Verfahren zum Herstellen einer Faserstoffbahn und Maschine zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Papier-, einer Karton-, oder einer anderen Faserstoffbahn in einer einen Stoffauflauf, eine Sieb¬ partie, eine Pressenpartie und eine Trockenpartie aufweisenden Maschine.
Wenn in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn eine Faserstoffsus- pension eingebracht wird, wird die Größe und die Anordnung der hierfür einzu¬ setzenden Komponenten der Maschine, wie die Länge der Entwässerungsstrecke, die Länge der Pressenpartie, die Länge der Trockenpartie oder die Drücke, mit denen in der Siebpartie das Wasser aus der Faserstoffbahn herausgesaugt wird, oder die in den Pressnips der Pressenpartie eingesetzt werden, durch die Eigen- schatten des herzustellenden Endprodukts der Faserstoffbahn festgelegt.
In der Regel werden bei der Papierherstellung weit über 95 % des Wassers der Faserstoffsuspension, welche mit einer Stoffdichte zwischen 0,2 und 3 % in den Stoffauflauf strömt, in der Siebpartie entfernt, so dass die Faserstoffbahn diese mit einem Trockengehalt zwischen 1 und 10% verläset. Die nachfolgende Pressen¬ partie erhöht den Trockengehalt der Faserstoffbahn auf 20 bis 45 %, so dass das Papier die sich an die Pressenpärtie anschließende Trockenpartie mit einem Trockengehalt von 92 bis 99 % verlässt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Größe der Komponenten der Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Faserstoffbahn
unter Einsatz einer mit Asche beladene Fasern enthaltenden Faserstoffsuspen¬ sion hergestellt wird, wobei der Anteil der beladenen Fasern derart gewählt wird, dass die Faserstoffsuspension um zwischen 0,01 und 25 %, insbesondere zwischen 0,5 und 15 %, gegenüber einer keine beladene Fasern aufweisenden Faserstoffsuspension stärker entwässert wird.
Durch den Einsatz der Technologie zum Beladen von Fasern der Faserstoffsus¬ pension mit Asche, insbesondere mit Calciumcarbonat (Precipitated Calcium Car- bonate), bei der Herstellung der Faserstoffsuspension, lässt sich gemäß der Erfin- düng die Größe der einzelnen Komponenten der Maschine beeinflussen.
Bei der Zuführung von Asche mit Hilfe des Fiber-Loading-Prozesses, beispiels¬ weise gemäß der aus der DE 102 04 254 A1 bekannten Lehre, wird die Asche direkt in den Fasern ausgefällt und an diese gebunden. Durch Mikroskopauf- nahmen nachweisbar, lagert sich auch Asche in den Hohlräumen der Fasern ab.
Gegenüber herkömmlichen Konzepten einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn stellt die erfindungsgemäße Maschine eine Neuerung dar. Dabei ist es unrelevant, ob der verarbeitete Faserrohstoff aus Recycling-Papier, aus DIP- (Deinked Paper)-Faserrohstoff, aus Sekundärfaserrohstoff, aus gebleichtem oder ungebleichtem Sulfatzellstoff, aus Fertigungsstoffausschuss, aus Leinen-, Baum- woll-, und/oder Hanffasern (vorwiegend für Zigarettenpapier), und/oder jeglichem anderen Papierrohstoff, der in einer Papiermaschine eingesetzt werden kann, be¬ steht.
Das erfindungsgemäße Konzept ist ebenfalls unabhängig davon, ob das Endpro¬ dukt Füllstoff enthält, der durch einen Fällungsprozess in Batchreaktoren oder durch einen Mahlungsprozess, beispielsweise durch den Einsatz gemahlenen Calciumcarbonats (GCC = ground calcium carbonate), zustande kommt, oder Talk, Titandioxid (TiO2), Silicium, etc. enthält, da bei der gemäß der Erfindung ausgestalteten Maschine das nach dem Stand der Technik benutzte Füllstoffma¬ terial durch das nach der Fiber-Loading-Prozesstechnologie, d. h. nach der Tech-
nologie zum Beladen einer Faserstoffsuspension, hergestellte Füllstoffmaterial ersetzt wird.
Das Anwendungsgebiet des mit der Fiber-Loading-Prozesstechnologie herge- stellten Füllstoffs erstreckt sich auf die Papierherstellung und die Anwendungsge¬ biete aller Papiersorten einschließlich der Verpackungspapiere, die einen Füll¬ stoffgehalt zwischen 1 und 60 % aufweisen oder die eine weiße Deckschicht mit einem Füllstoffgehalt zwischen 1 und 60 % aufweisen.
