DE102006031904B3

DE102006031904B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung oder Aufbereitung von Pulpe

Info

Publication number: DE102006031904B3
Application number: DE200610031904
Authority: DE
Inventors: Bernhard Winterstein
Original assignee: GW FASERTECHNIK GmbH
Current assignee: GLOBAL WINTERSTEIN FASERTECHNIK GMNH, 42781 HA, DE
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-07-08
Also published as: WO2008003283A3; EP2038475A2; WO2008003283A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pulpeherstellungsvorrichtung zur Herstellung oder Aufbereitung von Pulpe mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gefäß zur Aufnahme des aufzulösenden oder zu aufzubereitenden faserhaltigen Materials der Pulpe, wobei an dem Gefäßboden ein zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden drehbarer Rotor angeordnet ist, mittels dessen eine in dem Gefäß befindliche wässrige Phase in schnelle Rotation versetzbar ist, um eine Aufschlämmung des faserhaltigen Materials zu erzeugen oder eine bestehende Aufschlämmung aufzubereiten, und wobei das Gefäß einen Auslass für die Pulpe aufweist. Um einen hohen Feststoffgehalt in der Pulpe bei verminderter Leistungsaufnahme zu ermöglichen, ist der Rotor von einem Statorring radial umgeben, wobei der Statorring als umfänglich durchgehender Ring ausgebildet sein kann. Der Statorring kann sich bis auf etwa die halbe Höhe der Rotorblätter erstrecken. Die Vorrichtung kann als Pulper oder Sortiermaschine ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulpeherstellungsvorrichtung zur Herstellung oder Aufbereitung von Pulpe mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gefäß zur Aufnahme des aufzulösenden oder zu verarbeitenden faserhaltigen Materials der Pulpe, wobei an dem Gefäßboden ein zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden drehbarer Rotor angeordnet ist, mittels dessen eine in dem Gefäß befindliche wässrige Phase in schnelle Rotation versetzbar ist, um eine Faseraufschlämmung zu erzeugen oder eine bestehende Aufschlämmung aufzubereiten, und wobei das Gefäß einen Auslass für die in dem Gefäß hergestellte oder aufbereitete Faseraufschlämmung aufweist.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen sind insbesondere als Pulper (auch Stofflöser genannt) bekannt und dienen dazu, faserhaltiges Material in einer zumeist wässrigen Phase in dem Gefäß möglichst homogen aufzulösen. Als faserhaltiges Material können Zellstoff und/oder Holzschliff in trockenem oder feuchtem Zustand eingesetzt werden, beispielsweise in Form von Rollen, Ballen, Maschinenausschuss, Altpapier usw.. Durch schnelle Rotation des Rotors wird die in dem Gefäß befindliche Flüssigkeit ebenfalls in schnelle Drehung versetzt, so dass eine turbulente Strömung mit hohen Scherkräften unter Bildung eines Wirbelkerns entsteht, wobei das faserhaltige Material zerteilt und eine möglichst homogene Aufschlämmung erzeugt wird. Der Feststoffgehalt der derart hergestellten Pulpe (Faseraufschlämmung) beträgt herkömmlicherweise bis maximal 5 Gew.-% bezogen auf die homogene Aufschlämmung, d.h. ohne Berücksichtigung größerer Klumpen von nicht zerteilten faserhaltigem Rohmaterial, Fremdkörpern u. dgl..
Eine derartige Herstellung einer Aufschlämmung ist mit einem sehr hohen Energieaufwand verbunden, um einen ausreichend starken Wirbel und damit ausreichend starke Scherkräfte zu erzeugen. Ferner besteht das Bestreben, den Feststoffanteil in der Aufschlämmung zu erhöhen, da hierdurch die Herstellung des aus der Faseraufschlämmung herstellten Produktes, beispielsweise von Papier, Vliesstoff o. dgl., wirtschaftlicher und/oder mit höherer Prozessgeschwindigkeit erfolgen kann. Dieser Bedarf besteht insbesondere, da einer Erhöhung der Rotordrehzahl wirtschaftliche und technische Grenzen gesetzt sind, beispielsweise durch die Leistungsaufnahme des zugeordneten Antriebsmotors. Des Weiteren ist es oftmals erwünscht, bestehende Vorrichtungen nachzurüsten, so dass diese dann mit einem höheren Feststoffanteil in der Pulpe betrieben werden können. Ferner soll durch die Maßnahme nach Möglichkeit die Lebensdauer des Pulpers erhöht werden.
Weiterhin sind gattungsgemäße Vorrichtungen in Form von Sortiermaschinen (zumeist „Sekundär-Pulper" genannt) bekannt, bei welchen eine bereits vorliegende Pulpe (Faseraufschlämmung) dadurch aufbereitet werden soll, dass unerwünschte Fremdstoffe oder nicht ausreichend zerteilte faserhaltige Rohmaterialien „aussortiert" werden. Hierzu wird die Pulpe zumeist durch einen unterhalb des Rotors befindlichen Siebboden geführt, wodurch derartige Fremdstoffe abgetrennt werden. Auch hier bestehen oftmals die oben genannten Probleme, insbesondere die Leistungsaufnahme der Sortiermaschine bei gegebenem Durchsatz an Pulpe zu verringern bzw. den Wirkungsgrad der Sortiermaschine zu erhöhen. Ferner soll auch hier die Maschine einfach nachrüstbar sein.
