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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Durchströmungstrocknung für Zellstoffpapier-Papierherstellung
und spezieller Durchströmungstrocknung,
die mit Mikroporen-Trocknungsmedien
verwendbar ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mikroporen-Trocknungsmedien
sind in der Technik bekannt. Zu Mikroporen-Trocknungsmedien gehören eine
Lage oder mehrere Lagen, die in flächiger Beziehung übereinander
angeordnet sind. Die Lagen stellen Einschränkungen im Strömungsweg
für den
Luftstrom da hindurch bereit. Die Einschränkungen im Strömungsweg
können
Poren, die kleiner sind als viele der Zwischenräume in Zellstoffpapier, sowie
andere generell ebene Materialien, die darauf getrocknet oder anderweitig
hergestellt sind, umfassen. Die folgende Diskussion bezieht sich
auf Zellstoffpapier, wobei es sich versteht, dass die Erfindung
nicht darauf beschränkt
ist.
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Durch
das Bereitstellen von Poren, die kleiner als die Zwischenräume des
Zellstoffpapiers sind, werden Unterschiede im Strömungswiderstand
durch das Zellstoffpapier usw. durch den größeren Strömungswiderstand, der von dem
Mikroporen-Trocknungsmedium bereitgestellt wird, negiert. Solche
Unterschiede im Strömungswiderstand
können
aufgrund von Unterschieden in intensiven Eigenschaften, wie Dicke,
Flächengewicht
und Dichte, auftreten. In der Regel treten solche Unterschiede aufgrund
von lokalisierten Unterschieden in den verschiedenen Bereichen des
Zellstoffpapiers in sehr kleinem Rahmen auf.
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Der
Stand der Technik offenbart Mikroporen-Medien, die zum Trocknen
von Zellstoffpapier darauf geeignet sind. Zu Verbesserungen an den
Mikroporen-Medien gehören
mikroporöse
Trockenvorrichtungen mit mehreren Zonen, Mikropo ren-Trocknungsmedien
mit hoher Biegefestigkeit/geringem Druckabfall und Mikroporen-Medien
mit vorzugsweise reduziertem Nassdruckabfall. Solche Mikroporen-Medien,
die für
die Anpassung an die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind in
den gemeinschaftlich übertragenen
US-Patenten Nr. 5,274,930 ,
erteilt am 4. Jan. 1994 an Ensign et al.;
5,437,107 , erteilt am 1. Aug. 1995
an Ensign et al.;
5,539,996 ,
erteilt am 30. Juli 1996 an Ensign et al.;
5,581,906 , erteilt am 10. Dez. 1996
an Ensign et al.;
5,584,126 ,
erteilt am 17. Dez. 1996 an Ensign et al.;
5,584,128 , erteilt am 17. Dez. 1996
an Ensign et al.;
5,625,961 ,
erteilt am 6. Mai 1997 an Ensign et al.;
5,912,072 , erteilt am 15. Juni 1999
an Trokhan et al.;
5,942,322 ,
erteilt am 24. Aug. 1999 an Ensign et al.;
6,021,583 , erteilt am 8. Feb. 2000
an Stelljes, Jr. et al.; und
6,105,276 ,
erteilt am 22. Aug. 2000 an Ensign et al., veranschaulicht.
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Es
bleiben andere Wege zur Optimierung des Energieverbrauchs bei der
Verwendung von Mikroporen-Trocknungsverfahren. Zum Beispiel bei
Entfernung von Wasser aus dem Zellstoffpapier usw. zur Trocknung
durch Luftstrom da hindurch müssen
nachfolgende Strömungsbegrenzungen
in den Mikroporen-Medien nicht so groß sein. So können in
der Maschinenrichtung Strömungsbegrenzungen
in den Mikroporen-Medien reduziert werden, während eine Porengröße, die
kleiner als viele, vorzugsweise die meisten und am meisten bevorzugt
alle Zwischenräume
in dem Zellstoffpapier ist, beibehalten wird.
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Somit
können
Strömungsbegrenzungen
durch die Mikroporen-Medien reduziert werden, wenn das zu trocknende
Zellstoffpapier in Maschinenrichtung über das Mikroporen-Trocknungsmedium
läuft.
Diese Anordnung bietet den Vorteil der Entkopplung mechanischer
Entwässerung
des Zellstoffpapiers von der Durchströmungstrocknung des Zellstoffpapiers.
Während
mechanischer Entwässerung
ist eine kleine Porengröße besser,
um Entwässerung
durch Kapillarwirkung zu fördern.
Während
Durchströmungstrocknung
haben Porengrößen, die
im Verhältnis
gesehen größer sind,
aber noch eine begrenzende Öffnung
für Luftstrom durch
das Zellstoffpapier bereitstellen, weniger Strömungswiderstand und sparen
dabei Energie.
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Reduzierter
Strömungswiderstand
durch die Mikroporen-Medien kann durch Porengrößen, die in Maschinenrichtung
sukzessiv zunehmen, bereitgestellt werden. Alternativ haben Mikroporen-Medien
eine höhere Dichte
an Poren, d. h. es werden mehr Poren pro Quadratzentimeter in Maschinenrichtung
benutzt. Schließlich können hybride
Medien, die beide der vorstehenden Merkmale aufweisen, verwendet
werden. Außerdem
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
für reduzierten
Strömungswiderstand
zusammen mit Durchströmungstrocknung-Zellstoffpapierherstellungsverfahren,
die nicht auf Mikroporen-Trocknungsmedien beschränkt sind, verwendet werden.
Die Vorrichtung für
variablen Strömungswiderstand
und das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch auf andere Durchströmungstrocknung-Zellstoffpapierherstellungsverfahren angewendet
werden. Zum Beispiel können
die offenbarte Vorrichtung und das offenbarte Verfahren mit den Vortrocknern
einer Durchströmungstrocknung-Zellstoffpapierherstellungsmaschine
verwendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung umfasst eine Mikroporen-Trockenvorrichtung mit einer Maschinenrichtung
und einer Z-Richtung, die senkrecht dazu ist. Die Mikroporen-Trockenvorrichtung
ist für
Luftströmung
da hindurch durchlässig.
