DE2632999A1

DE2632999A1 - Verfahren zum zerlegen einer fluessigen suspension von festen partikeln in fraktionen mit verschiedenen durchschnittseigenschaften

Info

Publication number: DE2632999A1
Application number: DE19762632999
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wdird
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: Svenska Traeforskningsinstitutet 11486 Stockholm
Priority date: 1975-07-29
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1977-02-10
Also published as: SE7508592L; US4288317A; SE397772B; FI60981B; DK334476A; FI60981C; NO144412B; NO144412C; CA1035320A; NO762580L; FI762164A

Description

Radt, Finkener, Ernesti

P atentanwälte Heinrich-König-Str. 12

4630 Bochum

Aktieselskabet NIRO ATOMIZER, 2£60 S0borg, Dänemark 2632999

Verfahren zum Zerlegen einer flüssigen Suspension von festen Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen einer flüssigen Suspension von festen Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften.

Obwohl die Erfindung generell anwendbar ist und zur Zerlegung aller Arten von flüssigen Suspensionen fester Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften, wie beispielsweise Partikelgrösse, -form,-masse, -dichte oder -konzentration, Anwendung finden kann, ist sie von besonderem Interesse für die Zerlegung von Fasernsuspensionen, wie z.B. Papierzellstoffsuspensionen.

Tn den letzten Jahren ist der Fraktionierung von Papierzellstoff in wässriger Suspension nach Grosse und Form der Zellstoffasern zunehmendes Interesse entgegengebracht worden. Durch Fraktionierung von Holzschliff lassen sich beispielsweise verschiedene Zellstoffqualitäten erzielen, die es ermöglichen, dem Bedarf an verschiedenen Papierqualitäten bzw. den Anforderungen verschiedener Papierherstellungsanlagen optimal zu genügen. Ausserdem kann eine Fraktionierung es möglich machen, eine bestimmte Fraktion zwecks Verbesserung ihrer Güte effektiver und wirtschaftlicher zu behandeln, ohne dass die Güte einer anderen Fraktion darunter leidet. Eine Fraktionierung kann auch dazu benutzt werden, Schwankungen in der Qualität von ZellstoffVorräten auszugleichen, und wäre deshalb eine Alternative zu den grossen Mischtanks, die einen herkömmlichen Teil aller Holzschliffabriken darstellen.

Obwohl die genannten, mit einer Fraktionierung von Zellstoffsuspensionen verbundenen Vorteile in der Papierindustrie schon seit langer Zeit bekannt sind, ist es bisher noch nicht geglückt, irgendeine Ausrüstung zur Ausführung einer derartigen Fraktionierung in der Praxis erfolgreich einzusetzen. Ein bekanntes Verfahren zum Fraktionieren von Holzschliff unter Anwendung eines Zentrifugalsiebes erwies sich als effektiv anxfendbar für die Ab-

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trennung einer groben Faserfraktion von 10 bis 30 Gew.-% des Zellstoffgebaltes, aber zum Zerlegen von Holzschliff in Fraktionen mit im wesentlichen langen bzw. feinen Fasern ist es nicht geeignet. Ferner hat sich gezeigt, dass die mit dem Verfahren verbundenen Unkosten in Form hohen Energieverbrauchs und schwerer Wasserverschmutzung zu hoch sind, um eine generelle industrielle Anwendung des Verfahrens gerechtfertigen zu können.

Die ircmer zwingender werdende Notwendigkeit der Wiederverwertung von Abfällen und der Anwendung von sogenannten Returfasern haben die Papierindustrie dazu veranlasst, sich intensiver für fortschrittliche Fraktionierverfahren zu interessieren. Durch Fraktionierung gemischten Abfallpapierzellstoffs kann eine neue Zusammensetzung der verschiedenen Bestandteile des Rohmaterials erzielt werden, durch die sich der Zellstoff in Fraktionen zerlegen lässt, die entweder einen höheren Gehalt an synthetischen Fasern oder einen höheren Gehalt an Holzschliff haben. Ausserdem wird durch Fraktionierung eines einheitlicheren Abfallmaterials wie beispielsweise Wellpappeabfalls die Qualität der Langfaserfraktion besser als die des Rohmaterials, und eine durch eine solche Fraktionierung gewonnene Zellstoffsuspension lässt sich zu Zwecken verwenden, zu denen normalerweise wesentlich kostspieligere Zellstoffsuspensionen benutzt werden müssten.

DTe oben beschriebenen, seitens der Industrie gestellten Anforderungen haben u.a. zur Entwicklung des sogenannten Johnsonschen Fraktioniergerätes geführt, das z.B. von Gunnar Olgard im Aufsatz "Fractionation of Fiber Suspension by Liquid Column Flow" in der Zeitschrift TAPPI, Band 3, Nr. 7, Juli 1970 beschrieben worden ist. Im Johnsonschen Fraktioniergerät wird eine Anzahl von Rohren benutzt, die an beiden Enden offen sind, und das Fraktioniergerät arbeitet mit sogenannten Flüssigkeitspfropfen, d.h. Flüssigkeitsmengen, in denen das zu fraktionierende Material aufgeschlämmt ist und die zwischen Luftblasen eingeschlossen sind. Die Fraktionierung erfolgt hauptsächlich durch Ausnutzung von zwei speziellen Vorgängen, die sich in einem derartigen Flüssigkeitspfropfen abspielen, Im sich bewegenden Suspensions-

