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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung des chemischen Zustands
des Halbstoff- und Kreislaufwassersystems im Papier- oder Zellstoffherstellungsprozess,
in welchem besagten Prozess zur Bildung von Ganzstoff eine oder
mehrere mit Flüssigkeit
verdünnte
Rohstoffkomponenten, eventuelle Füllstoffe und ein oder mehrere
Hilfsstoffe miteinander vermischt werden.
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In
Papierfabriken werden in Stapeltürmen verschiedenartige
faserhaltige Rohstoffkomponenten gelagert. Durch passendes Kombinieren
solcher Komponenten wird Ganzstoff, d.h. eine wässrige Suspension aus Fasern
und anderen Papierrohstoffen zur Bildung der Nassbahn und damit
zur Papierherstellung gebildet.
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Bei
den besagten Rohstoffkomponenten kann es sich zum Beispiel um Holzstoffe,
wie zum Beispiel Refinerholzstoffe oder Holzschliffe (SGW, RMP,
TMP usw.), oder um chemische Halbstoffe wie Zellstoff handeln. Neuerdings
werden in reichlichem Maße
auch deinkte Recyclingfasern, sog. DIP (Delnked Pulp), und bei der
Produktion zeitweise auch reichlich anfallender Ausschuss, den man
als eine der Rohstoffkomponenten bei der Bildung des Ganzstoffs
möglichst
effizient zu nutzen bestrebt ist, eingesetzt.
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Einen
bedeutenden Einfluss im Hinblick auf das Gelingen des Papierherstellungsprozesses
hat nach dem Stand der Technik die Steuerung des chemischen Zustands
des Halbstoff- und Kreislaufwassersystems, wie zum Beispiel die
Steuerung der Phasenänderungen. Über den
chemischen Zustand nimmt man u.a. Einfluss auf die Runnability der
Maschine, die Papierqualität,
die Verschmutzung der Maschine, die Umweltbelastung und das Arbeiten der
Abwasserkläranlage
der Papier- oder Zellstofffabrik. Ungleichgewicht im chemischen
Zustand bewirkt im Ganzstoff zum Beispiel Flockung und Gasbildung und
verschlechtert die Retention.
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Gemäß dem Stand
der Technik ist man bestrebt, den chemischen Zustand durch Regulierung mehrerer
Größen, wie
zum Beispiel pH-Wert, Salzgehalt und Temperatur, unter Kontrolle
zu halten. Dieses Regulieren des Zustands geschieht zum Beispiel durch
Chemikalienzusätze
nach erfolgtem Mischen der Rohstoffkomponenten.
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Müssen Rohstoffkomponenten
in Stapeltürmen
zum Beispiel in Verbindung mit Produktionsunterbrechungen ungewöhnlich lange
stehengelassen werden, so kann sich ihr chemischer Zustand u.U.
in einer für
den Prozess ungünstigen
Weise verändern. Dabei
beginnen sich zum Beispiel in chemischen Halbstoffen u.a. als Folge
von Bakterientätigkeit Schwefelverbindungen,
wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff, zu bilden. Entsprechende Probleme
treten auch bei Halbstoffen aus deinktem Altpapier und Ausschuss
in Erscheinung. In der US-Patentschrift 4,532,007
ist der Stand der Technik in Verbindung mit der Verringerung der
Dunkelfärbung
des Halbstoffs beschrieben.
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Die
Veränderungen
des chemischen Zustands von Rohstoffkomponenten bewirken unkontrollierbare
Reaktionen während
ihres Mischens in der Mischbütte
der Papiermaschine. Im Ganzstoff entstehen dann zum Beispiel Flocken
oder Gas, was zu Porosität
der Papierbahn führt.
Diese Faktoren bewirken eine wesentliche Verschlechterung der Runnability
der Papiermaschine.
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Nach
dem Stand der Technik ist der pH-Wert, d.h. die Azidität heute
eine wichtige Variable zum Beispiel bei der Steuerung des chemischen
Zustands von Rohstoffkomponenten des Papierherstellungsprozesses,
weil sich der Ladungszustand der Rohstoffkomponenten und die Löslichkeit
der Holzsubstanz mit Veränderung
des pH-Wertes verändern. Eine
gute pH-Wert-Regulierung ist ein wesentlicher Faktor im Hinblick
auf das Erreichen einer gleichmäßigen Retention,
wobei unter Retention die prozentuale Zurückhaltung von Feststoffen der
Ganzstoffsuspension im gebildeten Papiervlies auf dem Papiermaschinensieb
zu verstehen ist. Der pH-Wert hat nicht nur Wirkung auf die Retentionsmittel,
sondern auch auf die Funktion anderer Hilfsstoffe, auf die Steuerung
der Phasenveränderungen,
auf die Runnability und die Verschmutzung der Maschine und auf die
Papierqualität.
