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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Verfahren zur Herstellung von verbesserten Cellulosezellstoffen,
die Papiere mit verbesserter Zugfestigkeit, Reißfestigkeit, Lichtstreuung
und geringem Splittergehalt ergeben, und eine Vorrichtung zu deren
Herstellung.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Bei der Herstellung von Cellulosezellstoffen,
wie thermomechanischem Zellstoff (TMP (thermomechanical pulp)) und
chemothermomechanischem Zellstoff (CTMP (chemithermomechanical pulp))
werden die Fasern voneinander und von Lignin freigelegt. Das Entfaserungsverfahren
muss auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass ein Faserzerschneiden
so weit als möglich
vermieden wird, da lange Fasern eine hohe Weiterreißfestigkeit
in dem Papier ergeben, das aus dem Zellstoff hergestellt wird. Fasern,
die noch zusammen hängen,
bilden sogenannte Splitter, die Brüche in der Papierbahn in der
Papiermaschine oder eine Verringerung der Qualität des hergestellten Papiers
verursachen können.
Um eine hohe Zugfestigkeit zu erhalten und ein Aufstellen der Faser
beim Offsetdruck, wenn das Papier einer Benetzung mit Wasser unterworfen
wird, zu vermeiden, werden starke Bindungen zwischen den Fasern
benötigt.
Um Fasern mit gutem Bindungsvermögen
sicherzustellen, müssen
die Fasern entwickelt, d. h. behandelt, werden, so dass die Faserwand
erweicht wird, und die Oberfläche
der Fasern behandelte werden, so dass der Großteil der äußeren dünnen Schicht, die Primärwand, entfernt
wird und die Fibrillen von der Sekundärwand gelöst werden. Dadurch wird ein
besserer Kontakt zwischen den Sekundärwänden erhalten und werden jegliche
Rückstände der
ligninreichen hydrophoben Mittelamellen entfernt. Flexible Fasern
sind eine Voraussetzung dafür,
ein Papier mit einer glatten Oberfläche zu erzielen, das für ein Beschichten
geeignet ist, im Besonderen für
beschichtetes Papier mit geringem Gewicht.
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Der von der Siebabteilung kommende
Zellstoff enthält
sowohl Fasern, die sich gut zur Herstellung von Papier eignen, und
etwas Material, das entweder weiter behandelt werden muss, wie unvollständig behandelte Fasern
und Splitter, oder das aus dem System entfernt werden muss, wie
Sand und Rindenteilchen. Dort ist auch eine gewisse Menge an Feinmaterialien
vorhanden, die aus kleinen Teilchen der Mittelamellen und der Primärwand, Teilen
von Fibrillen der Sekundärwand,
Parenchymezellen und kurzen Stücken
von zerschnittenen Fasern bestehend. Der Großteil der Feinmaterialien erhöht die Festigkeit
und das Lichtstreuungsvermögen
des Papiers. Um Fasern mit gutem Bindungsvermögen abzutrennen, wurde vorgeschlagen,
Siebe oder Hydrozyklone zu verwenden. Siebe trennen in Bezug auf
die Teilchengröße und Hydrozyklone
in Bezug auf die spezifische Oberfläche. Beim Sieben zurückgehaltenes
Material enthält
jedoch auch lange Fasern, die rückgewonnen
werden sollten. Ein Refining des Ausschusses (rejects) erhöht das Bindungsvermögen der
Fasern.
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Faktoren, die besonders das Faserfraktionierungsvermögen eines
Hydrozyklons beeinflussen, sind Druckabfall, Ausschussverhältnis, Hydrozyklongeometrie
und die Konsistenz der zugeführten
Zellstoffaufschlämmung.
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Hydrozyklone nach dem Stand der Technik
werden beispielsweise in den folgenden Dokumenten beschrieben.
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US
2 975 896 betrifft einen Hydrozyklon zur Behandlung von
Papierzellstoff und dergleichen. Die Absicht ist es, das Problem
mit einer verbesserten Abtrennung von Verunreinigungen in einem
Hydrozyklon zu lösen.
US 2 975 896 diskutiert
nicht die Verwendung mehrerer Hydrozyklonstufen.
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Ein neueres Dokument, das den Stand
der Technik diskutiert, ist
US
4 581 142 , das einen Hydrozyklon mit guter Trenneffizienz
betrifft, wobei dessen Unterschied zum Stand der Technik aus einer
besonders kurzen Düse
besteht, welche die Trenneffizienz verbessert. Es betrifft jedoch
nicht die Verwendung der Hydrozyklone zum Abtrennen der Fasern mit
geringem Bindungsvermögen.
US 4 581 142 diskutiert
nicht die Abtrennung in mehrerer Hydrozyklonstufen.
