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Dokumentenidentifikation DE102006008763B3 06.12.2007
Titel Reaktionsturm zum Behandeln von Faserstoffen
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Borschke, Dietmar, 01277 Dresden, DE;
Unger, Fred, 88250 Weingarten, DE
DE-Anmeldedatum 24.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006008763
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse D21C 9/10(2006.01)A, F, I, 20060224, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01J 19/00(2006.01)A, L, I, 20060224, B, H, DE   B01J 4/00(2006.01)A, L, I, 20060224, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Reaktionsturm zum Behandeln, insbesondere zum Bleichen von Faserstoffen
- mit einem Reaktionsbehälter (1), einem Verdünnungsbehälter (4) und einem Homogenisierbehälter (7), die von oben nach unten von zu behandelndem Gut durchströmt und hintereinander geschaltet sind;
- der Reaktionsbehälter (4) weist einen Einlass (2) für das zu behandelnde Gut sowie einen Auslass (15) für Behandlungsmittel auf;
- der Verdünnungsbehälter (4) verjüngt sich in Strömungsrichtung des zu behandelnden Gutes;
- der Homogenisierbehälter (7) weist einen Auslass für das zu behandelnde Gut auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Reaktionsturm zum Behandeln von Faserstoffen. Dabei geht es insbesondere um das Bleichen. Die Faserstoffe sind im allgemeinen natürliche Faserstoffe wie Zellstoff oder Holzschliff. Sie werden im allgemeinen zum Herstellen von Papier oder Karton verwendet. Dem Reaktionsturm werden die zu behandelnden Stoffe von oben zugeführt, ferner Chemikalien mit Bleichmittel, und nach vollzogener Behandlung unten wieder abgezogen.

Eine bekannte Bauart solcher Reaktionstürme ist ein Bleichturm für die oxidative Bleiche, das heißt für die Bleiche von Zellstoff, Holzstoff oder anderen Halbstoffen unter Luftzutritt. Ein solcher Bleichturm ist zylindrisch. Er hat einen Durchmesser von 3 bis 8 m. Im Auslassbereich befindet sich eine Räumvorrichtung, mit welcher der behandelte Stoff aus dem Bleichturm ausgetragen wird. Die Bleiche erfolgt bei hoher Konsistenz des Faserstoffes. Im Austragsbereich beträgt sie 20 bis 50 Prozent Trockensubstanz, bezogen auf das gesamte Gut. Die Kapazität liegt z.B. bei rund 1000 Tonnen pro Tag an ofentrockenem Stoff (otro). Das Bleichergebnis ist gut. Nachteilig ist jedoch, dass der ausgetragene, krümelförmige Stoff bezüglich seines Wassergehaltes und des Bleichergebnisses ungleichmäßig ist. Deswegen ist eine Nachverdünnungsbütte zur Stoffdichteegalisierung notwendig, ferner eine anschließende Stoffdichte-Regelung. Auch ist die Räumvorrichtung – ein Schaufelräumer – kein Standardbauteil und somit teuer in der Herstellung. Die Abdichtung zwischen der Räumvorrichtung und dem umgebenden Trog ist aufwendig.

Eine weitere bekannte Bauart eines Bleichturmes ist ebenfalls von zylindrischer oder leicht konischer Gestalt. Der Zylinder umfasst eine obere Bleichzone und eine nachgeschaltete Rührzone. Auch dieser Bleichturm arbeitet bei hoher Konsistenz des Stoffes. Die Stoffdichte im Austrag beträgt allerdings nur noch ca. 5 bis 8 Prozent, je nach Verdünnung. Der spezifische Energiebedarf liegt in einem mittleren Bereich. Er liegt in der Größenordnung von 120 kW bei einem Durchsatz von 400 Tonnen pro Tag.

Eine weitere Bauart (z.B. nach DE 198 26 879) umfasst einen Bleichturm mit einem zylindrischen Teil, an den sich ein konischer, sich nach unten verjüngenden Teil anschließt. Dort ist ein seitlich angebrachter Rotor vorgesehen. Der behandelte Stoff wird bei einer Konsistenz von ca. 5 Prozent durch ein Siebblech hindurchgeführt und sodann ausgetragen. In der Regel ist eine Bütte zur Nachverdünnung mit Stoffdichteegalisierung und anschließender Stoffdichteregelung notwendig.

