PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3787089T2 05.01.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0274690
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Eindicken einer Faseraufschwemmung.
Anmelder A. Ahlström Corp., Noormarkku, FI
Erfinder Henricson, Kaj, SF-48 100 Kotka, FI
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing.; Ritter und Edler von Fischern, B., Dipl.-Ing.; Kolb, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw., 81925 München
DE-Aktenzeichen 3787089
Vertragsstaaten AT, DE, FR, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 15.12.1987
EP-Aktenzeichen 871185500
EP-Offenlegungsdatum 20.07.1988
EP date of grant 18.08.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.1994
IPC-Hauptklasse D21C 9/18
IPC-Nebenklasse B01D 29/25   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eindickung von Fasersuspension. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Entwässerung von Pulpe, die in einem geschlossenen Raum zur Eindickung gebracht wird, der mit einer feinperforierten oder feingeschlitzten Siebfläche versehen ist. Dies wird erreicht, indem eine für die Eindickung erforderliche Druckdifferenz über die Siebfläche aufrechterhalten wird.

Wasserstoff, insbesondere Zellulose- und Holzfaserpulpe wird in der Regel in Form von verdünnter Suspension behandelt. Zum Beispiel die Klassierung mit perforierten oder geschlitzten Sieben erfolgt bei einer Konsistenz von bis 3%. Nach der Klassierung muß die Fasersuspension aus verschiedenen Gründen auf eine höhere Konsistenz eingedickt werden. Die Konsistenz wird oft z. B. zwecks Lagerung oder Mahlung des Spuckstoffes in einen Bereich von 10% bis 15% angehoben.

In der Papier- und Zellstoffindustrie sind verschiedene Saugfilter bekannt, denen in der einschlägigen Literatur viel Aufmerksamkeit gewidmet ist. Die Eindickung wird mit Saugfiltern dadurch erreicht, daß der Pulpe Wasser durch ein Filtertuch entzogen wird. Es sind auch eine Anzahl andere Ideen und Vorrichtung entwickelt worden, die dazu benutzt werden können, große Flüssigkeitsmengen aus der Pulpesuspension abzuziehen. Gemeinsam für alle diese ist die Tatsache, daß sie von der Konstruktion her kompliziert sind und bewegliche Teile enthalten. Ein Beispiel für solch eine Vorrichtung St in der US-Patentveröffentlichung 3,455,821 dargestellt, wobei Vibrationen zur Reinigung der Siebfläche benutzt werden.

Die US-Patentveröffentlichung 3,870,638 beschreibt die Reinigung einer Siebfläche ausschließlich mit Rückblasung und Druckimpulsen. Problematisch ist jedoch, daß es schwierig ist, das Timing von Rückblasung und Druckimpulsen so genau vorzunehmen, daß das Sieb gereinigt und die aufkonzentrierte Pulpe weiterfließen würde und die verdünnte Pulpe die Eindickungszone der Siebbereichs in einer schnellen Bewegung ausfüllen würde. Für diese Vorrichtung ist außerdem charakteristisch, daß die eingedickte Pulpe während der Eindickungsphase gegenüber der Siebfläche unbeweglich bleibt.

Die obengenannten Vorrichtungen ergeben gewöhnlich eine Konsistenz von 10% bis 15%. Es wird aber oft eine höhere Konsistenz erfordert. Der einschlägigen Literatur zufolge werden allgemein Walzenpressen oder Druckschrauben benutzt, um höhere Konsistenzen zu erreichen.

Bei Walzenpressen wird die Pulpe zu einer Bahn ausgebreitet und zwischen zwei perforierten Walzen hindurch geleitet. Die Walzen bilden einen Druckspalt, der Wasser aus der Pulpe herausdrückt. Nach dem Preßprozeß fällt die Pulpe auf eine Auffangschraube, die sie zur nächsten Behandlungsstufe befördert. Ein Nachteil solch einer Vorrichtung besteht in ihrer komplexen Konstruktion und der Beimischung von Luft in die Pulpe in den dem Pressen nachgeschalteten Phasen.

In der Druckschraube wird der Pulpe Wasser entzogen, indem die Pulpe in einen einlaufenden Raum hineingedrückt wird, der mit einer Siebfläche bestückt ist. Dies drückt das Wasser durch die Siebfläche heraus, was die Konsistenz erhöht. Das Problem bei solch einer Vorrichtung besteht in ihrer komplizierten Konstruktion und der Gefahr, daß die Perforationen der Siebfläche verstopft werden.

Als einfachere Form von Eindicker-/Filterkonstruktionen sind sog. Rohrfilter bekannt. Ein Beispiel dafür sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eindickung von feststoffhaltiger Flüssigkeit, die in der US-Patentveröffentlichung 3,794,179 dargestellt sind. Die Funktion der Vorrichtung beruht auf der Eindickung von Feststoff auf einer Siebfläche in der ersten Phase.

In der nächsten Phase wird der konzentrierte Stoff mit einer starken Strömung gespült. Kontinuierliche Spülung ist eine alternative Reinigungsmethode. Welche Reinigungsmethode auch immer benutzt wird, es bleibt das Problem bestehen, daß das konzentrierte Material durch den Einsatz von Waschflüssigkeit verdünnt wird. Somit ist die Vorrichtung zur Erzeugung von Filtrat ohne Feststoff besser geeignet als zur Eindickung von Pulpesuspension.

