DE69021562T2 - Verfahren und gerät zur kontinuierlichen filtration und flüssigkeitsverdrängung einer flüssigen suspension eines faserartigen oder fein verteilten materials. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung in dem ein Materialbett durch kontinuierliche Filtration einer flüssigen Lösung von einem faserartigen oder fein verteilten Material auf einer sich kontinuierlich bewegenden Filteroberfläche gebildet wird, und das Materialbett vorwärts gefördert wird, zur Ausführung von Flüssigkeitsaustauschen oder -verdrängungen, derart, daß wenigstens ein Teil des Flüssigkeitsgehalts des Bettes mit einer anderen Flüssigkeit mittels eines Flüssigkeitsstromes ausgetauscht oder verdrängt wird, der senkrecht zur Vorwärtsförderungsrichtung des oben genannten Materials verläuft.
• Die Filtrations- und Flüssigkeitsverdrängungsvorgänge von Materialsuspensionen oder -lösungen sind von großer Wichtigkeit, und sie werden allgemein in unterschiedlichen Branchen der Verfahrensindustrie und speziell im Pulpenherstellungsverfahren in der holzverarbeitenden Industrie verwendet, in der sie wie folgt verwendet werden:
• - Beim Waschen von breiigen Massen oder Pulpen, in denen Fasermaterial von den Chemikalien, die in dem Auszugs- oder Aufschlußprozeß verwendet werden, und von den gelösten Substanzen getrennt wird,
• - Beim Bleichen von breiigen Massen oder Pulpen, in der Art des Pulpewaschens&sub1; jedoch auch, um Bleichchemikalien in das Fasermaterial in einem sogenannten dynamischen (Verdrängungs- oder Austausch-) Bleichen einzuführen,
• - für das Zubereiten von kochenden Chemikalien, beispielsweise in den Verätzungsprozessen in der Sulfat- Pulpeindustrie, wenn die Frischlauge vom Kalkschlamm getrennt wird.
• Ausgangs wurden losweise Verfahren bei den oben genannten Vorgängen verwendet. Beispielsweise, wurde das Waschen der Pulpe in einem sog. Diffusor ausgeführt, das heißt in einem siebbelegten Tank, der mit der breiigen Masse von dem Autoklaven gefüllt wurde, durch Spülen oder Drücken der Pulpe in ihn hinein. Danach wird die sog. Basislauge der Pulpe, die die Chemikalien, die im Anschluß verwendet werden und die die gelösten Substanzen enthält, von der Pulpe durch den Ablagebelag des Diffusors verdrängt durch Zusatz einer Waschflüssigkeit in den oberen Abschnitt des Diffusors. Wenn die Pulpe auf diese Weise ausreichend sauber gewaschen war, wurde sie von dem Diffusor gespült, der danach wieder ein neues Los von Pulpe zum Waschen aufnimmt.
• Diese Art des simplen losweisen Waschens von Pulpe wurde effizienter gestaltet durch Verwendung eines sog. Mehrstufenverfahrens. Mit diesem wurden die verschiedenen Schritte prinzipiell in der oben genannten Weise ausgeführt, bis auf jene im ersten Schritt, wo kein Waschwasser verwendet wurde, sondern eine Waschlauge, die mit Waschwasser verdünnt wurde, wobei die Waschlauge vom zweiten Waschschritt des vorhergehenden Pulpeloses zurückgewonnen worden war, und wo reines Waschwasser bis zum letzten Schritt nicht verwendet wurde.
• Durch das Waschen in einem solchen Losdiffusor wird die Verdrängung von Flüssigkeit in dem Faserbett durch einen vertikalen Flüssigkeitsstrom erzeugt, und in diesem Fall durch einen Fluß nach unten, wobei der Vorteil der hydraulischen Druckdifferenz über das Faserbett, hervorgerufen durch Schwerkraft, berücksichtigt wurde. Da das Faserbett stationär ist, wird betriebsmäßig keine der horizontalen Abmessungen bei der Verdrängung verwendet; diese werden nur verwendet, um dem Waschgerät physikalische Abomessungen (Größe) zu geben, und somit die gewünschte Pulpenwaschkapazität zu erfüllen.
• In dem losweisen Filtern oder Flüssigkeitsaustauschen ist es selbstverständlich auch möglich, eine willkürlich ausgewählte Flußrichtung für die Flüssigkeit zu verwenden, und beispielsweise mittels geeigneter Pumpen durch Anordnung und Vorrichtungen, die notwendige Druckdifferenz in dieser gewünschten Richtung durch das Faserbett zu erzeugen, wobei die Richtung beispielsweise parallel zu einem Radius sein kann, der willkürlich bezüglich der Schwerkraft ausgerichtet ist. Es ist, jedoch typisch, daß in einem losweisen Waschverfahren nur eine Abmessungsrichtung verfahrensmäßig verwendet wird, das heißt für die Flüssigkeitsverdrängung in dem Pulpenbett, wohingegen die beiden anderen Abmessungsrichtungen, von denen eine tangential sein kann, nur Größe für die Vorrichtung bieten.
• Gemäß der technischen Entwicklung, wurden kontinuierliche Verfahren für diese Vorgehensweise angepaßt, Verfahren, die für eine lange Zeit bereits ökonomisch so konkurrierend waren, daß sie nunmehr in einer vollkommen vorherrschenden Stellung in der Pulpeherstellungsindustrie sind. In einem kontinuierlichen Verfahren, das für diese Filtration und die Flüssigkeitsersatzvorgänge verwendet wird, werden zwei Abmessungsrichtungen notwendigerweise betriebsmäßig im Betrieb selbst von diesen benutzt einer in dem losweisen Verfahren für den Flüssigkeitsfluß durch das Faserbett, jedoch zusätzlich in einer anderen Abmessungsrichtung, senkrecht zur oben genannten Richtung für das kontinuierliche Fördern des Faserbetts nach vorne.