Die Mikroporen-Trockenvorrichtung
hat einen Nassströmungswiderstand
für Luftstrom
da hindurch, wobei der Nassströmungswiderstand
für Luftstrom
in der Maschinenrichtung der Mikroporen-Trockenvorrichtung abnimmt.
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Die
Mikroporen-Trockenvorrichtung hat ein Netz von Poren, die den Luftstrom
da hindurch bereitstellen. Der Nassströmungswiderstand kann entweder
schrittweise oder mit einem Gradienten abnehmen. Die Abnahme kann
innerhalb von Abschnitten oder in der gesamten Trockenvorrichtung
erfolgen. Der gesenkte Strömungs widerstand
kann durch Erhöhen
der Größe und/oder
der Anzahl von Poren erreicht werden. In noch einer anderen Ausführungsform
kann der gesenkte Porenwiderstand durch Beschichtung der Mikroporen-Trockenvorrichtung
zum Reduzieren der Oberflächenenergie
oder Verändern
des Strömungswegs
durch die Poren, um weniger gewunden zu sein und einen geringeren
Strömungswiderstand
in der Z-Richtung
bereitzustellen, bereitgestellt werden. In noch einer anderen Ausführungsform
kann der hydraulische Radius der Poren reduziert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematischer vertikaler Seitenaufriss einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer generell vertikal ausgerichteten Hauptachse und einem
stationären
Mikroporen-Trocknungsmedium.
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2 ist
eine schematische Draufsicht von oben auf ein Mikroporen-Trocknungsmedium
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein schematischer Seitenaufriss einer erfindungsgemäßen Mikroporen-Trockenvorrichtung mit
ersten und zweiten gesonderten Einheiten, wobei die erste gesonderte
Einheit etwas größer als
die zweite ist. Ein fakultatives Durchströmungstrocknungsband trägt die zu
trocknende Bahn zu der ersten Einheit.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezugnehmend
auf 1 umfasst die erfindungsgemäße Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 mindestens
eines und in der Regel mehrere Mikroporen-Trocknungsmedien 15.
Die Vorrichtung 10 wird zum Trocknen einer Bahn darauf
verwendet. Jedes der mindestens einen Mikroporen-Trocknungsmedien 15 umfasst
vorzugsweise eine und vorzugsweise mehrere Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32,
die in flächiger
Beziehung übereinander
angeordnet sind. Solch ein Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ist
generell ebenflächig
und hat eine Z-Richtung, die senkrecht zu der Ebene ausgerichtet
ist. Die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 kann in einer flachen
Geometrie ausgeführt
sein oder ist vorzugsweise in einer krummlini gen Geometrie angeordnet
und zur Verwendung in einer Walze angepasst. Die Vorrichtung 10 hat
eine Maschinenrichtung. Die Bahn bewegt sich in Maschinenrichtung
relativ zur Vorrichtung 10. Die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 und
besonders das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 haben einen
Strömungswiderstand
da hindurch. Der Strömungswiderstand variiert
auf abnehmende Weise in Maschinenrichtung.
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Bezugnehmend
auf 2, wie hier verwendet, ist eine Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 jede
Vorrichtung 10, die ein Mikroporen-Trocknungsmedium 15 in
den Strömungsweg
des Durchströmungstrocknungsverfahrens
einführt,
wobei das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ein Feld von Poren 40,
die in einem Netz angeordnet sind, aufweist. Eine Mehrzahl der Poren 40 ist
kleiner als die Zwischenräume
der zu trocknenden Bahn in dem Durchströmungstrocknungsverfahren. Eine
geeignete Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 schließt ein Laminat
aus einem oder mehreren Gittergeweben ein, worin mindestens eines
der Gittergewebe Öffnungen,
oder Poren, 40 da hindurch aufweist, die kleiner als die
Zwischenräume
der darauf zu trocknenden Bahn sind.
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Erneut
bezugnehmend auf 1 kann die erfindungsgemäße Trockenvorrichtung 10 verwendet
werden, um eine Bahn zu trocknen, die ein generell ebenes flächenförmiges Material
umfasst. Zu Bahnen, die mit der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 verwendbar
sind, gehören
Zellstoffpapier 5, synthetische Vliesstoffe, harte Papierqualitäten, Tuch
usw. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine Bahn von Zellstoffpapier 5, wobei
es sich versteht, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann die erfindungsgemäße Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 eine einzige
integrale Einheit umfassen. Mit integraler Einheit ist gemeint,
dass Zellstoffpapier 5, das auf dem Mikroporen-Trocknungsmedium 15 einer
solchen Vorrichtung 10 angeordnet ist, während des
gesamten Zeitraums, für
den das Zellstoffpapier 5 auf dem Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ist, dem
Mikroporen-Trocknungsverfahren ohne wesentliche Unterbrechung ausgesetzt
ist oder sein kann.
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Wie
in 2 veranschaulicht, berührt die erste Lage 22 der
mehreren Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 eine
Bahn von Zellstoffpapier 5, die darauf angeordnet ist.
Die erste Lage 22 hat Poren 40 da hindurch, die eine
Porengröße 40 bereitstellen,
die kleiner als mindestens ein Teil und vorzugsweise kleiner als
viele der Zwischenräume
des Zellstoffpapiers 5, das darauf angeordnet ist, ist.
Die Anordnung mit den relativ kleineren Porengrößen 40 in der ersten
Lage 22 stellt eine begrenzende Öffnung für den Luftstrom durch die erste
Lage 22 und jegliches darauf platziertes Zellstoffpapier 5 bereit.
