PL185407B1

PL185407B1 - Sposób wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, urządzenie do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego i zastosowanie odśrodkowej pompy odgazowującej do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego

Info

Publication number: PL185407B1
Application number: PL97334009A
Authority: PL
Inventors: Jorma Elonen; Juhani Jansson; Arto Koso; Kay Rökman
Original assignee: Ahlstrom Oyj
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2003-05-30
Also published as: DE69719380T2; DK1007784T3; KR20000057325A; CA2274157C; BR9714476A; EP1007784A1; JP2001506714A; NO993017D0; US6733631B2; ATE233345T1; WO1998027276A1; JP3841441B2; CN1116477C; DE69719380D1; ES2191864T3; CN1245544A; NO315092B1; NO993017L; US20030192661A1; AU5400398A

Abstract

1. Sposób wytwarzania nietkanych pasm z materialu wlók- nistego z zastosowaniem ruchom ego elementu otworkowego, obej- mujacy etapy wytwarzania zawiesiny piankowej z powietrza, wody, wlókien i srodka powierzchniowo czynnego, odsrodkowego pom po- wania tej zawiesiny piankowej do zetkniecia z ruchom ym elementem otw orkow ym , wyciagania zasadniczo pozbaw ionej wlókien pianki z elementu otworkowego z jednoczesnym formowaniem nietkanych pasm z m aterialu wlóknistego na elem encie otworkowym , oraz za- wracania z etapu wyciagania przynajmniej czesci pianki zasadniczo pozbawionej wlókien i stosowania jej w przeprowadzaniu etapu wy- twarzania zawiesiny piankowej, znam ienny tym , ze .......................... 8 Urzadzenie do wytwarzania nietkanych pasm z materialu wlóknistego, zawierajace ruchom y elem ent otworkowy, przeznaczo- ny do formowania nietkanego pasm a, zródlo zawiesiny piankowej z pow ietrza, w ody, w lókien i srodka pow ierzchniow o czynnego, pom pe do pompowania zawiesiny piankowej do zetkniecia z rucho- mym elementem otworkow ym dla utworzenia na nim nietkanego pasma z materialu wlóknistego, w czasie przechodzenia zasadniczo pozbawionej wlókien pianki przez elem ent otworkowy oraz zespól zawracajacy, przeznaczony do zawracania do obiegu przynajmniej czesci zasadniczo pozbawionej wlókien pianki przez elem ent otwor- kowy do zródla zawiesiny piankowej, zn am ien n e tym , ze .............. 15. Z astosow anie odsrodkow ej pom py odgazow ujacej do w ytw arzania nietkanych pasm z m aterialu w lóknistego, z n a - m ien n e tym , ze polega na pom pow aniu zaw iesiny pianki zawie- rajacej przynajmniej gaz, w ode oraz srodek powierzchniowo czynny za pom oca odsrodkow ej pom py odgazow ujacej ( 1 7, 2 5, 4 1, 4 8, 6 2, 1 0 0), z rów noczesnym usuw aniem pew nej ilosci gazu z za- w iesiny, podczas piankow ego procesu w ytw arzania nietkanych pasm z m aterialu w lóknistego FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, urządzenie do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego i zastosowanie odśrodkowej pompy odgazowującej do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego.

Proces układania pianki służący do kształtowania nietkanych pasm z materiału włóknistego jest znany przykładowo z amerykańskich opisów patentowych US nr 3,716,449, nr 3,871,952 oraz nr 3,938,782. Proces układania pianki ma wiele zalet w porównaniu, z wodnym procesem układania, który jest najczęściej stosowany do wytwarzania syntetycznych albo celulozowych pasm z materiału włóknistego.

Choć piankowy sposób wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego ma wiele zalet w stosunku do procesu układania wodnego, to jednak jedną z jego wad, które ograniczyły jego wykorzystanie komercyjne do szczególnych typów pianek, jest stosunkowo mała szerokość wytwarzanych pasm, (np. typowo w zakresie 1-1,5 metra), w porównaniu z szerokością pasm uzyskiwanych w typowych maszynach papierniczych, wykorzystujących proces układania wodnego, które mogą mieć ponad dziesięć metrów. Ponadto, prędkość produkcji w znanym procesie piankowym wynosiła typowo poniżej 100 metrów na minutę.

Głównym ograniczeniem szerokości pasm i prędkości formowania w układach znanych ze stanu techniki stosowanych w procesie piankowym były pompy stosowane do realizacji procesu. Pompy są pompami o wymuszonym przemieszczeniu, takimi jak pompy śrubowe, pompy dwuśrubowe, pompy dwuwirnikowe, i temu podobne, które mają ograniczoną zdolność pompowania. Niektóre z tych pomp o wymuszonym przemieszczeniu są względnie nieczułe na pompowany materiał i dlatego też są skuteczne do produkcji płynów zawierających włókna i gaz, które są oczywiście charakterystyczne dla procesu piankowego. Jednakże, niektóre z tych pomp łatwo się zużywają, są drogie i dają się łatwo uszkodzić. W konsekwencji, jeżeli ma się zwiększyć wydajność procesowa (tak jak przez zwiększenie wymiaru wytwarzanych pasm przez zwiększenie szerokości drutu albo innego elementu otworkowego do ponad 1,5 metra), trzeba stosować kilka pomp w układzie równoległym. Zwiększa to drastycznie koszt zestawu jak również wprowadza ryzyko uszkodzenia jednej z pomp i tym samym zatrzymania całego procesu w celu reperacji albo zastąpienia uszkodzonej pompy.

