DE29619247U1

DE29619247U1 - Stofflöser zur Hochkonsistenz-Behandlung von papierfaserhaltigem Stoff sowie Rotor für solchen Stofflöser

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Publication number: DE29619247U1
Application number: DE29619247U
Authority: DE
Original assignee: Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
Current assignee: Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2006-11-07

Description

P 877/S 625 de 4. November 1996

VOITH SULZER STOFFAUFBEREITUNG GmbH. Ravensbura

Stofflöser zur Hochkonsistenz-Behandlung von papierfaserhaltiaem Stoff sowie Rotor für solchen Stofflöser

Die Erfindung betrifft einen Stofflöser zur Hochkonsistenz-Behandlung von papierfstoffhaltigem Stoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Stoffe können z.B. Altpapier sein, welches in einer Stoffaufbereitungsanlage als Rohstoff verwendet werden soll. Aber auch für den Einsatz von Primärfaserstoff werden Stofflöser verwendet, sofern dieser Zellstoff z.B. aus Transportgründen in mehr oder weniger trockener Form angeliefert wird. Stofflöser, die ihren Zweck erfüllen, gibt es schon seit Jahrzehnten. Dabei hat sich das Wort "Stofflöser" eingebürgert, obwohl nicht eine Lösung im physikalischen Sinne hergestellt wird, sondern eine wässrige Suspension der Fasern und der Begleitstoffe. Oft wird ein solcher Stofflöser auch Pulper genannt. Im Zuge der Entwicklung war man aus verschiedenen Gründen bestrebt, in einem solchen Stofflöser mit immer größeren Stoffdichten zu arbeiten. Die Stoffdichte gibt den Feststoffgehalt der im Stofflöser befindlichen Mischung an. Durch verschiedene apparative und prozeßtechnische Maßnahmen ist es gelungen, Stofflöser auch bei Stoffdichten von über 8 % bis zu 20 % zu betreiben. Wegen der im Vergleich zu niedrigen Stoffdichten (maximal 6 %) hohen Zähigkeit wurden die Rotoren der Stofflöser größer gebaut, insbesondere so, daß der zähe Papierbrei besser umgetrieben werden konnte. Ein Rotor, der in Stofflösern der eingangs erwähnten Art eingesetzt wird, läßt sich funktional in einen Transportbereich und einen Bearbeitungsbereich unterteilen, wobei sich auch, zumindest in Sonderformen, diese Bereiche überschneiden können. Zweckmäßigerweise wird der Transportbereich eines solchen Rotors mit einer Wendel ausgestattet, welche koaxial zu den übrigen Teilen des Rotors angeordnet ist. Ein solcher Rotor ist z.B. aus der deutschen Patentschrift DE 31 49 135 C2 bekannt. Auch wenn durch die bekannten Maßnahmen Verbesserungen der Wirtschaftlichkeit beim

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Stofflöserbetrieb möglich waren, verblieb doch der Wunsch nach einer weiteren Steigerung der Effektivität.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stofflöser zu schaffen, mit dem es gelingt, die darin bearbeiteten papierfaserhaltigen Stoffe kraftwirtschaftlich noch günstiger und insbesondere gleichmäßiger aufzulösen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 vollständig gelöst.

Auch wenn mit den Stoffiösern im Stand der Technik bereits eine befriedigende Bewegung des Faserstoffbereichs innerhalb des Stofflösers möglich war, hat sich doch gezeigt, daß in den abgewinkelten Bereichen des Rotors die Führung des Stoffes verbessert und eine klar definierte Transportwirkung erzielt werden kann, die eine gleichmäßigere Zufuhr des zu bearbeitenden Stoffes in den Bearbeitungsbereich des Rotors ermöglicht.