Luft kann erst durch das Zellstoffpapier 5, dann durch das
Mikroporen-Trocknungsmedium 15, umgekehrt oder eine Kombination
davon gelangen, wenn das Zellstoffpapier 5 nacheinander
auf Abstand angeordnete Abschnitte des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 überquert.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 mehrere
Mikroporen-Trocknungsmedien 15 umfassen.
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Unter
der ersten Lage 22 sind vorzugsweise mehrere Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 von
ansteigender Porengröße 40.
In einer bevorzugten Ausführungsform
können
fünf oder
sechs Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 ansteigender
Porengröße 40 verwendet
werden, um ein einstöckiges
Laminat, das das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 umfasst,
zu bilden. Jede nachfolgende Lage unter der ersten Lage 22 stellt
weniger Strömungswiderstand
und erhöhte
Festigkeit für
das Laminat, das das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 umfasst,
bereit.
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Die
betrachtete Porengröße 40 ist
die feinste Porengröße 40 in
dem Mikroporen-Trocknungsmedium 15,
da dies den maximalen Widerstand für Luftstrom da hindurch bereitstellt
und den Luftstrom durch das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 und
jegliches darauf angeordnete Zellstoffpapier 5 steuert.
Die Porengrößen 40 der
darunter liegenden Lagen 24, 26, 28, 30, 32 können in
Maschinenrichtung konstant oder vorzugsweise in Maschinenrichtung
variabel, wie nachfolgend beschrieben, sein.
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Die
Porengröße 40 kann
mithilfe eines Blasenbildungspunkt-Testverfahrens gemäß SAE-Standard ARP
901 gemessen werden. Wenn das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ein
Laminat aus mehreren Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 umfasst,
wird das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 als einstöckiges Laminat
gemessen. Wenn das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 stationär gehalten
und die Bahn relativ zu dem Mikroporen-Trocknungsmedium 15 bewegt
wird, ist zu vermuten, dass es weniger Ermüdungsspannungen an dem Mikroporen-Trocknungsmedium 15 gibt.
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Der
Strömungswiderstand
wird gemäß dem Verfahren
gemessen, das im gemeinschaftlich übertragenen
US-Patent Nr. 6,021,583 , erteilt am
8. Feb. 2000 an Stelljes, Jr. et al., erörtert ist. Wie hier verwendet,
misst der Strömungswiderstand
speziell den Nassdruckabfall durch das Mikroporen-Trocknungsmedium
15.
Eine angemessen dimensionierte Probe des Mikroporen-Trocknungsmediums
15 wird
bereitgestellt, so dass ein runder, im Durchmesser 10,2 cm (4 Zoll)
großer
Abschnitt des Mikroporen-Trocknungsmediums
15 der
Strömung
da hindurch ausgesetzt ist. Eine Testarmatur wird ebenfalls bereitgestellt.
Die Testarmatur umfasst eine Leitung mit einer Länge von 17,8 cm (sieben Zoll)
und einem Nenndurchmesser von 5,1 cm (2 Zoll). Die Leitung ist an
ein Reduzierstück
angeschlossen. Das Reduzierstück
hat eine Länge
von 40,6 cm (16 Zoll) und hat einen nominalen Innendurchmesser von
5,1 cm (zwei Zoll). Der Innendurchmesser des Redezierstücks verjüngt sich
in einem Spitzenwinkel von 7° über eine
Länge von
40,6 cm (16 Zoll) zu einem nominalen Innendurchmesser von 10,2 cm
(vier Zoll).
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Die
Probe des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 ist am Abschnitt
des nominalen Innendurchmessers von 10,2 cm (vier Zoll) der Testarmatur
angeordnet. Das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ist so ausgerichtet,
dass die erste Lage 22 zur Hochdruckseite (vorgeschaltet)
des Luftstroms weist. Die Testarmatur ist symmetrisch um die Probe
des Mikroporen-Trocknungsmediums 15. Der Probe des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 nachgeschaltet
verjüngt
sich die Testarmatur erneut durch ein Reduzierstück in einem Spitzenwinkel von
7° von einem
nominalen Innendurchmesser von 10,2 cm (vier Zoll) zu einem nominalen
Innendurchmesser von 5,1 cm (zwei Zoll). Dieses Reduzierstück ist auch
an eine Leitung angeschlossen. Eine solche Leitung hat eine Länge von
17,8 cm (sieben Zoll), ist gerade und hat einen nominalen Innendurchmesser
von 5,1 cm (zwei Zoll).
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377,6
Liter pro Sekunde (800 SCFM pro Quadratfuß) an Luftstrom pro 929 Quadratzentimeter
(Quadratfuß)
werden durch das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 für insgesamt
ungefähr
33,04 Standardliter pro Sekunde (70 SCFM) pro 80,8 Quadratzentimeter
(0,087 Quadratfuß)
für die
hierin beschriebene Probe angewendet. Der Luftstrom wird mit 23,9° ➇ 1°C (75° ➇ 2°F) zugeführt. Der
statische Druckabfall über
das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 wird von einem Manometer,
einem Paar Druckaufnehmern oder anderen in der Technik bekannten
geeigneten Mitteln gemessen. Das statische Druckdifferenzial ist
der Trockendruckabfall für
das Mikroporen-Trocknungsmedium 15.
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Zum
Messen des Nassdruckabfalls werden die Vorrichtung 10 und
die Probe, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Außerdem wird
eine Sprühdüse bereitgestellt
und der Probe des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 vorgeschaltet
angebracht. Die Sprühdüse ist eine
Vollkegel-Sprühdüse Typ TG
(1/4 TTG 0,3) von Spraying System (Wheaton, Illinois, USA) mit einer Öffnung von
0,05 Zentimetern (0,020 Zoll) und Siebgewebe 100 oder äquivalent.