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pfropfen bewirken die zwischen Flüssigkeit und Rohrwand wirksamen Scherkräfte, dass sich die grösseren Partikeln in der Mitte des Rohres sammeln. Ausserdem' stellen sich in jedem Pfropfen solche internen Strömungsverhältnisse ein_p dass in bezug auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Rohrzentrum eine vorwärtsgerichtete und an den Wänden eine rückwärtsgerichtete Strömung auftritt,

Dies bewirkt, dass sich die grösseren Partikeln zum vorderen Ende des Pfropfens bewegen, und die Fraktionierung des in jedem Pfropfen aufgeschlämmten Materials erfolgt dann durch Zerlegen jedes Pfropfens in einen vorderen und einen hinteren Teil, wenn er aus dem Rohr austritt.

Das Johnsonsche Fraktioniergerät hat sich jedoch in der Praxis nicht bewährt, und der hauptsächliche Grund hierfür ist, dass sich die Rohre, damit eine zufriedenstellende Fraktionierung sichergestellt werden kann, in Richtung ihres Austritts verjüngen müssen, so dass sie sich leicht verstopfen und die Bewegung der Pfropfen blockieren. Obwohl die Betriebskosten des Johnsonschen Fraktioniergerätes nicht sehr hoch sind, ist dieses Gerät immer noch mit demselben Mangel wie die ältere Zentrifugalsiebvorrichtung behaftet, dass nur Suspensionen mit sehr niedrigen Konzentrationen verarbeitet werden können.

Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes und wirtschaftliches Fraktionierverfahren anzugeben, das sich für alle Arten von PapierzelIstoffsuspensionen, wie z.B. Holzschliff suspension, Chemiefasernsuspension, Abfallpapierfasernsuspension usw., eignet.

Erfindungsgemäss wird die Suspension einem Zerstäuber zugeführt, der in einer hauptsächlich horizontalen Ebene rotiert, und zwar mit einer solchen Peripheriegeschwindigkeit, dass die Suspension in zerstäubter Form in radialen Richtungen vom Zerstäuber ausgeschleudert wird, und die Fraktionen werden von Auffangmitteln in einer Reihe von Zonen aufgefangen, die in bezug auf den Zer-

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stäuber in verschiedenen Positionen angeordnet sind.

Wie weiter hinten beschrieben ist, haben praktische Versuche gezeigt, dass die völlig neue Konzeption der Ausnutzung der Zerstäubungstechnologie zur Fraktionierung flüssiger Suspensionen ausgezeichnete Resultate zeitigt und dass das erfindungsgemässe Verfahren mit keinem der Mangel der bekannten Verfahren behaftet ist. Der Energiebedarf ist relativ niedrig, und der Zerstäuber kann so konstruiert werden, dass er den Durchtritt von Zellstoffsuspensionen zulässt, die eine wesentlich höhere Fasernkonzentration haben als die nach den anderen Verfahren fraktionierbaren Suspensionen. Ausserdera können mehrere als, wie gewöhnlich, nur zwei Fraktionen aufgefangen werden.

Schliesslich lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren ausser zur eigentlichen Fraktionierung von Zellstoffsuspensionen nach Grosse und Form der Fasern auch zu anderen Zerlegungsprozessen anwenden. Tm Prinzip ist dasselbe generelle Konzept auf die Zerlegung jeglicher Art von flüssigen Suspensionen fester Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften anwendbar. Als deutliches Beispiel hierfür sei erwähnt, dass sich das Verfahren bei der Papierherstellung auch an Stelle eines Hydrozyklons oder einer anderen Reinigungsausrüstung dazu anwenden lässt, einen Zellstoffreinigungsprozess auszuführen, da es die Möglichkeit eröffnet, Fraktionen abzutrennen, die hauptsächlich aus unerwünschten Partikeln bestehen, wie beispielsweise Sandkörnern, Splittern usw.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Fraktionierung in einer Zerstäubungskammer, in deren oberem Teil der Zerstäuber in Form eines rotierenden Zerstäuberrades angeordnet ist.

Einem speziellen Aspekt der Erfindung gemäss wird jedoch ein scheibenförmiges Zerstäuber rad bevorzugt, das die Form einer flachen Schüssel oder eines flachen Konus besitzt. Die konkave Oberfläche der Scheibe kann entweder nach oben oder nach unten

gekehrt sein. Im letzteren Fall hat die Scheibe eine obere Wand, deren nach unten gekehrte Oberfläche sich vom Zentrum der Scheibe nach unten in Richtung der Scheibenperipherie erstreckt und mit der Rotationsebene des Rades einen spitzen Winkel bildet.

Praktische Versuche haben ergeben, dass die oben erwähnte, spezielle Konfiguration des Zerstäuberrades von grosser Wichtigkeit für die Fraktionierungseigenschaften ist, und da sich Fraktionen mit verschiedenen Eigenschaften in verschiedenen Höhen relativ dicht an der Peripherie des Rades auffangen lassen, hat diese spezielle Konfiguration des Rades den bemerkenswerten Vorteil, dass sie eine Reduktion der Abmessungen einer erwerbsmässig einsetzbaren Fraktionieranlage ermöglicht.

