DE102004060405A1

DE102004060405A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern oder enthaltenem Zellstoff mit einem Füllstoff

Info

Publication number: DE102004060405A1
Application number: DE102004060405A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Gather
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-07-06
Also published as: WO2006063632A1; EP1828478A1; US20080023161A1; CA2590079A1; BRPI0518040A; CN101091021A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen von in einer Suspension (3) enthaltenen Fasern (2.1) oder enthaltenem Zellstoff (2.2) mit einem Füllstoff (4) durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration (c) bereitgestellt werden. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass den Fasern (2.1) oder dem Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) Kohlendioxid (6) zugesetzt wird und dass die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3), denen Kohlendioxid (6) zugesetzt wurde, vorzugsweise in mindestens einem Reaktor (5) mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig, abgeschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern oder enthaltenem Zellstoff mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern oder der Zellstoff in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration bereitgestellt werden.
Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, sind Füllstoffe wie insbesondere gefälltes Kalziumkarbonat (PCC – precipitated calcium carbonate) oder zerkleinertes oder gemahlenes Kalziumkarbonat (GCC – ground calcium carbonate) übliche Substanzen, die dazu verwendet werden, den Faserstoffgehalt zu reduzieren sowie die optischen Eigenschaften der Faserstoffbahn zu verbessern.
Bei den handelsüblichen PCC- oder GCC-Füllstoffen handelt es sich um Massenware, die in speziellen Herstellungsbetrieben erzeugt wird, die einer Papier- oder Kartonfabrik als Satellitenanlage zugeordnet sein können. Eine Online-Herstellung von PCC wurde oder wird in der Papier- oder Kartonindustrie jedoch niemals erwogen, was auf die besonderen Prozesseigenschaften zurückzuführen ist, die zur Herstellung von PCC erforderlich sind. Stattdessen wird PCC oder GCC als Schüttgut oder in Form einer Suspension zu den Papier- oder Kartonfabriken transportiert.

Das Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern oder enthaltenem Zellstoff mit einem Zusatzstoff, zum Beispiel Füllstoff, kann beispielsweise durch eine chemische Fällungsreaktion, das heißt insbesondere durch einen so genannten „Fiber Loading^TM"-Prozess erfolgen, wie er unter anderem in der US-Patentschrift US 5,223,090 A beschrieben ist. Bei einem solchen „Fiber Loading^TM"-Prozess wird an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatzstoff, insbesondere Füllstoff, eingelagert. Dabei können die Fasern beispielsweise mit Kalziumkarbonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, desintegrierten Fasermaterial Kalziumoxid und/oder Kalziumhydroxid so zugesetzt, dass zumindest ein Teil davon sich mit dem im Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziiert. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend vorzugsweise in einem Scherfeld mit Kohlendioxid beaufschlagt.

Ein auf das Verfahren der genannten US-Patentschrift aufbauendes und sogleich verbessertes Verfahren zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 04 254 A1 bekannt. Die mit einem Fällungsprodukt beladenen Fasern werden zur Erzeugung von maximalen Abmessungen der Fällungsproduktteilchen in einem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 μm gemahlen, wobei die Erzeugung der kristallinen Fällungsproduktteilchen in einem Online-Prozess direkt in der Stoffaufbereitungslinie erfolgt.

Weiterhin sind aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 07 448 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion bekannt. Dabei wird die die Fasern enthaltene Suspension einem Pumpdisperger zuführt und in diesem durch Scherkräfte beaufschlagt, um größere Faseragglomerate in kleinere oder sogar in Individualfasern aufzubrechen. Gleichzeitig wird der Pumpdisperger als Reaktor für die chemische Fällungsreaktion verwendet.

Überdies ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 20 526 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff zur weiteren Verwendung für die Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, bekannt. Dabei wird der durch einen Zellstofferzeugungsprozess gewonnene Zellstoff zunächst durch eine chemische Fällungsreaktion mit Zusatzstoff beladen, vorzugsweise gemäß der bereits genannten US-Patentschrift US 5,223,090 , anschließend der bereits beladene Zellstoff getrocknet und für die weitere Verwendung bereitgestellt beziehungsweise in Versandform gebracht.

Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zeichnen sich allesamt dadurch aus, dass die Kalkmilch [Ca(OH)₂; in Wasser aufgeschwemmter/suspendierter gelöschter Kalk; Ätzkalk; Kalkhydrat, Slaked Lime] beziehungsweise der gelöschte Kalk zuerst mit den in der Suspension enthaltenen Fasern oder enthaltenem Zellstoff in Kontakt gebracht, das heißt vermischt wird und danach das Kohlendioxid bei Auslösung der chemischen Fällungsreaktion eingeleitet wird.

Ein Nachteil dieser genannten Verfahren besteht insbesondere darin, dass sie nur einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, da die Kalkmilch beziehungsweise der gelöschte Kalk die Oberflächen der Fasern oder des Zellstoffs belegen und somit den Zugang von Kohlendioxid blockiert. Die chemische Fällungsreaktion an den Oberflächen wird erst dann möglich, nachdem das eingeleitete Kohlendioxid durch die Schichten an Kalkmilch beziehungsweise gelöstem Kalk hindurch diffundiert ist. Dies erschwert insbesondere ein Beladen der Oberflächen im Faserinnern (Lumen). Letztendlich wird also nur ein geringer Teil des gefällten Kalziumkarbonats (PCC) an die Oberflächen angelagert. Das restliche Kalziumkarbonat (PCC) liegt ungebunden vor und ist somit frei.

Die Aufgabe der Erfindung ist es also, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das zum einen eine möglichst vollständige und schnelle chemische Reaktion und zum anderen eine effiziente Beladung der Oberflächen der Fasern (innen und außen) oder des Zellstoffs gewährleistet. Überdies soll eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, die es ermöglicht, die betreffende chemische Reaktion kontinuierlich, effizient und wirtschaftlich durchzuführen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst,

– dass den Fasern oder dem Zellstoff in Form einer Suspension Kohlendioxid zugesetzt wird und
– dass die Fasern oder der Zellstoff in Form einer Suspension, denen Kohlendioxid zugesetzt wurde, vorzugsweise in mindestens einem Reaktor mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Durch die Zusetzung und die Anlagerung von Kohlendioxid an die Fasern oder den Zellstoff in Form einer Suspension vor der Zufügung von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk ist man in der Lage, zum einen eine möglichst vollständige und schnelle chemische Reaktion und zum anderen eine effiziente Beladung der Oberflächen der Fasern (innen und außen) oder des Zellstoffs zu erreichen. Bei der Zufügung von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk tritt die chemische Reaktion unmittelbar ein und beeinflusst somit den Beladungsprozess überaus positiv. Eine weitestgehende Einbindung und Ummantelung der Fasern, sowohl innen und als auch außen, oder des Zellstoffs mit Kalziumkarbonat wird erreicht.

Insbesondere kann, in Anlehnung an die bereits genannte Offenlegungsschrift DE 101 20 526 A1 , der beladene Zellstoff anschließend getrocknet und für die weitere Verwendung bereitgestellt beziehungsweise in Versandform gebracht werden. Der Zellstoff kann dabei in Ballenform, Rollenform oder dergleichen für die weitere Verwendung beziehungsweise für den Versand bereitgestellt werden. Der Zellstoff selbst kann beispielsweise nach dem Sulfatverfahren und/oder nach dem Sulfitverfahren hergestellt werden.

Bei der Beladung reagiert die Kalkmilch beziehungsweise der gelöschte Kalk unter Einleitung von Kohlendioxid in der Gestalt, dass sich kristallene Strukturen bilden.

Die Form der sich bildenden Konglomerate lässt sich durch die Menge an Kohlendioxid und die Einleitgeschwindigkeit des Kohlendioxids und durch die Systemtemperatur teilweise, gegebenenfalls auch durch die herrschenden Strömungsverhältnisse, maßgeblich beeinflussen. Unter dem Mikroskop kann man zwei Grundtypen unterscheiden: die eher stäbchenförmigen oder die flächigen oder ballartigen Strukturen. Die Form der Struktur ist insbesondere bei bestimmten Spezialpapieren von Bedeutung. Beispielhaft sei hier Zigarettenpapier genannt, das stäbchenförmige Strukturen benötigt, um bei einer definierten Porosität die notwendige Opazität zu gewährleisten.