Die Düse
ist in einem Abstand von 12,7 Zentimetern (5 Zoll) der
Probe des Mikroporen-Trocknungsmedimus 15 vorgeschaltet
angebracht. Die Düse
liefert 227 Kubikzentimeter pro Minute (0,06 Gallon pro Minute)
Wasser mit 0,3 MPa (40 psi (2810 Gramm pro Quadratzentimeter)) in
einem Vollkegel-Sprühwinkel
von 58°.
Das Wasser wird bei einer Temperatur von 22,2° ➇ 1°C (72° ➇ 2°F) gesprüht. Das Spray
deckt die Probe des Mikroporen-Trock nungsmediums 15 komplett
ab und erhöht
den Druckabfall da hindurch. Der Nassdruckabfall wird bei verschiedenen
Strömungsraten
gemessen. Zu zwecken der Bestimmung des Strömungswiderstands gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Nassdruckabfall bei 18,88 und 37,76 Litern pro
Sekunde (40 und 80 scfm) pro 80,8 Quadratzentimeter (0,087 Quadratfuß) gemessen.
Wenn der Nassströmungswiderstand
bei einer der Strömungsraten
an einem Punkt in Maschinenrichtung der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 kleiner
ist als am vorhergehenden Abschnitt, wird der Nassströmungswiderstand für Zwecke
der vorliegenden Erfindung als kleiner bewertet. Der Nassströmungswiderstand
wird an jedem Punkt in Maschinenrichtung der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 als
kleiner bewertet, wenn er um mindestens 5%, vorzugsweise mindestens
10% und mehr bevorzugt mindestens 20% abnimmt, wie an zwei Punkten, die
in Maschinenrichtung beabstandet sind, gemessen wird.
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Das
Mikroporen-Trocknungsmedium 15 der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann stationär
sein und in einer Konfiguration angeordnet sein, die es erlaubt,
dass ein Papierherstellungsband 7 und eine Bahn zur Bewegung
relativ zu dem stationären
Mikroporen-Trocknungsmedium 15 darauf angeordnet werden.
Zu geeigneten stationären
Konfigurationen für
Mikroporen-Trocknungsmedien 15 gehören generell zylindrische Geometrien
und Geometrien mit ungleichen Hauptachsen und Nebenachsen. Wenn
die letztere Anordnung ausgewählt
wird, ist vorzugsweise die Hauptachse MA-MA größer als die Nebenachse MI-MI
und in einer generell vertikalen Ausrichtung angeordnet.
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Wenn
ein stationäres
Mikroporen-Trocknungsmedium 15 verwendet wird, kann das
Zellstoffpapier 5 auf einem Durchströmungstrocknungsband 7 getragen
werden. Bei solch einer Anordnung befindet sich das Zellstoffpapier 5 zwischen
einem beweglichen Durchströmungstrocknungsband 7 und
einem stationären
Mikroporen-Trocknungsmedium 15.
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Zu
geeigneten Papierherstellungsbändern
7 gehören Durchströmungstrocknungsbänder
7,
wie sie in der Technik gut bekannt sind. Bevorzugte Durchströ mungstrocknungsbänder
7 sind
in den gemeinschaftlich übertragenen
US-Patenten Nr. 3,301,746 ,
erteilt am 31. Jan. 1967 an Sanford et al.;
3,905,863 , erteilt am 16. Sept. 1975
an Ayers;
3,974,025 ,
erteilt am 10. Aug. 1976 an Ayers;
4,191,609 ,
erteilt am 4. März
1980 an Trokhan;
4,239,065 ,
erteilt am 16. Dez. 1980 an Trokhan;
5,366,785 ,
erteilt am 22. Nov. 1994 an Sawdai; und
5,520,778 , erteilt am 28. Mai 1996
an Sawdai;
4,514,345 ,
erteilt am 30. April 1985 an Johnson et al.;
4,528,239 , erteilt am 9. Juli 1985
an Trokhan;
5,098,522 ,
erteilt am 24. März
1992;
5,260,171 , erteilt
am 9. Nov. 1993 an Smurkoski et al.;
5,275,700 ,
erteilt am 4. Jan. 1994 an Trokhan;
5,328,565 ,
erteilt am 12. Juli 1994 an Rasch et al.;
5,334,289 , erteilt am 2. Aug. 1994
an Trokhan et al.;
5,431,786 ,
erteilt am 11. Juli 1995 an Rasch et al.;
5,496,624 , erteilt am 5. März 1996
an Stelljes, Jr. et al.;
5,500,277 ,
erteilt am 19. März
1996 an Trokhan et al.;
5,514,523 ,
erteilt am 7. Mai 1996 an Trokhan et al.;
5,554,467 , erteilt am 10. Sept. 1996
an Trokhan et al.;
5,566,724 ,
erteilt am 22. Okt. 1996 an Trokhan et al.;
5,624,790 , erteilt am 29. April 1997
an Trokhan et al.;
5,628,876 ,
erteilt am 13. Mai 1997 an Ayers et al.;
5,679,222 , erteilt am 21. Okt. 1997
an Rasch et al.; und
5,714,041 ,
erteilt am 3. Feb. 1998 an Ayers et al., beschrieben. Noch andere
Papierherstellungsbänder
7 sind in
den
US-Patenten Nr. 5,429,686 ,
erteilt am 4. Juli 1995 an Chiu et al., und
5,672,248 , erteilt am 30. Sept. 1997
an Wendt et al., offenbart.
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Das
erfindungsgemäße Mikroporen-Trocknungsmedium 15 kann
für eine
Verweilzeit darauf von mindestens 1, vorzugsweise mindestens 25
und mehr bevorzugt mindestens 250 Millisekunden, jedoch nicht mehr als
10.000, vorzugsweise nicht mehr als 5.000 und mehr bevorzugt nicht
mehr als 1.000 Millisekunden sorgen. Falls gewünscht, kann das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 mehrere
Zonen von unterschiedlichem Druck umfassen, wie in den vorstehend
genannten Patenten, die durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind,
beschrieben. Das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Länge
im Bereich von 5 Millimeter bis 50 Meter haben, wobei eine bevorzugte Länge von
ungefähr
4 bis ungefähr
30 Meter beträgt,
um adäquate
Verweilzeit bereitzustellen.
