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Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von luftbehafteten Papierfaserstoffaufschwemmungen
Die Erfindung betrifft die Behandlung oder Vorbereitung von Material für die Papierfabrikation
in verdünntem Zustand, wie es für die Beschickung von Papiermaschinen gebräuchlich
ist. Mit den sich laufend steigernden Anforderungen an die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit
der Papiermaschinen wird es erforderlich, immer größere Wassermengen aus dem Material
während der Verarbeitung in der Maschine schnell zu entfernen. Es ist daher Zweck
der Erfindung, die Wasserheseitigung zu erleichtern. Außerdem soll das lästige Schäumen
des verdünnten Papierbreies während der Zuführung zu der Maschine beseitigt bzw.
vermindert «erden. Ein weiteres Problem bei der Papierherstellung ist die Neigung
der Faserstoffe zur Zusammenballung und Flockenbildung, wodurch die Beseitigung
des Wassers erschwert wird. Die Erfindung hat sich daher als weitere Aufgabe die
Vermeidung oder zumindest Verringerung solcher-Flockenbildung der Faserstoffe gestellt.
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Durch Versuche wurde gefunden, daß sich Luft und Gase nicht nur im
Faserstoff, sondern besonders auch im Verdünnungswasser der Faserstoffe befinden.
Es ist daher das Hauptziel der Erfindung, die Grundursache aller beschriebenen nachteiligen
Erscheinungen dadurch zu beseitigen, daß im Verarbeitungsmaterial eingeschlossene
Luft und Gase aus dem Material vor Eintritt in die Papiermaschine entfernt werden.
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Bei bekannten normalen Papierherstellungsverfahren wird der verdünnte
Papierbrei unter Druck in die Knotenfänger bzw. den Stoffauflauf
gepumpt,
wodurch ein Teil der eingeschlossenen Luft entfernt wird. Wenn dieser Druck sich
auf atmosphärischen Druck verringert, entweicht ein großer Teil der Luft aus der
Lösung, ändert seine Form und bildet eine Unzahl von mikroskopisch kleinen Bläschen.
Solche Bläschen haften an den Fasern der Papiermasse an, die überdies dazu neigen,
Luft und Gas zu absorbieren. Eine solche Absorption zieht die Fasern zusammen, was
vermutlich auf der Wirkung statischer, elektrischer Aufladungen beruht und zur Flockenbildung
der Fasern Anlaß gibt. Infolge des Zusammenwirkens der Anhaftung von Bläschen und
der Flockenbildung schwimmen die Fasern schließlich an der Oberfläche der Verdünnung
und bilden eine schaumige Fasermasse. Faserflockenbildung ist ein allbekannter Übelstand,
mit dem bei gewöhnlichen Papierherstellungsverfahren immer gerechnet werden muß,
und er ist die Ursache von ungleichmäßigen Ansammlungen von Fasern in vielen Papiersorten.
Solche Mängel können leicht erkannt werden, wenn ein Stück Papier gegen das Licht
gehalten wird, wobei solche ungleichmäßigen Ansammlungen von Fasern wolkig erscheinen.
Wenn mit gewöhnlichen Mitteln Anstrengungen gemacht werden sollen, um annähernd
alle Luft aus dem Papierbrei zu entfernen, so ist, wie durch Erfahrung festgestellt
wurde, folgendes zu beachten: Freie oder eingeschlossene Luft oder Gase entweichen
zwar schnell; gelöste Luft und Gase beginnen zunächst aus der Lösung auszutreten
und entweichen langsam, soweit sie nicht an den Fasern haftenbleiben. Luft oder
Gase aber, die von den Fasern absorbiert sind oder an ihnen haften, entweichen nur
sehr langsam. Die gewerbsmäßige Papierherstellung läßt jedoch keine Zeit für die
Entfernung von Luft und Gasen in diesen drei Stufen.
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Alle vorstehend genannten Nachteile können durch das Verfahren entsprechend
der Erfindung verringert, wenn nicht beseitigt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Papierfaserstoffaufschwemmung
im Vakuum derart fein zerstäubt wird, daß sie in von Luft getragene getrennte kleine
Teilchen von Wasser und Fasern unterteilt wird, wobei aus den Faserteilchen die
in ihnen enthalteneLuft entfernt wird und die Wasserteilchen entgast werden, worauf
die entgasten Wasser- und Faserteilchen in einem ebenfalls unter der Wirkung eines
Vakuums stehenden Raum absinken, in welchem die entgasten Fasern sich wieder mit
dem entgasten Wasser zu einer Aufschwemmung vereinigen, in der die Fasern sich senken
und in einem praktisch luft- und gasfreien Zustand verbleiben und aus dem die luft-
und gasfreie wäßrige Aufschwemmung der Papiermaschine zugeleitet wird.
