DE69106392T2

DE69106392T2 - Hochgeschwindigkeits-doppelscheibenrefiner mit kontrollierbarer intensität.

Info

Publication number: DE69106392T2
Application number: DE69106392T
Authority: DE
Inventors: William L Bohn; Gary L Jackson; Martin J Sferrazza
Original assignee: Andritz Sprout Bauer Inc
Current assignee: Andritz Sprout Bauer Inc
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2011-08-01
Also published as: NZ239577A; EP0566570B1; WO1992012290A1; US5167373A; JPH0759798B2; EP0566570A1; AU653738B2; AU8316091A; DE69106392D1; CA2096591C; JPH05508891A; ATE116392T1; CA2096591A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Scheibenraffineure und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anordnung zur Drehung der Scheiben eines Zweischeiben-Raffineurs für großen Zusammenhang oder -halt oder hohe Stoffdichten.
Zweischeiben-Raffineure werden seit vielen Jahren verwendet, um Faserbrei und ähnliche Materialien zu raf finieren, indem der Faserbrei der Erwärmung und den Belastungen unterworfen wird, die entstehen, wenn der Faserbrei sich radial durch eng beieinanderliegende, sich im Gegensinn drehende Scheiben bewegt. Die gewöhnliche Antriebsgeschwindigkeit für die cheiben beträgt in Nordamerika 1200 U/min. Es ist jedoch bekannt, daß der Betrieb des Zweischeiben-Raffineurs bei 1800 U/min den Energieverbrauch zur Erzielung derselben Röschheit des raffinierten Produktes, wie bei der Drehung mit 1200 U/min, um annähernd 20 % verringert. Dieser Gewinn bei der Energie wird jedoch durch den erheblichen Anstieg der Ausrüstungskosten, der mit dem Antrieb beider Scheiben mit 1800 U/min verbunden ist, verringert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung geht von dem Stand der Technik aus, der aus dem US-Patent 3,765,613 bekannt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, durch die bzw. das ein Zweischeiben-Raffineur die gleiche Verringerung des Energieverbrauchs erreichen kann wie ein Zweischeiben-Raffineur, der bei 1200 U/min betrieben wird, während die Faserbreiqualität so gut wie oder besser als bei Zweischeibenraffineuren ist, die bei 1800 U/min betrieben werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die eine Scheibe des Zweischeibenraffineurs mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit und die andere Scheibe mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit angetrieben wird. Insbesondere werden die gewünschten Ergebnisse durch die vorliegende Erfindung bei einem Zweischeiben-Raffineur mit einer Scheibe an der Speiseseite oder Einlaufseite, durch die das zugeführte Material in die Raffinierzone zwischen der Scheibe an der Speiseseite oder Einlaufseite und der entgegengesetzt laufenden Scheibe an der Steuerseite eingeleitet wird, dadurch erreicht, daß die Scheibe an der Steuerseite mit einer geringeren Geschwindigkeit rotiert als die Scheibe an der Einlaufseite.
Bei einer typischen Realisierung der vorliegenden Erfindung rotiert die Scheibe an der Einlaufseite mit 1800 U/min und die Scheibe an der Steuerseite mit 1200 U/min. Andere absolute und relative Geschwindigkeiten der entgegengesetzt rotierenden Scheiben können ebenfalls vorteilhafte Ergebnisse im Verhältnis zum konventionellen Gegeneinanderrotieren der beiden Scheiben mit gleicher Geschwindigkeit liefern. Tests haben gezeigt, daß dann, wenn die Stoffdichte des Faserbreis, der Druckabfall und die Leistungsaufteilung zwischen den Probeläufen gleichgehalten wurden, die Verwendung von 1800 U/min für die Scheibe an der Einlaufseite und 1200 U/min für die Scheibe an der Steuerseite das überraschende Ergebnis liefert, daß sowohl eine ähnliche Verringerung des Energieverbrauchs als auch eine ähnliche Qualität des Faserbreis erreicht wird wie bei der Raffinierung bei hoher Geschwindigkeit, bei der beide Scheiben mit 1800 U/min entgegengesetzt zueinander rotieren.
Der offensichtliche Vorteil, der aus dieser Erkenntnis folgt, ist der, daß bei einer bedeutenden Einsparung von Ausrüstungskosten anstelle von zwei Mochgeschwindigkeitsmotoren nur ein Mochgeschwindigkeitsmotor für den Raffineur erforderlich ist. Diese Einsparungen werden hauptsächlich bei der Nachrüstung eines vorhandenen Raffineurs zur verbesserten Energieausnutzung wirksam, und weniger bei der Herstellung von neuen Zweischeibenraffineuren für die Auslieferung.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine größere Flexibilität bei der Raffinierintensität eines Zweischeiben-Raffineurs zu erreichen. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel, wenn der Zweischeiben-Raffineur so betrieben wird, daß sich die Scheibe an der Steuerseite mit 1800 U/min und die Scheibe an der Einlauf seite im Gegensinn mit 1200 U/min dreht, ist das Nettoergebnis eine Raffinierung mit geringerer Intensität und eine hohe Abreißfestigkeit, jedoch ohne wesentliche Energieeinsparung gegenüber dem Fall, daß die beiden entgegengesetzt zueinander laufenden Scheiben mit 1200 U/min rotieren.
