WO2013117454A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der schaummenge in einem fluidbehälter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der schaummenge in einem fluidbehälter Download PDF

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WO2013117454A1
WO2013117454A1 PCT/EP2013/051615 EP2013051615W WO2013117454A1 WO 2013117454 A1 WO2013117454 A1 WO 2013117454A1 EP 2013051615 W EP2013051615 W EP 2013051615W WO 2013117454 A1 WO2013117454 A1 WO 2013117454A1
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WO
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foam
fluid
amount
reference point
fluid container
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/051615
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Haag
Timo Balser
Christian Naydowski
Martin Staiger
Jürgen KÄSER
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Voith Patent Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/02—Froth-flotation processes
    • B03D1/028—Control and monitoring of flotation processes; computer models therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/32—Defibrating by other means of waste paper
    • D21B1/325—Defibrating by other means of waste paper de-inking devices
    • D21B1/327—Defibrating by other means of waste paper de-inking devices using flotation devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/1443—Feed or discharge mechanisms for flotation tanks
    • B03D1/1475—Flotation tanks having means for discharging the pulp, e.g. as a bleed stream
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/64—Paper recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the amount of foam in a fluid container containing a fluid, in particular in the production of a fibrous web, in particular a paper, board, or tissue web, the fluid containing free gas and foam having a foam height formed above the fluid and wherein the fluid and the foam form an overall height (6) to a reference point.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • the object of the invention is therefore to improve the known methods and devices in terms of economy and efficiency.
  • the object is achieved by the device specified in claim 1 and the method specified in claim 1 for determining the amount of foam in a fluid container containing fluid, in particular in the production of a fibrous web, in particular a paper, cardboard, or tissue web, solved the fluid contains free gas and foam having a foam height is formed over the fluid, and wherein the fluid and the foam form an overall height to a reference point.
  • the method comprises the following steps:
  • the foam volume using the values determined from the steps a), b) and c) as a measure of the amount of foam.
  • the antifoam agent can be metered in a targeted manner and in the appropriate amount. An overdose is no longer necessary for controlling the foam.
  • the invention also has the advantage of temporally fluctuating Foaming with the appropriate amount of defoamer can be combated economically.
  • the fluid container has an overflow over the reference point, via which fluid exits, at least during the determination of the amount of foam, and the vertical distance of the overflow to the reference point forms the total height.
  • the fluid container is formed by the white water container in the constant part.
  • the white water is returned from the drainage area of the paper machine in partially open channels in the white water tank. The thereby reaching into the white water air is at least partially involved in the formation of foam in the white water tank.
  • the mixing of high consistency pulp fed from the white water tank for example 3% to 4%, takes place in a mixing device with white water.
  • the resulting suspension maintains the consistency required in the headbox.
  • the high-consistency pulp can thus also introduce air into the white water tank. Additional air sources are additional returns to the fluid or white water tank from the papermaking process.
  • the fluid container may be open or closed.
  • the container may also be under pressure in the second case.
  • the total height of the fluid and the foam is determined with a sensor which operates in particular according to the optical or the ultrasound or according to the laser principle.
  • one or more optical sensors can be arranged laterally on the fluid container and measure the location of the interface between foam and air.
  • the ultrasonic sensor is preferably arranged above the foam and measures the distance to the interface between foam and air. To determine the total height, the position of the ultrasonic sensor to the reference point and the measured distance are used. This design has the advantage that it can be used even with temporally fluctuating overall heights, such as in the Lagerbütten for pulp and process water.
  • the gas content is determined with a sensor in the outlet of the fluid container and / or in the fluid container itself.
  • the gas content can be determined, for example, via a device, in particular the gas analyzer "GAS 60" from BTG Instruments, 66132 poleffle, Sweden. With this device, the sample in question flows continuously through the measuring cell of the unit. As soon as the measurement cycle begins, inlet and outlet valves interrupt the flow. The sample enclosed in the measuring cell is compressed by means of a piston and then expanded. The absolute gas content of the sample is determined on the basis of the ideal gas law. Before starting a new measurement, the measuring cell is rinsed with water.
  • the hydrostatic pressure can be measured by means of a pressure sensor with the measuring location at the reference point.