Ein anderes Beispiel für einen Rohrfilter ist eine Vorrichtung gemäß US-Patentveröffentlichung 3,674,154, wo das Problem in der Verstopfung der Siebfläche besteht. Dies kann zumindest teilweise dadurch vermieden werden, daß die Erweiterung der Strömungsquerschnittsfläche ausgenutzt wird, was derselben Veröffentlichung zufolge Partikeln infolge ihrer Trägheit in der Mitte der Strömung hält und erlaubt, daß sich die leichtere Flüssigkeit zu den Wänden und durch die Löcher der Siebfläche heraus bewegt. Solch eine Vorrichtung ist nützlich, wenn verhältnismäßig große Partikeln aus einer schnell fließenden dünnen Flüssigkeit abgeschieden werden. Die Vorrichtung ist zur Eindickung von Pulpesuspension jedoch nicht geeignet, weil die Fasern in der Suspension nicht lose sind, sondern ein dreidimensionales Fasergeflecht bilden, das geneigt ist, sich durch Biegekräfte der Fasern auszudehnen. Daher bleiben die Fasern nicht in der Mitte der Strömung. Ein anderes Hindernis für die Anwendung einer Vorrichtung gemäß dieser US-Veröffentlichung besteht in der Tatsache, daß sich der Pulpefluß als Pfropfenströmung fortbewegt, die relativ zähflüssig ist und verhindert, daß sich die Strömung an Drossel- und Erweiterungsstellen wie flüssiges Material normalerweise verhält.

Bei einer dritten, den vorhergehenden ähnlichen Lösung, handelt es sich um eine Vorrichtung gemäß US-Patentveröffentlichung 4,421,646, die ein Rohrfilter ist, der mehrere aufeinander angeordnete Siebplatten oder entsprechende Organe aufweist. Zwischen diesen Flächen befindet sich Material, das die Feinfilterung übernimmt. Diese Lösung ist, wie in der Veröffentlichung erwähnt, fürs Sieben von Wasser oder entsprechendem, nicht aber zur Eindickung von Suspension bestimmt. Außerdem würde sich die Vorrichtung nicht zur Eindickung von Fasersuspension eignen, weil die Schlitze der Siebplatten Fasern geradezu ansammeln würden und das feine Filtermaterial zwischen den Platten anderseits durch das in der Pulpesuspension enthaltene feine Material unmittelbar verstopft würde.

Als viertes Beispiel für Eindickungsvorrichtungen soll ein Rohreindicker gemäß US-Patentveröffentlichung 2,998,064 erwähnt werden, der zur Entfernung von Flüssigkeit aus Hackschnitzel-Flüssigkeit-Suspension bestimmt ist. Die Wände des Eindickers bestehen aus zur Strömung parallelen Rippen, zwischen welchen Rippen so schmale Spalte verbleiben, daß Holzsplitter da nicht durchdringen können. Außerdem entspricht der Durchmesser des Rohreintritts dem lichten Durchmesser des Eindickers und der Durchmesser des Rohraustritts dem Außendurchmesser des Eindickers, wodurch die teilweise in die Spalte angelangten Splitter durch die Strömung teilweise weggespült werden, ohne den Eindicker vom Austrittsende an rückwärts zu verstopfen. Konstruktionell läßt sich jedoch solch ein Eindicker schwerlich realisieren, weil sich die Wand des Eindickers aus losen Stangen zusammensetzt, deren stabile Verbindung miteinander, um gleichmäßige Spalte zu erhalten, große Präzision und Sorgfalt erfordert.

Vom Europäischen Patentamt wurden während des Studiums der vorliegenden Erfindung die folgenden drei Dokumente herangezogen.

1. US-A-4 095 060. Dies zeigt ein Verfahren zur Entfernung von suspendierten Feststoffen aus einer Flüssigkeit, die suspendierte Feststoffe und gelöste Feststoffe enthält, die im Zustand einer Pfropfenströmung fließen können. Dem Verfahren zufolge wird Flüssigkeit mit solchen Feststoffen durch einen Stutzen mit einer Geschwindigkeit geleitet, die Voraussetzungen für eine Pfropfenströmung im Kanal schafft, wobei sich suspendierte Feststoffe vorzugsweise in einem beweglichen Pfropfen in einem Abstand zur Kanalwand ansammeln und die Flüssigkeit an der genannten Wand entlang relativ frei von suspendierten Feststoffen ist, die genannte Wand für besagte Flüssigkeit und mindestens einen Teil der darin gelösten Feststoffe durchlässig ist, danach ein Teil der Flüssigkeit mit den darin gelösten Feststoffen durch die Kanalwand über entsprechende aufeinanderfolgende, in der Strömungsrichtung der Flüssigkeitsströmung durch besagten Kanal angeordnete Kanalabschnitte entfernt wird, wobei besagte Flüssigkeit in solch einer Menge entfernt wird, daß der Pfropfen auf Abstand zur genannten Wand gen alten wird, wobei die Flüssigkeit an der Wand verhältnismäßig frei von suspendierten Feststoffen ist, und dann besagtem Kanal rückgeführt wird zur weiteren Abscheidung von Feststoffen und Flüssigkeit aus Flüssigkeit mit darin suspendierten Feststoffen, die den genannten Kanal bereits durchflossen haben.

2. J. Gullichsen et al.: Medium consistency technology. 1. Fundamental data. Journal of the technical Association of the Pulp and Paper Industry, vol. 64, no. 6, Juni 1981, Seiten 67-72.

Dieses Dokument beschäftigt sich mit der Forschung der Strömung von Fasersuspensionen und von besonderem Interesse ist der Teil, der sich mit mehreren Strömungsverhalten befaßt. Beginnend mit einer Pfropfenform, die mit einer Rohrwand in Kontakt steht, wird der Pfropfen, wie festgestellt wird, nur durch Verdrehung des Pfropfens durch eine Scherkraft in Bewegung gesetzt. Die Bewegung setzt ein, wenn diese Fließspannung überschritten ist. Die Suspension bewegt sich zunächst wie ein geschobener viskoelastischer Körper in direktem Wandkontakt. Demnächst zeigt der Author mittels Diagrammen und einer Zeichnung, wie mit zunehmender Geschwindigkeit der Durchmesser des Pfropfens zurückgeht, wenn sich immer mehr Fasern davon lösen, bis die Geschwindigkeit solch ist, daß es keinen Pfropfen mehr gibt und die Strömung dann eine turbulente Masse aus suspendierten Fasern ist.

