DE69614717T2 - Verfahren und vorrichtung zur zuführung von papierstoff zu einer papiermaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung von Pulpe in eine Papiermaschine und ein verbessertes Papierherstellungverfahren. Die vorliegende Erfindung stellt eine Methode für die Kompensation von Konsistenzschwankungen bei der Zuleitung von Pulpe in eine Papiermaschine zur Verfügung. Sie schafft ebenso ein Verfahren für die schnelle und genaue Änderung der Pulpezusammensetzung, wenn Papierqualitäten geändert oder Herstellungsmerkmale korrigiert werden sollen.
• Bei einem Papierherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik (s. US-A-36 20 915) werden die Pulpekomponenten normalerweise in einen Pulpemischtank abgemessen, um eine genau eingestellte und einheitliche Pulpe zu erhalten. Die gemischte Pulpe wird in einen zweiten Tank, den sogenannten Maschinentank weitergeleitet.
• Bei der Papierherstellung wird herkömmlich der Fluß der Trockensubstanz volumetrisch geregelt, wobei die Konsistenz oder der Feststoffanteil durch Regelschleifen auf einem konstanten Niveau gehalten werden, welche Konsistenzsensoren und Verdünnungsmittel aufweisen. Wegen der dem Verdünnungsprozeß eigenen Zeitverzögerung kann die Regelung nicht sehr genau sein und unterliegt Schwankungen. Daher wird die Verdünnung in mehreren Schritten vorgenommen und die Schwankungen werden durch große Tanks kompensiert. Die Tankvolumina sind auf die Produktionskapazität der Maschine ausgelegt und haben eine solche von etwa zehn Produktionsminuten.
• Das Wassergleichgewicht des Kurzkreislaufes des Papierherstellungsverfahrens erfordert, daß mit der Pulpe in den Kreislauf eingebrachtes Überschußwasser in einem längeren Kreislauf ausgeschleust werden muß. Dadurch wird auch im abgezogenen Wasser enthaltenes Material in den Langkreislauf übertragen und ist entweder verloren oder muß durch Faserrückgewinnungseinheiten zurückgewonnen werden.
• Die konstante Pulpeeinspeisung erfordert eine gute und einheitliche Funktion der Pulpeeinspeisepumpe. Vorbedingung hierfür ist ein ausreichender saugseitiger Pumpendruck, welcher durch ausreichend hohes Niveau der Pulpe im jeweiligen Tank erhalten wird.
• Bei der herkömmlichen Papierherstellung wird die Pulpe an die Saugseite einer Mischpumpe gegeben und Verdünnungswasser aus einem offenen Konstant- Druck-Abwassertank abgezogen. Die Pulpe wird gewöhnlich über eine Pulpenbox mit Konstantniveau über ein sogenanntes Basisgewichtventil eingespeist unter Regelung des Flusses von fester Pulpe als Funktion der Pulpekonsistenz, der Druckdifferenz und der Reibung. Das umlaufende Abwasservolumen ist bei herkömmlichen Verfahren riesig, das Erreichen eines Gleichgewichtes nach dem Wechsel der Pulpezusammensetzung dauert einige Minuten. Derselbe Erfinder stellt in der WO93/23612 (FI Patent 89728) eine Lösung vor, welche schnellere Qualitätswechsel durch Reduzierung der Volumina der umlaufenden Pulpe und das teilnehmende Wasser ermöglicht. Der Offenbarungsgehalt der WO93123612 wird daher vorliegend mit einbezogen.
• Wenn beim herkömmlichen Papierherstellungsverfahren die Pulpezusammensetzung geändert wird, z. B. die Papierqualität, wird der Pulpezufluß zum Mischkasten geändert, wobei die Zusammensetzung der Pulpe im Mischkasten sich stufenweise ändert, bis sie der in den Kasten einlaufenden Pulpezusammensetzung entspricht. Ebenso bewirken Änderungen der Zusammensetzung der Pulpe, die in den Maschinenkasten eingespeist wird, eine weitere Verzögerung. Dieses bewirkt eine Herstellung von abweichender Papiersorte während der Qualitätswechsel und in gleicher Weise, bevor ein korrigierender Pulpewechsel die Papiermaschine erreicht hat.
• Beim konventionellen Papierherstellungsprozeß verursacht dies kein großes Problem, da die zur Erreichung des Gleichgewichts benötigte Zeit eher durch den Kurzkreislauf als durch die Pulpeeinspeisung bestimmt ist. Jedoch ist das Kurzkreislaufverfahren der oben erwähnten WO93/23612 schnell und erfordert als Verfahrensvoraussetzung eine schnelle und exakte Regelung der Pulpezusammensetzung.
• Kürzlich wurden neue Konsistenzsensoren entwickelt, die nach den Prinzipien der Mikrowellentechnologie funktionieren. Als Beispiel kann ein Sensor dienen, der unter der Bezeichnung "Kajaani MCA" in Finnland von der Valmet Fisher Rosemount AG vertrieben wird. Die neuen Mikrowellensensoren zeigen eine verbesserte Messung der Konsistenz bis zu einer Genauigkeit, die eine schnelle und akkurate Regelung des Feststoffgehaltes über einen weiteren Bereich unterschiedlicher Bedingungen erlauben, so wie Fließgeschwindigkeit, Druck, Temperatur und Pulpezusammensetzung als bisher benutzte Sensortypen.