In der DE 35 22 395-C1 wird ebenfalls ein Dickstoff-Lagerturm mit einem zylindrischen Oberteil, konischem Übergangsbereich und zylindrischem Unterteil („Stofflöserteil") beschrieben. Dabei wird über eine Leitung Verdünnungswasser in den Stofflöserteil zugeführt. Bei einem anderen Bleichturm, bekannt aus DE 102 39 64 A wird der Stoff zwischen Dickstoff- und Dünnstoffbereich durch eine Kombination von sich drehenden wasserzuführenden Düsen und rotierenden Verteilerarmen in Bewegung gehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktionsturm zum Behandeln, insbesondere zum Bleichen von Faserstoffen, anzugeben, womit sich die folgenden Teilaufgaben erfüllen lassen:

  • – Die Verweilzeit des zu behandelnden Gutes soll sich auf einen bestimmten Wert einstellen lassen.
  • – Es soll oxidativ gearbeitet werden können, das heißt Luftzutritt möglich sein.
  • – Eine nachgeschaltete Verdünnungseinrichtung mit Egalisiervorrichtung und Stoffdichteregelung soll nicht notwendig sein.
  • – Das behandelte Gut im Austrag soll von gleichmäßigem Behandlungszustand und gleichmäßiger Stoffdichte sein.
  • – Der Energiebedarf soll minimal sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß ist ein erfindungsgemäßer Reaktionsturm wie folgt aufgebaut:

  • – Er umfasst – von oben nach unten gesehen und flussmäßig hintereinander geschaltet – einen Reaktionsbehälter, einen Verdünnungsbehälter, dessen Querschnitt sich Strömungsrichtung verjüngt, und einen Homogenisierbehälter.
  • – Der Reaktionsbehälter ist zweckmäßigerweise zylindrisch gestaltet, der Verdünnungsbehälter kegelstumpfförmig, und der Homogenisierbehälter wiederum zylindrisch.
  • – Im Übergangsbereich vom Reaktionsbehälter zum Verdünnungsbehälter befinden sich um den gesamten Umfang des Reaktionsturmes gleichmäßig verteilt angeordnete Anschlüsse zum Zuführen von Verdünnungsflüssigkeit – im allgemeinen Wasser. Die Anschlüsse können aus Bohrungen oder Düsen bestehen. Damit lässt sich Verdünnungsflüssigkeit am Ende des Reaktionsbehälters in das dort behandelte Gut einleiten. Die Verdünnungsflüssigkeit kann beispielsweise in Gestalt vieler Strahlen austreten. Die Strahlen können unter hohem Druck austreten und damit einen gewissen Weg im Gut zurücklegen. Sie können auch derart gerichtet sein, dass sie an der Wand des Verdünnungsbehälters entlang streichen. Es können aber auch zahlreiche Rohrleitungen vorgesehen werden, die beispielsweise radial von den Verdünnungswassereinlässen zum Zentrum des Verdünnungsbehälters hin laufen.
  • – Der Homogenisierbehälter enthält zweckmäßigerweise eine mechanisch angetriebene, umlaufende Räum- oder Rührvorrichtung, die beispielsweise am Randbereich umlaufende Schaufeln aufweist, oder einen Rotor mit Rührflügeln, die quer zur Strömungsrichtung verlaufen.

Die erfindungsgemäße Lösung hat die folgenden Vorzüge, gegenüber Reaktionstürmen gemäß dem Stande der Technik:

  • – Der Energieverbrauch ist relativ gering.
  • – Im Reaktionsbehälter wie auch im Verdünnungsbehälter entwickelt sich eine gleichmäßige Pfropfenströmung des Gutes, das eine Stoffdichte im Bereich von 20 bis 50 Prozent aufweisen kann, unterstützt durch den Ring, der aus Verdünnungsflüssigkeit besteht, und der am stromaufwärtigen Ende des Verdünnungsbehälters eingeleitet wird.
  • – Durch die gleichmäßige Pfropfenströmung des Gutes wird auch eine gleichmäßige und berechenbare Reaktionszeit erzielt.
  • – Die Einzelprozesse, nämlich das Behandeln des Gutes – vor allem das Bleichen –, das Verdünnen des Gutes sowie dessen Homogenisieren und Durchmischen sind klar voneinander getrennt, so dass auch auf das Geschehen in den einzelnen Behältern gezielt Einfluss genommen werden kann.
  • – Das Gut ist am Ende des Homogenisierbehälters, das heißt am Austritt aus dem Reaktionsturm, egalisiert, so dass stochastische Stoffdichteschwankungen minimiert werden.
  • – Auf eine Nachverdünnungsbütte zur Stoffdichteegalisierung und zum Einstellen einer im Gut gleichmäßigen Stoffdichte kann verzichtet werden.
  • – Die Anlage ist flexibel bezüglich des Durchsatzes, das heißt sie lässt sich je nach Bedarf mit einer kleineren oder größeren Menge zu behandelnden Gutes beschicken; außerdem lässt sich die Anlage relativ leicht vergrößern.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist ein Reaktionsturm in schematischer perspektivischer Ansicht gezeigt.

