EP1889971A1 - Verfahren zur Behandlung eines Papierfasergemisches - Google Patents

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EP1889971A1
EP1889971A1 EP07013340A EP07013340A EP1889971A1 EP 1889971 A1 EP1889971 A1 EP 1889971A1 EP 07013340 A EP07013340 A EP 07013340A EP 07013340 A EP07013340 A EP 07013340A EP 1889971 A1 EP1889971 A1 EP 1889971A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filtrate
fine fraction
fraction
fibers
fractionating device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07013340A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Hess
Martin Kemper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1889971A1 publication Critical patent/EP1889971A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21BFIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30Defibrating by other means
    • D21B1/34Kneading or mixing; Pulpers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/004Methods of beating or refining including disperging or deflaking
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20Methods of refining
    • D21D1/30Disc mills
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/02Straining or screening the pulp

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a paper fiber mixture according to the preamble of claim 1.
  • Method of o.g. Type will be e.g. used to improve the quality of pulp recovered from recovered paper.
  • the raw materials for paper and board production are often in the form of fiber blends which are composed such that the fibers contained therein differ significantly in terms of their length and / or thickness and / or flexibility. Firstly, these differences may be due to the fact that different fiber lengths, etc. have already been produced in pulp production.
  • another reason may be already carried out milling, in which, as is known, the fibers are changed, in particular shortened, or third, as a raw material, a waste paper suspension is used, which understandably due to the different sources (waste paper collections) contains a very wide range of fibers. The possible range of different fiber lengths is very large. So there are long fibers with a length of several millimeters and fine fiber fragments, so separated from fibers organic fines.
  • the present invention is directed to a process in which such a fiber mixture is divided into at least two fractions, in order then subsequently to be able to carry out a separate treatment of the fractions. Such a procedure offers the possibility of being able to better respond specifically to the characteristics of the individual fractions.
  • a rotating screw in a surrounding perforated jacket has the advantage of being compact and energy-saving, especially in comparison with a classic washing device, be it equipped with rotating endless screens or fixed screen baskets (pressure sorters).
  • This apparatus which can be used as a fractionating device for the process, corresponds in its construction to the screw press known per se.
  • Screw presses are used in the papermaking industry to thicken the pulp suspension if needed. In such a thickening process, it is desirable to allow as little solids as possible to get into the filtrate, which means that the operation is tuned to this process goal. In particular, the highest possible intake consistency is used, e.g. 6 to 9%.
  • screen presses or just such screw presses can be used.
  • Fractionation processes that use pressure sorters usually do not achieve the quality of separation that is sought here. In particular, it is difficult and at least expensive to obtain a fine fraction containing few fibers. Due to the intensive turbulence generated for the removal of water, even flexible long fibers can enter the flow-through fraction in larger quantities.
  • the fine fraction contains only a small proportion of fibers and on the other hand, the coarse fraction of the majority of all fibers and relatively little fines.
  • the fractionation can be adjusted so that the largest possible part of the ink particles passes into the fine fraction.
  • the new method can be used with particular advantage where a dispersion of the pulp is carried out. It is known that paper pulps can be homogenized by dispersing and thereby significantly improved. For this purpose, a high-consistency paper pulp is produced, which usually has a dry content of between 15 and 35%. In many cases it is dispersed at a temperature far above the ambient temperature. Dispersers used for such processes have a high energy density. The energy for the specific work transferred to the paper pulp at 30 to 200 kWh / t represents a significant cost factor for the process.
  • the process according to the invention offers the possibility of combining the fractionation and the thickening with one another, in particular in the same apparatus.
  • the fractionation is carried out so that as far as possible all fibers get into the coarse fraction.
  • the fine fraction then contains few fibers (even a few short fibers), but a large part of the organic and inorganic fines.
  • partitions are possible and useful in which, for example, up to 50% of the solids fed into the inlet for fractionation pass into the fine fraction F.