• Es ist ganz theoretisch herleitbar, daß auch in einem kontinuierlichen Prozeß das Flüssigkeitsverdrängen oder -ersetzen in einem Faserbett ausgeführt werden kann, unter Verwendung nur einer Abmessungsrichtung, d.h. bei Verwenden der sog. Gegenstromverfahren, d.h. daß das Bett nach vorne befördert wird, in der Richtung, die vollständig gegen den Flüssigkeitsstrom verläuft. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, ein Gegenstromverfahren dieser Art auf die Ersatzflüssigkeit in einem entfaserten Pulpenbett anzuwenden, da die Druckdifferenz, die unbedingt notwendig ist, um den Flüssigkeitsfluß zu erzeugen, so groß sein würde, daß die von ihr auf die Fasern in dem Pulpenbett erzeugte mechanische Kraft im Vergleich zu ihrer mechanischen Widerstandskraft, einen derartigen Druck des Bettes erzeugen würde, daß verhindert werden würde, daß ausreichender Flüssigkeitsstrom durch das Bett erzeugt wird, und so ist es nicht möglich, ein technisches Gerät zur Beförderung des Bettes nach vorne zu entwickeln.
• Insoweit sind die meist verbreitetsten Geräte, die für das Waschen einer Zellulosepulpe in einem kontinuierlichen Prozeß verwendet wurden, ein Waschfilter gewesen der auf einer drehenden Trommel basiert. Heutzutage werden unterschiedliche Typen von Geräten basierend darauf, wie z.B. Ansaugfilter, Druckfilter, Waschpressen, etc. verwendet. Was alle von ihnen gemeinsam haben ist, daß eine sich um ihre horizontale Achse drehende Trommel verwendet wird, und daß das Pulpenbett (Netz oder Gitter) oben an der Trommel ausgebildet ist, wonach es gewaschen wird durch zuführen von Waschflüssigkeit über das Gitter und durch Absaugen des Filtrats von dem Bett durch die Trennoberfläche der Trommel.
• Im Prinzip ist es ausreichend, daß einer der Waschfilter dieses Typs verwendet werden kann, um mehrere Verdrängungen mit der selben Trommel vorzunehmen, jedoch ist in der Praxis ein Maximum von zwei Verdrängungs- oder Austauschschritten vorteilhaft. Heute werden, um ein ausreichend effektives Waschen der Pulpe zu erreichen, normalerweise vier Waschfilter gefordert, die gekoppelt sind gemäß dem entgegenwirkenden Prinzip der Bildung der gesamten Waschabteilung.
• Um in der Lage zu sein, das Waschen der breiigen Masse bzw. der Pulpe wirksam genug unter Verwendung eines Hauptapparates durchführen zu können,, wurde der sog. Flachdrahtwaschapparat entwickelt, dessen Prinzip das selbe ist, wie des nassen Endes der Pulpentrocknungsmaschine, wo es durch Vergrößern der Drahtlänge möglich ist, die Anzahl der Flüssigkeitsverdrängungs- bzw. Austauschschritte, das heißt der Waschschritte, die notwendig sind, um eine genügende Waschwirksamkeit zu erreichen, zu erhalten.
• Oberhalb des Trommelfilters bewegt sich die Pulpebahn in tangentialer Richtung vorwärts und die Flüssigkeit strömt durch die Pulpebahn in radialer Richtung. In der Flachdrahtwaschvorrichtung bewegt sich die Pulpebahn kontinuierlich in der horizontalen Richtung entlang des Drahtes und die Waschflüssigkeit wird durch die Pulpebahn vertikal von unten nach oben bewegt.
• Zusätzlich hierzu bilden der kontinuierlich arbeitende Diffusor und der Druckdiffusor sehr verbreitete Pulpenwaschausrüstungen. In diesen Geräten bewegt sich die Pulpe vertikal vorwärts und die Waschflüssigkeit bewegt sich in einer horizontalen radialen Richtung durch das Pulpenbett, das in dem Gerät gebildet wird.
• Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß in den bisher entwickelten und für das Pulpewaschen verwendeten Ausrüstungen betriebsmäßig nicht nur eine der horizontalen Abmessungsrichtungen verwendet wird, sondern immer auch die vertikale Abmessungsrichtung, entweder für das Fördern des Pulpenbetts oder für die Flüssigkeitsbewegung, oder für beides.
• Aus der GB-A-1 180 688 ist ein Gerät zum Behandeln von Lösungen bzw. Suspensionen von Feststoffen bekannt, mit einem zylindrischen Filter, der in vertikaler Ausrichtung unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche in einem Behälter angeordnet ist. Jedoch werden die Festkörper nicht kontinuierlich vorwärts bewegt, zur Ausbildung von Flüssigkeitsbewegungen, sondern ist das Gerät anstelle mit Flüssigkeitseinlässen versehen, die so ausgebildet und gestaltet sind, um Flüssigkeitseinspritzungen gegen den zylindrischen Filter zu richten, zum Ablösen der Festkörper, die an dem Filter anlagern, und zur Wiedereinbringung dieser in die Suspension.
• Es wurde beobachtet, daß die bisher verwendeten kontinuierlichen Waschgeräte und -vorrichtungen in dem Sinne sind, daß die Wirksamkeit des durchgeführten Austauschs in ihnen maximal nur die Hälfte beträgt von dem, was bei einem losweisen Austausch möglich und normal ist, beispielsweise in einem Ansaugfilter oder in einem Trommelfilter, beträgt sie nur ein Viertel der Wirksamkeit des losweisen Austauschs. Aus diesem Grund ist es, wie oben angeführt, notwendig, mehrere Waschvorrichtungen in Reihe zu koppeln, um eine ausreichend effektive Pulpenwaschung zu erreichen, ohne daß die wiedergewonnene chemische Lösung oder Suspension unnötig verdünnt wird.