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Die
Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 des
Mikroporen-Trocknungsmediums 15 können miteinander verbunden
werden, um einen einstöckigen
Träger
für das
Zellstoffpapier 5, wie folgt, zu bilden. Die erste Lage 22 wird wahlweise
kalandriert, und die darunter liegenden Lagen 24, 26, 28, 30, 32 werden
vorzugsweise einzeln kalandriert. Die Kalandrierung muss ausreichen,
um adäquate
Gelenkfläche
für den
nachstehend beschriebenen Sintervorgang bereitzustellen. Die Kalandrierung
darf die offene Fläche
der Poren 40 nicht übermäßig reduzieren.
Die Kalandrierung kann die Dicke jeder Lage 22, 24, 26, 28, 30 auf
ungefähr
65–85%
ihrer ursprünglichen Dicke
reduzieren.
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Es
kann ein beträchtlicher
Bereich an Kalandrierensgraden verwendet werden, um die gewünschte Gelenkfläche bereitzustellen.
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Die
Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 werden
dann in der gewünschten
Anordnung übereinander
angeordnet. Wie vorstehend erwähnt,
sind die Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 vorzugsweise,
jedoch nicht unbedingt, gleichförmig
in der Reihenfolge von der kleinsten Porengröße 40 zur größten Porengröße 40 angeordnet,
um ein Laminat zu bilden. Tabelle I unten zeigt eine bevorzugte
sechslagige Anordnung.
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Diese
Anordnung veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines laminierten
Mikroporen-Trocknungsmediums
15, das zum Gebrauch als das
erste Mikroporen-Trocknungsmedium
15, dem das zu trocknende
Zellstoffpapier
5 während
des Trocknungsverfahrens begegnet, geeignet ist. Tabelle I
| Lage | Kette/Schuss
pro 2,54 cm für
Lagen 1–5.
Perf.
Platte/Lochgröße/Ab-stand für Lage 6. | Durchmesser
(cm) von Kette/Schuss für
Lagen 1–5.
Dicke
der perf. Platte für
Lage 6. | Webart |
| 1 | 165 × 1400 | 0,0071/0,0041 | Dutch
Twill |
| 2 | 150 × 150 | 0,0066 | Quadratisch |
| | | | |
| 3 | 60 × 60 | 0,0191 | Quadratisch |
| 4 | 30 × 30 | 0,0406 | Quadratisch |
| 5 | 16 × 16 | 0,0711 | Quadratisch |
| 6 | Löcher mit
1,65 mm Durchmesser auf 2,77 mm Abstand | Dicke
24 ss | None
(Keiner) |
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann die erfindungsgemäße Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 drei
Abschnitte, jeweils mit abnehmendem Strömungswiderstand, aufweisen.
Sukzessive Abschnitte können
mit einer relativ groberen ersten Lage 22 versehen sein.
Die zweite bis sechste Lage 32 kann in allen drei Abschnitten
wechselseitig unterschiedlicher Strömungswiderstände gleich
sein. Tabelle IIA unten veranschaulicht drei unterschiedliche geeignete
Ausführungsformen
der ersten Lage 22. Die sukzessiven Zahlen unten geben
die sukzessiven Positionen in Maschinenrichtung an, in denen die
Mikroporen-Medien 15 der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10,
die die spezifizierte erste Lage 22 aufweisen, angeordnet
werden können.
Position 1 in der Tabelle unten ist vor Position 2, die vor Position
3 ist, wenn die Positionen in Maschinenrichtung betrachtet werden.
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So
begegnet das Zellstoffpapier
5 den jeweiligen Positionen
1, 2, 3 in dieser Reihenfolge. Tabelle IIA
| Position
der ersten Lage | Kette/Schuss pro
2,54 cm in der ersten Lage | Kette/Schuss-Durchmesser (cm) | Webart | Porendichte (Pore
pro Quadratzentimeter × 10–5) | Porengröße (Mikrometer) |
| 1 | 325 × 2300 | 0,0038/0,0025 | Dutch
Twill | 2,9 | 7–8 |
| | | | | | |
| 2 | 165 × 1400 | 0,0071/0,0041 | Dutch
Twill | 0,89 | 15–18 |
| 3 | 80 × 700 | 0,0102/0,0076 | Dutch
Twill | 0,22 | 34–36 |
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Spezielle
Beispiele für
Webarten, die gemäß der ersten
Lage
22 der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sind
in Tabelle IIB unten dargestellt. Jede der in Tabelle IIB dargestellten
ersten Lage
22 ist mit einer Dutch-Twill-Webart hergestellt. Tabelle IIB
| Maschenzahl
(Kette/Schuss pro 2,54 cm) | Porendichte
(Poren pro Quadratzentimeter × 10–5) | Porengröße (Mikrometer) |
| 510 × 3600 | 7,1 | 4,5 |
| 325 × 2300 | 2,9 | 7,5 |
| 260 × 2000 | 2,0 | 9,3 |
| 165 × 1400 | 0,89 | 15 |
| 130 × 900 | 0,45 | 23 |
| 88 × 700 | 0,22 | 35 |
| 24 × 300 | 0,03 | 117 |
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Die
erfindungsgemäße Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 kann
eine Porengröße 40 haben,
die in Maschinenrichtung variabel ist und vorzugsweise ansteigt.
