EP1895050B1 - Verfahren zur Befeuchtung einer Faserstoffbahn - Google Patents

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EP1895050B1
EP1895050B1 EP07108110A EP07108110A EP1895050B1 EP 1895050 B1 EP1895050 B1 EP 1895050B1 EP 07108110 A EP07108110 A EP 07108110A EP 07108110 A EP07108110 A EP 07108110A EP 1895050 B1 EP1895050 B1 EP 1895050B1
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fibrous web
web
water
smoothing
wet steam
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Fabian Döling
Joachim Hinz
Ulrich Rothfuss
Josef Kohnen
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/0073—Accessories for calenders
    • D21G1/0093—Web conditioning devices

Definitions

  • the invention relates to a method for moistening a paper, cardboard or another fibrous web in front of a calendering slit, through which the fibrous web is guided for smoothing, wherein the fibrous web is subjected to wet steam by means of a moistening device.
  • Such moistening devices have been known for a long time and on the one hand serve to reduce the tendency of the fibrous web to curl and, on the other hand, also to influence the smoothing process.
  • the moistening device is preferably close to a Glättspalt.
  • the GB862115A , the US2004 / 074981A1 and the WO00 / 03087A already disclose the common application of water and water vapor (ie, for example in the form of wet steam) on the paper web.
  • water and water vapor ie, for example in the form of wet steam
  • US2004 / 074981A1 It is described how changes in the paper quality can be achieved at a preset mixing ratio by changing the total mass flow impinging on the paper web.
  • the object of the invention is to allow a uniform and sufficient moistening of the fibrous web and thereby to influence the smoothing process.
  • the object with regard to the method has been achieved by reacting to variations in the orbital parameters, such as gloss or smoothness, by adjusting the mass ratio between liquid and gaseous water in a mixing chamber of the moistening device.
  • Wet steam consists of a mixture of gaseous and liquid water whose conditions of origin can be read from the known entropy-temperature diagram of water.
  • the mass ratio between liquid and gaseous water should be adjustable.
  • the moistening device has a nozzle arrangement which applies wet steam to the fibrous web.
  • the nozzle arrangement should be formed by a plurality of nozzles arranged in and / or at right angles to the web running direction and arranged on the fibrous web.
  • the nozzle assembly should preferably extend across the web direction across the entire width of the fibrous web.
  • One or more mixing chambers are suitable for forming the wet steam, wherein the nozzles of the nozzle arrangement are each connected to a mixing chamber and the mixing chambers saturated or superheated steam and boiling water or water condensate is supplied.
  • the mass ratio between liquid and gaseous water is adjustable separately in zones transverse to the web running direction.
  • each zone of nozzles being connected to a certain mixing chamber.
  • a controllable valve should be located in the steam and / or water condensate supply line, preferably each mixing chamber.
  • the mass ratio can also be adjusted depending on the type of fibrous web and / or depending on the basis weight of the fibrous web and / or the operating speed.
  • the mass fraction of the liquid water in the wet steam and / or the amount of wet steam applied to the fibrous web per unit time must be changed accordingly.
  • the mass fraction of the gaseous water in the wet steam and / or the amount of wet steam applied to the fibrous web per unit time is to be changed.
  • the total mass flow of liquid and gaseous water is adjusted depending on the type of fibrous web and / or the basis weight and / or the operating speed.
  • the fibrous web can be passed through one or more smoothing gaps.
  • the fibrous web passes through a plurality of smoothing gaps, it is advantageous if the fibrous web is subjected to wet steam at least between two calendering nips.
  • the wet steam loading of the fibrous web should be done with a distance between 10 and 100 cm before the first or single nip.
  • wet steam is applied to the fibrous web between two calendering nips, then this should be done with a distance between 10 and 100 cm before the calendering nip.
  • the distance is considered to be the length of the fibrous web between the end of the wet steam application and the following nip.
  • the distance between the nozzles and the fibrous web is between 10 and 100 cm.
  • the diagram according to FIG. 1 shows the dependence of entropy s, temperature t and ambient pressure p.