In vielen Fällen wird das Ergebnis eines Auflöse- oder auch Defibriervorganges daran gemessen, welche spezifische Energie in eine solche Stoffmischung, insbesondere über den Rotor, eingebracht werden konnte bzw. eingebracht werden mußte, um einen definierten Endauflösegrad zu erzielen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Stofflösers ist es nunmehr möglich, dasselbe gewünschte Auflöseergebnis bereits mit einem geringeren spezifischen Energieeintrag zu erzielen. Wegen der bereits erwähnten verbesserten Transportvorgänge wird nämlich der zu bearbeitende Stoff schneller innerhalb des Stofflösers umgetrieben werden, ohne daß z.B. eine energieverzehrende höhere Rotorgeschwindigkeit erforderlich wäre. Dadurch gelangt er in derselben Auflösezeit häufiger in den Bearbeitungsbereich des Rotors. Bei den im Stand der Technik bekannten Rotoren wird nur ein Teil des von der Wendel erfaßten Stoffes in den Bearbeitungsbereich gedrückt, während das übrige radial ausweichen kann und ohne nennenswerte Bearbeitung lediglich den Energieverbrauch durch Umtriebsförderung erhöht hat. Die beim reinen Umtrieb auftretenden Kräfte reichen nämlich im

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allgemeinen zu der gewünschten Zerkleinerung der Stoffe nicht aus.

Die klarer definierten Strömungsverhältnisse führen zusätzlich zu einer gleichmäßigeren Auflösung des ganzen Inhaltes. Damit ist gemeint, daß möglichst alle Bestandteile des Stoffes möglichst der gleichen mechanischen Bearbeitung unterzogen werden sollen. Eine solche gleichmäßige Bearbeitung ist deshalb von Vorteil, weil die Auflösung so abteufen soll, daß leicht zerteilbare Bestandteile, wie die angefeuchteten Papierbahnen und -fetzen, mit der hierzu erforderlichen Kraft zerkleinert werden. Diese Kraft soll aber andererseits nicht zu groß sein, um die nicht papierförmigen Bestandteile, wie z.B. Plastikbahnen, weitgehend unzerkleinert zu erhalten. Auf diese Weise gelingt es, Papierstoffe und Verunreinigungen bereits bei der Auflösung im Stofflöser wenigstens teilweise voneinander trennbar zu machen.

Nachdem die Bearbeitung der Stoffe im Stofflöser bis zum gewünschten Auflösegrad erfolgt ist, kann z.B. durch Zugabe von weiterem Wasser die Stoffdichte abgesenkt werden auf einen Wert, bei dem die oben erwähnte Trennung in Papieranteile und groß gebliebene Störstoffe möglich ist. Dazu kann der Stofflöserbehälter ein entsprechend großes Volumen haben, um die durch Verdünnen vergrößerte Menge aufzunehmen. Die Trennung kann z.B. durch im Boden des Stofflöserbehälters befindliche Siebe erfolgen, durch die der aufgelöste Papierfaserstoff als Suspension abgepumpt wird. Es ist aber auch eine andere Fahrweise denkbar, nämlich daß das Gemisch aus Papier und verunreinigenden Stoffen aus dem Stofflöser entfernt und in einer separaten Vorrichtung in die genannten Bestandteile getrennt wird.

Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stofflöser in Seitenansicht, geschnitten;

Fig. 2 eine Detailansicht des Rotors für den erfindungsgemäßen Stofflöser in

Seitenansicht;

Fig. 3 bis 8 jeweils Varianten des Rotors (Detailansichten); Fig. 9 eine weitere Rotorvariante in Seitenansicht.