Die ansteigende Porengröße 40 kann
durch unterschiedliche erste Lagen 22, die in anliegender
Beziehung miteinander verbunden sind, bereitgestellt werden. Die
Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 können ohne
Unterbrechung aufeinander folgen, mit Ausnahme des Mittels, das
zum sequenziellen Verbinden jeder ersten Lage 22 mit den
nachfoldenden Lagen 24, 26, 28, 30, 32 verwendet
wird. Die Lagen 22, 24, 26, 28, 30, 32 können mit
jedem bekannten Mittel miteinander verbunden werden, einschließlich einer
Wolfram-Tiefenschweißung
oder Platten, die an Ort und Stelle verschraubt sind. Al ternativ
kann die erste Lage 22 in Ende-zu-Ende-Beziehung angrenzen,
wobei jede erste Lage 22 wie vorstehend beschrieben mit
den darunter liegenden Lagen 24, 26, 28, 30, 32 verbunden
ist. Die darunter liegenden Lagen 24, 26, 28, 30, 32 können durch
Schweißen
oder ein anderes in der Technik bekanntes Mittel miteinander verbunden
werden. Wenn das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 stationär gehalten
wird, indem es mit einer Verbindungstechnik, die die erste Lage 22 nicht
einbezieht, mit der angrenzenden ersten Lage 22 zusammengehalten
wird, können
Unterbrechung im Luftstrom da hindurch und somit nachteilige Wirkungen
auf die Trocknungsgeschwindigkeit minimiert werden. Es ist zu vermuten,
dass eine geschraubte Konstruktion statt einer geschweißten Konstruktion
verwendet werden kann, wenn die Mikroporen-Medien 15 stationär gehalten werden.
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In
einer anderen Ausführung
kann das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 in Maschinenrichtung
beweglich sein. In einer solchen Ausführungsform ist das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 vorzugsweise
als die oder auf der Abdeckung einer axial drehbaren Walze angeordnet,
wie in der Technik bekannt und veranschaulicht. Die axial drehbare
Walze trägt
das Zellstoffpapier 5 darauf. Wahlweise ein Durchströmungstrocknungsband 7 darauf.
Das Zellstoffpapier 5 und/oder das Durchströmungstrocknungsband 7 können verwendet werden.
Das Zellstoffpapier 5 und/oder das Durchströmungstrocknungsband 7 bewegen
sich nicht relativ zu der Abdeckung der axial drehbaren Walze, während sie
sich dreht, um Reißen
des Zellstoffpapiers 5 zu minimieren.
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Bezugnehmend
auf 3 kann die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 zwei
oder mehr gesonderte Einheiten statt einer einzigen integralen Einheit
umfassen. Mit gesonderten Einheiten ist gemeint, dass jede Einheit
für sich
eine integrale Einheit ist. Jeweils sind die zwei gesonderten Einheiten
voneinander separat und in Maschinenrichtung beabstandet. An dem
Raum zwischen den gesonderten Einheiten kann das Zellstoffpapier 5 dem
Mikroporen-Trocknungsverfahren nicht unterzogen werden.
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Wenn
mehrere gesonderte Einheiten für
die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgewählt
werden, können
erste und zweite gesonderte Einheiten oder eine beliebige Anzahl an
sukzessiven gesonderten Einheiten bereitgestellt werden. Jede gesonderte
Einheit ist in Maschinenrichtung von der vorangehenden gesonderten
Einheit beabstandet. Jede sukzessive gesonderte Einheit hat vorzugsweise
größere Poren 40 als
die der vorangehenden gesonderten Einheit.
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Die
Ausführung
von 3 veranschaulicht ein bewegliches Mikroporen-Trocknungsmedium 15.
Das bewegliche Mikroporen-Trocknungsmedium 15 ist in der
Form eines Endlosbands, das einen geschlossenen Kreis umfasst. Es
werden zwei gesonderte Einheiten bereitgestellt. Die erste gesonderte
Einheit veranschaulicht das fakultative Durchströmungstrocknungsband 7.
Das Durchströmungstrocknungsband 7 und
die erste Einheit des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 sind
nebeneinander angeordnet, so dass das zu trocknende Zellstoffpapier 5 dazwischen
angeordnet ist.
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Ein
Fachmann versteht, dass das Durchströmungstrocknungsband 7 das
zu trocknende Zellstoffpapier 5 ferner vor der Übertragung
näher an
die zweite gesonderte Einheit transportieren kann. Alternativ, und vielleicht
vorzugsweise, kann das Durchströmungstrocknungsband 7 das
zu trocknende Zellstoffpapier 5 ganz über die zweite gesonderte Einheit
der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 tragen.
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Ein
Fachmann versteht, dass die Ausführung
von 3 mit ersten und zweiten gesonderten Einheiten zwei
axial drehbare Walzen umfassen kann. Die erste axial drehbare Walze
ist als die erste gesonderte Einheit verwendbar, während die
zweite axial drehbare Walze als die zweite gesonderte Einheit verwendbar
ist. Die Verwendung der axial drehbaren Walzen als die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einfacher Konstruktion
und ein Mikroporen-Trocknungsmedium 15, das sich in Tandem mit
dem zu trocknenden Zellstoffpapier 5 bewegt.
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Natürlich versteht
der Fachmann, dass ein zweites Mikroporen-Trocknungsmedium 15 in
flächiger
Beziehung zu der Rückseite
des Durchströmungstrocknungsbands 7 angeordnet
sein kann. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass das Durchströmungstrocknungsband 7 separat
entwässert
werden kann, was Wiederbenetzung des Zellstoffpapiers 5 vermeidet.
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In
einer hybriden Anordnung kann die Porengröße 40 innerhalb von
einer oder mehreren gesonderten Einheiten der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 variabel
sein. Die größte Porengröße 40 einer
ersten gesonderten Einheit kann mit der kleinsten Porengröße 40 einer
zweiten oder nachfolgenden gesonderten Einheit und so weiter übereinstimmen,
größer oder
kleiner sein. Vorzugsweise sind die größten Poren 40 der
ersten gesonderten Einheit geringfügig kleiner als oder ebenso
groß wie
die kleinsten Poren 40 der zweiten gesonderten Einheit,
um mechanisch gebundenes Wasser effizient zu entfernen. Es sollte
sich verstehen, dass Variation in sowohl Verweilzeit als auch Porengrößen 40 bei
allen vorstehenden Anordnungen verwendet werden können.
