EP1096063A1

EP1096063A1 - Method and device for fractionating a paper fibre suspension

Info

Publication number: EP1096063A1
Application number: EP00121414A
Authority: EP
Inventors: Samuel Dr. Schabel
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2001-05-02
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: CA2324338A1; DE50007359D1; EP1096063B1; ATE273415T1; US6409023B1; DE19951711A1

Abstract

To divide a suspension (S) of paper fibers into fractions, especially a suspension of used paper fibers, a sieve (1) separates it into two fractions, such as according to fiber length. A parallel flow (4) is generated by a sweeper (5) with a rough surface, so that the suspension (S) is dragged through by the sweeper (5) with virtually no slip. In a contact zone of up to 1 mm from the sweeper (5), the suspension is moved at a speed of at least 90% of the sweeper (5) speed. The sweeper (5) is moved along the line of the sieve (1), with a gap (A) between the sweeper (5) and the flow side of the sieve (1) of max. 20 mm. The sweeper (5) movement speed is at least 10 m/sec. in relation to the sieve or 20 m/sec. The sweeper (5) exerts little or no pressure or suction pulses towards the surface of the sieve (1). The surface (8) of the sweeper (5) carries a number of longitudinal recesses and pref. grooves (7), or it has a felt covering over the surface (8) which has high absorbency. The openings (6) in the sieve (1) are longitudinal, to separate a fiber fraction, set at an angle of 70-110 degrees to the direction of sweeper (5) movement. Spaced eddies are formed through projections or recesses at the sieve (1), working with the parallel flow (4). An Independent claim is included for an appts. to separate a paper fiber suspension into fractions, where the sweeper (5) has a roughened surface (8). Preferred Features: The grooves (7) at the surface (8) of the sweeper (5) have a height of max. 3 mm, at intervals of max. 3 mm. The projections or recesses at the sieve (1) have a max. height/depth of 2 mm. The sieve (1) is a cylinder, with an inner rotor as the sweeper (5), concentric to each other.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Fraktioniervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a fractionation device according to the preamble of claim 13.

Es ist bekannt, dass wässrige Papierfasersuspensionen durch Nasssiebverfahren fraktioniert werden können. Dabei können unterschiedliche Verfahrensziele verfolgt werden, und zwar erstens die sogenannte Sortierung, d.h. die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen aus der Papierfasersuspension oder zweitens die Faserfraktionierung, also Aufteilung der Papierfasern selbst auf mehrere Fraktionen. Während der Sortiervorgang bei vielen Störstoffen mit sehr gutem Trenneffekt möglich ist, ergeben sich bei den weichen, klebenden Verunreinigungen, den Stickies, erhebliche Probleme bezüglich des Trenneffektes. Bei der Faserfraktionierung werden bestimmte Eigenschaften der Papierfasern, z.B. Länge, Dicke oder Flexibilität als Trenncharakteristikum herangezogen. Ein solches Verfahren ermöglicht die Gewinnung von Faserstoffen mit speziellen Eigenschaften aus Fasergemischen wie z.B. Altpapier. Aber auch native Rohstoffe können entsprechend ihren Fasereigenschaften fraktioniert werden. In der Regel wird bei der Faserfraktionierung eine Aufkonzentrierung der Langfasern im Überlauf des Siebes und eine Aufkonzentrierung der Kurzfasern im Durchlauf des Siebes erreicht. Bisher sind bei Verfahren zur Faserfraktionierung Trennschärfe und/oder Durchsatz in vielen Fällen nicht ausreichend.It is known that aqueous paper fiber suspensions by wet sieving can be fractionated. Different procedural goals can be pursued firstly, the so-called sorting, i.e. the removal of unwanted components from the paper fiber suspension or secondly the Fiber fractionation, i.e. division of the paper fibers themselves into several fractions. Possible during the sorting process for many contaminants with a very good separation effect , there are considerable stickies with the soft, sticky contaminants Separation problems. In fiber fractionation, certain Properties of paper fibers, e.g. Length, thickness or flexibility as Separation characteristic used. Such a process enables extraction of fibers with special properties from fiber mixtures such as Waste paper. But native raw materials can also be fractionated according to their fiber properties become. As a rule, a concentration of the Long fibers in the overflow of the sieve and a concentration of the short fibers in the Pass of the sieve reached. So far there have been processes for fiber fractionation Selectivity and / or throughput are inadequate in many cases.

