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Dokumentenidentifikation DE102006026413A1 13.12.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Streichmediums zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn und Farbbereitstellungssystem
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Fröhlich, Uwe, 89231 Neu-Ulm, DE;
Kolhagen, Tobias, 86836 Graben, DE;
Tietz, Martin, Dr., 89520 Heidenheim, DE
DE-Anmeldedatum 07.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026413
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse B01D 19/00(2006.01)A, F, I, 20060607, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 61/00(2006.01)A, L, I, 20060607, B, H, DE   B01D 63/02(2006.01)A, L, I, 20060607, B, H, DE   D21D 5/26(2006.01)A, L, I, 20060607, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums zum Auftrag in einem Auftragswerk auf eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im zu entgasenden Streichmedium enthaltenes Gas über wenigstens eine Membran bei Vorliegen einer Partialdruckdifferenz abgeschieden wird und die Membran durchdringt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Streichmediums, insbesondere Streichfarbe zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn in einem Auftragswerk, insbesondere Streichfarbenentgasungsverfahren, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Vorrichtung zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Streichmediums und ein Farbbereitstellungssystem für ein Auftragswerk.

Bei Veredelungsprozessen von Materialbahnen, insbesondere Faserstoffbahnen in Form von Papier- oder Kartonbahnen durch den Auftrag einer Beschichtung, insbesondere Streichfarbe auf die laufende Materialbahn, kommt der Qualität, insbesondere der Homogenität des aufzutragenden Mediums eine hohe Bedeutung zu. Um eine gleichmäßige Beschichtung der Faserstoffbahn zu gewährleisten, darf die Auftragsschicht dabei keine Fehlstellen aufweisen. Die Streichfarbe wird während und nach dem Mischen in einem dem Auftragswerk vorgeschalteten Farbbereitstellungssystem gelagert und geführt. Um die während der Prozesse im Farbbereitstellungssystem, insbesondere nach Mischung und erfolgter Führung in entsprechenden Vorratsbehältern oder Zwischentanks entstandenen und aus der Streichfarbe nicht entwichenen Gasblasen, insbesondere in Form von Luftblasen sowie gelöstes Gas, zu eliminieren, wird eine Entgasung des Streichmediums vor dem Auftrag auf die Faserstoffbahn vorgenommen. Erst nach dieser wird das Streichmedium mit an die Faserstoffbahnbreite angepassten Auftragsaggregaten bei hohen Geschwindigkeiten aufgebracht. Zur Entgasung werden beispielsweise Drehteller-Vakuumentgaser eingesetzt. Die ansonsten üblichen Hydrozyklone mit Trenngrenzen von etwa 200 &mgr;m Blasengröße sind für dieses Verfahren nicht ausreichend.

Die gegenwärtig zur Entgasung von flüssigem bis pastösen Streichmedium, insbesondere Streichfarbe, eingesetzten Vorrichtungen, wie beispielsweise Schwerkraftentlüfter oder auch Vakuumentlüfter sind oftmals auch nur bedingt erfolgreich. Insbesondere sind diese nur zur Behandlung von Volumenströmen geringer Größe geeignet, so dass entweder eine Mehrzahl derartiger Vorrichtungen vorzusehen sind oder aber die einzelne Vorrichtung entsprechend groß dimensioniert werden muss. Dies bedeutet neben einem enorm hohen apparativen Aufwand, auch einen entsprechend hohen Reinigungs- und Wartungsaufwand. Das Funktionsprinzip von Vakuumentlüftungsanlagen beruht auf der Erzeugung von neuen Oberflächen unter einem Vakuum von 1 bis 100 mbar (Absolutdruck). Obwohl der Wirkungsgrad dieser Art von Entlüftern bereits zwischen 95 und 99% beträgt, ist der Abscheidungsgrad an Gas oft nicht ausreichend, um eine defektfreie Beschichtung auf einer Faserstoffbahn zu erzeugen. Vor allem sehr kleine Gasblasen, beispielsweise in der Größenordnung von ≤ 200 &mgr;m, und insbesondere in der Streichfarbe vorliegendes Gas sind im Vakuumentlüfter nur schwer zu entfernen und in der Beschichtung als Fehlstellen sichtbar.

Die Problematik der Entgasung ist aus dem Stand der Technik aus den unterschiedlichsten Bereichen vorbekannt. Die Entgasung erfolgt dabei durch mechanische, chemische oder andere Mittel. Aus US 5,123,937 ist allgemein ein Verfahren zur Entgasung vorbekannt, bei welchem eine Flüssigkeit, die Gas und Gasblasen enthält, in einem Luftabtrennsystem zur Entfernung von Blasen geführt und des weiteren einem Entlüftungsmodul, umfassend eine gasdurchlässige Membran zugeführt wird.