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Zusammnfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen von verbesserten Cellulosezellstoffen, wobei
entfaserte Cellulosezellstoffe für
die Entfernung von Splittern gescreent werden, Fasern mit geringem Bindungsvermögen in Hydrozyklonen
entfernt werden und der Ausschuss aus der Hydrozyklonenbehandlung in
einem Ausschuss-Refiner behandelt wird, gekennzeichnet durch die
Kombination der folgenden Charakteristika:
- a)
Der Basisendausflussdurchmesser (Db) der Hydrozyklone (C) ist geringer
als 14 mm;
- b) der Abstand (Lu) zwischen der inneren Basisendausflussöffnung und
dem engsten Teil der obersten Öffnung
ist größer als
400 mm; und
- c) das Verhältnis
zwischen dem volumetrischen Fluss durch die oberste Öffnung (Qa)
und dem volumetrischen Fluss durch die Einlassöffnung (Qf) der Hydrozyklone
wird so reguliert, dass es innerhalb des Intervalls von 0,10 bis
0,60 liegt.
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Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, in
Hydrozyklonen eine zufriedenstellende Fraktionierung entsprechend
dem Faserbindungsvermögen
zu erhalten und einen Zellstoff herzustellen, der ein Papier mit
verbesserter Zugfestigkeit, Reißfestigkeit,
Lichtstreuung und Oberflächenglätte ergibt.
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In einer modifizierten Version des
Verfahrens der Erfindung, in dem eine Anordnung einer zentral und axial
platzierten Blockiervorrichtung (B) mit kreisförmigem Querschnitt in der Basisendausflussöffnung substituiert
wird für
den obigen Parameter (a), ist es möglich das Verfahren weiter
zu verbessern, so dass es ein Papier ergibt, das zusätzlich zu
einer verbesserten Zugfestigkeit, Reißfestigkeit, Lichtstreuung
und Oberflächenglätte auch
einen sehr niedrigen Splittergehalt besitzt.
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Dies modifizierte Verfahren betrifft
somit ein Verfahren zur Herstellung von verbesserten Cellulosezellstoffen,
wobei entfaserte Cellulosezellstoffe für die Entfernung von Splittern
gescreent werden, Fasern mit geringem Bindungsvermögen in Hydrozyklonen
entfernt werden und der Ausschuss aus der Hydrozyklonbehandlung
in einem Refiner behandelt wird, gekennzeichnet durch die Kombination
der folgenden Charakteristika:
- a) Der Abstand
(Lu) zwischen der inneren Basisendausflussöffnung und dem engsten Teil
der obersten Öffnung
des Hydrozyklons wird größer als
400 mm gehalten;
- b) das Verhältnis
zwischen dem volumetrischen Fluss (Qa) durch die oberste Öffnung und
dem volumetrischen Fluss (Qf) durch die Einlassöffnungen der Hydrozyklone wird
so reguliert, dass es innerhalb des Intervalls von 0,08 bis 0,60
liegt; und
- c) der Basisendausflusskanal der Hydrozyklone wird mit einer
zentral und axial angeordneten Blockiervorrichtung (B) mit rundem
Querschnitt ausgestattet, wobei das Verhältnis des Durchmessers (Dd)
dieser Blockiervorrichtung zu dem Durchmesser der Basisausflussöffnung (Db)
innerhalb des Intervalls von 0,1 bis 1,2 gehalten wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine
Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens, wobei Cellulosezellstoffe gescreent
werden, umfassend Hydrozyklone C für die Abtrennung von Fasern
mit geringem Bindungsvermögen
und Vorrichtung RR zum Refining von Ausschuss aus den Hydrozyklonen
C, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Charakteristika:
- a) der Basisendausflussdurchmesser Db der Hydrozyklone
ist kleiner als 14 mm;
- b) der Abstand Lu zwischen der inneren Basisendausflussöffnung und
dem engsten Teil der obersten Öffnung
der Hydrozyklone ist größer als
400 mm;
- c) Mittel P, V zum Etablieren eines volumetrischen Flusses Qa
durch die oberste Öffnung
der Hydrozyklone, die mit dem volumetrischen Fluss Qf durch die
Einlassöffnung
der Hydrozyklone in Verbindung steht, so dass das Verhältnis Qa/Qf
innerhalb des Intervalls von 0,10 bis 0,60 liegt.