Auf diese Weise führt die vorliegende Erfindung, als Ergebnis der Verwendung verschiedener Antriebsgeschwindigkeiten für die gegenüberliegenden Scheiben eines Zweischeiben-Raffineur- Systems, zu einer wesentlich besseren Steuerbarkeit des Raffinierprozesses. Vorzugsweise rotiert die eine Scheibe mit einer Geschwindigkeit größer als etwa 1500 U/min und die andere Scheibe mit einer Geschwindigkeit kleiner als 1500 U/min. Es hat sich herausgestellt, daß zum Zweck der Energieoptimierung die Scheibe an der Einlaufseite annähernd 50 % schneller angetrieben werden sollte als die Scheibe an der Steuerseite. Wenn besondere Produkteigenschaften gewünscht werden und die Energiebedingungen untergeordnet sind, könnte die Geschwindigkeit der einen Scheibe bei einem Wert liegen, der etwa 25 bis 75 % größer ist als die Geschwindigkeit der anderen Scheibe. Wenn zum Beispiel die eine Scheibe mit 1200 U/min gedreht wird, dann kann die Geschwindigkeit der anderen irgendwo zwischen 1500 U/min (25 % größer als 1200 U/min) und 2100 U/min (75 % größer als 1200 U/min) liegen.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels deutlich sichtbar werden, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, in welchen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht darstellt, die eine Zweischeiben-Raffineur-Vorrichtung des Typs zeigt, der zur Realisierung der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Gehäuses und der benachbarten Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Raffineur-Vorrichtung darstellt;
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Stirnfläche der in Fig. 2 gezeigten Scheibe an der Einlaufseite darstellt;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Stirnfläche der in Fig. 2 gezeigten Scheibe an der Steuerseite darstellt;
Fig. 5 ein Vergleichsdiagramm des mit der Erfindung zusammenhängenden Energiebedarfs in Bezug zu bekannten Raffineur-Vorrichtungen darstellt;
Fig. 6 eine Auflistung der Verweilzeiten des Faserbreimaterials in der Raffinierzone bei verschiedenen Stoffdichten und unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Scheibe an der Einlaufseite darstellt;
Fig. 7 und 8 Vergleichsdiagramme des Berst- oder Burstindex für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 9 und 10 Vergleichsdiagramme des Abreißindex für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 11 und 12 Vergleichsdiagramme des Zugfestigkeits- oder Zugindex für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 13 und 14 Vergleichsdiagramme des Streukoeffizienten für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 15 und 16 Vergleichsdiagramme des Inhaltes an Pflanzenresten für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 17 und 18 Vergleichsdiagramme der großstückigen Faserfraktion für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 19 und 20 Vergleichsdiagramme der langen Faserfraktion für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 21 und 22 Vergleichsdiagramme der feinen Faserfraktion für die Erfindung und für bekannte Raffineur-Vorrichtungen darstellen;
Fig. 23 und 24 Vergleichsdiagramme der Probeblattmasse für die Erfindung und für bekannte Raffineur- Vorrichtungen darstellen.
Fig. 1 zeigt einen Zweischeiben-Raffineur des Typs, der für die Realisierung der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist. Der Raffineur 10 wird von einem Fundament oder einer Plattform 12 getragen und enthält als funktionelles Hauptelement ein Gehäuse 14, dem das Einsatzmaterial durch einen Einlaufmechanismus 16 zugeführt wird. Erste und zweite koaxiale Wellen 18, 20 werden unabhängig voneinander durch elektrische Motoren und zugehörige Steuereinheiten angetrieben, die sich in den Antriebsgehäusen 22, 24 außerhalb des Gehäuses l4 befinden. Damit wird innerhalb des Gehäuses 14 eine Scheibe 26 an der Einlaufseite koaxial mit Abstand und entgegengesetzt zu einer Scheibe 28 an der Steuerseite gedreht. Die Welle 18 wird von äußeren und inneren Lagern 30, 32 geführt, und desgleichen wird die Welle 20 von äußeren und inneren Lagern 34, 36 geführt. Mit dem Gehäuse 14 ist vorzugsweise ein Kollisionskontrollsystem verbunden, welches sicherstellt, daß der Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden Scheiben 26, 28 stets größer als ein minimaler Sicherheitswert gehalten wird. Desgleichen sind Vorrichtungen zur Einstellung des Zwischenraumes zwischen den Scheiben vorgesehen, wie zum Beispiel ein hydraulischer Zylinder 40, mit dem die Welle 20 und die zugehörige Scheibe 28 in Richtung der Wellenachse nach rechts oder links gestellt werden können. Obwohl die in Fig. 1 gezeigten Scheiben 26, 28 im wesentlichen ringförmig sind, sollte der hier verwendete Ausdruck so verstanden werden, daß er funktionelle Äquivalente mit verschiedenen Formen umfaßt, wie z.B. konische oder kugelförmige ineinandergreifende Oberflächen, zwischen denen sich eine Raffinierzone befindet.