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Falls
gewünscht,
kann mindestens eine der gesonderten Einheiten der Mikroporen-Trockenvorrichtung
10 Poren
40 umfassen,
die kleiner als die Zwischenräume
des Zellstoffpapiers
5 sind. Ferner kann an solche Poren
40 ein
Vakuum angelegt werden, wobei das Vakuum bei einem Druck bereitgestellt
wird, der kleiner als der Durchbruchdruck der Poren
40 ist.
Solch eine gesonderte Einheit kann gemäß den Lehren vom gemeinschaftlich übertragenen
US-Patent Nr. 4,556,450 ,
erteilt 1985 an Chuang et al., oder
5,584,126 ,
erteilt am 17. Dez. 1996 an Ensign et al., hergestellt werden.
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Für die hierin
beschriebenen und beanspruchten Ausführungsformen können die
kleinsten Poren 40 der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10,
ob sie aus einer einzigen integralen Einheit oder mehreren gesonderten
Einheiten bestehen, im Bereich von einer Untergrenze von mindestens
1 und vorzugsweise mindestens 5 Mikrometer bis zu einer Obergrenze
von 20 und vorzugsweise einer Obergren ze von 10 Mikrometer liegen. Die
größten Poren 40 der
Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
können
wiederum, ob sie aus einer einzigen integralen Einheit oder mehreren
gesonderten Einheiten bestehen, im Bereich von einer Untergrenze
von mindestens 20 und vorzugsweise mindestens 30 Mikrometer bis
zu einer Obergrenze von nicht mehr als 120 und vorzugsweise nicht
mehr als 40 Mikrometer liegen.
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Außerdem kann
die Abnahme im Strömungswiderstand
der Mikroporen-Trockenvorrichtung
10, die in Maschinenrichtung
auftritt, durch Erhöhen
der Dichte der Poren
40 in einem oder mehreren Mikroporen-Trocknungsmedien
15 bereitgestellt
werden. Mit Dichte oder Porendichte
40 ist die Anzahl an
Poren
40 durch die erste oder begenzendste Lage des Mikroporen-Trocknungsmediums
15 pro
Flächeneinheit
gemeint. Wenn die Porendichte
40 oder Anzahl an Poren
40 pro
Flächeneinheit
des Mikroporen-Trocknungsmediums
15 mit konstanter Porengröße ansteigt,
erfolgt größerer Luftstrom
für eine
gegebene Fläche
des Mikroporen-Trocknungsmediums
15,
und der Nassströmungswiderstand
wird gesenkt. Für
die Ausführungsformen
mit variabler Porengröße
40,
wie hierin beschrieben, kann die erste Lage
22 der Mikroporen-Trocknungsmedien
15 die
Porendichte
40 und Porengröße
40 haben, die in
Tabelle III für
die erste, zweite und dritte Position der ersten Lage
22 des
Mikroporen-Trocknungsmediums
15 aufgeführt ist. Tabelle III
| Position
der ersten Lage | Porendichte
(Pore pro Quadratzentimeter × 10–5) | Porengröße (Mikrometer) |
| 1 | 2,0–7,1 | 4,5–9,3 |
| 2 | 0,45–2,0 | 9,3–23 |
| 3 | 0,03–0,45 | 23–117 |
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Falls
gewünscht
können
die Maschenanzahl und die Drahtgröße eines solchen Mikroporen-Trocknungsmediums 15 so
eingestellt werden, dass eine konstante Porengröße 40 erreicht wird.
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Obwohl
Ausführungsformen
mit drei sukzessiven Positionen in der Maschinenrichtung beschrieben werden,
versteht es sich natürlich,
dass Ausführungsformen
mit einer beliebigen Anzahl von Positionen für die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Positionen können benachbart
sein oder können
in Maschinenrichtung beabstandet sein. Vorzugsweise nimmt der Nassströmungswiderstand
in jedem sukzessiven Abschnitt monoton ab, es ist jedoch möglich, dass
in einer weniger bevorzugten Ausführungsform bestimmte Abschnitte
von ansteigendem Nassströmungswiderstand
sind.
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Wenn
ein Zellstoffpapier 5 Bereiche hoher und niedriger Dichte,
wie vorstehend beschrieben, aufweist, kann die Größe der Poren 40 relativ
zur Größe der Zwischenräume der
Bereiche hoher und niedriger Dichte des Zellstoffpapiers 5 optimiert
werden. In der Regel haben die Bereiche niedriger Dichte größer bemessene Zwischenräume als
die Bereiche hoher Dichte. Die Größen der Zwischenräume sind
in Normal Verteilung verteilt, in der Regel als Porenvolumenverteilung
gemessen. Die Porenvolumenverteilung wird mit einem Analysegerät für die Porenvolumenverteilung
(Pore Volume Distribution Analyzer), hergestellt von TRI, Princeton, New
Jersey, USA, gemessen.
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Zum
Beispiel kann eine Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 mit
drei Abschnitten, jeweils mit abnehmendem Strömungswiderstand, bereitgestellt
werden. Die Porengröße 40 der
ersten Lage 22 in dem ersten Abschnitt kann kleiner sein
als die Größe des Wechselpunktes
der Porenvolumenverteilung der Zwischenräume der Bereiche hoher Dichte
in dem Zellstoffpapier 5. Die Porengröße 40 der ersten Lage 22 in
dem zweiten Abschnitt kann im Bereich von ungefähr der Größe des Wechselpunktes der Porenvolumenverteilung
der Zwischenräume
in dem Bereich hoher Dichte bis zu ungefähr dem Wechselpunkt der Porenvolumenverteilung
der Zwischenräume
der Bereiche niedriger Dichte liegen. Die Porengröße 40 der
ersten Lage 22 in dem dritten Abschnitt kann sich dem Wechselpunkt
der Größe der Zwischenräume im Bereich
niedriger Dichte nähern.
