann die Bahn vorteilhaft mechanisch entwässert werden, um den Wassergehalt
zu reduzieren und gleichzeitig auch verbliebene Luft abzuführen. Findet
dieser Vorgang bei erhöhter
Temperatur statt, so ist das Pressen effizienter, und es muss im
Zuge der Trocknung weniger Wasser verdampft werden. Auf diese Weise
ist es außerdem
möglich,
die Effizienz der Nasspressung am Ende des Nassteils wirksamer zu
gestalten und damit die Investitionskosten zu reduzieren, indem
ein oder mehrere Walzenpaare entfallen können. Analog dazu ist es vorteilhafterweise
auch möglich,
innerhalb der Trocknungsmaschine, in der die Bahn bereits von heißem Wasserdampf
umgeben ist, eine Glättung einzubauen.
-
In
einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann
der Trockner außerdem
mit Einsatz von die Eigenschaften des Papiers verbessernden Chemikalien
zusammen mit dem Dampf oder in einer anderen geeigneten Weise in
der Vorwärmstufe
und/oder in einer oder mehreren Trocknungsstufen als chemischer
Reaktor verwendet werden.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben,
wobei:
-
1 ein
Flussdiagramm einer Ausgestaltung der Erfindung ist;
-
2 eine
erste erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Papiertrockners darstellt;
-
3 eine
zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung
eines Papiertrockners darstellt.
-
BESCHREIBUNG
EINER VORGESCHLAGENEN AUSGESTALTUNG
-
1 stellt
in Form eines Flussdiagramms ein Papiertrockner 1 dar,
wobei die Bahn 2 eine Behandlungsvorrichtung 3,
die aus einer Vorwärmstufe 11 und
zwei Trocknungsschritten 12, 13 besteht, durchläuft. In
der Verbrennungskammer 17 werden heiße Abgase erzeugt, die zu einem
Hochtemperaturwärmetauscher 14 und
anschließend
zu einem Niedertemperaturwärmetauscher 15 geführt werden. Im
Hochtemperaturwärmetauscher 14 wird
Hochtemperaturdampf erzeugt und anschließend der ersten Trocknungsstufe 12 zur
Verfügung
gestellt. Im Niedertemperaturwärmetauscher 15 wird
Niedertemperaturdampf erzeugt und anschließend der zweiten Trocknungsstufe 13 zur
Verfügung
gestellt. Überschussdampf
aus der ersten Trocknungsstufe 12 wird der zweiten Trocknungsstufe 13 zugeführt. Der Überschussdampf
aus der zweiten Trocknungsstufe 13 wird teilweise über eine
Wasser-Sättigungsvorrichtung 16 der
Vorwärmstufe 11 zugeführt, während der Überschussdampf
aus der zweiten Trocknungsstufe 13 – ebenso wie der aus der Vorwärmstufe 11 abgeschiedene
Dampf – als
Abdampf, der anderen Nutzungen zugeführt wird, abgeführt wird.
Der Dampf wird in jeder der Trocknungsstufen 12, 13 mittels
zweier Ventilatoren 18, 19 im Kreislauf geführt.
-
2 ist
eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
einer Behandlungsvorrichtung 3 bestehend aus einer Vorwärmstufe 11 und
zwei Trocknungsstufen 12, 13. Eine Bahn 2 wird
mittels eines Bandes 4 aus rostfreiem Stahl, das über zwei
sich drehende Walzen 5 und 6 läuft, durch sämtliche
Stufen transportiert. Die Vorwärmstufe 11 ist
mit einem Düsensystem 11a,
mit dem gesättigter
Wasserdampf auf die Bahn 2 aufgeblasen wird, ausgerüstet. In ähnlicher
Weise sind auch die beiden Trocknungsstufen mit Düsensystemen 12a und 13a,
mit denen überhitzter
Wasserdampf auf die Bahn 2 aufgeblasen wird, ausgerüstet. Der
Klarheit halber sind die Düsensysteme
als Rohre oder ähnliches
dargestellt, sie können aber
selbstverständlich
auch auf viele andere Arten, zum Beispiel als Blaskästen oder
Blasschlitze ausgeführt sein.
Der Abdampf wird zusammen mit dem während der Trocknung abgeschiedenen
Dampf über
die Leitungen 11b, 12b und 13b abgeführt.
-
3 ist
eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
einer Behandlungsvorrichtung 3 bestehend aus einer Vorwärmstufe 11 und
zwei Trocknungsstufen 12, 13. Eine Bahn 2 wird
mittels eines ersten Bandes 41 aus rostfreiem Stahl, das über zwei
sich drehenden Walzen 51 und 61 läuft, durch
die Vorwärmstufe 11 transportiert.