Das US-Patent 3,765,613, "Pulp Refining System and Apparatus", dessen Offenbarung hiermit als Referenz aufgenommen wird, enthält weitere Informationen zu dem Zweischeiben-Raffineur des in Fig. 1 gezeigten Typs. Die Offenbarungsgehalte des US-Patents 3,799,456, "Refiner Plate Clearence Control System" und des US-Patents 4,950,986 "Magnetic Proximity Sensor For Measuring Gap Between Opposed Refiners Plates", welche hiermit als Referenz aufgenommen werden, beschreiben zwei Arten von Kollisionsverhütungstechniken, die in dem Kästchen 38 in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können, jedoch sind auch andere kommerziell verfügbare Arten geeignet. Der in Fig. 1 gezeigte Einlaßmechanismus 16 ist vorzugsweise der Typ, der gegenwärtig von ABB Sprout-Bauer, Inc., Muncy, Pennsylvania, unter der Handelsmarke "Topwinder" kommerziell verfügbar ist.
Die Motorensätze in den Antriebsgehäusen 22, 24 besitzen gewöhnlich sechs Pole und laufen an dem in Nordamerika üblichen 60 Hz-Dreiphasenstromnetz mit einer Geschwindigkeit von 1200 U/min, obwohl auch bekannt ist, Vierpolmotoren bei 1800 U/min zu betreiben. In Europa beträgt die Standardgeschwindigkeit von Vierpolmotoren wegen des 50 Hz-Standards 1500 U/min. Es ist allgemein bekannt, daß sowohl der Motor als auch die Wellen normalerweise mit einer Geschwindigkeit laufen, die mit der Anzahl der Pole und der Frequenz des Leitungsstromes zusammenhängt.
In einer dem Praktiker auf diesem Gebiet allgemein bekannten Weise wird das Einsatzmaterial durch eine horizontale Fördereinrichtung 42 des Einlaßmechanismus 16 zugeführt und von einer Vorschubspindel 44 durch die Speisetülle 46, die in das Gehäuse 14 hineinragt, befördert. Das Einsatzmaterial durchläuft die Scheibe 26 an der Einlaufseite und kommt in die Raffinierzone 48 zwischen den Scheiben, wo der Faserbrei unter dem Einfluß von Wärme und Reibung, die durch die sich entgegengesetzt drehenden Scheiben erzeugt werden, raffiniert wird. Der Faserbrei fließt radial im Zwischenraum zwischen den Scheiben in radialer Richtung und wird in bekannter Weise aus dem Gehäuse 14 abgeführt.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Gehäuses und der zugehörigen inneren Komponenten. Innerhalb des Gehäuses 14 trägt jede Scheibe 26, 28 eine oder mehrere Mahlplatten 50, 52, welche nebeneinander liegen und welche sorgfältig festgelegte Oberflächeneigenschaften besitzen, um die Art der Bearbeitung des Faserbreis zu beeinflussen, wenn er radial die Raffinierzone 48 zwischen ihnen durchläuft. Jede der Scheiben 26, 28 ist gewöhnlich zur Ankopplung der Antriebsabschnitte 54, 56 der Wellen 18 beziehungsweise 20 ringförmig ausgebildet und sitzt mit Hilfe einer Preßpassung, die die Keilanordnungen 58 beziehungsweise 60 enthält, auf ihnen fest. Die Speisetülle 46 ist mit dem Gehäuse 14 verbunden und umgibt die Welle 18, so daß ein Durchgang 64 entsteht, der zu Öffnungen 66 in der Scheibe 26 an der Einlaufseite führt, die an die Achse 76 angrenzen. Auf dem Teil der Welle 18, der durch die Speisetülle 46 läuft, ist vorzugsweise ein Schneckengang 62 angebracht, um eine erfolgreiche Zuführung gegen die rückströmenden Dämpfe sicherzustellen und die Stoffdichte des zugeführten Faserbreis beizubehalten, welcher den Durchgang 64 in die Öffnung 66 durchquert.
Die Scheiben 26, 28 besitzen gewöhnlich den gleichen Außendurchmesser, durch welchen die kreisförmige äußere Begrenzung festgelegt wird, welche der raffinierte Faserbrei unmittelbar vor der Entnahme durch die Gehäusewand 14 durchläuft. Weitere Einzelheiten zu der Scheibe 26 an der Einlaufseite und der Scheibe 28 an der Steuerseite können dem US-Patent 3,889,890, "Refiner Disk", und den Fig. 3 und 4 entnommen werden, die unmittelbar nachfolgend beschrieben werden.
Die inneren Lager 32, 36 enthalten gewöhnlich Lagergehäuse 68, 72 und zugehörige Sicherungsringe zum Festhalten der Lagerelemente 70, 74 gegen die sich drehenden Wellen. Schmier- und Drainageleitungen, wie z.B. bei 78, 80 gezeigt, sind in bekannter Weise vorgesehen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Zweischeiben-Raffineur 10 so betrieben, daß sich die Scheibe 26 an der Einlaufseite mit einer Geschwindigkeit dreht, die sich von der der Scheibe 28 an der Steuerseite unterscheidet, um spezielle Faserbreieigenschaften zu erzeugen. Vorzugsweise wird die eine Scheibe bei einer Geschwindigkeit oberhalb etwa 1500 U/min betrieben, wohingegen die andere Scheibe unterhalb etwa 1500 U/min betrieben wird. In Nordamerika würden die unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorzugsweise bei 1800 U/min und 1200 U/min liegen.
Tests haben ergeben, daß die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Zweischeiben-Haupt-Raffineurs von den konventionellen 1200 U/min auf 1800 U/min den Gesamtenergieverbrauch über zwei Stufen um 20 % reduzieren kann. Weitere Tests haben ergeben, daß der größte Teil der Energieeinsparungen durch die Geschwindigkeit von 1800 U/min der Scheibe 26 an der Einlaufseite zustande kommt. Andererseits erhält man, wenn nur die Scheibe 28 an der Steuerseite mit 1800 U/min läuft, bei demselben Energieverbrauch, als wenn beide Scheiben mit 1200 U/min laufen, verbesserte Faserbreieigenschaften.