Aus der AT 389529 B ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Altpapieraufbereitung mit einem Umwälzraum bekannt, wobei ein Sieb den Umwälzraum von einem Gutstoffraumteil abtrennt und wobei dem Sieb ein Rotor benachbart angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit der ein erhöhter Feststoffgehalt in der Pulpe erzielbar und die einfach nachrüstbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Bereitstellung einer Pulpeherstellungsvorrichtung der genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß der Rotor von einem Statorring außenseitig umgeben ist. Ein derartigen Statorring, der zudem an dem Gefäß einfach nachrüstbar ist, verändert überraschenderweise das Strömungsverhalten der in dem Gefäß in Rotation versetzten Flüssigkeit drastisch, so dass bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen wie gleicher Gefäßgeometrie, Füllstand, Gesamtgehalt an Fasermaterial und Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, ein starker und stabiler Wirbel erzeugt wird. Des Weiteren wird bei vergleichbarer Wirbelbildung in Bezug auf ein Gefäß ohne Statorring eine deutlich niedrigere Leistungsaufnahme des Rotorantriebes bei konstanter Stromaufnahme beobachtet. Bei gleichem Füllstand und gleicher Leistungsaufnahme sowie Gesamtfasergehalt wird ohne weiteres ein höherer Feststoffanteil an Fasermaterial in der Flüssigkeit erzielt, der ohne weiteres um 10 bis 20% höher liegen kann, als bei einem herkömmlichen Pulper unter ansonsten gleichen Bedingungen. Der Feststoffanteil der Pulpe kann hierdurch ohne weiteres 5,5–6 Gew.-% oder ggf. auch mehr betragen. Ohne durch die Theorie gebunden zu werden, wird angenommen, dass durch den Statorring, die von dem Rotor mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen bewegte Flüssigkeit vertikal aufwärts abgelenkt wird, was die Wirbelbildung sehr stark unterstützt. Die Energieeffizienz der Pulpeherstellung ist hierdurch deutlich erhöht. Durch derartige Pulpen mit erhöhtem Feststoffgehalt, die pumpfähig sind, ist auch die nachfolgende Herstellung von Faserprodukten wie z.B. Papier oder Vliesstoffen wesentlich wirtschaftlicher bzw. mit höherer Prozessgeschwindigkeit möglich.
Das oben Gesagte gilt entsprechend auch bei der Anwendung eines den Rotor umgebenden Statorringes im Falle einer Sortierma schine, bei welcher die Pulpe zumeist durch den Siebboden des Gefäßes, der in Strömungsrichtung hinter dem Rotor angeordnet ist, unter Aussortierung unerwünschter Fremdstoffe geführt wird. Auch hierbei hat sich die Erzeugung eines starken und stabilen Wirbels durch den Statorring als sehr förderlich erwiesen, um einen hohen Feststoffgehalt in der Maschine handzuhaben und einen hohen Pulpedurchsatz bewerkstelligen zu können. Auch hier kann die Leistungsaufnahme der Sortiermaschine bei konstanter Stromaufnahme durch den Statorring deutlich vermindert werden.
Im Allgemeinen ist bei einem Pulper das Gefäß vertikal aufgestellt, so dass die Rotationsachse des Rotors vertikal und der Gefäßboden im Wesentlichen horizontal angeordnet sind. Bei einer Ausbildung als Sortiermaschine sind Gefäßhauptachse und Rotorachse zumeist horizontal angeordnet, ohne dass dies jedoch zwingend notwendig ist. Gegebenenfalls kann die Rotordrehachse einer Sortiermaschine ebenfalls vertikal angeordnet sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Statorring ist vorzugsweise als voll umfänglich durchgehender Ring ausgebildet, gegebenenfalls kann der Statorring auch aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten Statorelementen zusammengesetzt sein, wobei der Abstand der Statorelemente zueinander vorzugsweise geringer oder wesentlich geringer ist, als die Umfangserstreckung derselben. Gegebenenfalls können die einzelnen Statorelemente auch in Umfangsrichtung einander überlappend angeordnet sein. Allgemein können auch zwei oder mehr konzentrische Statorringe vorgesehen sein, insbesondere wenn diese jeweils aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten einzelnen Statorelementen bestehen.
Der Statorring kann an seiner Basis abschnittsweise oder vorzugsweise vollumfänglich mit dem Gefäßboden verbunden sein, vorzugsweise flüssigkeitsdicht. Der Statorring kann nachträglich an dem Boden eines Gefäßes befestigt werden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. Der Statorring kann auch integraler Bestandteil des Gefäßbodens sein, wozu der Gefäßboden seitlich an dem Statorring angesetzt sein kann. Dies kann auf Innen- und Außenseite des Statorringes auch auf unterschiedlichen Höhen erfolgen. Der Statorring kann somit auf einem durchgehenden Bodenbereich angordnet sein.
Der Statorring kann rund ausgebildet sein, verschiedentlich erfolgt eine besonders stabile Wirbelbildung, wenn der Statorring nichtrund ausgeführt ist, beispielsweise oval oder elipsoid oder eventuell wellenförmig mit wechselndem Abstand zur Rotorachse, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die dem Rotor zugewandte Statorringwandung kann eine sich kontinuierlich ändernde Krümmung aufweisen. Insbesondere kann der Statorring mehreckig ausgeführt sein, beispielsweise 4–6eckig, oder bis 8- oder bis 10- oder bis 12-eckig, jeweils vorzugsweise als gleichseitiges Mehreck. Es wird davon ausgegangen, dass durch die sich ändernden radialen Weiten des Statorringes eine Wirbelbildung unterstützt wird.