• In der Industrie fassen diese Sensoren Fuß für eine genauere Überwachung und Regelung der Pulpekonsistenz. Die genaue Überwachung der Pulpekonsistenz wurde insoweit benutzt zur Erreichung einer genaueren Verdünnungseinstellung in den der Pulpespeisepumpe vorausgehenden Tanks, um so genau wie möglich eine konstante Konsistenz zu erreichen, welche für ein einwandfreies Funktionieren der stromab liegenden Papiermaschine erforderlich ist.
• Der Erfinder hat festgestellt, daß es für die Zugabe der Pulpe in die Papiermaschine nicht erforderlich ist, daß diese eine konstante Konsistenz aufweist. Andere Prozeßparameter und insbesondere der Pulpefluß können eingestellt werden, um jegliche Konsistenzschwankungen zu kompensieren, solange der Anteil an Feststoff, welcher der Papiermaschine zugeführt wird, auf einem konstanten Wert gehalten wird.
• Zahlreiche Vorteile resultieren aus der vorliegenden Erfindung, nicht allein bei der Papier-, sondern auch der verschiedensten Pappeherstellung. Der Ausdruck "Papier", wie er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, wird daher nicht allein auf konventionelle Maschinen zur Herstellung von Papier und Pappe bezogen, sondern auch auf jegliche Gewebe und Blätter, die aus einer Schlämme durch deren Ausbreiten auf einen Matten bildenden Draht hergestellt werden.
• Ein Ziel der Erfindung ist die Verbesserung bekannter Methoden zur Einspeisung von Pulpe in eine Papiermaschine und die Schaffung einer schnellen und exakten Einspeisung von Papierpulpe gewünschter Zusammensetzung in die Maschine.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Beseitigung von durch die Verdünnung bei der Konsistenzregelung hervorgerufenen Störungen.
• Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Anordnung zur Einspeisung von Pulpe in eine Papiermaschine bei einer relativ hohen Konsistenz, ohne die Anwendung von Verdünnung als Mittel der Pulpeeinspeisungsregelung.
• Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die Ermöglichung schneller Änderungen der Papierqualität in Verbindung mit einem kompakten Papierherstellungsverfahren.
• Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche 1 und 11 definiert, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den weiteren Ansprüchen.
• Der Vorrichtungsaspekt der Erfindung definiert eine Apparatur zur Einspeisung von Papierpulpe in eine Papiermaschine, wobei diese Apparatur ein Behältnis zur Aufnahme und zum Mischen von Pulpekomponenten sowie eine Leitung zur Einspeisung der resultierenden Pulpemischung in die Papiermaschine aufweist. Mit der Speiseleitung sind Mittel zur Flußmessung für eine kontinuierliche Zurverfügungstellung von Werten über den volumetrischen Fluß (Q) der Pulpe durch diese Leitung verbunden; ferner Pulpekonsistenzerfassungsmittel, die kontinuierlich Daten über die Konsistenz (G) der Pulpe liefern; sowie Regelmittel für den Pulpefluß zur Einstellung dieses Flusses. Alle diese Mittel sind an ein Kontrollsystem angeschlossen, das auf die Annahme dieser Fluß- und Konsistenzdaten ausgelegt ist. Das Regelsystem ist geeignet, kontinuierlich einen Wert für das Produkt (Q · C) der Fließ- und Konsistenzwerte zu berechnen und diese Werte mit einem Zielwert des genannten Produktes zu vergleichen, sowie zur Justierung der Flußregelmittel in Abhängigkeit von Abweichungen der errechneten Werte vom Zielwert.
• Im Gegensatz zu Verfahren nach dem Stand der Technik ist das erfindungsgemäße Regelungssystem lediglich für die Einstellung des Flusses in Abhängigkeit von Abweichungen vom Computerwert ausgelegt, die durch Schwankungen der Konsistenz verursacht werden. Das System benötigt weder einen konstanten Fluß noch eine konstante Konsistenz, sondern sichert eine konstante Einspeisung von Feststoff, indem das Produkt aus Fluß und Konsistenz auf einem konstanten Wert gehalten wird.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Apparatur einen relativ kleinen Pulpemischbehälter auf, der oben auf einer Druckleitung angeordnet ist, die an die Speiseleitung angeschlossen ist. Der Behälter ist vorzugsweise mit einem Pulpemischer, einem Niveaufühler und individuellen Einlässen für Pulpekomponenten ausgestattet.
• Der Verfahrensaspekt der Erfindung definiert einen Prozeß zur Herstellung von Papier oder dergleichen gewebeartigem Material, welches die Verfahrensschritte beinhaltet
• - Einspeisen von Pulpekomponenten in einen Behälter und deren Vermischen,
• - Einspeisen der resultierenden Pulpemischung unter Druck durch eine Speiseleitung zu einer Papiermaschine unter kontinuierlicher Messung des volumetrischen Flusses (Q) und der Konsistenz (C) der Pulpe und Rechnererfassung des Wertes für das Produkt (Q · C) von Fluß und Konsistenz; und
• - Einstellung des Flusses (Q), um Abweichungen des berechneten Wertes von einem Sollwert des Produktes (Q · C) auszugleichen.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Pulpekomponenten individuell mit ihrer jeweiligen Konsistenz in den Mischbehälter gegeben. Die Pulpekomponenten können natürlich auch in Form von Mischungen zugegeben werden. Der volumetrische Fluß der jeweiligen Komponenten in den Behälter wird gemessen und individuell eingeregelt entsprechend der zu produzierenden Papiersorte.