Wenn eine Faserstoffsuspension bei der Herstellung einer Faserstoffbahn mit der Fiber-Loading-Technologie behandelt wird, resultiert ein vollkommen neues Pro¬ dukt, welches andere Anforderungen an die Maschine zur Herstellung der Faser¬ stoffbahn stellt und verbesserte Eigenschaften gegenüber den gegenwärtigen marktgängigen Produkten hat sowie ein neues Papiermaschinenkonzept ermög- licht. Dabei wird eine Verkürzung oder eine Umgestaltung der Entwässerungs¬ strecke möglich, da der beladene Faserstoff bei gleichem oder höherem Wassergehalt schneller entwässert wird.
Bei der Papiererzeugung kann diese schnellere Entwässerung auch bedeuten, - dass die Entwässerung unter gleichen Bedingungen zu höheren Trockengehalten führt und/oder dass die Papiermaschine schneller gefahren werden kann und/oder dass eine Verringerung der Pressendrücke möglich ist. Letzteres führt zu einem höhervolumigen Fertigpapier.
Durch die bessere Trocknungsfähigkeit kommt eine gegenüber dem Stand der Technik kürzere und günstiger ausgestaltete Trockenpartie zum Einsatz.
Wenn Faserstoff mit der Fiber-Loading-Technologie hergestellt wird, ermöglicht dies eine Neugestaltung der Papiermaschine in Bezug auf die Größe und die Leistung der Einzelkomponenten sowie eine effektive Herstellung verschiedener Papiersorten, beispielsweise FL-Kopier- und Drückpapiere aller Art, FL-Streich- papier aller Art, FL-Zeitungsdruckpapier aller Art, FL-Zigarettenpapier aller Art, FL-
B&P-Papier aller Art, FL-Sackkraftpapier aller Art und FL-Filterpapier aller Art.
Insgesamt bestehen die Vorteile der Erfindung darin, dass mit der Fiber-Loading- Kombinationsprozesstechnologie hergestellter Faserstoff im allgemeinen eine höhere Entwässerungsfähigkeit hat, die in Abhängigkeit vom geforderten Mahl¬ grad und Füllstoffgehalt zwischen 5 und 200 ml CSF oder zwischen 0 und 30 SR liegt.
Der mit Asche beladene Faserstoff oder die ihn enthaltende Pulpe besitzt ein nied- riges Wasserrückhaltevermögen, der in Abhängigkeit von dem zur Herstellung des Papiers eingesetzten Rohstoff zwischen 2 und 25 % des Wasserrückhaltever¬ mögens von nicht mit Asche beladenem Faserstoff liegt. Aus mit Asche bela- denem Faserstoff lässt sich das Wasser schneller entfernen, so dass der Faser¬ stoff schneller trocknet als nicht mit Asche beladener Faserstoff. Dies hat auch einen Einfluss auf die Rückbefeuchtung, welche im Papierherstellung bei mit Asche beladenem Faserstoff geringer ist, sowie auf die Bedruckbarkeit der herge¬ stellten Papiersorten.
Mit der Fiber-Loading-Technologie lässt sich auch ein höherer Mahlgrad des Fa- serstoffs energiegünstig erreichen, da bis zu 50 % der Mahlungsenergie einge¬ spart werden; dies wirkt sich insbesondere bei solchen Papiersorten aus, die einen Mahlprozess während ihrer Herstellung durchlaufen oder einen hohen oder sogar sehr hohen Mahlgrad aufweisen, wie beispielsweise FL-Kopier- und Druck¬ papiere aller Art, FL-Streichpapier aller Art, FL-Zeitungsdruckpapier aller Art, FL- Zigarettenpapier aller Art, FL-B&P-Papier aller Art, FL-Sackkraftpapier aller Art und FL-Filterpapier aller Art. Dabei ist es möglich, den Papierrohstoff höher aus- zumahlen, wobei sich höhere Festigkeiten ergeben, die sich positiv auf die Lauf¬ eigenschaften der Papiermaschine auswirken.
Die durch den höheren Mahlgrad erreichten hohen mechanischen Fertigkeiten des Endprodukts wirken sich positiv auf die Herstellung aller Papiersorten, insbeson¬ dere von FL-Kopier- und Druckpapieren aller Art, FL-Streichpapieren aller Art, FL-
Zeitungsdruckpapieren aller Art, FL-Zigarettenpapieren aller Art, FL-B&P-Papieren aller Art, FL-Sackkraftpapieren aller Art und FL-Filterpapieren aller Art aus, da durch prozessbedingte mechanische Belastungen in den verschiedenen Sek¬ tionen der Papiermaschine wie der Pressenpartie, der Trockenpartie und im Auf- rollbereich das hergestellte Zwischenprodukt und das Endprodukt durch die Ver¬ wendung von Aufroll-, Wickel-, Umroll- und Konvertierungsmaschinen mechanisch hoch belastet werden. Insbesondere bei der Herstellung von Papier mit hohem Füllstoffgehalt und niedrigem Flächengewicht entstehen hohe mechanische Be¬ lastungen an dem verwendeten Papier, teilweise bedingt durch das niedrige Flächengewicht sowie durch die Verwendung von Wickelmaschinen im Herstel- lungsprozess des Papiers.
