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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sammeln von Prozesswasser
bei einer Papiermaschine oder dergleichen, worin Wasser von mehreren
Saugelementen, die an einer Papiermaschine vorgesehen sind, derart
geleitet wird, dass eine im Wesentlichen ungebrochene Flüssigkeitssäule in den
jeweiligen Auslassleitungen der jeweiligen Saugelemente aufrecht
erhalten wird und diese Flüssigkeitssäule dazu
dient, gemeinsame Sammelbehälter
zu verbinden. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung
zum Sammeln von Prozesswasser bei einer Papiermaschine oder dergleichen,
die Saugelemente unter dem Siebabschnitt aufweist, die durch im
Wesentlichen vertikale Auslassleitungen mit mindestens einem Sammelbehälter verbunden
sind, s. z. B. das Dokument WO-A-9323612.
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Bei
den vorbekannten Papiermaschinen und ähnlichen Maschinen, die Saugelemente
in Form von Saugbehältnissen
besitzen, sind die Auslassleitungen von den Elementen generell an
einen im Wesentlichen offenen Sammeltrog angeschlossen, welcher
gleichzeitig oft als Entlüftungsmittel
für die
im Wasser enthaltene Luft dient. Das Prozesswasser wird allgemein
wenigstens teilweise aus dem Sammeltrog zurück geleitet, um es mit einer
geeigneten Phase des Anfangsteils des Prozesses zu vereinigen, um
einen Teil des Materials und die Energie wieder zu verwenden, die
in diesem Wasser verbleibt und ebenso auch, um die Abflussmenge
aus dem Prozess zu verringern.
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Da
dieser so genannte Langkreislauf in der Lage sein sollte, den Prozess
im Gleichgewicht zu halten, sowohl beim Anlaufen und während des
normalen Betriebes als auch bei Betriebsstörungen, weist das System normalerweise
riesige Flüssigkeitsmengen
auf, was andererseits auch in einen langsamen Umlauf resultiert
und einen Prozess mit einer Tendenz zur Kontamination. Da dieses
Langsystem sich über
einen weiten Abschnitt der Maschine erstreckt, schließt es generell
viele lange Strecken mit geneigten oder horizontalen Rohren ein.
Die Praxis hat gezeigt, dass diese Röhren oft Probleme bereiten,
da die immer im Wasser verbleibende Luft leicht Taschen bildet,
was wiederum zu einem instabilen Prozess führt mit Störungen in den Pumpen und anderer
Ausrüstung.
Die Luft bewirkt auch unerwünschten
Schaum, der auf freien Oberflächen,
in Tanks und Leitungen abgesetzt wird und zusätzliche Störungen bewirkt. Um diese Probleme
zu verringern, schließt
das System spezielle Entlüftungsmittel zur
Entfernung von so viel Luft wie möglich aus dem Wasser ein, um
das Pumpen zu verschiedenen Teilen der Maschine zu ermöglichen.
In der Praxis ist es jedoch schwierig, diese Entlüftungsmittel
ausreichend wirksam zu gestalten, ohne gleichzeitig Störungen im
aktuellen Flüssigkeitsfluss
zu schaffen. Daher wird eine signifikante Menge unerwünschter Luft
in der Praxis immer im Prozesswasser anwesend sein.
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Da
der Langkreislauf riesige Volumina und fange Rohrleitungen aufweist,
ist es in der Praxis auch schwierig, einheitliche Strömungsbedingungen an
allen Punkten aufrecht zu erhalten. Stehendes Wasser ist daher ein
gemeinsames Problem und daraus resultiert eine Ansammlung von Schmutz
in toten Bereichen des Systems. Dieser Schmutz trägt zu Störungen durch
gelegentliches Losbrechen und Folgen des Flüssigkeitsstromes in Form von
Akkumulationen bei, die Pumpen und Ventile verstopfen, was Qualitätsprobleme
im aktuellen Produkt verursacht.
