EP1096063B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fraktionieren einer papierfaserhaltigen Suspension - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Fraktionieren einer papierfaserhaltigen Suspension Download PDF

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EP1096063B1
EP1096063B1 EP00121414A EP00121414A EP1096063B1 EP 1096063 B1 EP1096063 B1 EP 1096063B1 EP 00121414 A EP00121414 A EP 00121414A EP 00121414 A EP00121414 A EP 00121414A EP 1096063 B1 EP1096063 B1 EP 1096063B1
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suspension
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Samuel Dr. Schabel
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Voith Patent GmbH
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Voith Paper Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/02—Straining or screening the pulp
    • D21D5/023—Stationary screen-drums
    • D21D5/026—Stationary screen-drums with rotating cleaning foils

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a fractionation device according to the preamble of claim 8.
  • aqueous paper fiber suspensions by wet sieving can be fractionated.
  • sorting i.e. the removal of unwanted components from the paper fiber suspension
  • Fiber fractionation i.e. division of the paper fibers themselves into several fractions.
  • Fiber fractionation certain Properties of paper fibers, e.g. Length, thickness or flexibility as Separation characteristic used.
  • Such a process enables extraction of fiber materials with special properties from fiber mixtures such as Waste paper.
  • native raw materials can also be fractionated according to their fiber properties become.
  • a concentration of the Long fibers in the overflow of the sieve and a concentration of the short fibers in the Pass of the sieve reached. So far there have been processes for fiber fractionation Selectivity and / or throughput are inadequate in many cases.
  • the devices used for sorting on the one hand and for fiber fractionation on the other hand are very similar in structure. As is known, almost always a screen clearer moves close to the screen to clear the blockage to prevent the sieve and thereby enable a large sieve throughput.
  • a sorting device i.e. Separate unwanted components a fiber suspension is described in EP-A-0 299 258.
  • Throughput To be able to increase, it is proposed that the surface of the screen clearer with webs provided due to their size and shape, e.g. inclined side surfaces, suction and Generate pressure pulses. These are intended in particular in cooperation with grooved Seven improve their freedom.
  • the invention is based on the object of creating a method with which it succeeds in achieving a greater separation effect when fractionating - even from problematic ones Components such as Long fibers and stickies - to achieve.
  • the inventive method leads to a Drag flow at the scraper, which is essentially parallel to the screen surface Moves circumferentially.
  • the fibers in the suspension are therefore evenly oriented and the separation based on their length and / or their Flexibility is possible with a better effect. This is especially true for across Sorting columns aligned in parallel flow. Keeping the sieve openings clear is due to the surface structure of the sieve in cooperation with the Drag flow caused micro vortices and / or small-scale turbulence reached.
  • the gentle sieve clearance according to the invention is cheaper.
  • the scraper can be roughened, e.g. with a Be provided with a plurality of grooves. Even a felt placed on the surface can Develop a drag effect.
  • the advantages of the invention are best with such rooms achievable, the surface of which faces the sieve is predominantly continuous, which is not e.g. have a number of foils, wings, or bumps. In other cases it may be useful to find a compromise between the Separation effect and throughput. For technical / physical reasons namely that are often accepted that when generating a pure Parallel flow throughput through the screen is reduced compared to one Prior art methods with high turbulence. It must then be weighed up between the parallel flow which is as rectified as possible or a limited one Generation of vortices. Weak vortices can be created by e.g. a sieve and / or a reamer with profile grooves or strips is used.
  • Fig. 1 the relationships are shown that occur when performing the method in the area of sieve 1, scraper 5 and the paper fiber-containing moving in between Play suspension S.
  • the suspension S is passed through the sieve 1 fractionated by a fraction flowing through the sieve openings 6, while a other part is rejected and ultimately in a designated place the equipment used for the process is removed.
  • the scraper 5 is in Distance A from and relative to sieve 1 in the direction shown by arrow Movement direction 3 moves. Since the surface 8 of the reamer 5 is rough, e.g. like here shown, provided with a number of grooves 7, the suspension is almost dragged along without slip, so that a parallel flow 4 arises. This Parallel flow 4 is not strictly parallel to that facing the suspension Surface of the sieve.
  • the grooves 7 provided to form the rough surface are dimensioned.
  • Their width B at the widest point is advantageously less than 3 mm and theirs Height H at a maximum of 2 mm.
  • other dimensions can also be useful his.
