DE69625270T2

DE69625270T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung einer Faserbahn unter hohem Umgebungsdruck

Info

Publication number: DE69625270T2
Application number: DE69625270T
Authority: DE
Inventors: Andrew M. Krause; David I. Orloff; Timothy F. Patterson
Original assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Current assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: US5722183A; AU5222996A; TW397916B; JPH09119060A; CN1069368C; AU706400B2; EP0742312B1; CN1140216A; KR960041509A; US5598642A; EP0742312A3; EP0742312A2; DE69625270D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer nassen Faserbahn unter Einsatz eines Pressvorganges, in welchem eine Fläche der Presse auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Die Vorrichtung stellt die Möglichkeit bereit, die Bahn Umgebungsdrücken oberhalb dem atmosphärischen auszusetzen und Kühlraten zu erhöhen, wenn die Pressenlast gelöst wird. Die Presse kann eine Linearbewegungspresse, eine Rollenpresse oder eine Schuhpresse (engl. shoe press) sein. Die Bahn kann ein einzelnes Blatt oder eine kontinuierliche Bahn sein. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Impulstrocknen einer nassen Papierbahn.

Hintergrund der Erfindung

Impulstrocknen tritt auf, wenn eine nasse Papierbahn, die auf einem wasserabsorbierenden Papiermaschinenfilz getragen wird, durch den Druckspalt eines Paares von Rollen oder einer Rolle und eines Schuhs passiert wird, wobei eine Rolle auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Impulstrocknen kann ebenso erzielt werden unter Einsatz einer Linearpresse mit ebenen Platten, wobei in diesem Falle eine Platte erwärmt wird und die andere kann die Umgebungstemperatur besitzen. Es ist vorgesehen, dass eine weite handelsmäßige Verbreitung des Impulstrocknens zu großen industriemäßigen Energieeinsparungen führen würde.
Zusätzlich zu dem Einfluss auf den Energieverbrauch besitzt Impulstrocknen ebenso einen Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften der Papierbahn. Das Formumfassungsvermögen der Oberflächenfaser und der Zwischenfaserverbund werden durch den vorübergehenden Kontakt mit der heißen Pressfläche verbessert. Impulstrocknen erzeugt ein charakteristisches Dichteprofil durch das Blatt hindurch, das durch eine dichte äußere Schicht gekennzeichnet ist. Dies führt zu verbesserten physikalischen Eigenschaften für viele Papierqualitäten. Das verbleibende Problem bei der Verwendung des Impulstrocknens besteht darin, dass wenn die Pressenlast gelöst wird, der auf das erwärmte Fluid innerhalb der Bahn ausgeübte Druck vermindert wird und Entspannungsverdampfung innerhalb der Bahn auftreten kann. Das Ergebnis ist, dass die Bahn delaminiert. Dies ist insbesondere bei schwergewichtigen Papierqualitäten ein Problem. Dies war eine Haupteinschränkung bei der handelsüblichen Umsetzung des Impulstrocknens.
In Crouse et al. "Delamination: A Stumbling Block to Implementation of Impulse Drying Technology for Liner Board"; TAPPI Engineering Conference, Atlanta, GA, September 1989, wurde berichtet, dass verschiedene Grade von Delamination bei Karton festgestellt wurden, der bei Pressrollenflächentemperaturen oberhalb 150ºC (300º F) getrocknet worden ist. Wenn Delamination durch einen Betrieb bei Temperaturen unterhalb 150ºC (300º F) vermieden wurde, waren die Wasserentfernungseffizienten nicht ausreichend unterschiedlich von denjenigen durch herkömmliches Pressen erhaltenen. Im Ergebnis wurde bei diesem Papier festgestellt, dass es zum Verwirklichen des Potentials des Impulstrocknens erforderlich sein würde, die Delamination zu beseitigen.
In Simulationen im Labormaßstab von Laverly, H. P., "High Intensity Drying Process - Impulse Drying Report Three" DOE/CE/40738-T3, Februar 1988, wurde festgestellt, dass eine erhöhte Verfeinerung der Pulpe Delamination begünstigt und es wurde geschlossen, dass dicke oder stark verfeinerte Blätter einen größeren Widerstand gegenüber Dampfstrom aufweisen als dünne oder unverfeinerte Papierbahnen. Dicke und verfeinerte Papierbahnen besitzen eine hohe spezifische Oberfläche und daher einen hohen Strömungswiderstand. Wenn die Pressenlast gelöst wird, werden innerhalb der Bahn hohe Dampfdrücke erzeugt, da der Dampf nicht gleich aus der Bahn austreten kann. Falls der Druck hoch genug ist, versagt die Bahnstruktur und die Bahn delaminiert. Vermindern der Temperatur der Pressenfläche beseitigt die Delamination, vermindert jedoch ebenso die Wasserbeseitigung, so dass das Impulstrocknungsverfahren nicht effizienter ist als standardmäßiges Doppelfilzpressen.
Orloff, D. I., "Impulse Drying Control of Delamination" und das US Patent 5,101,574 zeigen, dass ein Vermindern des thermischen Diffusionsvermögens der erwärmten Pressenfläche die Wahrscheinlichkeit vermindert, dass Delamination auftreten wird. Das thermische Diffusionsvermögen ist K/ρCv, wobei K das thermische Leitvermögen, ρ die Dichte und Cv die spezifische Wärmekapazität ist. Die Größenordnung dieser Größe bestimmt die Rate, bei welcher ein Körper mit einer ungleichmäßigen Temperatur sich einem Gleichgewicht nähert. Die Einheiten des thermischen Diffusionsvermögens nach Beseitigen gleicher Terme sind Meter im Quadrat pro Sekunde (m²/s).