  • up to 50% of the solids fed into the inlet for fractionation pass into the fine fraction F.
  • smaller values can also be set for this, especially if the raw material is from the outset has a low fines content.
  • a minimum amount of solids in the fine fraction F is required, for example 5 to 10%.
  • the proportion of fibers is generally determined as the residue of the sieve R 100 according to Bauer-McNett (laboratory method according to TAPPI Standard T 233). Fines fall into the same analysis as the run of the 100-mesh screen.
  • Fig. 1 shows an embodiment with the most important equipment that can be used in carrying out the method according to the invention.
  • the pulper not shown here, e.g. Paper pulp suspension S1 produced from waste paper is passed through a pressure sorter 6 and high-consistency cleaner 7, whereby coarse contaminants of the waste paper are removed.
  • the suspension usually has a consistency, ie a solids content between 3 and 6%.
  • the mentioned separation devices pressure sorter 6 and heavy duty cleaner 7) are to be understood as examples.
  • the cleaned pulp suspension S2 next enters a fractionator 2 to form a coarse fraction G and fine fraction F.
  • By type of Consequentlyiervoriques 2 and the operating conditions in the fractionation can be the division of the pulp in coarse and fine fraction set.
  • the coarse fraction G In typical applications of the process, it is advantageous if as many fibers as possible, whether short or long, enter the coarse fraction G and the fine fraction F contains essentially organic and inorganic fines, in particular fiber fines, fillers and contaminants to be sorted ,
  • Such a fractionation result can be achieved particularly well in a method embodiment according to claim 1 with the aid of the fractionating device 2.
  • This is a known (possibly modified) screw press with a housing 11, a rotating screw 8 and a surrounding screen jacket 9.
  • the filtrate of Fractionator device passes mostly or completely through the openings of the screen jacket 9, mostly in the radial direction.
  • Parts of the filtrate can also be withdrawn in the axial direction, for example by sieves on the end faces.
  • the filtrate is the fine fraction F.
  • the part of the substance rejected on the screening jacket 9 forms the coarse fraction G.
  • Such fractionating devices are less complicated in terms of apparatus and operation than, for example, those disclosed in the patent DE 30 05 681 described washing device in which a suspension to be washed out is injected turbulently and with low consistency between an impermeable cylinder and a permeable circulating screen belt.
  • the screw press used as the fractionator 2 may be modified to divide the filtrate chamber 10 so that a first filtrate 12 is formed upstream and a last filtrate downstream, and it is convenient to use the second filtrate as a fine fraction F.
  • the first filtrate 12 has a higher solids content due to the per se known mode of operation of such a screw press, it can be returned to the feed to this machine.
  • Another possibility for optimizing the screw press used as a fractionating device 2 is to make the perforation of the screen shell 9 variable, ie depending on the position in the axial direction to set coarser or finer. So it would be easily conceivable to use a finer perforation in the upstream region in order to keep the solids content of the filtrate in this area lower. For physical reasons, the same perforation is to be expected that there is a greater proportion of solids in the filtrate.
  • a screw press 4 is formed from the coarse fraction G a higher-consistency paper pulp S3.
  • the squeezed water W1 can be used with advantage again to dissolve.
  • the pulp S4 can then, if necessary, after dilution with water W by a flotation 15 (air addition L) are cleaned of impurities. As a result, it is possible to selectively deposit the contaminants which have been separated from the fibers by the dispersion.
  • the flotation 15 of the dispersed pulp S4 can advantageously be done separately, ie without the fine fraction F.
  • the plant scheme shown in FIG. 2 differs essentially from that of FIG. 1 in that the screw press 4 shown in FIG. 1 is not required here, since the fractionating apparatus 2 can be operated and designed in such a way that the coarse fraction G is a the dispersion has sufficiently high consistency. Again, the dispersed pulp S4 can be floated (see Fig. 1).
  • This filtrate recirculation is advantageously controlled by corresponding actuators and controllers from the process control system.