Diese Beobachtungen entsprechen der Theorie, daß die Scheibe 26 an der Einlaufseite die Verweilzeit des Faserbreis im Raffineur bestimmt. Folglich führt die kürzere Verweilzeit, welche aus einer höheren Geschwindigkeit der Scheibe an der Einlaufseite resultiert, zu einer höheren Bearbeitungsintensität und einem niedrigeren Energieverbrauch für die Erzeugung einer gegebenen Röschheit im Material. Außerdem wird damit das Abreißen und Aufplatzen bei einer gegebenen Röschheit verringert. Da die Bearbeitung des Materials damit beginnt, daß es die Scheibe an der Einlaufseite passiert, rotiert es in hohem Maße zusammen mit der Scheibe an der Einlaufseite. Das führt dazu, daß die Scheibe an der Einlaufseite der bestimmende Faktor für die auf das Material wirkende Zentrifigalkraft ist. Folglich reduziert eine höhere Geschwindigkeit der Scheibe an der Einlaufseite die Verweilzeit des Materials zwischen den Platten um einen höheren Betrag, als eine höhere Geschwindigkeit der Scheibe an der Steuerseite.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die sich gegenüberstehenden Oberflächen der Scheiben 26 beziehungsweise 28. Die Scheibe 26 an der Einlaufseite ist kreisförmig und besitzt radial innere und äußere Bereiche. Der innere Bereich enthält eine Nabe mit zugehöriger Abdeckung 84 für den Anschluß der Welle, diskrete Einlaßöffnungen 66, die die Nabe umgeben, und feste Stegreihen oder Speichen 82, durch welche der innere Bereich fest mit dem äußeren Bereich verbunden ist. Der äußere Bereich enthält nebeneinander mehrere Plattensegmente, die eine ringförmige Mahlplatte 50 bilden. Jedes Segment 50' ist im wesentlichen gleich aufgebaut. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jedes Segment 50' radial gerichtete Reihen mit groben, mittleren und feinen Balken 86, 88 beziehungsweise 90. Die kreisrunde Scheibe 28 an der Steuerseite besitzt genau denselben Durchmesser wie die Scheibe 26 und denselben äußeren Bereich, wobei die Platte 52 durch mehrere Plattensegmente 52' gebildet wird, die im allgemeinen völlig identisch mit den in Fig. 3 gezeigten Segmenten 50' sind. Der innere Bereich der Scheibe 28 an der Steuerseite weist im Gegensatz zum inneren Bereich der Scheibe an der Einlaufseite eine im wesentlichen feste Oberfläche auf, wie z.B. in Form einer Halteplatte 92, d.h. in der Scheibe 28 an der Steuerseite sind keine Einlaßöffnungen vorhanden.
Es wurde theoretisch behauptet, daß das Speisematerial für einen Zweischeiben-Raffineur vorzugsweise der Scheibe an der Einlaufseite folgt, weil die Speichen 82 der Scheibe an der Einlaufseite dazu dienen, das Material in Richtung der Platten 50 an der Einlaßseite zu beschleunigen. Die Scheibe an der Steuerseite, welche auf der Platte 52 im wesentlichen dasselbe Streifenmuster aufweist, bestimmt die Anzahl und die Art von "Streifendurchläufen", die für das Auftreten jeder Komponente der Raffinierintensität erforderlich sind. Der Ausdruck "Raffinierintensität" und andere hier verwendete Ausdrücke werden im Anhang zu dieser Beschreibung definiert.
Die Intensität, welche bei Verringerung der Verweilzeit ansteigt, wird deshalb auch mehr durch die Geschwindigkeit der Scheibe an der Einlaufseite als durch die Geschwindigkeit der Scheibe an der Steuerseite beeinflußt. Die Intensität pro Aufprall (oder pro Streifendurchlauf) wird ebenfalls direkt durch die Relativgeschwindigkeit der beiden Scheiben beeinflußt, sobald die Verweilzeit festgelegt ist. Im Gegensatz dazu reduziert sich die Energie, die erforderlich ist, um eine vorgegebene Röschheit zu erreichen, im Verhältnis zum Betrieb beider Scheiben bei 1200 U/min nicht, wenn nur die Geschwindigkeit der Scheibe 28 an der Steuerseite auf 1800 U/min erhöht wird. Dies liefert jedoch eine niedrigere Intensität, und dies wiederum erhöht die Indizes für das Aufplatzen (Burst- oder Berstindex) und Abreißen im Vergleich zum Betrieb bei 1200 U/min.
Der Betrieb beider Scheiben bei 1800 U/min führt stets zu Energieeinsparungen, die Qualitätskennziffern des Faserbreis ändern sich jedoch stärker im Ergebnis anderer Betriebsparameter, wie z.B. des Durchsatzes, der Stoffdichte und der Druckdifferenz. Verschiedene Tests zeigen, daß solche Qualitätsmerkmale, wie z.B. das Aufplatzen und Abreißen, entweder besser oder schlechter sein können als bei dem Betrieb der beiden Scheiben in der Grundbetriebsart mit 1200 U/min, in Abhängigkeit von diesen anderen Bedingungen.
Die mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Ergebnisse hinsichtlich höherer Leistung und die bessere Steuerbarkeit der Raffinierintensität lassen sich aus den quantitativen Vergleichen abschätzen, die in den Fig. 5 - 24 gezeigt werden. Den Fig. 5 und 7 - 24 liegen dieselben vier Raffinieranordnungen zu Grunde. Die Basis- oder Bezugsanordnung 100, bei der beide Scheiben mit 1200 U/min gegeneinander rotieren, wird durch den ausgefüllten Balken dargestellt. Die zweite Anordnung 200, bei der beide Scheiben mit 1800 U/min gegeneinander rotieren, wird durch den diagonal gestrichelten Balken dargestellt. Die dritte Anordnung 300, bei der sich die Scheibe an der Einlaßseite mit 1800 U/min und die Scheibe an der Steuerseite mit 1200 U/min dreht, wird als leerer Balken gezeigt, und bei der vierten Anordnung 400, die als horizontal gestrichelter Balken dargestellt ist, dreht sich die Scheibe an der Einlaufseite mit 1200 U/min und die Scheibe an der Steuerseite mit 1800 U/min.