Eine weitere Entlüftungsvorrichtung nach dem Membranverfahren ist in der Druckschrift US 5,269,836 beschrieben. Diese offenbart einen passiven Membranentlüfter, in welchem feste Bestandteile eines photographischen Materials eingebracht werden und gegen ein hydrophobes Membranelement gepumpt werden. Luft zwischen den einzelnen Elementen wird durch die Membran durch den Druck und ein Vakuum, welches auf der gegenüberliegenden Membranseite anliegt, befördert. Diese festen Bestandteile eines photographischen Materials werden verflüssigt und das entstehende Medium mittels Ultraschall entlüftet. Eine andere Möglichkeit zur Entfernung von Gasen, insbesondere Kohlendioxid über eine Membran ist der Druckschrift WO 2006/004400 zu entnehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums, insbesondere Streichfarbe für die Veredelung einer Faserstoffbahn derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und die Streichfarbe in einer Qualität an einem Vorhangauftragswerk zur Verfügung gestellt werden kann, die Fehlstellen im nachfolgenden Auftrag nahezu vermeidet. Im Einzelnen ist der Gasgehalt in der Streichfarbe weiter zu reduzieren, so dass es nicht mehr zu sichtbaren Störungen durch Blasen und in der Streichfarbe enthaltenes, insbesondere gelöstes Gas auf der Faserstoffbahn kommt. Das nach der Entgasung vorliegende Streichmedium soll dabei den Anforderungen an ein Auftragsmedium eines Vorhangauftragswerkes entsprechen. Ferner soll sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen geringeren konstruktiven Aufwand sowie erforderlichen Energieeintrag gegenüber den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen auszeichnen und die Entlüftung insgesamt effizienter gestalten, so dass entweder kleinere oder aber eine geringere Anzahl von Vakuumentlüftungsanlagen eingesetzt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 16 und 29 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums zum Auftrag auf eine Farbstoffbahn ein Membranverfahren eingesetzt. Unter diesem versteht man ein Trennverfahren an einer Membran, wobei zumindest eine Komponente des zu trennenden Gemisches, hier das im Streichmedium enthaltene Gas die Membran passiert, während die anderen Komponenten mehr oder weniger stark zurückgehalten werden. Dabei wird im zu entgasenden Medium enthaltenes Gas über wenigstens eine Membran bei Vorliegen einer Partialdruckdifferenz über der Membran abgeschieden, durchdringt als Permeat die Membran und tritt an der gegenüberliegenden Seite der Membran aus. Das zu entgasende Streichmedium wird um das die Membran durchdringende Gas abgereichert. Dieser um das Gas abgereicherte Stoffstrom wird als Retentat bezeichnet, d.h. es ergeben sich nach dem Kontakt des zu entgasenden Streichmediums mit der Membran zwei Stoffströme, einmal für das die Membran durchdringende Permeat und das auf der Kontaktseite abströmende, um das Permeat abgereicherte Streichmedium in Form des Retentats. Triebkraft dafür ist die Differenz in den Aktivitäten an beiden Membranseiten. insbesondere die Partialdruckdifferenz bedingt durch Konzentrationsunterschiede.

Das im Streichmedium enthaltene Gas kann dabei sowohl als freies Gas als auch in gelöster Form vorliegen. Über die Membran wird gelöstes Gas durch Permeation und freies Gas durch Diffusion abgeschieden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Abtrennung von im zu entgasenden Streichmedium, insbesondere Streichfarbe vorhandenem Gas auf einfache Art und Weise und ohne wesentlichen Energieeintrag bereits durch die entsprechende Strömungsführung möglich. Insbesondere geringe Gasgehalte, die mit anderen Methoden entweder nicht mehr oder zumindest nur sehr unwirtschaftlich abtrennbar sind, können effizient abgeschieden werden.

Unter dem zu entgasenden Streichmedium werden Streichfarbe sowie Leim, insbesondere pigmenthaltiger Leim und Stärke verstanden. Bei den im Streichmedium vorhanden Gasen kann es sich beispielsweise um Bestandteile von Luft sowie Kohlendioxid handeln.

Das zu entgasende Streichmedium wird dazu an einer Seite der Membran diese anströmend geführt. Die Partialdruckdifferenz über der Membran wird durch Konzentrationsunterscheide zwischen dem abzutrennenden Gas an den voneinander wegweisenden Membranseiten, der vom zu entgasenden Streichmedium an- bzw. umströmten Seite und der Austrittsseite für das abgeschiedene Gas erzeugt. Dabei ist für den Abscheidvorgang maßgeblich, dass die Konzentration des abzutrennenden Gases im zu entgasenden Streichmedium größer sein muss als die Konzentration im Streichmedium an der gegenüberliegenden Membranseite, insbesondere der als Permeatseite bezeichneten Austrittsseite für das Permeat. Dies kann durch nachfolgend genannte Maßnahmen realisiert werden:

  • a) Anlegen eines Vakuums an der Permeatseite
  • b) Anlegen oder Führung eines gasförmiges Mediums mit einer geringeren Gaskonzentration als im zu entgasenden Streichmedium
  • c) Vorsehen oder Führung einer gasarmen oder gasfreien Flüssigkeit

Um eine Konzentrationserhöhung von abgetrennten Gas auf der Permeatseite, die zur Verringerung der Partialdruckdifferenz führt, zu vermeiden, wird das Permeat nach Austritt aus der Membran abgesaugt und/oder mit dem Flüssigkeits- oder Gasstrom des an der Permeatseite anliegenden und an dieser entlang geführten Mediums abgeführt beziehungsweise weggespült. Diese Vorgänge erfolgen vorzugsweise kontinuierlich. Wird an der Permeatseite gasförmiges Medium als Trägergas für das Permeat geführt, wird vorzugsweise ein artfremdes zum im zu entgasenden Streichmedium enthaltenen Gas gewählt. Denkbar ist beispielsweise Helium oder bei gewünschter CO2-Abtrennung die Verwendung von Luft, insbesondere Umgebungsluft.