• Die Komponenten werden im Kessel ohne ihre Verdünnung im Behälter gemischt. Die gemischte Pulpe hat folglich die aus der Konsistenz der Individualkomponenten resultierende Konsistenz.
• Herkömmlich wurde in den Mischtanks eine Konsistenz von etwa 3% eingestellt, Im vorliegenden Verfahren hat jedoch die Pulpe vorzugsweise eine viel höhere Konsistenz. Eine Konsistenz zwischen 4% und 8% und bevorzugt zwischen 5% und 6% ist vorteilhaft. Die Konsistenz ist im Prinzip allein durch die Fähigkeit des Mischers im Mischbehälter begrenzt, eine saubere Mischung der Pulpekomponenten zu schaffen. Daher kann die Konsistenz so hoch wie 10% und darüber sein bei Verwendung eines guten Schermischers. Höhere Konsistenzen erfordern eine Fluidisierung für eine saubere Mischung. Ein solches Konzept kann jedoch vorteilhaft sein und ist nicht aus dem Erfindungsbereich ausgeschlossen.
• Die Verwendung einer höheren Konsistenz der in die Papiermaschine gelangenden Pulpe reduziert die Wassermenge im Verfahren und besonders die aus dem Verfahren in die Umgebung ausgeschleuste Wassermenge. Das Steigern der Konsistenz von 3% auf 6% reduziert die aus dem Prozeß ausgeschleuste Wassermenge um etwa 50% bis 60%. Dies ist natürlich auch aus Umweltgesichtspunkten günstig.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Apparates gemäß der Erfindung ist der Pulpemischbehälter mit seinem Pulpeniveausensor auf dem oberen Ende des Einspeiseapparates oben auf einer Hochdruckleitung angeordnet. Die Druckleitung steht vorzugsweise im wesentlichen senkrecht und verbindet den Mischbehälter mit einer Pulpepumpe. Die Druckleitung sollte für eine moderate Fließgeschwindigkeit ausgelegt sein, so daß die Reibung niedrig gehalten wird, die Strömung eine Pfropfenströmung ist und keine Trennung von Wasser und Pulpe eintritt.
• Die Dimensionierung wird daher auf eine Fließgeschwindigkeit ausgelegt, die normal zwischen etwa 3 und etwa 0,1 m/s, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 0,3 m/s liegt.
• Der Mischbehälter der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist winzig im Vergleich mit den riesigen Mischbecken des Standes der Technik. Jedoch hat dieser einen relativ großen oberen Durchmesser, welcher eine genaue Niveaukontrolle erlaubt. Der Behälter hat vorzugsweise eine konische Form, dessen sich verjüngendes Ende mit der vertikalen Druckleitung verbunden ist. Der obere Durchmesser des Mischbehälters liegt, abhängig vom zu bewältigenden Volumenfluß, typischerweise zwischen etwa 1 und etwa 5 Metern. Durchmesser und Volumen des Mischbehälters sollten so ausgewählt werden, daß ein intensives Mischen bei einer stabilen Niveaukontrolle möglich ist.
• Der senkrechte Abstand zwischen der Pulpenoberfläche im Mischbehälter und dem Sauganschluß der Pulpepumpe sollte für eine gute und gleichmäßige Funktion der Pulpepumpe geeignet sein. Der Abstand zwischen dem Niveau der Pulpeoberfläche und der Pumpe sollte vorzugsweise nicht geringer als etwa 2 m, bevorzugter 4 ... 6 m sein. Er kann jedoch sogar noch größer sein.
• Der Mischer des Mischbehälters ist günstigerweise von vertikaler, hängender Art und zentral positioniert, um im ganzen Mischbehältervolumen ein gutes und gleichmäßiges Mischen zu bewirken. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß der Mischbehälter verschiedene Formen haben und der Mischer anders gestaltet sein kann. Jedoch funktioniert die Erfindung besser, wenn das Behältervolumen ziemlich klein ist. Idealerweise entspricht das Mischbehältervolumen etwa 10 bis etwa 30 Sekunden Strömung einer dickeren Pulpe. Je kleiner das Volumen gemacht werden kann, desto schneller wird die Reaktion auf Änderungen. Wenn der Behälter größer ist, dann kann es günstig sein, das Niveau im Behälter unmittelbar vor einem Qualitätswechsel zeitweise abzusenken, um das Volumen der gemischten Pulpe beim Papierqualitätswechsel zu minimieren.
• Erfindungsgemäß wird der Fluß von trockener Pulpe zu jedem Zeitpunkt geregelt und konstant gehalten. Der volumetrische Fluß (Q) wird von einem Strömungsmesser abgenommen und mit der Konsistenz (C) multipliziert, die von einem Konsistenzsensor erhalten wird. Das Konstanthalten des Produktes Q · C sichert, daß der Fluß der trockenen Pulpe konstant ist.