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Die
pH-Regulierung erfolgt mit Lauge oder mit Schwefelsäure, die
entweder automatisch oder manuell zum Beispiel in den Siebwasserkasten
eingetragen wird. Die Regulierung ist vorsichtig durchzuführen, denn
schroffe Veränderungen
können
zu pH-Schocks oder zu anderen Störungen
führen.
Eine schroffe pH-Veränderung
bewirkt Ausfällung
gelöster und
dispergierter Substanz. Die pH-Regulierung
erfolgt langsam, denn die dafür
eingesetzte Chemikalie muss ins Innere der Faser gelangen, und der pH-Messpunkt
ist so angeordnet, dass man das Messergebnis nach einer gewissen
Verzögerung
erhält.
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Allerdings
werden durch die pH-Regulierung mit den oben genannten Stoffen in
den Ganzstoff prozessschädliche
Zusatzstoffe, etwa Natrium und Schwefel, eingetragen, die in der
Siebpartie zum Beispiel durch Verschlechterung der Retention Probleme
verursachen.
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In
den Halbstoff- und Kreislaufwassersystemen der Papiermaschine wird
der pH-Wert im Allgemeinen
gut unter Kontrolle gehalten. Die Steuerung der Phasenänderungen
des Papierherstellungsprozesses hat man im Allgemeinen über die
jedenfalls sensible pH-Regulierung durchzuführen versucht und so über das
variierende Ladungsniveau u.a. die allgemeine Runnability der Maschine
beeinflusst.
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Bekannte
Technik im Papier- und Zellstoffherstellungsprozess repräsentiert
bei der Steuerung des chemischen Zustands auch das Messen von Flüssigkeits-Ladungszuständen, was
zum Beispiel über
die Bestimmung des Zeta-Potentials erfolgte. Als kompliziertes Bestimmungsverfahren
gestaltet es sich jedoch sehr schwierig und kann direkt im Produktionsmilieu
auch nicht absolut zuverlässig
durchgeführt
werden.
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Dieser
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren
zur Steuerung des chemischen Zustands des Halbstoff- und Kreislaufwassersystems
des Papier- oder Zellstoffherstellungsprozesses zu schaffen. Zum
Papierherstellungsprozess kann dabei auch die Karton- und Zellstofffabrikation
gerechnet werden. Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind im Patentanspruch 1 aufgeführt.
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Man
hat die Beobachtung gemacht, dass sich die elektrochemischen Zustände von
Rohstoffkomponenten auch von Natur aus, ohne Einwirkung besonderer
Störfaktoren,
erheblich voneinander unterscheiden können. Dabei kann es im Ganzstoff dann
zum Beispiel zu Flockung oder zu Gasbildung kommen. Untersuchungen
im Pilotmaßstab
haben außerdem
ergeben, dass Unterschiede bei den elektrochemischen Zuständen von
Rohstoffkomponenten auch von erheblichem Einfluss auf deren gegenseitige
Mischbarkeit und Bindungsbildung sind. Für das erfindungsgemäße Verfahren
ist charakteristisch, dass der elektrochemische Zustand wenigstens
einer der Rohstoffkomponenten und/oder des Ganzstoffs im Halbstoff-
und Kreislaufwassersystem reguliert wird. Die Regulierung kann zum
Beispiel an einer Rohstoffkomponente, einem Teil derselben oder
einem Gemisch aus zwei oder mehr Rohstoffkomponenten vor der Bildung
des Ganzstoffs oder am Ganzstoff zum Beispiel im Primärkreislauf
(short circulation) oder vor dem Aufbringen des Ganzstoffs aus dem
Stoffauflauf auf die Siebpartie erfolgen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden im Wesentlichen keine Veränderungen
der pH-Niveaus der Rohstoffkomponenten und/oder des Ganzstoffs verursacht.
Dies hat eine wesentliche reduzierende Wirkung u.a. auf den „Teufelskreis", der beim Arbeiten
nach dem Stand der Technik bezüglich der
Hilfsstoffdosierung entsteht.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird der elektrochemische Zustand einer Rohstoffkomponente und/oder
des Halbstoffs, befindet sie/er sich im reduktiven Bereich, nach
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zum Beispiel durch Ausgleichen oder durch Verstärken desselben
im Vergleich zu den anderen Stoffkomponenten durch Zusatz eines
passenden Oxidations- oder Reduktionsmittels und der elektrochemische
Zustand einer im oxidativen Bereich befindlichen Rohstoffkomponente
durch Zusatz eines passenden Reduktions- oder Oxidationsmittels reguliert.
