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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Zugabe einer Chemikalie zu einem Flüssigkeitsstrom. Das Verfahren
und die Vorrichtung der Erfindung lassen sich besonders gut auf
homogene Zugabe einer flüssigen Chemikalie
zu einem Flüssigkeitsstrom
anwenden. Bevorzugt werden das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
zur Zugabe eines Retentionsmittels zur Fasersuspension eingesetzt,
die dem Stoffauflauf einer Papiermaschine zufließt.
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Natürlich gibt
es praktisch eine unzählige Menge
Verfahren nach dem Stand der Technik zur Zugabe von verschiedenen
Chemikalien zu Flüssigkeitsströmen. Diese
Verfahren lassen sich freilich in einige Hauptkategorien unterteilen,
wie im Folgenden zu ersehen ist. Erstens ist es völlig möglich, die zuzugebende
Flüssigkeit
nur so in eine zweite Flüssigkeit
frei fließen
zu lassen, ohne irgendwelche besondere Regel- oder Mischmittel zu
benutzen. Dieses Zugabeverfahren kann weder in Situationen eingesetzt
werden, wo das Mischverhältnis
oder die Homogenität
von Bedeutung ist. Noch kann es in Situationen eingesetzt werden,
wo der Preis der zuzugebenden Chemikalie von Bedeutung ist. Das
nächste anwendbare
Verfahren besteht darin, die Chemikalie in einem genauen Verhältnis zum
Flüssigkeitsstrom zuzugeben,
wodurch sich eine richtige und wirtschaftliche Proportionierung
ergibt. Sogar in diesem Fall muss jedoch berücksichtigt werden, dass der
Anteil der Chemikalie im Vergleich zur optimalen Dosierung normalerweise
etwas übermäßig ist,
weil die Durchmischung bekanntlich unzureichend ist. Die Durchmischung
kann aber verbessert werden durch Zugabe der Chemikalie z. B. durch
eine perforierte Wand eines Strömungskanals,
wobei sich die zuzumischende Chemikalie zumindest über den
gesamten Flüssigkeitsstrom
ausbreiten kann. Schließlich kann
eine Situation in Betracht gezogen werden, wo die Chemikalie in
einem strikten Verhältnis
entweder zum Flüssigkeitsstrom
auf der stromaufwärts
gelegenen Seite des Mischers oder durch den Mischer selbst zur Flüssigkeit
zugegeben wird. In diesem Fall ist die Effizienz der Zumischung
der Chemikalie zum Flüssigkeitsstrom
völlig
von der Mischerkonstruktion abhängig.
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Papierherstellung
ist auf ihre eigene Weise ein sehr anspruchsvolles Spezial gebiet,
was die Zumischung von Chemikalien anbelangt. Bei Verwendung von
Papierchemikalien sollte man daran denken, dass die präzise und
homogene Durchmischung derselben im Kurzen Umlauf einer Papiermaschine von
entscheidender Bedeutung ist. Homogene Vermischung bedeutet im direkten
Sinne bessere Qualität
und Homogenität
des Papiers. Gleichzeitig kann der Prozess ohne Störungen und
Probleme durchgeführt
werden. Andererseits erfordert schlechte Durchmischung eine Überdosierung
von Chemikalien, was die Produktionskosten erheblich steigern kann.
Es versteht sich von selbst, dass im Fall einer schlechten Durchmischung
die Qualität
des Papiers und die Funktion des Prozesses nicht zufriedenstellend
sind. Die existierende Mischtechnik nutzt einerseits Reinwasserfraktionen
sowohl als Verdünnungswasser und
als auch so genanntes „Peitschwasser", das zur Intensivierung
der Durchmischung verwendet wird. Andererseits ist man bestrebt,
die Wasserkreisläufe von
Papierfabriken zu schließen,
wodurch die Reinwasserdosierung zum System verringert werden sollte,
und stattdessen sollten intern geklärte Fraktionen oder irgendein
nicht behandelter direkter Strom aus dem Prozess, wie z. B. Filtrate,
verwendet werden. Die bestehenden Systemen zur Beimischung von Chemikalien
lassen die Verwendung von Wasserfraktionen innerer Prozesse nicht
oder nur in geringem Maße
zu.
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Ein
zentraler Fall von Mischung in Zusammenhang mit Papierherstellung
ist die Zumischung eines Retentionsmittels zu einem Fasersuspensionsstrom,
der auf dem Weg zum Stoffauflauf einer Papiermaschine ist. Bei der
Papierherstellung werden Retentionschemikalien besonders dazu eingesetzt, die
Retention von Feinstoff in der Siebpartie der Papiermaschine zu
verbessern. Als Retentionsmittel wird eine Chemikalie verwendet,
deren lange Molekülketten
Feststoffpartikel des Faserstoffs zusammenbinden und somit verhindern,
dass der Feinstoff das Sieb während
der Blattbildungsstufe zusammen mit Wasser durchfließt. Das
Retentionsmittel sollte dem Faserstoff möglichst homogen beigemischt
werden, um die maximale Wirkung der Chemikalie zu entfalten und
durch Retentionsschwankungen verursachte Veränderungen der Papiereigenschaften
zu vermeiden. Andererseits bedeutet Durchmischung, dass die Flüssigkeit
einer turbulenten Strömung
ausgesetzt wird, deren Scherkräfte
lange Molekülketten zerstören/zerstören können, was
natürlich
die Wirkung des Retentionsmittels herabsetzt. Dennoch gibt es verschiede
Arten von Retentionsmitteln. Für
die Wirkungen einer turbulenten Strömung empfindlich sind z. B.