• Dieser neue Ansatz zur Regelung der Pulpeeinspeisung sieht ein schnelles und genaues Messen der Papierherstellungspulpe vor. Er vermeidet jegliche Verzögerung, welche durch die Langsamkeit und Ungenauigkeit des konventionellen Konsistenzregelungskreises hervorgerufen wird. Darüber hinaus wird eine unnötige Pulpeverdünnung vermieden und die Menge an Überschußwasser im Kurzkreislauf ist dramatisch reduziert.
• Die Regelung des Flusses der Trockenpulpe gemäß der Erfindung ist unempfindlich gegen Konsistenzänderungen, solange diese langsamer ist als die Zeit der Reaktion der Apparatur der Konsistenzmessung und der Flußregelung. Durch die Komponenten ausgeübte Schwankungen von kurzer Dauer, d. h. solche von weniger als einer Sekunde werden im Mischbehälter effektiv kompensiert, wohingegen übrige Schwankungen längerer Dauer durch Einstellung des volumetrischen Flusses ausgeglichen werden, um einen konstanten Trockenpulpefluß zu erhalten. Derart wird die Notwendigkeit großer Misch- und Maschinentanks des Standes der Technik vermieden.
• Die vorliegende Erfindung und andere Ziele und Vorteile werden am besten aus der folgenden Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird, von denen
• Fig. 1 einen Apparat mit Regeleinrichtungen nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 einen Papierherstellungsprozeß zeigt, der eine Pulpeeinspeisungsanordnung gemäß Erfindung aufweist;
• Fig. 3 eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Papierherstellungsverfahrens zeigt.
• Eine bevorzugte Ausführung der Apparatur für die Mischung und Einspeisung der Pulpe wird in Fig. 1 bei Ziffer 10 gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt einen Mischbehälter 12 mit einem Mischer 20, wobei der Mischbehälter an eine sich im wesentlichen senkrecht erstreckende Druckleitung 30 angeschlossen ist. Die Druckleitung ist mit einer Pulpezuführleitung 40 verbunden, um die Pulpe der Papiermaschine zuzuleiten. Eine Pulpespeisepumpe 32 ist vorzugsweise angeordnet zwischen der Druckleitung 30 und der Zuführleitung 40, jedoch kann die Pumpe 32 auch weggelassen werden, insbesondere, wenn die Erfindung bei einem herkömmlichen Papierherstellungsverfahren eingesetzt wird.
• Der Mischbehälter 12 weist Mittel 14 zur Einführung der Pulpekomponenten auf, die vorzugsweise so angeordnet sind, daß ein Spritzen des eingetragenen Materials vermieden wird, dies geschieht in bekannter Weise. Die Mittel 14 sind günstigerweise Rohre, die an Flußregler angeschlossen sind, um den Komponentenfluß für beliebige Pulpeformulierungen zu proportionieren. Der Mischbehälter ist weiterhin mit einem Niveaufühler 16 eines der vielen bekannten Typen ausgestattet, um den im Behälter enthaltenen Pulpefüllstand zu detektieren.
• Der Mischbehälter 12 hat, wie in Fig. 1 gezeigt, günstigerweise eine konische Form, so daß die Oberfläche der im Behälter enthaltenen Pulpe groß ist im Verhältnis zu deren Volumen. Das Volumen des Mischbehälters ist so klein, wie praktisch möglich, um die Pulpe sauber zu mischen. Das Behältervolumen entspricht günstigerweise einer Verweilzeit von 5 bis 120 Sekunden, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 20 Sekunden. Falls schnelle Qualitätswechsel besonders wichtig sind, kann der Behälter sogar noch kleiner sein, sein Volumen kann sogar fast vermieden werden, da der obere Abschnitt der Druckleitung selbst einen Mischbehälter bildet.
• Der Mischer 20 gemäß Fig. 1 hat eine senkrechte Welle 22, welche direkt mit einem Antriebsmotor 24 verbunden ist und mittig über dem Übergang zwischen Mischbehälter 12 und Druckleitung 30 angeordnet ist. Obwohl dies als die vorteilhafteste Anordnung angesehen wird, die dafür sorgt, daß in die Druckleitung 30 gelangende Pulpe gut durchmischt wird, können, wie dem Fachmann klar ist, viele alternative Lösungen angewendet werden. Der Mischer 20 kann vorteilhaft mit einem Antrieb für variable Geschwindigkeiten ausgestattet sein, um die Mischintensität zu senken, wenn das Pulpeniveau im Mischbehälter absinkt.
• Die Druckleitung 30 sollte so dimensioniert sein, daß die Pulpe in ihr mit einer Pfropfenströmung ausreichender Geschwindigkeit fließt, um Ablagerung von Feststoffen oder Wiederauftrennung in ihre Komponenten zu vermeiden. Eine schnelle Strömung ist für eine schnelle Regelung der Pulpeformulierung günstig, aber sie sollte nicht so schnell sein, daß hohe Reibungsverluste verursacht werden. Daher sollte die Druckleitung entsprechend der gewünschten Fließgeschwindigkeit der Pulpe angepaßt werden. Die Fließgeschwindigkeit liegt normalerweise im Bereich zwischen 0,2 und 5 m/s, günstigerweise im Bereich zwischen 0,5 und 3 m/s.