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Die Erfindung schließt eine
modifizierte Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens der Erfindung
ein, welche zu einem sehr niedrigen Splittergehalt führt, in
der der Basisausflusskanal der Hydrozyklone mit einer zentral und
axial angeordneten Blockiervorrichtung B mit kreisförmigem Querschnitt
bereitgestellt wird. Diese modifizierte Vorrichtung betrifft somit
eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens der Erfindung, in
der Cellulosezellstoffe gescreent werden, umfassend Hydrozyklone
C zur Abtrennung von Fasern mit geringem Bindungsvermögen und
eine Vorrichtung RR zum Refining von Ausschuss aus den Hydrozyklonen
C, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch die Kombination
der folgenden Charakteristika:
- a) der Abstand
(Lu) zwischen den inneren Basisendausflussöffnungen und dem engsten Teil
der obersten Öffnungen
der Hydrozyklone ist größer als
400 mm;
- b) Mittel P, V zum Etablieren eines volumetrischen Flusses Qa
durch die obersten Öffnungen
der Hydrozyklone, die mit dem volumetrischen Fluss Qf durch die
Einlassöffnungen
der Hydrozyklone in Verbindung stehen, so dass das Verhältnis Qa/Qf
innerhalb des Intervalls von 0,08 bis 0,60 liegt; und
- c) der Basisendausflusskanal der Hydrozyklone ist mit einer
zentral und axial angeordneten Blockiervorrichtung B mit rundem
Querschnitt versehen, wobei das Verhältnis des Durchmessers Dd dieser
Blockiervorrichtung zu dem Durchmesser Db der Basisausflussöffnung innerhalb
des Intervalls von 0,1 bis 1,2 liegt.
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Der Ausdruck "Hydrozyklone" bedeutet oben und im folgenden einen
oder mehrere parallel miteinander verbundene Hydrozyklone einschließlich sogenannter
Multihydrozyklonaggregate.
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Obwohl sie insbesondere auf TMP und
CTMP anwendbar sind, können
das Verfahren und die Vorrichtungen der Erfindung auch mit anderen
Arten von Cellulosezellstoffen verwendet werden, wenn verbessertes Bindungsvermögen gewünscht wird,
wie gemahlenem chemischem Zellstoff und Zellstoff, der aus wiedergewonnenen
Fasern herstellt ist.
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Das Verhältnis Qa/Qf, das innerhalb
des Intervalls 0.10–0.60
liegen sollte, kann vorzugsweise innerhalb spezifischer Grenzen
gehalten werden, die abhängig
von dem behandelten Zellstoff sind. Für chemischen Zellstoff liegt
das Verhältnis
Qa/Qf vorzugsweise bei 0.10–0.25,
während
das entsprechende bevorzugte Intervall für TMP 0.20–0.40 und für CTMP 0.10–0.30 beträgt.
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Das Verfahren zur Abtrennung von
Fasern mit geringem Bindungsvermögen
kann in einem oder in mehreren Hydrozyklonstufen mit unterschiedlichen
Qa/Qf-Verhältnissen
in jeder Stufe durchgeführt
werden. Wenn zum Beispiel zwei Hydrozyklonstufen verwendet werden,
kann das Verhältnis
Qa/Qf in der ersten Stufe innerhalb des Intervalls 0.10-0.40 gehalten werden,
während
das Verhältnis
in der zweiten Stufe auf einem niedrigeren Niveau wie 0.05–0.25 gehalten
werden kann.
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Bezüglich der Abmessungen der den
Hydrozyklone zur Abtrennung von Fasern mit geringem Bindungsvermögen werden,
wenn keine Blockiervorrichtung verwendet wird, die bevorzugten Verhältnisse
zwischen der Länge
(Lc) und der größten Konusdurchmesser
(Dc) innerhalb des Intervalls 5.2–6.5 gehalten, wird das Verhältnis zwischen
dem Basisausflussdurchmesser (Db) und dem größten Konusdurchmesser (Dc)
innerhalb des Intervalls 0.10–0.20
gehalten, wird das Verhältnis
zwischen dem obersten Ausflussdurchmesser (Da) und dem größten Konusdurchmesser
(Dc) innerhalb des Intervalls 0.18–0.30 gehalten und wird das
Verhältnis zwischen
dem Basisausflussdurchmesser Db und dem obersten Ausflussdurchmesser
(Da >) geringer als
1 gehalten.
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Wenn eine Blockiervorrichtung verwendet
wird, sind die Abmessungen der Hydrozyklone die gleichen, wie oben
beschrieben, mit der Ausnahme des Verhältnisses zwischen dem Basisausflussdurchmesser
(Db) und dem größten Konusdurchmesser
(Dc), das innerhalb des Intervalls 0.10–0.26 gehalten wird.
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Das Verhältnis des Durchmessers (Dd)
der Blockiervorrichtung am Ende (E) zum Durchmesser (Db) der Basisausflussöffnung wird
vorzugsweise innerhalb des Intervalls von 0.1 bis 0.9 gehalten,
wenn die Blockiervorrichtung innerhalb einer zentralen Auslassröhre (T)
am Basisende des Hydrozyklons angeordnet ist und sich axial von
der Basisausflussöffnung
in die Hydrozyklonkammer erstreckt. Eine solche Erstreckung kann
vorzugsweise von 0 bis 5mal der Durchmesser (Db) der Basisausflussöffnung sein.