Opis patentowy WO-A-9602702 przedstawia sposób i układ do wytwarzania formowanego piankowe włókna albo pasma papieru. Dokument ten omawia pompowanie pianki z zawartymi włóknami i sugeruje stosowanie kilku różnych typów pomp, które nadają się do pompowania pianki. Wspomnianymi pompami są konwencjonalne pompy tłokowe, pompy próżniowe typu pierścienia wodnego i tak zwane pompy Discflo. Jako wspólne cechy tych wszystkich pomp można wymienić ich zdolność do przepompowywania medium mającego

185 407 wysoką zawartość gazu, wyraźnie niską wydajność i niezdolność do oddzielania gazu od medium, które przepompowują.

Nawet w sytuacjach, w których w czasie realizacji procesu piankowego istniała potrzeba usunięcia gazu, stosowano oddzielną strukturę odgazowującą, a pompowanie przeprowadzano przy wykorzystaniu konwencjonalnej pompy o wymuszonym przemieszczeniu. Na przykład, na fig. 3 opisu patentowego USA nr 4,944,843, pokazano odgazowywanie realizowane przez rozdzielacz odśrodkowy, a pianka, która przechodzi przez element otworkowy i jest usuwana przez przewód, jest przepompowywana przy użyciu pompy o przemieszczeniu wymuszonym.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia, eliminującego problemy występujące w przypadku stosowania znanych rozwiązań.

Sposób wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego z zastosowaniem ruchomego elementu otworkowego, obejmujący etapy wytwarzania zawiesiny piankowej z powietrza, wody, włókien i środka powierzchniowo czynnego, odśrodkowego pompowania tej zawiesiny piankowej do zetknięcia z ruchomym elementem otworkowym, wyciągania zasadniczo pozbawionej włókien pianki z elementu otworkowego z jednoczesnym formowaniem nietkanych pasm z materiału włóknistego na elemencie otworkowym, oraz zawracania z etapu wyciągania przynajmniej części pianki zasadniczo pozbawionej włókien i stosowania jej w przeprowadzaniu etapu wytwarzania zawiesiny piankowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w etapie odśrodkowego pompowania zawiesiny piankowej przeprowadza się częściowe odgazowanie pianki.

Etap zawracania przynajmniej części pianki zasadniczo pozbawionej włókien korzystnie przeprowadza się częściowo przez odśrodkowe pompowanie pianki lub przez częściowe odgazowanie pianki w czasie jej odśrodkowego pompowania.

Korzystnie stosuje się ruchomy element otworkowy o szerokości większej niż dwa metry i prędkość formowania większą niż około 100 m/min, a korzystniej większą niż około 200 m/min.

Jako pompy używane do pompowania zawiesiny włóknistej pianki albo zasadniczo pozbawionej włókien zawiesiny piankowej korzystnie stosuje się pompy odśrodkowe.

Urządzenie do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, zawierające ruchomy element otworkowy, przeznaczony do formowania nietkanego pasma, źródło zawiesiny piankowej z powietrza, wody, włókien i środka powierzchniowo czynnego, pompę do pompowania zawiesiny piankowej do zetknięcia z ruchomym elementem otworkowym dla utworzenia na nim nietkanego pasma z materiału włóknistego, w czasie przechodzenia zasadniczo pozbawionej włókien pianki przez element otworkowy oraz zespół zawracający, przeznaczony do zawracania do obiegu przynajmniej części zasadniczo pozbawionej włókien pianki przez element otworkowy do źródła zawiesiny piankowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pompa do pompowania zawiesiny piankowej jest odśrodkową pompą odgazowującą.

Zespół zawracający korzystnie zawiera drugą pompę odśrodkową, zwłaszcza odśrodkową pompę odgazowującą.

Element otworkowy korzystnie ma szerokość większą niż dwa metry.

Pomiędzy pierwszą odśrodkową pompą odgazowującą a elementem otworkowym znajdują się dysze wytwarzające piankę, przy czym ta odśrodkowa pompa odgazowująca jest jedyną pompą, pompującą zawiesinę piankową przez dysze wytwarzające piankę.

Źródło zawiesiny piankowej korzystnie zawiera mieszadło/maszynę do rozcierania miazgi oraz dół drutowy.

Dół drutowy korzystnie jest połączony z wlotem drugiej pompy odśrodkowej, zaś wylot tej pompy jest połączony z mieszadłem/maszyną do rozcierania miazgi.

Zastosowanie odśrodkowej pompy odgazowującej do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, według wynalazku charakteryzuje się wykorzystaniem jej do pompowania zawiesiny pianki zawierającej przynajmniej gaz, wodę oraz środek powierzchniowo czynny za pomocą odśrodkowej pompy odgazowującej, z równoczesnym usuwaniem pewnej ilości gazu z zawiesiny, podczas piankowego procesu wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego.

185 407

Odśrodkowa pompa odgazowująca pompuje zawiesinę piankową zawierającą około 0,2-2,5% wagowo włókien, względnie zawiesinę pianki zasadniczo pozbawioną włókien.

Według wynalazku, niedostatki przedyskutowane powyżej w konwencjonalnym procesie piankowym pokonane są w prosty, jednak skuteczny sposób. Dzięki zastosowaniu odgazowujących pomp odśrodkowych do obróbki zawiesin piankowych (zarówno zawierających włókna jak i pozbawionych włókien) możliwe jest zwiększenie szerokości drutu (albo innego elementu otworkowego) do ponad dwóch metrów, oraz zwiększenie prędkości kształtowania do ponad 100 metrów na minutę (np. około 200-500 metrów na/minutę). Jednakże, większość pomp odśrodkowych nie nadaje się do przepompowywania zawiesin, które obrabiane są w procesie piankowym według wynalazku.