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Nach
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
kann der elektrochemische Zustand einer Rohstoffkomponente oder
des Ganzstoffs durch deren/dessen Anschließen an ein gewähltes Potentialniveau
unter Verwendung einer externen Wechselstrom- oder Gleichstromquelle
reguliert werden. Hilfsstoffe sind dann nicht erforderlich. Weiter
kann die mit Chemikalien erfolgende Regulierung mit der mit einer äußeren Stromquelle
durchzuführenden Regulierung
kombiniert werden. Bei der mit einer externen Stromquelle erfolgenden
Regulierung kann auch die Polarität geändert werden.
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Nach
einer dritten bevorzugten Ausführungsform
kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der
elektrochemische Zustand des Prozesses durch die Mischungsreihenfolge
der Rohstoffkomponenten reguliert werden. Die Reihenfolge kann dabei
für die jeweiligen
Betriebsverhältnisse
passend optimiert werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren werden
die Steuerung des chemischen Zustands wie auch die Papierqualität und überhaupt
die Runnability der Maschine wesentlich verbessert und die Umweltbelastung
verringert. Weiter wird die Korrosion an Maschinenteilen sowie in
den Halbstoff- und Kreislaufwassersystemen verringert und auch die Gasbildung
reduziert, wodurch sich u.a. die Zuverlässigkeit der Dichtemessungen
wesentlich bessert.
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Weiter
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch die Retention in der Siebpartie, die Feinstoffmenge und eventuelles
Bakterienwachstum in Flüssigkeiten
günstig
beeinflusst werden. Dadurch verringert sich der Chemikalienbedarf
weiter. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der
damit erzielbaren verbesserten Papierfestigkeit und -formation sowie
in der besseren Kontrolle der Papierbahnränder, was von wesentlichem
Einfluss auf die effektive Produktionskapazität ist.
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Die übrigen charakteristischen
Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens
gehen aus den Patentansprüchen
hervor, und weitere erreichbare zusätzliche Vorteile sind im Beschreibungsteil
aufgeführt.
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Im
Folgenden werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene Anwendungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Beispiel einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2a ein
schematisches Beispiel einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2b ein
schematisches Beispiel einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
das Schema einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt, das auf schematischer Ebene das Halbstoff- und Kreislaufwassersystem 10 der
Papiermaschine 35 in sehr grober Form zeigt.
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Zum
Halbstoffsystem gehörend
sind die Stapeltürme 15, 14, 13 für die Rohstoffkomponenten (ZELLSTOFF,
TMP, DIP) dargestellt, denen über
die Leitungen 15a, 14a, 13a zum Beispiel
aus der Halbstofffabrik, den Halbstoff-Aufbereitungsabteilungen wie z.B. der
Auflösung
(Ballenauflöser)
und der Mahlung o.dgl. (nicht dargestellt) Halbstoff zugeführt wird. Aus
den Stapeltürmen 15, 14 werden
ZELLSTOFF und TMP über
die Leitungen 15b, 14b über eventuelle Cleaner, Defibratoren
oder andere (nicht dargestellte) funktionelle Apparate in deren
Dosierbehälter 18, 19 geleitet.
Der aufgelöste
DIP-Stoff 13 kann über die
Leitung 13b auch direkt in die Mischbütte 12 geleitet werden.
Aus den ZELLSTOFF- und TMP-Dosierbehältern 18, 19 wird
der Halbstoff durch die Leitungen 18b, 19b über eventuelle
(nicht dargestellte) Mahlstufen in die Mischbütte 12 geleitet.
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In
der Papiermaschine 35, von der in 1 der Stoffauflauf 27 und
die Siebpartie 28 dargestellt sind, entstehen zeitweise
auch reichliche Ausschussmengen, für deren Erfassung und Behandlung/Wiederaufbereitung
der Maschine 35 die erforderlichen Vorrichtungen wie Förderer und
Maschinenpulper (nicht dargestellt) zugeordnet sind. Solcher Ausschuss
entsteht zum Beispiel im Zusammenhang mit Bahnabrissen und besonders
bei problematischem Hochfahren der Produktion, wo dann Ausschuss
mit Produktionsgeschwindigkeit der Maschine 35 und in voller
Maschinenbreite anfällt.
