EP3475631A1 - Aufbereitung von stärke für eine hydrophobierung von papier - Google Patents

Aufbereitung von stärke für eine hydrophobierung von papier

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EP3475631A1
EP3475631A1 EP17746414.6A EP17746414A EP3475631A1 EP 3475631 A1 EP3475631 A1 EP 3475631A1 EP 17746414 A EP17746414 A EP 17746414A EP 3475631 A1 EP3475631 A1 EP 3475631A1
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EP
European Patent Office
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heat
starch
paper
thermal energy
stream
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EP17746414.6A
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EP3475631B1 (de
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Florian REISSNER
Hermann Schwarz
Jochen SCHÄFER
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B40/06—Superheaters
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21—Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/24—Polysaccharides
    • D21H17/28—Starch
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/54—Starch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a process for processing starch for hydrophobing paper.
  • paper also includes cardboard or cardboard.
  • waterproofing paper which is also called sizing paper is mainly for packaging papers and graphic papers strength of different origin, mainly wheat starch, for example, but also used potato starch ⁇ ke, which is modified for this use.
  • the starch is supplied to the Pa ⁇ piercer example in tanker trucks and activated locally, being heated to a process temperature. This is often done by means of live steam, which is provided by steam generation.
  • the invention has for its object to provide an improved apparatus and an improved method for the treatment of starch for a hydrophobization of paper.
  • the object is achieved according to the invention with respect to the device by the features of claim 1 and in terms of Ver ⁇ driving by the features of claim 10.
  • a device for processing starch for hydrophobing paper comprises a heat pump, which absorbs thermal energy from a waste heat stream of the Pandaher- position of the paper and emits to heat the starch to a process temperature.
  • the device enables to use in papermaking waste heat to the treatment of starch for hydrophobins ⁇ b ist of the paper produced. This advantageously reduces the energy consumption and the production costs of paper production.
  • the device for this purpose comprises a heat pump, which receives thermal energy from a waste heat stream of the papermaking of the paper and releases it to a process temperature for heating the starch. This eliminates the conventional particular Ericar ⁇ mung the starch by steam, which must be provided by a steam production and causes increased energy consumption ⁇ .
  • the heat pump is a compression heat pump comprising a gezzie ⁇ NEN heat carrier circuit for a heat transfer medium, an evaporator for receiving thermal energy of the waste heat stream by evaporating the heat transfer medium, an electrically driven compressor for compressing the evaporated heat transfer fluid and a condenser for Dissipating thermal energy by condensing the vaporized heat carrier has.
  • the Ver ⁇ application of an electrically driven compression heat pump enables, in particular independent of fossil fuels treatment of the starch.
  • a further embodiment of the invention provides that the heat pump has a recuperator for cooling the condensed heat carrier and heating the vaporized heat carrier on ⁇ .
  • the coefficient of performance of the heat pump can be increased by a recuperator by about 15%.
  • the heat transfer medium is the refrigerant R-1233zd or the refrigerant R-1336mzz.
  • R-1233zd refers to trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (CAS number 102687-65-0).
  • R-1336mzz refers to cis-1, 1, 1, 4, 4, 4-hexafluoro-2-butene (CAS number 692-49-9).
  • the ⁇ se heat transfer can condense advantageous at high temperatures and at the same time under moderate pressures. In addition, these heat carriers are not flammable, non-toxic and therefore particularly ecologically advantageous.
  • Another embodiment of the invention provides a preheater for preheating the starch to a preheat temperature prior to heating the starch to the process temperature.
  • the preheater transmits thermal energy from the waste heat stream cooled by the heat pump to the starch. By such a preheater thermal energy of the waste heat ⁇ stream can be used more efficiently.
  • a further embodiment of the invention provides that the process temperature is about 125 ° C. A warming of
  • the waste heat stream is an exhaust air stream of a dryer section of a paper machine or a contaminated vapor stream or a liquid condensate stream.
  • a further embodiment of the invention provides a heat exchanger for the direct delivery of thermal energy through the heat pump to the starch.
  • An alternative embodiment of the invention provides a heat transfer link for forwarding heat energy from the heat pump to the starch.
  • a direct release of thermal Energy through the heat pump to the strength allows against ⁇ over a delivery by a heat transfer intermediate circuit, a higher coefficient of performance of the heat pump and thus a more effi ⁇ cient use of the waste heat stream.
  • indirect delivery of thermal energy by the heat pump via a heat transfer intermediate circuit makes or facilitates the retrofitting of existing paper machines by a heat pump for hydrophobicizing paper.