  • the specially marked curve shows the phase transitions of water at an ambient pressure p of 2.5 bar.
  • A denotes a point in the condensate phase
  • a * stands for boiling water
  • B * for saturated steam
  • Wet steam is a mixture of boiling water and saturated steam, where C shows a possible mixing ratio.
  • This wet steam will, as in FIG. 2 shown produced in a mixing chamber 6 by mixing saturated or superheated steam and condensate.
  • the steam is fed via a feed line 7 and the water condensate via a feed line 8 to the mixing chamber 6.
  • a controllable valve 9,10 is ever a controllable valve 9,10, about which the mass ratio between liquid and gaseous water in the mixing chamber 6 can be adjusted.
  • the mixing chamber 6 is connected to the nozzles 5 of a nozzle arrangement which direct the wet steam onto the fibrous web 1.
  • the nozzle arrangement is formed by a number of nozzles 5 arranged side by side transversely to the web running direction 4.
  • the nozzles 5 extend over the entire width of the fibrous web 1.
  • the distance between the nozzles 5 and the fibrous web 1 is between 10 and 100 cm.
  • each mixing chamber 6 is connected to a group of nozzles 5, for example the nozzles 5 at the web edge or in the middle of the web.
  • wet steam to moisten the fibrous web 1 allows due to the components of liquid water, a relatively large, but still uniform moisture application.
  • the gaseous portion of the wet steam allows an increase in the temperature of the fibrous web 1, which may be advantageous for influencing gloss and smoothness in subsequent smoothing nips.
  • the smoothing arrangement is here, as in FIG. 2 to see, for example, formed by a calender, which consists of several superposed and pressed against each other smoothing rollers 2.
  • the fibrous web 1 passes through all calendering slits of the calender from top to bottom.
  • the upper side of the fibrous web 1 with a nozzle arrangement and after the second smoothing nip the opposite side of the fibrous web 1 is moistened with a different nozzle arrangement before the first smoothing nip.
  • the fibrous web 1 Due to the two-sided moistening the fibrous web 1 can be completely rewetted, but also a curl of the fibrous web 1 can be effectively countered.
  • the invention is not limited to this arrangement of humidifying devices.
  • the moistening is to be intensified or reduced, the mass fraction of liquid water in the mixing chamber 6 and / or the amount of wet steam applied to the fibrous web 1 per unit of time is increased or decreased.
  • the temperature of the fibrous web 1 is to be increased or decreased, then the mass fraction of gaseous water in the mixing chamber 6 and / or the increased or reduced applied to the fibrous web 1 per unit time wet steam amount.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befeuchtung einer Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn vor einem Glättspalt, durch den die Faserstoffbahn zur Glättung geführt wird, wobei die Faserstoffbahn mittels einer Befeuchtungsvorrichtung mit Nassdampf beaufschlagt wird.
  • Derartige Befeuchtungseinrichtungen sind seit längerem bekannt und dienen einerseits dazu die Rollneigung der Faserstoffbahn zu vermindern und andererseits aber auch dazu den Glättprozess zu beeinflussen.
  • Wie beispielsweise in der EP-A-1674615 offenbart, befindet sich die Befeuchtungseinrichtung gerne nahe vor einem Glättspalt.
  • Während das Aufsprühen von Flüssigkeit wegen der Wassertröpfchen keinen gleichmäßigen Wasserauftrag ermöglicht, führt das Aufbringen von Wasserdampf nur zu einem geringen Flüssigkeitsauftrag.
  • Deshalb war man in der folgenden Entwicklung - wie insbesondere auch in der DE29813663U1 - bestrebt, sowohl Wasser als auch Dampf an unterschiedlichen Stellen auf die Papierbahn aufzutragen.
  • In der DE19829131A1 wird Wasserdampf gemeinsam mit beispielsweise Heißluft auf die Papierbahn geblasen. Durch Variation des Wasserdampfanteils lässt sich Einfluss auf das Glättergebnis nehmen.