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Der Stofflöser gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1, in dem ein antreibbarer Rotor 3 angeordnet ist. Ferner erkennt man eine Einrichtung 8 zur Zugabe von Wasser und eine Fördereinrichtung 7 zur Zugabe von papierfaserhaltigem Material S. Diese Darstellung ist schematisch und enthält nur die wichtigsten Funktionsteile eines solchen Stofflösers. Der Rotor 3 weist in seinem stromaufwärtigen Teil den Transportbereich 5 und stromabwärts dazu den Bearbeitungsbereich 6 auf. Der Transportbereich 5 enthält als wesentlichstes Element eine Wendel 4, die im Betrieb so angetrieben wird, daß sie einen Transport des Stoffes bewirkt, derart daß er sich in Schubrichtung T zum Bearbeitungsbereich 6 bewegt, in vielen Fällen werden auch stillstehende Prallstücke 14 in der Nähe des Rotors zur Verbesserung der Stoffbearbeitung eingesetzt. Die Wendel kann zum einzigen Rotor gehören, wie es hier gezeichnet ist, aber auch zu einem weiteren Rotor, der koaxial oberhalb eines sich am Boden des Behälters befindenden Flachrotors hängt.

Der hier gezeichnete Behälter 1 ist im wesentlichen als stehender Zylinder ausgeführt, bei dem durch die oben offene Stirnseite die Zugabe von Stoff S und Wasser erfolgt. Dabei ist das Volumen groß genug, um den Stoff auch nach Verdünnung auf eine Stoffdichte, bei der der Stofflöserinhalt pumpfähig ist, vollständig aufnehmen zu können. Solange der Auflösevorgang bei erhöhter Stoffdichte abläuft, ist dieser Behälter nur in seinem unteren Teil - also dort, wo der kleinere Durchmesser ist - gefüllt. Nach erfolgter Auflösung und Verdünnung kann die papierstoffhaltige Suspension durch das Sieb 9 in den Ringraum 10 gelangen und von dort durch den Gutstoffstutzen 11 abgepumpt werden. Eventuell wird durch das Wasserrohr 12 Verdünnungs- oder Spülwasser zugegeben. Es ist aber auch denkbar, den Inhalt des Stofflösers, sei er nun verdünnt oder nicht, durch den Stoffstutzen 13 auszuleiten, also ohne ihn durch ein Sieb im Stofflöser zu führen.

Etwas detaillierter, aber immer noch schematisch, zeigt die Fig. 2 die Ausgestaltung des Rotors im Bereich der Wendel 4. Der Rotor enthält mittig eine Stützsäule 2. Durch die Wendel 4 ist ein Axialschnitt gelegt, dessen Ebene also die Achse des Rotors enthält. Die so erzeugte Schnittfläche der Wendel 4 besteht aus zwei Abschnitten, einem

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Anstellabschnitt A und einem nicht zum Anstellabschnitt gehörenden Teil B. Dabei hat im Anstellabschnitt A die in Schubrichtung T liegende Seite des Axialschnittes, also die hier unten eingezeichnete, relativ zur Normalen N auf die Mittelachse des Rotors den Anstellwinkel &agr;. Dieser ist erfindungsgemäß, in Schubrichtung T gesehen, positiv.

Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist sehr spezieil, wenn auch besonders vorteilhaft. Als Möglichkeiten zur Variation der Erfindung sind im folgenden einige beschrieben: So zeigt Fig. 3 einen Spezialfall, bei dem der Anstellwinkel &agr; = 90 Grad beträgt. Eine Wendel dieser Art ist besonders einfach herzustellen und erfüllt ihren Zweck, sofern nicht die Gefahr besteht, daß sich Ablagerungen in den so entstandenen Ecken bilden können. Wegen der Selbstreinigungswirkung der Wendel (durch Abschleudern infolge Zentrifugalwirkung) wird normalerweise ein Anstellwinkel &agr; unter 90 Grad zu bevorzugen sein.

Auch der Teil B der Wendel, der nicht zum angewinkelten Anstellabschnitt A gehört, kann gemäß Fig. 4 und abweichend von den in Fig. 2 und 3 gezeigten Versionen ebenfalls schräg zur Normalen auf die Mittelachse stehen. Es kann in Spezialfällen auch günstig sein, an der Wendel lediglich einen Anstellabschnitt A zu realisieren, also ohne daß ein Teil B vorhanden ist (siehe Fig. 5).