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Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzte Vorrichtung
ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen geschlossenen Vakuumkessel mit einem
Ansammlungsraum in seinem unteren Teil, an welchen eine Zuführungseinrichtung für
die Aufschwemmung und gegebenenfalls eine Verteilungsleitung sowie eine oder mehrere
Zerstäubungsdüsen angeschlossen sind, wobei der Ansammlungsraum des Kessels im Verhältnis
zu den Düsen so gelagert ist, daß der zerstäubte Strahl von den Düsen nach dem Ansammlungsraum
hin absinkt und sich als entgaster Faserstoff in entgastem Wasser sammelt.
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Erfindungsgemäß wird also für das Verfahre ein passend abgestützter
und geschlossener Kessel mit möglichst glatten Innenflächen benutzt, der einer Saugwirkung
unterworfen wird. Der Kessel besteht aus einem Kesseloberteil und einem unteren
Fußteil. Die Papierfaserstoff verdünnung wird in den oberen Teil des Kessels gepumpt
und durch eine oder mehrere besonders konstruierte Zerstäubungsdüsen in denselben
entleert. Dabei gelangt die Verdünnung in Form von fein zerstäubten Strahlen in
den Kessel und wird der durch das Vakuum erzeugten Saugwirkung ausgesetzt. Luft
oder Gase, die in der Verdünnung eingeschlossen oder gelöst sind, werden dabei aus
den Tröpfchen und Fasern des Strahles und aus dem Kessel mittels einer Vakuumpumpe
oder anderer Saugwirkung erzeugender Mittel in die Atmosphäre abgesaugt. Die entgasten
und von der restlichen Luft im Kessel getragenen Fasern sinken langsam und fallen
schließlich in den unteren Fußteil, um sich wieder in dem sich ebenfalls ansammelnden
Verdünnungswasser zu verteilen. Der Kessel ist völlig glatt an der Innenseite, damit
die entgaste Verdünnung oder die absinkenden Fasern sich nicht an etwaigen Vorsprüngen
oder rauhen Flächen des Kesselinnern absetzen können. Aus diesem Grunde dürfen im
Kessel möglichst keine Vorsprünge, Verstrebungen oder andere Flächen vorhanden sein,
an denen eine Ablagerung erfolgen könnte. Die so entgasten und vorbereiteten Fasern
in der Verdünnung im Pußteil des Kessels werden von hier entweder durch Gefälle
oder durch eine Pumpe zum Vorratsbehälter, den Knotenfängern oder dem Stoffauflauf
der Papiermaschine gefördert.
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Gewisse Eigenschaften einer solchen Entgasungsvorrichtung. müssen
besonderen Bedingungen genügen. Da die Luft und Gase eine gewisse Zeit zum Entweichen
benötigen, ist es von größter Wichtigkeit, die Länge dieser Zeit soweit wie nur
möglich zu verkürzen, um große Mengen von Papierrohstoffen behandeln zu können.
Um dies zu erreichen, ist zunächst die zu entfernende Luft und Gasmenge sowie die
Größe des Kessels zu beachten, da mit zunehmender Größe die Anzahl der Zerstäubungsdüsen
erhöht und dadurch das angewandte Vakuum verringert wird. Auch die Feinheit der
Zerstärtbung ist von Bedeutung, weil diese von der Höhe des Druckes abhängt, mit
dem die Verdünnung durch die Öffnung der Düse gespritzt wird. Die Zerstäubungsdüsen
dürfen keine Hindernisse, wie Rippen, Speichen, Leitbleche oder ähnliches, erkthalten,
da die Fasern daran haften und die Düsen leicht verstopfen würden. Es ist daher
wichtig, daß die Düsen eine unbehinderte Strömungsöffnung haben. Weiterhin muß für
eine gleichmäßige Zuführung der Verdünnung in den Kessel und nach erfolgter Behandlung
für eine ebenso gleichmäßige
Entnahme aus dem Kessel gesorgt sein,
damit praktisch kein Material im Kessel zurückgehalten wird. Mit anderen Worten:
Das behandelte Material, das in Flüssigkeit aufgeschwemmt ist und einen Flüssigkeitsspiegel
bildet, muß so durch den Kessel geschleust werden, daß ein Steigen des Flüssigkeitsspiegels
bis in den Kessel selbst nach Möglichkeit vermieden wird. Aus diesem Grunde ist
der Fußteil des Kessels vorgesehen, in dem sich die behandelte Verdünnung sammelt
und über den der Flüssigkeitsspiegel nicht hinaussteigt. Der Grund, weshalb der
Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Vakuumkessels unerwünscht ist, ergibt sich aus
der Tatsache, daß kleine Veränderungen desselben den Zufluß vom Kessel zur Papiermaschine
beeinflussen würden, was auf jeden Fall vermieden werden muß. Dagegen haben Höhenunterschiede
des Flüssigkeitsstandes im Fußteil keine oder nur geringe Wirkung auf den Zufluß.