Die Vorrichtungen, die man zum Sortieren einerseits und zum Faser-Fraktionieren andererseits einsetzt, sind in ihrem Aufbau sehr ähnlich. Bekanntlich wird fast immer ein Siebräumer relativ zum Sieb in dichtem Abstand vorbeibewegt, um das Verstopfen des Siebes zu verhindern und dadurch einen großen Siebdurchsatz zu ermöglichen. The devices used for sorting on the one hand and for fiber fractionation on the other hand, are very similar in structure. As is known, almost always a screen clearer moves close to the screen to clear the blockage to prevent the sieve and thereby enable a large sieve throughput.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, eine größere Trennwirkung beim Fraktionieren - auch von problematischen Bestandteilen, wie z.B. Langfasern und Stickies - zu erreichen.The invention is based on the object of creating a method with which it succeeds in achieving a greater separation effect when fractionating - even from problematic ones Components, e.g. Long fibers and stickies - to achieve.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1 solved.

Günstige Fraktioniervorrichtungen werden in den Ansprüchen 13 bis 15 beschrieben.Favorable fractionation devices are described in claims 13 to 15.

Während bei den bekannten Verfahren die Räumer dazu dienen, durch wechselnde Druck- und Saugimpulse oder durch Erzeugung von Turbulenzen das Sieb von Verstofungen freizuhalten, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Schleppströmung am Räumer, die sich im wesentlichen parallel zu der Siebfläche in Umfangsrichtung bewegt. Die sich in der Suspension befindenden Fasern werden daher gleichmäßig orientiert und die Trennung auf Grund ihrer Länge und/oder ihrer Flexibilität ist mit einem besseren Effekt möglich. Das gilt besonders bei quer zur Parallelströmung ausgerichteten Sortierspalten. Die Freihaltung der Sieböffnungen wird durch von der Oberflächenstruktur des Siebes im Zusammenwirken mit der Schleppstömung hervorgerufene Mikrowirbel und/oder kleinräumige Turbulenzen erreicht. Auch bei der Aussortierung von empfindlichen, leicht zu zerkleinernden Störstoffen, wie Stickies, ist die erfindungsgemäße schonende Siebfreihaltung günstiger. Um die Schleppströmung zu erzeugen, kann der Räumer aufgerauht, z.B. mit einer Vielzahl von Rillen versehen sein. Auch ein an der Oberfläche aufgelegter Filz kann die Schleppwirkung entfalten.While in the known methods the reamer is used by changing Pressure and suction impulses or by creating turbulence the sieve of The method according to the invention leads to keeping constipation free Drag flow at the scraper, which is essentially parallel to the screen surface Moves circumferentially. The fibers in the suspension are therefore evenly oriented and the separation based on their length and / or their Flexibility is possible with a better effect. This is especially true for across Sorting columns aligned in parallel flow. Keeping the screen openings clear is due to the surface structure of the sieve in cooperation with the Drag flow caused micro vortices and / or small-scale turbulence reached. Even when sorting out sensitive, easy-to-shred Contaminants such as stickies, the gentle sieve clearance according to the invention is cheaper. To generate the drag flow, the reamer can be roughened, e.g. with a Be provided with a plurality of grooves. Even a felt placed on the surface can Develop a drag effect.