  • screw presses are constructed in such a way that the space between the screw and the screen jacket forms a free cross-section, which differs from the Enema to the spout of the substance considered reduced overall.
  • the reason for this is the decrease in volume and the desire to generate ever-increasing pressure.
  • at the end of the thickening to form a plug which seals the pressure. Since, as already mentioned, it is possible to recirculate at least part of the already obtained filtrate back into this intermediate space, the continuous decrease of the free cross section in an intermediate zone can be interrupted (see FIG. 3). This means that the cross-section increases again there. This has the advantage that the return (increase in the volume flow) at the one or more addition points 14 can be carried out more easily.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Behandlung eines wässrig suspendierten Papierfasergemisches aus Fasern unterschiedlicher Länge. Dabei wird ein wässrig suspendiertes Papierfasergemisch (S2) erzeugt und in einer Fraktioniervorrichtung (2) in eine Grobfraktion (G) und eine Feinfraktion (F) aufgeteilt. Als Fraktioniervorrichtung wird z.B. eine Schneckenpresse (4) verwendet . Vorzugsweise wird eine Grobfraktion (G) gebildet, die sowohl die Kurz- als auch die Langfasern enthält und eine Feinfraktion (F) mit den Feinstoffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Papierfasergemisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Verfahren der o.g. Art werden z.B. zur Qualitätsverbesserung von Faserstoffen eingesetzt, die aus Altpapier gewonnen wurden. Es ist bekannt, dass die Rohstoffe für die Papier- und Kartonproduktion oft als Fasergemische vorliegen, die so zusammengesetzt sind, dass die darin enthaltenen Fasern sich bezüglich ihrer Länge und/oder Dicke und/oder Flexibilität signifikant unterscheiden. Diese Unterschiede können erstens daher rühren, dass bereits bei der Zellstoffherstellung unterschiedliche Faserlängen usw. erzeugt wurden. Ein weiterer Grund kann zweitens eine bereits durchgeführte Mahlung sein, bei der bekanntlich die Fasern verändert, insbesondere gekürzt werden, oder drittens als Rohstoff wird eine Altpapiersuspension verwendet, die verständlicherweise auf Grund der unterschiedlichen Quellen (Altpapiersammlungen) ein sehr breites Spektrum an Fasern enthält. Der mögliche Bereich unterschiedlicher Faserlängen ist sehr groß. So gibt es Langfasern mit einer Länge von mehreren Millimetern und feinen Faserbruchstücken, also von Fasern abgetrennten organischen Feinstoff.
  • Es gibt Fälle, bei denen solche Papierfasergemische ohne weiteres gesamthaft weiter verarbeitet und auf die Papier- oder Kartonmaschine gegeben werden können. Abweichend davon ist die hier vorliegende Erfindung auf ein Verfahren gerichtet, bei dem ein solches Fasergemisch in mindestens zwei Fraktionen aufgeteilt wird, um dann anschließend eine getrennte Behandlung der Fraktionen durchführen zu können. Ein solches Vorgehen bietet die Möglichkeit, spezifisch auf die Eigenschaften der einzelnen Fraktionen besser eingehen zu können.
  • Natürlich ist das mit einem oft beträchtlichen Mehraufwand verbunden im Vergleich zur bereits angedeuteten gesamthaften Verarbeitung der Rohstoffe.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Fraktionierung des Fasergemisches ökonomisch und technologisch optimiert werden kann. In speziellen Ausführungsformen soll es möglich sein, die Fraktionierung und die nachfolgenden Behandlungsschritte optimal aufeinander abzustimmen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Dabei hat die Verwendung einer rotierenden Schnecke in einem diese umgebenden perforierten Mantel den Vorteil, kompakt und energiesparend zu sein, insbesondere im Vergleich mit einer klassischen Waschvorrichtung, sei sie nun mit umlaufenden Endlossieben oder feststehenden Siebkörben (Drucksortierer) ausgestattet.