  • Die GB862115A , die US2004/074981A1 und die WO00/03087A offenbaren bereits den gemeinsamen Auftrag von Wasser und Wasserdampf (also beispielweise in Form von Nassdampf) auf die Papierbahn. Insbesondere in der US2004/074981A1 ist beschrieben, wie bei voreingestelltem Mischungsverhältnis durch Veränderung des Gesamtmassenstroms, der auf die Papierbahn trifft, Veränderungen in der Papierqualität erreicht werden können.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gleichmäßige und ausreichende Befeuchtung der Faserstoffbahn zu ermöglichen und dabei den Glättprozess zu beeinflussen.
  • Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, auf Schwankungen der Bahnparameter, wie Glanz oder Glätte durch Einstellung des Massenverhältnisses zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in einer Mischkammer der Befeuchtungsvorrichtung zu reagieren.
  • Nassdampf besteht aus einer Mischung aus gasförmigem und flüssigem Wasser, dessen Entstehungsbedingungen aus dem bekannten Entropie-Temperatur-Diagramm von Wasser ablesbar sind.
  • Um den Nassdampf zu erhalten, wird hier gesättigter oder überhitzter Wasserdampf und kondensiertes oder siedendes Wasser gemischt.
    Während der Anteil des flüssigen Wassers dabei für den Umfang der Befeuchtung wesentlich ist, beeinflusst der Anteil des gasförmigen Wassers die Temperatur der Faserstoffbahn entscheidend.
  • Daher sollte das Massenverhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser einstellbar sein.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung weist eine Düsenanordnung auf, die die Faserstoffbahn mit Nassdampf beaufschlagt. Dabei sollte die Düsenanordnung von mehreren in und/oder quer zur Bahnlaufrichtung nebeneinander angeordneten und auf die Faserstoffbahn gerichteten Düsen gebildet werden.
  • Außerdem sollte sich die Düsenanordnung vorzugsweise quer zur Bahnlaufrichtung über die gesamte Breite der Faserstoffbahn erstrecken.
  • Zur Bildung des Nassdampfes eignen sich eine oder mehrere Mischkammern, wobei die Düsen der Düsenanordnung mit jeweils einer Mischkammer verbunden sind und den Mischkammern gesättigter oder überhitzter Wasserdampf und siedendes Wasser oder Wasserkondensat zugeführt wird.
  • Falls die gesamte Faserstoffbahn mit dem gleichen Mischungsverhältnis hinsichtlich des Massenanteils von gasförmigem und flüssigem Wasser beaufschlagt werden sollen, so genügt eine Mischkammer.
  • Im Interesse einer Prozessoptimierung, insbesondere auch um auf zonale Abweichungen der Bahnparameter reagieren zu können, ist es jedoch von Vorteil, wenn das Massenverhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in Zonen quer zur Bahnlaufrichtung separat einstellbar ist.
  • In diesem Fall sollten mehrere Mischkammern vorhanden sein, wobei jede Zone von Düsen mit einer bestimmten Mischkammer verbunden ist.
  • Zur Einstellung des Massenverhältnisses sollte sich in der Wasserdampf- und/oder der Wasserkondensat-Zuleitung, vorzugsweise jeder Mischkammer ein steuerbares Ventil befinden.
  • Das Massenverhältnis kann aber auch in Abhängigkeit von der Art der Faserstoffbahn und/oder in Abhängigkeit vom Flächengewicht der Faserstoffbahn und/oder der Betriebsgeschwindigkeit eingestellt werden.
  • Soll dabei der Umfang der Befeuchtung der Faserstoffbahn verändert werden, so muss der Massenanteil des flüssigen Wassers im Nassdampf und/oder die auf die Faserstoffbahn pro Zeiteinheit aufgebrachte Menge an Nassdampf entsprechend verändert werden.
  • Zur Veränderung der Bahntemperatur ist der Massenanteil des gasförmigen Wassers im Nassdampf und/oder die auf die Faserstoffbahn pro Zeiteinheit aufgebrachte Menge an Nassdampf zu verändern.