Es ist auch möglich die
Blockiervorrichtung innerhalb der zentralen Röhre (T) am Basisende des Hydrozyklons
anzuordnen, wobei sich ihr Ende (E) innerhalb dieser Röhre mit
einem Abstand von 0 bis 5mal dem Durchmesser (Db) der Basisausflussöffnung axial
in die Fließrichtung
der Basisausflussöffnung
erstreckt. In dem letzteren Fall ist es auch möglich, die zentrale Röhre (T)
in der Fließrichtung
breiter zu machen und den Durchmesser (Db) des Endes (E) der Blockiervorrichtung
größer zu machen
als den Durchmesser (Dd) der Basisausflussöffnung.
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Gemäß der Erfindung, ist es auch
möglich
Ausschuss aus den Hydrozyklonen zu behandeln zur Abtrennung von
Fasern mit geringem Bindungsvermögen
in einem oder mehreren Hydrozyklonen, die zur Abtrennung von Sand,
Rinde und schweren Teilchen entworfen wurden, und diese Behandlung
kann in einer oder mehreren Hydrozyklonstufen durchge führt werden.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Verhältnis Qa/Qf innerhalb des Intervalls
0.05–0.10
gehalten wird und das Verhältnis
zwischen dem Basisausflussdurchmesser (Db) und dem obersten Ausflussdurchmesser
(Da) größer als
1 gehalten wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
schematisch eine Anlage zur Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der
Erfindung, in der Splitter, Fasern mit unbefriedigendem Bindungsvermögen und
Rinde vom Zellstoff abgetrennt werden.
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2 zeigt
schematisch eine Seitenansicht eines Hydrozyklons gemäß der Erfindung.
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3 zeigt
eine Ansicht des Hydrozyklons in 2,
aus der Sicht des Basisendes.
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4 zeigt
eine Blockiervorrichtung, die innerhalb einer zentralen Röhre angeordnet
ist, wobei ein Ende sich innerhalb der zentralen Röhre befindet,
der Durchmesser von diesem Ende der Blockiervorrichtung größer ist
als der Durchmesser der Basisausflussöffnung.
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5 zeigt
schematisch zwei Hydrozyklonstufen zur Abtrennung von Fasern mit
geringem Bindungsvermögen,
die miteinander verbunden sind.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Mühlensystem
zum Fraktionieren von thermomechanischem Zellstoff (TMP), in dem von
den Refinern stammender Zellstoff zur Abtrennung von Splittern, unzureichend
entwickelten Fasern, Sand und Rinde behandelt wird.
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Gescreente, gewaschene und vorerwärmte Schnitzel
werden in zwei Refinerstufen R1 und R2 (jede Stufe kann parallel
mehrere Refiner enthalten) zerfasert. Der Zellstoff wird bis auf
eine Konsistenz von 3–4% mit
Wasser verdünnt
und zu einer Latenzkammer L1 geleitet, wo verschiedene Formen der
mechanischen Spannung (Latenz) in den Fasern, die durch das Refiningverfahren
verursacht wurden, gelöst
werden. Der Zellstoff wird dann mit einer Konsistenz von ungefähr 1.5%
durch das Sieb S gepumpt, wo die Siebplatten entweder Löcher oder
Schlitze haben und wo die meisten Splitter abgetrennt werden. Unentwickelte
Fasern werden zusammen mit Sand, Rinde und kurzen Splittern, die
vom Sieb S akzeptiert wurden, von den entwickelten Fasern durch
die speziellen Hydrozyklone C1 und C2, die eine Zyklonkaskade bilden,
abgetrennt und durch das Ventil V4 abgezogen. Deshalb besteht das
durch das Ventil V1 kommende Material zumeist aus gut entwickelten
Fasern mit gutem Bindungspotential und Feinmaterialien. Die Zellstoffsuspension
wird durch die Pumpen P1 und P2 durch die Zyklone gepumpt.
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Die Fraktion, die C2 durch das Ventil
V4 verlässt,
enthält
unentwickelte Fasern, kurze Splitter, Sand und Rinde. Sie wird unter
Zuführung
durch die Pumpen P3, P4 und P5 zu der Zyklonkaskade geleitet, die
aus den Stufen D1, D2 und D3 besteht. Diese Zyklone wurden konstruiert,
um eine effiziente Abtrennung von Sand und Rinde vom Fasermaterial
zu ergeben. Der Gutstoff aus D1, der durch das Ventil V5 austritt,
trifft den Splitter-enthaltenden Ausschuss des Siebs S, und der
vereinigte Strom wir über
den Eindicker U zu einem speziellen Ausschuss-Refiner RR geleitet.
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Hier erfahren die Fasern eine andere
Behandlung, um ihr Bindungsvermögen
zu verbessern, und werden die Fasern zerfasert. Der Zellstoff geht
vom Ausschuss-Refiner zu einer Latenzkammer L2 und von dort zurück zum Hauptstrom,
wo er nochmals in S gescreent und in C1 fraktioniert wird. Das im
Eindicker U aus dem Zellstoff gezogene Wasser kann zur Verdünnung in
der Latenzkammer L2 verwendet werden. Fasern und Splitter, die im
ersten Durchgang abgetrennt wurden und die noch ungenügend entwickelt
oder zerfasert sind, werden erneut zum Ausschuss-Refiner geleitet.