Der Statorring muss allgemein nicht durchgehend ausgeführt sein und kann Durchbrechungen aufweisen, die sich auch über dessen gesamte Höhe erstrecken können. Vorzugsweise sind die Umfangserstreckungen des Durchbrechungen jeweils kleiner als die Umfangserstreckungen des Statorringes, z.B. 1/2 oder 1/3 oder 1/4 derselben oder kleiner. Im Falle eines mehreckigen Statorringes sind etwaigen Durchbrechungen vorzugsweise im Bereich der Kantenmitten angeordnet. Besteht der Statorring aus einzelnen ringförmig angeordneten Statorelementen, so können diese derart angeordnet sein, dass deren Längserstreckung zu einem entsprechenden Kreisbogen mit Zentrum in der Rotorachse im Winkel steht und diesen schneidet, z.B. fächerartig angeordnet sind.
Vorzugsweise erstreckt sich der Statorring entlang der Rotor achse zumindest teilweise über die Höhe des Rotors, insbesondere über die Höhe der Rotorflügel. Der Statorring kann sich hierbei gegebenenfalls in Richtung der Rotorachse über den Rotor oder die Rotorflügel hinaus in Richtung auf das dem Rotor abgewandte Ende des Gefäßes erstrecken. Vorzugsweise stehen jedoch der Rotor bzw. die Rotorblätter in Richtung der Rotorachse über den Statorring über. Der Statorring kann hierdurch eine vergleichsweise geringe Höhe und damit hohe Stabilität aufweisen, was insbesondere dann zweckdienlich ist, wenn dem Gefäß ein faserhaltiges Rohmaterial mit einem signifikanten Anteil an Fremdstoffen wie Steinen usw. zugeführt wird, die mit hoher radialer Geschwindigkeit auf den Statorring prallen und diesen beschädigen können.
Zumeist weist der Rotor der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Rotorflügel auf, beispielsweise 5, 6 oder mehr, wobei die Rotorflügel an einer Rotorgrundplatte befestigt sein können, durch welche sich auch der Antrieb des Rotors erstrecken kann. Die Rotorflügel können hierbei axial und/oder radial über die Rotorgrundplatte vorstehen. Vorzugsweise steht der Statorring hierbei axial über die Rotorgrundplatte über, d.h. entlang der Rotordrehachse, wobei der Statorring sich vorzugsweise nur über einen Teil der Höhe der Rotorflügel erstreckt, gegebenenfalls aber auch in axialer Richtung über die Rotorflügel überstehen kann. Der Statorring kann hierbei derart ausgebildet sein, dass die Oberkante desselben in einem Bereich von 10 bis 90% der Höhe der Rotorflügel angeordnet ist, vorzugsweise in einem Bereich von 25 bis 75%, besonders bevorzugt von 33 bis 66% der Höhe der Rotorflügel, im besonderen in etwa auf der halben Höhe derselben. Hierdurch ist eine sehr wirksame Wirbelkernbildung möglich, wobei der Statorring eine nur relativ geringe Höhe aufweist.
Insgesamt kann die Höhe des Statorringes ≥ 10 bis 20% und/oder 150 bis 200% der Höhe der Rotorblätter oder des Rotors insgesamt aufweisen, insbesondere im Bereich von 50 bis 100% oder ca. 50% der Höhe des Rotors und/oder der Rotorblätter. Es versteht sich, dass die Höhe des Statorringes hierbei auch von der Geometrie des Gefäßbodens abhängt, so dass bei nach außen hin ansteigendem Gefäßboden der Statorring eine geringere Höhe aufweisen kann, als bei ebenem Gefäßboden, um jeweils die gleiche positive Auswirkung auf die Wirbelkernbildung zu haben.
Die Höhe des Statorringes gemessen von dessen Unterkante bzw. dem Gefäßboden aus, kann ≥ 10 bis 20 mm und/oder ≤ 250 bis 300 mm betragen, beispielsweise ≥ 30 bis 50 mm und/oder ≤ 150 bis 200 mm oder auch ≤ 100 mm, beispielsweise ca. 70 mm. Bevorzugt beträgt die Höhe des Statorringes zwischen 30 bis 150 mm, insbesondere ca. 70 mm. Die Höhe des Statorringes kann hierbei in etwa der Rotorblatthöhe entsprechen. Dies kann jeweils für Pulver und/oder Sortiermaschinen gelten, wobei der Statorring jeweils an den Rotor anzupassen ist.
Die obigen Ausführungen hinsichtlich der Ausgestaltung des Statorringes können sich jeweils auf einen Teilumfang oder den Vollumfang desselben beziehen.