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Auch
während
der eigentlichen Produktion fällt
Ausschuss an und in kleinerem Maßstab zum Beispiel auch beim
Bahnrandbeschneiden in der Papiermaschine 35 und beim Rollenrandbeschneiden im
Zusammenhang mit der Papierausrüstung,
was sich im Laufe eines Jahres zu einer beträchtlichen Menge unter großem Produktionsaufwand
hochveredelten Rohstoffs summiert. Ausschuss fällt je nach Maschinentyp und
Entstehungsstelle in gestrichener und in ungestrichener Form "base reject" an.
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Diese
beiden Ausschusstypen werden im Allgemeinen einer getrennten Weiterbehandlung
zugeführt,
wozu die Sammelleitungen 20a, 21a zum Weiterleiten
des Ausschusses zum Beispiel aus den (nicht dargestellten) Maschinenpulpern
in die Stapeltürme 20, 21 für gestrichenen
und ungestrichenen Ausschuss gehören.
Aus dem Stapelturm 20 gelangt der gestrichene Ausschuss über die
Leitung 20b in den Ausschussbehälter 22 und weiter über die
Leitung 22b in den Ausschussstoff-Dosierbehälter 24. Der
ungestrichene Ausschuss wird in der Leitung 21b zum Beispiel über eine
(nicht dargestellte) Fällungsstufe
in den Ausschussbehälter 23 geleitet
und von da weiter über
die Leitung 23b in den gleichen Dosierbehälter 24 wie
der gestrichene Ausschuss. Von da wird der Ausschussstoff über die
Leitung 24b in passender Dosierung in die Mischbütte 12 geleitet.
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In
der Mischbütte 12 werden
die Rohstoffkomponenten miteinander zu sogenanntem Dickstoff gemischt,
der über
die Leitung 25a in die Maschinenbütte 25 gelangt. Aus
der Maschinenbütte 25 wird
der Dickstoff über
die Leitung 25b in den Siebwasserkasten 30, wo
seine Verdünnung
zu Ganzstoff erfolgt, geleitet. Der Ganzstoff gelangt über die
Leitung 34 in den Primärkreislauf 26 der
Papiermaschine 35, der u.a. (nicht dargestellte) Wirbelsichter-
und Entgasungsvorrichtungen sowie Siebe und Pumpen aufweist.
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Im
Primärkreislauf 26 wird
der Ganzstoff verdünnt,
sortiert und mit der (nicht dargestellten) Stoffauflaufpumpe über die
Leitung 27a in den Stoffauflauf 27 gefördert, mit
dem der Ganzstoff gleichmäßig auf
die anschließende
Siebpartie 28 aufgetragen wird. In der Siebpartie 28 wird
der Ganzstoff unter Entzug des größten Teils des Wassers zu einer
Papierbahn geformt.
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Dem
Stoffauflauf 27 ist eine Umführungsleitung 31 zugeordnet, über welche
der eingebrachte überschüssige Ganzstoff
erneut der Entgasung im Primärkreislauf 26 zugeführt wird
(nicht dargestellt). Aus dem Stoffauflauf 27 und der an
diesen anschließenden
Siebpartie 28 wird mit den Vorrichtungen 29 sogenanntes
Siebwasser gesammelt, das neben Wasser auch in der Bahn nicht retentierte
Substanz (0-water) enthält.
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Das
Siebwasser gelangt über
die Leitungen 27b, 29a in den Siebwasserbehälter 30,
von wo es der Weiterverwendung in den Stoffsystemen und im Primärkreislauf 26 zugeführt wird.
Neben Siebwasser wird in dem Prozess im Allgemeinen chemisch gereinigtes
Wasser und Rohwasser eingesetzt. Für alle diese Wasserarten wird
im Folgenden die Sammelbezeichnung Fabrikationswasser benutzt. Der
Siebwasserbehälter 30 hat
einen Überlauf 33, über den Siebwasser über die
Leitung 32a in den Kreislaufwasserbehälter 32 geleitet wird.
Von da wird Wasser zum Beispiel über
die Leitung 32b in die Verbindungsleitung 25a zwischen
der Mischbütte 12 und der
Maschinenbütte 25 geleitet.
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Das
(nicht dargestellte) Zusetzen von Füllstoffen und Hilfschemikalien,
verdünnt
auf passende Konzentrationen, erfolgt zum Beispiel in Verbindung mit
dem Siebwasserbehälter 30.