Um die Einleitung von Suspensionen mit hohem Faserngehalt, d.h. mit einem Gehalt von mehr als If, zu ermöglichen, müssen das Zuleitungssystem und der Zerstäuber speziell konstruiert sein, so dass keine durch die Fasern verursachte Verstopfungen auftreten. Generell bedeutet dies, dass der Materialfluss innerhalb des Turbulenzbereiches gehalten werden muss. Auch wird die Funktion des Zerstäuberrades dadurch verbessert, dass die zu zerstäubende Suspension gleich massig fliessend in das Zerstäuberrad eintritt.

In einigen Fällen kann dadurch eine bessere Funktion erzielt werden, dass in den oberen Teil der Zerstäubungskammer ein Luftstrom eingeleitet wird, dessen Hauptgeschwindigkeitskomponente quer zu der Richtung verläuft, in der das zerstäubte Material vom Zerstäuber weggeschleudert wird.

Mit Bezug auf die Fraktionierung von Papierzellstoffsuspensionen hat sich erwiesen, dass folgende Parameter für die Optimierung des Prozesses von Wichtigkeit sind: die Konfiguration des Zerstäuberrades, die Peripheriegeschwindigkeit des Zerstäuberrades, die Geschwindigkeit und Menge, mit der die Suspension dem Rad zugeleitet wird, d.h. die Belastung des Rades und die asymmetrische gegen die symmetrische Verteilung auf dem Rad.

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Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung gehen aus dem folgenden hervor, in dem die Anwendung des Verfahrens zur Fraktionierung von Papierzellstoffsuspensioneη unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben wird. Es zeigt

Fig. 1 eine Versuchsanlage, in der Versuche zur Fraktionierung von Papierzellstoffsuspensionen nach Fasernlänge ausgeführt wurden,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines in dieser Versuchsanlage benutzten Zerstäubers,

Fig. 3 eine Reihe von Histogrammen, die die Ergebnisse der mit Hilfe der Anlage nach Fig. 1 durchgeführten Versuche veranschaulichen,

Fig. h eine andere Versuchsanlage, in der weitere Fraktionierversuche ausgeführt wurden,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse, die bei den Versuchen in der Anlage nach Fig. 4 erzielt wurden,

Fig. 6 eine mögliche Konfiguration einer Industrieanlage für die Fraktionierung von Papierzellstoffsuspensionen nach dem erfindungsgemässen Verfahren,

Fig. 7 eine Weiterentwicklung von Suspensionseinlaufmitteln, die so konstruiert sind, dass sie eine gleichmässige Verteilung der zugeleiteten Suspension sicherstellen, und

Fig. Ö eine alternative Ausführung des Zerstäuberrades und der Suspensionseinlaufmittel.

Tn der in Fig. 1 wiedergegebenen Versuchsanlage wurde eine Papierzellstoff suspension in der Form einer Suspension thermomechanisch aufgeschlossenen Holzschliffs durch ein Einlaufrohr 1 in einen Zerstäuber 2 in der Form eines Zerstäuberrades wie des in Fig. 2 veranschaulichten eingeleitet, welcher Zerstäuber im oberen Teil einer Kammer 3 von dem Typ, der herkömmlich für Zerstäubungstrocknungszwecke Anwendung findet, zentral angeordnet war. Da die Kammer 3 um ihre vertikale Achse symmetrisch war, ist in Fig. 1 nur die Hälfte dieser Kammer wiedergegeben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 2 veranschaulichten Zerstäuberrades umfasst das Rad eine obere Wand 19, die vom

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Zentrum des Rades in Richtung der Peripherie desselben leicht abwärtsgewölbt ist, so dass sie an ihrer äusseren kreisförmigen Kante mit der Rotationsebene des Rades einen spitzen Winkel bildet. Eine Antriebswelle 20 erstreckt sich durch eine Öffnung im mittleren Teil der oberen Wand 19 hindurch und ist am Boden 21 des Rades befestigt, der mit Hilfe von Abstandsstücken 22 in einem solchen Abstand von der oberen Wand 19 angebracht ist, dass sich auf der nach unten gekehrten Oberfläche der oberen Wand 19 aus der durch das Einlaufrohr 1 eingeleiteten Suspension ein Film bilden und in Richtung der Peripherie der genannten oberen Wand bewegen kann, wo er zerstäubt wird»

In einer der Versuchsreihen liess man das Zerstäuberrad 2 mit einer ziemlich hohen Peripheriegeschwindigkeit rotieren, so dass das zerstäubte Material als dichter Nebel vom Zerstäuberrad ausgeschleudert wurde. In drei verschiedenen Zonen A, B und C der Kammer 3 wurden Proben des zerstäubten Materials entnommen, und zwar mit Hilfe von Saugbechern k$ 5 und 6, die jeweils aus einem Rohrstück bestanden, das am einen Ende verschlossen und über dessen anderes Ende ein Drahtsieb gespannt war» Die Caugbecher waren an eine gemeinsame Saugleitung angeschlossen und mit regelmässigen Abständen an einer Stange oder Welle 7 befestigt, die es ermöglichte, die Saugbecher so in die Kammer 3 einzuführen, dass ihre Auffangsiebe jeweils annähernd rechtwinklig zu den gedachten geraden Linien vom Zerstäuberrad zu den einzelnen Bechern verlaufen.