Als besonders zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn der Statorring einen radialen Abstand von ≥ 25–50 mm und/oder ≤ 500–750 mm von dem Rotor bzw. dem am weitesten radial außen liegenden Bereich der Rotorflügel aufweist. Der Statorring kann insbesondere einen radialen Abstand von ≥ 100 mm und/oder ≤ 350–400 mm von dem Rotor, insbesondere von der Rotorgrundplatte und/oder den Rotorflügeln aufweisen. Der radiale Abstand kann ca. 100 bis 400 mm oder besonders bevorzugt ca. 150 bis ca. 300 mm, im Besonderen ca. 150 bis 200 mm von dem Rotor aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Vorrichtung als Pulver bzw. Stofflöser ausgeführt ist. Ist die Vorrichtung als Sortiermaschine ausgeführt, kann der Abstand des Statorringes zu dem Rotor wie oben angegeben bemessen sein, insbesondere kann er im Bereich von 100 bis 150 mm liegen.
Die Basis des Statorringes kann oberhalb der Unterkante der Rotorgrundplatte oder oberhalb der Unterkante der Rotorflügel des Rotors angesetzt sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Gefäßboden radial nach außen hin ansteigt und der Statorring auf Höhe des ansteigenden Bereiches des Gefäßbodens angeordnet ist. Der Statorring weist hierbei eine wesentlich größere Neigung auf als der Gefäßboden. Im Allgemeinen, d.h. auch bei im Wesentlichen ebenen Gefäßböden, kann der Statorring eine Neigung von ±45° zur Rotordrehachse aufweisen, vorzugsweise ±20–30°, besonders bevorzugt ≤ ±5–10°. Insbesondere kann der Statorring sich von dem Gefäßboden im Wesentlichen vertikal erstrecken, d.h. parallel zu der Rotordrehachse.
Steigt der Gefäßboden radial nach außen hin an, so kann der Statorring in Höhe des ansteigenden Bereichs des Gefäßbodens oder an der Basis bzw. dem Beginn desselben angebracht sein. Der ansteigende Bereich des Gefäßbodens kann hierbei auch an dem Statorring ansetzen, so dass der Statorring auf der dem Rotor zugewandten Seite eine größere Höhe als an der radial außen liegenden Seite hat, der Gefäßboden beidseitig des Statorringes somit unterschiedliche Höhen aufweist.
Gegebenenfalls kann der Gefäßboden eine Absenkung aufweisen, insbesondere eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung, innerhalb welcher der Rotor angeordnet ist, so dass der Rotor mit einem Stufenabsatz umgeben wird. Der Statorring kann hierbei radial außen liegend zu dem Stufenabsatz des Rotors angeordnet sein.
Insbesondere bei einer derartigen Ausgestaltung des Gefäßbodens jedoch auch unabhängig hiervon kann der Statorring oberhalb der Unterkante der Rotorgrundplatte, gegebenenfalls auch oberhalb der Unterkante der Rotorblätter an dem Gefäßboden ansetzen.
Der Gefäßboden kann zumindest einem oder zumindest einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Rippen versehen sein, die vorzugsweise gleichmäßig um die Rotorachse verteilt sind. Derartige Rippen haben einen vorteilhaften Einfluss auf die Störungsverhältnisse und insbesondere die Wirbelbildung im Gefäß. Derartige Rippen können sich bis an den Statorring heran erstrecken oder von diesen radial beabstandet sein, wobei die Rippen zu dem Statorring zumeist radial außen, vorzugsweise nur radial außen, angeordnet sind.
Der Statorring bzw. die Vielzahl von ringförmig angeordneten Statorelementen können im einfachsten Fall als Blech ausgeführt sein oder sich allgemein linienförmig in Umfangsrichtung erstrecken. Der Statorring oder -elemente können jedoch auch eine Ausdehnung in axialer Richtung aufweisen. Insbesondere kann die rotorzu- und rotorabgewandte Seite desselben unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise eine unterschiedliche Neigung zur Rotorachse aufweisen. Ferner können der Statorring oder die Statorelemente einen nicht-linienförmigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise auch im oberen Bereich oder an der Oberkante derselben ein radial einwärts und/oder radial auswärts vorstehenden Kragen aufweisen, wobei sich ein radial auswärts erstreckender Kragen gegebenenfalls bis zu dem Gefäßboden oder der Gefäßwandung hin erstrecken kann. Der Kragen kann sich im Wesentlichen horizontal erstrecken oder eine Neigung von ≤ ±30°–45°, vorzugsweise ≤ ±10° zur Horizontalen aufweisen. Der Kragen kann vollumfänglich verlaufen. Der Statorring kann somit auch als Ausprägung oder Stufenabsatz des Gefäßbodens ausgebildet sein, vorzugsweise ist er jedoch als von dem Boden vorstehendes, separates Element ausgebildet.
Der Boden des Gefäßes kann unterhalb des Rotors als Siebplatte ausgebildet sein, welche den Gefäßauslass für die faserhaltige Ausschlämmung bzw. Pulpe bilden kann. Dies gilt insbesondere bei einer Ausbildung der Vorrichtung als Sortiermaschine aber auch als Pulper. Der Gefäßauslass kann jeweils auch an der Gefäßseitenwand vorgesehen sein.