• Demzufolge ist die heutzutage geforderte Ausrüstung für das Waschen von Pulpe relativ komplex und teuer. Zusätzlich gibt es verschiedene praktische Probleme. Beispielsweise ergeben sich deutlich Schaumprobleme, insbesondere beim Waschen vom Sulfat-Pulpen. Aufgrund dieser Probleme ist es notwendig, Schaumverhinderungschemikalien zu verwenden, deren Verwendung allgemein verbreitet ist. Die benötigte Energie ist ebenfalls im Allgemeinen ein Vielfaches verglichen mit der theoretischen Energieanforderung für das Durchführen der Förderung der Pulpe und der Flüssigkeitsverdrängung, so daß die Betriebskosten des Waschens von Pulpe beträchtlich sind.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile, die in den bestehenden Verfahren und in den bestehenden Ausrüstungen vorhanden sind, zu eliminieren, oder wenigstens zu reduzieren, durch Vorsehen in einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren eines Ersetzens oder Austauschs der Flüssigkeit, der so wirksam ist, wie in einem losweisen Verfahren, und, unter anderem, die Schäumungsprobleme zu eliminieren.
• Die Haupteigenschaften der Erfindung werden in den Ansprüchen angegeben.
• Gemäß der Erfindung wurde beobachtet, daß wenn die vertikale Abmessungsrichtung betriebsmäßig unverwendet bleibt, und nur die beiden bestehenden horizontalen Abmessungsrichtungen, für das Vorwärtsbefördern des Pulpebettes und für das Bewegen von Flüssigkeit hindurch verwendet werden, und wenn die Sieb- oder Trennfläche, die die Pulpe vorwärts bewegt und durch die von dem Pulpebett verdrängte Flüssigkeit, die sich in ihrer Gesamtheit in der Flüssigkeit befindet, entfernt wird, ist es möglich, ein Vorrichtungssystem zu finden, das die oben genannten in den bestehenden Ausrüstungen vorhandenen Nachteile eliminiert.
• Das Prinzip der Erfindung ist wie folgt:
• Die Filteroberfläche d.h. die Sieb- oder Trennfläche, auf der zuerst ein Bett von Fasermaterial gebildet wird, durch Verdicken einer Fasermaterialsuspension, die darauf zugeführt wird, und die das Pulpebett zuführt und vorwärts bewegt zur Ausführung der Flüssigkeitsaustauschvorgänge bzw. -verdrängungen, ist eingerichtet worden, so daß an jedem Punkt der Querschnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung vertikal ist. Die Trennoberfläche wird aus einem endlosen, weiten Band gebildet, welches von Flüssigkeit jedoch nicht von Fasern durchdringbar ist, d.h. einem Draht oder vorzugsweise einem dünnen perforierten Stahlband.
• Das Bandprofil des Trennbandes kann im Prinzip willkürlich sein: Es kann beispielsweise erzeugt werden unter Verwendung vertikal angeordneter Stützrollen und Zugrollen. Jedoch ist das Bandprofil, das das einfachste von allen ist, und im allgemeinen das vorteilhafteste ist im Bezug auf Verfahrens- und Ausrüstungstechnologie, ein Rundprofil. In diesem Fall ist die Trennfläche ein rundzylindrischer Mantel, der sich um eine imaginäre vertikale Achse dreht, die auf der Mittelachse des Mantels angeordnet ist.
• In diesem Fall, unter Berücksichtigung von Bedingungen, wie beispielsweise Stärke, wird das vorteilhafteste System erhalten, wenn die Pulpebahn von Fasermaterial an der Innenoberfläche des Mantels ausgebildet wird. Unabhängig von der Art des Bandprofils, das die Trennoberfläche bildet, werden die Trennoberfläche und die Pulpebahn, die auch hier ausgebildet ist, kontinuierlich unterhalb des Flüssigkeitspegels gehalten, um es möglich zu machen, eine konstante Druckdifferenz über die gesamte Breite der Trennoberfläche zu erzeugen, um das Einmischen von Luft oder anderen Gasen in die Flüssigkeit und die Pulpebahn zu verhindern, und, um die gewünschten Flüssigkeitsströmungsbedingungen zu erzeugen und beizubehalten.
• In diesem Prinzipssystem wird die Druckdifferenz, die erforderlich ist, um den Flüssigkeitsstrom hervorzurufen, der die Ausbildung eines Pulpebetts auf der Trennoberfläche erzeugt, und danach die gewünschten Flüssigkeitsverdrängungen in der Pulpebahn erzeugt, hervorgerufen durch Beibehalten eines höheren Flüssigkeitspegels innerhalb des Trennmantels, als außerhalb des Trennmantels.
• Nachfolgend wird die beste Vorrichtungsausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail erläutert.
• Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in denen:
• Figur 1 einen vertikalen Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform zeigt,
• Figur 2 den zugehörigen horizontalen Abschnitt derselben Ausführungsform zeigt,
• Figur 3 das Prinzip des Steuerungsdiagramms der Vorrichtung zeigt.
• Neben den Pumpen 1, 2, 3, 4, 5, die benötigt werden, um die Pulpesuspension oder -lösung in die Vorrichtung zu transportieren und davon abzuziehen, und ebenso für den Flüssigkeitstransfer, weist die Vorrichtung zusätzlich zu der festen Trägerstruktur 6 nur zwei bewegliche Teile auf: einen drehenden Trennmantel 7 zusammen mit dem Antrieb 8, der mit ihm verbunden ist und das Rührwerk 9, für die gewaschene Pulpebahn.