In Fig. 5 wird der Energiebedarf für jede der Anordnungen, gemessen in KWh pro ofentrockene metrische Tonnen pro Tag bei einer Konstanten von 120 CSF, miteinander verglichen. Fig. 6 zeigt die Verweilzeiten in der Raffinierzone bei verschiedenen Stoffdichten des Faserbreis für die beiden Anordnungen 100 und 200, bei denen sich die Scheiben mit denselben Geschwindigkeiten von 1200 U/min bzw. 1800 U/min drehen. Aus diesen Daten wird gefolgert, daß die Verweilzeit bei höheren Geschwindigkeiten kleiner wird, und daß ein Hochgeschwindigkeits- Zweischeiben-Raffineur mit 1800 U/min den Energieverbrauch gegenüber der normalen Raffiniergeschwindigkeit von 1200 U/min um 25 % verringert. Auch wenn nur die Scheibe an der Einlaufseite mit 1800 U/min betrieben wird, bleibt der größte Teil der Einsparungen gegenüber der Basisanordnung 100 erhalten.
In Fig. 7 und 8 wird der Vergleich der Burstindizes für verschiedene Bedingungen gezeigt. Aus diesen Daten kann gefolgert werden, daß die Rupffestigkeiten bei höheren Drehgeschwindigkeiten der Festigkeit bei der Basisanordnug entsprechen, und daß der Betrieb der Scheibe an der Steuerseite mit höherer Geschwindigkeit die Festigkeit bei einer gegebenen Röschheit verbessert.
Der Vergleich der Abreißindizes wird in Fig. 9 und 10 gezeigt. Aus diesen Daten kann gefolgert werden, daß die Rotation einer oder beider Scheiben mit einer höheren Geschwindigkeit als bei der Basisanordnung die Faserlänge verringert, so daß der Abreißindex kleiner wird. Wird nur die Scheibe an der Steuerseite mit einer höheren Geschwindigkeit betrieben, hat das keinen entscheidenden Einfluß auf den Abreißindex, wenn er auf Basis konstanten Energieverbrauchs anstelle konstanter Röschheit bestimmt wird.
Die Fig. 11 und 12 zeigen den Zugfestigkeits- oder Zugindex unter zwei verschiedenen Bedingungen. Aus diesen Daten kann gefolgert werden, daß bei gegebenem Energieverbrauch durch höhere Geschwindigkeiten einer der Scheiben oder beider Scheiben eine bessere Zugfestigkeit entwickelt wird. Bei einer bestimmten Röschheit läßt sich die Zugfestigkeit nur mit der Scheibe an der Steuerseite optimieren, indem sie mit der höheren Geschwindigkeit läuft.
Die Ergebnisse des Streukoeffizienten unter zwei verschiedenen Bedingungen werden in den Fig. 13 und 14 gezeigt. Aus diesen Daten kann gefolgert werden, daß bei allen Anordnungen höhere Geschwindigkeiten zu einem höheren Streukoeffizienten führen und ein größerer Flächeninhalt erzeugt wird.
Die Fig. 15 und 16 zeigen einen Vergleich des Gehalts an Pflanzenresten unter zwei Bedingungen. Für eine gegebene Röschheit erzeugen alle Anordnungen, bei denen eine höhere Scheibengeschwindigkeit benutzt wird, einen größeren Gehalt an Pflanzenrsten, wenn jedoch auf eine bestimmte Leistung normiert wird, ist der Gehalt an Pflanzenresten bei Scheiben mit einer höheren Geschwindigkeit kleiner.
Die Fig. 17 - 20 zeigen grobe und lange Faserfraktionen unter verschiedenen Bedingungen, woraus gefolgert werden kann, daß in jedem Fall die Verwendung von Scheiben mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in demselben Raffineur eine andere Wirkung erzeugt, als wenn die beiden Scheiben mit derselben Geschwindigkeit laufen.
Die Fig. 21 und 22 zeigen einen Vergleich der feinen Faserfraktion, aus welchem gefolgert werden kann, daß bei einer erhöhten Geschwindigkeit der Scheibe an der Einlaufseite im Verhältnis zur Scheibe an der Steuerseite im wesentlichen die gleiche Feinheit der Faserfraktion erreicht werden kann wie bei Scheiben, die mit gleichhoher Geschwindigkeit laufen.
Und schließlich liefern die Fig. 23 und 24 einen Vergleich der Probeblattmasse, aus welchem gefolgert werden kann, daß sich dann, wenn entweder die Scheibe an der Einlaßseite und/oder die Scheibe an der Steuerseite mit einer erhöhten Geschwindigkeit von 1800 U/min betrieben werden, eine Reduzierung der Masse gegnüber der Grundbetriebsweise ergibt.
Es sei angemerkt, daß üblicherweise die Motoren in den in Fig. 1 gezeigten Gehäusen 22, 24 integrale oder angekoppelte Synchron- oder Induktionsmotoren sind, welche sich im stationären Zustand mit derselben festen Drehzahl drehen. Diese Motoren sind üblicherweise direkt mit der Welle verbunden, so daß die Geschwindigkeit der Welle dieselbe wie die der Motoren ist. Es ist klar, daß eine Änderung der Drehgeschwindigkeit einer Welle und der dazugehörigen Scheibe durch Ersetzen eines Motors, oder durch den Einsatz eines Getriebes, einer Leistungsansteuerung mit variabler Frequenz oder dergleichen gelöst werden kann. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Geschwindigkeit einer Welle besteht darin, den vorhandenen Motor, welcher sechs Pole besitzt und mit 1200 U/min läuft, auf vier Pole abzuändern, so daß er mit 1800 U/min betrieben wird. Außerdem könnten andere Antriebsvorrichtungen, wie z.B. Strömungsturbinen, verwendet werden. Für ein gegebenes Wertepaar von Geschwindigkeiten ist das Leistungsverhältnis der beiden Scheiben automatisch dadurch festgelegt, daß die Drehmomente stets gleich sind. Da die Leistung dem Produkt aus Drehmoment und Drehzahl entspricht, ist das Leistungsverhältnis der Antriebsvorrichtungen, d.h. der Motoren, proportional zum gewünschten Drehzahlverhältnis. Eine andere Grundlage der Leistungsverteilung liegt nicht vor.