  • thermal energy is taken from a waste stream of Pa ⁇ pierher ein of the paper and is discharged to a process temperature for the heating of the starch by a heat pump.
  • the advantages of the method correspond to the above-mentioned advantages of a device according to the invention for the preparation of starch for a hydrophobization of paper.
  • a paper machine according to the invention has a erfindungsge ⁇ Permitted apparatus for reclaiming strength for a water-repellent paper.
  • the advantages of such a paper machine result from the abovementioned advantages of a device according to the invention for processing starch for hydrophobing paper.
  • FIG. 1 shows schematically a paper machine with a first exemplary embodiment of a device for processing starch for a hydrophobization of paper
  • FIG. 2 shows an enthalpy pressure diagram of a heat carrier
  • 3 shows a second embodiment of a device for processing starch for a hydrophobization of paper
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a device for
  • Figure 1 schematically shows a paper machine 100 to a first embodiment of an apparatus 1 for processing of starch Aufberei ⁇ 3 for a water-repellent paper.
  • the device 1 comprises a heat pump 5 and a heat exchanger 7.
  • the heat pump 5 takes thermal energy from a waste heat stream 9 ⁇ papermaking of the paper and releases it in the heat exchanger 7 on the strength from 3.
  • the waste heat stream 9 is, for example, an exhaust air stream of a drying section 102 of the paper machine 100.
  • the waste heat stream 9 may also be a contaminated vapor stream which arises during papermaking or a liquid condensate stream which arises during papermaking of the paper.
  • Waste heat stream 9 is cooled by the heat pump 5, for example, from about 100 ° C to about 80 ° C.
  • the thickness 3 is heated in the heat exchanger 7, for example, from about 20 ° C to a Pro ⁇ zesstemperatur the hydrophobization of about 125 ° C.
  • the heat pump 5 is an out than compression heat pump ⁇ led high-temperature heat pump.
  • the heat pump 5 comprises egg ⁇ NEN closed heat carrier circuit 11, an evaporator 13, an electrically driven compressor 15, a condenser 17, an expansion unit 19, and a gate Rekupera ⁇ 21st
  • a heat transfer medium circulates.
  • the heat transfer medium is for example a halogenated hydrocarbon. More preferably, the heat carrier the Käl ⁇ tesch R-1233zd or refrigerant R-1336mzz is.
  • the compressor 15 compresses the heat transfer medium, thereby causing the circulation of the heat carrier in the heat transfer circuit 11.
  • the Kon ⁇ capacitor 17 of the heat transfer medium is condensed with release of con- heat of condensation.
  • the condenser 17 is integrated in the heat exchanger 7, so that the condensation heat is released directly to the thickness 3 and the thickness 3 is heated to the process ⁇ temperature.
  • the expansion unit 19 relaxes the heat transfer medium to a reduced pressure p.
  • the recuperator 21 cools the condensed heat carrier and heats the vaporized heat transfer medium.
  • FIG. 2 shows by way of example an enthalpy-pressure diagram of a heat carrier 3 of the heat pump 5 of the device 1 shown in FIG. 1, the heat carrier in this example being R1233zd.
  • the abscissa of the enthalpy pressure diagram plots a specific enthalpy h in kJ / kg. On the Ordina ⁇ te the pressure p is plotted in bar logarithmic.
  • the diagram shows a family of curves of isotherms 27, wherein a temperature of the heat carrier is indicated above the respective isotherm 27 in degrees Celsius. Points on the Isother ⁇ men 27 at which the slope of a isotherm 27 changes abruptly corresponding phase boundaries of the heat carrier.
  • the ⁇ se points are connected by a phase boundary curve 29th Isentropene 31 is also shown.
  • the number at an isentropic 31 indicates the specific entropy of the heat carrier on this isentrope 31 in kJ / (kg-K).
  • Figure 2 further shows a thermodynamic cycle of the heat carrier in the heat carrier circuit 11 with process punk ⁇ th 33 to 36.
  • Between the process points 33 and 34 is carried out a polytropic compression of the heat carrier through the Kom ⁇ pressor 15.
  • Between the process points 34 and 35 is carried egg ne isobaric cooling and liquefaction of the heat carrier through the condenser 17 and the recuperator 21.