  • this scraper as many as possible to accommodate such grooves, i.e. they have a small distance C at surface 8 from each other. They can be straight parallel, but it is also a diamond or Conceivable wave pattern.
  • the sieve 1 'used according to FIG. 3 has a profile structure on its inlet side:
  • the tops of the sieve bars 12 are opposite to the direction of movement 3
  • Angle a slightly inclined so that it is spatially narrow at the inlet into the sieve openings can form limited micro-vortices. Due to the inclination, protrusions form the sieve columns with the height E. It is also possible to use groove-like depressions with a appropriate depth in the sieve.
  • FIG. 4 shows part of a further sieve with which the method can be carried out.
  • the sieve is provided with a plurality of sieve openings 6, which are designed as narrow slots with a slot width D between 0.1 and 0.4 mm, preferably 0.15 to 0.25 mm.
  • Their longitudinal extent has an angle of attack ⁇ of 100 ° with respect to the direction of movement 3 in the case shown. In general, however, it is 90 °.
  • Fig. 5 shows schematically a fractionation device in a view from above. It contains a housing 13 with a partially drawn cover 14.
  • the sieve 1 is cylindrical Sieve basket, and the reamer 5 is designed as a cylindrical rotor.
  • the rough one Surface 8 is indicated as a thick circular line.
  • the suspension flows through the Inlet 15 between screen 1 and rotor.
  • the sieve pass is through the Fine fraction outlet 16 and the sieve overflow through the coarse fraction outlet 17 dissipated.
  • more than these two fractions can be formed e.g. several fine fractions with the help of differently designed Screen openings.
  • Sieve and rotor are arranged concentrically to each other, but they are other embodiments are also conceivable.
  • Fig. 6 shows a geometric representation of a circular cylindrical rotor trained reamer 5 with substantially axially parallel grooves 7.
  • a shape inserted concentrically in a circular cylindrical sieve, has a very gentle Effect, i.e. generates no significant pressure / suction impulses.
  • pressure / suction pulses are to be generated with Profile strips 18 are provided. These can also generate the Support parallel flow, e.g. with the help of a steep leading edge.
  • the Profile strips 18 have only a small height F (Fig. 8). Your number can too be small, e.g. two to five spread over the circumference.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Fraktioniervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Es ist bekannt, dass wässrige Papierfasersuspensionen durch Nasssiebverfahren fraktioniert werden können. Dabei können unterschiedliche Verfahrensziele verfolgt werden, und zwar erstens die sogenannte Sortierung, d.h. die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen aus der Papierfasersuspension oder zweitens die Faserfraktionierung, also Aufteilung der Papierfasern selbst auf mehrere Fraktionen. Während der Sortiervorgang bei vielen Störstoffen mit sehr gutem Trenneffekt möglich ist, ergeben sich bei den weichen, klebenden Verunreinigungen, den Stickies, erhebliche Probleme bezüglich des Trenneffektes. Bei der Faserfraktionierung werden bestimmte Eigenschaften der Papierfasern, z.B. Länge, Dicke oder Flexibilität als Trenncharakteristikum herangezogen. Ein solches Verfahren ermöglicht die Gewinnung von Faserstoffen mit speziellen Eigenschaften aus Fasergemischen wie z.B. Altpapier. Aber auch native Rohstoffe können entsprechend ihren Fasereigenschaften fraktioniert werden. In der Regel wird bei der Faserfraktionierung eine Aufkonzentrierung der Langfasern im Überlauf des Siebes und eine Aufkonzentrierung der Kurzfasern im Durchlauf des Siebes erreicht. Bisher sind bei Verfahren zur Faserfraktionierung Trennschärfe und/oder Durchsatz in vielen Fällen nicht ausreichend.
Die Vorrichtungen, die man zum Sortieren einerseits und zum Faser-Fraktionieren andererseits einsetzt, sind in ihrem Aufbau sehr ähnlich. Bekanntlich wird fast immer ein Siebräumer relativ zum Sieb in dichtem Abstand vorbeibewegt, um das Verstopfen des Siebes zu verhindern und dadurch einen großen Siebdurchsatz zu ermöglichen.
Eine Vorrichtung zum Sortieren, d.h. Abscheiden von unerwünschten Bestandteilen aus einer Fasersuspension wird in der EP-A-0 299 258 beschrieben. Um den Durchsatz erhöhen zu können, wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Siebräumers mit Stegen zu versehen, die auf Grund ihrer Größe und Form, z.B. geneigte Seitenflächen, Saug- und Druckimpulse erzeugen. Diese sollen insbesondere im Zusammenwirken mit genuteten Sieben deren Freihaltung verbessern.