Das Permeat, das an der Austrittseite der Membran vorgesehene Medium und das zu entgasendes Streichmedium können an der Membran im

  • a) Gleichstromprinzip oder
  • b) Gegenstromprinzip oder
  • c) gemäß einer besonderen vorteilhaften Ausführung zur Erhöhung der Wirkungsweise nach dem Kreuzgegenstromprinzip geführt werden.

Vorzugsweise werden Membranen verwendet, die den Durchtritt der Gase, die in Streichmedien enthalten sein können, insbesondere der Bestandteile von Luft begünstigen.

Die Wirkung des Entgasungsverfahrens ist durch die konstruktive Ausführung, insbesondere die Dimensionierung und Eigenschaften der Membran beeinflussbar. Dazu gehören unter anderem das Material, die Oberflächenbeschaffenheit, die Dicke der Membran sowie die Größe der wirksamen Membranfläche.

Die Entgasung kann ferner aktiv während des Entgasungsvorganges durch Änderung der Prozessparameter beeinflusst, insbesondere gesteuert werden. Zu diesen gehören:

  • – Kontaktzeit für das zu entgasende Streichmedium mit der Membran bzw. Verweildauer
  • – Durchsatz des zu entgasenden Streichmediums
  • – Größe der Konzentrationsunterschiede für das Gas über die Membran betrachtet

Die Kontaktzeit selbst ergibt sich dabei als Funktion aus der wirksamen Membranoberfläche und/oder des Durchsatzes an zu entgasenden Medien.

Die Vorrichtung zur Entgasung von Streichfarbe ist erfindungsgemäß als Membranentgasungsvorrichtung ausgeführt. Diese umfasst wenigstens eine Membran, welche zumindest eine Teilfläche einer Begrenzungswand bzw. Führungswand für Streichfarbe im Farbbereitstellungssystem bildet. Eine Mehrzahl einzelner Membranen oder eine einzelne Membran können ein Modul bilden, das vom zu entgasendem Streichmedium durchströmt wird und in ein Führungssystem für das zu entgasende Streichmedium, insbesondere Streichfarbe integrierbar ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung werden zur Erhöhung des Durchsatzes und Anpassung an unterschiedliche geforderte Durchsätze Entgasungsanlagen vorgesehen, die mit einer Mehrzahl von Modulen ausgestattet sind, die parallel geschaltet werden. Zur Erhöhung der Abscheidrate können auch Reihenschaltungen vorgesehen werden, insbesondere wenn das um das Gas abgereicherte Streichmedium nach Durchlaufen einer Abtrennstufe noch einen zu hohen Gasgehalt aufweist.

Bezüglich der Ausführungen der verwendeten Membranen sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar. Bezüglich der Werkstoffe können diese aus hydrophoben Materialen, porös oder nichtporös ausgeführt sein. Die Struktur der verwendeten Membranen ist entweder symmetrisch oder asymmetrisch. Die einzelne Membran kann auf der Basis eines der nachfolgend genannten Materialen aufgebaut werden:

  • – Polysiloxane und deren Derivate
  • – Polytetrafluorethylen und Derivate
  • – Polyolefine und deren Derivate, insbesondere Polyethylen und Polypropylen

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Membranmodul als Hohlfasermodul ausgeführt, umfassend eine Vielzahl von achsparallel zueinander angeordneten Hohlfasern, die vorzugsweise vom zu entgasenden Streichmedium umströmbar sind, wobei die Hohlfasern mit einem Ablauf für das in diesen geführte aus dem zu entgasenden Streichmedium über die Membran ausgetragene abgeschiedene Gas verbunden sind. Das Modul weist ferner wenigstens einen Ausgang für das Retentat auf. Denkbar ist auch, das Streichmedium in den Hohlfasern zu führen. Das Permeat wird dann außerhalb der Hohlfasern geführt. Der Vorteil eines derartigen Moduls besteht vor allem in der Bereitstellung sehr großer wirksamer Membranflächen auf kleinstem Raum.

Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders zur Entgasung von Streichfarbe in einem, einem Auftragswerk in Form eines Vorhangauftragswerks vorgeschalteten Farbbereitstellungssystem geeignet. Die Membranentgasungsvorrichtung kann dort an beliebiger Stelle zwischen Farbbereitstellungssystem und Auftragswerk vorgesehen werden. Bei Ausführungen mit einem Vakuumentlüfter erfolgt die Anordnung vorzugsweise in diesem und wird zum Austrag des Restgasgehaltes genutzt oder aber kann auch als alleinige oder zusätzliche Maßnahme zu anderen Entgasungsverfahren eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

2a2d verdeutlichen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung zur Entlüftung;

3 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine besonders vorteilhafte Ausführung eines zur Entlüftung von Streichfarbe vorgesehenen Membranmoduls;

4 verdeutlicht eine vorteilhafte Anordnungsmöglichkeit einer nach dem Membranverfahren arbeitenden Vorrichtung zur Entlüftung von Streichfarbe in einem Farbbereitstellungssystem;

5 verdeutlicht beispielhaft den Aufbau einer möglichen Ausführung einer Membrananlage.