• Die Kreisform des Trennmantels wird beibehalten mittels eines oberen Trennstützrings 10 und eines unteren Stützrings 11. Die gewünschte Drehgeschwindigkeit wird für den Trennmantel erzeugt mittels eines Trennmantelzugrings 12 und eines Antriebs 8, der mit ihm verbunden ist.
• Das Flüssigkeitsvolumen zwischen der inneren und der äußersten Stütz- oder Tragestruktur 13,14 wo der Trennmantel ebenfalls dreht, ist durch Trenneinrichtungen 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 derart getrennt, daß die getrennten Flüssigkeitskammern für die verschiedenen Bewegungsschritte gebildet werden.
• Der Trennmantel ist mittels Dichtungen 28, 29 abgedichtet, die an den Stützringen befestigt sind, um einen höheren Flüssigkeitspegel 30, 31 innerhalb der Trennung zu ermöglichen, um nicht außerhalb der Trennung gehalten zu werden, wenn sich eine Pulpebahn 32 auf der Trennoberfläche befindet.
• Die auszuwaschende Pulpesuspension wird in den Zuführbehälter 32 der Verdickungszone gepumpt, wo sie eine Pulpebahn von gleichmäßiger Dicke auf dem Trennmantel ausbildet, wenn ein Teil der Flüssigkeit, die entlang der Pulpesuspension eintritt durch die Trennwand in die erste Kammer 34 des Filtratbehälters außerhalb der Trennung der Verdickungszone fließt. Das Filtrat fließt zunächst nach oben und die Seife und die Gase sind getrennt, bevor das Filtrat in die zweite Kammer 35 des Filtratbehälters strömt, von wo es aus der Vorrichtung ausgepumpt wird.
• Die so gebildete Pulpebahn bewegt sich zusammen mit der Trennung zu der nachfolgenden Zone, wo ihre erste Flüssigkeitsverdrängung oder oder ihr erster Flüssigkeitsaustausch ausgeführt wird. In dieser wird das Filtrat, das von der nachfolgenden Waschzone erhalten wird, als Ersatz- oder Waschflüssigkeit verwendet. In der letzten Waschzone wird normalerweise reines Wasser als Waschflüssigkeit verwendet.
• Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung weist nur zwei Waschzonen auf, einunddieselbe Vorrichtung kann jedoch gemäß der Erfindung, wenn notwendig, eine Mehrzahl von Flüssigkeitsverdrängungszonen aufweisen. Nach der letzten Flüssigkeitsverdrängung wird die Pulpebahn von dem Trennmantel abgelöst, durch Bewegen von Flüssigkeit 36 von der Außenseite durch die Trennwand. Die Flüssigkeit wird mittels eines Rührwerks 9 mit der losgelösten Pulpe gemischt, wonach sie aus der Vorrichtung ausgepumpt wird.
• Nach Ablösen der Pulpebahn fährt die unbedeckte Trennwand zur Verdickungszone fort, wo eine neue Pulpebahn auf ihr ausgebildet wird, wie oben ausgeführt.
• Ein Flüssigkeitstransfer mittels Pumpen von einer Waschzone zur anderen findet in der Vorrichtung von unten über die Trägerstruktur über Leitungen zwischen dem Filtratbehälter und dem Zuführbehälter für die Waschflüssigkeit von dem vorhergehenden Waschschritt statt.
• Damit die Pulpesuspension in der Verdickungszone stets mit der selben Geschwindigkeit fließt wie der Trennmantel, ist die Verdickungszone mittels einer biegsamen Trennwand 25 unterteilt, wobei der Abstand von dieser von der Trennwand abnimmt, wie die in die Pulpesuspension eintretende Flüssigkeit durch die Trennwand fließt. Durch Beibehalten auf der anderen Seite der oben genannten biegsamen Platte eines Flüssigkeitspegels, der größer ist bzw. höher ist als der Pegel der Pulpesuspension, wird eine höhere Konsistenz erreicht, wenn die so für die Pulpebahn gewünscht wird, wird andererseits durch die Konsistenz der zugeführten Pulpesus- pension und der Druckdifferenz, die für die Verdickung verwendet wird, möglich ist. In den verschiedenen Flüssigkeitsverdrängungszonen gibt es eine entsprechend biegsame Platte 26, 27, um zu erreichen, daß die Waschflüssigkeit ebenfalls dieselbe Geschwindigkeit wie die Trennebene und die Pulpebahn erreichen, bevor sie sie trifft.
• Flüssigkeit, die die selbe Konzentration aufweist, wird an beiden Seiten der oben genannten biegsamen Platten verwendet, damit jegliche mögliche Undichtheit der flexiblen Platten nicht eine unnötige Mischung hervorruft.
• Um sicherzustellen, daß sowohl die Pulpesuspension in der Verdickungszone und die Waschflüssigkeit in der Waschzone sich in der oben genannten Art bei selber Geschwindigkeit wie die Fördergeschwindigkeit der Pulpebahn, weisen der Pulpesuspensionszuführbehälter 33 und die Waschflüssigkeitszuführbehälter 37, 38 eine spiralförmige Ausbildung in Übereinstimmung mit Figur 2 auf. Zusätzlich können die biegsamen Platten mittels einer mechanischen Vorrichtung bewegt werden, so daß ihre Abstände von der Trennoberfläche stets korrekt ist, unabhängig von unterschiedlichen Pulpenbehandlungskapazitäten.
• Obwohl eine relativ hohe Druckdifferenz zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstromes durch das Pulpebett (ca. 3 Meter Wassersäule) verwendet wird, ist die Flußrate dennoch sehr gering, verglichen mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Trennwand und der Pulpebahn, in der Größenordnung dem Magnitude von nur einem Hundertstel.
