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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bekanntlich
enthalten Papierfasersuspensionen nicht nur die eigentlichen Papierfasern,
sondern auch eine mehr oder weniger große Menge von feinen
Feststoffen. Solche feinen Feststoffe können mineralische
Füllstoffe sein, die in der Regel zur Papiererzeugung nötig
sind. Man nennt sie zumeist „Asche", da die mineralischen
Füllstoffe unbrennbar sind. Es können aber auch
Faserbruchstücke sein, die z. B. bei der Mahlung der Fasern
entstehen. Diese werden auch Feinstoffe genannt.
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Wenn
aus prozesstechnischen Gründen die Konsistenz der Papierfasersuspension
erhöht werden soll, wird eingedickt. Dabei gehen nicht
nur ein Teil des Wassers, sondern auch ein Teil der feinen Feststoffe
in das Filtrat über, weshalb also in der Regel sich das
Filtrat aus Wasser, Fein- und Füllstoffen zusammensetzt.
Bei der üblichen Prozessführung wird dieses Filtrat
dazu verwendet, um an einer stromaufwärts gelegenen Stelle
die Faserstoffsuspension zu verdünnen. Auf diese Weise
gehen die feinen Feststoffe nicht verloren. Bei der beschriebenen
Vorgehensweise ist es jedoch möglich, dass die Anreicherung
von Fein- und Füllstoffen sowie Fasern in den Filtraten
relativ groß wird. Daher kann diese an sich günstige
Methode der Filtratrückführung zu Störungen
im Prozessablauf führen. Eine mögliche Abhilfe,
um solche Störungen zu vermeiden, liegt zwar darin, die
Fein- und Füllstoffe aus dem Kreislauf zu entfernen; dann
steigen aber die Stoffverluste an. So zeigt die
DE 28 13 448 A1 ein Verfahren,
bei dem die feinen Feststoffe aus dem Filtrat in einem Nebenkreislauf
entfernt werden und das so gewonnene geklärte Rückwasser
stromabwärts zur Verdünnung wieder eingesetzt
wird.
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Wird
für die Eindickung des Filtrats ein Filter, z. B. ein Scheibenfilter,
verwendet, muss dieser wegen des höheren Aschegehalts entsprechend
groß dimensioniert werden.
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Es
ist aber auch möglich, dass, um den gewünschten
Weißgrad zu erreichen, eine vorhandene Flotationsanlage
so eingestellt wird, dass sie den Stoff wesentlich stärker
entascht als es für das aus der Faser später hergestellte
Papier an sich erforderlich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Verfahren dieser Art so zu
verbessern, dass sich der Aufbereitungsprozess sicher, mit geringen
Stoffverlusten und gleichzeitig möglichst ökonomisch
durchführen lässt. Insbesondere sollen sich auch
für hochwertige Sorten, wie z. B. grafische Papiere, bestimmte
Rohstoffe mit hoher Ausbeute aufbereiten lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten
Merkmale in Verbindung mit denen des Oberbegriffs gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit,
die bei den Eindickungsschritten anfallenden Filtrate so zu führen,
bzw. zu behandeln, dass die darin enthaltenen feinen Feststoffe
optimal genutzt werden können, indem die darin enthaltenen Feststoffe
an den bezeichneten Stellen wieder zugegeben werden. Eine weitere
Verbesserung ergibt sich dadurch, dass zumindest ein Teil der so
geführten Filtrate eingedickt wird, so dass also eine sehr dünne
Fraktion und eine mit Feststoffen angereicherte Suspension entsteht.
Dabei kann der Aufwand an Investitionen und Betriebskosten relativ
gering gehalten werden, da die Eindickung des Filtrates oder der Filtrate
wesentlich vereinfacht wird. Bei Anwendung der Erfindung wird die
Konsistenz des Filtrates vor oder bei der Einleitung in die entsprechende
Vorrichtung deutlich angehoben, da der zugeführte Teilstrom eine
deutlich höhere Konsistenz als das Filtrat aufweist. So
ist die Eindickung eines Filtrates mit z. B. 1% Konsistenz auf z.