Die 1 verdeutlicht in vereinfachter schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums 2, welches in Form von Streichfarbe 3 vorliegt. Die Vorrichtung wird daher auch als Streichfarbenentgasungsvorrichtung 4 bezeichnet. Diese wird innerhalb eines Farbbereitstellungssystems angeordnet, wobei das Farbbereitstellungssystem einem Auftragswerk zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn zum Zwecke der Veredelung vorgeordnet ist. Erfindungsgemäß wird dabei im Führungssystem für das zu entgasende Streichmedium 2, insbesondere die Streichfarbe 3 wenigstens ein Teilbereich 5 einer Wand 6 von einer Membran 7 gebildet, an welcher das zu entgasende Streichmedium 2 unter Kontaktierung der Membran 7 entlang strömt oder aber diese in einem Winkel anströmt. Die angeströmte bzw. vom zu entgasenden Streichmedium 2 berührte Membranseite wird als Anströmseite 11 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 wird daher auch als Membranentgasungsvorrichtung 8 bezeichnet und umfasst mindestens ein Membranmodul 9 zur Abtrennung von Gas 10, insbesondere von gelöstem Gas aus dem Streichmedium 2. Das Membranmodul 9 umfasst zu diesem Zweck mindestens eine einzelne Membran 7 oder eine Mehrzahl von diesen, durch welche die im zu entgasenden Streichmedium 2 enthaltenen Gase durch Permeation oder Diffusion aus dem Streichmedium 2 gefördert werden. Die Membran 7 besteht vorzugsweise aus hydrophobem Material. Die der Anströmseite 11 gegenüberliegende Membranseite, an welcher das abgetrennte Gas als Permeat P austritt, wird als Permeatseite 12 bezeichnet. Die Entgasung basiert dabei auf der Partialdruckdifferenz zwischen dem zu entgasenden Streichmedium 2 im Bereich der Anströmseite 11 und der Permeatseite 12, d.h. des dort anliegenden Mediums 16. Der Membranmodul 9 weist wenigstens einen Zulauf 13 für das zu entgasende Streichmedium 2 und einen Ablauf 14 für das um Permeat P abgereicherte entgaste Streichmedium, welches auch als Retentat R bezeichnet wird, auf. Wird das zu entgasende Streichmedium 2 nunmehr entlang der Membran 7, insbesondere der Oberfläche 15 geführt, erfolgt aufgrund der Wechselwirkung mit dem an der der Anströmseite 11 gegenüberliegenden Membranseite, der Permeatseite 12 anliegenden Medium 16 ein Abtrennen des Gases 10 von der Streichfarbe 3 durch Durchtritt durch die Membran 7. Es entstehen somit zwei Stoffströme im Modul, der Permeatstrom durch die Membran 7 und der Renetatstrom R aus dem Modul 9 heraus. In letzterem sind die Partikel enthalten, die die Membran nicht durchdringen und an dieser zurückgehalten werden, d.h. die Streichfarbe 3.

Die Erzeugung der für die Permeation und Diffusion erforderlichen Partialdruckunterschiede auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Membran 7 wird dabei durch Konzentrationsunterschiede des abzuscheidenden Gases 10 in den- an beiden Membranseiten 11, 12 anliegenden Medien und/oder das Anlegen von Drücken erzeugt. Dabei ist das Medium mit der höheren Konzentration an abzuscheidenden Gas 10 das zu entgasende Streichmedium 2, insbesondere die Streichfarbe 3. Als Medium auf der Permeatseite 12 wird Medium 16 mit einer geringeren Konzentration an einem Gas, welches dem abzuscheidenden Gas oder Gasen entspricht, angelegt. Vorzugsweise wird Vakuum, ein Inertgas oder ein gasfreies flüssiges Medium angelegt. Als flüssiges Medium ist die Verwendung von Wasser denkbar, welches vorher durch Vakuum und Erhitzen, insbesondere Kochen weitestgehend von Gas befreit wurde.

Zur Aufrechterhaltung der Konzentrationsunterschiede wird das abgeschiedene Gas 10 auf der Permeatseite 12 abgeführt, vorzugsweise direkt über eine Permeatabfuhr 17 oder aber bei Nutzung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums 16 als Träger- bzw. Transportmedium über die Führung des Mediums von einem Zulauf 21 zu einem Ablauf 22 über diesen mit ausgetragen.

Die Begriffe Zulauf und Ablauf beinhalten Ein- und Austritte und können rohr-, schlauch- oder kanalförmig ausgeführt sein. Die Begriffe sind dabei funktional zu verstehen, d.h. Ein- oder Austrag, egal auf welche Art und Weise.

Die 2 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung einige grundsätzliche Führungsmöglichkeiten für das zu entgasende Streichmedium und das auf der Permeatseite 12 anliegende oder strömende Medium 16. Die Ausgestaltung des Membranmoduls 9 kann dabei vielgestaltig erfolgen. Im einfachsten ersten Fall bilden Teile dieser Bestandteile des Streichmittelführungssystems oder sind in diesem integriert. Dabei ist der Aufbau eines Membranmoduls 9 beispielhaft für eine rohr- oder schlauförmig gestaltete Membraneinheit wiedergegeben.