In vielen Fällen sind die Vorteile der Erfindung am besten mit solchen Räumem erzielbar, deren zum Sieb zugewandte Fläche überwiegend stetig ist, die also nicht z.B. eine Anzahl von foils, Flügeln oder bumps (Erhebungen in Kugelabschnittsform) haben. In anderen Fällen kann es von Nutzen sein, einen Kompromiss zu finden zwischen der Trennwirkung und dem Durchsatz. Aus technisch/physikalischen Gründen muss nämlich oft in Kauf genommen werden, dass bei Erzeugung einer reinen Parallelströmung der Durchsatz durch das Sieb reduziert wird im Vergleich zu einem Verfahren aus dem Stand der Technik mit hoher Turbulenz. Es ist dann also abzuwägen zwischen der möglichst gleichgerichteten Parallelströmung oder einer begrenzten Erzeugung von Wirbeln. Schwache Wirbel lassen sich erzeugen, indem z.B. ein Sieb und/oder ein Räumer mit Profilnuten oder Leisten verwendet wird.In many cases, the advantages of the invention are best with such rooms achievable, the surface of which faces the sieve is predominantly continuous, which is not e.g. have a number of foils, wings, or bumps. In other cases it may be useful to find a compromise between the Separation effect and throughput. For technical / physical reasons namely that are often accepted that when generating a pure Parallel flow throughput through the screen is reduced compared to one State of the art methods with high turbulence. It must then be weighed up between the parallel flow which is as rectified as possible or a limited one Generation of vortices. Weak vortices can be generated by e.g. a sieve and / or a reamer with profile grooves or strips is used.

Bei den bisher beschriebenen Formen des Verfahrens wurde von einem feststehenden Sieb und einem bewegten Räumer ausgegangen. Auch die kinematische Umkehrung, also bewegtes Sieb und feststehender oder entgegen bewegter Räumer, sind ohne weiteres vorstellbar, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.In the forms of the method described so far, a fixed Sieve and a moving scraper. The kinematic reversal, too moving sieve and fixed or counter-moving scraper are easily conceivable to carry out the method according to the invention.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen.

Fig. 1: schematisch dargestellt: Vorgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens am Siebeinlauf;
Fig. 2: Oberfläche eines erfindungsgemäßen Räumers;
Fig. 3: Beispiel mit einem variierten Sieb;
Fig. 4: Teil eines geeigneten Siebes in Aufsicht;
Fig. 5: Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Ansicht von oben;
Fig. 6 + 7: verschiedene als Räumer verwendbare Rotoren;
Fig. 8: Detail eines speziellen Räumers.

The invention and its advantages are explained with reference to drawings.

Fig. 1: represented schematically: processes of the inventive method at the sieve inlet;
Fig. 2: Surface of a scraper according to the invention;
Fig. 3: Example with a varied sieve;
Fig. 4: Part of a suitable sieve under supervision;
Fig. 5: Device for carrying out the method, top view;
Fig. 6 + 7: various rotors that can be used as scrapers;
Fig. 8: Detail of a special scraper.