3. Ol. L. Forgacs et al.: "The Hydrodynamic Behavior of Paper-Making Fibres", Pulp and Paper Magazine of Canada, Mai, 1958. Dieses Dokument gibt eine Übersicht über drei Strömungsarten, die beim hydrodynamischen Verhalten von Papierherstellungsfasern entstehen. Es beschreibt mitunter, wie bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, wenn es zwischen dem Pfropfen und einem Rohr, in dem sich der Pfropfen bewegt, nur eine sehr dünne Flüssigkeitsschicht gibt, die direkte Faser-Wand-Reibung Flocken ergibt, die die Rohrwand entlang rollen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entwässerung von Fasersuspension mit einem statischen Eindicker vorzusehen, der keine beweglichen Teile enthält und frei von den obenbeschriebenen Nachteilen ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eindickung von Fasersuspension in Pfropfenform durch den Abzug von Flüssigkeit aus der Suspension unter dem Einfluß einer über die Filterfläche wirksamen Druckdifferenz.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge hat die Fasersuspension eine Anfangskonsistenz von mindestens 3% und wird in einen mit Filterflächen ausgestatteten Kanal geleitet, wobei der Kanal einen so großen Querschnitt aufweist, daß die Fasersuspension in Pfropfenform und in direktem Kontakt mit der Filterfläche dadurch fließen kann, welcher Faserpfropfen aus einem mehrdimensionalen Fasergeflecht besteht und wobei:

a) die Menge des abgezogenen Filtrats derart geregelt wird, daß die innere Reibung des Faserpfropfens größer bleibt als die Oberflächenreibung zwischen dem Faserpfropfen und der Filterfläche; und/oder

b) die Strömungsgeschwindigkeit des Pulpepfropfens mit Rücksicht auf die einzudickende Pulpe und die Strömungskanäle und Filterflächen des Eindickers so gewählt sind, daß die Oberflächenreibung zwischen dem Faserpfropfen und der Filterfläche kleiner bleibt als die innere Reibung der Pulpe.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Eindickung von Fasersuspension in Pfropfenform, in welcher Vorrichtung ein Eindickungsorgan vorgesehen ist, das aus einem oder mehreren Kanälen besteht, wobei jeder Strömungskanal einen so großen Querschnitt hat, daß Pulpe mit einer Konsistenz von mindestens 3% in Pfropfenform dadurch fließen kann und jeder Strömungskanal durch Filterflächen begrenzt ist, wobei die Größe der Poren, Perforationen oder Schlitze der genannten Filterfläche und die Abmessungen der genannten Strömungskanäle derart sind, daß die Oberflächenreibung zwischen dem Pfropfen und der Filterfläche kleiner bleibt als die innere Reibung des Faserpfropfens.

Weitere bedeutsame Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine nähere Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend gegeben mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen, wobei

Fig. 1 zeigt, wie sich die Konsistenz einer Fasersuspension auf die Oberflächenreibung und die innere Reibung der Pulpe auswirkt,

Fig. 2 stellt in einem größeren Maßstab dar, wie sich die Größe der Öffnungen der Siebfläche auf das Verhalten von Fasern in der Nähe einer Öffnung auswirkt,

Fig. 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar,

Fig. 4 stellt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar,

Fig. 5 stellt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar,

Fig. 6 stellt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar,

Fig. 7 stellt als Beispiel die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei einem Bleichprozeß von Pulpe dar, und

Fig. 8 stellt als Beispiel die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Mahlung von Spuckstoff dar.

Fig. 9a und b zeigen in einer graphischen Darstellung die Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das Koordinatensystem in Fig. 1 umfaßt eine horizontale, die Konsistenz von Pulpe darstellende und eine vertikale Koordinatenachse für die Reibung. Kurve 1 verdeutlicht die Korrelation zwischen Reibung und Pulpekonsistenz in der Rohrströmung, wenn die Rohrwand ziemlich große Löcher (Durchmesser über 1 mm) aufweist. Kurve 2 veranschaulicht die innere Reibung von Pulpe, mit anderen Worten, wie große Scherkräfte die Pulpe übertragen kann, d. h. wie fest die Fasern miteinander verbunden sind. Kurve 3 entspricht Kurve 1, jedoch mit kleineren Perforationen (Durchmesser rund 0,2 mm). Kurve 4 stellt die Oberflächenreibung der Rohrströmung dar, d. h. wie große Scherkräfte an einer heilen Rohrwand entstehen, wenn die Pulpe langsam im Rohr fließt. Weil die Oberflächenreibung 4 kleiner ist als die innere Reibung 2, bewegt sich die Pulpe als Pfropfenströmung im Rohr fort. Dies ist eine allgemein bekannte Tatsache und betrifft die niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten. Zum Beispiel Pulpe mit einer Konsistenz von 10% ist äußerst zähflüssig, und die Strömung erfolgt bei normalen Geschwindigkeiten, die in der Größenordnung von 1 bis 2 m/s liegen, als reine Pfropfenströmung. Die Strömungsgeschwindigkeit muß in den Bereich von 30 bis 40 m/s angehoben werden, bevor die Gesamt-Turbulenz so intensiv wird, daß sie das Fasergeflecht aufbricht - nur dann erfolgt die Strömung nicht mehr als Pfropfenströmung. Die Pulpeströmung bildet also einen zähen Pfropfen, der auch Oberflächenfasern so lange mitführt, wie die Strömungsgeschwindigkeit niedrig genug ist und die Fasern sich nicht an der Wand festsetzen.