Die 2a verdeutlicht dabei eine erste Ausführungsform mit einem innenliegenden rohr- oder schlauchförmigen Element 18 zur Führung von zu entgasendem Streichmedium 2, insbesondere Streichfarbe 3. Dieses liegt radial innen und wird von einem rohr- oder schlauchförmigem Element 19 zur Führung eines Mediums 16 mit einer geringeren Konzentration an abzutrennendem Gas in radialer Richtung und über einen Teil der axialen Erstreckung umschlossen. Wenigstens ein Teilbereich des Außenumfanges, insbesondere der Wandung 20, vorzugsweise die gesamte Oberfläche des rohr- oder schlauchförmigen Elementes 18 wird von einer oder mehreren Membranen 7 gebildet. Denkbar ist auch die Möglichkeit einer Vielzahl von in einem Abstand zueinander angeordneten Einzelmembranen, die über andere nicht durchlässige Elemente miteinander verbunden sind. Der Membranmodul 9 umfasst dazu einen Zulauf 13 für das zu entgasende Streichmedium 2 und mindestens einen Ablauf 14 für das um das Permeat abgereicherte Streichmedium, das Retentat R sowie ferner einen Zulauf 21 für Medium mit geringerer Konzentration an abzutrennendem Gas. Dieses liegt an der Permeatseite 12 an bzw. wird an dieser entlang geführt. Der Transport des Permeates P erfolgt durch die Membran 7 in das Medium mit geringerer Konzentration an einem Gas, das hinsichtlich der Art dem abzuscheidenden Gas 10 entspricht. Die Abfuhr des Permeates P erfolgt dabei zusammen mit dem um das abgeschiedene Gas 10 angereicherten Medium über einen Ablauf 22. Die Führung des zu entgasenden Streichmediums 2 und des auf der anderen Membranseite anliegenden Mediums erfolgt hier in Hohlräumen, die koaxial zueinander angeordnet sind. Denkbar wäre auch die Führung entlang platten- oder anders geformter Membranen.

Die Zuläufe 13, 21 und Abläufe 14, 22 für die einzelnen Medien sind hier derart angeordnet, dass das Membranmodul im Gleichstromprinzip arbeitet, das heißt alle Strömungen sind gleichgerichtet.

Demgegenüber verdeutlicht 2b anhand einer Ausführung gemäß 2a eine mögliche Ausgestaltung mit Gegenstromprinzip. In diesem Fall sind die Zuläufe 12 und 21 beispielhaft auf unterschiedlichen Stirnseiten 25, 26 des Membranmoduls 9 angeordnet und die durch diese gerichteten Strömungen sind entgegengerichtet. Gleiches gilt für die Austritte.

Verdeutlichen die 2a und 2b Ausführungen mit einer innen geführten Strömung von Streichfarbe 3 beziehungsweise zu entgasendem Streichmedium 2, verdeutlichen demgegenüber die 2c und 2d schematisiert weitere Ausgestaltungen beispielhaft für die Ausbildung rohr- oder schlauchförmig ausgeführter Membranmodule 9 mit außen geführtem zu entgasendem Streichmedium 2. Bei der in den 2a und 2b dargestellten Ausführung erfolgt der Transport über die Membran von innen nach außen, bei den Ausführungen gemäß der 2c und 2d von außen nach innen. Die Richtung wird durch die Partialdruckdifferenz zwischen Permeatseite 12 und Anströmseite 11 vorgegeben.

Gemäß 2c werden dabei die einzelnen Ströme – zu entgasendes Streichmedium 2 und das die geringere Konzentration an abzutrennendem Medium enthaltene Medium im Gleichstromprinzip durch die Einheit geführt, während gemäß 2d diese nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Im ersten Fall wird das Medium, welches das abzutrennende Gas in der geringeren Konzentration enthält, innen geführt und an dessen Außenumfang herum das zu entgasende Streichmedium 2. Dementsprechend sind auch die Zuläufe 13, 21 und die Abläufe 14, 22 für die einzelnen Medien angeordnet. Im Gleichstromprinzip finden sich dabei die Zuläufe 13, 21 vorzugsweise im Bereich der gleichen Stirnseite des Membranmoduls 9, während im Gegenstromprinzip, wie in 2d dargestellt, die einzelnen Zu- und Abläufe wie in 2b beschrieben, an unterschiedlichen Stirnseiten angeordnet sind.

Die in den 2a bis 2d dargestellten Ausführungen stellen dabei besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dar, die durch die Bereitstellung sehr großer Kontaktflächen aufgrund der Ausbildung dieser von in Umfangsrichtung verlaufender Flächen charakterisiert sind. Denkbar sind jedoch auch Modifikationen, die auch für die 2a bis 2d angewandt werden können, bei welchen lediglich Teilbereiche der in Umfangsrichtung ausgebildeten Flächen, die in der Regel von Trennwänden oder Zwischenwänden gebildet werden, mit Membranen ausgeführt sind oder aber andere Geometrien von Membranen, beispielsweise in Platten- oder Mattenform.

Bezüglich der verwendbaren Membraneinheiten kann aus dem Stand der Technik auf eine Vielzahl von Ausführungen zurückgegriffen werden. Vorzugsweise werden die Membranen in Form von Schläuchen, Röhren oder Hohlfasern aufgebaut, bei denen das zu entgasende Streichmedium außerhalb geführt wird, und das aufnehmende Medium innerhalb. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, das zu entgasende Medium innerhalb zu führen, und das aufnehmende Medium außerhalb. Wichtig ist neben der vorgegebenen Partikeldruckdifferenz auch die Verweilzeit, insbesondere Kontaktzeit mit der Membran. Diese kann zum einen durch Vergrößerung der Umfangsfläche realisiert werden, beispielsweise durch Vergrößerung der Abmessungen des Innenumfanges des das zu entgasenden Streichmedium führenden Elements bei innen geführtem Streichmedium beziehungsweise bei außen geführtem zu entgasendem Streichmedium durch Vergrößerung des Außenumfanges sowie einer Vergrößerung in axialer Richtung. Beide Maßnahmen können dabei parallel oder aber separat voneinander vorgenommen werden.