Der endgültige
Ausschuss aus den Zyklonen in Stufe D3, der das System durch das
Ventil V10 verlässt,
enthält
Sand und anderes schweres, nichtfaserförmiges Material.
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Ein System für chemomechanischen Zellstoff
(CTMP) hätte
einen im Wesentlichen gleichen Entwurf, wobei der Hauptunterschied
in der Behandlung der Holzschnitzel vor den Hauptstrom-Refinern
und in der Weise, wie diese Refiner betrieben werden, liegt.
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Zyklone für die Fraktionierung
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Die Hauptstromhydrozyklone C1 und
C2 trennen hauptsächlich
Fasern von geringem Bindungsvermögen
ab. Im Gegensatz zu dem, was in den Sieben stattfindet, gibt es
keine Fraktionierung hinsichtlich der Faserlänge in diesen Zyklonen. Es
werden auch Sand und andere Arten von schweren Verunreinigungen
zusammen mit kurzen Splittern abgetrennt. Das kombinierte Verfahren
der Fraktionierung entsprechend dem Bindungsvermögen und der Abtrennung von
schweren Verunreinigungen wird teilweise durch das besondere Design
der Zyklone und teilweise durch den speziellen Betrieb der Zyklone
erreicht.
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Bezüglich des Designs der Zyklone
ist deren Größe ziemlich
verschieden von dem, was bisher bei Hydrozyklonen üblich war,
die verwendet wurden zum Abtrennen von Splittern, Sand und Rinde
aus TMP. Während
die normalen Zyklone einen größten Konusinnendurchmesser
Dc (siehe
2) von 150–300 mm
und einer Länge
Lc von 1000–1200
mm besitzen, betragen die entsprechenden Abmessungen der fraktionierenden Hydrozyklone
C1 und C2 Dc = 80 mm und Lc = 475 mm. Ferner sind die Durchmesser
von sowohl dem Einlass als auch den beiden Auslässen von großer Bedeutung.
In den in der Mühle
verwendeten und in
1 beschriebenen
Zyklonen haben die unten in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegebenen
Abmessungen gezeigt, dass sie eine zufriedenstellende Fraktionierungswirkung
ergeben, während
die schweren Verunreinigungen ebenfalls effizient abgetrennt werden: Tabelle
1
Dc
= 80.0 mm | (Lu/Dc
= 5.94) |
Di
= 13.5 mm | (zwei
Einlässe) |
Db
= 12.0 mm | (Db/Dc
= 0.150) |
Da
= 18.0 mm | (Da/Dc
= 0.225) |
Tabelle
2
Dc
= 80.0 mm | (Lu/Dc
= 5.94) |
Di
= 13.5 mm | (zwei
Einlässe) |
Db
= 18.0 mm | (Db/Dc
= 0.22) |
Da
= 18.0 mm | (Da/Dc
= 0.22) |
Dd
= 12.0 mm | (Dd/Da
= 0.67) |
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In Hydrozyklonen mit Abmessungen
gemäß Tabelle
1 und Tabelle 2 und welche entsprechend den im folgenden beschriebenen
Bedingungen betrieben werden, gehen die meisten Fasern mit gutem
Bindungsvermögen – d. h.
flexible Fasern mit großer
spezifischer Oberfläche – durch
die Basisöffnung,
während
unentwickelte Fasern zusammen mit Sand und Splittern hauptsächlich durch
die oberste Öffnung
gehen.
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Das Verhältnis Db/Da ist ein sehr wichtiger
Designparameter. In herkömmlichen
Zyklonen, die zur Reinigung von TMP und CTMP verwendet werden, ist
dieses Verhältnis
oft nahe 2, während
es in den fraktionierenden Hydrozyklonen, die in der Erfindung verwendet
werden, geringer als 1 ist. In dieser Hinsicht ähneln diese Zyklone Hydrozyklonen,
die zum Abtrennen feiner Verunreinigungen verwendet werden, z. B.
von Kunststoffe von Fasern, sogenannten umgekehrten Zyklonen. Wenn
jedoch solche Hydrozyklone in der herkömmlichen Weise betrieben werden,
gehen die gereinigten Fasern (die Gutstoffe) durch den obersten
Auslass und die Verunreinigungen (der Ausschuss) durch den Basisauslass,
zusammen mit einem relativ kleinen Anteil der Fasern. In den hier
beschriebenen fraktionierenden Zyklonen folgen die Fasern einem
deutlich anderen Durchflussmuster, was im folgenden beschrieben
wird.