Durch die bessere Trocknung, die beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 20 % erhöht ist, kann somit die Effizienz der Herstellung aller Papiersorten verbessert. werden, wobei dann eine kürzere Trockenpartie eingesetzt wird. Es werden somit mehrere Trockenzylinder und, im Falle einer einreihigen Trockenpartie, auch ent¬ sprechend viele Umlenkwalzen eingespart. Durch eine Verkleinerung der Trockenpartie, durch eine Umgestaltung der Entwässerungs- und der Pres¬ senstrecke wird eine kompaktere Papiermaschine geschaffen, die niedrigere In- vestitionskosten erfordert.
Bei herkömmlichen Papiermaschinen lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit durch die verbesserte Trocknung erhöhen, wobei eine Steigerung im Bereich zwischen 0,1 und 20 % erreicht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Von Vorteil ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, gemäß der die Faserstoffsus- pension innerhalb der Siebpartie um zwischen 0,01 und 25 %, insbesondere zwischen 0,5 und 15 %, gegenüber einer keine beladene Fasern aufweisenden Faserstoffsuspension schneller entwässert wird.
Insbesondere ist es hierbei von Vorteil, wenn die Faserstoffsuspension durch eine innerhalb der Siebpartie integrierte oder zusätzlich angeordnete Saugwalze um zwischen 0,01 und 500 %, insbesondere zwischen 1 und 200 %, gegenüber einer keine beladene Fasern aufweisenden Faserstoffsuspension schneller entwässert wird.
Von Vorteil ist es auch, dass die Faserstoffsuspension innerhalb der Pressenpartie urn zwischen 0,01 und 300 %, insbesondere zwischen 1 und 200 %, gegenüber einer keine beladene Fasern aufweisenden Faserstoffsuspension schneller entwässert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, dass die Faserstoff¬ suspension innerhalb der Trockenpartie um zwischen 0,01 und 250 %, insbeson- dere zwischen 1 und 200 %, gegenüber einer keine beladene Fasern aufweisen¬ den Faserstoffsuspension schneller entwässert wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Maschine zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn aus einer Fa'serstoffsuspen- sion in einem der oben aufgeführten Verfahren.
Die Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Beladung einer Faserstoffsuspension mit Asche umfasst.
Vorteilhaft ist die von der Maschine umfasste Vorrichtung so ausgestaltet, dass sie einen statischen Mischer, eine Zubereitungsvorrichtung zum Einbringen von CaI- ciumoxid oder Calciumhydroxid, eine Presse oder Entwässerungsschnecke, einen Ausgleichsreaktor oder eine Egalisierschnecke, ein als Kristallisator dienendes Gefäß, einen weiteren statischen Mischer, einen Kohiendioxid-Vorratsbehälter oder eine zusätzliche Einrichtung zur Wiedergewinnung von Kohlendioxid umfasst.
Von Vorteil ist eine Maschine, die einen High-Consistency-Reiniger und/oder
einen Kohlendioxid-Erhitzer und/oder einen Vorratsbehälter für Presswasser oder für in der Entwässerungsschnecke entzogene Wasser umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Maschine ist vorgesehen, dass, in der Entwässerungsschnecke gewonnenes Filtrat der Faserstoffsuspension über eine Leitung zu einer Vorlagebütte oder eine andere vorgelagerte Einrichtung zur Aufbereitung der Faserstoffsuspension zurückführbar ist.
Von Vorteil ist eine Ausgestaltung der Maschine, in der nach dem als Kristallisator dienenden Gefäß eine zusätzliche Wascheinrichtung zur Reinigung der Faser¬ stoffsuspension angeordnet ist.
Zusätzlich kann die Maschine mit Vorteil einen Doppelsiebformer, insbesondere mit. einer zusätzlichen Saugwalze, umfassen, Die zusätzliche Saugwalze hat das Potential zur Verbesserung der Entwässerung zwischen 0,01 und 500 %, vor¬ zugsweise im Bereich zwischen 1 und 200 %.
Mit Vorteil weist die Maschine in ihrer Pressenpartie mindestens eine Schuh¬ presse auf.