W wynalazku zastosowano odgazowujące pompy odśrodkowe, które zastosowane w procesie piankowym zwiększają jego wydajność. Choć odgazowujące pompy odśrodkowe, takie jak przedstawione w amerykańskich opisach patentowych nr 4,435,193 i nr 4,476,886 oraz w kanadyjskim opisie patentowym nr 1,128,368 stosowano przez wiele lat do pompowania płynnych zawiesin włóknistych o średniej konsystencji (np. około 6-18% ciał stałych) do wytwarzania miazgi drzewnej i temu podobnych, to jednak ich zastosowanie w pompowaniu zawiesin typu spotykanego w realizacji procesu piankowego nie było dotąd uważane za praktyczne dla rozwiązania istniejących od dawna problemów w realizacji procesu piankowego.

Ruchomy element otworkowy może być dowolnym konwencjonalnym elementem otworkowym, takim jak pojedynczy bądź podwójny drut. Źródło pierwszej zawiesiny piankowej może obejmować źródło konwencjonalne, takie jak mieszadło/maszyna do rozcierania na miazgę, i/lub dół drutowy, oraz dysze piankowe zwykle wykorzystywane do ułatwienia wytwarzania pianki po przepompowaniu i zanim wprowadzi się piankę w zetknięcie z elementem otworkowym. Układ zawracający zwykle zawiera dół drutowy, różne przewody oraz drugą pompę odśrodkową (korzystnie pompę odgazowującą, jak opisano powyżej). Układ zawracający może jednak zawierać dowolne podzespoły konwencjonalne. Układ zawracający zwykle zawiera dół drutowy oraz drugą pompę odśrodkową dla pompowania zasadniczo wolnej od włókien pianki z dołu drutowego do mieszadła/maszyny do rozcierania.

Nowe zastosowanie odśrodkowej pompy odgazowującej, polega na pompowaniu zawiesiny piankowej zawierającej przynajmniej gaz, wodę i surfaktant przez odśrodkową pompę odgazowującą, z równoczesnym usuwaniem części gazu z zawiesiny w czasie wytwarzania nietkanych pasm materiału włóknistego w procesie piankowym wytwarzania pasm. Etap ten zwykłe realizowany jest przez przepompowanie zawiesiny piankowej, zawierającej około 0,2-2,5% wagowo włókien, jak również przez przepompowanie pianki zasadniczo pozbawionej włókien.

Zaletą wynalazku jest proste, lecz skuteczne ulepszenie zastosowania procesu piankowego do wytwarzania sieci nietkanych, w tym zwiększenie praktycznej szerokości sieci i/lub prędkości formowania. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny schemat blokowy układu stosowanego w procesie układania pianki, w którym można zrealizować sposób według wynalazku i wykorzystać urządzenie według wynalazku, fig. 2 - schematyczny przekrój poprzeczny podzespołu do podawania zawiesiny pianki/włókien z mieszadła do pompy zasilającej rurę rozgałęźną i główną skrzynię układu z fig. 1, a fig. 3 - przekrój poprzeczny, ale częściowo wrzucie elewacyjnym, przykładowej odśrodkowej pompy odgazowującej, wykorzystywanej w realizacji sposobu i urządzenia według wynalazku.

Na fig. 1 pokazano przykładowy schemat blokowy 10 układu do układania pianki, w którym zastosowano sposób i urządzenie według wynalazku. Układ ten zawiera zbiomik mieszający albo maszynę do rozcierania na miazgę 11, mającą wsad włókien 12, wsad surfaktantu 13 oraz wsad 34 dla innych domieszek, takich jak substancje chemiczne do regulacji pH, jak węglan wapnia albo kwasy, stabilizatory itp. Szczególna natura włókien (czy to szklanych, syntetycznych i/lub celulozowych bądź naturalnych), surfaktantu i domieszek nie jest krytyczna i może zmieniać się szeroko zależnie od dokładnych szczegółów produktu, który będzie wytwarzany (w tym jego ciężaru podstawowego). Pożądane jest zastosowanie surfaktantu, który może być bardzo łatwo wypłukany, ponieważ surfaktant zmniejsza napięcie powierzchniowe ostatecznej sieci jeżeli jest wciąż obecny, a dla pewnych produktów jest to cechą niepożądaną.

185 407

Zbiomik 11 jest konwencjonalny i tego samego typu, który stosowany jest jako maszyna do rozcierania na miazgę w konwencjonalnych układach do produkcji papieru przy wykorzystaniu procesu układania wodnego. Jedynymi różnicami jest to, że ściany boczne mieszadła/rozcierarki 11 są przedłużone do góry na wysokość około trzy razy wyższą niż w procesie układania wodnego, ponieważ pianka ma gęstość około trzy razy mniejszą od wody. Prędkość obrotową i układ łopatek konwencjonalnego mieszadła mechanicznego w zbiorniku 11 zmienia się zależnie od szczególnych właściwości wytwarzanego produktu, ale nie jest to szczególnie krytyczne i można zastosować szeroką zmienność różnych składników i zmiennych. Na ścianach mogą być również zapewnione międlarki. Przy dnie zbiornika 11 znajduje się wir, z którego wycieka pianka, ale wir ten nie jest widoczny po rozpoczęciu rozruchu, ponieważ zbiomik 11 jest wypełniony pianką i włóknem.

Zbiomik 11 zawiera również korzystnie w sobie dużą liczbę mierników pH 15 do mierzenia pH w wielu różnych punktach. Wartość pH wpływa na napięcie powierzchniowe, a zatem pożądane jest jego dokładne określenie. Mierniki pH kalibruje się codziennie.