Polyacrylamide, von deren zerstörten
Molekülketten
nicht bekannt ist, dass sie nach dem Ausklingen der Turbulenz ihre
ursprüngliche
Länge wiedererlangen
würden,
doch gibt es auch Retentionsmittel (z. B. Polyethylenimine), deren
Molekülketten kurz
nach dem Ausklingen der Turbulenz im Wesentlichen ihre ursprüngliche
Länge wiedererlangen.
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Im
Kurzen Umlauf einer Papiermaschine hängt die Zugabestelle fürs Retentionsmittel
weitgehend von dem verwendeten Retentionsmittel, dem Strömungszustand
von der Zugabestelle zur Stoffauflauflippe und dem verwendeten Faserstoff
ab. Die Einführung
von für
Scherkräfte
anfälligen
Retentionsmitteln erfolgt normalerweise nach Mitteln (es kann sich
dabei um eine Pumpe, einen Sortierer oder Fliehkraftreiniger handeln),
die Scherkräfte
verursacht und vor dem Stoffauflauf platziert ist, wobei die Zugabe
an einer Stelle oder z. B. ins Akzeptrohr eines jeden Drucksortierers
erfolgt. Es ist auch möglich,
mehrere Retentionsmittel verschiedener Typen gleichzeitig einzusetzen
und sie schrittweise der Fasersuspension zuzuführen. Derjenige Teil der Retentionsmittel,
der gegenüber
Scherkräften
widerstandsfähig
ist, kann bereits zum hochkonsistenten Faserstoff oder vor der Stoffauflauf-Speisepumpe
zugegeben werden, und der für
Scherkräfte
anfällige
Teil der Retentionsmittel wird dem Stoffauflauf normalerweise erst
am Fasersuspensionsaufgaberohr zugegeben.
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Zurzeit
werden als Aufgabevorrichtungen für Retentionsmittel hauptsächlich zwei
Vorrichtungstypen eingesetzt. Eine einfachere Vorrichtung (1a) umfasst
ein ringförmiges
Verteilrohr, das um den Faserstoff-Strömungskanal mit Abstand zu ihm
platziert ist und durch eine Anzahl Aufgaberohre (zumindest vier
Aufgaberohre) mit dem Faserstoff-Strömungskanal derart verbunden
ist, dass das Retentionsmittel durch die Aufgaberohre als gleichmäßiger Strom
zu dem im Kanal fließenden
Faserstoff abfließt.
Eine zweite Möglichkeit
(1b und 1c) besteht
darin, z. B. zwei Aufgaberohre quer durch den Strömungskanal hindurch
vorzusehen und denjenigen Teil der Aufgaberohre, der innerhalb des
Strömungskanals
verbleibt, mit Retentionsmittel-Aufgabeöffnungen oder – schlitzen
zu versehen, wodurch das Retentionsmittel als gleichmäßiger Strom
zum Faserstoff fließt,
wobei das Mischergebnis einigermaßen besser ist. Gegenwärtig werden
Retentionsmittel zum Fasersuspensionsstrom unter einer relativ kleinen
Druckdifferenz zugegeben, wobei die Retentionsmittel ihre eigenen
Strömungskanäle bilden,
oder zumindest die deutliche Gefahr besteht, dass sie im Inneren
des Fasersuspensionsstroms Kanäle
bilden. Bei der Zugabe von Retentionsmittel wird also allgemein
angenommen, dass es nach der Zugabestelle der Chemikalie eine Mischvorrichtung
gibt, die die Chemikalien der Fasersuspension gleichmäßig untermischt.
Andererseits basiert die Menge des in die Fasersuspension aufgegebenen
Retentionsmittels hauptsächlich
auf praktischen Kenntnissen aus Erfahrung. Dies bedeutet, dass Retentionsmittel
in der Praxis Fasersuspension in einer Menge beigemengt werden,
die zur Gewährleistung
der erwünschten Wirkung
ausreicht. In der Tat bedeutet dies eine beachtliche Überdosierung
von Retentionschemikalien (manchmal sogar um mehrere zehn Prozent)
wegen der nicht homogenen Vermischung.
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Für die Retentionsmittel
und Einführung
derselben ist es charakteristisch, dass die Retentionsmittel in
Papierfabriken, zusätzlich
zur Flüssigkeitsform,
auch als Pulver angeliefert werden, die je nach dem herzustellenden
Papier und dem zu verwendenden Material in einer Menge von ungefähr 200–500 g pro
Tonne Papier eingesetzt werden. Ein Retentionsmittel in Pulverform
wird in einem besonderen Mischbehälter mit Frischwasser in einem
Verhältnis
von 1 kg Pulver zu ungefähr
200 Liter Reinwasser gemischt. Dies liegt daran, dass Retentionsmittel
bekanntlich sehr schnell, in ungefähr einer Sekunde, mit allen
Feststoffpartikeln des Stroms, reagieren, das heißt sich
daran festsetzen, was bedeutet, dass die Verdünnungsflüssigkeit möglichst rein sein soll. Mit anderen
Worten, in dieser Stufe werden pro 1 Tonne produzierten Papiers
40–100
Liter reinen Wassers für Retentionsmittelproduktion
verwendet. Folglich ist der tägliche
Verbrauch, je nach der Produktion der Papiermaschine, 10–100 Kubikmeter
(hier liegt die Produktion schätzungsweise
bei 250–1000
Tonnen Papier pro Tag). Trotzdem ist diese erste Auflösungsstufe
nicht die Stufe, wo das meiste Wasser verwendet wird, weil bei Prozessen
nach dem Stand der Technik diese Retentionsmittellösung weiter
auf z. B. ein Fünftel
ihrer Konzentration verdünnt
wird, was in der Praxis bedeutet, dass für diese so genannte sekundäre Verdünnung 200–500 Liter
Reinwasser pro 1 Papiertonne verwendet wird. Dies resultiert in
einem rechnerischen Tagesverbrauch von 50–500 Kubikmetern Reinwasser
pro eine Papiermaschine.