Der Reaktionsturm weist einen Reaktionsbehälter 1 auf. Dieser ist mit einem Einlass 2 für zu behandelndes faserstoffhaltiges Gut versehen, ferner mit einem Einlass 3 für ein Bleichmittel. Der Reaktionsbehälter 1 ist bei diesem Beispiel zum Zwecke der Oxidationsbleiche oben offen, so dass Luft eintreten kann. Der Reaktionsbehälter 1 ist zylindrisch. Er könnte auch eine andere Gestalt haben, beispielsweise mehr oder minder konisch mit Verjüngung in Strömungsrichtung gesehen, somit nach unten.

An den Reaktionsbehälter 1 schließt sich ein Verdünnungsbehälter 4 an. Dieser ist konisch und verjüngt sich nach unten hin. Der große Durchmesser des Verdünnungsbehälters 4 ist wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser des Reaktionsbehälters 1.

Wichtig ist eine Vorrichtung 5 zum Einleiten von Verdünnungsflüssigkeit, im vorliegenden Falle Wasser. Statt reinen Wassers kommen auch andere Flüssigkeiten in Betracht, vor allem faserstoffhaltiges Wasser. Die Vorrichtung 5 umfasst eine Vielzahl von Bohrungen 6. Die Bohrungen sind gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Statt der Bohrungen kommen auch Düsen in Betracht, beispielsweise in Form von Röhrchen, die in den Innenraum des Turmes mehr oder minder weit hineinragen, beispielsweise wenige Zentimeter oder sogar ein Dezimeter. Solche Düsenröhrchen können sich in einer Horizontalebene sowie radial auf das Zentrum des Turmes hin erstrecken. Sie könnten auch derart gerichtet sein, dass die austretenden Verdünnungswasserstrahlen nach oben oder nach unten gerichtet sind. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, einen Wasserring zu schaffen, der sich an der Turmwand als Gleitmedium ausbildet. Dieser verhindert die Bildung von Brücken oder Totzonen des Krümelstoffes. Hierdurch wird eine positive und gleichförmige Vorwärtsbewegung des Gutes in Strömungsrichtung von oben nach unten erreicht, und zwar nicht nur stromabwärts von der Einleitstelle des Verdünnungswassers, also im Verdünnungsbehälter 4, sondern auch bereits im Reaktionsbehälter 1.

Die Vorrichtung zum Einleiten von Verdünnungswasser hat aber noch einen weiteren Sinn: Durch entsprechendes Dosieren des Verdünnungswassers lässt sich eine Vorverdünnung des Gutes erzielen, womit die Stoffdichte am Auslass aus dem Reaktionsturm auf einen exakten Wert einstellbar ist.

An das untere Ende des Verdünnungsbehälters 4 ist ein Homogenisierbehälter 7 angeschlossen. Dieser ist im vorliegenden Falle zylindrisch. Das obere Ende des Homogenisierbehälters 7 hat etwa denselben Durchmesser, wie das untere Ende des Verdünnungsbehälters 4. Der Homogenisierbehälter 7 könnte auch eine vom Zylinder abweichende Form haben, beispielsweise ebenfalls leicht konisch sein. Dabei könnte sich der Konus auch nach unten erweitern, somit dann im Gegensatz zum Verdünnungsbehälter 4.

Am oberen Ende des Homogenisierbehälters 7 befindet sich ein Sortiersieb, beispielsweise ein Loch- oder Schlitzblech 8. Oberhalb des Sortiersiebes 8 sitzt auf einer vertikalen, zur Turmachse konzentrischen Welle ein Laufrad 9. Dieses weist Flügel 10 auf. Die Flügel 10 können gekrümmt sein, so wie hier gezeigt. Sie streichen bei Betrieb über die obere Fläche des Sortiersiebes 8 hinweg. Es können Vorkehrungen getroffen sein, um ein Verspinnen zu vermeiden, beispielsweise ein pyramidenförmiger oder konischer Aufsatz 11 im Zentrum des Laufrades 9. Das Laufrad 9 soll die vorverdünnte Stoffsuspension aufschlagen, mischen und Verstopfungen des Sortiersiebes 8 verhindern. Dabei kann eine Drehzahlregelung vorgenommen werden, um ein optimales Verhältnis zwischen Mischergebnis und Energieaufwand einzustellen.