Der Fachmann wird sich bewußt sein, daß bei Erhöhung der Geschwindigkeit einer Welle eines konventionellen Zweischeiben-Raffineurs gemäß vorliegender Erfindung die Lager und die dazugehörigen mechanischen Dichtungen in einfacher Weise an die neuen Anforderungen angepaßt werden müssen.
Obwohl nicht unbedingt erforderlich, ist die in Fig. 1 als Baugruppe 16 gezeigte Topwinder-Zuführungseinrichtung oder ihr Äqivalent wünschenswert, um eine hohe Gleichmäßigkeit der Zuführung des Faserbreis in die Raffinierzone zu erhalten. Dies unterstützt die Einhaltung der Gleichmäßigkeit des ausgegebenen Produktes. In gleicher Weise erfordert, obwohl das in Fig. 1 gezeigte Plattenkollisionsschutzsystem 38 nicht unbedingt erforderlich ist, die höhere Drehgeschwindigkeit der Scheibe, wie z.B. 1800 U/min, gegenüber den üblichen 1200 U/min geringere Spalte zwischen den Platten, wodurch ein möglicher Zusammenstoß der Platten wahrscheinlicher wird.
Aus den obigen Daten kann der Fachmann entnehmen, daß der Betrieb jeder Scheibe in einem Zweischeiben-Raffineur mit einer anderen Geschwindigkeit zwei entscheidende Vorteile bringt. Als erstes gestattet es die Erfindung dem Bediener, gegenüber der Grundanordnung, bei der jede Scheibe mit derselben Geschwindigkeit von 1200 U/min betrieben wird, Energieeinsparungen zu realisieren, während das gleiche Qualitätsniveau in vielen Produkteigenschaften erreicht wird, wenn sich die Scheibe an der Einlaufseite zum Beispiel mit einer 50 % höheren Geschwindigkeit als die Scheibe an der Steuerseite dreht. Gegenüber dem konventionellen Verfahren, bei dem beide Scheiben mit derselben niedrigen oder hohen Geschwindigkeit von 1200 oder 1800 U/min betrieben werden, erreicht man mit der vorliegenden Erfindung andere qualitative Produkteigenschaften, welche mit keiner der herkömmlichen Zweischeiben-Raffineur-Vorrichtungen erreichbar sind. Darüber hinaus können die günstigen Ergebnisse durch den Antrieb der gegenüberliegenden Scheiben mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auch dann erreicht werden, wenn beide Scheiben Einlaßdurchgänge für die Zuführung von Material in die Raffinierzone aufweisen.
Glossar ausgewählter Ausdrücke
Rupffestigkeit
Eine Meßgröße, die kennzeichnet, wie stark die Fasern in einem Blatt Papier miteinander verbunden sind. Zum Test gehört die Verwendung eines Klebers, um etwas auf die Papieroberfläche zu kleben und dann die Kraft zu messen, die Pro Flächeneinheit erforderlich ist, um das Papier abzutrennen. Burst
Burst Index
Berst- oder Burstfestigkeit/Gewichtseinheit. Die Burstfestigkeit wird in einem Labortest bestimmt, bei welchem eine Probe des Papiers in einem Ring festgeklammert und einem ansteigenden Druck durch ein Gummidiaphragma unterworfen wird, bis die Probe zerreißt. Der Druck in kPa wird als Burstdruck aufgezeichnet.
CSF
Kanadische Standard Röschheit, eine Meßgröße für das Tempo, mit dem das Wasser aus einer Menge Faserbrei abläuft. Dies ist ein einfacher Test, welcher hilft, andere Faserbreiqualitäten vorauszusagen. Im allgemeinen reduziert ein höherer Energieaufwand im Verfahren die Faser- und Partikelgröße, was wiederum das Tempo der Entwässerung verringert. Ein niedrigerer numerischer Wert entspricht kleineren Fasern und Partikeln.
Röschheit Kurz für CSF
Probeblattmasse
Ein Maß für das spezifische Volumen eines kleinen Blattes Papier, das durch eine Standard-Labor-Ausrüstung unter Verwendung einer Faserbreiprobe aufbereitet wird.
Intensität
Eine Meßgröße für die Energiemenge, die für das zu raffinierende Material aufgewendet wird. Allgemein definiert als spezifische Energie pro Einwirkung auf das Material, wenn es die Streifendurchläufe oder dergleichen zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Mahlplatten durchläuft. Die spezifische Energie wird als die Leistung definiert, die pro Durchsatzeinheit aufgewendet wird.
ODMT
Ofentrockene metrische Tonnen pro Tag
PULMAC
Ein Tester zur Bestimmung des Gehaltes an Pflanzenresten
Streu-Koeffizient
Eine Meßgröße für die Lichtreflektion an einem Blatt Papier.
Gehalt an Pflanzenresten
Der Prozentsatz von Faserbündeln in einer Faserbreiprobe, welche eine bestimmte Größe überschreiten. Pflanzenreste werden als unraffinierte oder unterraffinierte Teile des Faserbreis angesehen.
Reiß-Index
Reißfestigkeit/Gewichtseinheit. Die Reißfestigkeit wird in einem Labortest bestimmt, bei welchem eine Papierprobe einer Zerreißkraft unterworfen wird. Die aufgewendete Kraft ist der Meßwert.
Zug-Index
Zugfestigkeit/Gewichtseinheit. Die Zugfestigkeit wird bestimmt, indem eine Papierprobe einer Zugspannung unterworfen wird. Die Kraft pro Flächeneinheit beim Zerreißen ist der aufgenommene Wert.
TMP
Thermo-mechanischer Faserbrei. Dies ist ein Faserbrei, der von Scheiben-Raffineuren erzeugt wird, bei welchen die Späne im Voraus durch unter Druck stehenden Dampf aufgeweicht und dann unter Druck raffiniert werden.