Es ist von Orloff ausdrücklich angegeben, dass die Pressenfläche undurchlässig gegenüber Dampf sein muss. Falls ein poröses Material verwendet wird, um das thermische Diffusionsvermögen der Pressenfläche zu vermindern, wird das kennzeichnende Dichteprofil des Impulstrocknens nicht erzeugt. Orloff zeigt, dass eine undurchlässige Pressenfläche mit geringem thermischem Diffusionsvermögen ermöglicht, dass höhere Pressenflächentemperaturen für manche Papiermassen verwendet werden, verglichen mit einer Fläche mit hohem thermischem Diffusionsvermögen. Ein typische Fläche mit hohem thermischem Diffusionsvermögen ist Stahl. Ein Fläche mit niedrigem thermischen Diffusionsvermögen kann unter Einsatz von Keramik, Polymeren, anorganischen Kunststoffen, Verbundmaterialien und Zementen hergestellt werden. Bei den höheren Pressenflächentemperaturen, die durch eine Fläche mit geringem thermischem Diffusionsvermögen ermöglicht werden, überschreitet die Wasserbeseitigungseffizienz des Impulstrocknens diejenige von Doppelfilzpressen. Eine Pressfläche mit geringem thermischem Diffusionsvermögen wird eine Bahndelamination erzeugen, falls die erwärmte Pressenfläche eine zu hohe Temperatur besitzt.
US-A-5 404 654 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Impulstrocknen einer Papierbahn. Die Vorrichtung umfasst ein Paar von Rollen, von denen zumindest eine erwärmt wird. Die Bahn wird zwischen den Rollen komprimiert und passiert anschließend in eine Dampfkammer stromabwärts des Spaltes. Nach dem Spalt gelegene Dampfkammern werden verwendet, was der Bahn eine Dampfatmosphäre mit hohem Druck und Temperatur verleiht, wobei der Druck graduell derart vermindert wird, um die Möglichkeit bereitzustellen, Delamination zu verhindern. Mindestens eine erwärmte Rolle besitzt eine Temperatur von etwa 120-150ºC.
Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Impulstrocknen bereitzustellen, die eine Bahndelamination bei Temperaturen einer erwärmten Pressenfläche vermeiden und die geringen Aufwand erfordern, während sie gleichzeitig gute Ergebnisse erzielen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung in einer Seitenansicht einer elektrohydraulischen Presse, Presszylinders und Presskolbens, die dazu ausgelegt ist, Pressen mit erwärmter Pressenfläche bei erhöhten Temperaturen durchzuführen;
Fig. 2 ist ein Diagramm der kritischen Umgebungsdrücke, die erforderlich sind, um Delamination für eine bestimmte Papiermasse zu verhindern;
Fig. 3 ist eine Tabelle der kritischen Umgebungsdrücke, die erforderlich sind, um Delamination für eine bestimmte Papiermasse zu verhindern;
Fig. 4 ist ein Diagramm von Feuchtigkeitsanteilveränderungen für eine bestimmte Papiermasse unter Impulstrocknungsbedingungen;
Fig. 5 ist eine Tabelle von Papierbahnmassen und entsprechenden kritischen Umgebungsdrücken, die zum Verhindern von Delamination erforderlich sind;
Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht einer industriellen Umsetzung der Erfindung;
Fig. 7 ist eine schematische Schnittansicht der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung, geführt entlang der Linie 7- 7;
Fig. 8 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren industriellen Umsetzung der Erfindung
Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung, geführt entlang der Linie 9- 9;
Fig. 10 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren industriellen Umsetzung der Erfindung; und
Fig. 11 ist eine schematische Schnittansicht der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung, geführt entlang der Linie 11-11.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer nassen Faserbahn oder eines Blatts unter Einsatz einer Presse mit gewärmter Oberfläche gerichtet, und eine besondere Anwendung ist Impulstrocknen. Das Verfahren kann entweder auf Linearbewegungspressen, eine Rollenspaltpresse, eine Schuhpresse oder eine Presse mit weitem Spalt angewendet werden. Das Verfahren stellt eine Region erhöhten Ausdrucks und/oder einer erhöhten Kühlrate bereit, die mit der Region des Blatts oder der Bahn zusammenfällt, die belegt ist, wenn die Pressenlast der Bahn oder dem Blatt gelöst wird. Der erhöhte Gasdruck muss lediglich ein Bruchteil des Drucks sein, der dem thermodynamischen Sättigungsdruck der Flüssigkeit innerhalb der Bahn entspricht, wenn die Flüssigkeit bei einer Temperatur gleich der Temperatur der erwärmten Pressenfläche ist. Das Druckgas kann Luft oder ein anderes geeignetes Gas sein, das nicht auf ungewünschte Weise mit der Bahn, dem Dampf oder der Vorrichtung reagiert. Das Gas kann gekühlt werden, oder zum Kühlen unterhalb der Umgebungstemperaturen dienen. Die Details der Vorrichtung variieren, um die verwendete Presse aufzunehmen. Allerdings umfasst eine geeignete Vorrichtung die Merkmale nach Anspruch 8. Insbesondere umschließt die Kammer die gesamte Presse. Das Verfahren verhindert eine Bahndelamination, unabhängig von dem thermischen Diffusionsvermögen der Pressenfläche, der internen Bahnstruktur, dem Basisgewicht der Bahn oder der inneren Flüssigkeit der Bahn.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf die Entdeckung gerichtet, dass Bahndelamination durch Verwenden eines Verfahrens nach Anspruch 1 beseitigt werden kann. Kühlen kann durch Verwenden gekühlten Gases oder durch Gasstrom oder Expansion durchgeführt werden. Die einzige Anforderung ist, dass die Region erhöhten Gasdrucks die Region einschließt, die durch die Bahn belegt ist, wenn die Pressenlast auf die Bahn gelöst wird. Die Größenordnung des Gasdrucks, der erforderlich ist, um Delamination zu verhindern, hängt von der internen Flüssigkeit der Bahn, der Menge der internen Flüssigkeit der Bahn, der internen Struktur der Bahn, dem Basisgewicht der Bahn und dem thermischen Diffusionsvermögen der erwärmten Pressenfläche ab. Allerdings ist es in allen Fällen möglich, einen Gasdruck aufzubringen, der Delamination der Bahn verhindert. Der erhöhte Gasdruck muss nur ein Bruchteil des Drucks sein, der dem thermodynamischen Sättigungsdruck der Flüssigkeit innerhalb der Bahn entspricht, wenn die Flüssigkeit bei einer Temperatur gleich der Temperatur der erwärmten Pressenfläche ist. Es ist nicht der Zweck, Entspannung zu verhindern, sondern die auf die Bahnstruktur durch den Dampf ausgeübten Kräfte, die entweder in der Bahn ruhen oder in der Bahn erzeugt werden, wenn die Pressenlast gelöst wird, zu regeln.