Przy początkowym rozruchu, dodaje się wodę z włóknem z przewodu 12, surfaktant z przewodu 13, a inne domieszki z przewodu 14; jednakże, po rozpoczęciu pracy nie jest konieczna żadna dodatkowa woda i zachodzi jedynie utrzymywanie pianki w zbiorniku 11, a nie tylko wytwarzanie pianki.

Pianka wychodzi w dnie zbiornika 11, w wirze, do przewodu 16 pod wpływem pompy 17. Według wynalazku, pompa 17, jak również korzystnie wszystkie inne pompy w układzie 10 jest odgazowującą pompą odśrodkową. Pianka uwalniana z pompy 7 przechodzi w przewodzie 18 do dalszych podzespołów.

Figura 1 przedstawia opcjonalny zbiomik przetrzymujący 19 zaznaczony linią przerywaną. Zbiomik przetrzymujący 19 nie jest konieczny, ale może być pożądany dla zapewnienia stosunkowo jednorodnego rozkładu włókna w piance w przypadku, gdy dochodzi do pewnej zmienności, która jest wprowadzana do mieszadła 11. Oznacza to, że zbiomik przetrzymujący 19 (który jest mały, zwykle rzędu tylko pięciu metrów sześciennych) działa mniej lub bardziej jako „zbiomik wyrównawczy” dla wyrównania rozkładu włókien. Ponieważ całkowity czas od mieszadła 11 do głównej skrzyni 30 wynosi zwykle tylko około 45 sekund w realizacji procesu, zbiomik przetrzymujący 19 - jeżeli jest stosowany - zapewnia czas na wyrównanie się zmienności.

Gdy stosuje się zbiomik przetrzymujący 19, piankę podaje się z pompy 17 przewodem 20 do szczytu zbiornika 19, a wychodzi ona z dna zbiornika w przewodzie 21 pod wpływem pompy odśrodkowej 22, następnie prowadzącego do przewodu 18. Oznacza to, że gdy stosowany jest zbiomik 19, pompa 17 nie jest bezpośrednio połączona z przewodem 18, ale dopiero przez zbiomik 19.

Przewód 18 przebiega do dołu drutowego 23. Dół drutowy 23 jest zbiornikiem konwencjonalnym, takim samym jak w konwencjonalnym procesie papierniczym układania wodnego, ale z wyższymi ścianami bocznymi. Ważne jest, by wykonać dół drutowy 23 tak, żeby nie było nieczynnych rogów i dlatego też zbiomik 23 nie powinien być zbyt duży. Konwencjonalny zespół 24, który pozwala na wprowadzenie pianki i mieszaniny włókien w przewodzie 18 do odśrodkowej pompy odgazowującej 25, (która jest roboczo połączona w sąsiedztwie dna dołu drutowego 23) jest opisany dalej w odniesieniu do fig. 2. W każdym przypadku, odśrodkowa pompa odgazowująca 25 przepompowuje mieszaninę pianki/włókna w przewodzie 18, wprowadzoną przez zespół 24, a dodatkową piankę z dołu drutowego 23 do przewodu 26. Ponieważ dość dużą ilość pianki wciąga się do odśrodkowej pompy odgazowującej 25 z dołu drutowego 23, zatem typowo konsystencja pianki w przewodzie 26 jest znacznie mniejsza niż w przewodzie 18. Konsystencja pianki w przewodzie 18 jest zwykle pomiędzy 2-5% ciał stałych (włókien), zaś w przewodzie 26 wynosi typowo pomiędzy około 0,2-2,5 (np. około 0,5-2,5%), choć konsystencja w każdym przypadku może wynosić aż około 12%.

W dole drutowym 23 nie ma żadnego znaczącego oddzielania pianki na warstwy o różnej gęstości. Choć istnieje minimalny wzrost w kierunku dna, stopień wzrostu jest mały i nie wpływa na pracę układu.

185 407

Z przewodu 26 pianka/włókno przechodzi do rury rozgałęźnej 27, zawierającej ma dysze wytwarzające piankę 28. Zaleca się, by dysze 28 - które są konwencjonalnymi dyszami wytwarzającymi piankę (które delikatnie wstrząsają pianką) takimi, jak stosuje się w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki n-ry 3716449, 3871952 i 3938782 - były zamontowane na rurze rozgałęźnej 27 i by duża liczba dysz 28 była zamontowana na rurze rozgałęźnej 27. Od każdej dyszy 28 przebiega przewód 29, który prowadzi do skrzyni głównej 30, przez którą przechodzi jeden bądź wiele konwencjonalnych drutów do wytwarzania papieru, albo dowolnych innych elementów otworkowych.

Skrzynia główna 30 ma wiele skrzyń ssących (typowo około trzy do pięciu) 31, które wciągają piankę z przeciwnej strony drutu (elementu otworkowego) od wprowadzania mieszaniny pianki/włókien, a ostateczna skrzynia rozdzielająca 32 jest przy końcu uwalniającym ukształtowane pasmo 33 ze skrzyni głównej 30. Liczba skrzyń ssących 31 zapewnionych w stole ssącym w celu kontroli odciągania zwiększa się dal gęstszych produktów, albo dla pracy przy wyższych prędkościach. Ukształtowane pasmo 33, które typowo ma konsystencję ciał stałych około 40-60% (np. około 50%), jest korzystnie poddane działaniu płuczącemu, jak wskazano schematycznie przez etap płukania 34 na fig. 1. Etap płukania 34 służy usunięciu surfaktantu. Duża konsystencja pasma 33 oznacza korzystanie z minimalnej ilości oprzyrządowania suszącego.