  • Diese als Fraktioniervorrichtung für das Verfahren verwendbare Apparatur entspricht in ihrem Aufbau der an sich bekannten Schneckenpresse. Schneckenpressen werden in der Papier erzeugenden Industrie verwendet, um im Bedarfsfall die Faserstoffsuspension einzudicken. Bei einem solchen Eindickvorgang ist es angestrebt, möglichst wenig Feststoffe in das Filtrat gelangen zu lassen, was dazu führt, dass der Betrieb auf dieses Verfahrensziel abgestimmt wird. Insbesondere wird eine möglichst hohe Einlaufkonsistenz angewendet, z.B. 6 bis 9 %. Bei einem Aufbereitungsverfahren, das auch eine Dispergierung des Faserstoffs vorsieht, können Siebpressen oder eben auch solche Schneckenpressen verwendet werden.
  • Eine andere Anwendung mit einer modifizierten Schneckenpresse ist z.B. aus der WO 90/02224 bekannt. Die dort beschriebene Waschvorrichtung ist aber gerade so ausgestaltet, dass ein möglichst hoher Anteil der Feststoffe aus der Faserstoffsuspension abgeschieden, also in das Filtrat gebracht wird. Dazu sind verschiedene Zonen und mindestens eine Zwischenverdünnung vorgesehen. Das Verfahren ist aufwändig und führt zu einem faserhaltigen Filtrat.
  • Fraktionierverfahren, bei denen Drucksortierer eingesetzt werden, erreichen meistens nicht die Trenngüte, die hier angestrebt wird. Insbesondere ist es schwierig und zumindest aufwändig, eine Feinfraktion zu erhalten, die wenig Fasern enthält. Auf Grund der intensiven zur Siebräumung erzeugten Verwirbelung können sogar flexible Langfasern in größeren Mengen in die Durchlauffraktion gelangen.
  • Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hingegen lässt sich mit einfachen Mitteln eine Wirkung erzielen, bei der einerseits die Feinfraktion nur einen geringen Anteil von Fasern enthält und andererseits die Grobfraktion den überwiegenden Teil aller Fasern sowie relativ wenig Feinstoffe. Bei Verfahren, die von einem bedruckten Altpapier als Rohstoff ausgehen, kann die Fraktionierung so eingestellt werden, dass ein möglichst großer Teil der Druckfarbenpartikel in die Feinfraktion gelangt. Auch wenn die Entaschung ein wichtiges Verfahrensziel ist, kann das Verfahren mit Vorteil angewendet werden.
  • Das neue Verfahren kann mit besonderem Vorteil dort angewendet werden, wo eine Dispergierung des Faserstoffes durchgeführt wird. Bekanntlich können Papierfaserstoffe durch Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich verbessert werden. Dazu wird ein hochkonsistenter Papierfaserstoff hergestellt, der zumeist einen Trockengehalt zwischen 15 und 35 % aufweist. In vielen Fällen wird bei einer Temperatur dispergiert, die weit über der Umgebungstemperatur liegt. Disperger, die für solche Verfahren eingesetzt werden, haben eine hohe Energiedichte. Die Energie für die auf den Papierfaserstoff übertragene spezifische Arbeit mit 30 bis 200 kWh/t stellt einen wesentlichen Kostenfaktor für das Verfahren dar.
  • Durch das Eindicken wird ein beträchtlicher Teil des vorher noch im Faserstoff vorhandenen Wassers ausgepresst, wodurch erstens seine Viskosität bei der Dispergierung wesentlich ansteigt und zweitens gegebenenfalls weniger Wasser mit erwärmt werden muss. Wie bereits erwähnt wurde, kann für die Eindickung eine Schneckenpresse verwendet werden, wobei bisher eine Einlaufkonsistenz von 6 bis 9 % üblich ist. Bei einer Schneckenpresse wird die Faserstoffsuspension zwischen einer Förderschnecke und einem diese umgebenden gelochten Mantel ausgepresst, wobei das Wasser durch die Löcher des Mantels austritt. Der dabei entstehende hochkonsistente Papierfaserstoff wird axial aus der Maschine ausgedrückt. Es kann aber auch mit einer Siebpresse entwässert werden, die bekanntlich ein oder zwei umlaufende Endlossiebe aufweist.