  • an evaluation unit For the calculation of the amount of foam an evaluation unit is provided. In addition to the measured values, the calculation takes into account the density of the pure fluid and optionally its temperature.
  • the measured values of the sensors such as pressure sensor, sensor for measuring the total height and gas content sensor are transmitted to the evaluation unit via signal lines and / or wirelessly.
  • the calculated values for the amount of foam such as the foam height or the foam portion or the foam volume of the evaluation to a control or control unit for control via a control algorithm or controlling the amount of foam transferred.
  • at least one of these values is transmitted.
  • the amount of foam is adjusted by the regulation or control of the addition amount of a defoaming agent, preferably in the inlet of the fluid container to a predetermined value.
  • a defoaming agent preferably in the inlet of the fluid container to a predetermined value.
  • the amount of foam is influenced by the regulation or control of shear forces acting on the foam and / or by spraying the foam.
  • Another aspect of the invention relates to the application of the method according to the invention in the constant part of a plant for producing a fibrous web, in particular a paper, board or tissue web.
  • the fluid container is formed in this case by the white water container in the constant part.
  • the white water is returned from the drainage area of the paper machine in partially open channels in the white water tank. The thereby reaching into the white water air is partly involved in the formation of foam in the white water tank.
  • the white water tank in addition to the white water, the one more or less dilute suspension of fillers and fines, fibers, water and process chemicals, including suspensions other than returns from the papermaking process.
  • the invention can also be applied to storage slips for pulp and process water and to container for coating colors for controlling the foam problem application.
  • Used anti-foaming agents when applying coating colors affect the coating quality on the fibrous web by forming defects. Defoaming agents can be saved by the invention and thus the quality of the finished fibrous web can be improved. It can reduce the number of defects and the printability of the coated fibrous web can be improved.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method described for determining the amount of foam, in particular in the constant part of a plant for producing a fibrous web, in particular a paper, board, or tissue web, with a fluid container with an inlet and an outlet, an overflow or a sensor for determining the total height of fluid and foam to a reference point, a pressure sensor at the reference point and a gas content sensor for measuring the gas content in the fluid, preferably in the fluid container or in the outlet, and an evaluation unit (10) for determining the amount of foam.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a simplified representation
  • Figure 2 shows a second embodiment of an inventive
  • Figure 3 shows an exemplary application of the method according to the invention in the papermaking process
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • the fluid container 1 is filled with the fluid 5 and with foam 7 and has an overflow 9 and several inlets 2, 2.1, 2.2, on.
  • the outlet 4 carries the fluid, in the application of the method in the papermaking process, via further process steps, such as a venting of the fluid or the pulp suspension to the paper machine 15.
  • the volume flows of the inlets 2, 2.1, 2.2 and 4 of the outlet are set in that a small amount of the foam 7 exits at the overflow 9. This ensures that the total height 6, which is composed of the fluid height 5.1 and the foam height 7.1, is always constant.
  • a pressure sensor 1 1 is provided in the lower region of the fluid container 1.
  • the position of the pressure sensor 1 1 forms the reference point for the indication of the total height 6 and the fluid height 5.1.
  • To determine the amount of foam knowledge of the gas content in the fluid 5 is necessary. This is measured by a gas content sensor 12 in the outlet 4, wherein a measurement in the fluid container 5 would also be conceivable.
  • the gas content sensor 12 measures the content of the free gas in the fluid.
  • the gas content can be determined, for example, via a device, in particular the gas analyzer "GAS 60" from BTG Instruments, 66132 stakeffle, Sweden. In this device, the sample in question flows continuously through the Measuring cell of the unit. As soon as the measurement cycle begins, inlet and outlet valves interrupt the flow. The sample enclosed in the measuring cell is compressed by means of a piston and then expanded.
  • the absolute gas content of the sample is determined on the basis of the ideal gas law.
  • the measuring cell is rinsed with water.
  • the fluid container 1 is formed by the white water container 1 in the constant part.
  • the white water 16 is returned from the dewatering area of the paper machine 15 in partially open channels 2 in the white water tank 1.
  • the thereby reaching into the white water 16 gas, ie air 8 is involved with a part of the foam formation in the white water tank 1, the other part is free in the fluid 5 or in the white water 5, 16 before.