Pasmo 33 przechodzi z płukarki 34 poprzez jedno bądź wiele opcjonalnych urządzeń pokrywających 35 do konwencjonalnej stacji suszącej 36. W konwencjonalnej stacji suszącej 36, gdy syntetyczne włókna osłony/rdzenia (takie jak Cellbond) stanowią część pasma 33, suszarka 34 pracuje tak, by podnieść pasmo ponad punkt topnienia materiału osłony (typowo polipropylenu), przy czym materiał rdzenia (typowo PET) nie roztapia się. Na przykład tam, gdzie stosuje się włókno Cellbond w sieci 33, temperatura w suszarce wynosi typowo około 130°C albo nieco więcej, co jest w albo nieco ponad temperaturą topnienia włókna osłony, ale dużo poniżej temperatury topnienia włókna rdzenia, wynoszącej w przybliżeniu 250°. W ten sposób zapewnione jest działanie wiążące dzięki materiałowi osłonowemu, ale integralność produktu (zapewniona przez włókno rdzeniowe) nie jest naruszona.

Choć nie jest to konieczne, proces rozważa również możliwość dodania czystej pianki do albo natychmiast w sąsiedztwie skrzyni głównej 30, dla wielu korzystnych celów. Jak pokazano na fig. 1, pompa odśrodkowa 41 wciąga piankę z dołu drutowego 23 do przewodu 40. Pianka w przewodzie 40 jest przepompowywana do głowicy 42, która następnie dystrybuje piankę do dużej liczby różnych przewodów 43, w kierunku skrzyni głównej 30. Piankę można wprowadzić - jak wskazano linią 44 - bezpośrednio pod dach skrzyni głównej 30 (gdzie jest skrzynią główną nachylonego drutu) i/lub przez przewody 45 do przewodów 29 (albo dysz 28) dla wprowadzania mieszaniny pianki/włókna do skrzyni głównej 30.

Skrzynie ssące 31 uwalniają piankę wciągniętą ze skrzyni głównej 30 w przewodach 46 do dołu drutowego 23. Zwykle w tym celu nie są potrzebne ani stosowane żadne pompy.

Znaczna ilość pianki w dole drutowym 23 jest przeliczana ponownie do maszyny rozcierającej na miazgę 11. Piankę wciąga się w przewód 47 przez pompę odśrodkową 48, a następnie przepuszcza w przewodzie 47 przez konwencjonalne wewnątrzukładowe urządzenie do pomiaru gęstości 49 dla wprowadzenia - jak wskazano schematycznie w 50 - z powrotem do zbiornika 11. W dodatku do zapewnienia pomiaru gęstości dla pianki w przewodzie 47 i 49, jak schematycznie przedstawiono na fig. 1, jedną bądź wiele jednostek pomiaru gęstości (takich jak densytometry) 49A można zamontować bezpośrednio w zbiorniku 11.

W dodatku do zawracania pianki do obiegu, istnieje również typowo zawracanie wody. Pianka pobrana z ostatniej skrzyni ssącej 32 przechodzi przez przewód 51 do konwencjonalnego separatora 53, takiego jak separator cyklonowy. Separator 53 np. dzięki działaniu wirowemu - oddziela powietrze i wodę od pianki wprowadzonej do separatora 53 w celu wytworzenia wody z bardzo niewielką ilością powietrza w niej. Oddzielona woda przechodzi w przewodzie 54 z dna separatora 53 do zbiornika wodnego 55. Powietrze oddzielone przez separator 53 przechodzi w przewodzie 56, z pomocą wiatraka 57, od szczytu separatora 53 i jest uwalniane do atmosfery, albo stosowane w procesie spalania albo poddawane innej obróbce.

185 407

Poziom płynu 58 jest ustalony w zbiorniku wody 55, z pewna ilością płynu przelewającą się do syfonu kanalizacyjnego bądź do obróbki, jak wskazano schematycznie w 60 na fig. 1. Woda jest również pobierana spod poziomu 58 w zbiorniku 55 poprzez przewód 61 i pod wpływem pompy odśrodkowej 62 jest przepompowywana w przewodzie 61 przez konwencjonalny miernik przepływu 63 (który steruje pompą 62). Ostatecznie, zawrócona woda wprowadzana jest - jak wskazano schematycznie w 64, na fig. 1 - na szczyt mieszadła 11.

Typowe prędkości przepływu wynoszą 4000 litrów na minutę pianki/włókna w przewodzie 18, 40,000 litrów na minutę pianki/włókna w przewodzie 26, 3500 litrów na minutę pianki w przewodzie 47 i 500 litrów na minutę pianki w przewodzie 51.

Układ 10 zawiera również wiele podzespołów sterowniczych. Zalecany przykład różnych alternatyw do sterowania pracą układu zawiera pierwszy sterownik 71, sterujący poziomem pianki w zbiorniku 11. Drugi sterownik 72 steruje dodawaniem surfaktantu w przewodzie 13. Trzeci sterownik 73 steruje kształtowaniem pasma w obszarze skrzyni głównej 30. Czwarty sterownik 74 stosowany jest zpłukarką 34. Piąty sterownik 75 steruje miernikami pH 15, i możliwie steruje dodawaniem innych domieszek w przewodzie 14 do mieszadła 11. Sterowanie stosowane jest również do kontrolowania surfaktantu i kształtowania. Jako nadrzędny dla innych sterowników, jest stosowany wielozmiennowy układ sterowniczy, oraz układ sterowniczy Sieci Neuronowej. Wielozmiennowe sterowanie jest stosowane również dla sterowania prędkością wypływu przy kształtowaniu pasma. Zmienne można zmieniać zależnie od ich wpływu na regulację pożądanego procesu i wynik końcowy'.