Mittels eines erfindungsgemäßen Pulpes kann somit eine Faseraufschlämmung, insbesondere von zellulosehaltigem Material für die Papierherstellung, derart hergestellt werden, dass die Aufschlämmung einen Feststoffgehalt von ≥ 5 Gew.-%, insbesondere ≥ 5,25–5,5 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 5,75 bis 6 Gew.-% oder auch mehr bezogen auf homogen verteilte Fasern in der Aufschlämmung, hat, wobei nicht homogen in der wässrigen Phase der Aufschlämmung verteilte Fremdstoffe wie beispielsweise Steine, andere Fremdpartikel oder nicht zerteiltes faserhaltiges Rohmaterial bei der Bestimmung des Feststoffanteils nicht mit berücksichtigt werden. Die Aufschlämmung kann dann weiteren Arbeitsschritten zur Herstellung eines Fasermaterials wie z.B. Papier, Vliesstoffen usw. unterworfen werden, oder aber Materialien, die derartiges Fasermaterial enthalten. Bei einer entsprechenden Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, die im üblichen Betriebsbereich eines Rotors eines Stofflösers liegt, kann somit aufgrund der besonderen Wirbelbildung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein derart hoher Feststoffanteil der Aufschlämmung erhalten werden. Es versteht sich, dass durch den höheren Feststoffanteil das Herstellungsverfahren des jeweiligen faserhaltigen Materials wie z.B. Papier wesentlich wirtschaftlicher, mit höherer Prozessgeschwindigkeit und mit geringerem Energieeinsatz erfolgen kann.
Gleichzeitig hiermit oder alternativ kann der Rotor auch mit einem Rotationsgeschwindigkeit betrieben werden, so dass aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung in der Pulpe ein Wirbelkern erzeugt wird, der sich auf 10 bis 20% oder weniger der Füllhöhe des Gefäßes in dem genannten Betriebszustand oder bei drehenden Rotor an den Rotor heran erstreckt. Dies kann für eine Ausbildung der Vorrichtung als Pulper oder Sortiermaschine gelten. Bei Ausbildung als Sortiermaschine mit horizontaler Anordnung der Rotordrehachse kann sich der Wirbelkern bis auf ≤ 10–20% oder ≤ 5% der axialen Ausdehnung des Gefäßes an den Rotor heran erstrecken, oder bis an diesen. Hierdurch kann auch der Durchsatz durch die Vorrich tung bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen ohne Statorring erhöht werden. Ein derartiger Wirbelkern ist besonders stabil und übt zudem besonders hohe Scherkräfte auf das faserhaltige Material aus, so dass eine schnelle und effektive Homogenisierung der Aufschlämmung erfolgt, was durch den erfindungsgemäßen Statorring ermöglicht wird. Ferner kann bei derartiger Betriebsweise eines Pulpers der faserhaltige Rohstoff, der insbesondere in Form von Bahnen oder Ballen vorliegen kann, auf einfache Weise in die flüssige Phase eingebracht bzw. hineingezogen werden, was die Zerteilung wesentlich erleichtert. Zusätzliche mechanische Einrichtungen wie Stampfer, Niederhalter o. dgl. können entbehrlich und die Homogenisierungszeit erheblich verringert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben und anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Pulpeherstellung und -aufbereitung,
2 eine schematische Darstellung eines Pulpers im Querschnitt (2a) und in Draufsicht (2b),
3 eine Darstellung des Pulpers nach 2 mit Rotor,
4 eine Schnittdarstellung eines Rotors mit Statorring,
5 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Pulpers,
6 Darstellung einer Sortiervorrichtung im Teilaufriss (6a) und im Querschnitt (6b),
7 zwei schematische Darstellung eines nicht-runden Statorringes in Draufsicht.
Nach 1 weist die Anlage zur Herstellung und Aufbereitung von Pulpe, die einen Pulper (Stofflöser) und/oder eine Sortiervorrichtung auf, die erfindungsgemäß ausgeführt sein können. Der Pulper 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gefäß 2 an dessen Boden 3 ein Rotor 4 mit zugeordnetem Antrieb 5 angebracht ist, wobei die Rotordrehachse 6 des Rotors vertikal steht. Durch die obere Gefäßöffnung 7 kann faserhaltiges Rohmaterial 8 beispielsweise Altpapier in Ballenform zugeführt werden. Die in dem Gefäß 2 enthaltende wässrige Phase wird durch den schnell drehenden Rotor in eine hochturbolente Strömung unter Bildung eines Wirbels 9 überführt, um durch die entstehenden Scherkräfte eine pumpfähige Faseraufschlämmung zu erzeugen. Die Faseraufschlämmung kann durch einen mit einer Absperreinrichtung versehenen Gefäßauslass 10 aus dem Pulper abgeführt und über eine zwischengeschaltete Pumpeinrichtung 11, mittels derer Störstoffe abgezogen werden können, einer Sortiervorrichtung 12 zugeführt werden. Hierbei kann gegebenenfalls aus dem Wasserreservoir 13 Waschwasser mittels der Leitung 13a der Zuleitung zu der Pumpeinrichtung 11 oder eventuell auch der unmittelbaren Zuleitung zu der Sortiervorrichtung 12, zugeführt werden, um den gewünschten Feststoffgehalt der Pulpe einzustellen. Es kann aus dem Wasserreservoir 13 Waschwasser auch dem Pulper zugeführt werden, insbesondere um den Wasserverbrauch auszugleichen. Die Sortiervorrichtung 12 weist hierbei ebenfalls einen durch einen Antrieb 14 angetriebenen Rotor 15 auf, der vor einer Siebplatte 16 angeordnet ist. Die Sortiervorrichtung 12 kann hierbei mit horizontaler Rotordrehachse 17 „liegend" angeordnet sein. Durch die Siebplatte 16 kann die von Fremdstoffen befreite Pulpe dem Pulper zurücküberführt oder der weiteren Verarbeitung des faserhaltigen Materials wie beispielsweise einer Papierherstellungsanlage zugeführt werden. Aussortiertes Grobgut kann an dem der Siebplatte 16 vorgelagerten Auslass 18 entfernt werden. Ferner kann bei dem Pulper die Siebplatte 19 passierendes Grobgut durch den Auslass 20 einer weiteren Aufbe reitung zugeführt werden. Durch den Auslass 21 des Gefäßes 2 kann unerwünschtes Schwergut wie beispielsweise Steine usw., die von dem Rotor radial nach außen geschleudert werden, entfernt und der Aufbereitungseinrichtung 22 zugeführt werden.