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Es
sei angemerkt, dass die obige Beschreibung der Halbstoff- und Kreislaufwassersysteme
der Papiermaschine 25 nur in grober Beispielform erfolgte,
sodass zum Beispiel im Hinblick auf die Erfindung unwesentliche
funktionelle Apparat, wie zum Beispiel Defibratoren, Pulper, Refiner,
Fällungsapparate,
Sortierer und andere Zwischenlagerstufen, fehlen. Außerdem können die
Systeme, bedingt auch durch die herzustellenden Papiersorten und
die Maschinenkonzepte, in ihrer Verwirklichung voneinander abweichen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich nicht nur für
die Halbstoff- und Kreislaufwassersysteme 10 der in dem
vorgestellten Anwendungsbeispiel, sondern kann mit Vorteil zum Beispiel
auch in Kartonmaschinen und Zellstoffprozessen eingesetzt werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der elektrochemische Zustand wenigstens einer Rohstoffkomponente – FABRIKATIONSWASSER, TMP,
ZELLSTOFF, AUSSCHUSS, DIP – und/oder des
aus diesen Komponenten gebildeten Ganzstoffs durch Regulieren unter
Kontrolle gehalten. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist man bestrebt, die elektrochemischen Zustände der Rohstoffkomponenten
vor deren Vermischen auszugleichen. Zu den Rohstoffkomponenten können also in
dem beschriebenen Prozess zusätzlich
zu den oben aufgeführten
Halbstoffen auch das Fabrikationswasser und allgemein die unter
Flüssigkeiten
gemischten Substanzen (z.B. Füll-
und Hilfsstoffe) gezählt
werden.
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Der
elektrochemische Zustand der Rohstoffkomponente FABRIKATIONSWASSER,
TMP, ZELLSTOFF, AUSSCHUSS, DIP kann zum Beispiel als ihr elektrisches
Potentialniveau angegeben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird bei der Regulierung des elektrochemischen Zustands der Rohstoffkomponente
FABRIKATIONSWASSER, TMP, ZELLSTOFF, AUSSCHUSS, DIP nach einer ersten Ausführungsform
ihr Potentialniveau so entweder angehoben oder gesenkt, dass die
elektrochemischen Zustände
der in die Mischbütte 12 eingeleiteten
Rohstoffkomponenten wesentlich ausgeglichener sind als vor ihrer
Regulierung, ohne dass sich der pH-Wert der Komponenten als Folge
des Anhebens bzw. des Senkens ihres elektrochemischen Potentials
wesentlich verändert
hat. Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann, um schädliche Reaktionen
zu eliminieren und vorteilhafte Reaktionen zu fördern/vermehren, der Unterschied
in den elektrochemischen Zuständen
der Rohstoffkomponenten auch vergrößert werden.
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Befindet
sich die Rohstoffkomponente FABRIKATIONSWASSER, TMP, ZELLSTOFF,
AUSSCHUSS, DIP vor der Einleitung in die Mischbütte im oxidativen Bereich,
so wird ihr nach einer ersten Ausführungsform ein Reduktionsmittel
(zum Beispiel Schwefeldioxid, SO2) zugesetzt, um das elektrische Potentialniveau
der Rohstoffkomponente auf das gewählte Niveau zu senken, oder
es wird ihr ein Oxidationsmittel (zum Beispiel Wasserstoffperoxid
H2O2) zugesetzt, um das Potentialniveau auf ein gewähltes, im
Hinblick auf das mit anderen Stoffkomponenten durchzuführende Mischen
günstiges
Niveau zu erhöhen.
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Entsprechend,
befindet sich der chemische Zustand der Rohstoffkomponente im reduktiven
Bereich, wird ihr ein Oxidationsmittel (zum Beispiel H2O2) zugesetzt,
mit dem sich das elektrische Potential auf das gewählte Niveau
anheben lässt.
Soll das Potential gesenkt werden, setzt man ein Reduktionsmittel,
zum Beispiel SO2, zu. Wesentlich bei dem Verfahren ist, dass die
besagten zuzusetzenden Reduktions- oder Oxidationsmittel keinen
Einfluss auf das pH-Niveau der Rohstoffkomponenten haben.