Es ist möglich, die Pulpesuspension beim Fließen im Rohr einzudicken, indem die Rohrwand mit Perforationen, Schlitzen oder Poren versehen wird. Fig. 2 zeigt, die sich Fasern in der Nähe von unterschiedlich großen Perforationen verhalten. Fig. 2A zeigt eine Situation, wo die Perforationen klein genug sind, Durchmesser rund 0,2 mm, in welchem Fall die Fasern in die Perforation nicht eindringen sondern auf der Sieboberfläche bleiben. Die Fasern setzen sich nicht an der Siebfläche fest, obwohl etwas Filtrat durch die Perforationen abgezogen wird. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Oberflächenreibung geringfügig größer als die auf einer glatten Oberfläche wirksame Reibung 4.

Wenn allzu große Perforationen benutzt werden (Durchmesser etwa 1 mm, Fig. 2B) gelangen die Fasern teilweise in die Löcher, die Oberflächenreibung steigt an und kann leicht die innere Reibung 2 der Pulpe übersteigen. In solch einem Fall lösen sich die Bindungen zwischen den Fasern auf, und die Fasern bilden kein zähes Geflecht mehr mit dem Ergebnis, daß immer mehr Fasern in die Perforationen der Siebfläche eindringen und somit eine schnelle Verstopfung der Siebfläche zur Folge haben.

Daher ist es wichtig, daß die Oberflächenreibung in der Eindickungsvorrichtung kleiner gehalten wird als die Oberflächenreibung der Fasersuspension. Die Strömung leibt mit anderen Worten Pfropfenströmung, wo die Fasern der Pulpesuspension fest aneinander gebunden sind und somit von der Pulpe mitgeführt werden, ohne die Perforationen der Siebfläche zuzusetzen.

Dem bei der Erfindung beschriebenen Verfahren zufolge kann als Konsistenz der eingegebenen Pulpe s&sub1; gewählt werben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die innere Reibung an Kurve 2 gleich K. Falls die Vorrichtung eine Siebfläche mit kleinen Perforationen hat, kann die Konsistenz in der Nähe der Oberfläche auf einen Wert s&sub2; ansteigen, ohne daß die Oberflächenreibung 3 die innere Reibung 2 übersteigt. Andererseits, falls die Eingabekonsistenz und die gewünschte Konsistenz zusammen mit dem Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit bekannt und, kann die Maximalgröße der Perforationen festgelegt werden.

Somit wird es durch die Erfindung ermöglicht, Filtrat von der Oberfläche einer Pfropfenströmung ohne Behinderung der Pfropfenströmung abzuleiten. Dies kann auf kontrollierte Weise erfolgen, und die mittlere Konsistenz kann somit ohne Verstopfung der Siebfläche angehoben werden, obwohl die Konsistenz in der oberen Schicht höher ist als sonstwo in der Strömung. Dies ist möglich durch die Verwendung von Pulpe, in der die Fasern ein dreidimensionales Fasergeflecht bilden, das äußerst zäh ist, auch wenn zwischen den Fasern leicht fließende Flüssigkeit vorhanden ist, die abgeführt wird.

Wenn die erforderliche Erhöhung der Konsistenz größer ist, als was die Größe der Perforationen der Siebfläche zuläßt, soll die Erhöhung stufenweise erfolgen: in der ersten Stufe von Konsistenz s&sub1; auf die Oberflächenkonsistenz s&sub2;, wobei die mittlere Konsistenz s&sub3; ist; in der zweiten Stufe von der mittleren Konsistenz s&sub3; auf die Oberflächenkonsistenz s&sub4; und so weiter. Als Beispiel kann ein Probelauf erwähnt werden, wobei die Konsistenz eines bestimmten Pulpetyps von 11,4% auf 14,25 in einer Stufe angehoben werden konnte.

Fig. 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei die Vorrichtung 10 einen Eintritt 11, einen Austritt 12, einen diese beiden verbindenden Kanal 13, Filter- oder Siebflächen 14 und 15 des Kanals, eine Außenwand 16 und einen Filtrat-Ablaufkanal 17 umfaßt, der ein Regelventil 18 aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auffolgende Weise: Die Vorrichtung ist erstens mit Strömungsrohren für Pulpe oder einem entsprechenden Organ verbunden, so daß sich die Pulpe als Pfropfen durch den Eindicker 10 fortbewegt. An den Siebflächen 14 und 15 (wobei es sich auch um eine durchgehende zylindrische Fläche handeln kann) des Eindickers 10 besteht über die Siebfläche eine Druckdifferenz, was zur Folge hat, daß Flüssigkeit durch die Siebfläche gefiltert wird. Die erforderliche Druckdifferenz wird entweder durch den durch die Pulpe selbst erzeugten hydraulischen Druck, durch einen mittels einer Pumpe erzeugten Druck, durch eine getrennt erzeugte Saugwirkung oder durch jede beliebige Kombination dieser erzeugt. Die Siebfläche 14, 15 besteht aus einer planförmigen oder gekrümmten Platte mit Perforationen, Schlitzen oder Poren, deren Durchmesser oder Breite kleiner als 0,3 mm, vorzugsweise 0,2 mm ist, wodurch die Anwendung von ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeiten ermöglicht und ein gutes Filterungsergebnis erhalten wird.