• Um das Konzentrationsprofil der Flüssigkeit, die durch die Trennwände fließt, beizubehalten, wurden die vertikalen Trennwände 16, 17, die die verschiedenen Waschzonen voneinander trennen, parallel zur Flüssigkeitsstromrichtung zu der Zeit, wenn diese die Trennwand verläßt, eingerichtet, d.h fast tangential zum Trennmantel.
• Die Waschzonen sind nicht dicht voneinander durch die Trennwände gekapselt; die Trennwände lassen einen Schlitz 39, 40 von gleichmäßiger Breite im Bezug auf die drehende Trenntrommel zurück. Über diesem Schlitz stehen die ersten Kammern 41, 42, 43 in den Filtratbehältern miteinander in Verbindung. Auf diese Weise bleibt der Flüssigkeitspegel in allen Filtratbehältern der gleiche, ohne daß hierfür getrennte Flüssigkeitzspegelsteuerungen notwendig wären. Der Flüssigkeitspegel kann durch Einstellen des Abzugs von Filtrat nur von der ersten Waschzone eingestellt werden.
• Im Sinne einer Wascheffizienz ist eine derartige Anordnung höchst vorteilhaft, da beispielsweise ein Filtrat, das aufgrund eines nicht optimalen Bewegungsflüssigkeitsvolumens zu einer falschen Filtratkammer gelangte, automatisch in die richtige Kammer fließen kann, bevor es mit einer anderen Filtratfraktion vermischt wird.
• Diese Anordnung schafft ebenfalls eine Möglichkeit, die Kräfte, die auf die Trennwand wirken, auszugleichen und dabei die Reibung, die bei der Drehung erzeugt wird, und des benötigte Moment zu minimieren. Zusätzlich ist es bei Verwendung dieser Anordnung innerhalb des kompletten Kapazitätsbereichs möglich, mittels einer sehr einfachen Messung und Steuerung, automatisch den gewünschten Waschverlust mit einer minimalen Verdünnung zu erreichen.
• Um dies zu erreichen wurde der Filtratbehälter der letzten Waschzone in zwei Teile aufgeteilt, mittels einer Trennwand 17, die ähnlich ist zu jener, mit der in der oben beschriebenen Weise die Filtratbehälter der unterschiedlichen Waschzonen voneinander getrennt wurden. Die letzte Waschzone ist somit nicht nur mit einer Pumpe 4, die die Flüssigkeit vom Behälter 44 des vorderen Endes des Filtratbehälters in der Waschwasserzuführbehälter 37 der vorhergehenden Waschzone pumpt, sondern auch mit einer weiteren Pumpanordung 5 ausgerüstet, mit der Filtrat von dem Behälter 45 des hinteren Endes des Filtratbehälters in den Waschwasserzuführbehälter 38 der letzten Waschzone gepumpt wird, und die korrekte Menge dieses Filtrats wird mittels Messen der Konzentration des Filtrats, das durch den Trennmantel an diese Trennwand kommt, eingestellt.
• Wenn nach der Ablösezone die drehende Trennwand frei in der Verdickungszone ankommt, kommt an dem vorderen Ende der Verdickungszone nicht nur Flüssigkeit in die Pulpesuspension, sondern auch einige Fasern treten hindurch, bevor ein für Fasern undurchdringliches Pulpenbett gebildet ist. Damit das Filtrat 46, das die Vorrichtung verläßt, keine Fasern enthält, die für die weitere Verarbeitung (Beispielsweise Verdampfung) dieses Filtrats störend wären, wird das Filtrat 47, das durch den Trennmantel am vorderen Ende der Verdickungszone hindurchtritt, getrennt behandelt, durch Verwendung von ihm in seiner Gesamtheit, um die Pulpesuspension oder -lösung zu verdünnen, bevor diese in den Zuführbehälter der Verdickungszone der Vorrichtung gepumpt wird.
• Um diese Anordnung zu schaffen, ist das vordere Ende der Filtratkammer der Verdickungszone von dem Rest der Filtratkammer mittels eines Filtratsammelkastens 48 abgedichtet, der gegen den Trennmantel abdichtet. Es ist vorteilhaft, diesen Kasten in zwei Teile 49, 50 derart zu unterteilen, daß mittels Pegelkontrolle des vorderen Endes es möglich ist, einen höheren Flüssigkeitspegel beizubehalten und dabei einen wesentlich geringeren Druck durch den Trennmantel beizubehalten, als die entsprechende Druckdifferenz sonst in den Verdickungs- und Waschzonen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Pulpefasern nicht einmal einen Teil der Löcher des freien Trennmantels verstopfen werden.
• Wenn ein kontinuierliches Filtrieren von Fasermaterial oder dessen Verdickung betroffen sind, ändert sich die Dicke des geformten Bettes nicht direkt umgekehrt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit der Filteroberfläche, sondern nur umgekehrt proportional zur Quadratwurzel ihrer Geschwindigkeit. Demzufolge ändert sich die Filterkapazität direkt proportional zur Quadratwurzel der Geschwindigkeit der Filteroberfläche, wenn andererseits die Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise Druckdifferenz und Zuführkonsistenz, konstant gehalten werden.
• Entsprechend ändert sich, wenn die Flüssigkeitsverdrängung in dem ausgebildeten Bett durchgeführt wird, die Flußrate der Flüssigkeit in einer entsprechenden Weise, und somit bleibt der Mengenkoeffizient der Flüssigkeitsverdrängung konstant. Wenn die Kapazität geändert wird, ist es aus oben genannten Gründen hauptsächlich vorteilhaft, nur die Geschwindigkeit 51 der Filteroberfläche zu verändern, wobei in diesem Fall die Verdünnung des zurückgewonnenen Filtrats konstant bleiben wird und die Waschverluste bleiben ebenfalls ungefähr konstant.