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In 1 ist
ein Beispiel gezeigt, in dem die mit reduktivem Dithionit (Na2S2O42-)
durchgeführte Bleiche
von mechanischem Holzstoff TMP 14 das Potential der Rohstoffkomponente
erheblich senkt und dabei ungünstige
Reaktionen im Prozess bewirkt. Einer solchen Rohstoffkomponente
kann nach einer bevorzugten Ausführungsform
aus dem Behälter 17 zum
Beispiel Wasserstoffperoxid (H2O2), das bekanntlich oxitative Wirkung
hat, zugesetzt werden. Das Zusetzen erfolgt über die Leitung 17b in
den Dosierbehälter 19,
und zwar wesentlich vor der Mischbütte 12 und damit vor
der Ganzstoffbildung. Durch den Zusatz von Wasserstoffperoxid 17 wird
der elektrochemische Zustand des besagten TMP auf ein Niveau angehoben,
bei dem er reaktionsfrei mit den anderen Rohstoffkomponenten ZELLSTOFF,
AUSSCHUSS vermischt werden kann, sodass es zum Beispiel zu keinen
die Runnability der Maschine 35 beeinträchtigenden Störungen kommen
kann.
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Entsprechend
kann es beim chemischen Halbstoff ZELLSTOFF oder besonders bei wiederaufbereitetem
Ausschuss u.U. zur Bildung äußerst schädlichen,
die Rohstoffkomponenten in den stark reduktiven Bereich bringenden
Schwefelwasserstoffs (H2S) kommen. Dessen Oxidieren kann zum Beispiel erfolgen
durch Zuführung
von Wasserstoffperoxid (H2O2) aus dem Behälter 16 über die
Leitung 16b in den Dosierbehälter 18, und zwar
wesentlich vor der Mischbütte 12.
Das Oxidieren kann einfach auch mit bloßer Luft durchgeführt werden.
Dabei steigt der elektrochemische Zustand der Halbstoffkomponente ZELLSTOFF
auf ein so günstiges
Niveau, dass es bei ihrem Vermischen mit den anderen Komponenten TMP,
AUSSCHUSS, DIP nicht zu schädlichen
Reaktionen kommen kann.
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Es
sei angemerkt, dass die elektrochemischen Zustände der Rohstoffkomponenten
auch ganz natürlich,
d.h. ohne nennbaren besonderen Faktor voneinander abweichen können. Die
oben genannten durch Dithionit und Schwefelwasserstoff bedingten
Niveauunterschiede bei den elektrochemischen Zuständen der
Rohstoffkomponenten sind nur Einzelfaktoren und begrenzen in keiner
Weise den Schutzbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
elektrischen Potentiale der Rohstoffkomponenten FABRIKATIONSWASSER, TMP,
ZELLSTOFF, AUSSCHUSS, DIP werden also vor der Einleitung der Komponenten
in die Mischbütte 12 reguliert
beziehungsweise der elektrochemische Zustand des aus den Rohstoffkomponenten
gebildeten Ganzstoffs wird auf ein so optimales Niveau reguliert,
dass schädliche
chemische Reaktionen, die im Stoff zum Beispiel zu Flockung oder
Gasblasenbildung führen, nicht
stattfinden können.
Je nach Betriebssituation/-weise oder anderen Eigenschaften der
Rohstoffkomponenten zum Beispiel sind, um das optimale Niveau zu
finden, Unterschiede in den elektrochemischen Zuständen der
Rohstoffkomponenten oder der aus diesen hergestellten Mischungen
zulässig.
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Man
ist bestrebt, ein eventuelles chemisches Ausfällen zum Beispiel erst in der
Siebpartie 28 der Papiermaschine 35 stattfinden
zu lassen und eine optimale Retention zu bewirken, sodass dadurch
keine Probleme zum Beispiel in der Mischbütte 12 oder im Stoffauflauf 27 entstehen.
Statt kontinuierlicher Regulierung kann das Regulieren je nach Situation auch
impulsartig als Schockeffekt, also diskontinuierlich, erfolgen.
Durch Schockeffekt werden heftige Schwankungen im elektrochemischen
Potential bewirkt, sodass ein vorhandener Bakterienstamm nicht gedeiht,
da er keine starken Schwankungen seiner Lebensbedingungen verträgt. Das
Regulieren kann auch in Abstimmung auf Prozessanlagenteile oder durch
Wahl der jeweils optimalen Flüssigkeit
für jeden
Prozess erfolgen.