  • the white water tank 1 in addition to the white water 16, which is a more or less dilute suspension of fillers and fines, fibers, water and process chemicals, other suspensions than returns 2.1, 2.2 from the papermaking process 15.
  • the mixing from the white water tank 1 supplied pulp with high consistency, for example, 3% to 4%, in a mixing device with white water 16, 5 instead.
  • the resulting suspension maintains the consistency required in the headbox of the paper machine 15.
  • the high-consistency pulp can thus also introduce air 8 into the white water container 1.
  • Further air sources are additionally returns 2.1, 2.2 in the fluid or white water tank 1 from the papermaking process 15.
  • the measured values of the gas content sensor 12, the pressure sensor 1 1 are transmitted to an evaluation unit 10 via signal lines and / or wireless and constant variables, such as Total height 6 and the density of the fluid in the evaluation unit 10 deposited.
  • the foam height 7.1 or the foam fraction X s or the foam volume V s are used.
  • the value of this measure for the visitors is now used to influence the number of visitors.
  • the influencing can take place manually or automatically by means of a regulating device with a regulating algorithm via a regulating valve 13 in the defoaming agent inlet 3 to the fluid container 1 or to the inlet 2.
  • the added amount of defoamer agent can be used optimally.
  • p ges mean total density of the foam and the fluid in kg / m 3
  • V total volume in 3 V F + V G + V S
  • V s X s - V tot
  • the embodiment illustrated in FIG. 2 differs from the embodiment in FIG. 1 in that the fluid container 1 does not have an overflow 9.
  • the total height 6 must therefore be measured. this applies especially if the total height 6 varies over time.
  • the total height 6 of the fluid 5 and the foam 7 is determined with a sensor 6.1, which in particular after the optical or the ultrasonic or after the
  • one or more optical sensors can be arranged laterally on the fluid container 1 and measure the position of the interface between foam 7 and gas or air. The not shown
  • Ultrasonic sensor is preferably disposed over the foam and measures the distance to the interface between foam and gas / air. To determine the total height, the position of the ultrasonic sensor or optical sensor 6.1 to the reference point and the measured distance are used. This design has the advantage that it can be used even with temporally fluctuating overall heights 6.
  • FIG. 3 shows an exemplary application possibility of the method according to the invention in the papermaking process.
  • the fluid container 1 is formed in this case by the white water tank 1 in the constant part of the papermaking process.
  • the white water 16 is returned from the dewatering area of the paper machine 15 in partially open channels 2 in the white water tank 1.
  • the fiber suspension also enters via the further feed 2.1 in a mixing device. There, the mixing of high consistency supplied by the white water container, for example 3% to 4%, takes place in the mixing device with white water. The resulting suspension maintains the consistency required in the headbox.
  • the high-consistency pulp can thus also introduce air 8 into the white water container 1.
  • the outlet 4 of the white water tank 1 leads to a venting unit 14. There, the pulp suspension is present as free gas air, usually by using Vacuum, deprived. Subsequently, the pulp suspension passes through a screen apparatus, not shown, and then passes into the headbox of the paper machine 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid (5) enthaltenden Fluidbehälter (1), insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, wobei das Fluid (5) freies Gas (8) enthält und über dem Fluid (5) Schaum (7) mit einer Schaumhöhe (7.1) ausgebildet ist, und wobei das Fluid (5) und der Schaum (7) eine Gesamthöhe (6) zu einem Referenzpunkt bilden, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung der Gesamthöhe (6), b) Bestimmung des Gasgehalts im Fluid (5), c) Messung des hydrostatischen Druckes am Referenzpunkt, d) Berechnung der Schaumhöhe (7.1) oder des Schaumanteils oder des Schaumvolumens unter Verwendung der ermittelten Werte aus den Schritten a), b) und c) als Maß für die Schaummenge (7), e) Beeinflussung der Schaummenge in Abhängigkeit des berechneten Maßes für die Schaummenge auf einen vorgebbaren Wert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Schaummenge in einem