3 verdeutlicht in stark schematisierter Darstellung den Grundaufbau eines vorzugsweise zur Entgasung von Streichfarbe eingesetzten Membranentlüfters 8 in Form eines Membranmoduls 9, welcher als Hohlfasermodul 26 ausgeführt ist. Dieser umfasst eine Mehrzahl von vorzugsweise im wesentlichen achsparallel zueinander angeordneten Hohlfasern 27, die an den Stirnseiten 23 und 24 beispielsweise an jeweils wenigstens eine Kammer 28.1 bzw. 28.2 bildenden Elementen 29 eingegossen sind und mit diesen Kammern 28.1, 28.2 strömungstechnisch gekoppelt sind. Über die Kammern 28.1, 28.2 erfolgt die Kopplung der Hohlfasern 27 mit dem Zulauf 21 für das an der Permeatseite 12 anliegende Medium 16 und dem Ablauf 22 für das um das Permeat P angereicherte Medium. Der Vorteil eines derartigen Moduls 9 besteht darin, dass keine separate Permeatableitung und auch Stützstruktur erforderlich sind und ferner durch die durch die Hohlfasern 27 bereitgestellten großen Oberflächen eine lange Verweildauer bzw. Kontaktzeit des zu entgasenden Streichmediums 2 mit den Membranflächen bereitgestellt werden kann. Das zu entgasende Streichmedium 2 umströmt dabei die Hohlfasern 27 von außen. Die Hohlfasern 27 sind dazu in einer Strömungskammer für das zu entgasende Streichmedium 2 angeordnet. Vorzugsweise wird diese von einem Gehäuse 30 des Membranmoduls 9 gebildet, welches zu diesem Zweck ebenfalls wenigstens einen Zu- und Ablauf 13, 14 aufweist. Die Durchströmung erfolgt im Gleich- oder Gegenstromprinzip.

Es kommen beispielsweise derzeit erhältliche Membranmodule 9 zum Einsatz. Ein derartiges Membranmodul 9 wird vorzugsweise zur Entgasung von Streichfarbe 3 in einem Farbbereitstellungssystem 31 an beliebiger Stelle im Führungssystem 32, insbesondere Rohrsystem integriert. Denkbar ist auch die Integration in Behältern, wobei hier jedoch immer sicherzustellen ist, dass die Membran auch vom zu entgasenden Streichmedium kontaktiert wird. Denkbar wären auch, die die Membran bildende Wand beziehungsweise den Wandbereich entsprechend verschiebbar zu gestalten.

Die Membraneinheit kann dabei entweder als alleiniges Entgasungsaggregat eingesetzt werden oder aber in Kombination mit anderen Verfahren, insbesondere der bisherigen Vakuumentlüftung, um Gasgehalte weiter zu reduzieren.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird beim Einsatz eines Membranentlüfters 8 in Kombination mit der Vakuumentlüftung dieser vorzugsweise im Farbbereitstellungssystem 31 nach der Vakuumentlüftung 33 angeordnet. Hier sind nur noch geringe Gasgehalte aus der Streichfarbe 3, die mit anderen Methoden nur schwer abzutrennen sind, enthalten. Die 4 verdeutlicht dabei beispielhaft diese besonders bevorzugte Anordnung in einem Farbbereitstellungssystem 31 für ein Auftragswerk 34 für Streichfarbe 3. Das Farbbereitstellungssystem 31 umfasst zumindest einen Arbeitsbehälter 35 beziehungsweise eine Arbeitsbütte, in der sich Streichfarbe 3 befindet. Das Streichmedium wird mittels einer hier nicht dargestellten Pumpeinrichtung einem Vakuumentlüfter 33 zugeführt. Dieser umfasst einen Behälter 36, welcher vorzugsweise oben geschlossen ist und eine kegelförmige Gestalt aufweist. Ferner ist diesem ein Zulauf 37 zugeordnet, welcher mit dem Arbeitsbehälter 35 wenigstens mittelbar gekoppelt ist, vorzugsweise direkt über entsprechende Streichfarbe führende Leitungssysteme. Das zugeführte Streichmedium 2, insbesondere die Streichfarbe 3, wird dann zunächst auf einen mit einer Antriebsmaschine angetriebenen Drehteller verbracht, von dem aus das Streichmedium nach unten in die Kegelspitze läuft. Dabei wird die Streichfarbe beim Auftreffen auf den Drehteller teilentlüftet. Das Vakuum im Behälter wird mit einer entsprechenden Vakuumpumpe erzeugt. Das Membranmodul 9 ist dann dem Austritt aus dem Vakuumentlüfter 33 nachgeordnet und dem Auftragswerk 34 vorgeschaltet. Da bei nicht porösen Membranen nur im Streichmedium enthaltenes gelöstes Gas abgetrennt werden kann, ist es wichtig, dass an der entsprechenden Stelle ausreichend gelöstes Gas vorhanden ist. Freies Gas kann zum Beispiel durch eine Druckerhöhung in der Rohrleitung in gelöstes Gas umgewandelt werden (druck- und temperaturabhängiges Gleichgewicht). An vielen Stellen ist der Druck im Farbbereitstellungssystem 31 dabei schon ausreichend hoch, um das Gleichgewicht zum gelösten Gas hin zu verschieben.