Wenn jedoch mit geeigneten Kontrolleinrichtungen eine feste Flüssigkeitshöhe gehalten
werden kann, entsteht durch einen stetigen Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Kessels
selbst kein Nachteil. Die Wahl des Flüssigkeitsstandes muß jedoch schon bei der
Konstruktion des Kessels berücksichtigt werden. In einem Kessel, der breit und flach
ist, ist es schwer, den Flüssigkeitsspiegel zu kontrollieren, während in einem schlanken
und tiefen Kessel es unter sonst günstigen Verhältnissen keine Schwierigkeiten macht,
mit dem Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Kessels zu arbeiten. Die zu erfüllende
Hauptbedingung in allen Fällen ist, daß der Zufluß zur Papiermaschine äußerst genau
konstant gehalten wird.
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Weiterhin ist es sehr wichtig, daß eine gleichmäßige Saugwirkung im
Kessel unterhalten wird. Der Hauptteil des Kessels sollte ein Volumen haben, das
groß genug ist, um reichlich Raum für die aufwärts strömenden ausgeschiedenenGase
zu gewä!hren, die durch die Vakuumpumpe abgesaugt werden, ohne gleichzeitig die
nach unten strebenden entgasten Wasser- und Faserteilchen zu behindern. Bevorzugt
wird ein Vakuum im Bereich von etwa 35o bis 38o mm QS. und darüber. Die Länge des
Fußteils richtet sich nach der Höhe der angewandten Saugwirkung und beträgt, wenn
die entgaste Verdünnung durch Gefällewirkung dem Fußteil entnommen wird, etwa
300 mm je 25 mm QS. Der Fußteil ist dann lang genug, ein Durchsickern von
Luft durch ihn in den Hauptkessel hinein zu vermeiden. Außerdem muß er auch ein
genügendes hydraulisches Gefälle hergeben, um die Verdünnung gegen jeden gegebenenfalls
auftretenden Widerstand sicher vom Fußteil zur Papiermaschine fließen zu lassen.
Wenn die Absaugung jedoch durch eine Pumpe erfolgt, muß der Fußteil ein Fassungsvermögen
haben, das ausreicht, um laufend genügend Verdünnung aus dem so geschaffenen Reservoir
der Pumpe zuführen zu können, da die geförderte Menge annähernd konstant bleiben
muß und andererseits die angesammelte Verdünnung im Fußteil nicht so weit steigen
darf, daß ihr Flüssigkeitsspiegel in den Hauptraum des Kessels zu stehen kommt,
in dem die eingespritzte Verdünnung vakuumbehandelt und entgast wird. Wenn nämlich
der Hauptraum des Kessels zu klein wird, um die abgesaugte Luft annähernd gleich
schnell zu ersetzen, als sie entfernt wird, sinkt der Wirkungsgrad des vorliegenden
Behandlungsverfahrens sehr schnell ab. Das hydraulische Gefälle zwischen der entgasten
Verdünnung im Fußteil und der Papiermaschine sollte möglichst konstant sein, um
den Erfordernissen gleichmäßiger Zuführung zur Papiermaschine zu entsprechen; da
aber gewöhnlich das erzeugte Vakuum gleichmäßig und konstant ist, macht die gleichmäßige
Zuführung von Verdünnung vom Fußteil zur Maschine keine Schwierigkeiten.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnungen näher illustriert, in denen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt wird, das sich bisher am. besten bewährt
hat. Änderungen von Einzelteilen und der Konstruktion können selbstverständlich
vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
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Fig. i a der Zeichnung ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels,
wobei einige Teile im Schnitt gezeigt sind; Fig. i b ist eine Zusatzeinrichtung,
der vorbereitete Verdünnung aus der Vorrichtung Fig. i a zugeführt wird, wobei jedoch
diese Figur in einem viel kleineren Maßstab als die Fig. i a gezeichnet ist; Fig.