Bei der Versuchsanlage konnte ein Luftstrom in die Kammer 3 eingeleitet werden, und zwar durch einen das Zerstäuberrad 2 umgebenden Lufteintritt Ö in der Decke der Kammer, welcher Luftstrom eine Hauptgeschwindigkeitskomponente hatte, deren Richtung ouer zu der Richtung verlief , in der das zerstäubte Material das Zerstäuberrad 2 verliess.

Wie bereits erwähnt, wurden zahlreiche Versuche mit einer Fasernsuspension in Form einer Suspension thermomechanisch aufgeschlos-

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senen Holzschliffs ausgeführt. Bei diesen Versuchen hatte das Einlaufrohr 1 für die Suspension einen Durchmesser von 6 mm und das Zerstäuberrad 2 einen Durchmesser von 120 ram. Jede Probe, die mit Hilfe der Saugbecher U, 5 und 6 in den Zonen A, B bzw. C der Kammer 3 entnommen worden waren, wurden in drei verschiedene Fraktionen zerlegt mit Hilfe eines Labor-Klassiergerätes, das ein 50 Kesh-Sieb (ca. 400 Maschen/cm ) zum Zurückhalten einer groben Fasernfraktion und Durchlassen einer mittleren Fasernfraktion sowie ein 100 Mesh-Sieb (ca. 1600 Maschen/cm ) zum Zurückhalten der mittleren Fasernfraktion und Durchlassen einer feinen Fasernfraktion umfasste.

Bevor auf eine Diskussion der Ergebnisse dieser Versuche eingegangen werden soll, die in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben sind, sei kurz erwähnt, dass dem ausgeführten Prozess die Erkenntnis des Umstandes zugrunde liegt, dass diejenigen Kräfte, mit denen die Suspension vom Zerstäuber ausgeschleudert wird, d.h. im vorliegenden Beispiel die Zentrifugalkräfte des Zerstäuberrades 2, zuerst die Suspension dispergieren und dass anschliessend offenbar sowohl Zentrifugalkräfte als auch Scherkräfte auf verschiedene Teile der Suspension verschiedenartig einwirken, so dass sich Fraktionen mit verschiedenen Eigenschaften ergeben.

Bei allen Versuchen enthielt der ursprüngliche Holzschliff, der in die Versuchsanlage nach Fig. 1 eingeleitet wurde, eine feine Fasernfraktion von 65,0 Gew.-^, eine mittlere Fraktion von 0,0 Gew.-fr und eine grobe Fraktion von 27,0 Gew.-%.

In der nachstehenden Tabelle geben die ersten beiden Spalten jeweils die Versuchsnummer bzw. die drei Probenentnahmezonen A, B und C an. Die folgenden Spaltengeben die verschiedenen, für den Prozess wichtigen Parameter an, wie die Konzentration der ursprünglichen Suspension beim Einlauf in das Zerstäuberrad 2, die Rotationsgeschwindigkeit des Zerstäuberrades und die Menge der zugeführten Luft, während die nächsten Spalten in Gew.-% die

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relativen Anteile der feinen Fasernfraktion, der mittleren Fasernfraktion und der groben Fasernfraktion in den in den Zonen A, B und C in jedem Versuch entnommenen Proben wiedergeben. Diese Verteilung der Fasernfraktionen ist in Form von Histogrammen auch in den Fig. 3a bis 3g dargestellt, welche der ursprünglich eingeleiteten Suspension bzw. den Versuchen Nr. 1 bis Nr. 6 entsprechen. Die beiden letzten Spalten in der Tabelle geben die in den Zonen A, B und C aufgefangenen relativen Kengen zerstäubten Materials nach Gew.-^ bzw. Volumen wieder. Es sei noch erwähnt, dass die Probenentnahmepositionen A, B und C bei diesen Versuchen willkürlich gewählt worden waren, so dass die Proben B und C, die sich in ihrer Zusammensetzung im allgemeinen sehr ähnlich waren, zum Zwecke des Vergleichs mit Probe A zusammengefasst v/erden könnten, da sich durch einen solchen Vergleich der Probe A mit den kombinierten Proben B und C die Effektivität des Zerlegungsprozesses am besten beurteilen Hesse.

Ein Vergleich der Ergebnisse des Versuchs Nr. 5 mit den Ergebnissen der anderen Versuche lässt erkennen, dass die Geschwindigkeit, mit der die ursprüngliche Suspension dem Zerstäuberrad zugeleitet wird, ein wichtiger Parameter ist. Bei der in Versuch Nr. 5 benutzten reduzierten Zufuhrgeschwindigkeit ist die Verteilung der drei Fraktionen in der in der Zone A entnommenen Probe, in welcher Zone der grösste Teil des zerstäubten Materials aufgefangen wurde, nicht wesentlich anders als die Verteilung in der ursprünglichen Suspension, wogegen dies bei allen anderen Versuchen ganz eindeutig der Fall ist, und zwar ist der prozentuale Anteil der Grobfasernfraktion in der in Zone A entnommenen Probe wesentlich grosser als in der ursprünglichen Suspension und die Feinfasernfraktion in dieser Probe kleiner als in der ursprünglichen Suspension.