Eine Weiterentwicklung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist ein Eindicker, der ein zentral angeordnetes Verteilungsorgan zwischen den Siebflächen im Kanal umfaßt. Dieses Verteilungsorgan bildet zwischen sich und den Filterflächen Kanäle, die schmaler als der Eintrittskanal sind. In den Versuchen, auf die bereits verwiesen wurde, entsprach die Eindickerlösung genau der Obenbeschriebenen; die Filterfläche bestand aus einem Siebplattenzylinder, dessen Durchmesser 381 mm war, und das zentral angeordnete Verteilungsorgan war ein geschlossener Zylinder mit einem Durchmesser 256 mm. Somit blieb zwischen der Siebfläche und dem geschlossenen Zylinder ein 62,5 mm breiter ringförmiger Strömungskanal. Beim Test betrug die Länge der Filterfläche rund 330 mm, das Areal 0,4 m², wovon 10% offene Fläche, und die Perforationen der Siebfläche hatten einen Durchmesser von 0,2 mm. Die Konsistenz der dem Eindicker zugeführten Pulpe war 11,4% und die der eingedickten Pulpe 14,25%. Der Volumenstrom belief sich auf 500 l/min, der Eingabedruck auf 4,9 bar, und die Druckdifferenz über den Filter auf 4,2 bar bei einer Filtrat-Aufgabe von 100 l/min.

Eine andere in Fig. 4 dargestellte ,bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist das Ergebnis der Weiterentwicklung einer in Fig. 3 gezeigten und beim obengenannten Test eingesetzten Vorrichtung. Die in der Figur dargestellte Vorrichtung hat eine im wesentlichen zylindrische Konstruktion, obwohl auch verschiedene Lösungen möglich sind, die auf einem Kegel plus Zylinder oder zwei Kegeln beruhen. Wie aus der Figur hervorgeht, umfaßt die Vorrichtung 20 einen zylindrischen Eintrittskanal 21, einen Austrittskanal 22 derselben Form und ein Eindickungsorgan 23 dazwischen. Das Eindickungsorgan 23 ist in drei Zonen aufgeteilt: eine erste Eindickungszone 24, eine Homogenisierungszone 25 und eine zweite Eindickungszone 26. Die erste Eindickungszone umfaßt ein zylindrisches Verteilungsorgan 27, dessen mit einer Filterfläche versehenen Mantel 28, einer gegenüberliegenden Filterkammer 29, in die Flüssigkeit durch eine Filterfläche 30 abgeführt wird, und Filtrat-Ablaufkanäle 31 und 32, deren letzterer Filtrat aus der durch das Verteilungsorgan 27 gebildete Filterkammer ableitet. Zwischen der Filterfläche 28 des Verteilungsorgans 27 und der gegenüberliegenden Sieb oder Filterfläche 30 verbleibt ein erster Strömungskanal 33.

Bei der in Fig. 4 illustrierten Ausführungsform wird die Homogenisierungszone 25 durch eine Schulter 35 zwischen dem Verteilungsorgan 27 und seiner Verlängerung 34 und auch eine Endschulter 36 der Filterfläche 30 gebildet, die die Strömungsquerschnittsfläche im Kanal 37, der eine Verlängerung des Kanals 33 ist, erweitert. Der Zweck der Homogenisierungszone besteht darin, die Fasersuspension derart durchzumischen, daß ihre Konsistenz homogenisiert wird. Bei der in Fig. gezeigten Ausführungsform bewirken die Schultern mit einem scharfen Winkel eine Neuorientierung des Fasergeflechts und somit Homogenisierung der Konsistenz. Der Grund für die Durchmischung ist, daß die Konsistenz am Innen- und Außenumfang des aus der ersten Eindickungszone kommenden "Pulprings" erheblich höher ist als die Konsistenz im mittleren Teil des Rings. Deshalb ist es in Hinsicht auf die Eindickung vorteilhaft, die Pulpesuspension vor der zweiten Eindickungszone möglichst gut durchzumischen. Der Grund für die Erweiterung des Strömungskanals ist die Tatsache, daß bei zunehmender Pulpekonsistenz die Bindekräfte zwischen den Suspensionsfasern ebenfalls zunehmen. Wenn also die Pulpe dünnflüssig ist, muß der Abstand zwischen den Filterflächen klein sein, damit sich die Pulpe an der Siebfläche nicht festsetzt und die Suspension als Pfropfenströmung weiterfließt. Nach der ersten Eindickungszone ist die Konsistenz so weit angestiegen, daß die Strömungsquerschnittsfläche infolge der erhöhten inneren Reibung erweitert werden kann. Die Konsistenz der Pulpe kann auch homogenisiert werden, indem man die Pulpe ohne Ableitung von Filtrat lange genug stehen läßt, wodurch die Verwendung der Schulter hauptsächlich den unvermeidlichen Homogenisierungs- Prozesses sogar noch effektiviert.

Nach der Homogenisierungszone 25 gibt es eine zweite Eindickungszone 26, die um den ringförmigen Strömungs- Kanal 37 herum konstruiert ist. Die Innenseite des Kanals 37 besteht aus einer Filterfläche 38, die den Mantel der Verlängerung 34 des Verteilungsorgans 27 bildet. Das Filtrat wird entweder über einen mit der Filterkammer 27 gemeinsamen Kanal oder einen getrennten Kanal 39 abgeleitet. Der Außenumfang des Strömungskanals 37 besteht aus einer Filterfläche 40, auf deren Außenseite eine Filterkammer 41 verbleibt, woraus das Filtrat entweder über die Filterkammer 29 oder einen getrennten Kanal 42 abgeleitet werden kann.