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Wieviel von den verschiedenen Fasern
und Verunreinigungen durch jede der beiden Öffnungen geht, wird von der
Verteilung der Flüssigkeit
im Zyklon bestimmt. Diese Verteilung, die auch die Volumenstromaufspaltung
genannt wird, ist durch das Verhältnis
Xq = Qa/Qf gegeben, wobei Qa die Volumendurchflussrate durch die
obersten Öffnung
und Qf die Volumenzufuhrdurchflussrate zum Zyklon ist. Fasern mit
sehr starkem Bindungsvermögen
gehen in dem gemäß der Erfindung
konstruierten Zyklon immer zu der Basisöffnung und Fasern mit sehr
schwachem Bindungsvermögen
gehen immer zur obersten Öffnung.
Jedoch besitzt der Parameter Xq einen starken Einfluss darauf, wie
Fasern mit einem Bindungsvermögen
zwischen diesen beiden Extremen verteilt sind. Eine Zunahme des
Xq, d. h. der relativen Menge des durch den obersten Bereich gehenden
Durchflusses, führt
zu einem niedrigeren Gehalt von weniger entwickelten Fasern in der
Basisfraktion, während
gleichzeitig mehr der gut entwickelten Fasern in der obersten Fraktion
verbleiben werden. In bezug auf das Gesamtergebnis ist es normalerweise
vorteilhaft, die Zyklone in Stufe C1 derart zu betreiben, dass ein kleines
Anteil der gut entwickelten Fasern mit der obersten Fraktion mitgeht,
wodurch der Gehalt an nicht völlig entwickelten
Fasern in der Basisfraktion sehr gering wird. Dies wird auch sicherstellen,
dass praktisch alles an Sand und Rinde und anderer schwerer Materialien
durch das Ventil V4 in 1 zum
Hydrozyklon D1 geleitet wird. Diese Menge hängt natürlich davon ab, wie man den
Betrieb der primären
Refiner R1 und R2 wählt.
Die Ventile V1, V2, V3 und V4 werden verwendet, um die Durchflussverteilung
in den Hydrozyklonen C1 und C2 zu regeln.
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In herkömmlichen Systemen zur Reinigung
von TMP und CTMP, beträgt
Xq für
die Zyklone in der Position C1 normalerweise ungefähr 0.10.
Aus diesem Grund ist die entsprechende Stufe C2 beträchtlich
kleiner als sie es im Fraktionierungssystem der Erfindung ist, da
ein viel kleinerer Durchfluss von C1 kommt. Es ist deswegen praktisch
nicht möglich,
eine irgendwie bedeutende Fraktionierung in einer gegebenen herkömmlichen
Installation zu erhalten, indem man lediglich die oberste Durchflussrate
in C1 erhöht,
ganz abgesehen von der Tatsache, dass die Zyklone selbst für den Zweck
ungeeignet wären.
Ein anderer wichtiger Verfahrensbetriebsparameter ist die Konsistenz
der Zufuhr zu den Zyklonen in C1 im Fraktionierungssystem der Erfindung.
Im Allgemeinen ist die Fraktionierungseffizienz bei niedrigeren
Konsistenzen größer als
bei höheren Konsistenzen.
Andererseits führen
niedrige Konsistenzen auch zu großen Durchflussvolumina. Die
optimale Konsistenz der Zufuhr für
die fraktionierenden Hydrozyklone wird deswegen üblicherweise im Bereich von 0.3–1.2% liegen.
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Mit den Abmessungen und den Betriebsbedingungen
der Zyklone, die in den vorhergehenden Absätzen angegeben wurden, findet
die Faserfraktionierung entsprechend der Tabelle 3 statt. Dieses
Schema zeigt, durch welche Zyklonöffnung das faserförmige Material
entsprechend seiner Oberfläche
und Flexibilität
bevorzugt gehen wird. Je flexibler die Fasern sind und je größer ihre
spezifische Oberfläche
ist, desto stärker
ist ihre Neigung durch den Basisauslass zu gehen. Fasern, die flexibel
sind und auch eine große
Oberfläche
besitzen (aufgrund teilweise gelöster
Fibrillen in der Faserwand), haben das beste Bindungsvermögen.
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Zyklone zur Abtrennung
von Verunreinigungen mit hohem spezifischen Gewicht
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Der Strom, der den Hydrozyklon C2
durch Ventil V4 in
1 verlässt, besteht
im großen
und ganzen aus unentwickelten Fasern und Splittern, zusammen mit
Sand, Rinde und anderen Verunreinigungen, die ein spezifisches Gewicht
besitzen, das größer ist
als das der Fasern. Dieses schwere Material wird vom faserförmigen Material
abgetrennt durch die Hydrozyklone in den Stufen D1, D2 und D3. Diese
Zyklone sind anders als jene in C1 und C2 konstruiert und werden
mit anderen Werten von Xq betrieben, normalerweise 0.05–0.10. Ihre
Hauptabmessungen unter Bezug auf
2 sind
in Tabelle 4 aufgezeigt. Tabelle
4
Dc
= 80.0 mm | (Lu/Dc
= 5.94) |
Di
= 13.5 mm | (zwei
Einlässe) |
Db
= 26.5 mm | (Db/Dc
= 0.331) |
Da
= 18.0 mm | (Da/Dc
= 0.225) |
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Die Länge der Zyklonkammer Lc ist
475 mm. Somit sind diese Zyklone kleiner als jene, die üblicherweise
zur Abtrennung von Sand etc. in herkömmlichen Systemen verwendet
werden, wo z. B. Dc = 150–300 mm
und Lc = 1000–1200
mm. Im Gegensatz zu einigen der Fraktionierungshydrozyklone C1 und
C2, sind ihre Basisauslässe
breiter als ihre obersten Auslässe,
d. h. Db/Da ist größer als
1. Es gibt keine Blockiervorrichtung in dem Basisendausfluss dieser
Hydrozyklone.