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Man
hat also bis jetzt akzeptiert, dass für die Verdünnung des Retentionsmittels
pro eine Papiermaschine Hunderte von Kubikmetern Reinwasser pro
Tag benötigt
werden. Dies muss jedoch als eindeutiger Nachteil verstanden werden,
besonders in Fällen,
wo man weiß,
dass in der Papierfabrik große Mengen
an verschiedenen Umlaufwässern
zur Verfügung
stehen, die auch für
diesen Zweck verwendet werden könnten.
Die einzige Bedingung für
die Verwendung von Umlaufwässern
ist, dass es eine Möglichkeit
geben sollte zu verhindern, dass Retentionschemikalien mit dem Feststoff
in den Umlaufwässern reagieren.
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Einerseits
sollte man daran denken, dass der Kurze Umlauf einer Papiermaschine
wegen großer Flüssigkeitsmengen
große
Rohre nutzt. Zum Beispiel als Aufgaberohr des Stoffauflaufs einer
Papiermaschine kann ein Rohr mit einem Durchmesser von ungefähr 1000
mm benutzt werden. Dies ist einer der Gründe, warum die homogene Zumischung
eines relativ kleinen zusätzlichen
Stroms, etwa eines verdünnten
Retentionsmittels, in einen weiten Strömungskanal problematisch ist.
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Andererseits
ist die Konstruktion der oben beschriebenen, zurzeit eingesetzten
Retentionsmittel-Aufgabevorrichtungen sehr einfach. Was ihren Betriebswirkungsgrad,
d. h. die Homogenität
der Mischung betrifft, könnte
man sogar sagen, dass sie zu einfach sind. Mit anderen Worten, die
Einfachheit der Vorrichtung und das Chemikalien-Zugabeverfahren, die
in nicht homogener Dosierung und auch Zersetzung der Chemikalienmoleküle resultieren,
führen unvermeidlich
zu einer erheblichen Überdosierung von
Chemikalien, weil das Grundziel zwangsläufig darin besteht, eine bestimmte
Siebretention auf einer Papierma schine zu erreichen.
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Ein
weiteres offensichtliches Problem, das bei Prozessen nach dem Stand
der Technik beobachtet wurde, ist mit der traditionellsten Möglichkeit
der Zumischung des Retentionsmittels zur Fasersuspension, d. h.
vor dem Stoffauflaufsortierer, verbunden. Weil die Reaktionszeit
eines Retentionsmittels bekanntlich kurz war, hielt man den Stoffauflaufsortierer für eine ausgezeichnete
Stelle für
homogene und schnelle Zumischung von Retentionsmittel zum Faserstoff.
Und das war auch der Fall, als Stoffauflaufsortierer nach dem alten
Stand der Technik eingesetzt wurden, die eine Lochtrommel als Sieborgan hatten.
Aber jetzt, wo Schlitztrommeln den Markt erobern, hat man entdeckt,
dass das Retentionsmittel Flocken vor der Schlitztrommel bilden
kann, und somit wird im besten Fall eine große Menge sowohl Retentionsmittel
als auch Feinstoff der Fasersuspension, die ansonsten verwendbar
sind, rejektiert, oder aber im schlimmsten Fall verstopfen sie die
feinen Schlitze der Schlitztrommel.
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Wie
oben zu ersehen ist, hat man zahlreiche Nachteile und Unzulänglichkeiten
zum Beispiel bei der Zugabe von Retentionschemikalien entdeckt.
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WO
01/02119 stellt ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 13 dar.
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Aus
EP-A-0 389 201 ist eine Mischvorrichtung zur Emulsierung eines Verdünnungsmittels
und eines Bindemittels dar.
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Fürs Lösen z. B.
der oben erwähnten
Probleme beim Stand der Technik hat man ein neues Verfahren und
eine Vorrichtung entwickelt, die die durch die beigefügten Patentansprüche festgelegten
Merkmale umfassen.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen die Zugabe von sogar
solchen Chemikalien in den Flüssigkeitsstrom,
die aus leicht zerfallenden Polymerketten bestehen, zum Beispiel
Retentionschemikalien, so dass die Polymerketten in erheblich größerem Maße als zuvor
unzerstört
bleiben.
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Als
weiterer Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung
können
wir z. B. gewünschtenfalls
eine beachtliche Abnahme beim Verbrauch von Frischwasser in einer
Papierfabrik und eine wesentlich effektivere und homogenere Zumischung
von Retentionsmitteln zur Fasersuspension erwähnen.