Unter prozesstechnischen Aspekten gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten der Beladung: das Kohlendioxid wird der Suspension in mindestens einer dem Reaktor im Prozessablauf vorgeordneten und vorzugsweise beheizbaren Einheit zugesetzt oder das Kohlendioxid wird der Suspension in dem Reaktor zugesetzt, in welchem vorzugsweise zeitversetzt die Vermischung der Suspension mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk vollzogen wird. Beide Möglichkeiten weisen eigenständige Vorteile auf.

Bei der ersten Möglichkeit wird die Suspension vor der chemischen Reaktion massiv mit Kohlendioxid beaufschlagt. Die Fasern reichern sich dabei mit Kohlendioxid innen an und sie kommen sozusagen schon "vorgeladen" in den eigentlichen Reaktionsbehälter. Gleiches gilt natürlich für den Zellstoff. Dort lagert sich das sich bildende Kalziumkarbonat umhüllend an die jeweilige Oberfläche der Fasern oder des Zellstoffs an. Eine weitere Verbesserung des Beladungsprozesses wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch möglich, dass die Fasern oder der Zellstoff selbst mit Kohlendioxid „getränkt" werden. Die Kalkmilch beziehungsweise der gelöschte Kalk kommt somit hinsichtlich der anstehenden Fällungsreaktion schon mit durch das Edukt Kohlendioxid aktivierten Oberflächen in Kontakt. Die Fällungsreaktion kann somit in kürzerer Zeit und vor allem vollständig ablaufen. Diese erste Möglichkeit erlaubt überdies die kontinuierliche Zusetzung des Kohlendioxids und/oder die kontinuierliche Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk.

Die zweite Möglichkeit bietet im Grunde die gleichen Vorteile, jedoch können in nachteilhafter Weise die Zusetzung des Kohlendioxids und die Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk nur im Batch-Betrieb erfolgen. Die Ausbringungsmenge bei Anwendung dieser zweiten Möglichkeit ist entsprechend reduziert, wobei jedoch Investitions- und gar Betriebskosten aufgrund eines vereinfachten Systemaufbaus gespart werden können.

Weiterhin bietet die erste Möglichkeit eine Vielzahl an bevorzugten Ausgestaltungen:

– das Kohlendioxid kann der Suspension unter Einwirkung von Scherkräften, vorzugsweise in einem Pumpdisperger, zugesetzt werden;
– das Kohlendioxid kann der Suspension unter Einsatz von Mischeffekten, vorzugsweise in einem stationären Mischsystem, insbesondere einem stationären Mischer, zugesetzt werden;
– das Kohlendioxid kann der Suspension in mindestens einem stationären Mischer unter Einwirkung von Strömungsturbulenzen zugesetzt werden, wobei die Strömungsturbulenzen bei einer möglichen Injizierung von Kohlendioxid in eine Zufuhrleitung benutzt werden können; und/oder
– das Kohlendioxid kann der Suspension unter Einsatz mindestens eines zumindest teilweise bewegten Mischsystems, vorzugsweise in einem Rührwerk, zugesetzt werden.

Alle genannten Ausgestaltungen weisen einen exemplarischen Charakter auf und zeichnen sich überdies durch einen guten Wirkungsgrad für die chemische Reaktion aus.

Im Hinblick auf die Einstellung einer optimalen Konsistenz der Suspension bei einer vorgegebenen Feststoffkonzentration kann es vorteilhaft sein, wenn der Suspension vor Zugabe des Kohlendioxids Wasser, beispielsweise Frischwasser und/oder Siebwasser, zugesetzt wird. Damit kann die Konsistenz der Suspension innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden.

Über dies kann es auch vorteilhaft sein, wenn selbst in den Reaktor vor und/oder während und/oder nach Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk Wasser, beispielsweise Frischwasser und/oder Siebwasser, zugesetzt wird. Dies ermöglicht eine nachträgliche Einstellung der Konsistenz der Suspension.

In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die Suspension vor Zugabe des Kohlendioxids mittels mindestens einer Entgasungseinrichtung entgast wird und/oder dass das Kohlendioxid der Suspension unter Druckbeaufschlagung zugesetzt wird. Beide dargelegten Ausgestaltungen tragen positiv zu einer erfolgreichen Beladung der Fasern oder des Zellstoffs im Zuge der chemischen Reaktion bei.