Ein anderes Dokument, die DE-A-198 36 318, zeigt ebenfalls einen Drucksortierer mit einem Rotor, dessen Wirkung auf der Relativgeschwindigkeit zur ihn umgebenden Suspension beruht. Er enthält eine große Anzahl von Vertiefungen in der Form z.B. von Kugelabschnitten. Die in der US 3,411,721 gezeigte Vorrichtung kombiniert die Funktion des Mahlens mit der des Siebens. Der Rotor ist mit einer Vielzahl von Erhebungen versehen, die dem Faserstoff Stoßimpulse vermitteln sollen, um z.B. enthaltene Splitter zu zerkleinern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, eine größere Trennwirkung beim Fraktionieren - auch von problematischen Bestandteilen, wie z.B. Langfasern und Stickies - zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Günstige Fraktioniervorrichtungen werden in den Ansprüchen 8 bis 11 beschrieben.
Während bei den bekannten Verfahren die Räumer dazu dienen, durch wechselnde Druck- und Saugimpulse oder durch Erzeugung von Turbulenzen das Sieb von Verstopfungen freizuhalten, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Schleppströmung am Räumer, die sich im wesentlichen parallel zu der Siebfläche in Umfangsrichtung bewegt. Die sich in der Suspension befindenden Fasern werden daher gleichmäßig orientiert und die Trennung auf Grund ihrer Länge und/oder ihrer Flexibilität ist mit einem besseren Effekt möglich. Das gilt besonders bei quer zur Parallelströmung ausgerichteten Sortierspalten. Die Freihaltung der Sieböffnungen wird durch von der Oberflächenstruktur des Siebes im Zusammenwirken mit der Schleppströmung hervorgerufene Mikrowirbel und/oder kleinräumige Turbulenzen erreicht. Auch bei der Aussortierung von empfindlichen, leicht zu zerkleinernden Störstoffen, wie Stickies, ist die erfindungsgemäße schonende Siebfreihaltung günstiger. Um die Schleppströmung zu erzeugen, kann der Räumer aufgerauht, z.B. mit einer Vielzahl von Rillen versehen sein. Auch ein an der Oberfläche aufgelegter Filz kann die Schleppwirkung entfalten.
In vielen Fällen sind die Vorteile der Erfindung am besten mit solchen Räumem erzielbar, deren zum Sieb zugewandte Fläche überwiegend stetig ist, die also nicht z.B. eine Anzahl von foils, Flügeln oder bumps (Erhebungen in Kugelabschnittsform) haben. In anderen Fällen kann es von Nutzen sein, einen Kompromiss zu finden zwischen der Trennwirkung und dem Durchsatz. Aus technisch/physikalischen Gründen muss nämlich oft in Kauf genommen werden, dass bei Erzeugung einer reinen Parallelströmung der Durchsatz durch das Sieb reduziert wird im Vergleich zu einem Verfahren aus dem Stand der Technik mit hoher Turbulenz. Es ist dann also abzuwägen zwischen der möglichst gleichgerichteten Parallelströmung oder einer begrenzten Erzeugung von Wirbeln. Schwache Wirbel lassen sich erzeugen, indem z.B. ein Sieb und/oder ein Räumer mit Profilnuten oder Leisten verwendet wird.
Bei den bisher beschriebenen Formen des Verfahrens wurde von einem feststehenden Sieb und einem bewegten Räumer ausgegangen. Auch die kinematische Umkehrung, also bewegtes Sieb und feststehender oder entgegen bewegter Räumer, sind ohne weiteres vorstellbar, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen.
Fig. 1
schematisch dargestellt: Vorgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens am Siebeinlauf;
Fig. 2
Oberfläche eines erfindungsgemäßen Räumers;
Fig. 3
Beispiel mit einem variierten Sieb;
Fig. 4
Teil eines geeigneten Siebes in Aufsicht;
Fig. 5
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Ansicht von oben;
Fig. 6 + 7
verschiedene als Räumer verwendbare Rotoren;
Fig. 8
Detail eines speziellen Räumers.