B. 3,5% ungleich aufwändiger als die einer 2% Suspension
auf denselben Wert. Bekanntlich erfordert die Eindickung von Flüssigkeiten mit
einer Konsistenz um 1% aufwändige Installationen, um einen
sicheren Betrieb zu gewährleisten und Verluste durch Feststoffe
im Filtrat niedrig zu halten. Üblicherweise sind unterdruckbeaufschlagte
Scheibenfilter erforderlich. Wird dagegen eine Suspension von 2%
und mehr Konsistenz eingedickt, genügen z. B. drucklose
Siebeindicker mit rotierender Siebtrommel, Scheibensieben oder Faltensieben.
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Besondere
Vorteile ergeben sich dann, wenn der Rohstoff und damit die Faserstoffsuspension
besonders viel Asche enthält, was z. B. bei vielen Altpapiersorten
der Fall ist. Dabei sind rohstoffseitig bereits Aschegehalte von
20% oder darüber keine Seltenheit. In vielen Fällen
wird die Eindickung im Hauptstrom, die, wie bereits beschrieben
wurde, aus prozesstechnischen Gründen erforderlich sein
kann, mit besonders ökonomisch arbeitenden Schneckenpressen
durchgeführt. Solche Schneckenpressen haben sich zwar bewährt,
im Gegensatz zu Filtern oder Siebbandpressen ist bei ihnen der Siebdurchfall
jedoch deutlich größer, was eben gerade bei aschereichen
Faserstoffsuspensionen zu einem relativ großen Aschegehalt
auch in den gebildeten Filtraten führt. Ähnliches
gilt, wenn zu diesem Zweck eine Waschvorrichtung z. B. gemäß
DE 30 05 681 verwendet wird.
Da es mit der Erfindung gelingt, die feststoffreichen Filtrate so
zu leiten, dass ihre Zugabe zum Faserstoff unproblematisch ist,
können die Verluste gering gehalten werden, ohne dass im
Aufbereitungsprozess Nachteile entstehen.
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Es
gibt Filtrate, bei denen die mitgeführten Feststoffe sehr
wertvoll für die Papiererzeugung sind, z. B. wenn es sich
dabei um weiße mineralische Füllstoffe handelt
und wenn die Verschmutzung des Filtrates durch restliche Störstoffe
minimal ist. Solche Filtrate fallen oft am Ende der Stoffaufbereitung
an. Außerdem wird durch das neue Verfahren eine allzu starke
Anreicherung dieser Stoffe in den Wasserkreisläufen verhindert.
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Die
Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand einer
Zeichnung, die ein Verfahrensschema zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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In
der einzigen Figur ist ein Verfahrensschema dargestellt, welches
in einer exemplarischen Kombination die wesentlichen Prozessschritte
bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigt. Wie an sich bekannt, wird eine Faserstoffsuspension
dadurch hergestellt, dass das Papiermaterial P, z. B. in Form von
Altpapier mit Wasser W in einer Auflösung 1 mechanisch
und eventuell chemisch so bearbeitet wird, dass eine pumpfähige
Faserstoffsuspension entsteht. Die sich anschließende erste
Reinigung 2 kann z. B. mit Drucksortierern und Hydrozyklonen
versehen sein, um die groben Verunreinigungen möglichst
früh auszuscheiden. Typisch für das hier vorgeschlagene
Verfahren ist, dass die erste Reinigung 2 auch mit einer
Flotationsanlage ausgestattet ist. Die gereinigte Faserstoffsuspension S
gelangt als nächstes in die Eindickung 3. Die
Eindickung 3 kann z. B. mit einer Schneckenpresse erfolgen,
in der das Filtrat F3 durch einen Siebmantel hindurch gepresst wird.