In der Fig. 1 sind die Verhältnisse dargestellt, die sich bei Durchführung des Verfahrens im Bereich von Sieb 1, Räumer 5 und der dazwischen bewegten papierfaserhaltigen Suspension S abspielen. Wie an sich bekannt, wird die Suspension S durch das Sieb 1 fraktioniert, indem eine Fraktion durch die Sieböffnungen 6 abfließt, während ein anderer Teil abgewiesen wird und letztendlich an einer dafür vorgesehenen Stelle aus der für das Verfahren verwendeten Apparatur entfernt wird. Der Räumer 5 wird im Abstand A vom und relativ zum Sieb 1 in der durch Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung 3 bewegt. Da die Oberfläche 8 des Räumers 5 rauh ist, z.B. wie hier dargestellt, mit einer Anzahl von Rillen 7 versehen ist, wird die Suspension nahezu schlupffrei mitgeschleppt, so dass eine Parallelströmung 4 entsteht. Diese Parallelströmung 4 ist nicht streng parallel zu der der Suspension zugewandten Oberfläche des Siebes. Sie wird z.B. in Nähe des Einlaufes in die Sieböffnungen 6 in Richtung zum Sieb 1 umgelenkt. Dennoch ist ihre Ausrichtung ein entscheidender Unterschied zu den sehr unruhigen Wirbelströmungen, die üblicherweise zur Siebräumung erzeugt werden. Insbesondere ist die neue Art der Strömung stationär, d.h. zeitlich konstant, während übliche Räumer zu einer instationären Strömung mit zeitlich schwankender Druckpuls- und Turbulenzintensität führen. Das am rechten Rand dargestellte Geschwindigkeitsprofil mit der Kurve 10 macht die Schleppwirkung des erfindungsgemäß gestalteten Räumers deutlich. In Räumernähe hat die Suspension etwa dieselbe Geschwindigkeit VR wie der Räumer 5 selbst. In Richtung zum Sieb fällt dann die Kurve 10 ab, wobei auch am Sieb 1 noch eine deutliche Parallelkomponente erhalten bleibt. Auf diese Weise entsteht eine Strömung, in der lange Fasern, aber auch Störstoffe etwa parallel zur Siebfläche orientiert werden, sodass sie eine starke Tendenz haben, an der Sortieröffnung abgewiesen zu werden.In Fig. 1, the relationships are shown that occur when performing the method in the area of sieve 1, scraper 5 and the paper fiber-containing moving in between Play suspension S. As is known per se, the suspension S is passed through the sieve 1 fractionated by a fraction flowing through the sieve openings 6, while a other part is rejected and ultimately in a designated place the apparatus used for the process is removed. The scraper 5 is in Distance A from and relative to screen 1 in the direction shown by arrow Movement direction 3 moves. Since the surface 8 of the scraper 5 is rough, e.g. like here shown, provided with a number of grooves 7, the suspension is almost dragged along without slip, so that a parallel flow 4 arises. This Parallel flow 4 is not strictly parallel to that facing the suspension Surface of the sieve. It will e.g. near the inlet into the screen openings 6 in Redirected towards sieve 1. However, their direction is crucial Difference to the very turbulent vortex currents that are usually used for Sieve clearing are generated. In particular, the new type of flow is stationary, i.e. constant over time, while normal clearers cause an unsteady flow with time fluctuating pressure pulse and turbulence intensity. The one on the right speed profile shown with curve 10 makes the towing effect of Clearer designed according to the invention clearly. The suspension has about in the vicinity of the scraper same speed VR as the scraper 5 itself. Then falls towards the sieve curve 10, with a clear parallel component also on screen 1 preserved. This creates a flow in the long fibers, but also Impurities are oriented approximately parallel to the screen surface, so that they have a strong tendency have to be rejected at the sorting opening.

Fig. 2 zeigt als Detailansicht einen Schnitt durch die Oberfläche eines Räumers 5. Insbesondere sind die zur Bildung der rauhen Oberfläche vorgesehenen Rillen 7 vermaßt. Ihre Breite B an der breitesten Stelle liegt mit Vorteil unter 3 mm und ihre Höhe H bei maximal 2 mm. Je nach Anwendungsfall können auch andere Maße sinnvoll sein. Um einen guten Effekt mit diesem Räumer zu erreichen, sind möglichst viele solcher Rillen unterzubringen, d.h. sie haben an der Fläche 8 einen geringen Abstand C voneinander. Sie können geradlinig parallel sein, es ist aber auch ein Rauten- oder Wellenmuster vorstellbar.2 shows a detail view of a section through the surface of a reamer 5. In particular, the grooves 7 provided to form the rough surface are measured. Their width B at the widest point is advantageously less than 3 mm and theirs Height H at a maximum of 2 mm. Depending on the application, other dimensions can also be useful his. To achieve a good effect with this scraper, as many as possible to accommodate such grooves, i.e. they have a small distance C at surface 8 from each other. You can be straight parallel, but it is also a diamond or Conceivable wave pattern.