Bezüglich der in den Zonen B und C entnommenen Proben zeigen die meisten der Versuche eine bedeutende Abnahme der Grobfasernfraktion und eine entsprechende Zunahme der mittleren und/oder der feinen Fasernfraktion in bezug auf die ursprüngliche Suspension.

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Vers.
Nr.

Originale
Suspension

crt
O
co 3
oo

OO CT>

Probe

A B C

Tabelle

Fraktionierung von thermomechanisch aufgeschlossenem Holzschliff — Klassierung mit Hilfe von 50 Mesh- und 100 Mesh-Sieben (ca. 400 Maschen/cm² bzw. ca. 1600 Maschen/cm²]

Konz.b. Einlauf	Einlauf- geschw. m/s	Scheiben- geschw. U/min	Luft zufuhr kg/h	Fein	Faserklassierung Mittel	Grob
				65,0	8,0	27,0
1 1 1	10,2 10,2 10,2	20.000 20.000 20.000	3200 3200 3200	31,0 65,0 65,0	12,0 17,0 17,0	57,0 18,0 18,0
3,0 3,0 3,0	10,0 10,0 10,0	20.000 20.000 20.000	3200 3200 3200	37,4 72,3 68,7	3,1 14,0 14,5	59,5 13,7 16,8
4,0 4,0 4,0	11,5 11,5 11,5	20.000 20.000 20.000	3200 3200 3200	44,7 79,8 72,8	7,4 2,0 13,2	47,9 18,2 14,0
co co co 'co co'co	10,5 10,5 10,5	20.000 20.000 20.000	—	36,5 61,8 66,4	9,1 19,7 4,9	54,4 18,5 28,7
3,3 3,3 3,3	5,0 5,0 5,0	20.000 20.000 20.000	3200 3200 3200	63,1 86,0	4,6 0	32,3 14
co co co co co co	10,5 10,5 10,5	14.000 14.000 14.000	3200 3200 3200	35,3 81,3 71,8	7,5 3,2 6,4	57,2 15,5 21,8

ReI. Menge

% Gewicht Volumen

66,4 } 33,6

77,9 ²²<¹

87,7 ]i2,3

71.4 28,6

65

79

53

65 35

85 15

OJ X)

- li -

Ferner ist aus den Versuchsergebnissen ersichtlich, dass eine Variation der anderen in der Tabelle angeführten Parameter, d.h., der Konzentration der zugeleiteten Suspension, der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und der Menge der zugeführten Luft, innerhalb der angegebenen Grenzen die Effektivität der Fraktionierung nicht wesentlich ändert. Diese Veränderlichen beeinflussen jedoch einander in einer sehr komplexen Weise und können Bedeutung erlangen, falls sie in einem solchen Umfang geändert werden, dass in der Kammer kein dichter Nebel mehr erzeugt wird.

Um die Verteilung eingehender zu studieren und die Tauglichkeit der Erfindung für die gleichzeitige Abtrennung von Sandkörnern und Fraktionierung der Fasern zu testen; wurde eine weitere Serie von Versuchen durchgeführt.

Die Versuchsanlage hatte den gleichen prinzipiellen Aufbau wie bei den Versuchen 1-6, deren Ergebnisse in der weiter vorn stehenden Tabelle aufgeführt sind, aber das Auffang- und Probenentnahmesystem war detaillierter, und zwar wurden, wie in Fig. 4 durch 23a bis h angedeutet, Proben in ß verschiedenen Höhen entnommen.

Anstatt durch eine Klassierung wurden die Unterschiede zwischen den Proben nach dem sogenannten Schopper-Rieglerschen Verfahren in Fahlgraden (⁰SR) ermittelt und diese als Mass für die Effektivität der Fraktionierung benutzt. Dieses Verfahren ist in englischer Sprache in der Zeitschrift "Svensk Papperstidning", 6g (1965), 6, l^ß-191, beschrieben worden.

Die Ergebnisse der Fraktionierung einer Suspension von Zellstoff aus Druckereiabfällen sind in Fig. 5 wiedergegeben, in welcher Figur die Kurve 24 zeigt, dass eine feine Fraktion (mit hohem Mahlgrad) in der Nähe der Decke der Kammer, eine grobe Fraktion in der Mitte und eine mittel bis feine Fraktion in der Nähe des Bodens der Kammer entnommen werden kann.

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Eine weitere Serie von Versuchen wurde mit dieser Ausrüstung und der Suspension von sedimentierten Returfasern mit einer Konzentration von 2>f ausgeführt. Tn diesem Fall wurde der grösste Teil ^er Zellulose in den Bechern 23b, c und d aufgefangen, während die Sandkörner fast ausschliesslich in den Eechern 23d und e enthalten waren.