Eine weitere Variationsmöglichkeit der Wendel ergibt sich aus der Wahl des Längenverhältnisses des Anstellabschnittes A zum übrigen Teil B. Dabei liegen die so definierten radialen Längen &khgr; und y auf dem Verlauf der Wendelfläche jeweils in radialer Richtung (siehe Fig. 2).

In anderen Fällen kann auch eine Form gemäß Fig. 6 günstig sein. Bei dieser liegt der Anstellabschnitt A radial innen, und es schließt sich ihm außen der Teil B etwa waagerecht an. Bereits gut aufgelöster Stoff wird dabei bevorzugt in den Bearbeitungsbereich befördert und was noch zu grob ist, kann radial nach außen abgleiten.

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Die Wendel 4 kann eine Schweißkonstruktion sein, wobei Abschnitt A bzw. Teil B außerdem aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Bei der Materialauswahl würde insbesondere das Verschleiß- und das Reibungsverhalten zwischen der Wendel und dem Stoff eine entscheidende Rolle spielen. Natürlich muß auch eine ausreichende Festigkeit gegeben sein, da sich nicht nur teilaufgelöster Stoff, sondern auch ganze frisch eingetragene Ballen im Stofflöser befinden können.

Fig. 7 und 8 zeigen an Beispielen, daß die Axialschnitte durch die Wendel 4 nicht zwangsläufig nur gerade Seiten haben. Diese können zumindest teilweise auch gewölbt oder kurvig sein, sofern dabei die Werte für den Anstellwinkel &agr; einstellbar sind.

Bei der Ausgestaltung des Rotors, insbesondere der Wendel, kann das Profil der Wendel - hier definiert anhand der Axialschnitte - durchaus unterschiedlich sein, je nach dem welcher Teil der Wendel, in Axialrichtung gesehen, betrachtet wird. So kann es z.B. von großem Vorteil sein, im stromaufwärtigen Bereich, also bei den hier gezeigten Ansichten oben, einen Anstellwinkel &agr; zu wählen, der spitz ist und diesen Anstellwinkel stromabwärts stetig oder abschnittsweise zu vergrößern. Dadurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß im oberen Bereich oft noch größere Ballenstücke eingezogen werden können, die möglichst noch nicht in den Bearbeitungsbereich des Rotors gelangen, sondern radial nach außen abgleiten sollten. Das würde durch einen kleineren Anstellwinkel &agr; begünstigt. Nach dem Abweisen solcher großen Brocken kann der dann noch im Transportbereich der Wendel verbliebene Stoff in den Bearbeitungsbereich transportiert werden. Eine vorteilhafte Kombination ist z.B. die in Fig. 4 gezeigte Form der Wendel für den stromaufwärtigen Bereich und die Ausgestaltung der Fig. 2 für den stromabwärtigen. Ähnliche Überlegungen können dazu führen, daß das Verhältnis der radialen Längen &khgr; zu y im stromaufwärtigen Teil der Wendel kleiner als im stromabwärtigen Teil gewählt wird.

Fig. 9 zeigt einen Rotor, dessen Wendel über die Höhe mit stark unterschiedlichen Anstellwinkeln versehen ist und dadurch die oben beschriebenen Betriebseigenschaften aufweist. Die Variation weiterer geometrischer Parameter, in axialer Richtung

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betrachtet, ist ohne weiteres vorsteilbar und hier nicht ausdrücklich dargestellt.

Claims

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Schutzansprüche;

1. Stofflöser zur Hochkonsistenz-Behandlung von papierfaserhaltigem Stoff (S) mit einem Behälter (1) zur Aufnahme der Stoffe, einer Einrichtung (8) zur Zugabe von Wasser sowie mindestens einem antreibbaren Rotor (3), wobei der Stofflöser einen mit einer Wendel (4) versehenen Transportbereich (5) und einen der Stoffzerkleinerung dienenden Bearbeitungsbereich (6) aufweist und wobei die Schubrichtung (T) der Wendel (4) im wesentlichen längs der Mittelachse des Rotors (3) liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) mindestens in einem Anstellabschnitt (A) so gestaltet ist, daß die in Schubrichtung (T) liegende Seite der durch die Wendel (4) gelegten Axialschnitte in einem Anstellwinkel (&agr;) von mindestens 5 Grad relativ zur Normalen (N) auf die Mittelachse des Rotors steht, wobei dieser Anstellwinkel (&agr;) in Schubrichtung (T) positiv ist.

2. Stofflöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (&agr;) zwischen 15 und 90 Grad beträgt.

3. Stofflöser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteilabschnitt (A) der radial äußere Bereich der Wendel (4) ist.

4. Stofflöser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Teil der Wendel so angestellt ist, daß er zur Normalen (N) auf die Mittelachse des Rotors (3) einen Winkel von über 0 Grad einnimmt, der entgegen der Schubrichtung (T) positiv ist.

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5. Stofflöser nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellabschnitt (A) der radial innere Bereich der Wendel (4) ist.

6. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) im Anstellabschnitt (A) eine rauhe, reibungserhöhende Oberfläche aufweist.

7. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialerstreckung des nicht zum Anstellabschnitt (A) gehörenden Teils (B) so gestaltet ist, daß die in Schubrichtung (T) liegende Seite der durch die Wendel (4) gelegten Axialschnitte im wesentlichen parallel zur Normalen (N) auf

&igr; die Mittelachse des Rotors ist.

8. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Länge (x) der Wendelfläche im Anstellabschnitt (A) zwischen 0,1 und 2 Mal so groß ist wie die radiale Länge (y) des nicht zum Anstellabschnitt gehörenden Teiles (B).

9. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der radialen Länge (x) der Wendelfläche im Anstellabschnitt

(A) zur radialen Länge (y) des nicht zum Anstellabschnittes (a) gehörenden Teiles

(B) im stromaufwärtigen Teil der Wendel (4) geringer ist als im stromabwärtigen Teil.

10. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Anstellwinkel (&agr;) im stromaufwärtigen Teii der Wendel (4) geringer ist als im stromabwärtigen Teil.

11. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) im wesentlichen die Form eines stehenden Zylinders hat.

12. Stofflöser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des stehenden Zylinders mit der mindestens eines Rotors (3) zusammenfällt.

13. Stofflöser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Zylinders in Höhe des Transportbereiches (5) 1,8 bis 3 Mal so groß wie der Außendurchmesser des Rotors (3) ist.

14. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er lediglich einen Rotor aufweist mit dem Transportbereich (5) und dem Bearbeitungsbereich (6).

15. Stofflöser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Rotoren aufweist, von denen einer den Transportbereich (5) und der andere Rotor den Bearbeitungsbereich (6) enthält.

16. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Wendel (4) mindestens 1 m beträgt.

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17. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Wendel (4) mindestens 60 cm beträgt.

18. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Wendel (4) mindestens halb so groß wie ihre axiale Erstreckung ist.

19. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) wenigstens zwei Windungen aufweist.

20. Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) wenigstens zwei Gänge aufweist.

21. Rotor für Stofflöser nach einem der voranstehenden Ansprüche, welcher einen mit einer Wendel (4) versehenen Transportbereich (5) aufweist, wobei die Schubrichtung (T) der Wendel (4) im wesentlichen längs der Mittelachse des Rotors (3) liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (4) mindestens in einem Anstellabschnitt (A) so gestaltet ist, daß die in Schubrichtung (T) liegende Seite der durch die Wendel (4) gelegten Axialschnitte in einem Anstellwinkel (&agr;) von mindestens 5 Grad relativ zur Normalen (N) auf die Mittelachse des Rotors steht, wobei dieser Anstellwinkel (&agr;) in Schubrichtung (T) positiv ist.

22. Rotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß er auch einen der Stoffzerkleinerung dienenden Bearbeitungsbereich (6)

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aufweist.