  • Aus der Publikation "Wochenblatt für Papierfabrikation", Heft 7/1978, Seiten 275 bis 277, ist ein Dispergierverfahren dieser Art bekannt, bei dem eine Siebpresse zur Eindickung verwendet wird, die den Feststoff vom Wasser (Filtrat) trennt. Der dabei auftretende Feststoffverlust im Filtrat bleibt unter 5 %.
  • Aus der DE 102 56 519 ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem eine Fraktionierung vor einer Dispergierung stattfindet. Dabei teilt die Fraktionierung in Kurzfasern und Langfasern auf. Die Langfaserfraktion wird eingedickt und ohne die Kurzfasern dispergiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, die Fraktionierung und die Eindickung miteinander zu kombinieren, insbesondere in derselben Vorrichtung durchzuführen.
  • Es ist also ein möglicher Vorteil der Erfindung, dass das eine Dispergierung einschließende Verfahren besonders effektiv und wirtschaftlich ist.
  • Mit Vorteil wird die Fraktionierung so durchgeführt, dass möglichst alle Fasern in die Grobfraktion gelangen. Die Feinfraktion enthält dann wenig Fasern (auch wenig Kurzfasern), aber einen großen Teil der organischen und anorganischen Feinstoffe. Dabei sind Aufteilungen möglich und sinnvoll, bei denen z.B. bis zu 50 % des im Einlauf zur Fraktionierung zugeführten Feststoffes in die Feinfraktion F gelangen. Je nach Anforderungen und Rohstoffen können hierfür auch kleinere Werte eingestellt werden, insbesondere dann, wenn der Rohstoff von vornherein einen geringen Feinstoffanteil aufweist. Andererseits ist auch eine minimale Menge an Feststoffen in der Feinfraktion F erforderlich, z.B. 5 bis 10 %. Der Anteil der Fasern wird in der Regel als Rückstand des Siebes R 100 nach Bauer-McNett ermittelt (Labor-Methode nach TAPPI Standard T 233). Feinstoffe fallen in derselben Analyse als Durchlauf des 100-mesh-Siebes an.
  • Wird die so gebildete Grobfraktion in einem an sich bekannten Disperger bearbeitet, hat das weitere Vorteile:
    1. 1. Die durch den Disperger geführte Feststoffmenge ist kleiner, wodurch die Aggregate zur Eindickung und Dispergierung ebenfalls kleiner und ihr Energieverbrauch geringer werden. Außerdem wird die Eindickung wegen des Fehlens schmieriger Stoffe leichter.
    2. 2. Die Feinstoffe mit ihrem schmierigen Verhalten fehlen bei der Dispergierung. Dadurch wird bei gleicher Konsistenz die Faser-Faser-Reibung stärker, was zur Folge hat, dass die Fasern intensiver aktiviert werden (Wasserstoffbrückenbildung bei der Papierherstellung) und die Störstoffe (z.B. stickies) besser zerrieben werden. Da andererseits oft auch schon eine geringere Konsistenz bei der Dispergierung ausreicht, kann wiederum apparative Kapazität eingespart werden.
    3. 3. Auch abrasive Feinstoffe, wie z.B. Füllstoffe fehlen bei der Dispergierung. Die Standzeit der Dispergergarnituren verlängert sich.
    4. 4. Ein Einreiben von feinen Schmutzstoffen in den Faserstoff tritt beim Dispergieren nicht mehr auf. Der Stoff wird sauberer.
    5. 5. Im Gegensatz zur Dispergierung einer Langfaserfraktion (bei "klassischer Fraktionierung") werden mit dem neuen Verfahren alle Fasern, also auch die Kurzfasern, dispergiert.