  • Between the process points 35 and 36 a relaxation of the bathträ ⁇ gers by the expansion unit 19 takes place between the process points 36 and 33 isobaric evaporation and Ermér ⁇ tion the heat transfer medium through the evaporator 13 and the Rekupe ⁇ rator 21st
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a Vorrich ⁇ device 1 for the treatment of starch 3 for a hydrophobization of paper. This embodiment differs from the embodiment shown in Figure 1 only in that the capacitor 17 of the heat pump 5 is not integrated into the heat exchanger 7, but is ge ⁇ coupled via a heat transfer intermediate circuit 23 to the heat exchanger 7.
  • heat of condensation emitted by the heat carrier is not released directly to the starch 3, but is transported by the heat transfer intermediate circuit 23 to the heat exchanger 7 and delivered to the heat carrier.
  • the heat transfer intermediate circuit 23 contains a transmission medium, for example What ⁇ ser, for transporting thermal energy from the condenser 17 to the heat exchanger 7.
  • FIG 4 shows a third embodiment of a Vorrich ⁇ device 1 for the treatment of starch 3 for a hydrophobization of paper.
  • This embodiment is different from the embodiment shown in Figure 1 only by an additional preheater 25 for preheating the thickness 3 to a preheating temperature before heating the thickness 3 to the process temperature in the heat exchanger 7.
  • the preheater 25 transfers thermal energy from the cooled by the evaporator 13 Abebenstrom 9
  • the thickness 3 in the preheater 25 is heated from about 20 ° C to about 75 ° C.
  • thermal energy of the waste heat stream 9 can be used more efficiently and the residence time of the starch 3 in the heat exchanger 7 for heating the starch 3 to the process temperature can be shortened.
  • the embodiment shown in Figure 3 can be extended by a preheater 25.

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Abstract

Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Aufbereitung von Stärke (3) für eine Hydrophobierung von Papier. Die Vorrichtung (1) umfasst eine Wärmepumpe (5), die thermische Energie aus einem Abwärmestrom (9) der Papierherstellung des Papiers aufnimmt und zur Erwärmung der Stärke (3) auf eine Prozesstemperatur abgibt.

Description

Beschreibung
Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier.
Der Begriff Papier schließt hier auch Pappe oder Karton ein. Zur Hydrophobierung von Papier, die auch als Leimung von Papier bezeichnet wird, wird vor allem bei Verpackungspapieren und graphischen Papieren Stärke verschiedener Herkunft, vorwiegend Weizenstärke, aber beispielsweise auch Kartoffelstär¬ ke, eingesetzt, die für diese Verwendung modifiziert wird. Die Stärke wird beispielsweise in Tanklastzügen an die Pa¬ pierproduktion geliefert und vor Ort aktiviert, wobei sie auf eine Prozesstemperatur erwärmt wird. Dies geschieht häufig mittels Frischdampf, der von einer Dampferzeugung bereitgestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Ver¬ fahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier umfasst eine Wärmepumpe, die thermische Energie aus einem Abwärmestrom der Papierher- Stellung des Papiers aufnimmt und zur Erwärmung der Stärke auf eine Prozesstemperatur abgibt. Die Vorrichtung ermöglicht, bei der Papierherstellung anfallende Abwärme zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydropho¬ bierung des hergestellten Papiers zu nutzen. Dadurch werden der Energieverbrauch und die Produktionskosten der Papierherstellung vorteilhaft reduziert. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung dazu eine Wärmepumpe, die thermische Energie aus einem Abwärmestrom der Papierherstellung des Papiers aufnimmt und zur Erwärmung der Stärke auf eine Prozesstemperatur abgibt. Dadurch entfällt insbesondere die herkömmliche Erwär¬ mung der Stärke durch Frischdampf, der von einer Dampferzeugung bereitgestellt werden muss und einen erhöhten Energie¬ verbrauch bewirkt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmepumpe eine Kompressionswärmepumpe ist, die einen geschlosse¬ nen Wärmeträgerkreislauf für einen Wärmeträger, einen Verdampfer zum Aufnehmen thermischer Energie des Abwärmestroms durch Verdampfen des Wärmeträgers, einen elektrisch angetriebenen Kompressor zum Verdichten des verdampften Wärmeträgers und einen Kondensator zum Abgeben thermischer Energie durch Kondensieren des verdampften Wärmeträgers aufweist. Die Ver¬ wendung einer elektrisch angetriebenen Kompressionswärmepumpe ermöglicht insbesondere eine von fossilen Energieträgern unabhängige Aufbereitung der Stärke.