Gemäß 2 ist an dem Gefäßboden 3 ein vollumfänglich ausgebildeter Statorring 25 angeordnet, der die Rotoraufnahme 26 ringförmig und vollumfänglich umgibt. Der Statorring 25 ist hierbei im Wesentlichen als zylindrisches Blech bzw. in Art eines Rohrabschnittes gefertigt. Die Rotoraufnahme 26 kann auf der dem Gefäßinneren abgewandten Seite durch die Siebplatte 19 begrenzt werden. Der Statorring 25 erstreckt sich hierbei mit seiner Hauptachse 27 parallel, genauer gesagt koaxial, zu der Rotorachse 6. Die dem Rotor zugewandte Statorringwandung 28 erstreckt sich ebenfalls parallel zu der Rotorachse 6, gegebenenfalls kann diese jedoch auch eine Neigung zu dieser aufweisen. Der Gefäßboden 3 steigt hierbei an seinem radial außen liegenden Bereich 29 nach außen hin an, gegebenenfalls kann der Boden auch eben ausgebildet sein. Der zum Statorring radial außen liegende Bodenbereich ist hierbei. außenseitig an dem Statorring 25 angesetzt, d. h. von dem unteren Bereich 30 der Rotoraufnahme nach oben hin versetzt. Der radial innenseitig und außenseitig des Statorringes angeordnete Bodenbereich des Gefäßes 2 ist somit asymmetrisch ausgebildet. Es versteht sich, dass gegebenenfalls der Statorring auch auf einem Bereich eines sich durchgehend stufenlos erstreckenden Boden des Gefäßes angeordnet sein kann. Der Statorring kann somit bei Bedarf auch nachträglich an dem Boden eines bestehenden Gefäßes befestigt werden. Unabhängig hiervon kann der Statorring über seinen überwiegenden oder gesamten Umfang flüssigkeitsdicht mit dem Gefäßboden verbunden sein.
Radial außen liegend zu dem Statorring 25 sind ferner sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Rippen 31 vorgesehen, deren Höhe wesentlich größer als die des Statorringes ist, z.B. mehr als die doppelte Höhe, gegebenenfalls aber auch der Höhe des Statorringes entsprechen kann. Die Rippen 31 tragen zur Wirbelbildung der durch den Rotor in Drehung versetzten Flüssigkeit bei. Die Rippen 31 weisen somit an ihren Endbereichen 32 einen gewissen Abstand zu dem Statorring auf, der im Bereich von ein halb bis zur einfachen oder mehrfachen Statorhöhe betragen kann. Auch die Gefäßinnenwandung kann mit Strömungsumlenkeinrichtungen wie z.B. Rippen 33 versehen sein, die auch eine Zu- oder Ableitung verkleiden kann.
3 zeigt das als Pulper ausgeführte Gefäß nach 2 mit montiertem Rotor. Der Rotor 4 weist hierbei eine Grundplatte 35 sowie oberhalb derselben angeordnete Rotorflügel 36 auf. Siehe 4 zumeist bogenförmig ausgebildet sind, wobei jegliche Arten bekannter Rotoren einsetzbar sind. Die radiale Erstreckung der Rotorflügel kann somit gleich, größer oder kleiner als die der Grundplatte sein. Der Statorring 25 erstreckt sich hierbei mit seiner Oberkante 36 bis über die Rotorgrundplatte 35 in Richtung auf die oberen Flügelrücken hinaus, so dass der Rotor insgesamt in Richtung der Rotorlängsachse axial über den Statorring übersteht. Die Oberkante des Statorringes ist hier in etwa auf halber Höhe der Rotorflügel mit größerer radialer Erstreckung angeordnet, deren radiale Erstreckung der maximalen radialen Weite der Rotorgrundplatte entsprechen kann. Ferner können an dem Rotor weitere Rotorflügel 38 mit einer geringeren radialen Erstreckung vorgesehen sein, deren Höhe größer als die der ersten Rotorflügel 36 sein kann, beispielsweise die doppelte Höhe derselben oder mehr. Die Höhe des Statorringes 25 insgesamt kann somit in etwa der Höhe der Rotorflügel, insbesondere der Rotorflügel mit größerer radialer Ausdehnung entsprechen. Der radiale Abstand d des Statorringes von dem radial außen liegenden Bereich der Rotorgrundplatte und/oder Rotorflügel kann z.B. ca. 150 mm betragen. Die Höhe des Statorringes kann beispielsweise 70 mm betragen, was in etwa der Höhe der radial außen liegenden Rotorflügel entsprechen kann. Allgemein kann der Statorring somit um ≥ 10 mm oder ≥ 20 mm über die Rotorgrundplatte vorstehen, beispielsweise ca. 30 mm oder mehr.