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Die Erfindung wird durch die folgenden
Beispielen veranschaulicht.
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Beispiel 1
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In einer Mühle für Herstellung von Zeitungspapier-TMP
gemäß 1 wurden Zellstoffproben
an zwei Stellen mit verschiednen Sets an Werten für die Volumenstromaufspaltung
in den Zyklonen C1 und C2 genommen. Die Probenahmestellen werden
in 5 aufgezeigt. Jede
Probe wurde auf Zugindex, WAR-Index und Lichtstreuungskoeffizienten
getestet. Die Testergebnisse werden in Tabelle 5 und Tabelle 6 angegeben,
wobei
- D
- Zugindex Nm/g
- R
- WAR-Index Nm2/kg
- L
- Lichtstreuungskoeffizient
m2/kg
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Die in jedem Probelauf verwendeten
Volumenstromaufspaltungen Xq werden auch in diesen Tabellen gezeigt
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Die Daten in den Tabellen zeigen
deutlich, dass bei den beiden verwendeten Volumenstromaufspaltungen
der Zellstoff, der gemäß der Erfindung
behandelt wurde, in der Hauptlinie – Position 2 – beträchtlich höhere, d.
h. bessere, Werte für
alle drei Qualitätsparameter
aufweist als der eingehend Zellstoff – Position 1 – und dass
der Zellstoff, der für
eine Weiterbehandlung – Position 4 – weitergeleitet
wird, viel schwächer
ist und eine geringere Lichtstreuung ergibt.
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Beispiel 2
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Es wird angenommen, dass der große Unterschied
in der Festigkeit zwischen den Basis- und obersten Fraktionen von
den fraktionierenden Hydrozyklonen davon herrührt, dass ein viel geringerer
Gehalt an Feinmaterialien in der obersten Fraktion enthalten ist
und auch dass die Feinmaterialien dort wahrscheinlich eine geringere
festigkeitserhöhende
Kapazität
besitzen als jene in der Basisfraktion. Diese Hypothese kann jedoch widerlegt
werden, was in den folgenden Tests gezeigt wird:
Es wurden
Proben von den Basis- und obersten Fraktionen in der Zyklonstufe
C1 in derselben wie oben beschriebenen Fertigungslinie genommen
und es wurde der Zugindex sowohl in der ganzen Probe als auch in entsprechend
der Faserlänge
in einem Bauer-McNett Fraktionierer unterteilten Proben gemessen.
Die 16–30 mesh
Fraktion, d. h. Fasern, die durch das 16 mesh Sieb gingen aber von
dem 30 mesh Sieb zurückgehalten wurden,
enthalten weder Splitter noch Feinmaterialien (Splitter werden bei
16 mesh zurückgehalten,
während Feinmaterialien
durch 30 mesh gehen). Der Zugindex dieser Fraktion, welche in den
Tests ungefähr
15% der ganzen Probe ausmachte, wird als ein gutes Maß dafür angesehen,
wie gut die Fasern entwickelt sind. Die beobachteten Zugindexwerte,
die unten in Tabelle 7 gezeigt werden, zeigen deutlich, dass die
gesamte Probe und auch die 16–30
und die 50–200
mesh Fraktionen vom obersten Stroms von minderer Qualität waren,
im Vergleich zu jenen des Basisstromes. Es ist deswegen offensichtlich,
dass der Festigkeitsunterschied zwischen den Basis- und obersten Strömen nicht
von Unterschieden in der Menge oder der Qualität der Feinmaterialien verursacht
wird.
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Tabelle
7
Zugindex von Zellstoff aus C1, Nm/g
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Beispiel 3
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TMP für Zeitungsdruckpapier wurde
in einem Laborversuch fraktioniert, um die Menge an Fasern mit geringem
Bindungsvermögen
im Zellstoff zu bestimmen und damit die Notwendigkeit einer Fraktionierung
und die Größe einer nachfolgenden
Refiningausrüstung.