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmepumpe einen Rekuperator zur Abkühlung des kondensierten Wärmeträgers und Erwärmung des verdampften Wärmeträgers auf¬ weist. Die Verwendung eines Rekuperators zur Abkühlung des kondensierten Wärmeträgers und Erwärmung des verdampften Wärmeträgers ermöglicht vorteilhaft eine Steigerung der Leis¬ tungszahl (COP = Coefficient of Performance), d. h. des Ver¬ hältnisses von erzeugter Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung der Wärmepumpe. Beispielsweise kann die Leistungszahl der Wärmepumpe durch einen Rekuperator um etwa 15 % erhöht werden. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmeträger das Kältemittel R-1233zd oder das Kältemittel R- 1336mzz ist. R-1233zd bezeichnet Trans-l-Chlor-3, 3, 3-tri- fluorpropen (CAS-Nummer 102687-65-0). R-1336mzz bezeichnet Cis-1, 1, 1, 4, 4, 4-Hexafluor-2-buten (CAS-Nummer 692-49-9). Die¬ se Wärmeträger können vorteilhaft bei hohen Temperaturen und zugleich unter moderaten Drücken kondensieren. Außerdem sind diese Wärmeträger nicht brennbar, nicht toxisch und daher insbesondere ökologisch vorteilhaft.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Vorwärmer zur Vorwärmung der Stärke auf eine Vorwärmtemperatur vor der Erwärmung der Stärke auf die Prozesstemperatur vor. Der Vorwärmer überträgt thermische Energie von dem durch die Wär- mepumpe abgekühlten Abwärmestrom auf die Stärke. Durch einen derartigen Vorwärmer kann thermische Energie des Abwärme¬ stroms effizienter genutzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Prozesstemperatur etwa 125°C beträgt. Eine Erwärmung der
Stärke auf eine Prozesstemperatur etwa 125°C ermöglicht vor¬ teilhaft eine Nutzung der Stärke zur Hydrophobierung von Papier ohne eine zusätzliche Erwärmung der Stärke. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Abwärmestrom ein Abluftstrom einer Trockenpartie einer Papiermaschine oder ein kontaminierter Dampfstrom oder ein flüssiger Kondensatstrom ist. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen vorteilhaft die Nutzung typischer bei der Papierherstellung anfallender Abwärmeströme zur Hydrophobierung des Papiers.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Wärmeübertrager zur direkten Abgabe thermischer Energie durch die Wärmepumpe an die Stärke vor. Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Wärmeübertragungszwischenkreis zur Weiterleitung von der Wärmepumpe abgegebener thermischer Energie an die Stärke vor. Eine direkte Abgabe thermischer Energie durch die Wärmepumpe an die Stärke ermöglicht gegen¬ über einer Abgabe durch einen Wärmeübertragungszwischenkreis eine höhere Leistungszahl der Wärmepumpe und damit eine effi¬ zientere Nutzung des Abwärmestroms. Eine indirekte Abgabe thermischer Energie durch die Wärmepumpe über einen Wärme¬ übertragungszwischenkreis ermöglicht bzw. erleichtert jedoch eine Nachrüstung existierender Papiermaschinen durch eine Wärmepumpe zur Hydrophobierung von Papier.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier wird durch eine Wärmepumpe thermische Energie aus einem Abwärmestrom der Pa¬ pierherstellung des Papiers aufgenommen und zur Erwärmung der Stärke auf eine Prozesstemperatur abgegeben. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen den oben genannten Vorteilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier.
Eine erfindungsgemäße Papiermaschine weist eine erfindungsge¬ mäße Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier auf. Die Vorteile einer derartigen Papiermaschine ergeben sich aus den oben genannten Vorteilen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 schematisch eine Papiermaschine mit einem ersten Aus¬ führungsbeispiel einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier,
FIG 2 ein Enthalpie-Druck-Diagramm eines Wärmeträgers, FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier, und
FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Aufbereitung von Stärke für eine Hydrophobierung von Papier .
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel¬ ben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch eine Papiermaschine 100 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Aufberei¬ tung von Stärke 3 für eine Hydrophobierung von Papier. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Wärmepumpe 5 und einen Wärmeübertrager 7.
Die Wärmepumpe 5 nimmt thermische Energie aus einem Abwärme¬ strom 9 der Papierherstellung des Papiers auf und gibt sie in dem Wärmeübertrager 7 an die Stärke 3 ab. Der Abwärmestrom 9 ist beispielsweise ein Abluftstrom einer Trockenpartie 102 der Papiermaschine 100. Alternativ kann der Abwärmestrom 9 auch ein bei der Papierherstellung entstehender kontaminierter Dampfstrom oder ein bei der Papierherstellung des Papiers entstehender flüssiger Kondensatstrom sein. Der
Abwärmestrom 9 wird durch die Wärmepumpe 5 beispielsweise von etwa 100°C auf etwa 80°C abgekühlt. Die Stärke 3 wird in dem Wärmeübertrager 7 beispielsweise von etwa 20°C auf eine Pro¬ zesstemperatur der Hydrophobierung von etwa 125°C erwärmt.
