WO2010043279A1 - Entgasungsverfahren - Google Patents

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WO2010043279A1
WO2010043279A1 PCT/EP2009/004738 EP2009004738W WO2010043279A1 WO 2010043279 A1 WO2010043279 A1 WO 2010043279A1 EP 2009004738 W EP2009004738 W EP 2009004738W WO 2010043279 A1 WO2010043279 A1 WO 2010043279A1
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WO
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degassing
medium
degassed
gas
vapor pressure
Prior art date
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PCT/EP2009/004738
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Mannes
Peter Respondek
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/26De-aeration of paper stock

Definitions

  • the invention relates to a process for the removal of gas from a medium in the form of a pulp suspension, which is used to produce a paper, cardboard, tissue or other fibrous web, or of process water or a filtrate, which is used in the preparation of the pulp suspension is or is obtained, wherein the gas is deposited due to centrifugal forces in a degassing device.
  • the devices required for this require relatively high centrifugal forces in the range of 80-100 g, which is associated with high mechanical engineering effort.
  • the object of the invention is therefore to ensure the highest possible degassing efficiency with the least possible effort.
  • this object is achieved in that at the same time relatively moderate centrifugal forces act on the medium to be degassed and the absolute pressure in the degassing between the vapor pressure and the Doubled the vapor pressure of the medium to be degassed at the corresponding process temperature.
  • Degassing the degassing efficiency can be significantly increased. For example, a reduction of the pressure from 0.3 to 0.2 bar at a process temperature of 50 ° C to a reduction in the air content in the suspension after the degassing by a factor of 10. The required for the vacuum generation energy and investment costs is improved effect more than compensated. It should also be considered that the investment costs for the vacuum devices compared to the degassing relatively low and the efficiency of vacuum pumps is relatively high.
  • the absolute pressure in the degassing device is less than 0.1 bar above the vapor pressure of the medium to be degassed at the corresponding process temperature.
  • the required centrifugal forces and thus also the required rotational speed of the suspension or of the process water or filtrate in the degassing device can be reduced because of the lower absolute pressure in the degassing device without a significant influence on the degassing efficiency compared to conventional degassing devices.
  • the centrifugal forces should be at least 5 times as high, preferably at least 30 times as high and in particular at least 50 times as high as the gravitational force.
  • the pulp suspension is formed essentially of fibrous materials from secondary raw materials, wood or annual plants and water.
  • the process water used in the preparation of the pulp suspension mainly for their dilution preferably originates from the processing plant of the pulp suspension itself, for example a screw press or other thickener and / or the wet area of the machine for producing the fibrous web, for example in the form of white water the former for sheet formation Fibrous web and has a consistency of substantially less than 1%.
  • the invention results in particular advantages when the process temperature in the degassing device below 75 ° C, preferably below 50 0 C, in particular below 4O 0 C.
  • the degassing device may be formed as a cyclone or centrifuge, wherein the separated gas is sucked by means of a vacuum pump.
  • Figure 1 shows a degassing device in the form of a centrifuge
  • Figure 2 in the form of a cyclone.
  • a thick material (pulp suspension of high consistency) is diluted with process water from the former of a paper machine.
  • Process water still contains a relatively large amount of fiber and fines, which are thereby recycled.
  • the high consistency of the thick stock has advantages in terms of sorting during stock preparation.
  • the pulp suspension is brought in the constant part of the machine to a pulp density between 0.5 and 2%, usually about 1%, so that the pulp suspension receives the consistency required for the headbox of the paper machine.
  • the process water contains a relatively large amount of air, it must be degassed before the dilution or the diluted pulp suspension in a degassing.
  • the degassing device shown in FIG. 1 is a centrifuge. Centrifuges use the mass inertia in the centrifuge space for
  • this rotor 8 The interior of this rotor 8 is the Zentrifugiergutraum and is supplied via an inlet 6 with the medium to be degassed 2, here process water, in particular white water, in the illustrated centrifuge in a fixed housing 1.
  • the drive axle 11 coincides with the cylinder axis of the rotor 8.
  • the rotor 8 here has by way of example axially extending ribs 9.
  • the liquid is applied to the inner wall of the rotor 8, wherein the gas contained therein migrates to the axis of rotation.
  • a separation surface forms between the liquid and the gas.
  • the gas 4 is sucked out of the axis region of the rotor 8 via a degassing tube 5.
  • the rotor 8 has openings 10 through which the accept 3 can reach the outlet 7 in the form of the degassed medium 2.
  • the outlet 7 is preferably attached tangentially, so that the rotational flow of the degassed medium 2 leads to a pressure build-up in the outlet 7.