Fluidbehälter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid enthaltenden Fluidbehälter, insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, wobei das Fluid freies Gas enthält und über dem Fluid Schaum mit einer Schaumhöhe ausgebildet ist, und wobei das Fluid und der Schaum eine Gesamthöhe (6) zu einem Referenzpunkt bilden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei vielen Prozessen in der Verfahrenstechnik kommen Fluide mit Gasen in Kontakt. Dies kann bei bestimmten Randbedingungen und chemischen Verhältnissen zu einer unerwünschten Schaumbildung führen. In der Papierindustrie werden Faserstoffsuspensionen hergestellt, aus denen in der Papiermaschine durch Entwässerung eine Faserstoffbahn gebildet wird. Unmittelbar vor der Papiermaschine, im sogenannten konstanten Teil, wird die Faserstoffsuspension mit Siebwasser verdünnt. Beide Fluide können Luft enthalten. Es kann dadurch in diesem Bereich zu Schaumbildung kommen. Der Schaum stört die nachfolgenden Prozesse, wie beispielsweise den Entlüftungsprozess. Es ist bekannt, den Schaum mit einem chemischen Entschäumermittel zu bekämpfen. Üblicherweise werden Entschäumermittel mit konstanter Menge im Überschuss in die Faserstoffsuspension aufgrund visueller Beurteilung zudosiert, um eine Schaumbildung sicher zu vermeiden. Die Überschussdosierung führt zu hohen Chemikalienkosten und belastet die Umwelt. In bekannten, weiterentwickelten Verfahren wird die Entschäumermitteldosierung ausschließlich in Abhängigkeit des Luftgehaltsgehalts in der Faserstoffsuspension oder im Siebwasser durchgeführt. Bei diesen Verfahren muss für eine sichere Schaumvermeidung das Entschäumermittel ebenfalls mit Überschuss dosiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Effizienz zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 1 angegebene Vorrichtung und das im Anspruch 1 angegebene Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid enthaltenden Fluidbehälter, insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, gelöst, wobei das Fluid freies Gas enthält und über dem Fluid Schaum mit einer Schaumhöhe ausgebildet ist, und wobei das Fluid und der Schaum eine Gesamthöhe zu einem Referenzpunkt bilden. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
a) Ermittlung der Gesamthöhe
b) Bestimmung des Gasgehalts im Fluid
c) Messung des hydrostatischen Druckes am Referenzpunkt
d) Berechnung der Schaumhöhe oder des Schaumanteils oder
des Schaumvolumens unter Verwendung der ermittelten Werte aus den Schritten a), b) und c) als Maß für die Schaummenge.
e) Beeinflussung der Schaummenge in Abhängigkeit des berechneten Maßes für die Schaummenge auf einen vorgebbaren Wert. Die Erfinder haben erkannt, dass nur ein Teil des im Fluid enthaltenen Gases an der Schaumbildung beteiligt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Entschäumermittel gezielt und in der passenden Menge dosiert werden. Eine Überdosierung ist für die Bekämpfung des Schaumes nicht mehr notwendig. Die Erfindung hat auch den Vorteil, dass zeitlich schwankende Schaumentstehung mit der passenden Menge Entschäumermittel wirtschaftlich bekämpft werden kann.
In einer praktischen Ausgestaltung weist der Fluidbehälter einen über dem Referenzpunkt liegenden Überlauf auf, über den Fluid, zumindest während der Bestimmung der Schaummenge, austritt und der vertikale Abstand des Überlaufes zum Referenzpunkt die Gesamthöhe bildet. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamthöhe bekannt und zeitlich konstant ist und nicht ständig gemessen werden muss. Diese Variante wird neben anderen vorzugsweise in der Papierherstellung angewendet. Der Fluidbehälter wird dabei durch den Siebwasserbehälter im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine in teilweise offenen Kanälen in den Siebwasserbehälter zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser gelangende Luft ist zumindest teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter beteiligt. Zudem findet im Siebwasserbehälter die Vermischung von dem Siebwasserbehälter zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in einer Mischeinrichtung mit Siebwasser statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft in den Siebwasserbehälter eintragen. Weitere Luftquellen sind zusätzlich Rückläufe in den Fluid- bzw. Siebwasserbehälter aus dem Papierherstellungsprozess.