• Da der Mengenkoeffizient der Flüssigkeitsverdrängungen von der Dicke des gebildeten Bettes, das in der Verdickung gebildet wird, abhängt, und von der Dicke des Bettes dessen Teil hauptsächlich von der Konsistenz der zugeführten Lösung abhängt, wird die Lösungskonsistenz vornehmlich ausgewählt und gesteuert, damit der gewünschte Mengenkoeffizient von Flüssigkeitsaustausch oder -verdrängung erreicht und gehalten werden kann.
• Da in der Praxis, sogar mit einem guten Steuerungssystem, die Zuführkonsistenz sich irgendwie ändert, ist die Mittelzuführkonsistenz, die ausgewählt wurde, irgendwie niedriger als jene, die durch den gewünschten Mengenkoeffizient von Flüssigkeitsverdrängungen gefordert wird, so daß, wenn die Zuführkonsistenz den maximalen Wert aufgrund von Veränderung erreicht, es immer noch möglich ist, den gewünschten Mengenkoeffizient zu erreichen. Dieser Ausbruch wird aufgrund der Veränderung der Konsistenz, ime Mengenkoeffizienten "eliminiert", in der oben beschriebenen Weise durch recyclen oder zurückgewinnen in der letzten Flüssigkeitsverdrängungszone der letzten Filtratfraktion 52 als eine Waschflüssigkeit in dieselbe Zone hinein.
• Das Messen der Konsistenz der Pulpesuspension ist im allgemeinen problematisch und ungenau. Neben der Wichtigkeit, die korrekte und tatsächliche Pulpeproduktion zu bestimmen, ist die korrekte Bestimmung der Konsistenz ebenfalls sehr wichtig für das Waschen, so daß der gewünschte Waschverlust erreicht werden kann, wenn ein so gering wie möglicher Verdünnungskoeffizient verwendet wird.
• In dem Vorrichtungssystem gemäß der Erfindung ist es möglich, mit Präzision, beispielsweise die Druckdifferenz, die über den Trennmantel in der Verdickungszone wirkt, zu messen und zu steuern, durch Messen und Einstellen der Flüssigkeitspegel 53, 54, 55 in dieser Zone. Aus diesem Grund besteht eine eindeutige Abhängigkeit zwischen der Konsistenz der zugeführten Pulpesuspension und der Gesamtmenge der zugeführten Pulpesuspension, so daß, wenn die Konsistenz der Pulpesuspension dahin tendiert, anzuwachsen, deren entsprechende Gesamtmenge automatisch abnimmt, da die Pulpemenge zunimmt und demzufolge die Dicke des verdickten Bettes zunimmt, mit einer größeren Rate als bei einer geringeren Lösungskonsistenz, so daß deren Flußwiderstand zunimmt, was wiederum die Menge der Pulpesuspension reduziert, welche Zeit hat, dicker zu werden. Demgegenüber, auch wenn die Konzentration der Pulpesuspensionszufuhr dazu tendiert, abzunehmen, nimmt ihre Volumenflußrate zu.
• Durch Einstellen des Volumenflusses 56 der Pulpesuspensionszuführung, so daß deren Pegel 53 in dem Zuführbehälter konstant bleibt, und durch Einstellen der Flüssigkeitsmenge, die mit der Pulpesuspension 58 vermischt wird, bevor sie in den Zuführbehälter eingeführt wird, so daß die Volumenrate 59 der Pulpesuspensionszufuhr konstant bleibt, kann die Konsistenz der Pulpesuspensionszufuhr auf einem optimalen Pegel standardisiert werden, ohne getrennte Messung der Konsistenz. Die Flüssigkeit, die mit der Pulpesuspension vermischt wird, ist Filtrat von der Verdickungszone.
• Damit diese Messung und die Steuerung so genau und schnell wie möglich sind, muß der Querschnittsbereich des Pegelsteuerungsbehälters, der mit dem Zuführbehälter der Verdikkungszone verbunden ist, relativ klein sei, d.h. nur in der selben Größenordnung, wie der Querschnittsbereich der Pulpesuspensionszufuhrleitung.
• Um die korrekten Mengen von Waschflüssigkeiten der verschiedenen Waschzonen auf Pegel einzustellen, die sich bezüglich des Waschens auch auf Störungssituationen so schnell, wie möglich einstellen, müssen die Querschnittsbereiche der Pegelsteuerungsbehälter für die Waschflüssigkeiten dieser Zone relativ klein sein.
• Demgegenüber ist der Querschnittsbereich des Pulpesuspensionspegelsteuerungsbehälters der Ablösezone relativ groß, damit die Einstellung des Pulpebahnlöse- und Verbindungswassers Zeit hat zu erscheinen, ebenfalls während Störungssituationen, wodurch es möglich wird, die Konsistenz der gewaschenen Pulpesuspension die das Vorrichtungssystem verläßt, konstant zu halten.
• Abgesehen von den oben genannten Tatsachen und Fakten ist es für das Erreichen eines wirksamen Waschens wichtig, daß die Vorrichtung, die die Pulpebahn von einer Waschzone zu einer anderen fördert, so eine Ausgestaltung hat, daß sie an ihr entlang so wenig Flüssigkeit wie möglich mitnimmt, da in Bezug auf den wirksamen Austausch, die Flußbedingungen in der Flüssigkeitskammer einer solchen Pulpeaustauschvorrichtung in ihrer besten Ausbildung nur einem idealen Mischen entsprechen, das in seiner Wirksamkeit nur ungefähr einem Zehntel der Wirksamkeit des Flüssigkeitsaustausches in einem gut geformten Pulpenbett entspricht.