Reicht die Reduzierung des Gasgehaltes mit einem Modul 9 nicht aus, so ist es denkbar, mehrere einzelne Module parallel oder aber auch seriell anzuordnen und zu nutzen. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. Dort wird das zu entgasende Streichmedium 2 über eine Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe einer Membrananlage 38 zugeführt, die aus einer Mehrzahl von parallel oder seriell zueinander angeordneten Einzelmodulen 1 bis 6 besteht. Diese umfasst beispielhaft drei Abtrennstufen I, II, III. In der ersten Abtrennstufe wird das zu entgasende Streichmedium 2 parallel, d.h. in Stoffströme aufgeteilt gleichzeitig drei Modulen Modul 1 bis Modul 3 zugeführt. Das in jedem abgetrennte Permeat P, für die einzelnen Module mit P1 bis P3 bezeichnet, wird abgeschieden bzw. abtransportiert. Die jeweils um das Permeat P1 bis P3 abgereicherten Stoffströme von zu entgasenden Streichmedium 2, die als Renetatströme R1 bis R3 bezeichnet sind, werden einer zweiten Abtrennstufe II zugeführt, die in Reihe zur Ersten, d.h. dieser nachgeschaltet ist und beispielhaft aus zwei Modulen, dem Modul 4 und Modul 5 besteht. Dort werden die Permeate P4 und P5 abgetrennt und die verbleibenden Renetate R4 und R5 werden einer weiteren Abtrennstufe III aus einem Modul 6 zugeführt. Das nach Verlassen des Moduls 6 vorliegende um die Permeate P1 bis P6 abgereicherte zu entgasende Streichmedium 2 liegt dann als Renetat R vor und weist nach Durchlaufen der einzelnen Abtrennstufen I bis III kein oder nur noch einen geringfügigen Anteil an gelöstem Gas auf. Dieses kann dann beim Einsatz der Membrananlage in einem Farbsystem 31 für Auftragswerke letzteren zugeführt werden.

Je nach Aufbau der einzelnen Module sowie der Führungsrichtungen des zu entgasenden Streichmediums, des Permeats bzw. des Trägermediums für das Permeat und/oder der Kopplung der einzelnen Module untereinander können die einzelnen Module, Teilbereiche der Anlage sowie die gesamte Anlage je nach Vorgabe nach dem Gleich-, Gegen- oder Kreuzgegenstromprinzip betrieben werden.

Vorzugsweise wird die Membranentgasungsvorrichtung 9 mit folgenden Medien betrieben: Das Medium mit der hohen Konzentration des zu entfernenden Gases wird von der Streichfarbe gebildet, während das Medium mit der niedrigen Konzentration des zu entfernenden Gases vorzugsweise Vakuum ist, ein Inertgas oder eine gasfreie Flüssigkeit. Als flüssiges Medium ist zum Beispiel Wasser denkbar, das vorher durch Vakuum oder Temperaturerhöhung, insbesondere Kochen, von Gas befreit wird. Dazu sind wiederum entsprechende Aufbereitungseinrichtungen für die die gasfreie Flüssigkeit bildende Flüssigkeit erforderlich.

1
Vorrichtung
2
Streichmedium
3
Streichfarbe
4
Streichfarbeentgasungsvorrichtung
5
Teilbereich
6
Wand
7
Membran
8
Membranentgasungsvorrichtung
9
Membranmodul
10
Gas
11
Anströmseite
12
Permeatseite
13
Zulauf
14
Ablauf
15
Oberfläche
16
Medium
17
Permeatablauf
18
rohr- oder schlauchförmiges Element
19
rohr- oder schlauchförmiges Element
20
Außenumfang
21
Zulauf
22
Ablauf
23
Stirnseite
24
Stirnseite
26
Hohlfasermodul
27
Hohlfaser
28.1, 28.2
Kammer
29
Element
30
Gehäuse
31
Farbbereitstellungssystem
32
Rohrsystem
33
Vakuumentlüfter
34
Auftragswerk
35
Arbeitsbehälter
36
Behälter
37
Zulauf
38
Membrananlage
P
Permeat
R
Retentat