Die Wärmepumpe 5 ist eine als Kompressionswärmepumpe ausge¬ führte Hochtemperaturwärmepumpe. Die Wärmepumpe 5 umfasst ei¬ nen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf 11, einen Verdampfer 13, einen elektrisch angetriebenen Kompressor 15, einen Kondensator 17, eine Expansionseinheit 19 und einen Rekupera¬ tor 21. In dem Wärmeträgerkreislauf 11 zirkuliert ein Wärmeträger. Der Wärmeträger ist beispielsweise ein halogenierter Kohlenwasserstoff. Besonders bevorzugt ist der Wärmeträger das Käl¬ temittel R-1233zd oder das Kältemittel R-1336mzz. In dem Ver- dampfer 13 verdampft der Wärmeträger unter Aufnahme thermischer Energie aus dem Abwärmestrom 9. Der Kompressor 15 verdichtet den Wärmeträger und bewirkt dadurch die Zirkulation des Wärmeträgers in dem Wärmeträgerkreislauf 11. In dem Kon¬ densator 17 kondensiert der Wärmeträger unter Abgabe von Kon- densationswärme . Der Kondensator 17 ist in den Wärmeübertrager 7 integriert, so dass die Kondensationswärme direkt an die Stärke 3 abgegeben wird und die Stärke 3 auf die Prozess¬ temperatur erwärmt. Die Expansionseinheit 19 entspannt den Wärmeträger auf einen reduzierten Druck p. Der Rekuperator 21 kühlt den kondensierten Wärmeträger ab und erwärmt den verdampften Wärmeträger.
Figur 2 zeigt beispielhaft ein Enthalpie-Druck-Diagramm eines Wärmeträgers 3 der Wärmepumpe 5 der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1, wobei der Wärmeträger in diesem Beispiel R1233zd ist. Auf der Abszisse des Enthalpie-Druck-Diagramms ist eine spezifische Enthalpie h in kJ/kg aufgetragen. Auf der Ordina¬ te ist der Druck p in bar logarithmisch aufgetragen. Das Diagramm zeigt eine Kurvenschar von Isothermen 27, wobei eine Temperatur des Wärmeträgers oberhalb der jeweiligen Isotherme 27 in Grad Celsius angegeben ist. Punkte auf den Isother¬ men 27, an denen sich die Steigung einer Isotherme 27 sprunghaft ändert, entsprechen Phasengrenzen des Wärmeträgers. Die¬ se Punkte sind durch eine Phasengrenzenkurve 29 verbunden. Weiter gezeigt sind Isentropen 31. Die Zahl an einer Isentropen 31 gibt die spezifische Entropie des Wärmeträgers auf dieser Isentrope 31 in kJ/ (kg-K) an.
Figur 2 zeigt ferner einen thermodynamischen Kreisprozess des Wärmeträgers in dem Wärmeträgerkreislauf 11 mit Prozesspunk¬ ten 33 bis 36. Zwischen den Prozesspunkten 33 und 34 erfolgt eine polytrope Verdichtung des Wärmeträgers durch den Kom¬ pressor 15. Zwischen den Prozesspunkten 34 und 35 erfolgt ei- ne isobare Abkühlung und Verflüssigung des Wärmeträgers durch den Kondensator 17 und den Rekuperator 21. Zwischen den Prozesspunkten 35 und 36 erfolgt eine Entspannung des Wärmeträ¬ gers durch die Expansionseinheit 19. Zwischen den Prozess- punkten 36 und 33 erfolgt eine isobare Verdampfung und Erwär¬ mung des Wärmeträgers durch den Verdampfer 13 und den Rekupe¬ rator 21.