Die Basis 39 des Statorringes kann hierbei unterhalb der Unterseite der Rotorgrundplatte an, gegebenenfalls kann diese auch auf gleicher Höhe angeordnet sein. Der Statorring ist somit nach dem Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil des Gefäßbodens. Der Statorring kann jedoch auch nachträglich an dem Gefäßboden befestigt werden und hierbei auf einem durchgehenden Bodenbereich mit vorzugsweise gleich bleibender Neigung aufgesetzt sein, beispielsweise um eine bereits bestehende Vorrichtung wie Pulper oder Sortiermaschine nachzurüsten.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Statorringes bei einem Gefäß mit nach außen hin ansteigendem Gefäßboden. Die Anordnung eines derartigen Statorringes ist für einen Pulper dargestellt, kann jedoch auch bei einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere auch einer Sortiermaschine vorliegen. Der Statorring 50 weist hierbei einen radial außen liegenden Kragen 51 auf. Der Kragen 51 setzt an der Oberkante 53 des Statorringes an, er kann gegebenenfalls von dieser auch beabstandet sein. Der Kragen erstreckt sich ferner im Wesentlichen senkrecht zur Rotordrehachse. Der Gefäßboden 3 kann einen ersten den Rotor umgebenden im Wesentlichen horizontalen Bereich 54 aufweisen, der in einen nach außen hin ansteigenden Bereich 55 übergehen kann. Der Statorring weist somit einen winkelförmigen Querschnitt auf, der nicht auf einen 90°-Winkel zwischen Kragen 51 und zylinderförmigem Ring 56 beschränkt ist. Der Gefäßboden ist nicht auf diese Ausbildung beschränkt und kann z.B. unmittelbar benachbart des Rotors ansteigen oder aber sich bis zur seitlichen Außenwandung hin eben erstrecken.
6 zeigt eine Sortiervorrichtung 60 mit im Wesentlichen zylindrischem Gehäuse 61, das hier „liegend" mit horizontaler Rotorachse 62 (Rotor nicht dargestellt) angeordnet ist. Der Boden 63 ist hier eben ausgebildet, kann aber auch zur Gehäusewandung ansteigen, und weist eine Rotoraufnahme 64 auf. Die Durchtrittsöffnung 65 kann mit einer Siebplatte versehen sein (vgl. 1). An dem Boden 63 ist ein Statorring 66 in Form eines zylindrischen Rohrabschnittes koaxial zu der Rotorachse 62 angeordnet. Der Statorring kann sich auch hierbei in seiner Höhe über die Grundplatte des vorgesehenen Rotors erstrecken, wobei die Rotorflügel auch hier sich oberhalb des Statorringes erstrecken können. Die Ausführungen zu obigem Ausführungsbeispiel können jeweils entsprechend gelten. Auch hier kann die Oberkante 67 des Statorringes in einem Bereich der Höhe der Rotorflügel von 10% bis 90% derselben, insbesondere ca. der halben Höhe derselben, angeordnet sein. Der Abstand d zwischen Statorring und radial außen liegendem Bereich des Rotors kann hier beispielsweise ca. 100 mm betragen. Die Höhe des Statorringes kann ca. 70 mm betragen.
Es versteht sich, dass allgemein der Statorring nicht zwingend an dem Gefäßboden befestigt sein muss, auch wenn er sich vorzugsweise über seinen gesamten Umfang bis an diesen heran erstreckt, er kann gegebenenfalls auch an der seitlichen Behälterwand befestigt sein. Der Statorring bewirkt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei gegebener Rotationsgeschwindigkeit des Rotors die Bildung eines sehr stabilen Wirbels, der sich bis an den Rotor heran erstrecken kann, wobei die Leistungsaufnahme des Rotorantriebes hierbei gleich oder auch verringert sein kann, jeweils in Bezug auf gleiche Betriebsbedingungen einer identischen Vorrichtung ohne Statorring. Gleichzeitig kann hierdurch der Feststoffgehalt an homogen in der Aufschlämmung verteiltem Fasermaterial ohne weiteres auch 5,5–6 Gew.-% (ohne Berücksichtigung von nicht homogenisierten Bestandteilen) betragen, wodurch gleichzeitig die Durchsatzmenge an Fasermaterial durch die Vorrichtung erhöht wird.
7a zeigt einen nicht-runden Statorring 70 in ovaler Ausgestaltung. 7b zeigt einen nicht-runden Statorring 71 in fünfeckiger Ausgestaltung. Die Eckenzahl des Statorringes kann mit der Anzahl von radial außen des Statorringes angeordneten Rippen 31 übereinstimmen oder von dieser verschieden sein. Die Ecken des Statorringes und die Rippen können, zumindest teilweise, einander gegenüberliegend angeordnet sein oder auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander. 7c zeigt einen nicht-runden Statorring 72 mit einer Vielzahl von Statorelementen 73, die fächerartig derart angeordnet sind, so dass deren Längserstreckung zu einem entsprechenden Kreisbogen 74 mit Zentrum in der Rotorachse im Winkel steht.
Die Zentralachse des Statorringes kann allgemein konzentrisch, gegebenenfalls aber auch azentrisch zu der Rotorachse angeordnet sein, wobei beide Achsen vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind.