Wie bereits festgestellt wurde, kann die über die Filterflächen wirksame Druckdifferenz entweder durch hydrostatischen Druck, Drosselung des Ablaufkanals oder in der Filterkammer erzeugte Saugwirkung zustande gebracht werden.

Mit der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung ist es möglich, die in Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnte stufenweise Eindickung mit ein und derselben Vorrichtung durchzuführen. Ebenfalls ist es möglich, mehr Eindickungszonen vorzusehen, als in Fig. 4 dargestellt ist. Es ist auch wichtig, stets eine Homogenisierungszone zwischen den verschiedenen Eindickungszonen vorzusehen, um die Konsistenz der Pulpe möglichst weit zu homogenisieren. Dies braucht nicht unbedingt durch eine schroffe Erweiterung der Strömungsquerschnittsfläche, wie in Fig. 4 dargestellt, getan zu werden, sondern kann z. B. durch ein bewegliches Organ, das im Falle zylindrischer Vorrichtungen z. B. ein Läufer sein könnte, erfolgen. Dies würde auch die Anwendung zweier konzentrischer Konusse als Filterflächen ermöglichen, von welchen Konus sen der äußere einen größeren Spitzenwinkel aufweist, was zur Folge hat, daß sich der Strömungskanal gleichmäßig zum Austritt hin erweitert. Ebenfalls ist es möglich, einen Konus und einen Zylinder oder zwei Konusse einzusetzen, die sich in entgegengesetzte Richtungen leicht verjüngen. Das Grundprinzip besteht darin, daß man den Strömungspfad sich vom Eintritt zum Austritt hin erweitern läßt.

Fig. 5 zeigt eine der Lösung von Fig. 3 entsprechende Ausführungsform mit dem Unterschied, daß die Filterflächen 74 und 75 des Eindickers 70 aus flexiblem Material bestehen. Vorzugsweise bilden die Flächen 74 und 75 eine Drosselstelle 76 gemäß Fig. 5, von welcher Position sich die Flächen 74 und 75 jedoch durch die Wirkung des Pulpedrucks zu deren Stützflächen 72 und 73 in bewegen können, die verhindern, daß der Strömungskanal größer als der Austritt 77 wird. Einer guten Lösung zufolge wird als Filterorgan ein perforiertes zylindrisches Gummirohr benutzt, welches Rohr an den Enden auf die Weite des Eintritts und Austritts gedehnt ist.

Fig. 6 präsentiert andererseits eine etwas einfachere Ausführungsform, die der in Fig. 4 dargestellten Konstruktion im Prinzip entspricht. Hier ist die Fläche 8 eines Verteilungsorgans 84 eines Eindickers 80 z. B. durch Druckluft so aufgeblasen und flexibel angeordnet, daß seine Oberfläche Pulpe gegen ihre Gegenfläche 90 drückt, welche Gegenfläche auch flexibel sein kann wie die Flächen 74 und 75 in Fig. 5. Dadurch können auch größere Pulpeflocken den Strömungspfad 87 passieren, ohne ihn zu verstopfen. Dies kann weiter dadurch sichergestellt werden, daß das Verteilungsorgan in Strömungsrichtung verjüngend ausgeführt wird, welche Verjüngung durch das Aufblähen der Filterflächen ausgeglichen wird. Zusätzlich stellt Fig. 6 die Oberfläche 88 perforiert dar, was natürlich bedeutet, daß sie nicht direkt durch Druckluft, sondern z. B. über ein oder mehrere Druckmittelvorrichtungen wie ein ringförmiges, um das Verteilungsorgan 84 herum angeordnetes ringförmiges Druckorgan aufgeblasen sein kann. Falls aber die Fläche 88 dicht ist, kann Druckluft oder entsprechendes Medium z. B. über den Stutzen 82 dem Verteilungsorgan zugeführt werden.

Beide oben dargestellten Ausführungsformen sind Beispiele dafür, wie viele Variationen durch die Vorrichtung und etwas Verfahren gemäß der Erfindung gefunden werden können. Ferner ist es möglich, daß - wenn die Strömungskanäle rechteckig sind - die gesamte Nachgiebigkeit der Filterflächen daraus besteht, daß die gesamte Wand gegen ein Druckorgan (Feder, Gummibalg, u. dgl.) gedrückt wird. In diesem Fall drosselt die Ausgangsposition der Wand natürlich die Strömungsquerschnittsfläche, und die maximale Elastizität richtet sich nach der Strömungsquerschnittsfläche des Eindicker-Austritts. Das genannte Druckorgan sorgt auch für eine verstellbare Druckkraft. Ferner ist es möglich, daß in einigen Fällen ein sackartiges Organ mit verstellbarem Druck als Verteilungsorgan benutzt wird. Das sackförmige Organ wäre unperforiert und sein ganzer Zweck würde darin bestehen, den Pulpefluß gegen die Filterflächen zu drosseln.

Für sämtliche auf einer flexiblen Filterfläche beruhenden Lösungen ist jedoch charakteristisch, daß sie den Durchfluß von Flocken zulassen, ohne den Eindicker zu verstopfen oder die Eindickungskapazität des Eindickers zu reduzieren, weil sie nur bei der fraglichen Flocke nachgeben und nach derem Passieren ihre Form wiedererlangen.