Zusammenfassend kann aus den Versuchsergebnissen geschlossen werden, dass eine Zerlegung von Papierzellstoffsuspensionen in Fraktionen mit voneinander verschiedenen durchschnittlichen Eigenschaften wenigstens bis zu Feststoffgehalten von 4 Gew.-^ in der Ausgangssuspension möglich ist, was weit über die Konzentrationen der Suspensionen hinausgeht, die sich mit bekannten Ausrüstungen fraktionieren liessen. Bei der aktuellen Versuchsanlage hat sich erwiesen, dass eine kleine Reduktion der Scheibengeschwindigkeit nicht kritisch ist, wohingegen die Zuleitungsgeschwindigkeit der Suspension zur Scheibe bei unveränderlicher Scheibengeschwindigkeit ein wichtiger Parameter ist. Die Annahme scheint jedoch berechtigt zu sein, dass sich die bei einer reduzierten Zuleitungsgeschwindigkeit auftretende Reduktion der Effektivität wenigstens teilweise dadurch kompensieren lässt, dass die Scheibengeschwindigkeit entsprechend so weit erhöht wird, dass bei der aktuellen Zuleitungsgeschwindigkeit wieder ein dichter Nebel aus zerstäubtem Material erzeugt wird.

Weitere Versuche haben gezeigt, dass der hauptsächliche Beitrag zur Fraktionierung nach dem erfindungsgemässen Verfahren vom Zerstäuberrad geleistet wird, da eine Zerlegung der Zellstoffsuspension in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften sehr dicht an der Peripherie des Zerstäuberrades erreicht werden kann. Beispielsweise konnte beobachtet werden, dass bei Anwendung eines Rades mit einem Durchmesser von 120 mm, welches mit einer Geschwindigkeit von 20.000 U/min rotierte, und bei Zuleitung einer Suspension durch ein Zuleitungsrohr mit einem Durchmesser von 4 mm und mit einer Zuleitungsgeschwindigkeit von 11 l/min in einem waagerechten Abstand von nur 66 mm von der Peripherie des Rades eine effektive Fraktionierung erfolgt. Hieraus

konnte gefolgert werden, dass bei einer Fraktionierung nach dem erfindungsgemässen Verfahren ballistische Effekte keine wesentliche Rolle spielen, was auch durch den Umstand, dass bei allen in der Tabelle aufgeführten Versuchen die grobe Fraktion in der Zone aufgefangen worden war, die von den drei Positionen die höchstgelegene einnahm, und durch den Umstand eindeutig bestätigt wird, dass die Luftzufuhr bei den Versuchen offensichtlich kein kritischer Parameter war.

Auf Grundlage der experimentellen Untersuchungen ist es möglich, eine industrielle Fraktionieranlage mit der in Fig. 6 wiedergegebenen, generellen Konfiguration zu konstruieren. In dieser Figur hat die Zerstäubungskammer 9 zylindrische Seitenwände und einen flachen Boden, und die Zonen A, B und C zum Auffangen der Zellstoffraktionen mit den verschiedenen Durchschnittseigenschaften sind j η ringförmigen Kanälen 10, 11 und 12 angeordnet, von denen der eine an der zylindrischen Seitenwand ausgebildet ist, während die anderen auf dem flachen Boden vorgesehen sind. Jeder der genannten Fraktionskanäle ist mit einem Zellstoffaustrittrohr 13, 14 bzw. 15 verbunden, welche Austrittrohre so konstruiert sind, dass durch einen Lufteintritt 16 und auf die Kammerdecke verteilte Einblasöffnungen 17 in die Kammer eingeleitete Luft die Kammer nicht durch diese Rohre verlassen kann, sondern durch einen abgeschirmten Luftaustritt 1Ö in der Mitte des Kammerbodens entweichen muss.

Bei den bisher beschriebenen Versuchen, bei welchen ein Zerstäuberrad wie das in Fig. 2 gezeigte zusammen mit einem Zuleitungsrohr 1 zum Einleiten der Suspension durch eine Öffnung im zentralen Teil der oberen Wand 19 des Rades benutzt wurde, musste aufgrund der Gegenwart der Antriebswelle 20 das Zuleitungsrohr notwendigerweise in bezug auf die Senkrechte zur Rotationsebene des Rades geneigt sein. Die Belastung des Rades wurde deshalb asymmetrisch.

Eine gleichmässigere Verteilung der eingeleiteten Suspension innerhalb des Zerstäuberrades, die das Rad für eine Industrieanlage wie die in Fig. 6 gezeigte geeigneter machen würde, kann durch

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Anwendung von Einleitmitteln der in Fig. 7 wiedergegebenen Konstruktion erzielt werden.

In dieser Figur ist ein Flüssigkeitsverteiler 25 in der zentralen Öffnung der oberen Wand 19 des Zerstäuberrades vorgesehen, welches ansonsten denselben generellen Aufbau wie das in Fig. 2 gezeigte Rad hat. Dieser Flüssigkeitsverteiler besteht aus einem stationären rohrförmigen Element, das oben mit Flanschen versehen ist, die um die zentrale öffnung in der oberen Wand 19 herum gegen die nach oben gekehrte Oberfläche dieser Wand anliegen, und der Verteiler 25 ist so dimensioniert, dass zwischen seiner unteren Stirnseite und dem Boden 21 des Rades ein Schlitz 26 gebildet wird.

Fig. & veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des Zerstäuberrades, bei dern die zugehörigen Einleitmittel so konstruiert sind, dass eine gleichmässige Verteilung der eingeleiteten Suspension im Rad erzielt wird.