Das gemäß Fig. 3 verwendete Sieb 1' hat auf seiner Zulaufseite eine Profilstruktur: Die Oberseiten der Siebstäbe 12 sind gegenüber der Bewegungsrichtung 3 um den Winkel α leicht geneigt, so dass sich am Einlauf in die Sieböffnungen räumlich eng begrenzte Mikrowirbel bilden können. Durch die Neigung bilden sich Vorsprünge über den Siebspalten mit der Höhe E. Es können auch nutartige Vertiefungen mit einer entsprechenden Tiefe in das Sieb eingelassen sein. The sieve 1 'used according to FIG. 3 has a profile structure on its inlet side: The tops of the sieve bars 12 are opposite to the direction of movement 3 Angle α slightly inclined so that it is spatially narrow at the inlet into the sieve openings can form limited micro-vortices. Due to the inclination, protrusions form the sieve columns with the height E. It is also possible to use groove-like depressions with a appropriate depth in the sieve.

Einen Teil eines weiteren Siebes, mit dem das Verfahren durchführbar ist, zeigt die Fig. 4. Die vorgesehene Bewegungsrichtung 3, mit der ein mit diesem Sieb 1 zusammenwirkender nicht gezeigter Räumer bewegt wird, ist ebenfalls eingezeichnet. Das Sieb ist mit einer Vielzahl von Sieböffnungen 6 versehen, welche als enge Schlitze mit einer Schlitzweite D zwischen 0,1 und 0,4 mm, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 mm, ausgebildet sind. Ihre Längserstreckung hat gegenüber der Bewegungsrichtung 3 bei dem gezeigten Fall einen Anstellwinkel β von 100°. Im allgemeinen ist er jedoch 90°.FIG. 4 shows part of a further sieve with which the method can be carried out. The intended direction of movement 3, with which a reamer, not shown, which interacts with this sieve 1, is also shown. The sieve is provided with a plurality of sieve openings 6, which are designed as narrow slots with a slot width D between 0.1 and 0.4 mm, preferably 0.15 to 0.25 mm. Their longitudinal extent has an angle of attack β of 100 ° with respect to the direction of movement 3 in the case shown. In general, however, it is 90 °.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Fraktioniervorrichtung in Ansicht von oben. Sie enthält ein Gehäuse 13 mit teilweise gezeichnetem Deckel 14. Das Sieb 1 ist als zylindrischer Siebkorb, und der Räumer 5 ist als zylindrischer Rotor ausgebildet. Die rauhe Oberfläche 8 ist als dicke Kreislinie angedeutet. Die Suspension strömt durch den Einlauf 15 zwischen Sieb 1 und Rotor. Der Siebdurchlauf wird durch den Feinfraktionsauslauf 16 und der Siebüberlauf durch den Grobfraktionsauslauf 17 abgeführt. In Spezialfällen können auch mehr als diese beiden Fraktionen gebildet werden, z.B. mehrere Feinfraktionen mit Hilfe von unterschiedlich ausgestalteten Sieböffnungen. Sieb und Rotor sind konzentrisch zueinander angeordnet, es sind aber auch andere Ausführungsformen denkbar.Fig. 5 shows schematically a fractionation device in a view from above. It contains a housing 13 with a partially drawn cover 14. The sieve 1 is cylindrical Sieve basket, and the reamer 5 is designed as a cylindrical rotor. The rough one Surface 8 is indicated as a thick circular line. The suspension flows through the Inlet 15 between screen 1 and rotor. The sieve pass is through the Fine fraction outlet 16 and the sieve overflow through the coarse fraction outlet 17 dissipated. In special cases, more than these two fractions can be formed e.g. several fine fractions with the help of differently designed Sieve openings. Sieve and rotor are arranged concentrically to each other, but they are other embodiments are also conceivable.

Fig. 6 zeigt in geometrischer Darstellung einen als kreiszylindrischer Rotor ausgebildeten Räumer 5 mit im wesentlichen achsparallelen Rillen 7. Eine solche Form, konzentrisch in einem kreiszylindrischen Sieb eingesetzt, hat eine sehr schonende Wirkung, d.h. erzeugt keine nennenswerten Druck-/Saug-Impulse.6 shows a geometric representation of a circular cylindrical rotor trained reamer 5 with substantially axially parallel grooves 7. Such a shape, inserted concentrically in a circular cylindrical sieve, has a very gentle Effect, i.e. generates no significant pressure / suction impulses.