1: Pulper
2: Gefäß
3: Boden
4: Rotor
5: Antrieb
6: Drehachse
7: Gefäßöffnung
8: Rohmaterial
9: Wirbel
10: Auslass
11: Pumpeinrichtung
12: Sortiervorrichtung
13: Wasserreservoir
13a: Leitung
14: Antrieb
15: Rotor
16: Siebplatte
17: Rotordrehachse
18: Auslass
19: Siebplatte
20: Auslass
21: Anschluss
22: Aufbereitungseinrichtung
25: Statorring
26: Rotoraufnahme
27: Statorhauptachse
28: Statorringwandung
29: geneigter Bodenbereich
30: unterer Bereich
31: Rippe
32: Endbereich
33: Rippe
35: Grundplatte
36: Rotorflügel
37: Oberkante
38: Rotorflügel
50: Statorring
51: Kragen
52: Gefäßwandung
53: Wandung
54: ebener Bereich
55: geneigter Bodenbereich
56: zylindrischer Statorteil
60: Sortiervorrichtung
61: Gehäuse
62: Rotordrehachse
63: Boden
64: Rotoraufnahme
65: Durchtrittsöffnung
66: Statorring
67: Oberkante
70: Statorring
71: Statorring
72: Statorring
73: Statorringelement
74: Kreisbogen
d: Abstand

Claims

Vorrichtung zur Herstellung oder Aufbereitung von Pulpe mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gefäß zur Aufnahme des aufzulösenden oder zu aufzubereitenden faserhaltigen Materials der Pulpe, wobei an dem Gefäßboden (3) ein zumindest im Wesentlichen parallel zum Boden drehbarer Rotor (4) angeordnet ist, mittels dessen eine in dem Gefäß befindliche wässrige Phase in schnelle Rotation versetzbar ist, um eine Aufschlämmung des faserhaltigen Materials zu erzeugen oder eine bestehende Aufschlämmung aufzubereiten, und wobei das Gefäß einen Auslass für die Pulpe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) von einem Statorring (25, 50, 66, 70, 71) radial umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) als umfänglich durchgehender Ring ausgebildet ist oder aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten einzelnen Statorelementen besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) sich zumindest teilweise in vertikaler Richtung über zumindest einen Teil der Höhe des Rotors erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) axial über den Statorring (25, 50, 66, 70, 71) übersteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mehrere Rotorflügel aufweist, die an einer Rotorgrundplatte angeordnet sind, und dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) zumindest teilweise über die Rotorgrundplatte axial übersteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Statorringes ≥ 20% und/oder ≤ 200% der Höhe des Rotors und/oder der Rotorblätter beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mehrere Rotorflügel aufweist und das der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) derart ausgebildet ist, dass seine Oberkante in einem Bereich von 10–90% der Höhe der Rotorflügel angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Statorringes ≥ 25 mm und/oder ≤ 250 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) einen radialen Abstand von ≥ 50 mm und/oder ≤ 500 mm von dem Rotor (4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) eine Rotorgrundplatte und an dieser angeordnete Rotorflügel aufweist und dass die Basis des Statorringes oberhalb der Unterkan te der Rotorgrundplatte oder oberhalb der Unterkante der Rotorflügel an dem Gefäßboden (3) ansetzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3) des Gefäßes radial außen liegend des Rotors in der Höhe ansteigt und dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) auf Höhe des ansteigenden Bereichs des Gefäßbodens oder an der Basis des ansteigenden Gefäßbodens angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßboden (3) eine Absenkung aufweist, die den Rotor (4) mit einem Stufenabsatz umgibt und dass der Statorring (25, 50, 66, 70, 71) radial außen liegend zu dem Stufenabsatz angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (50) an der dem Rotor (4) abgewandten Seite einen zumindest teilweise umlaufenden Kragen (51) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßboden (3) unterhalb des Rotors als Sieb ausgebildet ist, welches einen Gefäßauslass bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßboden (3) mit mindestens einer oder mehreren sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Rippen (32) versehen ist, die von dem Statorring (25, 50, 66, 70, 71) in radialer Richtung beabstandet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (70–72) nichtrund ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (72) mehreckig ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß als Pulper ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß als Sortiermaschine zum Abtrennen einer Teilchengrobfraktion der Aufschlämmung ausgeführt ist.
Verfahren zur Herstellung oder Aufbereitung von Pulper, wobei der in dem Gefäß befindlichen wässrigen Phase eine ausreichende Menge an faserhaltigem Material zur Herstellung einer Pulpe zugefügt und der Rotor (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit betrieben wird, so dass eine Faseraufschlämmung mit einem Feststoffanteil an homogen in der wässrigen Phase verteilten Fasern von ≥ 5 Gew.-% resultiert, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung ohne Berücksichtigung von nicht homogen verteilten Stoffen, und wobei die Aufschlämmung weiteren Arbeitsschritten zur Herstellung eines Fasermaterials enthaltend oder bestehend aus den Fasern der Aufschlämmung zugeführt oder unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Gefäß eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Faseraufschlämmung in dem Gefäß der Rotor (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit betrieben wird, so dass durch den Rotor (4) in der Aufschlämmung ein Wirbelkern erzeugt wird, der sich bis auf ≤ 25% der Füllhöhe des Gefäßes bei ruhendem Rotor (4) an diesen heran erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit betrieben wird, so dass sich der Wirbelkern bis an den Rotor (4) heran erstreckt.