Die Bahn 2 wird mittels eines zweiten Bandes 42 aus
rostfreiem Stahl, das über
zwei sich drehende Walzen 52 und 62 läuft, durch
die zwei Trocknungsstufen 13 transportiert. Zwischen Vorwärmstufe 11 und
Trocknungsstufe 12 befindet sich eine Vorrichtung 7 zur
mechanischen Entwässerung,
wobei zwei Walzen 81 und 82 und darunter liegende
Vorrichtungen 9 für
das Sammeln von Presswasser vorgesehen sind. Dampf wird in gleicher
Weise wie bei der Ausgestaltung gemäß 2 zur Verfügung gestellt
und abgeführt.
-
In
einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung, wie mit Bezug
auf 1 und 2 beschrieben, werden in der
Behandlungsvorrichtung 3 25 Tonnen Papier pro Stunde auf
Basis absolut trockenem Stoff getrocknet. Der Trockengehalt der Bahn 2 beträgt einlaufseitig
50%. In der Vorwärmstufe 11 steht
Dampf mit einer Temperatur von 103°C, in einer Menge von 6,5 t/h
zur Verfügung,
und die Bahn 2 wird auf 95° erwärmt, wobei der Trockengehalt während der
Kondensation des Großteils
des Dampfes 40% beträgt.
-
In
der ersten Trocknungsstufe 12 wird Dampf mit einer Temperatur
von 510°C
und einer Geschwindigkeit von 100 m/s in einer Menge von ca. 220
t/h aufgeblasen. Aus der Papierbahn 2 werden 21 Tonnen
Wasser pro Stunde mit einer Temperatur von 385°C ausgeschieden, und diese Menge
wird in die nächste
Trocknungsstufe 13 geführt,
während
der Rest in der ersten Trocknungsstufe 12 rezirkuliert wird.
Der rezirkulierte Strom wird im Hochtemperaturwärmetauscher 14 auf
510°C erwärmt. Der
Trockengehalt der Bahn 2 steigt in der ersten Trocknungsstufe 12 auf
ca. 71%.
-
In
der zweiten Trocknungsstufe 13 wird Dampf mit einer Temperatur
von 350°C
und einer Geschwindigkeit von 100 m/s in einer Menge von ca. 290
t/h aufge blasen. Aus der Papierbahn 2 werden 7 Tonnen Wasser
pro Stunde mit einer Temperatur von 320°C ausgeschieden, und diese Menge
wird zusammen mit der aus der ersten Trocknungsstufe 12 abgeführten Menge
von 21 Tonnen pro Stunde abgeführt
und der Rest in der zweiten Trocknungsstufe 13 rezirkuliert.
Der rezirkulierte Strom wird im Niedertemperaturwärmetauscher 15 auf
350°C erwärmt. Der
Trockengehalt der Bahn 2 steigt in der zweiten Trocknungsstufe 13 auf
ca. 90%.
-
Der
aus der zweiten Trocknungsstufe 13 abgeführte Dampf
wird in einen Strom, der in der hierfür vorgesehenen Vorrichtung 16 mit
Wasser gesättigt wird,
und einen Abdampfstrom, der zum Beispiel zur Gebäudeheizung oder in einem anderen
Verfahrensschritt eingesetzt werden kann, geteilt. Der gesättigte Wasserdampf
wird in der Vorwärmstufe 11 eingesetzt,
der Überschussdampf
wird von dort abgezogen.
-
Die
in den Umlaufströmen
erforderliche Wärme
wird mittels des Hochtemperaturwärmetauschers 14 und
des Niedertemperaturwärmetauschers 15 durch
Verbrennung von Öl
in der Brennkammer 17 erzeugt. Das heiße Abgas aus der Brennkammer 17 durchläuft sowohl
den Hochtemperaturwärmetauscher 14 als
auch den Niedertemperaturwärmetauscher 15 in
dieser Reihenfolge und danach Verbrennungsluft-Vorwärmer und
Gasreinigung (nicht abgebildet).
-
ALTERNATIVE
AUSGESTALTUNGEN
-
Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf obige Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des
Umfangs der beiliegenden Ansprüche
auf viele Arten variiert werden.
-
So
kann ein Papiertrockner entsprechend der vorgeschlagenen Ausgestaltung
mit einer konventionellen Trocknung mit Schwebebahn oder mit Aufblasen
von Luft kombiniert werden. Dies geschieht in geeigneter Weise dadurch,
dass die letzte Trocknung in einer bereits bekannten Art erfolgt,
wohingegen der erste Teil der Trocknung nach der vorliegenden Erfindung
abläuft.
Der erste Teil der Trocknung kann so erfolgen, dass die Bahn für die Dauer von
0,5 bis 2 Sekunden einem überhitzten
Dampf ausgesetzt wird und diesen Trocknungsschritt mit einem Trockengehalt
von ca. 70% verlässt.