• Am Bodenende der Druckleitung 30 ist diese an eine Saugleitung 34 für die Pulpepumpe 32 angeschlossen oder bildet eine solche. Der Übergang zwischen Druckleitung 30 und Saugleitung 34 ist vorzugsweise sanft und stetig. In gleicher Weise können die Form der Druckleitung 30 und der Übergang zwischen Druckleitung 30 und Mischbehälter 12 sanft gestaltet sein, so daß der Durchmesser des Mischbehälters allmählich abnimmt, um eine Druckleitung ohne besonderen Übergang zu bilden.
• Die Pulpezufuhrleitung 40 gemäß Fig. 1 ist mit einem Durchflußmesser 42 und einem Konsistenzüberträger 44 versehen, die an ein Regelsystem 46 angeschlossen sind. Der Konsistenzüberträger 44 ist vorzugsweise ein auf Mikrowellentechnologie basierender oder ein anderer Fühlertyp, der vorzugsweise so unempfindlich wie möglich gegen die Strömungsgeschwindigkeit, Pulpezusammensetzung oder Temperatur sein sollte. Selbstverständlich können auch konventionelle mechanische Fühler, basierend auf Reibungs- oder Viskositätsmessung, verwendet werden, aber diese führen zu einem weniger zuverlässigen Ergebnis, wenn sich die Bedingungen oft ändern.
• Das Regelsystem 46 kann von bekannter Art sein, zentral oder dezentral, welches fähig ist, den Fluß der Trockensubstanz als ein Produkt des volumetrischen Flusses (Q) und der Konsistenz (C) zu berechnen und zu regeln. Jeder Computer- oder Logikkreis, welcher programmiert werden kann, um die Rechnung durchzuführen und entsprechenden Regeloutput liefert, kann verwendet werden.
• Bei der bevorzugten Lösung der Fig. 1 umfaßt das Regelsystem 46 Computer, welche Output zur Einstellung der Umdrehungszahl des Motors 36 der Pulpepumpe 32 liefern, um den Pulpefluß zu regeln. Die Flußregelung kann aber auch auf andere bekannte Weise geschehen, beispielsweise durch Drosseln eines Regelventils oder dergleichen.
• Zur Einspeisung in eine Papiermaschine mit einem herkömmlichen offenen Abwassersystem kann die Druckleitung 30 hoch gebaut werden, so daß der Mischbehälter als Kopfspeisebox mit konstantem Niveau dienen und die Pulpe in den Kurzkreislauf der Maschine über ein Basisgewichtsregelventil auf konventionelle Weise dienen kann. In einem solchen Falle kann die Pumpe 32 weggelassen werden.
• Das Regelsystem 46 der Fig. 1 ist auch mit dem Niveaufühler 16 und der Flußregelung der Einspeisemittel 14 verbunden, um die Proportionierung der Pulpekomponenten zu regeln.
• Während des Betriebes wird Pulpe mit dem gewünschten Feststofffluß in die Papiermaschine gespeist und durch ein Regelsystem auf Basis der Pulpekonsistenz C und des volumetrischen Flusses (Q) geregelt. Die die Pulpeformulierung bildenden Komponenten werden in einen kleinvolumigen Mischbehälter eingetragen und darin schnell miteinander vermischt. Die mittlere Verweilzeit im Mischbehälter ist günstigerweise weniger als zwei Minuten, vorzugsweise weniger als 20 Sekunden.
• Der Fluß der Pulpekomponenten wird zu einer gewünschten Pulpeformulierung proportioniert unter Verwendung eines getrennten Regelsystems, so daß das Niveau im Mischbehälter auf einem gewünschten Stand gehalten wird. Die Komponenten werden so in den Behälter gegeben, daß Spritzen vermieden wird.
• Die Konsistenz der Komponenten ist generell so, daß eine gewünschte Pulpe mit einer Konsistenz von etwa 5-6% oder irgendeine entsteht, die ein Pumpen derselben erlaubt. Da die vorliegende Erfindung die Zufuhr von Trockensubstanz überwacht, kann die Pulpekonsistenz im Mischbehälter die der Pulpekomponenten sein. In dieser Stufe ist keine Verdünnung erforderlich.
• Aus dem Mischbehälter fließt die gemischte Pulpe durch eine Druckleitung zum Kurzkreislauf der Papiermaschine, welche eine ausreichende vertikale Erstreckung hat, die ausreicht, einen für ein stabiles Einspeisen in eine Pulpepumpe benötigten Druck zu schaffen, oder alternativ ohne zu pumpen in den Kurzkreislauf. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Druckleitung sollte eine Kolbenströmung ohne große Reibungsverluste bewirken. Die Fließrate ist vorteilhaft etwa 0,2 bis 5 m/s, vorzugsweise etwa 0,5 bis 3 m/s.
• Vor dem Eintritt in den Kurzkreislauf werden die Pulpekonsistenz C und der volumetrische Fluß Q gemessen und die erhaltenen Werte werden vom Regelsystem als Eingangsdaten zur Flußregulierung verwendet, um einen konstanten Feststofffluß (Q · C) zu gewährleisten. Ein typischer Papierherstellungsprozeß kann 3 kg trockene Pulpe pro Sekunde benötigen (etwa 10.800 kg/h) entsprechend einem Fluß von 50 l/s Pulpe bei einer Konsistenz von 6%, enthaltend 60 g/l. Der Computer wird auf das Einhalten eine Zielwertes (Q · C) von 3000 g/s eingestellt und hält den Fluß Q auf diesem Wert konstant.