2 ist eine perspektivische Seitenansicht einer bevorzugten Form einer Zerstäubungsdüse,
während Fig. 3 eine Draufsicht auf diese Düse, teilweise im Schnitt, darstellt;
Fig.4 ist eine Vorderansicht eines Vakuumkessels entsprechend der Erfindung, und
Fig. 5 ist ein Querschnitt an der Linie 5-5 der Fig.4 von oben gesehen.
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Der Vakuum- und Entgasungskessel i i (Fig. i a) weist einen Hauptraum
i2, einen vorzugsweise gewölbten Deckel 13, einen konischen Bodenteil 14 und einen
sich nach unten fortsetzenden Fußteil 15 auf, der bezüglich Länge und Inhaltsvolumen
den Erfordernissen der Erfindung entspricht. Saugwirkung wird auf das Innere des
Kessels durch eine Vakuumpumpe 17 oder andere vakuumerzeugende Mittel, wie z. B.
einen Dampfinjektor, ausgeübt. Die Pumpe 17,ist durch eine Leitung 16 mit dem Kessel
i i verbunden. Da es sehr wichtig ist, gleichbleibende und konstante Saugwirkung
im Kessel zu unterhalten, ist eine Saugkontrolleinrichtung 18 vorgesehen, die z.
B. aus einem Vakuumunterbrecher bestehen kann, wie er als ein Rohrstutzen i9 mit
einem Ventilsitz 2o und darauf ruhendem Ventilkegel 21 in der Figur dargestellt
ist. Der Ventilschaft 22 ragt aus dem Stutzen i9 heraus und kann mit austauschbaren
Gewichten 23 entsprechend den Erfordernisken beschwert werden. Ein passend angeordnetes
Manometer 24 oder eine andere Vakuumanzeigevorrichtung erlauben das Ablesen der
im Kessel i i herrschenden Druckverhältnisse und der ihnen entsprechenden Saugwirkung.
Der Kessel wird aus einer dauernden Versorgungsquelle mit Papierfaserstoffverdünnung
versorgt, die schematisch bei 25 angedeutet und durch ein Rohr 27 mit dem oberen
Teil des Kessels i i
verbunden ist. Das Rohr 27 endet innerhalb
des Kessels in einer besonders konstruierten Zerstäubungsdüse 28. Die behandelte
und entgaste Verdünnung sammelt sich im Fußteil 15 bis zu einer gewissen Höhe, die
durch den Flüssigkeitsspiege129 angedeutet ist. Aus dem Fußteil wird die entgaste
Verdünnung, wie durch den. Pfeil hinter dem Knie im Fußteil angedeutet, unter möglichster
Vermeidung des Eintritts von Sickerluft in den Fußteil, einer Weiterverarbeitungsvorrichtung,
z. B. einem Siebzylinder 30, zugeleitet, die in Fig. i b schematisch angedeutet
ist. Falls erwünscht, kann auch der Stoffauflauf einer Papiermaschine angeschlossen
werden.
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Eine bevorzugte Konstruktion der Zerstäubungsdüsen 28 zeigen die Fig.
2 und 3. Die gezeigte Düse besitzt einen zylindrischen Teil 31, einen konischen
Deckel 32 und einen konischen Boden 33 mit Düsenöffnung oder Mündung 34. Weiterhin
hat die Düse einen Einführungsstutzen 35 mit einem Flansch 36. Die Öffnung des Einführungsstutzens
mündet tangential in das Innere des Körperteils 31. Der Einführungsstutzen verjüngt
sich vom Flansch 36 ab zum Körperteil 31 hin. Wie ersichtlich, hat die gezeigte
Düsenausführungsform einen glatten Innenraum, zerstäubt die zugeführte Flüssigkeit
durch wirbelnde, zentrifugale Wirkung und stößt die Flüssigkeit in sehr fein verteilter
Form bzw. Vernebelung aus.