Falls, z.B. um den Durchsatz am Sieb zu erhöhen, mit dem Räumer wenigstens schwache Druck-/Saug-Impulse erzeugt werden sollen, kann dieser gemäß Fig. 7 mit Profilleisten 18 versehen werden. Diese können auch die Erzeugung der Parallelströmung unterstützen, z.B. mit Hilfe einer steilen Vorderkante.If, e.g. to increase the throughput on the sieve, at least weak with the scraper According to FIG. 7, pressure / suction pulses are to be generated, with Profile strips 18 are provided. These can also generate the Support parallel flow, e.g. with the help of a steep leading edge.

Um den gewünschten Effekt der Erfindung nicht zu beeinträchtigen, sollten die Profilleisten 18 nur eine geringe Höhe F (Fig. 8) aufweisen. Ihre Anzahl kann auch gering sein, z.B. zwei bis fünf auf den Umfang verteilt.In order not to impair the desired effect of the invention, the Profile strips 18 have only a small height F (Fig. 8). Your number can too be small, e.g. two to five spread over the circumference.

Claims

Method for fractionating a paper fiber-containing suspension, in which the suspension (5) is divided into at least two fractions by a sieve (1,1 '), a clearer (5) moving relative to this being used to keep the sieve clear,
characterized,
that a parallel flow (4) is generated with the aid of a rough surface (8) of the scraper (5) on the inflow side (2) of the screen (1,1 '), the suspension (S) being dragged along by the scraper (5) almost without slippage becomes.

Method according to claim 1,
characterized,
that the suspension is moved in the contact area extending up to one millimeter from the surface of the scraper (5) with at least 90% of the scraper speed.

The method of claim 1 or 2,
characterized,
that the clearer (5) is moved at a distance (A) of at most 20 mm along the inflow side (2) of the sieve (1,1 ').

The method of claim 1, 2 or 3,
characterized,
that the scraper (5) is moved at a speed of at least 10 m / s relative to the screen (1,1 ').

Method according to claim 4,
characterized,
that the scraper (5) is moved at a speed of at least 20 m / s relative to the screen (1,1 ').

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the scraper (5) generates no pressure or suction impulses towards the sieve (1, 1 ').

Method according to one of claims 1 to 5,
characterized,
that the scraper (5) generates weak pressure or suction impulses towards the sieve (1,1 ').

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that a reamer (5) is used, which is provided on its surface (8) with a plurality of elongated depressions, preferably grooves (7).

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that a reamer (5) is used, which is provided on its surface (8) with a felt-like, easily wettable layer.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that fractionation is carried out with a sieve (1,1 '), the sieve openings (6) of which are elongated, with a longitudinal extension which is at an angle of incidence ( β ) of between 70 ° and 110 ° relative to the direction of movement (3) of the reamer (5) .

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that fractionation is carried out with a sieve (1, 1 ') on which spatially limited vortices are generated with the aid of projections or depressions in cooperation with the parallel flow (4).

Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a housing 13 in which there is at least one sieve (1, 1 '), on which a scraper (5) can be moved along on the inflow side in order to block the sieve openings (6 ) of the sieve (1, 1 '),
characterized,
that the reamer (5) has a closed, rough surface (8).

Device according to claim 12,
characterized,
that the surface (8) is provided with a plurality of grooves (7) which have a height (H) of at most 3 mm.

Device according to claim 13,
characterized,
that the grooves (7) have a maximum width (B) of at most 3 mm.

Device according to claim 13 or 14,
characterized,
that the grooves (7) are arranged at a distance (C) of at most 3 mm from one another.

Device according to claim 12,
characterized,
that the surface (8) of the reamer (5) is formed by a layer of felt.

Device according to one of claims 12 to 16,
characterized,
that the screen (1 ') is provided with projections or depressions of a maximum of 2 mm in height or depth.

Device according to one of claims 12 to 17,
characterized,
that the sieve (1, 1 ') is a cylindrical sieve in which a cylindrical rotor as a scraper (5) is rotatably arranged.

Device according to claim 18,
characterized,
that the screen basket and rotor are concentric.