Die Mechanismen zum Regeln der dampferzeugten Kräfte umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, etwas Vermindern der Masse der Flüssigkeit, die Dampfentspannung unterliegt; Erhöhen der Kühlung der Bahn oder des Blatts, verminderte Ausgabegeschwindigkeit von Dampf, Verminderung von dampferzeugten Ziehkräften, Verhinderung der Schalldampfgeschwindigkeit entlang Begrenzungen in internen Bahnporen und Verminderung von Ungleichgewichten statischer Kräfte. Diese Mechanismen können durch Verwendung eines mit Druck beaufschlagten Gases verbessert werden, das in die Druckkammer bei einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur eingeführt wird. Ein Gas, das auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur erwärmt wird, kann ebenso verwendet werden, allerdings muss möglicherweise der Gasdruck, der zum Verhindern von Delamination erforderlich ist, erhöht werden. Das Druckgas kann Luft oder ein anderes geeignetes Gas sein, das nicht auf ungewünschte Weise mit der Bahn, dem Dampf oder der Vorrichtung reagiert. Die Vorrichtung umfasst: eine Kammer zum Enthalten des Druckgases oder des Äquivalenz, eine Einrichtung zum Einführen des Druckgases, eine Einrichtung zum Überwachen des Drucks des Druckgases, eine Einrichtung zum Regeln des Drucks des Druckgases, eine Einrichtung zum Auslassen des Druckgases, eine Einrichtung zum Einführen des Blatts oder der Bahn zu der Presse, und eine Einrichtung zum Beseitigen des Blatts oder der Bahn von der mit Druck beaufschlagten Kammer.
Die Kammer zum Enthalten des mit Druck beaufschlagten Gases muss nur den erforderlichen Druck aufrechterhalten, um Delamination in der unmittelbaren Umgebung der Bahn oder des Blatts zu verhindern. Die durch die Kammer umgebene Region muss diejenige Region einschließen, die durch die Bahn oder das Blatt gelegt ist, wenn die Pressenlast gelöst wird. Die Kammer umfasst die gesamte Presse. Die Kammerregion muss groß genug sein, dass die Bahn oder das Blatt in der mit Druck beaufschlagten Region für eine Zeit gehalten wird, die ausreichend ist, um Delamination zu verhindern. Diese Zeit wird mit der Bahnstruktur, dem Bahnbasisgewicht, dem internen Fluid der Bahn und der Temperatur der erwärmten Pressenfläche variieren. In dem Fall einer typischen Papierbahn, die Wasser enthält, ist diese Zeit weniger als 2 Sekunden. Die Kammer muss nicht eine abgedichtete physikalische Struktur einschließen. In einer besonderen Anwendung kann es ausreichend sein, die Wirkung einer Kammer durch Einsatz von Gasstrahlen zu erzeugen, um eine mit Druck beaufschlagte Region der erforderlichen Abmessungen zu erzeugen. Falls die Kammer eine physikalische Struktur einsetzt, um das Gas zu enthalten, kann die Kammer Gas lecken, vorausgesetzt, dass der Druck in der Region der Bahn aufrechterhalten wird und das Leckgas die Vorrichtung oder die Bahn nicht beschädigt oder ein Sicherheitsrisiko darstellt. Das Lecken des Gases kann eine Kühlwirkung verursachen.
Die Vorrichtung muss eine Einrichtung zum Einführen des Druckgases in die Druckkammer besitzen. Das zum Einführen des Gases verwendete Verfahren sollte nicht zu einem Gasstrahl führen, der die Oberfläche der Bahn oder des Blatts mit ausreichender Kraft zum Verursachen eines Schadens beeinträchtigt. Falls der Druck, der zum Verhindern von Delamination der Bahn erforderlich ist, hoch genug ist, dass ein derartiger Strahl erzeugt wird, muss der Strahl entweder derart ausgerichtet werden, dass er die Bahn oder das Blatt nicht beschädigt, oder ein Ablenkmechanismus muss zwischen der Bahn und dem Gasstrahl eingeführt werden. Das zum Einführen des Gases in die Kammer verwendete Verfahren sollte eine Einrichtung zum Einstellen des Gasstroms in die Kammer einschließen.
Die Vorrichtung sollte eine Einrichtung zum Überwachen des Drucks des Druckgases innerhalb der Kammer einschließen. Das eingesetzte Verfahren hängt von der Anwendung ab. In einem stapelartigen Verfahren kann eine einfache Messeinrichtung industriellen Typs ausreichend sein. In einem kontinuierlichen Verfahren kann eine Druckmnesseinrichtung, die eine kontinuierliche Aufgabe an ein Regelsystem bereitstellt, erforderlich sein. Die eingesetzte Einrichtung muss nur eine Angabe des Drucks in der Kammer bereitstellen, die zum Regeln des Drucks ausreichend ist. Die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Messung wird derart benötigt, um Delamination zu verhindern und einen effizienten Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen. Ein effizienter Betrieb hängt von der Anwendung ab.
Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Ablassen des Druckgases. Das verwendete Verfahren sollte keine Beschädigung der Bahn verursachen. Das zum Ablassen des Gases verwendete Verfahren sollte eine Einrichtung zum Regeln der Rate, bei welcher das Gas abgelassen wird, einschließen.
Die Vorrichtung besitzt eine Einrichtung zum Einführen des Blatts oder der Bahn in die Presse. Das eingesetzte Verfahren muss nur sicherstellen, dass der Druck innerhalb der Kammer aufrechterhalten wird, wenn die Pressenlast gelöst wird. In dem Fall einer Rollenpresse kann ein Filz verwendet werden, um die Bahn in die Presse einzuführen. In dem Fall einer Linearpresse kann die Bahn oder das Blatt manuell eingeführt werden, oder unter Verwendung einer mechanischen Vorrichtung.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Beseitigen des Blatts oder der Bahn von der Presse und der Druckkammer. Das eingesetzte Verfahren muss nur sicherstellen, dass die Bahn oder das Blatt in der Druckkammer für die erforderliche Zeit, um Delamination zu verhindern, bleiben, und dass in dem Falle eines kontinuierlichen Betriebes der Kammerdruck aufrechterhalten wird. Wirksames Kühlen durch das Gas ist erwünscht. Im Falle einer Rollenpresse kann ein Filz verwendet werden, um die Bahn oder das Blatt von dem Pressenspalt durch die Druckkammer zu transportieren. Der Filz wird ebenso als Wasser aufnehmbar. Die Kammer kann eine Schlitzöffnung besitzen, durch welche der Filz und die Bahn passieren. Die Öffnung ist derart abgedichtet, dass die Bahn in der Lage ist, hindurch zu passieren, und dass jegliches Gaslecken auf solches begrenzt ist, das durch das Verfahren ausgeglichen werden kann, dass zum Einführen von Gas in die Kammer eingesetzt wird. Die Dichtung kann einen flexiblen Wischer oder ein Paar von Rollen einschließen, die in Kontakt mit der Bahn oder dem Blatt sind. In dem Fall einer Linearpresse kann die Bahn oder das Blatt manuell oder durch Verwendung einer mechanischen Vorrichtung entfernt werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Bahn oder das Blatt in eine Presse mit gewärmter Fläche eingeführt, die gegenüberliegende Flächen besitzt. Die gewärmte Fläche ist aus einem steifen Material, das leicht erwärmt werden kann, wie Stahl oder Stahl, der mit einem Material beschichtet ist, das spezifische thermische oder Materialeigenschaften besitzt, d. h. Keramik, Polymere, anorganische Kunststoffe, Verbundmaterialien und Zemente oder irgendein anderes Material mit den erforderlichen Festigkeitseigenschaften. Somit kann die gewärmte Fläche ein hohes oder ein niedriges Diffusionsvermögen besitzen. Die andere Fläche kann entweder ein steifes Material mit den für die besondere Pressenlast und Anwendung erforderlichen Festigkeitseigenschaften sein, wie Stahl, oder sie kann mit einem Polymer beschichteter Stahl sein, oder der Riemen einer Schuhpresse. In einer Ausführungsform ist eine Bahn aus einem elastischen Material, wie ein Filz, zwischen der ungewärmten Fläche und der gewärmten Fläche eingelegt, wenn die Bahn in die Presse eingeführt wird. Die zwei Pressenflächen werden zusammengezwängt, um eine Druckkraft auf die Bahn bereitzustellen. In dem Falle von Impulstrocknen von Papier beträgt der bevorzugte Druckspaltdruck etwa 0,3 MPa bis 10 MPa.
Die erwärmte Fläche wird erwärmt, um eine Flächentemperatur zwischen der Atmosphärensiedetemperatur des internen Bahnfluids und der Temperatur am kritischen thermodynamischen Punkt des internen Bahnfluids bereitzustellen. In dem Fall einer Papierbahn, die Wasser enthält, beträgt die Temperatur von etwa 100ºC bis etwa 374ºC, bevorzugt von etwa 200ºC bis etwa 300ºC.
Die Verweildauer in der Presse ist derart eingestellt, um eine maximale Fluidbeseitigung bereitzustellen. In dem Fall einer Papierbahn, können die Verweildauern von etwa 10 ms bis etwa 100 ms, bevorzugt von etwa 20 ms bis etwas 60 ms betragen. In einer Rollenpresse oder einer Schuhpresse wird die Verweildauer durch die Geschwindigkeit der Bahn und die Länge des Pressspaltes geregelt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nützlich zum Trocknen von Papierbahnen, die einen anfänglichen Feuchtigkeitspegel von etwa 75% bis etwa 50% besitzen. Der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn, nachdem sie Impulstrocknen in Übereinstimmung mit der Erfindung unterworfen worden ist, wird in dem Bereich von etwa 65% bis etwa 30% liegen. Alle hierin verwendeten Prozentsätze beziehen sich, sofern nicht anderweitig angegeben, auf das Gewicht. Der Gasdruck, der zum Verhindern von Delamination erforderlich ist, hängt von der Papiermasse, dem Basisgewicht und der Temperatur der gewärmten Pressenfläche ab. Im allgemeinen beträgt der minimale, erforderliche Manometerdruck etwa 0,00 MPa (0,00 psig), und der maximale, erforderliche Manometerdruck beträgt etwa 0,70 MPa (100 psig) bei einer Temperatur der erwärmten Pressenfläche von 250ºC. Diese Drücke können durch Einsetzen eines gekühlten Gases vermindert werden, um die Kammer mit Druck zu beaufschlagen, in welcher die Bahn empfangen wird, nachdem die Pressenlast gelöst worden ist. Das gekühlte Gas wird die Masse von Liquid, das Entspannungsverdampfung unterliegt, weiter vermindern, das Kühlen der Bahn oder des Blatts erhöhen, die Ausgabegeschwindigkeit von Dampf vermindern, dampfinduzierte Ziehkräfte vermindern, die Schalldampfgeschwindigkeit entlang Begrenzungen in internen Bahnporen verhindern und Ungleichgewichte der statischen Kräfte vermindern. Das Gas kann zum Kühlen verwendet werden durch seine Strömung und Ausdehnung.