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Der Arbeitsgang beim Betrieb der beschriebenen Entgasungsvorrichtung
ist folgender: Die zu behandelnde Papierfaserstoffverdünnung befindet sich im Vorratsbehälter
25, der als dauernde Versorgungsquelle gedacht ist. Die Verdünnung wird von hier
durch die Pumpe 26 angesaugt und durch das Rohr 27 in den oberen Teil des Vakuumkessels
i i gepumpt. Durch die Düse 28 wird die Verdünnung in feinen Sprühnebel zerstäubt
und durch die Düsenöffnung 34 in den Kessel gespritzt. Die Saugwirkung.innerhalb
des Kessels entspricht ungefähr mindestens einem Druck von etwa 38o mm QS. und wird
durch die Tätigkeit der Vakuumpumpe 17 unter Kontrolle des Vakuumbrechers 18 aufrechterhalten.
Wenn die Saugwirkung den am Vakuummesser eingestellten Wert überschreitet, wird
der Ventilkegel 21 von seinem Sitz 20 gegen das Gewicht 23 hochgesaugt. Durch den
entstehenden Spalt dringt Außenluft durch den Stutzen i9 in den Vakuumkessel ein
und verringert das Vakuum. Da das Gewicht 23 nach Bedarf verändert werden kann,
ist es stets möglich, die vorteilhafteste Saugwirkung einzustellen, bei der die
Kontrollvorrichtung anspricht.
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Die aus der Düsenöffnung 34 der Düse 28 in feinem Sprühnebel aAxstretende
Verdünnung wird durch den im Vakuum zur Wirkung kommenden Entgasungsprozeß sowohl
von den eingeschlossenen wie auch von den gelösten Gas- und Luftteilchen befreit.
Da die Verdünnung durch die Zerstäubung in äußerst feinste Teilchen ein Maximum
an Oberfläche erhält, die der Saugwirkung ausgesetzt ist, wird in kürzester Zeit
eine vollkommene Entgasung erzielt. Die frei werdenden Luft- und Gasteilchen wirbeln
hoch und werden durch die Leitung 16 und Vakuumpumpe 17 abgesaugt. Die entgaste
Verdünnung sinkt im Kessel nach unten, der im Innern völlig glatt ist, um den fallenden
Teilchen keine Möglichkeit zum Absetzen zu geben. Die Verdünnung sammelt sich, nachdem
sie den Kessel in zerstäubtem Zustand durchwandert hat, wieder als Flüssigkeit im
Fußteil 15. Der Flüssigkeitsspiegel 29 wird in seiner Höhe so kontrolliert, daß
er, wenn auch leicht variierend, immer unterhalb des Hauptkörpers 12 des Vakuumkessels
und besser noch unterhalb des konischen Bodenteils 14 verbleibt. Ein genügend großes
Fassungsvermögen des Fußteils gewährleistet einen solchen niedrigen Stand des Flüssigkeitsspiegels,
der deswegen wichtig ist, um jederzeit den ganzen Raum des Vakuumkessels für das
Entweichen der durch die Entgasung freigegebenen Luft und Gase zur Verfügung zu
haben. Der Raum für diesen Zweck muß groß genug sein, um zu vermeiden, daß die entweichende
Luft zu einer Druckerhöhung im Kessel Anlaß gibt. Die entgaste Verdünnung fließt
durch Gefälle vom Fußteil 15 zur weiteren Behandlung in einem Siebzylinder 30 (Fig.
i b) oder einer Papiermaschine zu. Die unmittelbar folgende Verarbeitung der entgasten
Verdünnung zu Papier verhindert die mit der Zeit nicht zu vermeidende erneute Absorption
und Einschließung von Luft und Gasen. Da nach der Entgasung die Verdünnung vollständig
von eingeschlossener und gelöster Luft und auch von Gasen befreit ist, besteht keine
Neigung zum Schäumen oder zur Flockenbildung, und die Verdünnung wird dadurch sehr
zugänglich für schnelle Entwässerung und bessere Papierblattbildung.