• Bei Qualitätswechsel werden die Anteile der Pulpekomponenten gewechselt und die Pulpezusammensetzung ändert sich im Mischbehälter stetig aber schnell wegen der geringen Größe des Behälters, um der neuen Formulierung zu entsprechen. Wenn das Mischen ideal ist, werden sich 90% des Materials geändert haben, wenn Material, entsprechend dem 2,29fachen des Mischbehältervolumens, diesen verlassen haben. In der Praxis ist das Mischen nicht sehr ideal, so ändert sich die Pulpezusammensetzung schneller, etwa 90% für jedes Zeitintervall entsprechend dem zweifachen der mittleren Verweilzeit.
• Beträgt die mittlere Verweilzeit im Mischbehälter 5 Sekunden, werden sich 90% des Materials alle 10 Sekunden geändert haben. Dies begünstigt die durch den neuen Papiermaschinenprozeß möglichen schnellen Qualitätswechsel, vorgestellt durch denselben Erfinder in der oben erwähnten WO93/23612 Patent FI 89728. Falls ein noch schnellerer Wechsel gewünscht ist, wird dies günstigerweise durch Reduzierung des Pulpevolumens im Mischbehälter erhalten durch vor dem Qualitätswechsel erfolgendes Absenken des Niveaus.
• Aus dem Mischbehälter gelangt die Pulpe in eine Druckleitung vertikaler Erstreckung, in welcher es bevorzugt in einer Kolbenströmung fließt, d. h. ohne vorheriges Mischen. Die Kolbenströmung veranschaulicht, daß die den Mischbehälter verlassende Pulpe das Ende der Leitung in seiner ursprünglichen Zusammensetzung mit einem Zeitabstand bekannter Dauer erreicht.
• In der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 1 führt die Druckleitung zu der Saugseite einer Pulpepumpe, die die Pulpe in den Kurzkreislauf einer Papiermaschine fördert, wo sie verdünnt und weiter verarbeitet wird. Die Pulpepumpe ist erforderlich, wenn das Papierherstellungsverfahren ein solches gemäß dem Kompaktprozeß der WO93123612 ist. Die Pumpe kann entfallen, wenn es sich um ein herkömmliches Papierherstellungsverfahren mit einem offenen Abwassertank handelt.
• Die Konsistenz der Pulpe wird durch ein Konsistenz-(C)-meßgerät erfaßt und der Fluß Q durch einen Strömungsmesser, beide sind an ein Regelsystem angeschlossen, um den Fluß des Festmaterials zu berechnen und zu regeln. In der Ausführungsform der Fig. 1 wird die Strömung durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pulpepumpe geregelt. Die Regelung kann jedoch gleichermaßen durch ein Regelventil erfolgen. Besonders bei herkömmlichen Papierherstellungsverfahren ist es günstig, den Mischbehälter als Konstantniveaubox zu verwenden und den Fluß über ein gewichtsgesteuertes Ventil zu regeln.
• Die Regelung der Strömung ist viel schneller als die Konsistenzregelung und es ist möglich, die Strömung in Reaktion auf jegliche kurzfristige Konsistenzänderung zu überwachen und einzustellen, welche in der gepumpten Pulpe aufgrund des kleinen Mischbehältervolumens auftreten können. Die Notwendigkeit für eine separate Konsistenzkontrolle nach dem Mischen wird derart vermieden. Die Strömungen der Pulpekomponenten, welche in den Mischbehälter eingespeist werden, können günstigerweise ähnlich geregelt werden. Separates Einspeisen der Komponenten erlaubt es, einzelne Komponenten kompakter vorzubereiten und die gesamte Anlaufzeit für einen Qualitätswechsel oder einen Korrektureingriff kann drastisch reduziert werden. Um die Regelzeitkonstante zu minimieren, wird die Konsistenz bevorzugt so nahe der folgenden Verdünnung gemessen wie möglich.
• Wenn das stromab liegende Ende der Papiermaschine signalisiert, daß die Geschwindigkeit der Papierherstellung angehoben werden kann oder gesenkt werden sollte, z. B. wegen der Kapazität des Trocknungsabschnitts, wird der volumetrische Fluß aller in den Behälter eingespeisten Pulpekomponenten eingeregelt. Das Regelsystem wird einen neuen Sollwert für das Produkt Q · C erhalten und den volumetrischen Fluß Q in der Speiseleitung einstellen, um den neuen Sollwert zu erreichen.
• Fig. 2 stellt eine andere Ausführung der Erfindung in Kombination mit einer kompakten Papiermaschine mit Umlaufsystem 100 und einem Scheibenfilter 150 für die Faserrückgewinnung dar. In Fig. 2 hat der Rührbehälter 12 eine andere Form als in Fig. 1 und der Mischer 20 ist waagerecht montiert. Die Speiseleitungen 14 für die Pulpekomponenten weisen Strömungsventile 18 auf, welche an ein Regelsystem (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Die Speiseleitung 40 ist mit einem Strömungsmesser 42, einem Regelventil 48 und einem Konsistenzmeßgerät 44 ausgestattet. Das Konsistenzmeßgerät ist nahe dem ersten Pulpeverdünnungspunkt 110 angeordnet und mit dem Abwasserrücklaufsystem verbunden. Die Speiseleitung 40 ist an eine Pulpemischpumpe 102 über eine Leitung 140 für verdünnte Pulpe angeschlossen. Das Abwasserkreislaufsystem besitzt eine Leitung für überschüssiges Abwasser 130, das mit einer Faserrückgewinnungseinheit 150 verbunden ist.