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Um
die Funktion der Saugelemente aufrecht zu erhalten, ist es wichtig,
dass die Flüssigkeitssäule in barometrischen
Auslassleitungen der Saugkästen ungebrochen
aufrecht erhalten wird. Im Stand der Technik wurde dies durch Verbinden
der Leitungen mit einem oder mehreren offenen Schleusenwassertanks
gelöst,
von denen das Wasser in den Prozess gepumpt wird. In der Praxis
müssen
diese Tanks groß sein,
da die Pumpen einen gewissen Einlassdruck erfordern, um be friedigend
zu funktionieren. Gleichzeitig verursachen die riesigen Volumina
Probleme durch Kontamination und diese komplizieren schnelle Wechsel
in der Produktion wie hinsichtlich Qualität und dergleichen. Da die Rohrleitungen
in der Praxis große
Ausdehnungen beinhalten, ist es auch schwierig, die Bildung von
Lufttaschen zu vermeiden, die das Vakuum unterbrechen und Betriebsprobleme verursachen.
Die voluminösen
Systeme verursachen in sich selbst auch Probleme, da es nicht immer
leicht ist, geeigneten Platz für
die Platz verbrauchenden Systeme zu finden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lösung für diese
Probleme und eine Anordnung zu finden mit einem kleinen Flüssigkeitsvolumen,
kleinen Kontaminationsrisiken und einem minimalen Teil an freien
Flüssigkeitsoberflächen. Gleichzeitig
ist die Schaffung einer effektiven Entlüftung Ziel der Erfindung, wie
auch eine Reduktion der durch unerwünschtes Schäumen verursachten Nachteile.
Die Anordnung sollte auch einfache und effektive Mittel für die Verfahrensregelung
anbieten.
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Diese
Ziele werden erfindungsgemäß auf die in
den beiliegenden Patentansprüchen
offenbarte Weise erreicht. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsniveaus der Auslassrohre
durch Einstellen des Flüssigkeitsniveaus
in mindestens einem separaten Niveaugefäß geregelt werden, zu welchen
das Wasser aus den jeweiligen Auslassrohren in mindestens einem
geschlossenen und im Wesentlichen horizontalen Sammelkanal geführt werden,
der gemeinsam mehreren Auslassrohren zugeordnet ist, derart, dass die
Flüssigkeit
in dem Sammelkanal, der als solcher die Flüssigkeit vorwärts führt, gleichzeitig
den unteren Teil der ungerissenen Flüssigkeitssäule bildet.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter aus mindestens einem im
wesentlichen geschlossenen und generell horizontalen Sammelkanal
zusammengesetzt ist, an welche die genannten Auslassleitungen unterhalb
des Flüssigkeitsniveaus
anschließen.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung wird unten allgemein als Beispiel unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Figuren beschrieben, worin
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1 eine
generelle Ansicht einer Anordnung gemäß einer Ausführung der
Erfindung zeigt,
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2 eine
alternative Ausführung
der Verbindung zwischen den Auslassleitungen und dem horizontalen
Sammelkanal gemäß Erfindung
zeigt,
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3 eine
bevorzugte Verbindung einer barometrischen Leitung von einem Saugkasten
zu der Sammelleitung darstellt,
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4 einen
vergrößerten Abschnitt
eines Sammelkanals zeigt, derart, dass der Kanalboden horizontal
ausgelegt ist, wohingegen sein Kopfbereich geneigt angeordnet ist,
wobei die Kanalhöhe sich
zum Behälter
hin vergrößert und
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5a bis 5c verschiedene
alternative Querschnitte des erfindungsgemäßen Sammelkanals zeigen.