Der Fluidbehälter kann offen oder geschlossen ausgeführt sein. Der Behälter kann im zweiten Fall auch unter Überdruck stehen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Gesamthöhe des Fluids und des Schaumes mit einem Sensor ermittelt, der insbesondere nach dem optischen oder dem Ultraschall- oder nach dem Laserprinzip arbeitet. Dabei können ein oder mehrere optische Sensoren seitlich am Fluidbehälter angeordnet sein und die Lage der Grenzfläche zwischen Schaum und Luft messen. Der Ultraschallsensor ist vorzugsweise über dem Schaum angeordnet und misst den Abstand zur Grenzfläche zwischen Schaum und Luft. Zur Bestimmung der Gesamthöhe werden die Lage des Ultraschallsensors zum Referenzpunkt und der gemessene Abstand herangezogen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie auch bei zeitlich schwankenden Gesamthöhen eingesetzt werden kann, wie beispielsweise in den Lagerbütten für Faserstoff und Prozesswasser.
Vorzugsweise wird der Gasgehalt mit einem Sensor im Auslauf des Fluidbehälters und/oder im Fluidbehälter selbst bestimmt. Der Gasgehalt kann beispielsweise über ein Gerät, wie insbesondere das Gasanalysegerät "GAS 60" der Firma BTG Instruments, 66132 Säffle, Schweden, bestimmt werden. Bei diesem Gerät fließt die betreffende Probe kontinuierlich durch die Messzelle der Einheit. Sobald der Messzyklus beginnt, unterbrechen Einlass- und Auslassventile den Fluss. Die in der Messzelle eingeschlossene Probe wird mittels eines Kolbens komprimiert und dann expandiert. Dabei wird der absolute Gasgehalt der Probe auf der Basis des idealen Gasgesetzes bestimmt. Bevor mit einer neuen Messung begonnen wird, wird die Messzelle mit Wasser ausgespült.
Der hydrostatische Druck kann mittels eines Drucksensors gemessen werden, wobei der Messort am Referenzpunkt liegt.
Für die Berechnung der Schaummenge ist eine Auswerteeinheit vorgesehen. Neben den gemessenen Werten wird bei der Berechnung die Dichte des reinen Fluid und optional dessen Temperatur berücksichtigt. Die Messwerte der Sensoren, wie Drucksensor, Sensor zur Messung der Gesamthöhe und Gasgehaltssensor werden an die Auswerteeinheit über Signalleitungen und/oder drahtlos übermittelt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die berechneten Werte für das Maß der Schaummenge, wie beispielsweise die Schaumhöhe oder der Schaumanteil oder das Schaumvolumen von der Auswerteeinheit an eine Regel- oder Steuereinheit zur Regelung über einen Regelalgorithmus oder Steuerung der Schaummenge übertragen. Vorzugsweise wird zumindest einer dieser Werte übertragen.
In einem praktischen Fall wird die Schaummenge über die Regelung oder Steuerung der Zugabemenge eines Entschäumermittels, vorzugsweise in den Zulauf des Fluidbehälters, auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Es ist jedoch auch denkbar, das Entschäumermittel direkt in den Fluidbehälter einzuspeisen oder auf den Schaum zu sprühen.
In einem weiteren praktischen Fall wird die Schaummenge über die Regelung oder Steuerung von Scherkräften, welche auf den Schaum einwirken, und/oder über das Besprühen des Schaums beeinflusst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn. Der Fluidbehälter wird in diesem Fall durch den Siebwasserbehälter im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine in teilweise offenen Kanälen in den Siebwasserbehälter zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser gelangende Luft ist teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter beteiligt. In den Siebwasserbehälter gelangen zusätzlich zum Siebwasser, das eine mehr oder weniger verdünnte Suspension aus Füll- und Feinstoffen, Fasern, Wasser und Prozesschemikalien ist, auch andere Suspensionen als Rückläufe aus dem Papierherstellungsprozess. Die Erfindung kann auch bei Lagerbütten für Faserstoff und Prozesswasser und bei Ansetzbehälter für Streichfarben zur Beherrschung des Schaumproblems Anwendung finden. Eingesetzte Entschäumermittel beim Ansetzen von Streichfarben beeinträchtigen die Strichqualität auf der Faserstoffbahn durch Bildung von Fehlstellen. Durch die Erfindung kann Entschäumermittel eingespart werden und somit die Qualität der fertigen Faserstoffbahn vebessert werden. Es können die Zahl der Fehlstellen reduziert und die Bedruckbarkeit der gestrichenen Faserstoffbahn verbessert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der Schaummenge, insbesondere im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, mit einem Fluidbehälter mit einem Zulauf und einem Auslauf, einem Überlauf oder einem Sensor zur Bestimmung der Gesamthöhe von Fluid und Schaum zu einem Referenzpunkt, einem Drucksensor am Referenzpunkt und eines Gasgehaltsensors zur Messung des Gasgehalts im Fluid, vorzugsweise im Fluidbehälter oder im Auslauf, sowie einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung der Schaummenge.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigen Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter Darstellung;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in vereinfachter Darstellung;