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Im
Folgenden werden das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung
detaillierter mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschreibt, wobei
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1a, 1b und 1c Retentionsmittel-Zugabevorrichtungen
nach dem Stand der Technik darstellen,
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2 einen
Retentionsmittel-Zugabeprozess gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt, der mit dem Kurzen Umlauf einer Papiermaschine
verbunden ist,
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3 eine
Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung darstellt,
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4 eine
Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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5 eine
Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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6 eine
Anordnung einer Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung im Zusammenhang
mit dem Fasersuspensionsströmungskanal
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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7 eine
Anordnung einer Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung im Zusammenhang
mit dem Fasersuspensionsströmungskanal
gemäß einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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8a,
und 8b eine Anordnung einer Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung
im Zusammenhang mit dem Fasersuspensionsströmungska nal gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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9 eine
Einzelheit des Retentionsmittel-Zugabeprozesses von 2 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
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10 eine
Alternative zu einem Detail des Retentionsmittel-Zugabeprozesses
von 9 gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt, und
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11 eine
Alternative zu einigen Details des Retentionsmittel-Zugabeprozesses von 9 und 10 gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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1a zufolge
umfasst eine Zugabeanordnung für
Retentionsmittel nach dem Stand der Technik einen Fasersuspensionsströmungskanal 2,
der von einem ringförmigen
Retentionsmittel-Verteilrohr 4 umgeben ist, in das Retentionsmittel
durch Rohr 5 eingeführt
wird. Von ihm führt
eine Anzahl Zugaberohre 6 (in der Figur vier Zugaberohre)
zum Strömungskanal 2,
welche Zugaberohre sich in den Strömungskanal 2 derart öffnen, dass
das Retentionsmittel aus den Zugaberohren 6 können frei
in die Fasersuspension fließen
kann. Wie bereits erwähnt
wurde, wird die Zugabe nach dem Stand der Technik derart vorgenommen,
dass die Chemikalie in die Fasersuspension bei einer relativ niedrigen
Druckdifferenz fließen
kann, wobei man davon ausgeht, dass die endgültige Vermischung in einer
Mischvorrichtung stattfindet, wie z. B. der Stoffauflauf-Speisepumpe oder dem
Stoffauflaufsortierer. Die 1b und 1c stellen
eine zweite alternative Lösung
dar. Bei dieser Lösung
sind zwei Retentionsmittel-Zugaberohre 16 innerhalb
des Strömungskanals 2 angeordnet,
welche Zugaberohre Zugabeöffnungen
oder -schlitze 18 im Bereich innerhalb des Strömungskanals
aufweisen. Bei letzterer Alternative wird Retentionsmittel effizienter
mit der fließenden
Fasersuspension vermischt, weil das Retentionsmittel auch zum Zentrum des
Stroms proportioniert werden kann.
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2 stellt
eine Anordnung des Kurzen Umlaufs einer Papiermaschine teilweise
sowohl nach dem Stand der Technik als auch einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, hauptsächlich
in Hinsicht auf die Einführung
von Retentionsmittel, dar. Bei einem Prozess nach 2 wird
die der Papiermaschine zuzuführende
Fasersuspension auf eine anwendbare Konsistenz in einer Siebgrube 20 mit Siebwasser
von der Papiermaschine 22 verdünnt, obwohl ein getrennter
Mischbehälter
eingesetzt werden kann. Gewünschtenfalls
können
auch andere geeignete Flüssigkeiten
zur Verdünnung
verwendet werden, etwa Filtrat von einem Siebwasserfilter. Von der
Siebgrube 20 wird die Fasersuspension durch eine Pumpe 24 zur
Fliehkraftreinigung 26 und weiter zu einem Gasabscheidebehälter 28 geleitet.
Gasfreie Fasersuspension wird mittels einer Stoffauflauf-Speisepumpe 30 in
einen Stoffauflaufsortierer 32 gepumpt, und anschließend wird
zur Fasersuspension in einer Zugabe-/Mischvorrichtung 34 ein
Retentionsmittel zugegeben, bevor die Fasersuspension zum Stoffauflauf 36 der
Papiermaschine 22 befördert
wird. Die oben beschriebene Prozessanordnung kann als Stand der
Technik betrachtet werden.
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In 2 gibt
es auch eine schematische Darstellung der Behandlung eines Retentionsmittels, bevor
das Retentionsmittel zur Fasersuspension zugegeben wird. Um Flockung
zu vermeiden wird das Retentionsmittel in Flüssigkeits- oder Pulverform
zu Frischwasser, Reinwasser in einem Behälter 40 zugemischt,
von wo die Retentionsmittellösung
durch eine Pumpe 42 einer Zugabe-/Mischvorrichtung 34 direkt
zudosiert wird. Bei Anordnungen nach dem Stand der Technik wurde
die Retentionsmittellösung entweder
in einen zweiten Behälter
gegeben, wo sie auf eine Endkonzentration von ungefähr 0,05–0,1% weiterverdünnt wurde,
oder aber die entsprechende Verdünnung
fand im Strömungskanal
statt. 2 zeigt weiterhin ein Rohr 44, das von
der Siebgrube 20 der Papiermaschine zum Mischer 34 führt. Mit
anderen Worten, bei einer Anordnung gemäß dieser Ausführungsform
wird Siebwasser aus Siebgrube 20 in den Mischer 34 zur
weiteren Verdünnung
der Retentionschemikalie eingeleitet, welches Siebwasser somit durch
das Sieb aus der Fasersuspension herausfiltrierten Feinstoff enthält. Natürlich kann
zur Verdünnung
zum Beispiel Filtrat vom Siebwasserfilter oder ein anderes, aus
dem Prozess erhaltenes Filtrat verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit,
die in 2 gezeigt wird, ist ein Rohr 48, wodurch
gewünschtenfalls
mehr Reinwasser oder Frischwasser in die Retentionsmittellösung eingeführt werden kann,
um die Lösung
zu verdünnen.