    6. 6. Dient die Dispergierung als Vorbereitung einer nachfolgenden Flotation oder Wäsche, führt die verbesserte Ablösung von an den Fasern auftretenden Störstoffpartikeln zu einer höheren Reinheit des Gutstoffes.
  • Die Erfindung wird erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • Figur 1:
    Schema mit einer möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Figur 2:
    eine Variante des Verfahrens mit der Kombination von Fraktionieren und Eindicken in einer Vorrichtung;
    Figur 3:
    eine Schneckenpresse mit Zwischenzone.
  • In einer vereinfachten Darstellung zeigt die Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit den wichtigsten Apparaturen, die man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden kann. Die in einem hier nicht gezeigten Stofflöser, z.B. aus Altpapier erzeugte Papierfaserstoffsuspension S1 wird durch einen Drucksortierer 6 und Dickstoffreiniger 7 geführt, wodurch grobe Störstoffe des Altpapiers entfernt werden. In Stofflösern hat die Suspension meist eine Konsistenz, also einen Feststoffgehalt zwischen 3 und 6 %. Es sind aber auch Auflöseverfahren bekannt, bei denen ein Feststoffgehalt von über 12 % eingestellt wird. Die genannten Trennvorrichtungen (Drucksortierer 6 und Dickstoffreiniger 7) sind exemplarisch zu verstehen. Es sind diverse Möglichkeiten bekannt, um eine verschmutzte Papierfasersuspension so weit zu reinigen, dass sie in den hier beschriebenen folgenden Apparaten verarbeitet werden kann. Die gereinigte Papierfaserstoffsuspension S2 gelangt als nächstes in eine Fraktioniervorrichtung 2 zur Bildung einer Grobfraktion G und Feinfraktion F.
  • Durch Art der Fraktioniervorrichtung 2 und die Betriebsbedingungen bei der Fraktionierung lässt sich die Aufteilung des Faserstoffes in Grob- und Feinfraktion einstellen. Dabei ist es in typischen Anwendungen des Verfahrens günstig, wenn möglichst viele Fasern, seien sie nun kurz oder lang, in die Grobfraktion G gelangen und die Feinfraktion F im Wesentlichen organische und anorganische Feinstoffe enthalten, das sind insbesondere Faserfeinstoff, Füllstoffe sowie aus zu sortierende Schmutzstoffe. Ein solches Fraktionierungsergebnis kann bei einer Verfahrensausführung gemäß Anspruch 1 mit Hilfe der Fraktioniervorrichtung 2 besonders gut erreicht werden. Diese ist eine an sich bekannte (eventuell modifizierte) Schneckenpresse mit einem Gehäuse 11, einer rotierenden Schnecke 8 und einem diese umgebenden Siebmantel 9. Das Filtrat der Fraktioniervorrichtung tritt größtenteils oder vollständig durch die Öffnungen des Siebmantels 9 hindurch, zumeist in radialer Richtung. Teile des Filtrats können auch in axialer Richtung, z.B. durch Siebe an den Stirnflächen abgezogen werden. Das Filtrat ist die Feinfraktion F. Der am Siebmantel 9 abgewiesene Teil des Stoffes bildet die Grobfraktion G. Solche Fraktioniervorrichtungen sind weniger aufwändig, was Apparat und Betrieb betrifft als z.B. die in der Patentschrift DE 30 05 681 beschriebene Waschvorrichtung, bei der eine auszuwaschende Suspension turbulent und mit geringer Konsistenz zwischen einen undurchlässigen Zylinder und ein durchlässiges umlaufendes Siebband eingespritzt wird.