Beispiel 1

Presssimulationen im Labormaßstab wurden unter Einsatz der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung durchgeführt. Die Vorrichtung umfasst einen Rahmen 11, an welchem ein Hydraulikzylinder 12 montiert ist. Der Kolben des Hydraulikzylinders 13 betätigt einen Druckzylinder 14 und einen erwärmten Kopf 15 mittels einer Kraftmessdose 16. Eine erwärmte Platte 22 ist an dem unteren Ende des Heizkopfes 15 montiert. Ein Thermoelement 23 ist zwischen dem Heizkopf und der erwärmten Platte montiert, um die Temperatur der Platte zu messen. Ein Druckkolben 17 trägt eine Platte 18, auf der ein Filz 19 ruht. Der Druckkolben trägt ebenso einen Ring 20, auf welchem ein Blatt 21 ruht, das zu Pressen ist. Ein Gaseinlass 24 ist an dem oberen Abschnitt des Druckzylinders 14 montiert. Ein Gasauslass 25 ist an dem unteren Abschnitt des Druckzylinders montiert. Ein Druckmesser 26 ist an dem unteren Abschnitt des Druckzylinders gelegen. Der Druckkolben 17 besitzt eine Dichtungsnut 27 und eine Dichtung 28, die eine dynamische Abdichtung bereitstellt, wenn der Druckzylinder 23 und die erwärmte Platte 22 zu der unteren Platte 28 bewegt werden, um das Pressen des Blatts 21 zu beginnen. Der Druckzylinder 14 und der Druckkolben 17 besitzen Abmessungen, die sicherstellen, dass eine dynamische Abdichtung erzeugt wird, bevor die erwärmte Platte 22 den Aufbau des erhobenen Rings 20 und des Blatts 21 berühren. Die Bewegung des Druckzylinders 14, das Einführen des Gases durch den Gaseinlass 24 und das Ausstoßen des Gases durch den Gasauslass 25 werden durch ein Computer geregelt. Durch den Gaseinlass 24 eingeführtes Gas wird von einem Tank (nicht dargestellt) zugeführt. Der Gasdruck in dem Tank ist gleich dem Gasdruck, der zum Verhindern von Delamination des gedrückten Blatts erforderlich ist.
Während des Betriebes wird ein Filz 19 auf der unteren Platte 18 platziert, und ein Papierblatt 21 wird auf dem erhobenen Ring 20 platziert. Zunächst wird der Gaseinlass 24 verschlossen, um zu verhindern, dass Gas in den Druckzylinder 14 strömt, und der Gasauslass 25 ist offen, was es ermöglicht, dass das Innere des Druckzylinders 14 zu der Atmosphäre abgelassen werden kann. Die Bewegung des Druckzylinders 14 nach unten wird durch den Hydraulikzylinder 12 veranlasst. Bevor die erwärmte Platte 22 den erhobenen Ring 20 und das Blatt 21 berührt, erzeugt die Dichtung 28 eine dynamische Abdichtung zwischen dem Druckzylinder 14 und dem Druckkolben 17, was ein vollständig verschlossene Kammer bildet und ermöglicht, dass die Kammer mit Druck beaufschlagt wird. Mit fortgesetzter Bewegung des Druckzylinders 14 nach unten berühren die Stifte an dem Ring 20 den Heizkopf 15, und der Ring 20 wird nach unten geschoben, bis das Blatt 21 in Kontakt mit dem Filz 19 ist. Unmittelbar nach diesem Kontakt berührt die gewärmte Platte 22 das Blatt 21 und sowohl das Blatt 21 als auch der Filz 19 werden zwischen der gewärmten oberen Platte 22 und der unteren Platte 18 gepresst. Während das Pressen fortschreitet, wird der Gasauslass 25 geschlossen und der Gaseinlass 24 wird geöffnet, was die Kammer mit Druck beaufschlagt. Bei Vervollständigung des Plattenpressens, was Impulstrocknen bewirkt, wird der Druckzylinder 14 nach oben in eine Mittelposition bewegt. In dieser Position gibt es ausreichend Raum, dass der Ring 20 und das Blatt 21 in die Ausgangsposition zurückkehren können, was das Blatt 21 von dem Filz 19 trennt. Die Mittelposition ist derart, dass die Dichtung 28 weiterhin eine Abdichtung zwischen dem Druckzylinder 14 und dem Druckkolben 17 bildet, und die Unversehrtheit der durch den Druckzylinder 14 und den Druckkolben 17 gebildeten Kammer wird nicht beeinträchtigt. Diese Position wird für eine kurze Zeitdauer aufrechterhalten, normalerweise weniger als 2 Sekunden und bevorzugt weniger als 10 ms. Am Ende dieser Zeit wird der Gasauslass 25 geöffnet und der Gaseinlass 24 wird geschlossen, was die Kammer mit der Atmosphäreausblasen kommunizieren lässt. Während des Vorganges des Ausblasens kühlt das austretende Gas das Blatt durch Zwangskonvektion. Der Druckzylinder 14 wird dann in die Ausgangsposition angehoben, was es ermöglicht, dass das Blatt 21 und der Filz 19 entfernt werden.
Handblätter aus Papier, die 65% Feuchtigkeit, eine spezifische Oberfläche von 25 m²/g, eine Freiheit nach kanadischer Norm (Canadian Standard Freeness - CSF) von 400 ml und ein Basisgewicht von 200 g/m² (43 lb/1000 ft²) besitzen, wurden hergestellt und eine Reihe von Pressversuchen wurde durchgeführt, wobei die Vorrichtung aus Fig. 1 verwendet wurde, um die Blätter bei Plattentemperaturen von 120ºC, 130ºC, 140ºC. 150ºC, 175º C, 200ºC, 260ºC und 330ºC Impuls zu trocknen. Die Pressverweildauer betrug 60 ms und der maximale Plattendruck betrug etwa 4,24 MPa. Bei oberen Plattentemperaturen von 120º C, und 130ºC und bei atmosphärischem Gasdruck gab es keine Delamination des Blatts. Bei Plattentemperaturen von 140ºC und darüber gab es Delamination des Blatts in der Bandbreite von isolierten Bereichen bis hin zu vollständigem Aufspalten des Blatts. Bei jeder der Temperaturen oberhalb 130ºC wurden Versuche mit erhöhten Gasdrücken innerhalb der durch den Druckzylinder 14 und den Druckkolben 17 gebildeten Kammer durchgeführt. Die Drücke wurden erhöht, bis die Delamination des Blatts verhindert wurde. Fig. 2 ist ein Diagramm, das den minimalen Druck, oder kritischen Gasdruck, anzeigt, der erforderlich ist, um eine Delamination des Blatts bei jeder der Temperaturen oberhalb 130ºC zu verhindern. Die kritischen Gasdrücke für diese Versuche sind in Tabellenform in Fig. 3 angegeben. Fig. 4 zeigt einen Ausdruck der Feuchtigkeitsverhältnisveränderung ([Feuchtigkeit in dem Blatt vor dem Impulstrocknen minus Feuchtigkeit in dem Blatt nach dem Impulstrocknen]/Gewicht eines ofengetrockneten Blatts) für die bei atmosphärischem Gasdruck durchgeführten Versuche, wobei die gradlinige Natur dieses Ausdrucks kennzeichnend für Impulstrocknen ist. Die Feuchtigkeitsverhältnisveränderungen für die bei erhöhtem Gasdruck durchgeführten Versuche fielen ebenso auf diese Kurve, was anzeigt, dass die Druckbeaufschlagung in der Kammer das des Impulstrocknungsverfahren nicht verändert hat.
Ein zusätzlicher Satz von Impulstrocknungen wurde durchgeführt. Diese Trocknungen verwendeten eine Plattentemperatur von 250ºC und eine Spaltverweildauer von 40 ins und ähnliches Impulstrocknen zu dem vorherigen Fall unter Einsatz von 60 ms, und die Blattausbildungen sind in Fig. 5 gegeben. Diese Ausbildungen stellen die Extremwerte der Basisgewichte, der Feuchtigkeitspegel und der spezifischen Oberflächen dar, die in handelsüblichem Karton zu finden sind. Der Druck in der Kammer wurde erhöht, bis es keine sichtbare Delamination der Blätter gab. Fig. 5 gibt ebenso die kritischen Drücke für jeden der gepressten Blatttypen an. In allen Versuchen wurde eine aus Stahl hergestellte gewärmte Platte 22 verwendet. Die gewärmte Platte 22 hätte aus irgendeinem Material mit den notwendigen Festigkeitseigenschaften hergestellt sein können.