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3 stellt
schematisch eine Mischvorrichtung dar, die nicht zur Erfindung gehört. Die
Mischvorrichtung 34 gemäß 3 ist
de facto eine Düse, die
bevorzugt ein im Wesentlichen konisches Gehäuse 50, Flansche 52 und 54,
die daran angeordnet und bevorzugt aber nicht unbedingt an seinen
entgegengesetzten Enden platziert sind, und einen Stutzen 56 für die Retentionschemikalie
umfasst. Die Mischvorrichtung 34 ist über Flansch 52 mit
einem Verdünnungsmittelrohr
(Peitschwasserrohr) und über Flansch 54 mit
dem Fasersuspensionsströmungskanal
verbunden. Bei der Anordnung gemäß der Fig. läuft das
Gehäuse 50 der
Mischvorrichtung 34 vom Flansch 52 zum Flansch 54 hin
zusammen, innerhalb dessen sich die Öffnung 58 der Mischvorrichtung
befindet. Ein Zweck der konischen Form des Gehäuses 50 liegt darin,
den Mediumstrom in der Mischvorrichtung 34 derart zu beschleunigen,
dass die Geschwindigkeit des aus der Mischvorrichtung 34 in
den Fasersuspensionsstrom abfließenden Strahls zumindest dreimal,
aber bevorzugt ungefähr
fünfmal
die Geschwindigkeit des Fasersuspensionsstroms ist. Diese Geschwindigkeitsdifferenz
stellt sicher, dass der Retentionschemikalienstrahl schnell genug
und tief genug in den Fasersuspensionsstrom eindringt, um mit der
Fasersuspension im Wesentlichen homogener als bei Ausführungsformen
nach dem Stand der Technik vermischt zu werden. In der Ausführungsform
gemäß 3 ist
der Retentionsmittel-Zugabestutzen 56 bevorzugt tangential
um sicherzustellen, dass das durch Öffnung 58 der Mischvorrichtung 34 in
den Fasersuspensionsstrom ablaufende Retentionsmittel sich gleichmäßig zumindest über den
gesamten Umfang der Öffnung 58 verteilt.
Gleichzeitig wird durch tangentiale Zuführung sichergestellt, dass die
Retentionschemikalie dem Peitschwasser unter mindestmöglichen
Scherkräften
beigemischt wird, um eine Zersetzung der Polymerketten der Chemikalie
zu verhindern.
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4 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Mischvorrichtung 34 gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. Ein hohles ringförmiges
Element 60 ist zentral innerhalb der Mischvorrichtung 34 angeordnet,
in welches Element das Retentionsmittel durch Stutzen 56 geleitet
wird. Bei dieser Ausführungsform
umfasst das Element 60 im Wesentlichen zwei rotationssymmetrische
Schalen 59 und 61 und möglicherweise eine Stirnwand 62.
Des Weiteren ist am Ende des Elements 60, auf Seiten des
Fasersuspensionsströmungskanals,
eine bevorzugt ringförmige Öffnung 64 vorgesehen,
wodurch die Retentionschemikalie in die Fasersuspension ablaufen
kann. Der Retentionschemikalienstutzen 56 durchdringt die Wand
des konischen Gehäuses 50 der
Mischvorrichtung 34 und führt weiter durch den ringförmigen Raum
zwischen dem konischen Gehäuse 50 und dem
Element 60 durch die Außenschale 59 ins Element 60 hinein
und hält
bevorzugt gleichzeitig das Element 60 an der Stelle. Bei
dieser Ausführungsform
ist die das Element 60 begrenzende Innenschale 61 zylindrisch
und bildet oder umfasst ein Rohr 62, wodurch Teil des Verdünnungsmittelstroms,
d. h. Peitschwasser in den Fasersuspensionsstrom ablaufen kann.
Bei dieser Ausführungsform
dreht sich der tangential ins Element 60 eingeleitete Retentionsmittelstrom
in Form einer spiralförmigen
Strömung
auf seine eigene ringförmige Öffnung 64 zu,
durch die das Retentionsmittel zusammen mit der Verdünnungsflüssigkeit
als fächerförmiger Strahl
in die Fasersuspension austritt, die bei dieser Ausführungsform
sowohl von der Außenseite
der Öffnung 64 durch
die ringförmige Öffnung 58 als
auch von der Innenseite der Öffnung 64 durch
das Rohr 62 abfließt. Ein
zusätzlicher
Zweck des Elements 60 besteht darin, die Querschnittsfläche der
Mischvorrichtung weiter zu drosseln, um eine genügende Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Retentionsmittelstrom und Fasersuspensionsstrom sicherzustellen.
Ein zweiter Zweck des Elements 60 ist es zu ermöglichen,
dass die Vermischung von Retentionsmittel mit Verdünnungsflüssigkeit
im Wesentlichen zur gleichen Zeit erfolgt, wenn das Retentionsmittel
zum Fasersuspensionsstrom zugegeben wird. Die Figur zeigt deutlich,
dass das Retentionsmittel nicht im Kontakt mit der Verdünnungsflüssigkeit
ist, bevor es durch seine Öffnung 64 in
den Fasersuspensionsströmungskanal abfließt.