  • Die als Fraktioniervorrichtung 2 verwendete Schneckenpresse kann speziell dahingehend modifiziert werden, dass die Filtratkammer 10 zweigeteilt wird, so dass sich ein erstes Filtrat 12 stromaufwärts und ein letztes Filtrat stromabwärts bildet, wobei zweckmäßigerweise das zweite Filtrat als Feinfraktion F verwendet werden kann. Da das erste Filtrat 12 auf Grund der an sich bekannten Arbeitsweise einer solchen Schneckenpresse einen höheren Feststoffanteil aufweist, kann es in den Zulauf zu dieser Maschine zurückgeführt werden. In anderen Fällen ist es von Vorteil, dieses erste Filtrat 12 zumindest teilweise der Grobfraktion G zuzuführen. Dabei kommt es auf eine Gesamtbetrachtung aller Stoffströme an, da der Feststoffgehalt der Grobfraktion unterschiedlichen Anforderungen genügen kann. Es ist auch möglich, gerade diese Aufteilung des ersten Filtrats 12 zur Regulierung der Stoffströme, insbesondere der Zusammensetzung von Grobfraktion G und Feinfraktion F zu benutzen.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der als Fraktioniervorrichtung 2 verwendeten Schneckenpresse besteht darin, die Perforation des Siebmantels 9 variabel zu gestalten, d.h. je nach Position in axialer Richtung gröber oder feiner einzustellen. So wäre es ohne weiteres denkbar, im stromaufwärtigen Bereich eine feinere Lochung zu verwenden, um den Feststoffgehalt des Filtrats in diesem Bereich geringer zu halten. Aus physikalischen Gründen ist bei gleicher Lochung damit zu rechnen, dass dort ein größerer Feststoffanteil im Filtrat anfällt.
  • Einfacher wird das Verfahren, wenn die Filtratkammer ungeteilt ist, also nur ein als Feinfraktion F verwendetes Filtrat abgenommen wird.
  • Durch die sich nun anschließende Eindickvorrichtung 3, z.B. eine Schneckenpresse 4 wird aus der Grobfraktion G ein höherkonsistenter Papierfaserstoff S3 gebildet. Das abgepresste Wasser W1 kann mit Vorteil wieder zum Auflösen verwendet werden.
  • Anschließend erfolgt die Dispergierung des eingedickten Stoffes S3. Dieser wird über eine Zuführschnecke 13 zentral zwischen zwei relativ zueinander bewegte Dispergergarnituren geführt, zwischen denen er dispergiert wird und danach als homogener Faserstoff S4 aus dem Gehäuse des Dispergers 1 herausfällt. Der Rotor dieses Dispergers 1 wird durch den Dispergerantrieb 5 angetrieben.
  • Der Faserstoff S4 kann danach, wenn erforderlich, nach Verdünnung mit Wasser W durch eine Flotation 15 (Luftzugabe L) von Störstoffen gereinigt werden. Dadurch können gezielt die Störstoffe abgeschieden werden, die durch die Dispergierung von den Fasern getrennt wurden. Die Flotation 15 des dispergierten Faserstoffes S4 kann mit Vorteil separat, also ohne die Feinfraktion F erfolgen.
  • Wie bereits erwähnt, findet eine gute Dispergierung zumeist bei erhöhten Temperaturen statt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die hohe Stofftemperatur dadurch gewährleistet, dass unmittelbar in den Disperger 1 Dampf durch eine Anzahl von Dampfleitungen, die hier nur angedeutet sind, eingespeist wird. Diese moderne Form der Stofferwärmung ist z.B. in der DE 197 12 653 A1 beschrieben. Sie hat neben dem drastisch reduzierten apparativen Aufwand den Vorteil von kurzen Verweilzeiten, was wiederum die Regelung der ganzen Anlage erleichtert. Eine andere Möglichkeit, den Stoff zu erwärmen, besteht darin, den hochkonsistenten Papierfaserstoff S3 in eine Heizschnecke zu führen. Der erforderliche Dampf wird durch eine Anzahl von Öffnungen in das Innere dieser Heizschnecke eingeblasen.