Der Homogenisierbehälter 7 ist derart bemessen, dass genügend Volumen zur Homogenisierung des Stoffes verbleibt. Dieses Volumen sollte eine Verweilzeit von 30 s bis 2 min haben, um Stoffdichteschwankungen innerhalb dieser Zeitspanne ausgleichen zu können. Langwellige Stoffdichteschwankungen können über eine dem Reaktionsturm nachgeschaltete QIC-Regelung auszugleichen.

Man erkennt eine Welle 12, diese trägt das Laufrad 9, aber auch Rührerflügel 13, die in Horizontalebenen verlaufen. Außerdem sind an der Innenwand des Homogenisierbehälters 7 feststehende Einbauten 14 („Stolperschwellen") vorgesehen.

Es bedarf keiner Abdichtung der Rotorwelle 12 gegen das Sortiersieb 8. Am Sortiersieb werden einerseits Scherkräfte durch das Laufrad 9 aufgebracht, um verdünnten Krümelstoff zu dispergieren und zu mischen, andererseits erfolgt eine Kalibrierung der Faserstoffflocken mittels des Sortiersiebes 8. Anstelle des Sortiersiebes 8 könnten auch andere Einbauten verwendet werden, beispielsweise Wabenstrukturen oder radial angelegte Stäbe, die von der Wand auf einen Zentralring laufen.

Der Homogenisierbehälter (7) weist einen Auslaß für behandeltes Gut auf, im vorliegendem Falle für gebleichten Faserstoff.

1
Reaktionsbehälter
2
Einlaß für zu behandelndes Gut
3
Einlaß für Bleichmittel
4
Verdünnungsbehälter
5
Vorrichtung zum Einleiten von Verdünnungswasser
6
Bohrungen
7
Homogenisierbehälter
8
Sortiersieb
9
Laufrad
10
Flügel
11
Aufsatz
12
Welle
13
Rührflügel
14
Stolperschwellen
15
Auslaß für behandeltes Gut


Anspruch[de]
Reaktionsturm zum Behandeln, insbesondere zum Bleichen von Faserstoffen mit einem Reaktionsbehälter (1), einem Verdünnungsbehälter (4) und einem Homogenisierbehälter (7), die von oben nach unten von zu behandelndem Gut durchströmt und hintereinander geschaltet sind;

der Reaktionsbehälter (1) weist einen Einlass (2) für das zu behandelnde Gut sowie einen Einlass (3) für Behandlungsmittel auf;

der Verdünnungsbehälter (4) verjüngt sich in Strömungsrichtung des zu behandelnden Gutes;

der Homogenisierbehälter (7) weist einen Auslass (15) für das zu behandelnde Gut auf;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

im Bereich des Übergangs vom Reaktionsbehälter zum Verdünnungsbehälter ist eine Vorrichtung (5) zum Einleiten von Verdünnungsflüssigkeit vorgesehen, deren Anschlüsse um den gesamten Umfang des Reaktionsturmes gleichmäßig verteilt sind.
Reaktionsturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsbehälter (1) zylindrisch ist. Reaktionsturm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierbehälter (7) zylindrisch ist. Reaktionsturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5) zum Einleiten von Verdünnungsflüssigkeit eine Vielzahl von Düsen (6) aufweist, die in das Innere des Reaktionsbehälters (1) hineinragen. Reaktionsturm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung der Vorrichtung (5) zum Einleiten von Verdünnungsflüssigkeit, dass sich an der Innenwand des Verdünnungsbehälters (4) ein Flüssigkeitsfilm ausbildet. Reaktionsturm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Homogenisierbehälter (7) ein Rotor mit Flügeln (10) zum Homogenisieren des zu behandelnden Gutes vorgesehen ist. Reaktionsturm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Homogenisierbehälter (7) ein Sortiersieb (8) vorgesehen ist, das sich über den gesamten Querschnitt des Homogenisierbehälters (7) erstreckt. Reaktionsturm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sortiersieb (8) ein Laufrad (9) mit Flügeln (10) vorgeschaltet ist, die zusammen mit dem Sortiersieb (8) eine Schereinrichtung bilden. Reaktionsturm nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand des Homogenisierbehälters (7) feststehende Einbauten (14) vorgesehen sind.






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