• Während des Betriebes werden frische Pulpekomponenten in den Rührbehälter über ein Proportionierregelsystem zugefügt, die untereinander mit dem Strömungs- und Konsistenzregelsystem 46 verbunden sein können. Überschüssiges Abwasser aus dem Kreislaufsystem der Papiermaschine wird durch eine Faserrückgewinnungseinheit geleitet und das wiedergewonnene Material wird in den Mischbehälter gebracht.
• Der Pulpefluß aus dem Mischbehälter 12 durch die Druckleitung 30 wird durch das Kontrollsystem 46 mittels eines Regelventils 48 geregelt, das die Strömung drosselt, so daß ein gewünschter Fluß fester oder trockener Substanz aufrecht erhalten wird. Jegliche Konsistenzveränderungen und mögliche Unregelmäßigkeiten im vorherigen Prozeß werden durch ein Konsistenzmeßgerät erfaßt und durch das Regelsystem durch Änderung der Fließrate wie mit dem Flußmeßgerät gemessen kompensiert. Derart wird die Notwendigkeit einer separaten Konsistenzeinstellung vermieden.
• Die Pulpe wird bei einer ersten Verdünnungsstelle zum Fließen durch den Papiermaschinenkreislauf gebracht, welche entweder in ein hydraulisch abgeschlossenes Kreislaufsystem eingeschlossen sein kann oder saugseitig einer Mischpumpe an einen offenen Abwassertank angeschlossen sein kann. In der Ausführung gemäß Fig. 2 liegt die erste Verdünnungsstelle gerade vor einer ersten Reinigungsstufe 121, mit einem Satz konventioneller Reiniger.
• Weitere Verdünnungsstellen befinden sich in der ersten Reinigerstufe 121 und primären Sieben 124 und bei den Speisepumpen von sekundären Reinigerstufen 122, 123. Das Verdünnungswasser wird aus dem Formabschnitt 104 der Papiermaschine durch Luftabscheidepumpen 101 gewonnen. Die an den Sieben 124 zurückgehaltene Pulpe wird zur Kopfbox 103 und weiter zu der Formzone 104 gebracht. Überschüssiges Wasser aus der Papiermaschine wird durch eine Ausschleuseleitung 130 für das Überschußwasser zur Faserrückgewinnung 132 gebracht und wiedergewonnener Feststoff wird in den Mischbehälter 12 zurückgegeben.
• In einem kompakten Kreislaufprozeß gemäß der oben genannten WO93/23612 würde die erste Verdünnungsstelle in der Erstreckung der Pulpespeisepumpe direkt hinter dem Überträger des Konsistenzwertes liegen.
• Aus der ersten Verdünnungsstelle wird die Pulpe weiter durch verschiedenen Verfahrensschritte gebracht, wie Reinigung, Siebung und Mattenbildung auf einem Former, Naßpressen, Trocknung und unterschiedliche Arten des Finishings, um aus der Pulpe, wie dem Fachmann bekannt, gefinishtes Papier herzustellen.
• Fig. 3 zeigt die besonders günstige Verwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einem Papierherstellungsverfahren wie demjenigen in der parallelen Patentanmeldung PCT/F195100643 desselben Anmelders. Die Offenbarung dieser Anmeldung wird durch Zitat eingebracht. Nach der Ausführung gem. Fig. 3 ist die Pulpespeisepumpe 40 verbunden mit der Speisedüse 212 für dicke Pulpe des Siebes 210, welches ein Sieb entsprechend der oben genannte PCT/F195/00643 ist. Der Konsistenzüberträger 44 ist nahe dem Sieb 210 plaziert und erlaubt eine sehr schnelle Reaktion des Regelsystems 46, welches den Fluß der trockenen Pulpe Q · C mittels eines Motors 34 der Pulpepumpe 32 mit variierbarer Geschwindigkeit regelt.
• Abwasser aus dem Former wird in die Verdünnungsdüse des Siebes 210 mit Hilfe von Luftabscheidepumpen 201 gegeben, so daß alle Verdünnungsstufen des Verfahrens in das Sieb 210 inkorporiert sind, wobei die erste Verdünnungsstufe am kombinierten Einlaß- und Auslaßende des Siebes liegt. Die verdünnte Pulpe wird direkt vom Sieb 210 durch eine Verteilerleitung 202 an die Kopfbox 203 geleitet. Derart wird ein Papierherstellungsverfahren erhalten, welches eine sehr kurze Reaktionszeit auf Änderungen erlaubt.