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Weiter
kann der elektrochemische Zustand des aus den Rohstoffkomponenten
gebildeten Ganzstoffs auch nach der Bildung des Ganzstoffs, jedoch wesentlich
vor dessen Ausfließen
aus dem Stoffauflauf 27 der Papiermaschine 35 auf
die Siebpartie 28, gesteuert werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist zur Feststellung des elektrochemischen Zustands im Mindestfall
nur eine einzige Messung des elektrischen Potentials erforderlich,
wobei das elektrische Potential der Flüssigkeit in Relation zu einer
gewählten
Referenzelektrode gemessen wird. Liegt keine gleichmäßige Potentialverteilung
vor, kann zur Feststellung des mittleren Potentialniveaus die Zahl
der Messstellen erhöht
werden. Beispiele für
die besagte Elektrode sind Fe, Pt, Rst, Cu, Au und Ag. Im Pilotstadium
durchgeführte
Tests ergaben, dass die Potentialniveaus der Rohstoffkomponenten
zum Beispiel zwischen –800
mV (ZELLSTOFF) und +350 mV (AUSSCHUSS) variieren können.
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Nach
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
lässt sich
eine Korrektur des elektrochemischen Ungleichgewichts statt mit
den oben beschriebenen Chemikalienzusätzen oder möglicherweise zusätzlich zu
diesen durch eine externe Wechselstrom- oder Gleichstromquelle 40 bewirken.
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Zur
Korrektur des chemischen Zustands durch externe Stromzufuhr 40 sind
zum Beispiel in den Dosierbehältern 18, 19, 22, 23, 24 oder
vor diesen eine oder mehrere an eine externe Stromquelle angeschlossene
Elektroden 40 angeordnet. Diese Ausführungsform gestaltet sich am
günstigsten
zum Beispiel bei impulsartiger und/oder durch Polaritätswechsel
erfolgender Regulierung.
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Nach
einer dritten bevorzugten Ausführungsform
können
die elektrochemischen Zustände
der Rohstoffkomponenten ZELLSTOFF, TMP, DIP, AUSSCHUSS durch deren
Mischungsreihenfolge ausgeglichen oder erhöht werden. Zuerst werden zum
Beispiel die beiden Rohstoffkomponenten mit den niedrigsten Potentialniveaus
miteinander vermischt, danach wird diese Mischung mit der Komponente
mit dem nächstniedrigen
Niveau vermischt usw.
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Alle
vorgenannten Regulierungsarten können
einzeln oder in Kombination zur Anwendung gebracht werden. Weiter
können
bei der Regulierung zusätzlich
zu den o.g. Arten Gas und/oder Salze und/oder Magnetfeld und überhaupt
alle auf elektromagnetischer Strahlung basierenden Regulierungsverfahren
zur Anwendung gebracht werden. Weiter können auch Laser und Ultraschall
zur Regulierung benutzt werden.
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In 2a und 2b sind
zusätzliche
Anwendungsbeispiele bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt. In beiden wird der Unterschied der elektrochemischen Zustände von
Rohstoffkomponenten oder von Teilkomponenten einer einzelnen Rohstoffkomponente
vergrößert.
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In
dem in 2a gezeigten Anwendungsbeispiel
wird der elektrochemische Zustand der bei der Herstellung von Zeitungsdruckpapier
einzusetzenden Rohstoffkomponente TMP so reguliert, dass die für die besagte
Papiersorte benötigte
Menge an kostenintensiveren Zellstofffasern verringert oder in gewissen
Fällen
auf Zellstoff sogar völlig
verzichtet werden kann. Das Regulieren des elektrochemischen Zustands
erfolgt so, dass wenigstens ein Teil des TMP einer Manipulation
M seines elektrochemischen Zustands zugeführt wird, wonach dann der manipulierte
Teil TMPM der Rohstoffkomponente und der nicht manipulierte Teil
TMP der Rohstoffkomponente miteinander vermischt werden. Der zwischen
den Teilen entstandene Potentialunterschied bewirkt vorteilhafte
Reaktionen, als deren Folge die Zellstoffmenge dann reduziert werden
kann.
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2b zeigt
ein anderes Anwendungsbeispiel, in dem der Unterschied der elektrochemischen Zustände von
TMP und AUSSCHUSS vor dem Zusammenführen der beiden Komponenten
vergrößert M 40 wird.
Auch in diesem Fall kann infolge der Vergrößerung des Unterschieds der
elektrochemischen Zustände
der Rohstoffkomponenten TMP, AUSSCHUSS die ZELLSTOFF-Komponente
reduziert und im günstigsten
Fall auf sie ganz verzichtet werden.