  • the openings 10 in the cylinder wall of the rotor 8 are so large that they do not lead to a sorting of the degassed medium 2.
  • FIG. 2 shows a cyclone for degassing the medium 2.
  • a cyclone consists essentially of the inlet cylinder 12, the conical section 13 and the degassing pipe 5 projecting centrally from above into the inlet cylinder 12.
  • the inlet cylinder 12 and the conical section 13 simultaneously form the stationary housing 1 of the degassing device.
  • the medium to be degassed 2 is brought by tangential blowing through an inlet 6 on a circular path.
  • the rotational speed increases to such an extent that the liquid is pressed by the centrifugal or centrifugal force against the inner wall of the cone.
  • the gas 4 is sucked out of the cone center via the degassing tube 5, while the accept 3 in the form of the degassed medium 2 leaves the degassing device via an outlet 7.
  • the medium to be degassed 2 has in most cases a temperature between 30 and 40 0 C, which is why the air pressure in the interior at 30 0 C between 0.04 and 0.08 bar and at 40 0 C between 0.07 and 0.15 bar is located.
  • the required effort for the extraction of air through the degassing tube 5 by means of a vacuum pump is more than offset by the increase in the degassing efficiency.
  • the centrifugal or centrifugal force to be generated in the degassing device for separating the gas can be reduced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Gas (4) aus einem Medium (2) in Form einer Faserstoffsuspension, welche zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn verwendet wird, oder von Prozesswasser oder eines Filtrats, welches bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension verwendet wird oder anfällt, wobei das Gas (4) auf Grund von Zentrifugalkräften in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird. Dabei soll ein möglichst hoher Entgasungswirkungsgrad mit möglichst geringem Aufwand dadurch erreicht werden, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.

Description

Entgasungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Gas aus einem Medium in Form einer Faserstoffsuspension, welche zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn verwendet wird, oder von Prozesswasser oder eines Filtrats, welches bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension verwendet wird oder anfällt, wobei das Gas auf Grund von Zentrifugalkräften in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird.
Bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension, insbesondere bei ihrer Verdünnung mit Prozesswasser, bereitet der relativ hohe Gasgehalt Probleme, was sich auf die Herstellung und Qualität der Faserstoffbahn auswirkt.
Der größte Teil dieser Gase, die überwiegend von Luft gebildet werden, entweicht schnell. Dagegen müssen die Restgase oft aufwendig entfernt werden. Bekannt ist die Entgasung über große Entgasungsbehälter, in denen durch
Evakuieren ein ständiger Unterdruck gehalten wird, der dem Dampfdruck der zu entgasenden Suspension entspricht. Dies ist wirksam aber teuer.
Daher gibt es inzwischen, wie in der DE 10 2004 051 327 beschrieben, Lösungen, das Gas mit Hilfe von Zentrifugalkräften abzutrennen. Das abgeschiedene Gas wird über Vakuumeinrichtungen, welche üblicherweise einen Unterdruck zwischen 0,5 und 0,8 bar erzeugen, abgesaugt.
Die hierfür erforderlichen Vorrichtungen erfordern relativ hohe Zentrifugalkräfte im Bereich von 80 - 100 g, was mit hohem maschinenbaulichen Aufwand verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen möglichst hohen Entgasungswirkungsgrad mit möglichst geringem Aufwand zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass gleichzeitig relativ moderate Zentrifugalkräfte auf das zu entgasende Medium einwirken und der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt. Je näher der Absolutdruck dem Dampfdruck kommt, um so besser ist die Entgasung.
Hierbei wurde erkannt, dass über einen geringeren Druck in der
Entgasungsvorrichtung der Entgasungswirkungsgrad erheblich gesteigert werden kann. Beispielsweise führte eine Verminderung des Drucks von 0,3 auf 0,2 bar bei einer Prozesstemperatur von 50° C zu einer Reduzierung des Luftgehalts in der Suspension nach der Entgasungsvorrichtung um den Faktor 10. Der für die Unterdruckerzeugung erforderliche Energie- und Investitionsaufwand wird durch die verbesserte Wirkung mehr als kompensiert. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass die Investitionskosten für die Vakuumeinrichtungen im Vergleich zur Entgasungsvorrichtung relativ gering und der Wirkungsgrad von Vakuumpumpen relativ hoch ist.