Beispiel 2

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann im industriellen Maßstab wie in Fig. 6 und 7 gezeigt umgesetzt werden. Die Vorrichtung der Fig. 6 und 7 ist eine Rollenpresse. Sie umfasst eine gewärmte Rolle 101, einen Heizer 102, eine untere, ungewärmte Rolle 103, wobei die Bahn 104 zwischen den Rollen auf einem Filz 105, der zum Transportieren der Bahn 104 verwendet wird, gedrückt wird, ein Paar von Seitenabdeckungen 106 und eine Anzahl von Luftschabern 107. Die gewärmte Rolle 101 und die untere Rolle 103 sind wie in einer Standardrollenpresse montiert und werden verwendet, um die Druckkraft auf die Bahn 104 und den Filz 105 bereitzustellen. Die untere Rolle 103 kann durch eine Schuhpresse ersetzt werden. Die Luftschaber 107 sind in ausreichender Anzahl, um eine gleichmäßige Hochdruckregion entlang der gesamten Fläche der gewärmten Rolle 101 und der unteren Rolle 103 zu erzeugen. Das in den Luftschabern 107 verwendete Gas kann Luft oder irgendein anderes Gas sein, das nicht mit der Bahn 104, dem Filz 105 oder der Vorrichtung reagiert, oder eine Gefahr für das Bedienpersonal der Vorrichtung erzeugt. Ein auf unterhalb der Umgebungstemperaturen gekühlte Gas kann verwendet werden. Die Verwendung eines gekühlten Gases kann den Druck vermindern, der zum Verhindern von Delamination der Bahn 104 erforderlich ist. Darüber hinaus kann der Gasstrom außerhalb der Region des Spaltes sein, und kann effektiv kühlen. Die Seitenabdeckungen 106 dienen zum Begrenzen des Gasstromes entlang der Fläche der Rollen, der Bahn 104 und des Filzes 105, können jedoch derart eingestellt werden, um einen ausreichenden Strom zum Kühlen zu ermöglichen. Die Luftschaber 106, welche den Gasstrom zu dem Filz 105 richten, können durch eine steife Plattform ersetzt werden, die direkt unterhalb des Filzes 105 positioniert wäre und sowohl den Filz 105 als auch die Bahn 104 tragen würde. Ein Druckmesser kann in die Region unmittelbar benachbart zu der Spaltöffnung zum Zweck des Messens des durch den Gasstrom von den Luftschabern 107 erzeugten Druckes eingefügt sein.
Die Rotationsrichtung der gewärmten Rolle 101 und der unteren Rolle 103 ist durch Pfeile in Fig. 7 gezeigt. Die Rollenrotation dient zum Vorschiebendes Filzes 105 und der Bahn 104 zwischen den zwei Rollen. Die gewärmte Rolle kann aus Stahl, aus mit einem Material mit geringem thermischen Diffusionsvermögen wie keramikbeschichtetem Stahl, oder aus irgendeinem anderen Material mit den geforderten Festigkeitseigenschaften hergestellt sein. Die thermischen Eigenschaften der gewärmten Rolle könne den Gasdruck beeinflussen, der zum Verhindern der Delamination erforderlich ist.