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5 stellt
eine Retentionsmittel-Zugabe-/Mischvorrichtung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dar. Im Prinzip gleicht die Vorrichtung exakt der
von 4, unterscheidet sich aber deutlich von bisherigen
Vorrichtungen in Hinsicht sowohl auf seine Kopplung an den Prozess
als auch seine betrieblichen Merkmale. Bei der Vorrichtung von 5 ist
das Innenrohr 62 des Elements 60 über seinen
eigenen Strömungspfad 162,
und das Außenrohr
der Vorrichtung 34, das die Wand des konischen Gehäuses 50 bildet, über seinen
eigenen Strömungspfad 144 mit
dem Prozess verbunden. Beide Strömungspfade 144 und 162 sind mit
Strömungsregelvorrichtungen 146 und 164,
bevorzugt Ventilen, ausgestattet. Das Strömungsrohr 144 funktioniert
wie oben bereits festgestellt wurde, doch können ins Innenrohr 62 des
Elements 60 jetzt z. B. entweder Reinwasser, irgendein
Umlaufwasser aus der Papierfabrik, Siebwasser, Klarfiltrat oder
irgendeine andere nicht reine, für
diesen Zweck geeignete Flüssigkeit,
sogar in den Stoffauflauf aufgegebene Fasersuspension eingeführt werden.
Ferner kann über
Strömungspfad 162 gewünschtenfalls
eine Retentionsmittel-Komponente eingeführt werden, insbesondere dann,
wenn es sich um ein mehrere Komponenten enthaltendes Retentionsmittel
handelt. Als Beispiel kann eine kurzkettige Retentionschemikalie erwähnt werden,
falls sich das Retentionsmittel aus einer langkettigen und einer
kurzkettigen Chemikalie gebildet wird. In diesem Fall wird die langkettige
Chemikalie zuerst tangential ins Element 60 durch den in 3 und 4 dargestellten
Stutzen 56 eingespeist. Das heißt, die über Strömungspfade 144 und 162 eingeführten Flüssigkeiten
können,
je nach der Anwendung, einen ähnlichen
oder unterschiedlichen Charakter haben.
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Ein
Vorteil der getrennten Einführung über Strömungspfad 162 ist,
dass durch Änderung
der Zugabemenge die Wirkung der aus dem Innenrohr 62 austretenden
Flüssigkeit
auf die Vermischung der Chemikalie geregelt werden kann. Zum Beispiel durch
Einführung
einer großen
Menge von Flüssigkeit
durch das Innenrohr 62 wird die Retentionschemikalie veranlasst,
tiefer in den Fasersuspensionsstrom einzudringen. Entsprechend wird
das Eindringen der Retentionschemikalie auch reduziert, indem eine
kleinere Menge von Flüssigkeit
durch das Innenrohr 62 eingespeist wird.
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Weiter
ist es erwähnenswert,
dass bei einer Lösung
sowohl nach 4 als 5 die Zugabe
von Retentionschemikalie im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand
der Technik zur Einführung
von Chemikalien sehr sanft ist. Weil die Retentionschemikalie jedenfalls
aus Molekülen
gebildet wird, die sich aus Polymerketten zusammensetzen, sollten
diese so sanft wie möglich
mit zusätzlicher
Wassereinführung zugegeben
werden, um ein Zerbrechen der sehr empfindlichen Polymerketten zu
verhindern und um folglich einen merklichen Rückgang der Wirkung der Retentionschemikalie
zu vermeiden. Wenn die Chemikalie in den Vorrichtungen nach 4 und 5 als
fächerförmiger Strahl
zu Wasser zugegeben wird, das durch die ringförmige Öffnung 58 austritt,
werden Scherkräfte
zwischen Wasser und Chemikalienlösung
auf ein Minimum reduziert. Die erwünschte Funktion der erfindungsgemäßen Zugabe-/Mischvorrichtung
wird durch Prüfergebnisse
bestätigt,
die zeigen, dass durch Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Siebretention
zumindest um 10% steigt. Die einzigen Erklärungen für die vorteilhaften Testergebnisse
sind präzisere
und effektivere Vermischung der Chemikalie und verringerter Zerfall
der Polymerketten der Chemikalie während der Zumischung.
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Als
weitere bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die an den Zugabe-/Mischvorrichtung von 4 und 5 vorgenommenen
Verbesserungen erwähnenswert.
Unsere Versuche zeigten, dass die Position sowohl des Innenrohrs 62 von
Element 60 als auch der Außenschale 59 von Element 60 in
Axialrichtung des Elements 60 im Verhältnis zum Ende des Gehäuses 50 der
Zugabe-/Mischvorrichtung 34 sich auf die Effizienz und
Genauigkeit der Chemikalienzumischung auswirkt. Somit werden bei
der fortschrittlichsten Version die beiden Schalen 59 und 61 in
Axialrichtung des Elements 60 getrennt beweglich ausgeführt. Eine
Möglichkeit
hierzu besteht darin, das Innenrohr 62 völlig getrennt
anzuordnen, so dass es die Innenfläche der Innenschale 61 von
Element 60 entlang und weiter im Verhältnis zum Element 60 selbst
gleitet, so dass das Element 60 in Verhältnis zum Innenrohr 62 gleitet.
In diesem Fall ist es natürlich
vorteilhaft, die Flüssigkeit
sowohl ins Innenrohr 62 als auch Element 60 in
ihrer Bewegungsrichtung, d. h. in Axialrichtung, einzuführen, wobei
die Flüssigkeitszugaberohre
(entsprechend Stutzen 56 und Strömungspfad 162 von 5)
im Verhältnis
zum Element 60 und Innenrohr 62 gleitend abgedichtet
angeordnet sind.