W celu ułatwienia sterowania różnymi składnikami, waga 76 skojarzona jest typowo z wprowadzaniem włókna 12, w celu dokładnego określenia ilości włókna dodawanego w jednostce czasu. Zawór 77 w przewodzie 13 służy do sterowania wprowadzaniem surfaktantu, podobnie jak waga 78. W przewodzie 14 może być również zastosowany zawór 79.

W układzie 10 zasadniczo nie zastosowano żadnych zaworów dla zamierzonego kontaktu z pianką w dowolnym punkcie w czasie jej obróbki, z możliwym wyjątkiem zaworów kontroli poziomu umieszczonych w przewodach 46.

Ponadto, w czasie całej realizacji sposobu w układzie z fig 1, piankę utrzymuje się w warunkach stosunkowo wysokiego rozrywania. Ponieważ im większe rozrywanie tym niższa lepkość, zatem pożądane jest utrzymanie wysokiego poziomu rozrywania pianki. Mieszanina pianki/włókna działa jak tworzywo pseudosztuczne, wykazując zachowanie nienewtonowskie.

Zastosowanie procesu układania piankowego ma wiele zalet w porównaniu z procesem układania wodnego, szczególnie dla produktów wysoko pochłanialnych. Dodatkowo do zmniejszonej zdolności suszarki, z powodu wysokiej konsystencji pasma 33, proces piankowy pozwala na jednorodny rozkład w zasadzie dowolnego typu włókna albo cząstki (bez nadmiernego „tonięcia” cząstek o wysokiej gęstości, podczas gdy cząstki o niskiej gęstości nieznacznie „toną” (nie toną w ogóle w wodzie) w zawiesinie (a ostatecznie w paśmie) tak długo, jak długo włókna albo cząstki mają ciężar właściwy pomiędzy około 0,15-13. Proces piankowy pozwala również na wytworzenie pasma o szerokiej różnorodności ciężaru podstawowego, produktu o zwiększonej jednorodności i wyższej masie w porównaniu z produktami procesu układania wodnego, oraz o bardzo wysokim poziomie jednorodności. Wiele skrzyń głównych może być ustawionych w kolejności, albo też można zastosować dwie (bądź więcej) warstw w skrzyni głównej o podwójnym drucie itd., i/lub, można zastosować zwykłe powlekarki 35 dla uzyskania dodatkowych warstw o dużym uproszczeniu (typu powłokii.

Figura 2 przedstawia wprowadzanie mieszaniny pianki/włókna oraz pianki do odśrodkowej pompy odgazowującej 25, skojarzonej z dołem drutowym 23. Zespół 24, znany z procesu ujawnionego w odnośnych opisach patentowych, powoduje przekierowanie pianki/włókna przechodzącego w przewodzie 18, jak zilustrowano przez wygięty przewód 83 tak, że od otwartego końca 84 mieszanina pianki/włókna jest uwalniana bezpośrednio do wlotu 85 pompy 25. Pianka z dołu drutowego 23 wpływa również do wlotu 85, jak zaznaczono strzałkami 86. Działanie pompy 48, dokonywane pod kontrolą sterownika steruje poziomem pianki w dole drutowym 23.

Jeżeli włókna stosowane do wytwarzania pianki są szczególnie długie, to znaczy rzędu kilkunastu mm, wówczas zamiast kierowania przewodu 18 do wlotu ssącego 85 pompy 25,

185 407 (jak pokazano na fig. 2), przewód 18 jest zakończony przewodem 26 odchodzącym w dól od pompy 25. W tym przypadku, pompa 17 musi oczywiście zapewniać wyższe ciśnienie niż w innym przypadku, to jest ciśnienie wystarczające, by następował przepływ z przewodu 18 do przewodu 26 pomimo ciśnienia występującego w przewodzie 26 odchodzącym z pompy 25.

Typowa pompa odgazowująca, która według wynalazku może być zastosowana jako jedna bądź wiele pomp 17, 25, 41, 48, 62, przedstawiona jest ogólnie numerem odnośnym 100 na fig. 3 i jest zasadniczo taka sama jak konwencjonalne pompa MC®, sprzedawana przez Ahlstrom Machinery Inc. oraz Ahlstrom Machinery Oy, i przedstawiona w amerykańskich opisach patentowych 4,435,193 i 4,476,886 oraz w kanadyjskim opisie patentowym 1,128,368.

Pompa 100 zawiera zwykle konwencjonalną spiralną obudowę 102 z osiowym kanałem wlotowym 104 i korzystnie stycznym kanałem wylotowym 106 z otworem ciśnieniowym 108. Ponadto, obudowa 102 zawiera pokrywę 110, mającą środkowy albo obrotowy wał 112. Wewnątrz spiralnej obudowy 102 zamontowany jest napędzany wirnik 114 osadzony na wale 112. Napędzany wirnik 114 może zawierać zasadniczo promieniowy krążek 116, na którego przedniej powierzchni (po stronie kanału wlotowego) znajdują się łopatki robocze 118. Łopatki tylne 120 są również umieszczone na tylnej stronie wirnika napędzanego 114. Przez krążek 116 przechodzi jeden otwór, albo kilka otworów 122, korzystnie w pobliżu wału 112. Gaz zebrany z przodu napędzanego wirnika 114 przepływa przez otwór (otwory) 122 do komory 121 za wirnikiem napędzanym 114, tj. do komory 121 pomiędzy krążkiem 116, a pokrywą obudowy 110 pompy 100. Wał 112 może być obracany przez dowolne dogodne źródło energii, takie jak silnik elektryczny 123 przedstawiony schematycznie na fig. 3.