Figur 3 eine beispielhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Papierherstellungsprozess;
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Fluidbehälter 1 ist mit dem Fluid 5 und mit Schaum 7 gefüllt und weist einen Überlauf 9 und mehrere Zuläufe 2, 2.1 , 2.2, auf. Der Auslauf 4 führt das Fluid, bei der Anwendung des Verfahrens im Papierherstellungsprozess, über weitere Verfahrensschritte, wie beispielsweise einer Entlüftung des Fluid bzw. der Faserstoffsuspension, zur Papiermaschine 15. Die Volumenströme der Zuläufe 2, 2.1 , 2.2 und des Auslaufes 4 sind so eingestellt, dass eine geringe Menge des Schaumes 7 am Überlauf 9 austritt. Somit ist gewährleistet, dass die Gesamthöhe 6, welche sich aus der Fluidhöhe 5.1 und der Schaumhöhe 7.1 zusammensetzt, immer konstant ist. Im unteren Bereich des Fluidbehälters 1 ist ein Drucksensor 1 1 vorgesehen. Die Lage des Drucksensors 1 1 bildet den Referenzpunkt für die Angabe der Gesamthöhe 6 und der Fluidhöhe 5.1 . Zur Bestimmung der Schaummenge ist die Kenntnis des Gasgehaltes im Fluid 5 notwendig. Dieser wird durch einen Gasgehaltssensor 12 im Auslauf 4 gemessen, wobei eine Messung im Fluidbehälter 5 ebenfalls denkbar wäre. Der Gasgehaltssensor 12 misst den Gehalt des freien Gases im Fluid. Der Gasgehalt kann beispielsweise über ein Gerät, wie insbesondere das Gasanalysegerät "GAS 60" der Firma BTG Instruments, 66132 Säffle, Schweden, bestimmt werden. Bei diesem Gerät fließt die betreffende Probe kontinuierlich durch die Messzelle der Einheit. Sobald der Messzyklus beginnt, unterbrechen Einlassund Auslassventile den Fluss. Die in der Messzelle eingeschlossene Probe wird mittels eines Kolbens komprimiert und dann expandiert. Dabei wird der absolute Gasgehalt der Probe auf der Basis des idealen Gasgesetzes bestimmt. Bevor mit einer neuen Messung begonnen wird, wird die Messzelle mit Wasser ausgespült. Bei der Anwendung des Verfahrens im Papierherstellungsprozess 1 wird der Fluidbehälter 1 durch den Siebwasserbehälter 1 im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser 16 wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine 15 in teilweise offenen Kanälen 2 in den Siebwasserbehälter 1 zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser 16 gelangende Gas, d.h. Luft 8 ist mit einem Teil an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter 1 beteiligt, der andere Teil liegt frei im Fluid 5 beziehungsweise im Siebwasser 5, 16 vor. In den Siebwasserbehälter 1 gelangen zusätzlich zum Siebwasser 16, das eine mehr oder weniger verdünnte Suspension aus Füll- und Feinstoffen, Fasern, Wasser und Prozesschemikalien ist, auch andere Suspensionen als Rückläufe 2.1 , 2.2 aus dem Papierherstellungsprozess 15. Zudem findet im Siebwasserbehälter 1 die Vermischung von dem Siebwasserbehälter 1 zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in einer Mischeinrichtung mit Siebwasser 16, 5 statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf der Papiermaschine 15 benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft 8 in den Siebwasserbehälter 1 eintragen. Weitere Luftquellen sind zusätzlich Rückläufe 2.1 , 2.2 in den Fluid- bzw. Siebwasserbehälter 1 aus dem Papierherstellungsprozess 15. Die Messwerte des Gasgehaltssensors 12, des Drucksensors 1 1 werden an eine Auswerteeinheit 10 über Signalleitungen und/oder drahtlos übermittelt und konstante Größen, wie beispielsweise die Gesamthöhe 6 und die Dichte des Fluid in der Auswerteeinheit 10 hinterlegt. Diese berechnet nun aus den Daten ein Maß für die Schaummenge. Als Maß kann die Schaumhöhe 7.1 oder der Schaumanteil Xs oder das Schaumvolumen Vs herangezogen werden. Der Wert dieses Maßes für die Schaunnnnenge wird nun dazu verwendet, die Schaunnnnenge gezielt zu beeinflussen. Die Beeinflussung kann manuell oder automatisch durch eine Regelvorrichtung mit einem Regelalgorithmus über ein Regelventil 13 im Entschäumermittelzulauf 3 zum Fluidbehälter 1 oder zum Zulauf 2, erfolgen. Die Zugabemenge des Entschäumermittels kann so optimiert eingesetzt werden.