Anspruch[de]
Verfahren zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums (2) zum Auftrag in einem Auftragswerk auf eine Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, dadurch gekennzeichnet, dass im zu entgasenden Streichmedium (2) enthaltenes Gas (10) über wenigstens eine Membran (7) bei Vorliegen einer Partialdruckdifferenz abgeschieden wird und die Membran (7) durchdringt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entgasende Streichmedium (2) an einer Anströmseite (11) der Membran (7) geführt wird und die Partialdruckdifferenz über die Membran (7) durch Konzentrationsunterschiede des abzutrennenden Gases (10) an den voneinander wegweisenden Membranseiten – der Anströmseite (11) und der als Permeatseite (12) bezeichneten gegenüberliegenden Austrittsseite für das Permeat (P) – erzeugt wird, wobei die Konzentration des abzutrennenden Gases (10) im zu entgasenden Streichmedium (2) an der Anströmseite (11) der Membran (7) höher als an der Permeatseite (12) ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Permeatseite (12) ein Vakuum angelegt wird. Verfahren nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Permeatseite (12) der Membran (7) ein gasförmiges Medium (16) als Trägermedium für das Permeat angelegt oder geführt wird, welches vorzugsweise artfremd zum abzutrennenden Gas (10) im zu entgasenden Streichmedium (2) ist. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Permeatseite (12) der Membran (7) ein flüssiges Medium (16), welches frei von Gas oder durch eine nur geringe Gaskonzentration charakterisiert ist, angelegt oder geführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Permeat (P) nach Austritt aus der Membran (7) von der Permeatseite (12) weggespült oder durch einen Unterdruck abgesaugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Permeat (P), das um das Permeat abgereicherte Streichmedium (2) und das zu entgasende Streichmedium (2) im Kreuzgegenstromprinzip entlang der Membran (7) geführt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass gelöstes und/oder freies Gas über die Membran (7) abgeschieden wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an gelöstem Gas (10) im zu entgasenden Streichmedium (2) wenigstens im Kontaktbereich der Membran (7) gesteuert wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass freies Gas im zu entgasenden Streichmedium (2) durch Druck- und/oder Temperaturänderung in gelöstes Gas (10) umgewandelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (7) aus einem hydrophoben Material eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidungsgrad von Permeat (P) durch wenigstens eine der nachfolgend genannten Größen beeinflusst wird:

– Art des verwendeten Membranmaterials

– Dimensionierung der Membran (7), insbesondere Dicke und Größe der wirksamen Fläche

– Kontaktzeit des zu entgasenden Streichmediums (2) mit der Membran (7)

– Partialdruckdifferenz über der Membran (7)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Membranen (7) in Form von Hohlfasern oder Kapillaren eingesetzt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Membranen (7) zu einem Membranmodul (9, Module 1 bis 6) zusammengefasst werden und ein Stoffstrom von zu entgasendem Streichmedium (2) aufgeteilt und über eine Mehrzahl von parallel geschalteten Modulen (Modul 1 bis Modul 3, Modul 4 und 5) geführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Membranen (7) zu einem Membranmodul (9, Modul 1 bis 6) zusammengefasst werden und das zu entgasende Streichmedium (2) in einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Abtrennstufen (I, II, III) über eine Mehrzahl von in Reihe zueinander geschalteten Modulen geführt wird. Vorrichtung (1) zur Entgasung eines flüssigen oder pastösen Streichmediums (2) zum Auftrag auf eine Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, in einem, einem Auftragswerk (34) vorgeschalteten Farbbereitstellungssystem (31), dadurch gekennzeichnet, dass diese als Membranentgasungsvorrichtung (8) ausgeführt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranentgasungsvorrichtung (8) wenigstens eine Membran (7) umfasst, die wenigstens eine Teilfläche einer Begrenzungswand in einem Führungssystem (32) für das zu entgasende Streichmedium (2) bildet. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

18.1 eine Mehrzahl von Membranen (7) sind zu einem Membranmodul (9) zusammengefasst;

18.2 das Membranmodul (9) umfasst wenigstens einen Eingang (13) für zu entgasendes Streichmedium (2), einen Ausgang für das um das Permeat (P) abgereicherte zu entgasende Streichmedium (2) als Retentat (R) sowie einen Ausgang für das Permeat (P).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmodul (9) wenigstens einen Eingang (21) für das an der als Permeatseite (P) bezeichneten Austrittseite der Membran (7) anliegende als Trägermedium fungierende Medium (16) und einen Ablauf (22) für das an der als Permeatseite (12) bezeichneten Austrittseite an der Membran (7) anliegende Medium (16) und das Permeat (P) umfasst. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Membran (7) aus einem hydrophoben Material besteht. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Membran (7) aus einem porösen Material besteht. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) auf der Basis eines der nachfolgend genannten Materialen aufgebaut ist:

– Polysiloxane und deren Derivate

– Polytetrafluorethylen und Derivate

– Polyolefine und deren Derivate
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) flexibel ausgeführt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) mattenförmig oder schlauchförmig ausgeführt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) starr ausgeführt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) platten- oder rohrförmig ausgeführt ist. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche Anspruch 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Membran (7) in Form von Hohlfasern (27) ausgeführt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmodul (9) als Hohlfasermodul ausgeführt ist, umfassend eine Vielzahl im wesentlichen von achsparallel zueinander angeordneten Hohlfasern (27), die vom zu entgasenden Streichmedium (2) umströmbar sind, wobei die Hohlfasern (27) mit einem Ausgang für Permeat (10) und das in diesen geführte Medium (16) verbunden sind. Farbbereitstellungssystem (31) für ein Auftragswerk (34) zur Veredelung von laufenden Faserstoffbahnen, insbesondere ein Vorhangsauftragswerk, umfassend mindesten einen Arbeitsbehälter (35), der mit einem Ausgang aus dem Arbeitsbehälter (35) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorrichtung (1) zur Entgasung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 28 vorgesehen ist. Farbbereitstellungssystem (31) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Vakuumentlüfter (33) umfasst, der mit einem Ausgang aus dem Arbeitsbehälter (35) verbunden ist, und die Vorrichtung (1) dem Vakuumentlüfter (30) nachgeordnet ist.






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