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Zusätzlich zur
Messung des elektrischen Potentials können zur Bestimmung des elektrochemischen
Zustands der Rohstoffkomponenten auch andere elektrochemische Messungsarten,
wie Messung des elektrochemischen Rauschens, Strom messung, Messung
des linearen Polarisationswiderstandes und Frequenzmessung, benutzt
werden. Beim Messen des elektrochemischen Rauschens (EN, Electrochemical
Noise) wird das Potential- oder Stromrauschen zwischen zwei identischen
Elektroden, d.h. die bei niedriger Frequenz und Amplitude stattfindende
Schwankung gemessen. Beim Messen des linearen Polarisationswiderstandes
(LPR) wird die Geschwindigkeit der an der Fläche eines Sensors erfolgenden
Oxydationsreaktionen gemessen. Diese Messung spricht u.a. auf Veränderungen
der Leitfähigkeit,
der Temperatur und der Konzentrationen der oxidativen Komponenten
des Elektrolyten, d.h. der Verdünnungsflüssigkeit
an.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Steuerung des elektrochemischen Zustands auch durch Elektroflockung
erfolgen. Bei dieser Ausführungsform
können
zwei oder mehr verschieden geformte Elektroden (z.B. Platten, Stäbe, Kugeln)
in Parallel- und/oder in Reihenschaltung angeordnet sein, wobei
das Gleich-/Wechselstrom-Verhältnis und/oder
die Polarität
zwischen ihnen verändert
wird. Weiter werden die Regulierungsparameter durch die verwendeten
Elektrodenwerkstoffe mitbestimmt. Die mit Fabrikationswasser verdünnte Rohstoffkomponente
oder der Ganzstoff zirkulieren dabei durch die in einer Elektrodenreihe
parallel angeordneten Elektroden.
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Nach
einer ersten mit Elektroflockung arbeitenden Ausführungsform
können
in der Rohstoffkomponente und/oder im Ganzstoff enthaltene Bestandteile
elektrisch aufgeladen werden, wodurch eine im Hinblick auf den Prozess
günstige
Regulierung der elektrochemischen Verhältnisse der Rohstoffkomponente
und/oder des Ganzstoffs erfolgt.
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Nach
einer zweiten mit Elektroflockung arbeitenden Ausführungsform
können
zur Vermeidung von Prozessstörungen
aus den Rohstoffkomponenten und/oder dem Ganzstoff Störstoffe
an den Elektroden gesammelt werden.
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Nach
einer dritten mit Elektroflockung arbeitenden Ausführungsform
können
die Elektrodenwerkstoffe bevorzugt so gewählt werden, dass aus ihnen
den elektrochemischen Zustand des Prozesses günstig beeinflussende Hilfsstoffe
freigesetzt werden können,
die in der Rohstoffkomponente und/oder im Ganzstoff befindliche
Fasern und/oder Partikel aufladen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird auch günstiger
Einfluss auf die Retention in der Siebpartie genommen, denn durch
das Regulieren des elektrochemischen Zustands werden außerdem für die Retention
günstige
Voraussetzungen geschaffen, sodass sich der Bedarf an Einsatz von
Retentions mitteln verringert. Weiter erzielt man eine bessere Formation
und Festigkeit des Papiers, während
die Bakterientätigkeit
im Fabrikationswasser reduziert wird. Auch die Runnability und das
Sauberkeitsniveau der Maschine 35 erfahren eine Verbesserung.
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Ein
weiteres Anwendungsobjekt für
das erfindungsgemäße Verfahren
ist die Verbesserung der Eigenschaften der Papierbahn-Randpartien.
Nach dem Stand der Technik liegt die Festigkeit der Randpartien
der Papierbahn unter dem Bahndurchschnitt. Dies liegt teilweise
daran, dass in der Trockenpartie der Papiermaschine 35 die
(nicht dargestellten) Trockenzylinder eine ungleichmäßige Wärmeverteilung aufweisen,
wobei die Enden der Zylinder eine höhere Temperatur als ihr Mittelteil
haben.
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Bei
der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf dieses Problem wird in die Randbereiche des Stoffauflaufs 25 der
Papiermaschine 35 Fabrikationswasser geleitet, dessen elektrochemischer Zustand
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in einer der gewünschten
Wirkung förderlichen
Richtung reguliert wurde. Dadurch werden auch die Randpartien der
Papierbahn in ihren Eigenschaften verbessert, was eine Zunahme der
effektiven Bahnbreite bedeutet.
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Es
versteht sich von selbst, dass die obige Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen
lediglich der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen sollen. Die Erfindung ist
somit nicht auf die oben beschriebenen oder in den Patentansprüchen definierten
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern für
den Fachmann sind zahlreiche verschiedene Variationen und Modifikationen
der Erfindung, die im Rahmen des in den Patentansprüchen definierten
Erfindungsgedanken möglich
sind, offenkundig.