Daher ist es vorteilhaft, wenn der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung weniger als 0,1 bar über dem Dampfdruck des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
Hinzu kommt, dass die erforderlichen Zentrifugalkräfte und somit auch die erforderliche Rotationsgeschwindigkeit der Suspension bzw. des Prozesswassers oder Filtrats in der Entgasungsvorrichtung wegen des geringeren Absolutdrucks in der Entgasungsvorrichtung ohne eine wesentliche Beeinflussung des Entgasungswirkungsgrades gegenüber herkömmlichen Entgasungsvorrichtungen vermindert werden können.
Dabei sollten die Zentrifugalkräfte mindestens 5mal so hoch, vorzugsweise mindestens 30mal so hoch und insbesondere mindestens 50mal so hoch wie die Gravitationskraft sein.
Wegen des erhöhten Entgasungswirkungsgrades kann auch die Durchflussmenge erhöht werden. Die geringeren Zentrifugalkräfte wie auch die erhöhte Durchflussmenge erlauben es, die Entgasungsvorrichtungen wesentlich kleiner als bisher üblich auszuführen. Die hierdurch eingesparten Kosten liegen weit über den zusätzlichen Kosten für die Unterdruckerzeugung.
Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wird die Faserstoffsuspension im Wesentlichen von Faserstoffen aus Sekundärrohstoffen, Holz oder Einjahrespflanzen und Wasser gebildet.
Das bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension hauptsächlich zu deren Verdünnung verwendete Prozesswasser stammt vorzugsweise aus der Aufbereitungsanlage der Faserstoffsuspension selbst, beispielsweise einer Schneckenpresse oder einem anderen Eindicker und/oder dem Nassbereich der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, beispielsweise in Form von Siebwasser dem Former zur Blattbildung der Faserstoffbahn und hat eine Stoffdichte von wesentlich weniger als 1 %.
Mit steigender Temperatur des zu entgasenden Mediums steigt auch der erforderliche Absolutdruck, wobei aber Kühleinrichtungen zur Kondensation der abgesaugten Dampfmenge erforderlich werden.
Daher ergeben sich bei der Erfindung besondere Vorteile, wenn die Prozesstemperatur in der Entgasungsvorrichtung unter 75°C, vorzugsweise unter 500C, insbesondere unter 4O0C liegt.
Dabei kann die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet sein, wobei das abgetrennte Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wird.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt: Figur 1 : eine Entgasungsvorrichtung in Form einer Zentrifuge und Figur 2: in Form eines Zyklon.
Bei einem sehr häufigen Anwendungsfall in der Aufbereitung der Faserstoffsuspension wird ein Dickstoff (Faserstoffsuspension hoher Stoffdichte) mit Prozesswasser aus dem Former einer Papiermaschine verdünnt. Dieses
Prozesswasser enthält noch relativ viel Faser- und Feinstoffe, welche hierdurch einer Wiederverwendung zugeführt werden.
Die hohe Stoffdichte des Dickstoffes hat bei der Stoffaufbereitung Vorteile hinsichtlich Sortierung.
Durch die Verdünnung mit dem Prozesswasser wird die Faserstoffsuspension im Konstantteil der Maschine auf eine Stoffdichte zwischen 0,5 und 2%, meist ca. 1% gebracht, so dass die Faserstoffsuspension die für den Stoffauflauf der Papiermaschine erforderliche Konsistenz erhält.
Da das Prozesswasser relativ viel Luft enthält, muss dieses vor der Verdünnung oder die verdünnte Faserstoffsuspension in einer Entgasungsvorrichtung entgast werden.
Bei der in Figur 1 dargestellten Entgasungsvorrichtung handelt es sich um eine Zentrifuge. Zentrifugen nutzen die Massenträgheit im Zentrifugiergutraum zur
Stofftrennung. Partikel oder Medien mit höherer Dichte wandern aufgrund der höheren Trägheit nach außen. Dabei verdrängen sie die Bestandteile mit niedrigerer
Dichte, die hierdurch zur Mitte gelangen. Die dabei wirkenden Zentrifugalkräfte sind vom Abstand zur Drehachse und der Drehfrequenz abhängig. Sie können also durch die Vergrößerung des Radius des Zentrifugiergutraums und die Erhöhung der Drehfrequenz vergrößert werden. Dadurch steigen allerdings auch die Kräfte auf den Rotor 8 an.
Bei der dargestellten Zentrifuge befindet sich in einem feststehenden Gehäuse 1 ein über eine Achse 11 angetriebener zylindrischer Rotor 8. Der Innenraum dieses Rotors 8 ist der Zentrifugiergutraum und wird über einen Einlauf 6 mit dem zu entgasenden Medium 2, hier Prozesswasser, insbesondere Siebwasser, versorgt. Die Antriebs-Achse 11 stimmt dabei mit der Zylinderachse des Rotors 8 überein. Um das zugegebene Medium 2 ausreichend beschleunigen zu können, besitzt der Rotor 8 hier beispielhaft axial verlaufende Rippen 9.