• In den bisher verwendeten Waschvorrichtungen, beispielsweise in einem Ansaugfilter, ist diese Flüssigkeitskammer ziemlich groß, sogar größer als das Flüssigkeitsvolumen, das in dem Pulpenbett enthalten ist. Dies ist ein wesentlicher Grund, warum die Verdrängungs- oder Austauscheffizienz dieser Geräte bestenfalls nur ein Drittel von dem ist, was möglich ist, unter idealen Bedingungen zu erreichen. Auf der anderen Seite enthält in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorrichtungskomponente, die das Pulpenbett vorwärts fördert, ein sehr kleines Flüssigkeitsvolumen, nur in der Größenordnung eines 1/200 Teils des Volumens, das in dem Pulpenbett enthalten ist, da er nur aus einem perforierten Metallblatt von nur ungefähr einem Millimeter Dicke besteht, wobei sein perforiertes Teilvolumen ungefähr 20% beträgt. Aus diesem Grund ist der negative Effekt in Bezug auf den Austausch praktisch ohne Signifikanz.
• Wenn dieser Faktor zu dem obengenannten, nahezu idealen Bilden des Pulpenbettes und dessen Beibehalten durch die gesamte Vorrichtung hinzugefügt wird, folgt daraus, aus dem Gesichtspunkt des Waschens, daß die Flüssigkeitsverdrängung nahe dem ist, was mit einem idealen Pulpenbett erreichbar ist.
• Abgesehen von dem oben genannten wirksamen Flüssigkeitsaustausch und Waschen bringt das erfindungsgemäße Verfahren und sein bevorzugtes Vorrichtungssystem ebenfalls weitere Vorteile mit sich:
• - mit einer Vorrichtung ist es möglich, die gesamte Pulpenwaschung durchzuführen und die gesamte tägliche Waschabteilung auszutauschen
• - die Vorrichtung ist einfach, klein und von geringem Gewicht, und sie benötigt kein getrenntes Gebäude
• - der Stromverbrauch beträgt nur ungefähr ein Zehntel von dem einer derzeitigen Vorrichtung
• - andere Betriebskosten sind ebenfalls gering, da die Steuerung vollautomatisch ist, der Unterhalt und die Streuerung einfacher sind als mit derzeitigen Vorrichtungen, und keinerlei Schäumingsprobleme bestehen
• - abgesehen von ihrer Verwendung in der Waschabteilung ist die Vorrichtung ebenfalls besonders geeignet für das Pulpenbleichen, da mehrere Flüssigkeitsaustauschschritte in derselben Vorrichtung durchgeführt werden können,
• - sie ist geeignet für jede Art von Pulpe
• - die Vorrichtung zur Erzeugung von tausend Tonnen Pulpe pro 24 Stunden ist in ihren Abmessungen klein, wobei der Gesamtdurchmesser nur 10 Meter und die Höhe ungefähr 12 Meter betragen.
• Obwohl das Verfahren bei höchst unterschiedlichen Verfahrensbedingungen angewendet werden kann, was das Waschen von Pulpe betrifft, sind in seiner bevorzugten Ausführungsform die Hauptverfahrensvariablen von folgender Größenordnung:
• Die Zuführkonsistenz ist von 2-4%. Die Dicke des Pulpenbettes beträgt 20-100 mm, vorzugsweise ungefähr 50 mm. Die Druckdifferenz zum Erreichen des Flüssigkeitsaustausches beträgt 1-4 Meter Wassersäule. Die Trennflächen-Bewegungsgeschwindigkeit beträgt 0,2-1 m/s, vorzugsweise ungefähr 0,5 m/s. Der Mengenkoeffizient von Flüssigkeitsaustausch oder -verdrängung von einer Behandlungsstufe beträgt ungefähr 1.1. Auf der Basis der oben genannten Werte ist die gesamte Rückhaltezeit des Faserbettes in einem Verfahrensschritt zwischen 5 und 15 Sekunden, normalerweise ungefähr 10 Sekunden.
• In diesem Fall ist es möglich, mit einer Vorrichtung, die einen Trenntrommeldurchmesser von ungefähr 8 Metern und eine Höhe von ungefähr 6 Metern hat, und die vier Waschstufen enthält, 1000 Tonnen von Sulfatpulpe pro Tag zu behandeln, d.h. die Vorrichtung allein entspricht einer gesamten Waschabteilung.