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Richtige Größenverhältnisse aller Teile der Vorrichtung sind wichtig
für das einwandfreie Funktionieren gemäß der Erfindung. Es werden daher beispielsweise
folgende Abmessungen vorgeschlagen, die sich aus der Erfahrung als günstig ergeben
haben: Hauptraum des Kessels sollte etwa 1200 mm im Durchmesser und 9oo mm hoch
sein; der Fußteil ist etwa 4550 mm hoch und hat einen Durchmesser von
300 mm. Der Durchmesser des Rohres 27 beträgt i5o mm, der des Rohres 16 etwa
ioo mm; eine Saugwirkung, die einem Unterdruck von etwa 380 mm QS. entspricht,
ist gut geeignet; die Höhe der Zerstäubungsdüse beträgt etwa i 5o mm, ihre Länge
etwa 330 mm. Die Düsenöffnung hat einen Durchmesser von 75 mm. In einer Ausführung
der Anlage mit obigen Abmessungen kann die Zerstäubungsdüse etwa 36oo bis 45oo 1
Verdünnung in der Minute fördern. Wenn größere Mengen bewältigt werden müssen, können
mehrere Zerstäubungsdüsen in einem Kessel angeordnet und ein entsprechend größerer
Behälter benutzt werden.
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Praktische Erfahrungen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung haben
ergeben, daß die behandelten Papierfasern frei von eingeschlossenen, anhaftenden
oder absorbierten Gasen und Luft sind, daß das Wasser frei von gelöster Luft ist
und die Fasern keine gegenseitige anziehende Wirkung haben. Im Gegenteil, die Fasern
scheinen einander abzustoßen und verbleiben so gut verteilt in ihrer
wäßrigen
Verdünnung, aus der sie sich später schnell absetzen, da sie ihr tatsächliches spezifisches
Gewicht behalten und nicht durch anhaftende Luft erleichtert werden. Solche Fasern
bilden keine flockigen Ansammlungen im Stoffauflauf der Papiermaschine oder beim
Passieren des Siebes. Sie fügen sich gleichmäßig und schnell in die Bahn auf dem
Sieb ein und halten selbst feinste Fasern und feinstes Füllmaterial in einem Maße
zurück, wie es mit gewöhnlichen und bisher üblichen Verfahren nicht möglich ist.
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Die in den Fig.4 und 5 veranschaulichte Ausführung unterscheidet sich
von der Ausführung der Fig. i a dadurch, daß hierbei die entgaste Verdünnung vom
Fußteil 15 nicht durch Gefälle abfließt, sondern durch eine Saugpumpe gefördert
wird. In den Fig. 4 und 5 hat der geschlossene Entgasungs:kessel 41 ebenfalls einen
Hauptraum 42, einen gewölbten Oberteil 43, einen konischen Bodenteil 44 und einen
Fußteil 45. Letzterer führt zu einer Entnahmepumpe 46, die andererseits mit dem
Stoffauflauf einer Papiermaschine, wie in Fig. i b allgemein angedeutet, verbunden
ist. Der gewölbte Oberteil kann, wenn groß genug, ein Mannloch mit Deckel 48 enthalten
und mit einem -.%LIanometer 49 zur Anzeige der Saugwirkung ausgestattet sein. Die
Saugwirkung wird durch eine Vakuumpumpe, wie in Fig. i a unter 17 gezeigt, erzeugt,
die an Leitung 5o angeschlossen ist. Die Papierstoffverdünnung wird von einer Versorgungsquelle,
wie z. B. Behälter 25 in Fig. i a, durch eine Pumpe 26 (Fig. i a) und eine Leitung
51 in eine Ringleitung 52 gepumpt, die um den Oberteil des Kessels 41 geführt ist.
Aus der Ringleitung 52 gelangt die Verdünnung durch Abzweigungen zu einer Anzahl
von Zerstäubungsdüsen 53, 54, 55 und 56, von denen jede in ihrer Konstruktion der
Düse 28 (Fig. i a) gleicht, wie sie in den Fig. 2 und 3 genauer gezeigt ist.
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Der Fußteil 45 schließt ein Kupplungsstück 57 mit einer Abzweigung
58 und einem Zwischenstück 59 ein. Letzteres ist mit einem Drahtgewebefilter ausgestattet,
das zwischen Gummidichtungsscheiben gehalten wird und einem weiter unten erläuterten
Zweck dient. Von der Abzweigung 58 führt ein Rohr 61 nach der bereits erwähnten
Ringleitung 52. An die Leitung 61 schließt ein Wassereinlaßrohr 62 an, das zu einer
passenden Wasserquelle führt. Die Ventile 63 und 64 sind für Kontrollzwecke in die
Leitung 61 eingefügt. Von der Abzweigung 58 führt außerdem ein Rohr 65 zum Oberteil
43 des Kessels. Letzteres Rohr ist in Teilstücke 66, 67 und 68 oder auch anders
beliebig unterteilt, wobei jedes der Teilstücke ein Schauglas sein kann, durch das
der Flüssigkeitsstand im Kessel ersichtlich ist. Am Kessel sind außerdem Winkelstücke
7o angebracht, die zur Befestigung desselben in aufrechter Lage dienen.