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Die
Anordnung gemäß 1 umfasst
allgemein eine Papiermaschine oder eine gleiche Maschine, worin
eine Materialbahn 1, welche in Pfeilrichtung läuft, in
an sich bekannter Weise angeordnet ist, so dass Flüssigkeit
von der Bahn separat durch Saugelemente in Form von Saugkästen 2, 2a...2n oder ähnlichen
Elementen abgesaugt wird. Ein Stauwassertrog oder Sammeltrog 3, 3a zum
Sammeln nicht durch die Saugkästen 2 abgesaugten
Wassers ist unter dem Papiermaschinensieb angeordnet. Der Sammeltrog
ist generell unterteilt, so dass ein Abschnitt 3, der vorne
in Prozessrichtung liegt, das Prozesswasser zum so ge nannten Kurzkreislauf
oder dem Kreislauf 4 führt,
wohingegen ein Abschnitt 3a, der weiter unten in Prozessrichtung
liegt, Prozesswasser zum so genannten Langkreislauf 5 des
Systems führt.
In der dargestellten bevorzugten Ausführung wird das Pumpen dieser
Prozesswasserteile mit Entgasungspumpen 6, 7 bewirkt,
die genauer z. B. im US-Patent 5,861,052 beschrieben sind.
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Um
ein geeignetes Vakuum aufrecht zu erhalten und eine genügende Entwässerung
in den Saugkästen 2, 2a...2n,
die geeigneterweise sukzessiv längs
der Materialbahn 1 angeordnet sind, sind die Auslassleitungen 8...8n der
Saugkästen
als so genannte barometrische Leitungen ausgelegt, deren obere Teile
mit den Saugkästen
in bekannter Weise verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die unteren Teile 16 der
jeweiligen Auslassleitungen 8...8n an einen gemeinsamen
Sammelkanal 9 über
spezielle Elemente angeschlossen, so dass die Verbindung 17 unter
der Oberfläche 18 der
Flüssigkeit 19 im
Kanal 9 liegt, wie genauer z. B. in 5a gezeigt.
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In
der Ausführung
wie in 1 gezeigt, ist der Sammelkanal 9 ein
einziger Kanal, jedoch kann in der Praxis der Kanal aus mehreren
separaten Kanälen
parallel oder in Reihe bestehen. Parallele Kanäle 9, 9m können ferner
so angeordnet sein, dass jeder respektive Kanal nur oder hauptsächlich Flüssigkeit
einer gewissen Konsistenz oder gewissen Ursprungs zur weiteren Behandlung
in Übereinstimmung
mit speziellen Anforderungen der spezifischen Flüssigkeitsfraktion sammelt.
Parallele Kanäle 9, 9m können ferner
verwendet werden, z. B. im Falle sukzessiver Modifikationen vorher
existierender Anlagen, die andere Arten von Sammelsystemen haben, ebenso
wie zum Transport von Wasser, z. B. von dem Saugkasten 2m eines
Kopfpapiermaschinensiebes, entweder in Kombination mit Wasser von
irgendwoher oder getrennt. In 1 ist eine
solche Anordnung schematisch durch eine durchbrochene Linie mit
den jeweiligen Bezugszeichen 8m und 9m angedeutet.
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1 zeigt
mit Niveauangaben 20, 20n, wie das Vakuum in den
jeweiligen Saugkästen 2, 2a...2n, 2 angeordnet
ist. Demnach wächst
das Vakuum in Prozessrichtung an, da die Bahn 1 trockener
wird und weniger Wasser freisetzt. Wasser und Luft, die in die Saugkästen 2, 2a...2n gesaugt
werden, fließen
längs der
barometrischen Röhren 8...8n und
werden in einen gemeinsamen Flüssigkeitsstrom 19 in
dem im Wesentlichen horizontalen Sammelkanal 9 geleitet. Hierin
findet eine gewisse Auftrennung statt, so dass das Wasser längs des
Kanalbodens fließt,
wohingegen Luft und Schaum 21 sich am Kopf 22 des
Kanals 9 ansammeln. Die Bewegung im horizontalen Sammelkanal 9 wird
hauptsächlich
mit Hilfe der Pumpe 7 aufrecht erhalten. Nach einer bevorzugten
Ausführung
wird ein Teil der Bewegung durch die im Wasser eingeschlossene Luft
bewirkt, dank der Tatsache, dass der Sammelkanal 9 oder
insbesondere sein Kopfteil 22 als solches leicht in Richtung
der Pumpe 9 ansteigend ausgelegt ist, was vergrößert in 4 gezeigt
ist. Nach einer Ausführung,
die z. B. in 5b gezeigt ist, ist der Kopfteil
ferner als Spezialkanal 22a für den Schaum gebaut.