Claims (13)

1. Kontinuierliches Arbeitsverfahren zum Ersetzen der Flüssigkeit in einer flüssigen Suspension eines faserartigen oder feinverteilten Materials wenigstens teilweise mit einer anderen Flüssigkeit, die in ihren physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften unterschiedlich ist, durch Bilden eines Bettes (32) von diesem Material auf einer sich bewegenden Filteroberfläche (7) und durch Verdrängen der Flüssigkeit, die in diesem Bett vorliegt mit der anderen Flüssigkeit, dadurch kennzeichnet, daß das Materialbett (32) auf einer zylindrischen Filteroberfläche (7) gebildet wird, die in einer vertikalen Ausrichtung unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (31) in einem Behälter (14) angeordnet wurde, und sie kontinuierlich zum Durchführen einer Filtration und einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Flüssigkeitsverdrängungen vorwärts fördert, die durchgeführt werden unter Beibehalten einer hydrostatischen Druckdifferenz über das gebildete Bett, wobei das Bett kontinuierlich horizontal vorwärts bewegt wird und durch das Bett sich Flüssigkeiten während der Filtration und Flüssigkeitsverdrängung horizontal bewegen, und, nachdem die letzte Flüssigkeitsverdrängung stattgefunden hat, das Materialbett (32) von der Filteroberfläche (7) mittels einer Löseflüssigkeit (36) gelöst wird, die der Filteroberfläche von einer Seite hinzugefügt wird, die entgegengesetzt zu der Seite mit der Suspension und der Verdrängungsflüssigkeit ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß der Weg bzw. die Bahn, entlang der die zylindrische Filteroberfläche (7) das Materialbett (32) während des Filtrierens und der Flüssigkeitsverdrängung fördert einen konstanten oder nahezu konstanten Krümmungsradius aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Materialbett (32) auf der inneren Oberfläche der zylindrischen Filteroberfläche (7) ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußrichtung der flüssigen Suspension bevor das Materialbett (32) daraus gebildet wird, parallel zur Richtung des Flusses von Flüssigkeit in dem gebildeten Materialbett ist, und daß die Richtung des Flusses von Flüssigkeit, die in den Flüssigkeitsverdrängungen verwendet wird, bevor die Flüssigkeit das Materialbett trifft, parallel zur Richtung des Flusses von Flüssigkeit in dem gebildeten Materialbett ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Filterkammern (41-43) der Flüssigkeitsverdrängungszonen durch derartige Trennwände (16,17) voneinander getrennt sind, daß die benachbarten Filterkammern miteinander kommunizieren, so daß die Filtratpegel in ihnen auf nahezu demselben Pegel verbleiben und so, daß zuerst jener Filtratbereich, der die Filteroberfläche (7) am Trennpunkt verlassen hat, sich von einer Filtratkammer zur benachbarten Filtratkammer bewegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck über die Filteroberfläche (7) zur Bildung des Pulpenbettes (32) und zum Beenden der Flüssigkeitsverdrängungen, beibehalten wird, durch Beibehalten eines höheren Flüssigkeitspegels (30) auf der Seite der Filteroberfläche, auf der das Materialbett gebildet ist, als auf der anderen Seite (31).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialbett (32) von der Filteroberfläche (7) durch Beibehalten eines höheren Flüssigkeitspegels auf der Seite der Oberfläche, von der die Ablöseflüssigkeit zugeführt wird, getrennt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Fasermaterials, die der Filtration zugeführt wird, und die Faserkonzentration in ihrer flüssigen Suspension auf einen konstanten Wert eingestellt wird, durch Einstellen der Flüssigkeitsmenge, die mit der Fasermaterialsuspension gemischt wird, bevor sie in die Filtration geschickt wird, so daß die Suspensionszuführrate konstant verbleibt, wenn der Pegel der Suspension in seinem Zuführbehälter (33) oder die Druckdifferenz über die Filteroberfläche (7) beim Filtern auf einen konstanten Wert eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat der letzten Flüssigkeitsverdrängungszone in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und der letztere Abschnitt als Teil der Waschflüssigkeit in derselben Flüssigkeitsverdrängungszone verwendet wird, und die Menge dieser Fraktion derart eingestellt wird, daß deren maximale chemische Konzentration, die für diese Fraktion die Konzentration des ersten von der Filteroberfläche (10) in diese Fraktion kommenden Filterbereichs ist, konstant bleibt.

10. Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeitssuspension eines faserhaltigen oder feinverteilten Materials und zum Verdrängen der Suspensionsflüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit, die unterschiedlich ist in ihren physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, wobei die Vorrichtung eine bewegbare Filteroberfläche (7), auf der ein Materialbett (32) gebildet werden kann, eine Einrichtung zum Zuführen der Suspension (33), der Verdrängungsflüssigkeit (37, 38) und einer Flüssigkeit (36) zum Lösen des Materialbetts (32) von der Filteroberfläche (7) nach der Flüssigkeitsverdrängung, und eine Einrichtung zum Sammeln der Flüssigkeit, die durch die Filteroberfläche hindurch gegangen ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteroberfläche (7) als ein vertikaler Zylinder ausgebildet wurde, der in einem Behälter (14) eingesetzt ist, so daß die Filteroberfläche unterhalb der Oberfläche (31) der Flüssigkeit in dem Behälter verbleibt, wobei in diesem Fall der Fluß von Flüssigkeit durch die Filteroberfläche und das Bett (32) darauf, in Verbindung mit den Filtern und der Flüssigkeitsverdrängung, in einer horizontalen Richtung stattfindet, und daß Einrichtungen zum Zuführen von Löseflüssigkeit (36) auf einer Seite der Filteroberfläche entgegengesetzt jener der Suspension und Verdrängungsflüssigkeitszuführeinrichtungen (33, 37, 38) vorgesehen sind, wobei die Richtung des Flusses in Verbindung mit dem Lösen demzufolge entgegengesetzt zu jener des Filterns und der Flüssigkeitsverdrängung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der zylindrischen Filteroberfläche (7) auf der Bahn entlang der die Filteroberfläche das Materialbett (32) bewegt, im Wesentlichen konstant ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (33) zum Zuführen der Suspension und der Verdrängungsflüssigkeit (37, 38) innerhalb der zylindrischen Filteroberfläche (7) angeordnet sind, derart, daß das Materialbett (32) an der Innenseite der Filteroberfläche gebildet wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammern (41 bis 43) der verschiedenen Flüssigkeitsverdrängungszonen voneinander mittels derartiger Trennwände (16, 17) getrennt sind, daß die benachbarten Filtratkammern miteinander in Verbindung stehen, so daß die Oberflächenpegel der Filtrate in ihnen ungefähr auf demselben Pegel und in derartiger Weise verbleiben, daß die Filtratfraktion, die die Filteroberfläche (7) an der Trennwand verlassen hat, diejenige ist, die sich zunächst von einer Filtratkammer zur nächsten Filtratkammer bewegt.