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Eine
weitere zusätzliche
Modifikation der erfindungsgemäßen Zugabe-/Mischvorrichtung
besteht darin, am Ende des Innenrohrs von Element 60 oder
am Ende des innerhalb des Elements 60 angeordneten Rohrs 62 einen
Düsenkopf
anzuordnen, der die Öffnung
von Rohr 62 auf der Achse verschließt und einen im Wesentlichen
ringförmigen
Schlitz zwischen sich selbst und den Rändern der Rohröffnung lässt. Durch
diese Konstruktion wird gewährleistet, dass
der aus Rohr 62 austretende Flüssigkeitsstrahl sich gut ausbreitet
und im Wesentlichen konischer Form ist.
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6 stellt
schematisch eine mögliche
Anordnung der Zugabe-/Mischvorrichtung 34 von 4 im
Zusammenhang mit dem Fasersuspensionsaufgaberohr 70 dar.
Im Prinzip wird diese auf eine in 1a veranschaulichte
Weise durchgeführt.
Der einzige Unterschied zum Verfahren nach dem Stand der Technik
gemäß 1a – abgesehen
von der Einführung
von Verdünnungsflüssigkeit
in die Mischvorrichtung und dem Merkmal, dass als Verdünnungsflüssigkeit
etwas anderes als Reinwasser verwendet wird – besteht in der Praxis darin,
dass die aus der Mischvorrichtung 34 austretende Retentionschemikalienlösung planungsgemäß so tief
in den Fasersuspensionsstrom im Zugaberohr 70 eindringen
soll, dass die Retentionschemikalie praktisch mit dem gesamten Fasersuspensionsstrom
vermischt wird.
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7 stellt
ein zweites bevorzugtes Verfahren zur Einspeisung einer Retentionschemikalie
aus der Mischvorrichtung 34 in den Fasersuspensionsstrom.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Mischvorrichtungen 34 gestaffelt gegenüber einander
z. B. am Akzeptauslass 72 des Stoffauflaufsortierers oder an
einem anderen Rohr entsprechender Form angeordnet. Das dem Sortierergehäuse zugewandte Ende
des Auslasses 72 ist im Wesentlichen rechteckig gestaltet,
von welcher Stelle an, auf das zum Stoffauflauf führende Speiserohr 70 zu,
es eine runde Form annimmt. Die Mischvorrichtungen 34 sind
an den Seitenwänden
des Auslassstutzens 72 derart platziert, dass die aus den
Mischvorrichtungen austretenden Retentionsmittelstrahlen einen wesentlichen
Teil vom gesamten Querschnitt des Stutzens 72 decken. Nur
in zwei Ecken des Stutzens 72 gibt es einen kleinen ungedeckten
Raum, der in Hinsicht auf die Zumischung des Retentionsmittels nicht
signifikant ist, weil der Fasersuspensionsstrom beim Verlassen des
Sortierers derart stark verwirbelt ist, dass das Retentionsmittel
der Fasersuspension während der
dafür zur
Verfügung
stehenden kurzen Periode praktisch vollständig untergemischt wird.
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8a und 8b stellen
eine noch weitere alternative Lösung
für die
Konstruktion einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung
dar. Der Lösung liegt
hauptsächlich
ein rundes Rohr nach 6 zu Grunde, wobei es insbesondere
im Falle großer
Rohre ein Problem gibt, indem Flüssigkeitsstrahlen
von Mischvorrichtungen nur über
eine beschränkte
Tiefe in den Faserstoffstrom in einem runden Rohr eindringen. Somit
gelangen Strahlen aus Mischvorrichtungen, die am Umfang des Rohrs
platziert sind, nicht unbedingt unter allen Bedingungen ins Zentrum
des Rohrs, und die Chemikalie wird hier nicht untergemischt. Und
sollten alle Strahlen von Mischvorrichtungen, die am Umfang des
Rohrs platziert sind, ins Zentrum des Rohrs gelangen, können die
sich kreuzenden Bereiche einer Überdosierung
von Chemikalien ausgesetzt werden. Besagtes Problem ist bei der Ausführungsform
nach der Figur vermieden worden, indem die Form von Rohr 78 an
der Mischstelle ins Elliptische geändert wird (vorteilhaft unter
Beibehaltung der gleichen Strömungsquerschnittsfläche). Die Mischvorrichtungen 34 sind
am Umfang der Ellipse derart platziert, dass ihre Strahlen durch
den schmälsten
Teil der Ellipse geleitet werden, wie in 8 dargestellt
ist. Bei der Ausführungsform
der Figur ist der Abstand von der Mischvorrichtung 34 zur entgegengesetzten
Seite des Rohrs 78 um die Hälfte reduziert im Vergleich
zu einer analogen Situation bei einem runden Rohr (6).