  • Dementsprechend kann es auch von Vorteil sein, wenn der Gesamtmassenstrom von flüssigem und gasförmigem Wasser in Abhängigkeit von der Art der Faserstoffbahn und/oder dem Flächengewicht und/oder der Betriebsgeschwindigkeit eingestellt wird.
  • Je nach Art der Faserstoffbahn und den Anforderungen hinsichtlich Glanz und Glätte kann die Faserstoffbahn durch einen oder mehrere Glättspalte geführt werden.
  • Falls die Faserstoffbahn durch mehrere Glättspalte läuft, so ist es von Vorteil, wenn die Faserstoffbahn zumindest zwischen zwei Glättspalten mit Nassdampf beaufschlagt wird.
  • Um einerseits ein ausreichendes Eindringen der Feuchtigkeit in die Faserstoffbahn zu ermöglichen und andererseits eine gewünschte Bahntemperatur sowie eine kompakte Anordnung zu ermöglichen, sollte die Nassdampf-Beaufschlagung der Faserstoffbahn mit einem Abstand zwischen 10 und 100 cm vor dem ersten oder einzigen Glättspalt erfolgen.
  • Erfolgt die Nassdampf-Beaufschlagung der Faserstoffbahn zwischen zwei Glättspalten, so sollte dies mit einem Abstand zwischen 10 und 100 cm vor dem Glättspalt erfolgen.
  • Allgemein hängt der Abstand natürlich von der Bahngeschwindigkeit ab, wobei eine höhere Geschwindigkeit oft auch einen längeren Abstand erfordert.
  • Als Abstand wird dabei die Länge der Faserstoffbahn zwischen dem Ende der Nassdampf-Beaufschlagung und dem folgenden Glättspalt angesehen.
  • Von Vorteil ist es außerdem, wenn der Abstand zwischen den Düsen und der Faserstoffbahn zwischen 10 und 100 cm liegt.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
    • Figur 1:
    eine Entropie-Temperatur-Diagramm von Wasser und
    Figur 2:
    eine schematische Darstellung eines Teils eines Kalanders mit Düsenanordnung.
  • Das Diagramm gemäß Figur 1 zeigt die Abhängigkeit von Entropie s, Temperatur t und Umgebungsdruck p. Die besonders gekennzeichnete Kurve zeigt die Phasenübergänge von Wasser bei einem Umgebungsdruck p von 2,5 bar.
  • Dabei kennzeichnet A einen Punkt in der Kondensat-Phase, A* steht für siedendes Wasser, B* für gesättigten Dampf und B für überhitzten Dampf.
  • Nassdampf stellt eine Mischung aus siedendem Wasser und gesättigtem Dampf dar, wobei C ein mögliches Mischungsverhältnis zeigt.
  • Dieser Nassdampf wird, wie in Figur 2 gezeigt, in einer Mischkammer 6 durch Mischung von gesättigtem oder überhitzten Wasserdampf und Kondensat erzeugt.
  • Hierzu wird der Wasserdampf über eine Zuleitung 7 und das Wasserkondensat über eine Zuleitung 8 zur Mischkammer 6 geführt. In beiden Zuleitungen 7,8 befindet sich je ein steuerbares Ventil 9,10, worüber das Massenverhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in der Mischkammer 6 eingestellt werden kann.
  • Die Mischkammer 6 ist mit den Düsen 5 einer Düsenanordnung verbunden, welche den Nassdampf auf die Faserstoffbahn 1 richten.
  • Hierzu wird die Düsenanordnung von einer Reihe quer zur Bahnlaufrichtung 4 nebeneinander angeordneten Düsen 5 gebildet. Um die Faserstoffbahn 1 gänzlich befeuchten zu können erstrecken sich die Düsen 5 über die gesamte Breite der Faserstoffbahn 1. Der Abstand zwischen den Düsen 5 und der Faserstoffbahn 1 liegt zwischen 10 und 100 cm.