Der Eindicker braucht nicht unbedingt zylindrisch zu sein; der Eintrittskanal, der Austrittskanal und der Eindicker können elliptisch oder rechteckig, d. h. jeder regelmäßigen geometrischen Form sein, die die zentrale Positionierung des Verteilungsorgans derart ermöglicht, daß die Fasersuspension es gleichmäßig umfließt. Die Vorrichtung kann derart weiterentwickelt werden, daß der Eindicker mehrere getrennte Verteilungsorgane umfaßt, welche Organe zusammen mit den Außenflächen des Eindickers mehrere Strömungskanäle bilden, die den gleichen Stromungswiderstand aufweisen. Dadurch können die Filterflächen planförmig und bei Bedarf entgegen der Strömungsrichtung etwas keilförmig angeordnet werden, so daß sich der Strömungskanal in der Strömungsrichtung erweitert. Es ist auch nicht nötig, daß alle in Fig. 4 dargestellten Filterflächen eingesetzt werden, sondern stattdessen ist es möglich, eine Vorrichtung zu benutzen, wo das Verteilungsorgan z. B. vollkommen geschlossen ist. Natürlich kann ein Teil der Filterflächen zeitweise unbenutzt sein, oder es kann zeitweise Rückblasung zur Reinigung der Flächen eingesetzt werden.

Fig. 7 stellt die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung beim Bleichprozeß von Pulpe dar. Die Pulpe wird aus einem Eindicker 50 mit einer Konsistenz von 12% mit einer sog. MC-Pumpe 51 durch einen erfindungsgemäßen Eindicker 52 in ein Chemikalienmischwerk 53 gepumpt, wobei die Konsistenz der Pulpe beim Erreichen des Mischwerks rund 18% beträgt und die Pulpe als solche weiter einem Bleichturm 54 zugeführt wird.

Ein zweites Anwendungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt, die eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mahlung von Spuckstoff darstellt. Bei dieser Anwendung wird die Pulpe aus einem Rejektpulpebehälter 60 mit einer Pumpe 61 in einen Eindicker 62 gepumpt, der mit einer. direkter Rohrleitung verbunden ist und von wo die Pulpe, von einer Konsistenz von 3% auf eine Konsistenz von 8% eingedickt, einem Schleifer 63 zufließt.

Wie aus den obenbeschriebenen ein paar Anwendungsbeispielen hervorgeht, haben das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zahlreiche voneinander abweichende Anwendungen. Aufgrund seiner einfachen Konstruktion, geringen Größe und Zuverlässigkeit im Betrieb ist die Vorrichtung für viele Einsatzstellen geeignet, wo normale Trommeleindicker, usw. nur schwerlich untergebracht werden könnten.

Bei er Beschreibung sind nur ein paar bevorzugte Ausführungsformen dargestellt, wofür verschiedene alternative Lösungen in einer etwas allgemeineren Form präsentiert sind. Der im Test benutzte zylindrische Eindicker, dessen Filterfläche Perforationen mit 0,2 mm Durchmesser hat, kann z. B. durch zwei parallele planförmige Siebflächen, die den Strömungspfad zwischen sich bilden, oder durch ein quadratisches oder entsprechendes Rohr ersetzt werden. Ebenso können die Perforationen der Siebfläche durch lange, in einigen Fällen endlose, zur Strömung parallele Schlitze ersetzt werden, deren Breite vorzugsweise 0,2 mm beträgt. Diese Alternative vermindert weiter die Verstopfungsgefahr der Siebfläche.

Eine vorteilhafte Form eines Schlitzsiebes besteht in einer Konstruktion, wo die der Pulpe zugewandte Siebfläche aus langgezogenen Schlitzen besteht, deren breite manchmal sogar kleiner als 0,2 mm ist. Auf der Außenseite des Siebes sind dem Siebschlitz gegenüber größere Löcher gebohrt worden, die in einigen Fällen gleichzeitig bis an den Grund von mehreren Schlitzen heranreichen.

Falls die Innere Siebfläche verstopft sein sollte, ist es möglich ein Reverse-Flow-Spülsystem in der Vorrichtung vorzusehen, oder aber das Innenelement der Vorrichtung kann derart angeordnet werden, daß es sich in der Strömungsrichtung bewegen läßt, was zumindest die schlimmsten Verstopfungen öffnet. Ferner können im Eindicker unterschiedliche Schaber oder Läufer zur Öffnung der Verstopfungen installiert werden.

Fig. 9a stellt die Druckdifferenz über die Siebfläche als Funktion der Zeit dar. Fig. 9b illustriert die Veränderung im Volumenstrom des Filtrats im Ablaufkanal über der Zeit. In der Anfangsphase, d. h. bei der Inbetriebsetzung der Vorrichtung, nehmen sowohl die Druckdifferenz über die Siebflächen als auch der Volumenstrom des Filtrats gleichmäßig zu. Somit ist die Innere Reibung der Pfropfenströmung der Fasersuspension In dieser Phase größer als die Oberflächenreibung zwischen dem Faserpfropfen und der Siebfläche, weil das Filtratvolumen mit der Zunahme der Druckdifferenz ständig ansteigt. Bei einer bestimmten Druckdifferenz beginnt das Filtratvolumen jedoch schnell abzusinken, was bedeutet, daß sich auf der Siebfläche schnell Fasergeflechte bilden. Dies zeigt an, daß die Oberflächenreibung größer geworden ist als die innere Reibung des Faserpfropfens. In dieser Phase soll die Druckdifferenz gesenkt werden, wie in Fig. 9a dargestellt ist, und das Filtratvolumen beginnt anzusteigen, wie in Fig. 9b dargestellt ist, bis das Filtratvolumen im Verhältnis zur Druckdifferenz nach einiger Zeit das gleiche ist als zu Beginn der Einstellung. Auf diese Weise kann die Siebfläche vollständig gereinigt werden. Wenn der Maximalwert der Druckdifferenz, d. h. der Wert bekannt bei dem sich die Fasermatte zu bilden beginnt, kann die Druckdifferenz etwas kleiner eingestellt werden, was einen gleichmäßigen Filtratfluß gewährleistet, und die Siebfläche keine Tendenz zur Verstopfung zeigt. Die Druckdifferenz im Verhältnis zu ihrem Maximalwert, d. h. zu derjenigen Druckdifferenz, bei der das Sieb verstopft wird, wird durch eine Konsistenzschwankungen der eingegebenen Pulpe festgelegt. Je homogenere die Konsistenz der Pulpe ist, desto näher am genannten Grenzwert kann die gewählte Druckdifferenz liegen und umgekehrt. Die obenbeschriebene Prozedur kann erfolgreich auch dann eingesetzt werden, wenn die Vorrichtung verstopft ist. Der Austritt für Filtrat braucht nur gedrosselt zu werden, und der Faserpfropfen zieht die an der Siebfläche festgesetzten Fasern mit sich und die Siebfläche wird gereinigt.