Beispiel 3

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann im industriellen Maßstab wie in Fig. 8 und 9 umgesetzt werden. Die Vorrichtung in Fig. 8 und 9 ist eine Rollenpresse. Sie umfasst eine gewärmte Rolle 201, einen Heizer 202, eine untere ungewärmte Rolle 203, die zu pressende Bahn 204, ein Filz 205 zum Transportieren der Bahn 204, ein Paar von Seitenabdeckungen 206 und eine Anzahl von Gaseinlässen 207, eine Anzahl von Gasauslässen 208, eine Kammerabdeckung 210, flexible Abdichtungen 209 und Rollen 211. Die flexiblen Abdichtungen stellen eine Gasabdichtung zwischen der Kammerabdeckung 210 und der unteren Rolle 203 bereit. Die Rollen 211 stellen eine Gasabdichtung zwischen der Kammerabdeckung 210 und der Bahn 204 und zwischen der Kammerabdeckung 210 und dem Filz 205 bereit. Die gewärmte Rolle 201 und die untere Rolle 203 sind wie in einer Standardrollenpresse montiert und werden zum Bereitstellen der Druckkraft auf die Bahn 204 und dem Filz 205 verwendet. Die untere Rolle 203 kann durch eine Schuhpresse ersetzt werden. Die Gaseinlässe 207 werden verwendet, um Gas in die durch die Kammerabdeckung 210, die gewärmte Rolle 201, die untere Rolle 203 und die Seitenabdeckungen 206 gebildete Kammer verwendet. Einführen von Gas in die Kammer veranlasst eine Druckbeaufschlagung der Kammer und verhindert somit eine Delamination der Bahn. Die Gasauslässe 208 können zum Lösen des Drucks in der Kammer und zum Regeln des Druckpegels innerhalb der Kammer sowie für einen Gasstrom durch die Kammer verwendet werden. Die Gaseinlässe 207 können ebenso zum Regeln des Kammerdrucks verwendet werden. Der durch die Gaseinlässe 207 eingeführte Gasstrom muss eine derartige Richtung und Volumenströmungsrate besitzen, welche die Bahn 204 nicht beschädigen, jedoch den gewünschten Druck innerhalb der Kammer erzeugen. Falls die erforderliche Volumenströmungsrate hoch genug ist, dass die Bahn 204 beschädigt werden kann, sollte ein Ablenkblech (nicht gezeigt) zwischen dem Gaseinlass 207 und der Bahn 204 eingeführt werden. Das zum Druckbeaufschlagen der Kammer verwendete Gas kann Luft oder irgendein anderes Gas sein, das nicht mit der Bahn 204, dem Filz 205 oder der Vorrichtung reagiert oder eine Gefahr für das Bedienpersonal der Vorrichtung erzeugt. Ein unterhalb der Umgebungstemperaturen gekühltes Gas kann verwendet werden. Die Verwendung eines gekühlten Gases kann den Druck vermindern, der zum Verhindern von Delamination der Bahn 204 erforderlich ist. Der Kammerabschnitt unterhalb des Filz 205 kann durch eine steife Plattform (nicht gezeigt) ersetzt werden, die direkt unterhalb des Filzes 205 positioniert wäre, und sowohl den Filz 205 und die Bahn 204 tragen würde. Eine zweite Kammerabdeckung 210 kann stromabwärts von der ersten Kammerabdeckung 210 hinzugefügt werden. In dieser Anordnung würde die durch die erste Kammerabdeckung 210 abgedeckte Region bei einem ersten Druck P1 sein, und die Region zwischen der zweiten Kammerabdeckung 210 und der ersten Kammerabdeckung 210 würde bei einem Druck P2 sein, wobei P1 > P2. Ein Druckmesser wird in jede Kammer zum Zwecke des Messens des Drucks innerhalb der Kammer eingefügt.
Die Rotationsrichtung der gewärmten Rolle 201 und der unteren Rolle 203 sind durch Pfeile in Fig. 9 angegeben. Die Rollenrotation dient zum Vorschieben des Filzes 205 und der Bahn 204 zwischen den zwei Rollen. Die gewärmte Rolle kann aus Stahl, aus mit einem Material mit niedrigem thermischen Diffusionsvermögen wie keramikbeschichtetem Stahl, oder aus irgendeinem anderen Material mit den erforderlichen Festigkeitseigenschaften hergestellt sein. Die thermischen Eigenschaften der gewärmten Rolle können den Gasdruck beeinflussen, der zum Verhindern von Delamination erforderlich ist.