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Die Arbeitsweise der Entgasungsvorrichtung in der den Fig.4 und 5
entsprechenden Ausführung ist wie folgt: Papierbrei in verdünntem Zustand wird fortlaufend
durch die Zuführungsleitung 51 in die Ringleitung 52 gepumpt und von da durch die
Zerstäubungsdüsen 53, 54, 55 und 56 in den Kessel gedrückt. Währenddessen erzeugt
die Vakuumpumpe eine Saugwirkung, die sich durch die Saugleitung 5o in den Kessel
fortpflanzt. Dadurch wird die aus den Düsen in feiner Zerstäubung in den an der
Innenseite glatten Kessel .41 austretende Verdünnung unter dem Einfluß der Saugwirkung
entgast. genau wie im Kessel i i der Fig. i a, und in den Fußteil 45 zum Absinken
gebracht, wo sie sich wieder sammelt und einen laufend erneuten Vorrat von entgaster
Verdünnung bildet, von welchem laufend durch Pumpe 46 erforderliche Mengen in den
Stoffauflauf einer Papiermaschine gepumpt werden. Da die Pumpe die entgaste Verdünnung
aus Fußteil 45 saugt, ist es nicht nötig, eine bestimmte hydraulische Gefällhöhe
der Verdünnung im Fußteil aufrechtzuerhalten, wie es bei Zuführung durch Gefälle
gemäß Fig. i a erforderlich ist. Es ist jedoch auch hierbei wichtig, zu vermeiden,
daß der Flüssigkeitsspiegel der entgasten Verdünnung in den Hauptraum 42 des Kessels
steigt, was durch Beobachtung der Schaugläser in den Teilstücken 68, 67 oder 66
des Rohres 65 möglich ist. In der Verdünnung enthaltene Fasern werden durch das
Drahtgewebefilter im Zwischenstück 59 am Eindringen in das Rohr 65 verhindert. Es
kommt jedoch gelegentlich vor, daß Fasern das Filter im Zwischenstück von der Abzweigungsseite
her verstopfen, aber in solchen Fällen können die Fasern leicht durch Öffnen des
Ventils 63 in der Leitung 61 zurückgespült werden, da das Waschwasser aus Rohr 62
durch das Filter und das Kupplungsstück 57 in entgegengesetzter Richtung nach dem
Fußteil 45 fließt. Wasser aus Rohr 62 kann auch dazu benutzt werden, um das Rohr
61 und die angeschlossene Ringleitung 52 und die davon abzweigenden Zerstäubungsdüsen
durchzuspülen, und zwar durch Öffnen des Ventils 64 in dem zur Ringleitung führenden
Rohr 61.
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Die Saugwirkung im Kessel sollte den bereits beschriebenen Erfordernissen
der Erfindung entsprechen. Das gleiche gilt für die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
der entgasten Verdünnung im Fußteil. So sollte stets eine ausreichende Säule von
entgaster Verdünnung im Fußteil vorhanden sein, um der Pumpe 46 jederzeit eine gleichmäßige
Versorgung zu sichern, da es wichtig ist, daß der,Zufluß von entgaster Verdünnung
zur Papiermaschine gleichbleibend konstant ist.
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Es wurde festgestellt, daß ein Vakuumkessel, der einen Durchmesser
von 2400 mm, vier Zerstäubungsdüsen und einen Rauminhalt von etwa 7 m3 hat, etwa
13 5001 Papierbreiv erdünnung in der Minute entgasen kann. Ein Kessel mit einem
Durchmesser von 1200 mm, einem Inhalt von 1,4 m3 und einer Zerstäubungsdüse konnte
36oo 1 in der Minute entgasen.