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Erfindungsgemäß ist der
Sammelkanal 9 an einen Niveaubehälter 10 angeschlossen,
der eine freie Oberfläche 11 aufweist.
Dieser Niveaubehälter 10 wird
einerseits zur Regelung des aktuellen Prozesses verwendet durch
die Möglichkeit
der Niveauvariierung der Flüssigkeitsoberfläche 11,
was durch eine unterbrochene Linie in 1 gezeigt
ist. Dieses allgemeine Niveau besteht in der gezeigten Ausführung auch
an der freien Flüssigkeitsoberfläche 12 am gegenüber liegenden
Ende des Sammelkanals, welcher geeigneterweise mit dem rückwärtigen Teil 3a des
Sammelbehälters
verbunden ist. Andererseits wird derselbe Niveaubehälter 10 vorzugsweise
als Schaumabscheider verwendet, wie genauer unten beschrieben wird.
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Beim
Anlaufen des erfindungsgemäßen Systems
wird dafür
gesorgt, dass das Wasserniveau im Niveaubehälter 10 zu einer genügenden Höhe hinauf reicht.
Dies sichert automatisch, dass im Wesentlichen dasselbe Wasserniveau
beim Anlaufen auch in den Sammelleitungen 8...8n vorliegt,
was selbsttätig verhindert,
dass die Sammelleitungen durch das in den Saugkästen herrschende Vakuum entleert
werden.
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Wenn
Wasser und Schaum im Sammelkanal 9 fließen, wird mindestens der Schaum
geeigneterweise zuerst einem Einlasskanal 13 zum Niveaubehälter 10 begegnen.
Bei diesem Einlass steigen der Schaum 21 und die meiste
Luft aufwärts
zur Oberfläche 11 des
Niveaubehälters,
von wo der Schaum auf geeignete Weise entfernt wird. Die Bewegungsrichtung
im Einlasskanal 13 ist durch einen aufwärts gerichteten Pfeil angedeutet.
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Die
Energie für
diese Bewegung wird geeigneterweise von der Luft geschaffen, die
im Wasser enthalten ist. Nach Erreichen der Oberfläche 11 wird das
Wasser vorteilhaft zum Sammelkanal 9 über den Auslasskanal 14 zurück geleitet,
welcher sich näher zum
Einlass der Pumpe 7 befindet. Dies führt zu einer kontinuierlichen
Flüssigkeitsbewegung,
die primär
durch den Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen der schäumenden
Flüssigkeit
und der Flüssigkeit,
von welcher der Schaum 21 abgezogen wurde, verursacht wird.
Zusätzlich
zum Wasser, welches vom Sammelkanal stammt, ist es auch geeignet,
Prozesswasser von irgendwoher, im gezeigten Fall z. B. Wasser aus
dem Kurzkreislauf über
den Überlauf 15 zum
Niveaubehälter 10 zu
leiten, geeigneterweise zu einem Punkt über dessen höchster Oberfläche 11. Um
ein Stocken im Niveaubehälter
zu verhindern, weist eine Ausführung
der Erfindung ein tangentiales Einleiten von solchem Wasser an der
Wand des Niveaubehälter 10 auf,
wobei im Behälter 10 eine
gewisse Rotation aufrecht erhalten wird.
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Der
Sammelkanal 9 ist vorzugsweise als kontinuierlicher, ebener,
geeigneterweise leicht ansteigender und im Wesentlichen waagerechter
Kanal ausgelegt. Darin sollten keine Taschen oder andere Punkte
vorhanden sein, wo sich Schaum 21 und Schmutz ansammeln
können.
Gleichzeitig ist das Gesamtflüssigkeitsvolumen in
der Sammelleitung 9 viel kleiner als in herkömmlichen
Anordnungen. Dies sorgt für
eine große
Flexibilität
z. B. für
schnelle Qualitätswechsel.