In diesem Eeispiel wird die Suspension durch ein vertikales Einlei trohr 27 zugeführt, das sich durch den unteren Teil der Zerstäubungskamner hindurcherstreckt und kurz vor der nach unten gekehrten Seite der oberen Wand 2Ö eines Zerstäuberrades endet, welches Rad von der gleichen generellen Konstruktion ist wie das in Fig. 2 gezeigte, bei dem aber die Antriebswelle 29 direkt an der oberen Wand befestigt ist, die deshalb keine zentrale öffnung aufweist. Bei dieser Ausführungsform hat der Boden 21 des Rades die Funktion, die zugeführte Suspension gegen die nach unten gekehrte Seite der oberen Wand 2£ zu leiten und sicherzustellen, dass die Suspension dort einen sich nach aussen bewegenden Film bildet.

Die industrielle Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Fraktionierung von Papierzellstoffsuspensionen ist keinesfalls auf die Ausbildung der Ausrüstung nach Fig. 4 beschränkt, sondern die Ausgestaltung der Zerstäubungskammer und der Auffangkanäle oder -zonen kann auf geeignete V/eise abgewandelt v/erden. Dasselbe gilt für die spezielle Konstruktion des Zerstäubers.

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Ferner ist in der Papierindustrie die Anwendung des Verfahrens keineswegs auf die Fraktionierung irgendeiner besonderen Zellstoff suspension an sich beschränkt. Die grundlegenden Prinzipien der Erfindung sind beispielsweise auf die Fraktionierung der Suspensionen von Holzschliff, Chemiefasern, sedimentierten Fasern oder Abfallpapierfasern anwendbar. Schliesslich kann das erfindungsgemässe Verfahren auch bei anderen Prozessen in der Zellstoffverarbeitung zum Einsatz gelangen, z.B. bei der Reinigung von Zellstoffsuspensionen, die die Abtrennung von Unreinheiten, wie Sandpartikeln oder Splittern, umfasst.

Beispielsweise hat sich durch einen praktischen Versuch erwiesen, dass sich bis zu 95% der in einem gegebenen Abfallpapierzellstoff enthaltenen Sandpartikeln zusammen mit dem grössten Teil der groben Splitter entfernen lassen. Ausserdem konnte gezeigt werden, dass sich eine auf diese Weise gereinigte Zellstoffsuspension nach dem erfindungsgemässen Verfahren gleichzeitig mit der Reinigung in eine Reihe von Fraktionen zerlegen lässt, die sich von grob bis fein erstrecken.

Generell ausgedrückt, lassen sich die grundlegenden Prinzipien der Erfindung nicht nur in der Papierherstellung anwenden, sondern können auch zum Zerlegen von flüssigen Suspensionen faseriger oder nicht-faseriger Partikeln Anwendung finden.

So ist beispielsweise ein Versuch mit einer Steinwollensuspension ausgeführt worden, die sowohl Partikeln in der Form von Fasern als auch kugelförmige Partikeln oder Perlen enthielt. In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse eines Versuchs zusammengestellt, der in einer Versuchsanlage, die zwar denselben prinzipiellen Aufbau wie die Anlage nach Fig. 5, aber nur fünf Auffangbecher hatte, mit einer Steinwollensuspension mit einem Gesaratfeststoffgehalt von 0,5 Gew.-$ durchgeführt wurde. Die Tabelle gibt in den Spalten II bis V die Zusammensetzung von sowohl der in das Zerstäuberrad eingeleiteten Suspension als auch der Proben a bis d wieder, die mit Hilfe der fünf Becher entnommen wurden, welche in verschiedenen Höhen zwischen der Decke und dem Boden der Kammer angebracht waren. Die in jeder dieser Spalten

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angegebenen prozentualen Werte sind in Gew.-^ ausgedrückte Anteile des in Spalte.I angegebenen Feststcffgehaltes. Die in Spalte I für die Proben a bis e angegebenen prozentualen Werte sind in Gew.-^ ausgedrückte Anteile des Feststoffgehaltes der eingeleiteten Suspension.

	I	II	III	IV	V
	Feststoff	Perlen	Perlen	Perlen	Fasern u.
	gehalt	über 2 5Oii	über 125,*	über 63yh	Perlen
					kleiner als
					63A»
		% von I	% von I	f. von I	% von I
Eingel.	0,5	10	25	40	60
Suspension
Probe a	9,4	0,7	2,1	5,6	94,4
b	27,6	0,2	0,9	8,6	91,4
C	29,9	0,3	3	25	75
d	24,4	10,8	29	76,7	23,3
e	0,6	19,1	68,1	86,2	13,8

Die Ergebnisse zeigen, dass die Fasern auf die Proben a, b und c und die kugelförmigen Partikeln mit Durchmessern über 63/t auf die Proben d und e, primär auf die Probe d, konzentriert waren. Die ursprüngliche Suspension wurde somit in hauptsächlich aus Fasern bestehende Fraktionen und in hauptsächlich aus kugelförmigen Partikeln bestehende Fraktionen zerlegt. In diesem Zusammenhang sei darauf aufmerksam gemacht, dass in einer Steinwollensuspension die faserigen Partikeln und die kugelförmigen Partikeln dieselbe Kassendichte haben und sich nur in ihrer Form voneinander unterscheiden. Weitere Versuche, die mit Steinwollensuspensionen mit einem Feststoffgehalt von mehr als 5% ausgeführt wurden, haben gezeigt, dass sich sogar mit Suspensionen mit Feststoffgehalten bis zu 10$ ausgezeichnete Ergebnisse erzielen lassen.