In der Fig. 1 sind die Verhältnisse dargestellt, die sich bei Durchführung des Verfahrens im Bereich von Sieb 1, Räumer 5 und der dazwischen bewegten papierfaserhaltigen Suspension S abspielen. Wie an sich bekannt, wird die Suspension S durch das Sieb 1 fraktioniert, indem eine Fraktion durch die Sieböffnungen 6 abfließt, während ein anderer Teil abgewiesen wird und letztendlich an einer dafür vorgesehenen Stelle aus der für das Verfahren verwendeten Apparatur entfernt wird. Der Räumer 5 wird im Abstand A vom und relativ zum Sieb 1 in der durch Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung 3 bewegt. Da die Oberfläche 8 des Räumers 5 rauh ist, z.B. wie hier dargestellt, mit einer Anzahl von Rillen 7 versehen ist, wird die Suspension nahezu schlupffrei mitgeschleppt, so dass eine Parallelströmung 4 entsteht. Diese Parallelströmung 4 ist nicht streng parallel zu der der Suspension zugewandten Oberfläche des Siebes. Sie wird z.B. in Nähe des Einlaufes in die Sieböffnungen 6 in Richtung zum Sieb 1 umgelenkt. Dennoch ist ihre Ausrichtung ein entscheidender Unterschied zu den sehr unruhigen Wirbelströmungen, die üblicherweise zur Siebräumung erzeugt werden. Insbesondere ist die neue Art der Strömung stationär, d.h. zeitlich konstant, während übliche Räumer zu einer instationären Strömung mit zeitlich schwankender Druckpuls- und Turbulenzintensität führen. Das am rechten Rand dargestellte Geschwindigkeitsprofil mit der Kurve 10 macht die Schleppwirkung des erfindungsgemäß gestalteten Räumers deutlich. In Räumernähe hat die Suspension etwa dieselbe Geschwindigkeit VR wie der Räumer 5 selbst. In Richtung zum Sieb fällt dann die Kurve 10 ab, wobei auch am Sieb 1 noch eine deutliche Parallelkomponente erhalten bleibt. Auf diese Weise entsteht eine Strömung, in der lange Fasern, aber auch Störstoffe etwa parallel zur Siebfläche orientiert werden, sodass sie eine starke Tendenz haben, an der Sortieröffnung abgewiesen zu werden.
Fig. 2 zeigt als Detailansicht einen Schnitt durch die Oberfläche eines Räumers 5. Insbesondere sind die zur Bildung der rauhen Oberfläche vorgesehenen Rillen 7 vermaßt. Ihre Breite B an der breitesten Stelle liegt mit Vorteil unter 3 mm und ihre Höhe H bei maximal 2 mm. Je nach Anwendungsfall können auch andere Maße sinnvoll sein. Um einen guten Effekt mit diesem Räumer zu erreichen, sind möglichst viele solcher Rillen unterzubringen, d.h. sie haben an der Fläche 8 einen geringen Abstand C voneinander. Sie können geradlinig parallel sein, es ist aber auch ein Rauten- oder Wellenmuster vorstellbar.
Das gemäß Fig. 3 verwendete Sieb 1' hat auf seiner Zulaufseite eine Profilstruktur: Die Oberseiten der Siebstäbe 12 sind gegenüber der Bewegungsrichtung 3 um den Winkel a leicht geneigt, so dass sich am Einlauf in die Sieböffnungen räumlich eng begrenzte Mikrowirbel bilden können. Durch die Neigung bilden sich Vorsprünge über den Siebspalten mit der Höhe E. Es können auch nutartige Vertiefungen mit einer entsprechenden Tiefe in das Sieb eingelassen sein.
Einen Teil eines weiteren Siebes, mit dem das Verfahren durchführbar ist, zeigt die Fig. 4. Die vorgesehene Bewegungsrichtung 3, mit der ein mit diesem Sieb 1 zusammenwirkender nicht gezeigter Räumer bewegt wird, ist ebenfalls eingezeichnet. Das Sieb ist mit einer Vielzahl von Sieböffnungen 6 versehen, welche als enge Schlitze mit einer Schlitzweite D zwischen 0,1 und 0,4 mm, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 mm, ausgebildet sind. Ihre Längserstreckung hat gegenüber der Bewegungsrichtung 3 bei dem gezeigten Fall einen Anstellwinkel β von 100°. Im allgemeinen ist er jedoch 90°.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Fraktioniervorrichtung in Ansicht von oben. Sie enthält ein Gehäuse 13 mit teilweise gezeichnetem Deckel 14. Das Sieb 1 ist als zylindrischer Siebkorb, und der Räumer 5 ist als zylindrischer Rotor ausgebildet. Die rauhe Oberfläche 8 ist als dicke Kreislinie angedeutet. Die Suspension strömt durch den Einlauf 15 zwischen Sieb 1 und Rotor. Der Siebdurchlauf wird durch den Feinfraktionsauslauf 16 und der Siebüberlauf durch den Grobfraktionsauslauf 17 abgeführt. In Spezialfällen können auch mehr als diese beiden Fraktionen gebildet werden, z.B. mehrere Feinfraktionen mit Hilfe von unterschiedlich ausgestalteten Sieböffnungen. Sieb und Rotor sind konzentrisch zueinander angeordnet, es sind aber auch andere Ausführungsformen denkbar.