Die Berechnung des Maßes für die Schaummenge erfolgt über den Ansatz (1 )
Figure imgf000011_0001
+ VGA/ges*PG + VsA/ges* ) «g'h, wobei die Größen folgende Bedeutung haben:
Δρ gemessene Druck am Referenzpunkt in Pa
pF Dichte des Fluid in kg/m3
pG Dichte des Gases in kg/m3
ps Dichte des Schaumes in kg/m3
pges mittlere Gesamtdichte des Schaumes und des Fluid in kg/m3
g Erdbeschleunigung m/sec2
h Gesamthöhe 6 in m, Fluidhöhe + Schaumhöhe
VF Volumen des Fluid in im3
VG Volumen des Gases in im3
Vs Volumen des Schaumes in im3
Vges Gesamtvolumen in im3, VF + VG + VS Mit dem Zusammenhang
(2) VF = Vges - (VG + Vs), dem Schaumanteil (3) Xs = Vs / V, und dem Gasanteil (4) XG = VG / Vges , ergibt sich für den Schaumanteil Xs unter der Annahme, dass
(5) pG « pF und ps « pF ist:
(6) Xs = (1 - XG) - Ap / (g.h. pF). Wird die Annahme nach den Gleichungen (5) zur Erreichung einer höheren Genauigkeit nicht gemacht, so müssen bei der Berechnung die Dichten pG und ps in der Auswerteeinheit hinterlegt werden. Diese Werte lassen sich im Labor bestimmen oder aus bekannten Zusammenhängen berechnen. Die Schaumhöhe 7.1 ergibt sich aus
(7) hs = Xs -h
Und das Schaumvolumen bei einem zylindrischen Fluidbehalter 1
(8) Vs = Xs - Vges
Die in der Figur 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in Figur 1 dadurch, dass der Fluidbehalter 1 keinen Überlauf 9 aufweist. Die Gesamthöhe 6 muss daher gemessen werden. Dies gilt besonders dann, wenn die Gesamthöhe 6 zeitlich variiert. Die Gesamthöhe 6 des Fluids 5 und des Schaumes 7 wird mit einem Sensor 6.1 ermittelt, der insbesondere nach dem optischen oder dem Ultraschall- oder nach dem
Laserprinzip arbeitet. Dabei können ein oder mehrere optische Sensoren seitlich am Fluidbehälter 1 angeordnet sein und die Lage der Grenzfläche zwischen Schaum 7 und Gas bzw. Luft messen. Der nicht dargestellte
Ultraschallsensor ist vorzugsweise über dem Schaum angeordnet und misst den Abstand zur Grenzfläche zwischen Schaum und Gas/Luft. Zur Bestimmung der Gesamthöhe werden die Lage des Ultraschallsensors oder optischen Sensors 6.1 zum Referenzpunkt und der gemessene Abstand herangezogen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie auch bei zeitlich schwankenden Gesamthöhen 6 eingesetzt werden kann. Die weiteren, im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebenen Merkmale, gelten auch analog für die Figur 2. Figur 3 zeigt eine beispielhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Papierherstellungsprozess. Der Fluidbehälter 1 wird in diesem Fall durch den Siebwasserbehälter 1 im konstanten Teil des Papierherstellungsprozesses gebildet. Das Siebwasser 16 wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine 15 in teilweise offenen Kanälen 2 in den Siebwasserbehälter 1 zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser 16 gelangende Luft 8 ist teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter 1 beteiligt. In den Siebwasserbehälter 1 tritt auch die Fasersuspension über den weiteren Zulauf 2.1 in eine Mischeinrichtung ein. Dort findet die Vermischung von dem Siebwasserbehälter zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in der Mischeinrichtung mit Siebwasser statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft 8 in den Siebwasserbehälter 1 eintragen. Der Auslauf 4 des Siebwasserbehälters 1 führt zu einem Entlüftungsaggregat 14. Dort wird der Faserstoffsuspension die als freies Gas vorliegende Luft, üblicherweise durch Anwendung von Vakuum, entzogen. Anschließend passiert die Faserstoffsuspension einen nicht dargestellten Siebapparat und gelangt danach in den Stoffauflauf der Papiermaschine 15.