Von Vorteil ist der Einsatz eines Kalanders mit einer Mehrzahl von Nips.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema die Aufbereitung einer Faserstoffsuspensioή zum Einsatz in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn und Fig. 2 eine Ausgestaltung einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Für eine Faserstoffsuspension ist eine Vorrichtung 1 (Fig. 1) vorgesehen, das mit Steuerventilen 2, 3 ausgestattet ist. Das Steuerventil 2 ist in einer Leitung 4 ange¬ ordnet, über die das Rohrleitungssystem der Vorrichtung 1 mit einem statischen
Mischer 5 verbunden ist. In den Mischer 5 wird über ein Ventil 6 Verdünnungs¬ wasser zugeführt. Dem Mischer 5 ist in Fließrichtung der Faserstoffsuspension eine Bütte 7 oder ein Behälter zur Bevorratung der Faserstoffsuspension nachge¬ ordnet. Aus der Bütte 7 wird die Faserstoffsuspension über eine Pumpe 8 zu einem weiteren statischen Mischer 9 gepumpt. Auch dem Mischer 9 wird über ein Ventil 10 Verdünnungswasser zugeführt. Ebenso wird über ein Ventil 11 , das in einer Leitung 12 angebracht ist, der Zufluss einer Suspension von Calciumhydro- xid gesteuert.
Dieses wird von einer Zubereitungsvorrichtung 13 zur Verfügung gestellt, in der festes Calciumoxid oder Calciumhydroxid in Wasser eingebracht wird. Hierzu wird der Zubereitungsvorrichtung 13 über eine Leitung 14 mit einem Ventil 15 Wasser zugeleitet. Die in der Zubereitungsvorrichtung 13 erzeugte Suspension wird über eine Pumpe 16 in die Leitung 12 eingeleitet. .
Aus dem Mischer 9 strömt somit eine mit Calciumhydroxid versetzte Faserstoff¬ suspension in eine Leitung 17 mit einem Ventil 18 zu einer Entwässerungs¬ schnecke 19, in der der Faserstoffsuspension Wasser entzogen wird, das bei¬ spielsweise über eine Leitung 20 zu dem Mischer 5 als Verdünnuhgswasser zu- rückg.eführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das in der Entwässerungs¬ schnecke 19 entzogene Wasser auch zu einem Vorratsbehälter 21 für die Faser¬ stoffsuspension geleitet werden, oder es wird zu dem Mischer 9 zurückgeleitet. In allen Fällen lässt sich in den der Entwässerungsschnecke 19 vorgelagerten Ag¬ gregaten der pH-Wert durch den Rückfluss an Calciumhydroxid-haltigem Wasser erhöhen und einregeln.
Aus der Entwässerungsschnecke 19 gelangt die Faserstoffsuspension über eine Leitung 22 zu einer Egalisierschnecke 23, um die Faserstoffsuspension zu ver¬ gleichmäßigen. Dieser ist in Flußrichtung über eine Leitung 24 ein Gefäß 25 (Kristallisator) nachgeordnet. Dieses ist über eine mit Ventilen 26, 27 und einer Pumpe 28 ausgestattete Leitung 29 zur Zuführung von Kohlendioxid mit einem Kohlendioxid-Vorratsbehälter 30 verbunden. Aus diesem wird Kohlendioxid in den
Kristallisator 25 eingeleitet, um die gewünschte Fällungsreaktion von Calcium- hydroxid und Kohlendioxid zur Bildung von Calciumcarbonat als Füllstoff in den Fasern des Faserstoffs zu erzeugen.
Über eine von der Leitung 29 abzweigende weitere Leitung 31 , die mit einem Ven¬ til 32 ausgestattet ist, ist der Kohlendioxid-Vorratsbehälter 30 zusätzlich mit der Egalisierschnecke 23 verbunden. Dadurch lässt sich auch in diese Kohlendioxid einleiten, um bereits dort wenigstens teilweise die Fällungsreaktibn auszuführen.
Ebenso ist die Leitung 29 über ein weiteres Ventil 33 mit einem statischen Mischer 34 verbunden. Dieser dient dazu, der über eine mit einem Ventil 35 versehene Leitung 36 aus dem Kristallisator 25 herausströmende Faserstoffsuspension wei¬ teres Kohlendioxid zuzusetzen.