Das Kohlendioxid wird der Suspension bevorzugt als reines Kohlendioxid und/oder als Rauchgas zugesetzt. So kann beispielsweise das Rauchgas aus Boilern oder Kraftwerken entnommen werden. Beide Möglichkeiten unterstützen den Beladungsprozess, wobei die Verwendung von Rauchgas im Allgemeinen kostengünstiger sein dürfte.

Unter ökonomischen und ökologischen Gründen wird die Suspension durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagsstoffen in mindestens einem Stofflöser erzeugt oder als nicht getrockneter Stoff, der auch als „never tried pulp" bezeichnet wird, dem Beladungsprozess zugeführt, wie zum Beispiel aus einer weiteren Zellstofffabrik.

Damit der Beladungsprozess so prozesssicher wie möglich abläuft, werden in dem mindestens einen Reaktor bevorzugt die Reaktionsparameter gemessen und gegebenenfalls zur Regelung der chemischen Fällungsreaktion herangezogen. Dabei umfassen die für die sichere und optimale Prozessführung relevanten Reaktionsparameter zumindest den pH-Wert, die Temperatur, die Verweilzeit, den Durchsatz an Suspension und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk. Vorzugsweise wird hierbei zumindest der am Ende der Reaktion gemessene pH-Wert der Suspension mit einem Sollwert verglichen und die Regelabweichung wird idealerweise über wenigstens eine der folgenden Prozessstellgrößen vermindert beziehungsweise beseitigt: Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk, Zugabe von Kohlendioxid, Durchsatz an Suspension und/oder dergleichen.