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Wenn auch angenommen werden kann, daß die vorstehende Beschreibung
alle Angaben enthält, die erforderlich sind, um einen Fachmann zu befähigen, das
Verfahren der vorliegenden Erfindung anzuwenden, so können doch die besonderen Vorzüge
und Eigenschaften besser bewertet werden, wenn die folgende Erklärung der mutmaßlichen
theoretischen
Vorgänge verstanden wird: Wie bereits gesagt, ist
das Ziel der Erfindung, aus Faserstoffen in Wasserverdünnung für die Papierfabrikation,
wie sie 'der Papiermaschine zugeführt werden, Gase und Luft in dem Ausmaße zu entfernen,
daß solche Faserstoffe nicht zur Flockenbildung neigen, keinen Schaum erzeugen,
nicht zur Oberfläche der Verdünnung streben, an ihnen keine Luft haftet und sie
die Tendenz haben zu sinken, wenn sie untergetaucht werden. Um diese Qualitäten
zu erreichen, ist es erforderlich, die Faserstoffe möglichst aus dem sie tragenden
Wässer zu entfernen oder von ihm zu isolieren. Der Grund dafür ist die Tatsache,
daß die Wirkung des Vakuums, dem die Faserstoffe unterworfen werden, hauptsächlich
die ist, Luft und Gase von den Fasern abzusaugen. Dies ist jedoch unmöglich, wenn
die Fasern im Wasser eingetaucht sind, da das Vakuum die Fasern nicht durch das
Wasser hindurch erreichen kann. Es ist allgemein bekannt, daß Vakuum nicht innerhalb
einer geschlossenen Wassermasse wirksam werden kann. Wenn daher die Faserstoffe
vom Wasser eingeschlossen sind, kann das Vakuum nicht zu ihnen vordringen, um sie
zu entgasen. Deswegen ist es der Vorschlag der Erfindung, die Verdünnung durch eine
Zerstäubungseinrichtung. oder durch Sprühdüsen innerhalb der vakuumerzeugenden Zone
mit verringertem Druck in einen Vakuumkessel zu drücken, um die Fasern durch die
Zerstäubung in kleinste Teilchen praktisch vom Wasser zu trennen, um sie so in der
Niederdruckzone wirksam der Saugwirkung auszusetzen. Dabei werden die Fasern vom
tragenden Wasser getrennt, so daß sie praktisch von Luft umgeben werden und so wenig
Wasser an ihnen haftet, daß das Vakuum in der Lage ist, diese noch anhaftenden Wasserreste
abzusaugen oder zumindest auf einen dünnen Film zu verringern, der nicht fähig ist,
enthaltene Luft unter der Vakuumwirkung festzuhalten. Wenn die Fasern aber von jeder
Luft und Gasen befreit sind, sind sie nicht länger flocken- oder schaumbildend und
haben die Neigung, nach dem Untertauchen zu sinken. Im Vakuum wird nun auch gleichzeitig
aus den Wasserteilchen der Zerstäubung Luft abgesaugt.
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Die so entgasten Wasserteilchen und die entgasten Faserstoffe fallen
in die Ansammlung am Boden des Vakuumkessels, wo sie sich wieder zu der flüssigen
Verdünnung vereinigen; da aber dasWasser ebenfalls entgast ist, ist die Gefahr,
daß die Faserstoffe wieder Luft oder Gase aus dem Wasser aufnehmen, gering.
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Die Bildung gesonderter Teilchen und die Trennung von Wasser- und
Faserteilchen wird durch die Anwendung einer Zerstäubungsdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung wesentlich erleichtert. Die markanten Merkmale dieser Düse sind die unter
Druck erfolgende tangentiale Zuführung der Verdünnung und die teilweise zylindrische
und teilweise konische Form der Düse, wodurch die Verdünnung in der Düse in Wirbel
mit zyklonischer oder zentrifugaler Wirkung versetzt wird, die die schwereren Fasern
zur Außenseite des konischen Teils und das leichtere Wasser mehr zur Mitte drängen.
Der Ausstoß der Verdünnung aus der Düse scheint die Teilchen in einen äußerst feinen
Zustand der Unterteilung aufzureißen.
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Die günstigen Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können
nicht bei der Durchleitung des verdünnten Papierfaserstoffes in einer dünnen Schicht
über einen Kegel in einem Vakuumgefäß, wie es im amerikanischen Patent i 853 849
vorgeschlagen wird, erzielt werden, ferner kann das gewöhnliche Verfahren zur Wasserentgasung
mit Sprühstrahlen unter Vakuum nicht für die Entgasung von Papierfaserstoffen angewandt
werden, da die dafür verwendeten Vorrichtungen in ihrer Ausführung nicht den Erfordernissen
dieser Erfindung, wie sie hierin eingehend beschrieben werden, entsprechen.