Die Anordnung führt
auch zu einer drastisch reduzierten Empfindlichkeit gegen Störungen im
Gesamtsystem.
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Wie
besonders in den 5a bis 5c gezeigt,
sind die Auslassleitungen 8...8n an den Sammelkanal 9 derart
angeschlossen, dass die Mündungen 17 der
Rohre jederzeit unter der Flüssigkeitsoberfläche 18 im
Kanal 19 liegen. 1 zeigt
generell eine besonders bevorzugte Ausführung, in welcher die Rohre 8 direkt
an die Seite des Kanals angeschlossen sind. In einer anderen Ausführung, die
in 2 gezeigt ist, sind die Rohre 8...8n derart
mit dem Kanal verbunden, dass sie an den Boden des Kanals 9 über einen
Krümmer 16a angeschlossen sind.
Diese Anordnung schafft insbesondere eine Gewährleistung gegen einem Zusammenbruch
der Flüssigkeitssäule in der
Leitung 8 als Ergebnis eines zu niedrigen Flüssigkeitsniveaus
im Sammelkanal 9. Die Krümmer 16a müssen sehr
sorgfältig
gestaltet sein, um eine Ansammlung von Fremdkörpern zu verhindern. Die Ausführungen
der 1 und 3 sind in dieser Hinsicht weniger
empfindlich gegen Störungen,
da die Verbindung zwischen dem Rohr 8 und dem Kanal 9 allgemein
horizontal verläuft
und vorzugsweise sogar leicht abwärts geneigt ist, wodurch eine
Schmutzansammlung effektiv verhindert wird. Um das Volumen des Systems
weiter zu reduzieren, sind die Auslassleitungen 8...8n, 8m geeigneterweise
so konstruiert, dass ihr Durchmesser unter der Flüssigkeitsoberfläche des
Niveaubehälters 10 kleiner
ist als ihr Volumen oberhalb dieser, wie in grober Vergrößerung mit
dem Bezugszeichen 8a in 1 gezeigt.
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Die 5a bis 5c zeigen,
dass der Sammelkanal 9 vorzugsweise derart konstruiert
ist, dass er eine Akkumulation von Schaum 21 in seinem oberen
Teil fördert.
Damit besitzt der Kanal 9 vorzugsweise einen generell ovalen
Querschnitt, der in gewissen Fällen
mit separaten Räumen 22a für Schaum 21 versehen
sein kann, wie in 5b gezeigt. In der Ausführung gemäß 4 ist
der Querschnitt des Kanals generell rechtwinklig. Die Höhe des Kanalquerschnitts
wächst
in Richtung der Pumpe 7, während die Breite im Wesentlichen
unverändert
bleibt und der Kanalboden geeigneterweise waagerecht ist. Dies führt zu einem
Kanal, dessen "Decke" 22 in Richtung
zum Einlass 13 des Niveaubehälters 10 ansteigt
und es dem Schaum 21 ermöglicht, diesem Anstieg zu folgen.
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Im
obigen Text sind einige bevorzugte Ausführungen der Erfindung als Beispiel
offenbart, es ist jedoch augenscheinlich für den Fachmann, dass die Erfindung
auch in vieler Weise innerhalb des Schutzumfanges der nachfolgenden
Ansprüche
abgewandelt werden kann. So kann die Anordnung durch zusätzliche
Saugkästen
an einem Obersiebformer ergänzt
werden, welcher oberhalb des Papiermaschinensiebes liegt oder durch
andere ähnliche
Vorrichtungen, von denen barometrische Leitungen hinunter führen zu
dem Sammelkanal 9 oder 9m auf entsprechende Weise.
Darüber
hinaus kann die Flüssigkeit, die
zum jeweiligen Kanal geleitet wird, entweder separat allein oder
in Kombination mit anderen Flüssigkeiten
aus einigen anderen Teilen des Prozesses behandelt werden.