  • Falls die Befeuchtung in Zonen quer zur Bahnlaufrichtung 4 separat steuerbar sein soll, so sind hierfür mehrere, hinsichtlich des Massenverhältnisses separat steuerbare Mischkammern 6 vorzusehen. Dabei ist jede Mischkammer 6 mit einer Gruppe von Düsen 5, beispielsweise den Düsen 5 am Bahnrand oder in der Bahnmitte verbunden.
  • Damit kann beispielsweise einer Übertrocknung der Bahnränder in einer vorhergehenden Trockenpartie begegnet werden.
  • Die Verwendung von Nassdampf zur Befeuchtung der Faserstoffbahn 1 ermöglicht wegen den Bestandteilen an flüssigem Wasser einen relativ großen, aber dennoch gleichmäßigen Feuchteauftrag.
  • Der gasförmige Anteil des Nassdampfs erlaubt eine Erhöhung der Temperatur der Faserstoffbahn 1, was zur Beeinflussung von Glanz und Glätte in nachfolgenden Glättspalten von Vorteil sein kann.
  • Die Glättanordnung wird hier, wie in Figur 2 zu sehen, beispielsweise von einem Kalander gebildet, der aus mehreren übereinander angeordneten und gegeneinander gedrückten Glättwalzen 2 besteht.
  • Die Faserstoffbahn 1 durchläuft alle Glättspalte des Kalanders von oben nach unten.
  • Zwischen den Glättspalten wird die Faserstoffbahn 1 über Leitwalzen 3 geführt.
  • Dabei wird hier vor dem ersten Glättspalt die Oberseite der Faserstoffbahn 1 mit einer Düsenanordnung und nach dem zweiten Glättspalt die gegenüberliegende Seite der Faserstoffbahn 1 mit einer anderen Düsenanordnung befeuchtet.
  • Durch die beidseitige Befeuchtung kann die Faserstoffbahn 1 umfassend rückbefeuchtet, aber auch einer Rollneigung der Faserstoffbahn 1 wirkungsvoll begegnet werden.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung von Befeuchtungsvorrichtungen beschränkt.
  • Soll dabei die Befeuchtung intensiviert bzw. vermindert werden, so wird der Masseanteil von flüssigem Wasser in der Mischkammer 6 und/oder die auf die Faserstoffbahn 1 pro Zeiteinheit aufgebrachte Nassdampfmenge erhöht bzw. verringert.
  • Soll dagegen die Temperatur der Faserstoffbahn 1 erhöht bzw. vermindert werden, so wird der Masseanteil von gasförmigem Wasser in der Mischkammer 6 und/oder die auf die Faserstoffbahn 1 pro Zeiteinheit aufgebrachte Nassdampfmenge erhöht bzw. verringert.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Befeuchtung einer Papier-, Karton- oder einer anderen Faserstoffbahn (1) vor einem Glättspalt, durch den die Faserstoffbahn (1) zur Glättung geführt wird, wobei die Faserstoffbahn (1) mittels einer Befeuchtungsvorrichtung mit Nassdampf beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Schwankungen der Bahnparameter, wie Glanz oder Glätte, durch Einstellung des Massenverhältnisses zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in einer Mischkammer (6) der Befeuchtungsvorrichtung reagiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Faserstoffbahn (1) durch mehrere Glättspalte geführt wird und die Faserstoffbahn (1) zumindest zwischen zwei Glättspalten mit Nassdampf beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nassdampf-Beaufschlagung der Faserstoffbahn (1) mit einem Abstand zwischen 10 und 100 cm vor dem ersten Glättspalt erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Massenverhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in Zonen quer zur Bahnlaufrichtung (4) separat einstellbar ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Massenverhältnis zwischen flüssigem und gasförmigem Wasser in Abhängigkeit von der Art der Faserstoffbahn und/oder dem Flächengewicht und/oder der Betriebsgeschwindigkeit eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gesamtmassenstrom von flüssigem und gasförmigem Wasser in Abhängigkeit von der Art der Faserstoffbahn und/oder dem Flächengewicht und/oder der Betriebsgeschwindigkeit eingestellt wird.
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