Bezugszeichenliste
Fluidbehälter
Zulauf
weiterer Zulauf
weiterer Zulauf
Entschäumermittelzulauf
Auslauf
Fluid
Fluidhöhe
Gesamthöhe
Sensor
Schaum
Schaumhöhe
freies Gas
Überlauf
Auswerteeinheit
Drucksensor
Gasgehaltssensor
Regelventil
Entlüftungsaggregat
Papiermaschine, Papierherstellungsprozess
Siebwasser

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid (5) enthaltenden Fluidbehälter (1 ), insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, wobei das Fluid (5) freies Gas (8) enthält und über dem Fluid (5) Schaum (7) mit einer Schaumhöhe (7.1 ) ausgebildet ist, und wobei das Fluid (5) und der Schaum (7) eine Gesamthöhe (6) zu einem Referenzpunkt bilden, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung der Gesamthöhe (6)
b) Bestimmung des Gasgehalts im Fluid (5)
c) Messung des hydrostatischen Druckes am Referenzpunkt
d) Berechnung der Schaumhöhe (7.1 ) oder des Schaumanteils oder des Schaumvolumens unter Verwendung der ermittelten Werte aus den Schritten a), b) und c) als Maß für die Schaummenge (7) e) Beeinflussung der Schaummenge in Abhängigkeit des berechneten
Maßes für die Schaummenge auf einen vorgebbaren Wert.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fluidbehälter (1 ) einen über dem Referenzpunkt liegenden Überlauf (9) aufweist über den Fluid zumindest während der Bestimmung der Schaummenge (7) austritt und der vertikale Abstand des Überlaufes (9) zum Referenzpunkt die Gesamthöhe (6) bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gesamthöhe (6) mit einem Sensor (6.1 ) ermittelt wird, der insbesondere nach dem optischen oder dem Ultraschall- oder nach dem Laserprinzip arbeitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gasgehalt mit einem Sensor (12) im Auslauf (4) und/oder im Fluidbehälter (1 ) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hydrostatische Druck mittels eines Drucksensors (1 1 ) gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berechnung der Schaummenge in einer Auswerteeinheit (10) ausgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messwerte der Sensoren (6.1 , 1 1 , 12) an die Auswerteeinheit (10) über Signalleitungen und/oder drahtlos übermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass Werte für das Maß der Schaummenge von der Auswerteeinheit (10) an eine Regel- oder Steuereinheit zur Regelung oder Steuerung der Schaummenge übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaummenge über die Regelung oder Steuerung der
Zugabemenge eines Entschäumermittels, vorzugsweise in den Zulauf (2) des Fluidbehälters (1 ), auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung der Schaummenge im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn.
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung der Schaummenge, insbesondere im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, mit einem Fluidbehälter (1 ) mit einem Zulauf (2) und einem Auslauf (4), einem Überlauf (9) oder einem Sensor (6.1 ) zur Bestimmung der
Gesamthöhe (6) von Fluid (5) und Schaum (7) zu einem Referenzpunkt, einem Drucksensor (1 1 ) am Referenzpunkt und eines Gasgehaltsensors (12) zur Messung des Gasgehalts im Fluid(5), vorzugsweise im
Fluidbehälter (1 ) oder im Auslauf (4), sowie einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung der Schaummenge.
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Title
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