Pokrywa 110 obudowy jest również wyposażona w pierścieniowaty kanał wylotowy gazu 124 wokół wału 112, albo specjalne otwory (nie przedstawione) w pokrywie 110 obudowy w celu usuwania oddzielonego gazu z komory 121 za napędzanym wirnikiem 114. Kanał wylotowy gazu 124 (albo otwory) połączony jest z urządzeniem ssącym 125 (przedstawionym tylko schematycznie na fig. 3), które używane jest do wytwarzania podciśnienia koniecznego dla usunięcia gazu. Urządzenie ssące 125 jest często pompą pierścieniową płynną, tj. pompą Nash (nazwaną tak od nazwiska tradycyjnego wytwórcy tych pomp). Urządzenie ssące 125 może być zamontowane na tym samym wale (112) co napędzany wirnik 114, albo może stanowić urządzenie pracujące oddzielnie od pompy odśrodkowej 100. Na fig. 3 pokazano urządzenie ssące 125, które jest umiejscowione oddzielnie od pompy 100, zaś układ usuwania gazu z pompy 100 zawiera kanał 126, który jest wykorzystywany do usunięcia gazu albo pianki wytwarzanej w pompie 100 do urządzenia ssącego 125.

Figura 3 przedstawia również zastosowanie koła oddzielającego 128 w przypadkach, w których duże ilości włókien wprowadzane są do układu rozdzielania gazu, które to koło oddzielające 128 może być zamontowane w układzie oddzielania gazu i przepompowuje włókna w strumieniu gazu, wskutek działania tylnych łopatek 120 od pompy 100 do przewodu 130 tak, że włókna nie wchodzą do urządzenia ssącego 125. Koło 128 albo podobne nie jest zwykle konieczne zwłaszcza w przypadku krótkiego krążenia, przy którym tylko nieliczne włókna są wychwytywane w usuniętym strumieniu gazu, a zatem ich wpływ uszkadzający na urządzenie ssące 125 jest minimalny.

Opisana powyżej pompa 100 działa tak, że materiał w kanale ssącym 104 pompy 100 zaczyna się obracać pod wpływem napędzanego wirnika 114 tak, że gaz w materiale zbiera się z przodu napędzanego wirnika 114 w postaci pęcherzyków gazu. Gdy wpływ opisanego powyżej urządzenia ssącego 125 skierowany jest przez kanał wylotowy gazu 124 albo otwory na pokrywie 110 obudowy do komory 121 za napędzanym wirnikiem 114 do przedniej strony wirnika 114, wówczas pęcherzyki gazu zaczynają przepływać w kierunku urządzenia ssącego 125. Ssanie może w wyjątkowych sytuacjach zapoczątkować wciąganie płynu a nawet włókien do komory 121. W takim wypadku łopatki wsteczne 120 napędzanego wirnika 114 stosuje się do oddzielenia płynu i/lub włókien od gazu dla utworzenia oddzielnego strumienia, który jest następnie zawracany przez zewnętrzną krawędź krążka 116 do głównego strumienia tak, by został usunięty przez wylot 108 z pompy 100.

Jak opisano powyżej, według wynalazku uzyskano urządzenie do wytwarzania nietkanych pasm materiału włóknistego. Urządzenie do prowadzenia procesu piankowego zawiera

185 407 konwencjonalny ruchomy element otworkowy w skrzyni głównej 30, na którym może być ukształtowane nietkane pasmo, oraz źródło pierwszej zawiesiny piankowej z powietrza, wody, włókien i surfaktantu. Źródło to może zawierać mieszadło/maszynę do rozcierania na miazgę 11 i/lub dół drutowy 23. Pierwsza pompa odśrodkowa (17 albo 25) przepompowuje pierwszą zawiesinę piankową do zetknięcia z ruchomym elementem otworkowym w skrzyni głównej 30 dla ukształtowania nietkanego pasma, zaś zasadniczo wolna od włókien pianka przechodzi przez element otworkowy. Układ zawracania, który może obejmować skrzynie ssące 31, dół drutowy 23, przewód 47 i drugą odgazowującą pompę odśrodkową 48, zawraca przynajmniej część zasadniczo wolnej od włókien pianki przechodzącej przez element otworkowy do źródła. Przewód 47 i pompa 48 zawracają część pianki, która przechodzi przez przewody 46 do dołu drutowego 23 do mieszadła/maszyny do rozcierania na miazgę 11.

Pompa 25, zwykle pojedyncza, przepompowuje zawiesinę piankową, w tym włókna przez dysze 28 wytwarzające piankę do zetknięcia z elementem otworkowym w skrzyni głównej 30. Ponieważ pompy odśrodkowe mają o wiele większą pojemność niż pompy o przemieszczeniu wymuszonym, zatem element otworkowy może mieć szerokość ponad dwa metry (np. od 2,1 do około 10 metrów szerokości) i wystarcza tylko jedna odśrodkowa pompa odgazowująca 25. Ponadto, zastosowanie odgazowującej pompy odśrodkowej jako pompa 25, 48, pozwala na znaczne zwiększenie prędkości kształtowania pasma w porównaniu ze znanymi układami do obróbki pianki, a mianowicie do ponad około 100 metrów na minutę, a nawet ponad około 200 metrów na minutę (np. około 200-500 metrów na minutę).