Es kann zusätzlich ein Scheibenfilter vorhanden, insbesondere
der Schneckenpresse vorgeschaltet sein. Dabei wird ein eingedickter
Stoff 18 und ein Filtrat F3 gebildet, das neben einem großen
Teil des Wassers auch die bereits erwähnten feinen Feststoffe,
insbesondere Füllstoffe und Feinstoffe sowie einen geringen
Anteil Fasern enthält. Die in diesem Filtrat F3 enthaltenen
Feststoffe werden vollständig oder zumindest teilweise
an einer Stelle 11 in den Hauptstrom, also den die Hauptmenge
des Faserstoffs führenden Faserstoffsuspensionsstrom zurückgeführt,
welche stromabwärts zur Eindickung 3 liegt.
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Das
Filtrat F3 kann, bevor es in den Hauptstrom an der Stelle 11 zurückgeführt
wird, mit besonderem prozesstechnischen Vorteil in einer Filtrateindickung 9 so
behandelt werden, dass ein mehr oder weniger geklärtes
Rückwasser 14 und eine Suspension 13 gebildet
werden. Diese Suspension 13, die also die Feststoffe des
Filtrats F3 und Wasser enthält, wird in der bereits beschriebenen
Weise an der Stelle 11 in den Hauptstrom zurückgeführt.
Dabei kann apparativ die Filtrateindickung 9 in einem relativ einfachen
Gerät durchgeführt werden, weil erfindungsgemäß die
Konsistenz in der Eindickung 3 anfallenden Filtrats F3
durch Zuleitung mindestens eines dem Hauptstrom entnommenen Teilstromes 15 oder 16 angehoben
wird. Das hat wirtschaftlich bedeutende Vorteile, da bei der in
der Regel relativ geringen Konsistenz des Filtrats F3 (typisch 0,8
bis 1,3%) leicht eine Verdoppelung dieses Wertes möglich
ist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des
Verfahrens, bei dem die Stoffbearbeitung 4 eine Dispergierung
und eventuell auch eine Bleiche enthält. In diesem Falle
wird die Ableitung des bereits so bearbeiteten Teilstromes 15 und
die erneute Zurückführung an der Stelle 11 keine
technologischen Nachteile, sondern eher Vorteile wegen der höheren Ausbeute
bringen.
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Nach
der Eindickung 3 hat der Faserstoff eine wesentlich höhere
Konsistenz (z. B. 15 bis 30%) und wird in die Stoffbearbeitung 4 geführt,
in der ein oder mehrere Prozessschritte durchgeführt werden, die
diese höhere Konsistenz erfordern. Das kann z. B. eine
Dispergierung mit oder ohne Bleiche sein, wozu die Hilfsmittel 1–14 in
Form von Energie und/oder Chemikalien zugeführt werden.
Danach wird durch Zugabe des Filtrats F3 an der Stelle 11 und
eventuell weiterer Verdünnungsflüssigkeiten die Konsistenz
des Faserstoffes wieder abgesenkt (z. B. auf 1 bis 2%), so dass
eine nachfolgende zweite Reinigung 5 optimal durchgeführt
werden kann. Auch hier ist wieder der Einsatz von Drucksortierern,
Hydrozyklonen und/oder besonders einer weiteren Flotationsanlage
möglich.
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In
der Eindickung 6 der durch die zweite Reinigung 5 behandelte
Faserstoffsuspension S' erfolgt wiederum eine Anhebung der Konsistenz
unter Bildung eines Filtrats F6. Dieses Filtrat F6 wird hier ähnlich
behandelt, wie bereits beim Filtrat F3 beschrieben, d. h. also es
wird wieder durch eine Filtrateindickung 9' des Filtrats
F6 ein Rückwasser 14' sowie eine Suspension 13' gebildet.
Auch hier kann die Konsistenz vor der Filtrateindickung 9' durch
einen Teilstrom 15' und/oder 16', der aus dem
eingedickten Stoff 19 stammt, angehoben werden. Die Suspension 13' kann
an einer Stelle 12 dem Stoffstrom wieder zugegeben werden,
der stromabwärts bezüglich der Eindickung 6 liegt.
Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Filtratbehandlung möglich,
da das Wasser zurück und der Feststoff vorwärts
geführt werden. Wenn eine Entaschung gewünscht
wird, kann auch ein Teil der Suspension 13' als Rejekt
R9' aus dem Kreislauf entfernt werden.
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Der
in Folge der Eindickung 6 eine relativ hohe Konsistenz
(z. B. 15 bis 30%) aufweisende Faserstoff wird der Stoffbearbeitung 7 zugeführt,
in der unter Anwendung der Hilfsmittel H7 (z. B. Energie und Chemikalien)
erneut dispergiert und gebleicht wird. Es kann hier aber auch statt
der Dispergierung eine Mahlung vorgenommen werden.
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Es
kann aus prozesstechnischen Gründen angebracht sein, die
in der Stoffvorlage 8 für die Papier- oder Kartonmaschine 10 bereitgestellte
Faserstoffsuspension auch mit dem von der Papier- oder Kartonmaschine 10 kommenden
Siebwasser zu verdünnen. Die Papier- oder Kartonmaschine 10 ist
hier nur angedeutet. Ein Teil des dort anfallenden Siebwassers kann
als Verdünnungswasser 17 in der Stoffaufbereitung
genutzt werden, z. B. um zumindest teilweise das Wasser W für
die Auflösung 1 bereit zu stellen oder auch um
eine zusätzliche Verdünnung in der Nähe
der Stelle 11 vorzunehmen. Um zu verhindern, dass mit Hilfe
dieses Verdünnungswassers 17 ein Teil der Aschefracht
aus der Papiermaschine in die Stoffaufbereitung zurückgelangt,
kann man ein späteres Siebwasser mit geringerem Ascheanteil,
also z. B. Siebwasser II, dazu verwenden.
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Das
in der einzigen Figur gezeigte Verfahren ist nur ein mögliches
Ausführungsbeispiel. Insbesondere sind Überlegungen
anzustellen, an welchen Eindickprozessen der Stoffaufbereitung die
Filtrateindickung besonders sinnvoll durchgeführt werden kann.
Es muss auch nicht notwendiger Weise, wie in 1 dargestellt,
an beiden durchgeführten Eindickungen 3 und 6 angewendet
werden.
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Besondere
Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren
auch dadurch, dass sich die Möglichkeiten zur Regelung
des Aufbereitungsprozesses erweitern lassen. Es kann nämlich
sowohl die Menge des abgeführten Filtrates, als auch dessen
Aufteilung (vorwärts oder rückwärts)
variabel gestaltet werden, wozu das Prozessleitsystem eingesetzt
werden kann. So ist es z. B. möglich, mit Hilfe eines solchen Regelkreises
den Weißgrad der Faserstoffsuspension auf einem gewünschten
Sollwert zu halten, indem die beschriebenen Regeleingriffe durchgeführt
werden. Dabei kann es z. B. eine Rolle spielen, ob die feinen Feststoffe
im stromabwärts wieder zugeführten Filtrat einen
höheren oder niedrigeren Weißgrad haben als die
dort vorgefundene Fasersuspension. Mit anderen Worten: Es kann ein
Kompromiss zwischen optimaler Ausbeute des Verfahrens und gefordertem Weißgrad
gefunden werden. Ähnliche Überlegungen können
auch bezüglich des Aschegehaltes der zur Papiermaschine
geleiteten Faserstoffsuspension angestellt und im Prozessleitsystem
reduziert werden. Es ist leicht einzusehen, dass auch weitere Eigenschaften
der Suspension auf diese Weise geregelt werden können,
sofern diese durch die Führung des Filtrates oder der Filtrate
geändert werden können.
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Eine
typische Anwendung des Verfahrens ist die Aufbereitung von Altpapier
zur Erzeugung graphischer Papiere. Es kann aber auch bei der Aufbereitung
für Verpackungspapiere angewendet werden, besonders wenn
dort Filtrate mit störendem Anteil feiner Feststoffe anfallen,
die die Wasserkreisläufe belasten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2813448
A1 [0003]
- - DE 3005681 [0009]