Claims

1. Raffineur-Vorrichtung für Faserbrei mit großem Zusammenhalt oder -hang, die erste und zweite koaxial gegenüberstehende, sich im Gegensinn drehende Raffineur-Scheiben, die zwischen sich eine sich radial erstreckende Raffinier-Zone begrenzen, die Mittel zum Zuführen von Faserbrei mit großem Zusammenhang unter Druck zu einem radial inneren Bereich der Raffinier-Zone und erste und zweite Antriebsmittel zum Drehen der Scheiben aufweist, wodurch der Faserbrei raffiniert wird, während er sich radial nach außen durch die Raffinier-Zone bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Antriebsmittel die Scheiben im Gegensinn mit Geschwindigkeiten des stationären Zustands drehen, die sich um wenigstens ungefähr 25 % unterscheiden.

2. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Antriebsmittel erste und zweite Elektromotoren aufweisen, die unterschiedliche Nennleistungen haben.

3. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe eine Eintrittsöffnung zum Aufnehmen von Speisematerial und zum Einführen des Speisematerials in die Raffinier-Zone aufweist und daß das erste Antriebsmittel die erste Scheibe mit einer größeren Geschwindigkeit dreht, als das zweite Antriebsmittel die zweite Scheibe dreht.

4. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der ersten Scheibe 1800 Umdrehungen pro Minute ist.

5. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der zweiten Scheibe 1200 Umdrehungen pro Minute ist.

6. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der ersten Scheibe in einem Bereich liegt, in dem sie ungefähr 25 bis 75 % größer ist als die Drehgeschwindigkeit der zweiten Scheibe.

7. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der zweiten Scheibe kleiner ist als ungefähr 1500 Umdrehungen pro Minute.

8. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der ersten Scheibe größer ist als ungefähr 1500 Umdrehungen pro Minute.

9. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe eine Eintrittsöffnung zum Aufnehmen von Speisematerial und zum Einführen des Speisematerials in die Raffinier-Zone aufweist, und daß das zweite Antriebsmittel die zweite Scheibe mit einer größeren Geschwindigkeit dreht, als das erste Antriebsmittel die erste Scheibe dreht.

10. Raffineur-Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens ungefähr 1500 Umdrehungen pro Minute dreht und daß die Geschwindigkeit der zweiten Scheibe wenigstens ungefähr 25 bis 75 % größer ist als die Geschwindigkeit der ersten Scheibe.

11. Raffineur, der aufweist:

ein Gehäuse mit einer durch dasselbe hindurchgehenden Achse;

eine Speiseende-Raffineur-Scheibe, die im Gehäuse für Drehung um die Achse angeordnet ist und eine erste Mahloberfläche bildet;

eine Steuerende-Raffineur-Scheibe, die im Gehäuse für Drehung um die Achse angeordnet ist und eine zweite Mahloberfläche in beabstandeter, gegenüberstehender Beziehung zur ersten Mahloberfläche definiert, wobei der Raum eine Raffinier-Zone zwischen den Scheiben bildet, die sich radial nach außen relativ zur Achse erstreckt;

eine erste Antriebswelle, die auf der Achse angeordnet ist und ein angetriebenes Ende, das an der ersten Scheibe befestigt ist, und ein Antriebsende außerhalb des Gehäuses aufweist;

eine zweite Antriebswelle, die auf der Achse angeordnet ist und ein angetriebenes Ende, das an der zweiten Scheibe befestigt ist, und ein Antriebsende außerhalb des Gehäuses aufweist;

ein erstes Antriebsmittel, das mit dem Antriebsende der ersten Welle verbunden ist, um die erste Scheibe in einer ersten Richtung mit einer ersten Geschwindigkeit des stationären Zustands zu drehen;

Zuführungsmittel, die einen Strömungsdurchlaß durch das Gehäuse und die erste Scheibe bilden, um Speisematerial unter Druck dem Raum an einer radialen Stelle zuzuführen, die der Achse benachbart ist, während die erste Scheibe durch das erste Antriebsmittel angetrieben wird; dadurch gekennzeichnet, daß

zweite Antriebsmittel mit dem Antriebsende der zweiten Welle verbunden sind, um die zweite Scheibe in einer zur Drehung der ersten Scheibe entgegengesetzten Richtung und mit einer Geschwindigkeit des stationären Zustands zu drehen, die von der Drehgeschwindigkeit der ersten Scheibe um wenigstens ungefähr 25 % verschieden ist.

12. Raffineur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum axialen Einstellen des Raums durch Einstellen der axialen Stellung der Steuerende-Scheibe im Gehäuse vorgesehen sind.

13. Raffineur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahloberfläche der Speiseende-Scheibe eine ringförmige erste Platte aufweist, die eine Vielzahl von sich radial erstreckenden, in Winkelabständen angeordneten Stäben aufweist, und daß die Mahloberfläche der Steuerende-Scheibe eine ringförmige zweite Platte aufweist, die im wesentlichen ähnlich der ersten Platte ist und derselben gegenübersteht.

14. Raffineur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Antriebsmittel eine Pferdestärkennennleistung hat, die ungefähr fünfzig % höher ist als die Pferdestärkennennleistung des zweiten Antriebsmittels.

15. Raffineur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Antriebsmittel die erste Welle und die Speiseende-Scheibe mit 1800 Umdrehungen pro Minute dreht.

16. Raffineur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der sich schneller drehenden Scheibe wenigstens ungefähr 1500 Umdrehungen pro Minute ist und die Geschwindigkeit der langsamer sich drehenden Scheibe kleiner ist als 1500 Umdrehungen pro Minute.

17. Verbessertes Verfahren zum Raffinieren von Faserbreimaterial zwischen zwei koaxialen, beabstandeten, im Gegensinn rotierenden Scheiben von im wesentlichen gleichem Durchmesser durch Einführen des Speisematerials unter Druck mit großem Zusammenhang in den Raum nahe bei der Achse, so daß das Material zwischen den Scheiben raffiniert wird, während das Material sich radial zum Scheibenumfang hindurchbewegt, wo es in einem raffinierten Zustand entnommen wird, gekennzeichnet durch den Schritt, die Scheiben im Gegensinne bei Geschwindigkeiten des stationären Zustands zu drehen, die um wenigstens ungefähr 25 % verschieden sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt, das Speisematerial in den Raum durch eine Öffnung nahe der Achse der einen Scheibe einzuführen und die eine Scheibe schneller zu drehen als die andere Scheibe.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe ungefähr fünfzig % schneller gedreht wird als die zweite Scheibe.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe mit ungefähr 1800 Umdrehungen pro Minute und die zweite Scheibe mit ungefähr 1200 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt, das Speisematerial in den Raum durch einen Durchlaß in einer Scheibe einzuführen und die andere Scheibe schneller als die eine Scheibe zu drehen.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Drehens im Gegensinn es einschließt, eine Scheibe mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die nicht größer ist als ungefähr 1500 Umdrehungen pro Minute, und die andere Scheibe mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die in dem Bereich liegt, in dem sie 25 bis 75 % größer ist als die Geschwindigkeit der einen Scheibe.