Die eingangs genannte Aufgabe wird überdies gelöst durch eine Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern oder enthaltenem Zellstoff mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern oder der Zellstoff in Form einer Suspension mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration bereitgestellt werden. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reaktor vorgesehen ist, in dem die Fasern oder der Zellstoff in Form einer Suspension, denen Kohlendioxid zugesetzt wurde, mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich in geeigneter Weise auch bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, anwenden, wobei zu deren Herstellung zumindest Fasern oder Zellstoff in Form mindestens einer Suspension verwendet wurden, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geladen wurden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion; und
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Beladen von in einer Suspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Beladen von in einer Suspension 3 enthaltenen Fasern 2.1 oder Zellstoff 2.2 mit einem Füllstoff 4 durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern 2.1 oder der Zellstoff 2.2 in Form einer Suspension 3 mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration c bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktor 5, in dem die Fasern 2.1 oder der Zellstoff 2.2 in Form einer Suspension 3, denen Kohlendioxid 6 zugesetzt wurde, mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird. Das Kohlendioxid 6 kann der Suspension 3 als reines Kohlendioxid und/oder als Rauchgas zugesetzt werden.
Bei der Vorrichtung 1 der 1 erfolgt die Zusetzung des Kohlendioxids 6 und die Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 im Batch-Betrieb.
Der Reaktor 5 weist mindestens eine Zufuhrleitung 8 für Kohlendioxid 6 auf, so dass Kohlendioxid 6 vor und/oder zeitgleich mit der Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 über eine Leitung 9 den Fasern 2.1 oder dem Zellstoff 2.2 in Form einer Suspension 3 zugeführt werden kann. Der Füllstoff 4 ist in diesem Falle dann Kalziumkarbonat.
Weiterhin ist eine Zufuhrleitung 11 für Wasser 10 vorgesehen, welches vor Zugabe des Kohlendioxids 6 und/oder vor und/oder während und/oder nach Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 zugesetzt werden kann.
Zudem sind sowohl eine Entgasungseinrichtung 12 zur Entgasung der Suspension 3 vor Zugabe des Kohlendioxids 6 als eine Druckerzeugungseinrichtung 13 zur druckbeaufschlagten Zugabe von Kohlendioxid 6 zur Suspension 3 vorgesehen. Die bekannte und lediglich schematisch dargestellte Entgasungseinrichtung 12 ist mit mittels einer Leitung 14 an den Reaktor 5 angeschlossen, wohingegen die bekannte und wiederum lediglich schematisch dargestellte Druckerzeugungseinrichtung 13 mittels der bereits vorhandenen Leitung 8 an den Reaktor 5 angeschlossen ist.
Ein bekannter und zum Stand der Technik zählender Stofflöser 15 ist zur Erzeugung der Suspension 3 infolge Auflösens von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagsstoffen vorgesehen. Die Erzeugung der Suspension 3 kann selbstverständlich auch durch eine Zuführung von nicht getrocknetem Stoff erfolgen.
Überdies verfügt der Reaktor 5 über zumindest ein System 16 zur Messung der Reaktionsparameter und gegebenenfalls zur Regelung der chemischen Fällungsreaktion. Die relevanten Reaktionsparameter umfassen zumindest den pH-Wert, die Temperatur, die Verweilzeit, den Durchsatz an Suspension und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk. Ein derartiges System 16 samt Messzellen und Aktuatoren beziehungsweise Stellgliedern sind allgemein hin bekannt und somit lediglich exemplarisch angedeutet.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Reaktionsparameter vorzugsweise in folgenden Wertebereiche vorliegen: pH-Wert der Suspension im Reaktor zwischen 6 und 11, vorzugsweise zwischen 7 und 10, Temperatur der Suspension im Reaktor zwischen etwa –15 und etwa 120 °C, vorzugsweise zwischen etwa 20 und etwa 90 °, Verweilzeit der Suspension im Reaktor zwischen 0,5 Minuten und etwa 4 Stunden, vorzugsweise zwischen 3 Minuten und etwa 1 Stunde. Der Durchsatz an Suspension und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk hängt maßgeblich von der Größe des Reaktors ab und lässt sich somit nicht einfach quantifizieren.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung 1 zum Beladen von in einer Suspension 3 enthaltenen Fasern 2.1 oder enthaltenem Zellstoff 2.2 mit einem Füllstoff 4 durch eine chemische Fällungsreaktion.