• Die Erfindung wurde im Detail im Zusammenhang mit der Herstellung von Papier in speziellen Ausführungen des Papierprozesses beschrieben. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt angesehen werden, sondern sie schließt alle Variationen und Modifikationen ein, die im Bereich des Könnens des Durchschnittsfachmannes liegen und unter den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Einspeisung von Pulpe in eine Papiermaschine, wobei die Vorrichtung einen Behälter (12) zur Aufnahme und zum Mischen der Pulpenkomponenten und eine Leitung (40) zur Einspeisung der resultierenden gemischten Pulpe in die Papiermaschine aufweist, wobei mit der Einspeiseleitung (40) verbunden sind

- Mittel (42) zur Messung des Pulpeflusses zur kontinuierlichen Lieferung von Daten über den volumetrischen Fluß (Q) von Pulpe durch die Leitung (40);

- Mittel (44) zur Erfassung der Pulpenkonsistenz zur kontinuierlichen Lieferung von Daten über die Konsistenz (C) der Pulpe und

- Mittel (32; 48) zur Regelung des Pulpeflusses zur Einstellung des Flusses (Q),

- wobei alle genannten Mittel an ein Regelsystem (46) angeschlossen sind, das zur Aufnahme der Flußdaten (Q) und der Konsistenzdaten (C) ausgelegt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) ein Pulpemischgefäß aufweist, welches oberhalb einer Druckleitung (30) angeordnet ist, die an die Speiseleitung (40) angeschlossen ist, wobei das Gefäß mit einem Pulpenkomponentenmischer (20) ausgestattet ist, sowie mit einem Füllstandsfühler (16) und Einlässen (14) für die Pulpekomponenten und daß das Regelsystem (46) zur ständigen Berechnung eines Wertes für das Produkt (Q · C) der Flußdaten (Q) und der Konsistenzdaten (C) und zum Vergleich des errechneten Wertes mit einem Sollwert des Produktes (Q · C) ausgelegt ist sowie zur Einstellung der Flußregelmittel (32; 48) in Abhängigkeit von den Abweichungen des Berechneten vom Sollwert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem (46) nur zur Einstellung der Flußregelmittel (32; 48) ausgelegt ist, in Abhängigkeit von Abweichungen des errechneten Wertes, welche durch Veränderungen der Konsistenz (C) hervorgerufen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußregelmittel ein Mittel zur Einstellung der Rotation einer Pulpepumpe (32) aufweist, welche Pulpe in die Einspeiseleitung (40) fördert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußregelmittel ein Mittel zur Einstellung eines Ventils (48) in der Einspeiseleitung (40) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittei (44) zur Erfassung der Pulpekonsistenz einen Sender auf Basis von Mikrowellentechnologie aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpeneinlässe (14) mit Flußregel- und -meßmitteln ausgestattet sind, um individuelle Pulpenkomponenten oder Mischungen von Pulpekomponenten bei einstellbarem volumetrischen Fluß in den Behälter (12) zuzuführen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) auf eine Menge an Pulpevorrat entsprechend einer Rückhaltezeit von 5 bis 120 Sekunden, vorzugsweise von 5 bis 20 Sekunden ausgelegt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (30) für die Aufrechterhaltung einer Pfropfenströmung der Pulpemischung ausgelegt und direkt an eine Saugleitung (34) der Pulpepumpe (32) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12) eine konische Gestalt hat mit einem oberen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 5 m, wobei das sich verjüngende Ende direkt mit einem oberen Ende der Druckpumpe (30) verbunden ist, deren Höhe etwa 2 m bis etwa 6 m oder mehr beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung von Papier oder Karton mit Hilfe eines Papierherstellungsprozesses, welcher die folgenden Schritte einschließt

- Einspeisen und Mischen von Pulpekomponenten in einen Pulpemischbehälter, welcher auf einem Druckrohr angeordnet ist,

- Weiterleiten der erhaltenen Pulpemischung unter Druck durch eine Zufuhrleitung zu einer Papiermaschine unter permanenter Messung des Volumenstromes (Q) und der Konsistenz (C) der Pulpe und Berechnen eines Wertes für das Produkt (Q · C) des Stromes und der Konsistenz und

- Einstellen des Flusses (Q) zur Kompensation von Abweichungen des berechneten Wertes von einem Sollwert des Produktes (Q · C).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nur den Strom (Q) in Abhängigkeit von der Abweichung des berechneten Wertes, verursacht durch Änderungen der Konsistenz (C) einstellt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch das Einspeisen von Pulpekomponenten in den Behälter individuell oder als deren Mischungen bei gemessenen Volumenströmen und Vermischen im Behälter ohne jegliche signifikante Verdünnung der Komponenten im Behälter.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pulpekomponenten derart in den Behälter einspeist, daß man eine Konsistenz von etwa 3% bis 10%, vorzugsweise eine solche von etwa 4% bis etwa 7%, besonders bevorzugt eine solche von etwa 5% bis 6% im Behälter erhält und die resultierende Pulpemischung ohne wesentliche Verdünnung in die Zuführleitung und die Papiermaschine einspeist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man jeweils die Volumenströme der Pulpekomponenten und/oder den Sollwert des Produktes (Q · C) einstellt, um Änderungen in der Qualität und/oder der Geschwindigkeit der Papierherstellung zu bewirken.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mischen eines Pulpevolumens im Behälter, welcher einer Retentionszeit von etwa 5 bis etwa 120 Sekunden, vorzugsweise von 5 bis 20 Sekunden der Pulpe im Behälter entspricht.

16. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck in der Zufuhrleitung durch eine Pulpepumpe und/oder durch Einspeisung der Pulpemischung aus dem Behälter in die Zufuhrleitung durch eine im wesentlichen vertikale Druckleitung bewirkt, welche eine Höhe aufweist, die mit dem Pulpeniveau im Behälter für den erforderlichen Einspeisedruck in die Papiermaschine ausreicht.