Beispiel 4

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann im industriellen Maßstab wie in Fig. 10 und 11 gezeigt umgesetzt werden. Die Vorrichtung in Fig. 10 und 11 ist eine Rollenpresse. Sie umfasst eine gewärmte Rolle 301, einen Heizer 302, eine untere ungewärmte Rolle 303, die zu pressende Bahn 304, einen Filz 305 zum Transportieren der Bahn 304, ein Paar von Seitenabdeckungen 306, eine Anzahl von Gaseinlässen 307, eine Anzahl von Gasauslässen 308 und einen Folienaufbau 309. Die gewärmte Rolle 301 und die untere Rolle 303 sind wie in einer Standardrollenpresse montiert und werden zum Bereitstellen der Druckkraft auf die Bahn 304 und den Filz 305 verwendet. Die untere Rolle 303 kann durch eine Schuhpresse ersetzt werden. Der Folienaufbau 309 besteht aus mehreren Folien 310, die kleine geschlossene Kammern zwischen nacheinander folgenden Folien 310 und der Bahn 304 oder dem Filz 305 erzeugen. Die Seiten des Folienaufbaus 309 sind durch Seitenabdeckungen 306 abgedichtet. Die durch die Folien 310 gebildete Kammer, die der gesamten Rolle 301 am nahesten ist, und die durch die Folien 310 gebildete Kammer, die zu der unteren Rolle 303 am nahesten ist, besitzen den höchsten Druck. Bei einer Bewegung stromabwärts von den Rollen ist der Druck in jeder nachfolgenden Kammer geringer als derjenige in der vorhergehenden Kammer. Auf diese Weise wird die Bahn 304 einer Reihe von Druckstufen unterworfen, welche den Druck absenken, wenn sich die Bahn weg von den Rollen bewegt. Die Gaseinlässe 307 werden zum Einführen von Gas in jede durch die Folien 310 und die Bahn 304 oder den Filz 305 gebildete Kammer verwendet. Das Einführen von Gas in die Kammern führt zu einer Druckbeaufschlagung der Kammer und verhindert somit eine Delamination der Bahn. Der Gasauslass 308 kann verwendet werden, um den Druck in der Kammer zu lösen und den Druckpegel innerhalb der Kammer zu regeln. Das Gas wird dazu neigen, von den Kammern hohen Drucks zu den Kammern niedrigen Drucks und aus dem Gasauslass 308 heraus zu strömen. Die Gaseinlässe 307 können ebenso zum Regeln des Kammerdrucks verwendet werden. Der durch die Gaseinlässe 307 eingeführte Gasstrom muss eine derartige Richtung und Volumenflussrate besitzen, welche die Bahn 304 nicht beschädigen, jedoch den gewünschten Druck innerhalb der Kammer erzeugen. Falls die erforderliche Volumenströmungsrate hoch genug ist, dass die Bahn 304 beschädigt werden kann, sollte ein Ablenkblech zwischen dem Gaseinlass 307 und der Bahn 304 eingefügt werden. Das zur Druckbeaufschlagung der Kammer verwendete Gas kann Luft oder irgendein anderes Gas sein, welches nicht mit der Bahn 304, dem Filz 305 oder der Vorrichtung reagiert, oder eine Gefahr für das Bedienpersonal der Vorrichtung erzeugt. Ein unterhalb der Umgebungstemperaturen abgekühltes Gas kann verwendet werden. Die Verwendung eines gekühlten Gases kann den Druck vermindern, der zum Verhindern von Delamination der Bahn 304 erforderlich ist. Der Kammerabschnitt unterhalb des Filzes 305 kann durch eine steife Plattform (nicht gezeigt) ersetzt werden, die direkt unterhalb des Filzes 305 positioniert wäre und sowohl den Filz 305 als auch die Bahn 304 tragen würde. Ein Druckmesser (nicht gezeigt) sollte in jede der durch die Folien 310 gebildeten Kammern eingefügt werden.
Die Rotationsrichtung der gewärmten Rolle 301 und der unteren Rolle 303 sind durch Pfeile in Fig. 11 gezeigt. Die Rollenrotation dient zum Vorschieben des Filzes 305 und der Bahn 304 zwischen den zwei Rollen. Die gewärmte Rolle kann aus Stahl, aus mit Material mit niedrigem thermischen Diffusionsvermögen wie keramikbeschichtetem Stahl, oder aus irgendeinem anderen Material mit den erforderlichen Festigkeitseigenschaften hergestellt sein. Die thermischen Eigenschaften der gewärmten Rolle werden den Gasdruck, der zur Verhinderung von Delamination erforderlich ist, beeinflussen.
Verschiedene Zielrichtungen der Erfindung wurden konkret beschrieben; allerdings werden dem Fachmann zahlreiche Variationen und Modifikationen leicht ersichtlich sein.

Claims

1. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn, die ein inneres Fluid enthält, das die Schritte aufweist Passieren der Materialbahn zwischen einer gewärmten Fläche und einer weiteren Fläche, Aufbringen eines Drucks zwischen den Flächen und Lösen des Drucks, Passieren der Materialbahn in eine Region erhöhten Gasdrucks unmittelbar nach dem Lösen des Drucks zwischen den Flächen, wobei die Flächen Impulstrocknen durchführen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die gewärmte Fläche eine Temperatur zwischen der Atmosphärensiedetemperatur und einer Temperatur, welche die kritische thermodynamische Temperatur des Fluids überschreitet, besitzt, und die Materialbahn besitzt eine Verweildauer unter Druck von zwischen etwa 10 ms und etwa 100 ms.

2. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn nach Anspruch 1, worin die Gastemperatur unterhalb der Temperatur des inneren Fluids liegt.

3. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn nach Anspruch 1, worin das Gas die Materialbahn effektiv kühlt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin Kühlen durch Strömung und/oder Expansion von Gas durchgeführt wird.

5. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn nach Anspruch 1, worin der zwischen den Flächen aufgebrachte Druck zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 10,0 MPa liegt.

6. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn nach Anspruch 1, worin das innere Fluid Wasser ist, und die gesamte Fläche besitzt eine Temperatur zwischen 100ºC und 374ºC.

7. Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn nach Anspruch 1, worin der Gasdruck einen Manometerdruck zwischen etwa 0,0 MPa und 0,70 MPa besitzt.

8. Vorrichtung zum Trocknen einer Materialbahn gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in Kombination aufweist eine Presseinrichtung für die Materialbahn, eine Gasdruckkammer benachbart zu der Presseinrichtung, eine Einrichtung zum Einführen mit Druck beaufschlagten Gases in die Druckkammer, eine Einrichtung zum Regeln des Gasdrucks in der Gasdruckkammer und eine Einrichtung zum Auslassen von Gas von der Gasdruckkammer,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Gasdruckkammer die Presseinrichtung umschließt.

9. Vorrichtung zum Trocknen einer Fasermaterialbahn nach Anspruch 8, worin die Presseinrichtung eine Rollenpresse ist.

10. Vorrichtung zum Trocknen einer Fasermaterialbahn nach Anspruch 8, worin die Presseinrichtung eine Linearpresse ist.

11. Vorrichtung zum Trocknen einer Fasermaterialbahn nach Anspruch 9, worin die Einrichtung zum Einführen mit Druck beaufschlagten Gases eine Mehrzahl von Luftmessern aufweist.