W realizacji sposobu i urządzenia według wynalazku, stosuje się typowe parametry procesu piankowego, podane w następującej tabeli (choć zakres parametrów może być o wiele szerszy jeżeli szerszy jest zakres produktu):

PARAMETR pH (zasadniczo cały układ)

Temperatura

Ciśnienie rury rozgałęźnej

Konsystencja w mieszadle

Konsystencja w skrzyni głównej

Konsystencja domieszki SAP

Konsystencja ukształtowanego pasma Zmienności ciężaru właściwego pasma Gęstość pianki (z włóknami lub bez włókien) Rozmiar pęcherzyków pianki Zawartość powietrza w piance Lepkość

Prędkość kształtowania pasma Ciężar właściwy włókien albo domieszek Stężenie surfaktantu

Napięcie drutu kształtującego

WARTOŚĆ

Około 6,5

Około 20-40°C

1-1,8 bar

2,5%

0,2-2,5%

Około 5-20%

Około 40-60%

Mniej niż 1/2%

250-450 gramów na litr przy 1 bar 0,3-0,5 mm przeciętnej średnicy (rozkład Gaussa)

25-75% (np. około 60%;

zmiany wraz z ciśnieniem w procesie)

Nie ma „docelowej” lepkości, ale typowo pianka ma lepkość rzędu 2-5 centypuazów w warunkach wysokiego rozrywania, oraz 200 k-300 kcentypuazów w warunkach niskiego rozrywania, które to zakresy mogą być szersze zależnie od sposobu określania lepkości.

Około 200-500 metrów na minutę Dowolny w zakresie 0,15-13 Zależy od wielu czynników, takich jak twardość wody, pH, typ włókien itp. Zwykle pomiędzy 0,1-0,3% w krążącej wodzie

Pomiędzy 2-10 N/cm

185 407

Przykładowe prędkości przepływu

- mieszadło do dołu drutowego

- dół drutowy do skrzyni głównej

- przewód zawracania

- wciąganie ssące do zawracania wody

Około 4000 litrów na minutę Około 40000 litrów na minutę Około 3500 litrów pianki na minutę Około 500 litrów na minutę

185 407 ι

FIG. 3

185 407

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego z zastosowaniem ruchomego elementu otworkowego, obejmujący etapy wytwarzania zawiesiny piankowej z powietrza, wody, włókien i środka powierzchniowo czynnego, odśrodkowego pompowania tej zawiesiny piankowej do zetknięcia z ruchomym elementem otworkowym, wyciągania zasadniczo pozbawionej włókien pianki z elementu otworkowego z jednoczesnym formowaniem nietkanych pasm z materiału włóknistego na elemencie otworkowym, oraz zawracania z etapu wyciągania przynajmniej części pianki zasadniczo pozbawionej włókien i stosowania jej w przeprowadzaniu etapu wytwarzania zawiesiny piankowej, znamienny tym, że w etapie odśrodkowego pompowania zawiesiny piankowej przeprowadza się częściowe odgazowanie pianki.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap zawracania przynajmniej części pianki zasadniczo pozbawionej włókien przeprowadza się częściowo przez odśrodkowe pompowanie pianki.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że etap zawracania przynajmniej części pianki zasadniczo pozbawionej włókien przeprowadza się przez częściowe odgazowanie pianki w czasie jej odśrodkowego pompowania.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że stosuje się ruchomy element otworkowy o szerokości większej niż dwa metry.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się prędkość formowania większą, niż około 100 m/min.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się prędkość formowania większą niż około 200 m/min.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako pompy używane do pompowania zawiesiny włóknistej pianki albo zasadniczo pozbawionej włókien zawiesiny piankowej stosuje się pompy odśrodkowe (17, 25, 41, 48, 62,100).
8. Urządzenie do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, zawierające ruchomy element otworkowy, przeznaczony do formowania nietkanego pasma, źródło zawiesiny piankowej z powietrza, wody, włókien i środka powierzchniowo czynnego, pompę do pompowania zawiesiny piankowej do zetknięcia z ruchomym elementem otworkowym dla utworzenia na nim nietkanego pasma z materiału włóknistego, w czasie przechodzenia zasadniczo pozbawionej włókien pianki przez element otworkowy oraz zespół zawracający, przeznaczony do zawracania do obiegu przynajmniej części zasadniczo pozbawionej włókien pianki przez element otworkowy do źródła zawiesiny piankowej, znamienne tym, że pompa do pompowania zawiesiny piankowej jest odśrodkową pompą odgazowującą (25).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zespół zawracający (23, 48) zawiera drugą odśrodkową pompę odgazowującą (48).
10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zespół zawracający (23, 48) zawiera drugą pompę odśrodkową.
11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że element otworkowy ma szerokość większą niż dwa metry.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że pomiędzy pierwszą odśrodkową pompą odgazowującą (25) a elementem otworkowym znajdują się dysze wytwarzające piankę (28), przy czym ta odśrodkowa pompa odgazowująca (25) jest jedyną pompą pompującą zawiesinę piankową przez dysze wytwarzające piankę (28).

185 407
13. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że źródło zawiesiny piankowej zawiera mieszadło/maszynę do rozcierania miazgi (11) oraz dół drutowy (23).
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że dół drutowy (23) jest połączony z wlotem drugiej pompy odśrodkowej, zaś wylot tej pompy jest połączony z mieszadłem/maszyną do rozcierania miazgi (11).
15. Zastosowanie odśrodkowej pompy odgazowującej do wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego, znamienne tym, że polega na pompowaniu zawiesiny pianki zawierającej przynajmniej gaz, wodę oraz środek powierzchniowo czynny za pomocą odśrodkowej pompy odgazowującej (17, 25, 41, 48, 62, 100), z równoczesnym usuwaniem pewnej ilości gazu z zawiesiny, podczas piankowego procesu wytwarzania nietkanych pasm z materiału włóknistego.
16. Zastosowanie według zastrz. 15, znamienne tym, że odśrodkowa pompa odgazowująca pompuje zawiesinę pianki zawierającą około 0,2-2,5% wagowo włókien.
17. Zastosowanie według zastrz. 15, znamienne tym, że odśrodkowa pompa odgazowująca pompuje zawiesinę pianki zasadniczo pozbawioną włókien.