Diese Vorrichtung 1 baut prinzipiell auf der Vorrichtung 1 der 1 auf, so dass in wesentlichen Teilen auf diese und deren Beschreibung verwiesen wird.
Die Vorrichtung 1 umfasst wiederum einen Reaktor 5, in dem die Fasern 2.1 oder der Zellstoff 2.2 in Form einer Suspension 3 mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird. Für die Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 in den Reaktor ist eine Leitung 9 vorgesehen.
Im Gegensatz zur Ausführung der 1 ist vorliegend nun eine dem Reaktor 5 im Prozessablauf vorgeordnete und vorzugsweise beheizbare Einheit 17 vorgesehen, in der den Fasern 2.1 oder der Zellstoff 2.2 in Form einer Suspension 3 Kohlendioxid 6 zugesetzt wird. Die Einheit 17 weist hierfür mindestens eine Zufuhrleitung 8 für Kohlendioxid 6 auf. Die mögliche Erwärmung der Einheit 17 in bekannter Weise ermöglicht eine direkte Einflussnahme auf die Reaktionstemperatur der anschließenden chemischen Reaktion.
Das Kohlendioxid 6 kann der Suspension 3 als reines Kohlendioxid und/oder als Rauchgas zugesetzt werden. Der Füllstoff 4 ist in diesem Falle dann Kalziumkarbonat.
Bei der Vorrichtung 1 der 2 erfolgt die Zusetzung des Kohlendioxids 6 und die Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk 7 also kontinuierlich.
Die dem Reaktor 5 im Prozessablauf vorgeordnete Einheit 17 umfasst zumindest einen Pumpdisperger 18, der während der Zugabe des Kohlendioxids 6 über die mindestens eine Zufuhrleitung 8 zu der Suspension 3 Scherkräfte erzeugt. Ein derartiger Pumpdisperger 18 ist konstruktiv und funktional beispielsweise aus der bereits zitierten deutschen Offenlegungsschrift DE 101 07 448 A1 bekannt. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung mit aufgenommen.
In weiterer Ausgestaltung kann die dem Reaktor 5 im Prozessablauf vorgeordnete Einheit 17 auch zumindest ein stationäres Mischsystem, wie beispielsweise einen stationären Mischer oder eine von der Suspension durchflossene Zufuhrleitung, umfassen, das während der Zugabe des Kohlendioxids zu der Suspension Mischeffekte erzeugt. Weiterhin kann sie auch zumindest ein teilweise bewegtes Mischsystem, wie beispielsweise ein Rührwerk, umfassen, das während der Zugabe des Kohlendioxids zu der Suspension Mischeffekte erzeugt. Derartige Ausgestaltungen sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass von deren detaillierter Darstellung Abstand genommen werden kann.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin sowohl eine Entgasungseinrichtung 12 zur Entgasung der Suspension 3 vor Zugabe des Kohlendioxids 6 als auch eine Druckerzeugungseinrichtung 13 zur druckbeaufschlagten Zugabe von Kohlendioxid 6 zur Suspension 3. Die bekannte und lediglich schematisch dargestellte Entgasungseinrichtung 12 ist mit mittels einer Leitung 14 an den Reaktor 5 angeschlossen, wohingegen die bekannte und wiederum lediglich schematisch dargestellte Druckerzeugungseinrichtung 13 mittels der bereits vorhandenen Leitung 8 an die Einheit 17 angeschlossen ist.
Ein bekannter und zum Stand der Technik zählender Stofflöser 15 ist zur Erzeugung der Suspension 3 infolge Auflösens von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagsstoffen vorgesehen. Die Erzeugung der Suspension 3 kann selbstverständlich auch durch eine Zuführung von nicht getrocknetem Stoff erfolgen.
Überdies verfügt der Reaktor 5 wiederum über zumindest ein System 16 zur Messung der Reaktionsparameter und gegebenenfalls zur Regelung der chemischen Fällungsreaktion. Die relevanten Reaktionsparameter umfassen zumindest den pH-Wert, die Temperatur, die Verweilzeit, den Durchsatz an Suspension und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk. Ein derartiges System 16 samt Messzellen und Aktuatoren beziehungsweise Stellgliedern sind allgemein hin bekannt und somit lediglich exemplarisch angedeutet.
Die Vorrichtung 1 eignet sich also in hervorragender Weise zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wobei zu ihrer Herstellung zumindest Fasern 2.1 oder Zellstoff 2.2 in Form mindestens einer Suspension 3 verwendet wurden, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beladen wurden.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Arten geschaffen wird, die zum einen eine möglichst vollständige und schnelle chemische Reaktion und zum anderen eine effiziente Beladung der Oberflächen der Fasern (innen und außen) oder des Zellstoffs gewährleisten.