Aus dem Mischer 34 strömt die Faserstoffsuspension in einen Mischbehälter 37. Zwischen dem Mischer 34 und dem Mischbehälter 37 kann ein Vorratsbehälter 38 angeordnet sein, der zusätzlich als Filtrationsvorrichtung dient. Von dem Vorrats¬ behälter 38 aus wird mit Calciumcarbonat angereichertes Filtrat in die Vorlage- bütte 7 oder in ein anderes vorgelagertes Aggregat zur Aufbereitung des Verdün- nungswassers oder der Faserstoffsuspension zurückgeführt. Der Mischbehälter 37 ist mit einem Rotor 39 zum Durchmischen der Faserstoffsuspension ausgestattet. Aus dem Mischer 34 fließt die Faserstoffsuspension entweder unmittelbar zu einem Stoffauflauf einer Papiermaschine oder wird einer weiteren mechanischen Behandlung unterzogen, beispielsweise in einem Refiner Feed Chest.
Dem Mischer 34 kann über das Ventil 3 und eine Leitung 40, in der dieses ange¬ bracht ist, ebenfalls Faserstoffsuspension zugeführt werden, die noch nicht mit Calciumhydroxid beaufschlagt ist.
Ferner ist vorgesehen, dass aus der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, insbesondere der Papiermaschine, Weißwasser oder Prozesswasser, das bei¬ spielsweise im Siebbereich der Papiermaschine zurückgewonnen wurde, oder,
wie oben bereits dargestellt, Faserstoffsuspension aus der Entwässerungs¬ schnecke 19, dem Behälter 21 zugeführt wird. Diesem wird beispielsweise über eine Leitung 41 mit einem Ventil 42 Verdünnungswasser zugeleitet.
Aus dem Behälter 21 strömt mit Prozesswasser vermischtes Verdünnungswasser über eine Leitung 43, eine Pumpe 44 sowie ein Ventil 45 zu dem Kristallisator 25. Es ergibt sich somit gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau einer Anordnung zum Beladen der Faserstoffsuspension mit Füllstoff, insbesondere mit Calcium¬ carbonat, eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Zusammensetzung der zu erzeu- genden Faserstoffsuspension in verschiedenen Stadien der Herstellung zu beein¬ flussen.
Mit Vorteil ist innerhalb der Leitung 4 ein High-Consistency-Refiner 46 angeordnet. Optional ist auch ein Erhitzer 47 für das von dem Vόrratsbehälter 30 zugeführte Kohlendioxid. Der Erhitzer 47 arbeitet mit Heißdampf, der über einen Einlass 48 zu- und über einen Auslass 49 wieder abgeführt wird.
Eine Papiermaschine (Fig. 2), die beispielsweise zur Herstellung einer Faserstoff¬ bahn aus der in der Vorrichtung 1 erzeugten Faserstoffsuspension geeignet ist, umfasst einen Stoffauflauf 50, einen Doppelsiebformer 51 mit zwei Sieben 52, 53, von denen das Sieb 53 eine Saugwalze 54 umschlingt, eine Pressenpartie 55 mit mehreren Pressnips 56, 57, 58. An die Pressenpartie 55 schließt sich eine einrei¬ hige Trockenpartie 59 an. Die Faserstoffbahn wird durch eine Vorrichtung zum Auftragen 60 von Stärke hindurchgeführt und in einem Kalander 61 mit einer Mehrzahl von Walzenpaaren geglättet. Anschließend wird die Faserstoffbähn in einer Wickeleinrichtung 62 aufgewickelt.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Steuerventil
3 Steuerventil
4 Leitung
5 . statischer Mischer
6 Ventil
7 Bütte
10 8 Pumpe
9 statischer Mischer
10 Ventil
11 Ventil
12 Leitung
15 13 Zubereitungsvorrichtung
14 Leitung
15 Ventil
16 Pumpe
17 Leitung
20 18 Ventil
19 Entwässern ngssch necke
20 Leitung
21 Vorratsbehälter
22 Leitung
25 23 Egalisierschnecke
24 Leitung
25 Gefäß
26 Ventil
27 Ventil
30 28 Pumpe
29 Leitung
30 Kohlendioxid-Vorratsbehälter
31 Leitung
32 Ventil
33 Ventil
34 statischer Mischer
35 Ventil
36 Leitung
37 Mischbehälter
38 Vorratsbehälter
39 Rotor
10 40 Leitung
41 Leitung
42 Ventil
43 Leitung
44 Pumpe
15 45 Ventil
46 High-Consistency-Refiner
47 Erhitzer
48 Einlass
49 Auslass
20 50 Stoffauflauf
51 Doppelsiebformer
52 Sieb
53 Sieb
54 Saugwalze
25 55 Pressenpartie
56 Pressnip
57 Pressnip
58 Pressnip
59 Trockenpartie
30 60 Vorrichtung zum Auftragen von Stärke
61 Kalander