Aus dem Voranstehenden ist somit ersichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren und System auf verschiedenartigen industriellen Gebieten zur Zerlegung von flüssigen Suspensionen fester Parti-

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kein erfolgreich eingesetzt werden können. Selbstverständlich müssen jeweils die Parameter des Prozesses und die Konstruktion der Zerstäubungsausrüstung·auf das im gegebenen Prozess zu verarbeitende Material abgestimmt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Zerlegen einer flüssigen Suspension von festen Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaf^en, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension einem Zerstäuber (2) zugeführt wird, der in einer hauptsächlich horizontalen Ebene rotiert, und zwar mit einer solchen Peripheriegeschwindigkeit, dass die Suspension in zerstäubter Form in radialen Richtungen vom Zerstäuber ausgeschleudert wird, und dass die Fraktionen von Auffangmitteln (4, 5, 6) in einer Reihe von Zonen (A, B, C) aufgefangen werden, die in bezug auf den Zerstäuber in verschiedenen Positionen angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension eine wässrige Suspension ist, die faserige Partikeln enthält, welche vom Zerstäuber (2) dispergiert und hierdurch in verschiedene Fraktionen nach Partikelgrösse und -form zerlegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension eine Papierzellstoffsuspension ist, die zwecks Klassierung nach Fasernlänge durch den Zerstäuber(2) dispergiert

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierzellstoffsuspension bei der Einleitung in den Zerstäuber (2) eine Mindestkonzentration von 0,5 Gew.-^ hat.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierzellstoffsuspension dem Zerstäuber (2) mit einer sol chen Strömung zugeleitet wird, die sich innerhalb des Turbulenzbereiches befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierzellstoffsuspension dem Zerstäuber (2) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von wenigestens 5 m/^s zugeleitet wird

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubung der genannten Suspension in einer Zerstäubungskammer (3) erfolgt, in deren oberem Teil der Zerstäuber (2) im Abstand von den Wänden der Kammer angeordnet ist, und dass um den Zerstäuber herum in den oberen Teil der Kammer Luft eingeblasen wird, deren Hauptgeschwindigkeitskomponente euer zu der Richtung verläuft, in der das zerstäubte Material vom Zerstäuber v/eggeschleudert wird.

£. Anlage zum Zerlegen einer flüssigen Suspension von festen Partikeln in Fraktionen mit verschiedenen Durchschnittseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kammer (3) mit Einleitmitteln (1) zum Einleiten einer flüssigen Suspension von festen Partikeln, einen rotierenden Zerstäuber (2), der in einer hauptsächlich horizontalen Ebene in der Kammer angeordnet ist und dem die genannte Suspension mit Hilfe der Einleitmittel zugeführt wird, Mittel (20) zum Drehen des Zerstäubers zwecks Ausschleuderung des Materials aus diesem in zerstäubter Form sowie Auffangmittel (4, 5, 6) für das zerstäubte Material umfasst, die in einer Anzahl von Zonen (A, B, C) mit verschiedenen Positionen in bezug auf den Zerstäuber angeordnet sind.

9. Anlage nach Anspruch Ö, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausserdem Mittel (Ö) im oberen Teil der Kammer (3) zum Einblasen von Luft enthält, deren Hauptgeschwindigkeitskomponente quer zu der Richtung verläuft, in der das zerstäubte Material vom Zerstäuber (2) weggeschleudert wird.

10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zerstäuber (2) ein scheibenförmiges Zerstäuberrad ist, das eine obere Wand (19) hat, deren nach unten gekehrte Ober- · fläche sich vom Zentrum des Rades nach unten in Richtung der Radperipherie erstreckt und mit der Rotationsebene des Rades einen spitzen Winkel bildet.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitmittel einen Flüssigkeitsverteiler (25) in der Form

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eines stationären rohrförmigen Elements umfassen, das in einer zentralen Öffnung so in der oberen Wand (19) des Zerstäuberrades (2) angeordnet ist, dass das Rad rotieren kann, wobei sich die Antriebswelle (20) des Zerstäuberrades durch das genannte rohrförnige Element hindurcherstreckt, und dass das Rad ausserdem einen Boden (21) umfasst, an dem die Antriebswelle befestigt ist und der in einem solchen Abstand von der oberen Wand (19) angebracht ist, nass zwischen dem Boden des Rades und dem unteren Ende des rohrförmigen Elementes ein schmaler Schlitz (26) gebildet wird, der einen hauptsächlich gleichmässigen Austritt der Suspension aus dem rohrförmigen Element und eine gleichmassige Verteilung derselben zwischen dem Boden des Rades und der oberen Wand bis hinaus zur Peripherie des Rades ermöglicht.

12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitmittel ein Einleitrohr (27) umfassen, das sich durch den unteren Teil der Zerstäubungskammer (3) in hauptsächlich vertikaler Richtung und koaxial mit dem Zerstäuberrad hindurcherstreckt und kurz vor der nach unten gekehrten Seite der oberen Wand (2Ö) mit seinem oben offenen Ende endet.

13. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffang- und Probenentnahmemittel in der Kammer in verschiedenen Höhen unter dem Zerstäuberrad und ausserhaIb der Peripherie desselben angeordnet sind.

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