Der Wärmeträger liegt im linken Bereich des Enthalpie-Druck- Diagramms als Flüssigkeit vor. Daher ist der Anstieg der Iso¬ thermen 27 dort sehr steil. Im rechten Bereich des Diagramms liegt der Wärmeträger als Gas vor und die Isothermen 27 fallen mit ansteigender spezifischer Enthalpie h langsamer ab. Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrich¬ tung 1 zur Aufbereitung von Stärke 3 für eine Hydrophobierung von Papier. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass der Kondensator 17 der Wärmepumpe 5 nicht in den Wärmeübertrager 7 integriert ist, sondern über einen Wärmeübertragungszwischenkreis 23 an den Wärmeübertrager 7 ge¬ koppelt ist. Dementsprechend wird in dem Kondensator 17 von dem Wärmeträger abgegebene Kondensationswärme nicht direkt an die Stärke 3 abgegeben, sondern von dem Wärmeübertragungszwi- schenkreis 23 zu dem Wärmeübertrager 7 transportiert und an den Wärmeträger abgegeben. Der Wärmeübertragungszwischenkreis 23 enthält ein Übertragungsmedium, beispielsweise Was¬ ser, zum Transport thermischer Energie von dem Kondensator 17 zu dem Wärmeübertrager 7. Die Zwischenschaltung des Wärme- Übertragungszwischenkreises 23 verringert zwar die Leistungs¬ zahl der Wärmepumpe 5 gegenüber dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, ermöglicht bzw. erleichtert je¬ doch eine Nachrüstung existierender Papiermaschinen 100 durch eine Wärmepumpe 5 zur Hydrophobierung von Papier.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrich¬ tung 1 zur Aufbereitung von Stärke 3 für eine Hydrophobierung von Papier. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich durch einen zusätzlichen Vorwärmer 25 zur Vorwärmung der Stärke 3 auf eine Vorwärmtemperatur vor der Erwärmung der Stärke 3 auf die Prozesstemperatur in dem Wärmeübertrager 7. Der Vorwärmer 25 überträgt thermische Energie von dem durch den Verdampfer 13 abgekühlten Abwärmestrom 9 auf die Stärke 3. Beispielsweise wird die Stärke 3 in dem Vorwärmer 25 von etwa 20°C auf etwa 75°C erwärmt. Dadurch kann thermische Energie des Abwärmestroms 9 effizienter genutzt werden und die Verweildauer der Stärke 3 in dem Wärmeübertrager 7 zur Erwärmung der Stärke 3 auf die Prozesstemperatur kann verkürzt werden. Entsprechend kann auch das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel um einen Vorwärmer 25 erweitert werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Aufbereitung von Stärke (3) für eine Hydrophobierung von Papier, die Vorrichtung (1) umfassend ei- ne Wärmepumpe (5) , die thermische Energie aus einem Abwärme¬ strom (9) der Papierherstellung des Papiers aufnimmt und zur Erwärmung der Stärke (3) auf eine Prozesstemperatur abgibt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (5) eine Kompres¬ sionswärmepumpe (5) ist, die einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf (11) für einen Wärmeträger, einen Verdampfer (13) zum Aufnehmen thermischer Energie des Abwärmestroms (9) durch Verdampfen des Wärmeträgers, einen elektrisch angetriebenen Kompressor (15) zum Verdichten des verdampften Wärmeträgers und einen Kondensator (17) zum Abgeben thermischer Energie durch Kondensieren des verdampften Wärmeträgers aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (5) einen Rekupe¬ rator (21) zur Abkühlung des kondensierten Wärmeträgers und Erwärmung des verdampften Wärmeträgers aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger das Kältemittel R-1233zd oder das Kältemittel R-1336mzz ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Vorwärmer (25) zur Vorwärmung der Stärke (3) auf eine Vorwärmtemperatur vor der Erwärmung der Stärke (3) auf die Prozesstemperatur, wobei der Vorwärmer (25) thermische Energie von dem durch die Wärmepumpe (5) abgekühlten Abwärmestrom (9) auf die Stärke (3) übertragt.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur etwa 125°C beträgt .
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwärmestrom (9) ein
Abluftstrom einer Trockenpartie (102) einer Papiermaschine (100) oder ein kontaminierter Dampfstrom oder ein flüssi- ger Kondensatstrom ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (7) zur direkten Abgabe thermischer Energie durch die Wärmepumpe (5) an die Stärke (3) .
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch einen Wärmeübertragungszwischenkreis (23) zur Weiterleitung von der Wärmepumpe (5) abgegebe- ner thermischer Energie an die Stärke (3) .
10. Verfahren zur Aufbereitung von Stärke (3) für eine Hydrophobierung von Papier, wobei durch eine Wärmepumpe (5) thermische Energie aus einem Abwärmestrom (9) der Papierherstel- lung des Papiers aufgenommen und zur Erwärmung der Stärke (3) auf eine Prozesstemperatur abgegeben wird.
11. Papiermaschine (100) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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