Anzahl und Lage der Mischvorrichtungen 34 werden so gewählt, dass Strahlen
von den Mischvorrichtungen 34 den Querschnitt des elliptischen
Rohres 78 im Wesentlichen gleichmäßig decken. Als Vorteile gegenüber einem runden
Rohr sei erwähnt,
dass praktisch 100% des Rohrquerschnitts von den Strahlen gedeckt
werden, und darüber
hinaus die Tatsache, dass bei einem elliptischen Rohr, genau wie
bei einem rechteckigen Rohr nach 7, keine
sich überlappenden,
sich kreuzenden Strahlen gebildet werden. Als Folge entstehen weder örtliche Überdosen
noch Durchtritt von unbehandeltem Faserstoff, d. h. Faserstoff,
der nicht von der Retentionschemikalie kontaktiert wurde. Ein elliptischer
Strömungskanal
ist getrennt in einer länglichen
geraden Rohrleitung, zum Beispiel nach 8b, angeordnet,
oder z. B. die Akzeptöffnung des
Stoffauflaufsortierers ist elliptisch oder rechteckig ausgeführt. 8b zeigt
eine Anordnung der Mischvorrichtungen an einem elliptischen Rohrabschnitt 78 zwischen
zylindrischen Rohrabschnitten 80' und 80". Bevorzugt wird das Umformen des
Querschnitts eines Rohrs von elliptisch auf zylindrisch und umgekehrt
derart durchgeführt,
dass die Querschnittsfläche
konstant bleibt, was bedeutet, dass entsprechend auch die Strömungsgeschwindigkeit
konstant bleibt.
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9 stellt
die Kopplung einer Mischvorrichtung 34 dar, die an einem
zum Stoffauflauf führenden Strömungskanal
mit verschiedenen Rohrleitungen befestigt ist. Wie bereits aus 3 und 4 und teilweise
aus 2 ersichtlich war, wird in einem Behälter 40 (2)
produzierte Retentionsmittellösung durch
das Rohr 43 zum Stutzen 56 der Mischvorrichtung 34 transportiert.
Das Rohr 43 ist mit einem Filter 74 zur Abscheidung
der womöglich
darin zurückgebliebenen
unlöslichen
Materialien aus der Lösung versehen.
Gewünschtenfalls
kann zusätzliches
Verdünnungswasser,
bevorzugt Reinwasser, durch Rohr 48 in die Retentionschemikalienlösung eingebracht werden.
Bei dieser Ausführungsform
soll es der Darstellung entsprechend zwischen Filter 74 und
Mischvorrichtung stattfinden, doch es ist natürlich möglich, die zusätzliche
Verdünnungsflüssigkeit
der stromaufwärts
gelegenen Seite von Filter 74 zuzuführen. Dies ist jedoch nicht
notwendig. Zusätzlich
wird eine geeignete Zugabeflüssigkeit
in die Mischvorrichtung 34 durch Rohr 44 eingeführt, das
am Flansch 52 befestigt ist, welche Zugabeflüssigkeit
Siebwasser aus der Siebgrube gemäß einer
Ausführungsform
von 2, Klar- oder Trübfiltrat oder irgendeine andere,
für den Zweck
geeignete Flüssigkeit
sein kann.
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10 stellt
eine Alternative zur Zugabeflüssigkeit
von 2 und 9 dar. 9 stellt
einen kleinen Seitenstrom aus Zugaberohr 70 ins Rohr 44 dar,
welcher Seitenstrom bei erhöhtem
Druck durch eine Pumpe 76 der Mischvorrichtung 34 zugeführt wird.
Das heißt,
als Zugabeflüssigkeit
wird die gleiche Fasersuspension verwendet, die bereits zum Stoffauflauf
aufgegeben wird.
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11 stellt
weiter die Kopplung der Zugabe-/Mischvorrichtung von 5 mit
dem restlichen Prozess dar. Die Figur zeigt, wie Siebwasser aus
der Siebgrube, Klar- oder Trübfiltrat
oder eine andere, für den
Zweck geeignete Flüssigkeit
oder Fasersuspension, die im Prinzip genau 9 und 10 entsprechend
zum Stoffauflauf aufgegeben wird, über Strömungspfad 144 der
Vorrichtung zugeführt
werden. Der Ausführungsform
von 5 zufolge ist jedoch das Innenrohr 62 von
Element 60 der Vorrichtung 34 mit einem äußeren Strömungspfad 162 verbunden, der
entweder zu einem Retentionschemikalielösungsbehälter 140, verschiedenen
Quellen für
zusätzliche
Flüssigkeit,
z. B. Siebwasser, Klar- oder Trübfiltrat
usw. oder zu einer Quelle für
reine Flüssigkeit
führen
kann. Weiter stellt die Figur dar, wie die beiden Strömungspfade, 144 und 162 mit
Ventilen 146 und 164 versehen sind zur wunschgemäßen Regulierung
des Flüssigkeitsstroms über besagte
Pfade.
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Wie
oben ersichtlich ist, hat man ein neues Verfahren zur Zugabe und
Zumischung einer Retentionschemikalie zu einem Fasersuspensionsstrom entwickelt.
In Anbetracht dessen, was hier festgestellt wurde, man muss beachten,
dass die Figuren viele verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
darstellen, die geeignet sind, zusammen eingesetzt zu werden, je
nach dem, was gebraucht wird. Weiter muss man beachten, dass obwohl
die Erfindung im Text lediglich im Zusammenhang mit der Zumischung
von Retentionschemikalien bei Papierherstellung dargestellt wurde,
die Erfindung auch in anderen Zusammenhängen angewandt werden kann, die
homogene und zeitgleiche sanfte Zumischung einer Chemikalie zu einer
Flüssigkeit
voraussetzen. Weiter muss man beachten, dass keine der in den Figuren
dargestellten Ausführungsformen
die Möglichkeit
ausschließt,
dass die anzuwendende und durch die Patentansprüche geschützte Anordnung einfacher sein
könnte
als die in den Figuren be schriebene Gesamtheit. Somit werden Anwendungsgebiet
und Schutzumfang der Erfindung allein durch die beigefügten Patentansprüche beschrieben.