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Alternativ
kann abnehmender Strömungswiderstand
in Maschinenrichtung durch Bereitstellen sukzessiver Mikroporen-Trocknungsmedien
15 mit
einem intrinsisch kleineren Nassströmungswiderstand erreicht werden.
Zum Beispiel können
sukzessive Mikroporen-Trocknungsmedien
15 oder sukzessive
Abschnitte eines einzigen Mikroporen-Trocknungsmediums
15 mit
einem Material mit einer naturgemäß geringeren Oberflächenenergie
behandelt oder daraus hergestellt werden. Zum Beispiel können ein
oder mehrere Mikroporen-Trocknungsmedien
15 und besonders
die Oberfläche
der Poren
40, die den begrenzenden Strömungsweg durch die Mikroporen-Trocknungsmedien
15 bereitstellen,
mit extrudierten Kunststoffen mit geringer Oberflächenenergie,
wie Polyester oder Polypropylenen behandelt werden, oder das Mikroporen-Trocknungsmedium
15 kann aus
solchen Materialien gewebt werden. Alternativ können die Mikroporen-Trocknungsmedien
15 mit
einer gleichmäßigen Silikonbeschichtung
als trockenen Film behandelt werden. Jedes Mittel, das den Strömungswiderstand
durch das Mikroporen-Trocknungsmedium
15 reduziert, wird
als geeignet angesehen. Weitere Informationen zu solchen Beschichtungen
und zum Reduzieren der Oberflächenenergie
der Mikroporen-Trocknungsmedien
15 ist in den gemeinschaftlich übertragenen
US-Patenten Nr. 5,912,072 ,
erteilt am 15. Juni 1999 an Trokhan et al., und
6,021,583 , erteilt am 8. Feb. 2000
an Stelljes, Jr. et al., zu finden.
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Außerdem erkennt
ein Fachmann, dass es andere Wege zum Senken des Strömungswiderstandes
in verschiedenen Teilen des Mikroporen-Trocknungsmediums 15 gemäß der vorliegenden
Erfindung gibt. Zum Beispiel kann die erste Lage 22 des
Mikroporen-Trocknungsmediums 15 mit Poren 40 da
hindurch, die einen weniger gewundenen Strömungsweg aufweisen, versehen
sein. Zum Bei spiel könnte
die Z-Richtungsabmessung der Poren 40 gerader oder kürzer werden.
Alternativ kann der Strömungswiderstand
durch die Poren 40 der ersten Lage 22 vom hydraulischen
Radius der Poren 40 beeinflusst werden. Wenn der hydraulische
Radius der Poren 40 zunimmt, sinkt der Strömungswiderstand
da hindurch gleichermaßen.
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Wahlweise
kann eine stationäre
Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 eine Abdeckung darum herum
aufweisen. Die Abdeckung dreht sich mit, und vorzugsweise in derselben
Oberflächengeschwindigkeit
wie, das darauf zu trocknende Zellstoffpapier 5. Wenn eine
solche drehbare Abdeckung verwendet wird, hat die Abdeckung vorzugsweise
Poren 40, die größer als
die Zwischenräume
in dem zu trocknenden Zellstoffpapier 5 sind, so dass noch
die Strömungsbegrenzung
an dem stationären
Mikroporen-Trocknungsmedium 15 erfolgt. Diese Anordnung
bietet den Vorteil, dass, falls gewünscht, Luftstrom durch die
Bahn und in das Innere der Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 hinein
gezogen werden kann. Alternativ kann die Mikroporen-Trockenvorrichtung 10 Luft
durch das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 und dann durch
die Bahn blasen.
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Wenn
das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 als stationäre Abdeckung
eingesetzt wird, kann es auf einer Walze mit nicht kreisförmigem Profil
benutzt werden. Das Profil der Walze wird senkrecht zur Maschinenrichtung
genommen. Das Profil der Walze kann flach, elliptisch, wie dargestellt,
sein und eine Hauptachse MA-MA haben, die größer als die Nebenachse MI-MI
ist. Wenn die Hauptachse MA-MA generell vertikal ausgerichtet ist,
wie dargestellt, ist eine kleinere Auflagefläche für den Umgang mit einem Mikroporen-Trocknungsmedium 15 erhöhter Verweilzeit
notwendig. Alternativ kann das Mikroporen-Trocknungsmedium 15 mit
einem nicht kreisförmigen
Profil in der Form einer Endlosschleife ausgeführt und in Maschinenrichtung
beweglich sein.
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Falls
gewünscht,
kann eine Walze verwendet werden, um die Bahn leicht gegen das Mikroporen-Trocknungsmedium
15 zu
drücken.
Eine Walze, um die Bahn leicht gegen das Mikroporen-Trocknungsmedium
15 zu
drücken,
kann an der ersten Zone der Mikroporen-Trockenvorrichtung
10,
der zweiten Zone der Mikroporen-Trockenvorrichtung
10 oder
beiden angeordnet sein. Leichtes Drücken einer Bahn gegen eine Walze
ist generell in den
US-Patenten
Nr. 5,598,643 ;
5,701,682 und
5,772,845 beschrieben.
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In
der Beschreibung der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen
und/oder individuelle Merkmale offenbart. Alle Kombinationen solcher
Erfindungen und Merkmale sind möglich
und können
zu bevorzugten Ausführungen
der Erfindung führen,
beschränkt
durch die notwendige Anforderung, dass die Kombinationen innerhalb
des Umfangs der Ansprüche
liegen.