Infolge der Zentrifugalkräfte legt sich die Flüssigkeit an die Innenwand des Rotors 8 an, wobei das darin enthaltene Gas zur Rotationsachse wandert.
In der Regel bildet sich zwischen Flüssigkeit und Gas eine Trennfläche.
Das Gas 4 wird über ein Entgasungsrohr 5 aus dem Achsbereich des Rotors 8 abgesaugt. Im Bereich eines unteren Auslaufs 7 besitzt der Rotor 8 Öffnungen 10, durch welche das Akzept 3 in Form des entgasten Mediums 2 in den Auslauf 7 gelangen kann.
Der Auslauf 7 ist vorzugsweise tangential angebracht, so dass die Rotationsströmung des entgasten Mediums 2 zu einem Druckaufbau im Auslauf 7 führt. Die Öffnungen 10 in der Zylinderwand des Rotors 8 sind so groß, dass sie nicht zu einer Sortierung des entgasten Mediums 2 führen.
Im Gegensatz hierzu zeigt Figur 2 einen Zyklon zur Entgasung des Mediums 2.
Ein Zyklon besteht im Wesentlichen aus dem Einlaufzylinder 12, dem Kegelabschnitt 13 und dem mittig von oben in den Einlaufzylinder 12 ragenden Entgasungsrohr 5. Dabei bilden der Einlaufzylinder 12 und der Kegelabschnitt 13 gleichzeitig das feststehende Gehäuse 1 der Entgasungsvorrichtung.
Im Einlaufzylinder 12 wird das zu entgasende Medium 2 durch tangentiales Einblasen über einen Einlauf 6 auf eine kreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung des anschließenden Kegelabschnitts 13 nimmt die Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass die Flüssigkeit durch die Zentrifugal- bzw. Fliehkraft an die Kegelinnenwand gedrückt wird. Das Gas 4 wird aus der Kegelmitte über das Entgasungsrohr 5 abgesaugt, während das Akzept 3 in Form des entgasten Mediums 2 die Entgasungsvorrichtung über einen Auslauf 7 verlässt. In beiden Fällen liegt der Absolutdruck der Luft im Innenraum des Rotors 8 bzw. des Einlaufzylinders 12 oder Kegelabschnitts 13 zwischen dem Dampfdruck des zu entgasenden Mediums 2 bei Prozesstemperatur und dem Doppelten davon.
Das zu entgasende Medium 2 hat in den meisten Fällen eine Temperatur zwischen 30 und 400C, weshalb der Luftdruck im Innenraum bei 300C zwischen 0,04 und 0,08 bar und bei 400C zwischen 0,07 und 0,15 bar liegt.
Der erforderliche Aufwand für die Absaugung der Luft über das Entgasungsrohr 5 mit Hilfe einer Vakuumpumpe wird von der Steigerung der Entgasungseffizienz mehr als aufgewogen.
Im Gegenzug kann die in der Entgasungsvorrichtung zu erzeugende Zentrifugal- bzw. Fliehkraft zur Abtrennung des Gases gesenkt werden.
Dies erlaubt es, den Radius zur Rotationsachse zu verringern und damit das Gehäuse zu verkleinern.
Durch den verbesserten Entgasungswirkungsgrad kann aber auch die Durchflussmenge gesteigert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entfernung von Gas (4) aus einem Medium (2) in Form einer Faserstoffsuspension, welche zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn verwendet wird, oder von Prozesswasser oder eines Filtrats, welches bei der Aufbereitung der Faserstoffsuspension verwendet wird oder anfällt, wobei das Gas (4) auf Grund von Zentrifugalkräften in einer Entgasungsvorrichtung abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung zwischen dem Dampfdruck und dem Doppelten des Dampfdrucks des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutdruck in der Entgasungsvorrichtung weniger als 0,1 bar über dem Dampfdruck des zu entgasenden Mediums bei der entsprechenden Prozesstemperatur liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkräfte mindestens 5mal so hoch, vorzugsweise mindestens 30 mal so hoch und insbesondere mindestens 50 mal so hoch wie die Gravitationskraft sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur in der Entgasungsvorrichtung unter 75°C, vorzugsweise unter 500C, insbesondere unter 400C liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung als Zyklon oder Zentrifuge ausgebildet ist und das abgetrennte Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wird.
PCT/EP2009/004738 2008-10-15 2009-07-01 Entgasungsverfahren WO2010043279A1 (de)

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