Die Fraktionierung wurde in drei Stufen gemäß 6 durchgeführt. Die verwendeten Hydrozyklone
waren vom selben Typ wie die Hydrozyklone C, die in 1 beschrieben sind. Es wurden Proben
genommen und auf den Zugindex getestet. Für diese Versuche wird auch die
Faserstromaufspaltung Xm angegeben, zusätzlich zur Volumenstromaufspaltung
Xq. Xm wird als das Verhältnis
zwischen der obersten Zellstoffdurchflussrate und der Zellstoffzufuhrdurchflussrate
des Zyklons definiert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 8 aufgezeigt.
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Tabelle
8
Zugindex in TMP für
Zeitungspapier, Nm/g
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Tabelle 8 zeigt, dass wenn Zellstoff
für Zeitungspapier
fraktioniert wurde, die Basisfraktionen von allen drei Stufen, einen
höheren
Zugindex besaßen
als der ursprüngliche
Zellstoff, der dem Zyklon 1 zugeführt wird. Die obersten Fraktion
von Zyklon 3 enthielt 25% des Zellstoffstroms zum System
und besaß einen
sehr niedrigen Zugindex. Man könnte
annehmen, dass diese Fraktion hauptsächlich aus Fasern von sehr
geringem Bindungsvermögen
besteht, mit dem Bedarf einer weiteren Behandlung in Refinern.
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Beispiel 4
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TMP für LWC (beschichtete Papier
mit geringem Gewicht) wurde in einem Laborversuch fraktioniert, um
die Menge an Fasern mit geringem Bindungsvermögen im Zellstoff und die Notwendigkeit
einer Fraktionierung und die Größe einer
nachfolgenden Refiningausrüstung
zu bestimmen. Die Fraktionierung wurde gemäß 6 durchgeführt. Die verwendeten Hydrozyklone
waren vom selben Typen wie die Hydrozyklone C, die in 1 beschrieben sind. Es wurden
Proben genommen und auf den Zugindex getestet, und es wurde die
Faserstromaufspaltung Xm angegeben. Zellstoff für LWC wird normalerweise bei
viel höherem
Energieeinsatz bei den Hauptlinien-Refinern entfasert als bei TMP
für Zeitungspapier,
was in einem größeren Anteil
an völlig
entwickelten Fasern resultiert. Deswegen könnte man erwarten, dass die
Wirkung der Fraktionierung geringer war. Das Ergebnis des Tests
wird in Tabelle 9 gezeigt.
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Tabelle
9
Zugindex in TMP für
LWC, Nm/g
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Die Ergebnisse in Tabelle 9 zeigen überraschenderweise,
dass nicht nur die Basisfraktion von Zyklon 1, sondern
auch die Basisfraktion von Zyklon 2 einen höheren Zugindex
besaß als
der Zellstoff, der dem System zugeführt wird. Der Ausschuss des
Zyklons 3, der 16% des dem System zugeführten Zellstoffs ausmacht, zeigte
einen beträchtlich
geringeren Zugindex als der ursprüngliche Zellstoff. Folglich
ist eine Fraktionierung gemäß der Erfindung
sogar für
TMP vorteilhaft, der für
LWC verwendet wird.
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In den obigen Beispielen wird die
Erfindung unter Verwendung eines gesonderten Refiners für den Ausschuss
der Hydrozyklone beschrieben. Gemäß der Erfindung ist es jedoch
auch möglich,
den Ausschuss von den Hydrozyklonen zu den Refinern in der Hauptlinie
rückzuführen.
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Beispiel 5
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In einer Mühle zur Herstellung von TMP
für Zeitungspapier,
gemäß 1, wurden Zellstoffproben
vom Basisausfluss und vom obersten Ausfluss des Hydrozyklons C1
ohne Blockiervorrichtung (A) und mit einer Blockiervorrichtung (B)
genommen. Die Proben wurden auf Zugindex, Lichtstreuungskoeffizienten
und Splitterabtrennung getestet. Die Konsistenz am Einlass betrug
0.52% und Xq = 0.25. Im Test (A) besaß der Hydrozyklon die in Tabelle
1 angegeben Maße,
während
in Test (B) der Hydrozyklon mit einer Blockiervorrichtung die in
Tabelle 2 angegebenen Abmessungen und das Ende der Blockiervorrichtung
auf dem gleichen Niveau wie die Basisausflussöffnung besaß. Die Ergebnisse werden in
Tabelle 10 angegeben, wobei D = Zugindex Nm/g, L = Lichtstreuungskoeffizient
m2/kg und S = Splitterabtrennungseffizienz in % für Splitter
der Länge
2 bzw. 4 mm:
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Die Daten in der Tabelle zeigen deutlich,
dass der entsprechend der Modifikation (B) behandelte Zellstoff
eine beträchtlich
verbesserte Splitterabtrennungseffizienz besaß, wenn eine wie oben beschriebene
Blockiervorrichtung verwendet wird. Es gibt auch eine Verbesserung
hinsichtlich der Zugfestigkeit und des Lichtstreuungskoeffizienten.