Fig. 6 zeigt in geometrischer Darstellung einen als kreiszylindrischer Rotor ausgebildeten Räumer 5 mit im wesentlichen achsparallelen Rillen 7. Eine solche Form, konzentrisch in einem kreiszylindrischen Sieb eingesetzt, hat eine sehr schonende Wirkung, d.h. erzeugt keine nennenswerten Druck-/Saug-Impulse.
Falls, z.B. um den Durchsatz am Sieb zu erhöhen, mit dem Räumer wenigstens schwache Druck-/Saug-Impulse erzeugt werden sollen, kann dieser gemäß Fig. 7 mit Profilleisten 18 versehen werden. Diese können auch die Erzeugung der Parallelströmung unterstützen, z.B. mit Hilfe einer steilen Vorderkante.
Um den gewünschten Effekt der Erfindung nicht zu beeinträchtigen, sollten die Profilleisten 18 nur eine geringe Höhe F (Fig. 8) aufweisen. Ihre Anzahl kann auch gering sein, z.B. zwei bis fünf auf den Umfang verteilt.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Fraktionieren einer papierfaserhaltigen Suspension, bei dem die Suspension (S) durch ein Sieb (1,1') in mindestens zwei Faserfraktionen aufgeteilt wird, wobei ein relativ zu diesem bewegter Räumer (5) zur Siebfreihaltung verwendet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer rauhen Oberfläche (8) des Räumers (5) an der Zuströmseite (2) des Siebes (1,1') eine Parallelströmung (4) erzeugt wird,
    indem ein Räumer (5) verwendet wird, der an seiner Oberfläche (8) mit einer Vielzahl von länglichen Vertiefungen, vorzugsweise Rillen (7) oder
    mit einer filzartigen, gut benetzbaren Schicht versehen ist, und
    wobei die Suspension (S) vom Räumer (5) nahezu schlupffrei mitgeschleppt wird, indem sie im sich bis zu einem Millimeter von der Oberfläche des Räumers (5) erstreckenden Kontaktbereich mit mindestens 90 % der Räumergeschwindigkeit bewegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (5) in einem Abstand (A) von höchstens 20 mm an der Zuströmseite (2) des Siebes (1,1') entlangbewegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (5) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 m/s relativ zum Sieb (1,1') bewegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (5) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20 m/s relativ zum Sieb (1,1') bewegt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (5) keine Druck- oder Saugimpulse zum Sieb (1, 1') hin erzeugt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Sieb (1,1') fraktioniert wird, dessen Sieböffnungen (6) länglich sind, mit einer Längserstreckung, die relativ zur Bewegungsrichtung (3) des Räumers (5) in einem Anstellwinkel (β) zwischen 70° und 110° liegt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Sieb (1, 1') fraktioniert wird, an dem mit Hilfe von Vorsprüngen oder Vertiefungen im Zusammenwirken mit der Parallelströmung (4) räumlich begrenzte Wirbel erzeugt werden.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem Gehäuse (13), in dem sich mindestens ein Sieb (1, 1 ') befindet, an dem auf der Zuströmseite ein Räumer (5) entlangbewegt werden kann, um das Zusetzen der Sieböffnungen (6) des Siebes (1, 1') zu verhindern,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (5) eine geschlossene, rauhe Oberfläche (8) aufweist, die durch eine Filzschicht gebildet wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (1') mit Vorsprüngen oder Vertiefungen von höchstens 2 mm Höhe bzw. Tiefe versehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (1, 1') ein zylindrisches Sieb ist, in dem ein zylindrischer Rotor als Räumer (5) rotierbar angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass Siebkorb und Rotor konzentrisch sind.
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