1: Vorrichtung
2.1: Faser
2.2: Zellstoff
3: Suspension
4: Füllstoff
5: Reaktor
6: Kohlendioxid
7: Kalkmilch bzw. gelöschter Kalk
8: Zufuhrleitung
9: Zufuhrleitung
10: Wasser
11: Zufuhrleitung
12: Entgasungseinrichtung
13: Druckerzeugungseinrichtung
14: Leitung
15: Stofflöser
16: System
17: Einheit
18: Pumpdisperger
c: Feststoffkonzentration

Claims

Verfahren zum Beladen von in einer Suspension (3) enthaltenen Fasern (2.1) oder enthaltenem Zellstoff (2.2) mit einem Füllstoff (4) durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration (c) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den Fasern (2.1) oder dem Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) Kohlendioxid (6) zugesetzt wird und dass die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3), denen Kohlendioxid (6) zugesetzt wurde, vorzugsweise in mindestens einem Reaktor (5) mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in mindestens einer dem Reaktor (5) im Prozessablauf vorgeordneten und vorzugsweise beheizbaren Einheit (17) zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) unter Einwirkung von Scherkräften zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in einem Pumpdisperger (18) zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) unter Einsatz von Mischeffekten zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) unter Einsatz mindestens eines stationären Mischsystems zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in mindestens einem stationären Mischer zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in mindestens einem stationären Mischer unter Einwirkung von Strömungsturbulenzen zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) unter Einsatz mindestens eines zumindest teilweise bewegten Mischsystems zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in mindestens einem Rührwerk zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusetzung des Kohlendioxids (6) und/oder die Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) in dem Reaktor (5) zugesetzt wird, in welchem vorzugsweise zeitversetzt die Vermischung der Suspension (3) mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) vollzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusetzung des Kohlendioxids (6) und die Vermischung mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) im Batch-Betrieb erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suspension (3) vor Zugabe des Kohlendioxids (6) Wasser (10) zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktor (5) vor und/oder während und/oder nach Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) Wasser (10) zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension (3) vor Zugabe des Kohlendioxids (6) mittels mindestens einer Entgasungseinrichtung (12) entgast wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) unter Druckbeaufschlagung zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (6) der Suspension (3) als reines Kohlendioxid und/oder als Rauchgas zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension (3) durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagsstoffen in mindestens einem Stofflöser (15) erzeugt oder als nicht getrockneter Stoff dem Beladungsprozess zugeführt wird, wie zum Beispiel aus einer weiteren Zellstofffabrik.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Reaktor (5) die Reaktionsparameter gemessen und gegebenenfalls zur Regelung der chemischen Fällungsreaktion herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsparameter zumindest den pH-Wert, die Temperatur, die Verweilzeit, den Durchsatz an Suspension (3) und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der am Ende der Reaktion gemessene pH-Wert der Suspension (3) mit einem Sollwert verglichen wird und die Regelabweichung über wenigstens eine der folgenden Prozessstellgrößen vermindert beziehungsweise beseitigt wird: Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7), Zugabe von Kohlendioxid (6), Durchsatz an Suspension (3) und/oder dergleichen.
Vorrichtung (1) zum Beladen von in einer Suspension (3) enthaltenen Fasern (2.1) oder enthaltenem Zellstoff (2.2) mit einem Füllstoff (4) durch eine chemische Fällungsreaktion, wobei die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) mit einer vorgebbaren Feststoffkonzentration (c) bereitgestellt werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reaktor (5) vorgesehen ist, in dem die Fasern (2.1) oder der Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3), denen Kohlendioxid (6) zugesetzt wurde, mit Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) vermischt werden und dabei die chemische Fällungsreaktion ausgelöst und weitestgehend, vorzugsweise vollständig abgeschlossen wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dem Reaktor (5) im Prozessablauf vorgeordnete und vorzugsweise beheizbare Einheit (17) vorgesehen ist, in der den Fasern (2.1) oder dem Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) Kohlendioxid (6) zugesetzt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Reaktor (5) im Prozessablauf vorgeordnete Einheit (17) zumindest einen Pumpdisperger (18) umfasst, der während der Zugabe des Kohlendioxids (6) zu der Suspension (3) Scherkräfte erzeugt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Reaktor (5) im Prozessablauf vorgeordnete Einheit (17) zumindest ein stationäres Mischsystem umfasst, das während der Zugabe des Kohlendioxids (6) zu der Suspension (3) Mischeffekte erzeugt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Mischsystem mindestens einen stationären Mischer umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Mischsystem einen stationären Mischer in Ausgestaltung einer von der Suspension (3) durchflossenen Zufuhrleitung (8) umfasst, die während der Zugabe des Kohlendioxids (6) zu der Suspension (3) zumindest streckenweise Strömungsturbulenzen erzeugt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Reaktor (5) im Prozessablauf vorgeordnete Einheit (17) zumindest ein teilweise bewegtes Mischsystem umfasst, das während der Zugabe des Kohlendioxids (6) zu der Suspension (3) Mischeffekte erzeugt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischsystem mindestens ein Rührwerk umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (5) mindestens eine Zufuhrleitung (8) für Kohlendioxid (6) aufweist, so dass Kohlendioxid (6) vor und/oder zeitgleich mit der Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) den Fasern (2.1) oder dem Zellstoff (2.2) in Form einer Suspension (3) zugeführt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zufuhrleitung (11) für Wasser (10) vorgesehen ist, welches vor Zugabe des Kohlendioxids (6) und/oder vor und/oder während und/oder nach Zugabe von Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) zugesetzt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Entgasungseinrichtung (12) zur Entgasung der Suspension (3) vor Zugabe des Kohlendioxids (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckerzeugungseinrichtung (13) zur druckbeaufschlagten Zugabe von Kohlendioxid (6) zur Suspension (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stofflöser (15) zur Erzeugung der Suspension (3) infolge Auflösens von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagsstoffen oder eine Zuführung von nicht getrocknetem Stoff vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (5) zumindest ein System (16) zur Messung der Reaktionsparameter und gegebenenfalls zur Regelung der chemischen Fällungsreaktion umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsparameter zumindest den pH-Wert, die Temperatur, die Verweilzeit, den Durchsatz an Suspension (3) und/oder an Kalkmilch beziehungsweise gelöschtem Kalk (7) umfassen.
Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, dadurch gekennzeichnet, dass zu ihrer Herstellung zumindest Fasern (2.1) oder Zellstoff (2.2) in Form mindestens einer Suspension (3) verwendet wurden, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 beladen wurden.