Schließlich hat es sich vorteilhaft erwiesen, auf der Filtratseite der Siebplatte einen Ultraschall- oder anderen Hochfrequenzsender vorzusehen, mit dem das Festsetzen von Fasern an der Siebfläche erschwert wird. Durch Benutzung der obenbeschriebenen Vibrationen geht die Oberflächenreibung an der Siebfläche zurück, das selbstverständlich einen Rückgang des Strömungswiderstandes sowohl bei Pulpe als Filtrat ergibt. Außerdem werden die Fasern durch die Vibrationen einigermaßen an der Oberfläche des Pfropfens gemischt, und das Konsistenzprofil wird gleichmäßiger, die Konsistenz steigt also nah der Siebfläche nicht so schnell an wie vorher.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Eindickung von Fasersuspension in Pfropfenform durch Flüssigkeitsabzug aus der Suspension unter Einwirkung einer über eine Filterfläche wirksame Druckdifferenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasersuspension eine Anfangskonsistenz von mindestens 3% hat und in einen mit Filterflächen versehenen Kanal geleitet wird, welcher Kanal einen so großen Querschnitt hat, daß die genannte Fasersuspension in Pfropfenform und in direktem Kontakt mit der Filterfläche dadurch fließen kann, welcher Faserpfropfen aus einem mehrdimensionalen Fasergeflecht besteht und wobei: a) die Menge des angezogenen Filtrats derart geregelt wird, daß die innere Reibung des Faserpfropfens größer bleibt als die Oberflächenreibung zwischen dem Faserpfropfen und der Filterfläche; und/oder b) die Strömungsgeschwindigkeit des Pulpepfropfens mit Rücksicht auf die einzudickende Pulpe und die Strömungskanäle und die Filterflächen des Eindickers so gewählt ist, daß die Oberflächenreibung zwischen dem Faserpfropfen und der Filterfläche kleiner bleibt als die innere Reibung der Pulpe.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindickung in einem Kanal mit mindestens einer flexiblen Fläche stattfindet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindickung bei einer Strömungsgeschwindigkeit stattfindet, die in der Strömungsrichtung stufenweise langsamer wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindickung bei einer Strömungsgeschwindigkeit stattfindet, die in der Strömungsrichtung gleichmäßig langsamer wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindickung in aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, zwischen welchen Stufen die Konsistenz der Fasersuspension homogenisiert wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hochfrequenz-Vibrationen gegen die Filterflächen gerichtet werden, was das Festsetzen von Fasern an der Siebfläche erschwert und die Oberflächenreibung somit herabsetzt.

7. Vorrichtung zur Eindickung von Fasersuspension in Pfropfenform und wobei ein Eindickungsorgan (23) aus einem oder mehreren Strömungskanälen (33, 37) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Strömungskanal einen so großen Querschnitt hat, daß Pulpe mindestens bei einer Konsistenz von 3% ihn in Pfropfenform durchfließen kann, wobei jeder Strömungskanal durch Filterflächen (28, 30; 38, 40) begrenzt ist, wobei die Größe der Poren, Perforationen oder Schlitze der genannten Filterflächen und die Abmessungen der gesagten Strömungskanäle derart sind, daß die Oberflächenreibung zwischen des Pfropfens und den Filterflächen kleiner bleibt als die innere Reibung des Faserpfropfens.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei welcher Vorrichtung (20) ein Eintrittskanal (21), ein Austrittskanal (22) und ein Eindickungsorgan (23) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Eindickungsorgan (23) ein oder mehrere Verteilungsorgane (27; 34) vorgesehen sind, welche Verteilungsorgane zusammen mit den gegenüberliegenden Wänden der Eindickungsorgane (23) die Strömungsquerschnittsfläche des Eindickungsorgans (23) begrenzen, das mit mindestens einem Strömungskanal (33; 37) versehen ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Poren oder der Perforationen oder die Breite der Schlitze kleiner als 0,2 mm ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnittsfläche des Eindickungsorgans (23) in der Strömungsrichtung zunimmt.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnittsfläche des Eindickungsorgans (23) in der Strömungsrichtung stufenweise zunimmt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Flächen (14, 15; 28, 30, 38, 40; 74, 75; 88, 90) gegenüber der Hauptströmungsrichtung grundsätzlich in der entgegengesetzten Richtung flexibel ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet', daß das Verteilungsorgan (27; 34; 84) und die gegenüberliegenden Wände (30; 40; 88) des Eindickungsorgans sich im Verhältnis zueinander bewegen, um die Verstopfung des Eindickers zu vermeiden.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnittsfläche schroffe Veränderungen (35) aufweist.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Vorrichtungen vorgesehen sind, die sich in den Strömungskanälen zur Homogenisierung der Fasersuspension bewegen.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenzwellen, z. B. Ultraschallwellen aussendende Vorrichtung in der Wand auf der Filtratseite vorgesehen ist, um das Festsetzen von Fasern an der Filterfläche zu erschweren.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com