  • Das in Fig. 2 dargestellte Anlagenschema unterscheidet sich im Wesentlichen von dem der Fig. 1 dadurch, dass die in Fig. 1 gezeigte Schneckenpresse 4 hier nicht erforderlich ist, da die Fraktioniervorrichtung 2 so betrieben und ausgestaltet sein kann, dass die Grobfraktion G eine für die Dispergierung ausreichend hohe Konsistenz hat. Auch hier kann der dispergierte Faserstoff S4 flotiert werden (siehe Fig. 1).
  • Ein weiterer Unterschied im Vergleich mit dem in Fig. 1 dargestellten Schema besteht darin, dass hier weitere Möglichkeiten zur Verwendung des ersten Filtrates 12 gezeigt werden, also des Filtrates aus der Fraktioniervorrichtung 2, das bei einer mehrgeteilten Filtratkammer 10 als erstes nach dem Zulauf der Papierfaserstoffsuspension S2 anfällt.
  • Je nach Anforderung des Verfahrens kann also dieses erste Filtrat 12 zumindest in Teilen wie folgt verwendet werden:
    1. 1. Rückführung in den Zulauf zur Fraktioniervorrichtung 2;
    2. 2. Einführung in die Fraktioniervorrichtung 2 über mindestens eine Zugabestelle 14, an der zumindest ein Teil des ersten Filtrates 12 in den Zwischenraum zwischen Siebmantel 9 und Schnecke 8 eingeführt wird. Diese Einführung erfolgt stromabwärts der Entnahmestelle;
    3. 3. Zugabe in die Grobfraktion G (siehe Fig. 1);
    4. 4. Zugabe in die Grobfraktion G nach einer Eindickung 16, in der ein in die Grobfraktion G geleiteter Dickstoff 17 gebildet wird und ein Filtrat 18, das z.B. zur Auflösung/Verdünnung des Faserstoffes verwendet werden kann, um die Papierfaserstoffsuspension S2 herzustellen oder zu verdünnen;
    5. 5. Verwendung zur Auflösung/Verdünnung des Faserstoffes, um die Papierfaserstoffsuspension S2 herzustellen oder zu verdünnen.
  • Diese Filtratrückführung wird mit Vorteil über entsprechende Stellglieder und Regler vom Prozessleitsystem gesteuert.
  • In aller Regel sind Schneckenpressen so aufgebaut, dass der Zwischenraum zwischen Schnecke und Siebmantel einen freien Querschnitt bildet, der sich vom Einlauf zum Auslauf des Stoffes insgesamt betrachtet verringert. Der Grund hierfür liegt in der Abnahme des Volumens und dem Bestreben, ständig steigenden Druck zu erzeugen. Außerdem soll am Ende der Eindickung sich ein Pfropfen bilden, der den Druck abdichtet. Da - wie bereits erwähnt wurde - die Möglichkeit besteht, in diesen Zwischenraum zumindest einen Teil des bereits angefallenen Filtrates wieder zurückzuführen, kann (siehe Fig. 3) die stetige Abnahme des freien Querschnittes in einer Zwischenzone unterbrochen werden. Das heißt, dass dort der Querschnitt wieder zunimmt. Das hat den Vorteil, dass sich die Rückführung (Zunahme des Volumenstromes) an der oder den Zugabestellen 14 leichter durchführen lässt.

Claims (24)

  1. Verfahren zur Behandlung eines wässrig suspendierten Papierfasergemisches aus Fasern unterschiedlicher Länge mit folgenden Schritten:
    Bereitstellung des wässrig suspendierten Papierfasergemisches (S2);
    Fraktionierung des wässrig suspendierten Papierfasergemisches(S2) in einer Fraktioniervorrichtung (2), wobei mindestens eine Grobfraktion (G) und mindestens eine Feinfraktion (F) gebildet werden,
    nachfolgende getrennte Behandlung der beiden Fraktionen in unterschiedlichen Verfahrensschritten,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Fraktioniervorrichtung (2) verwendet wird mit
    mindestens einer rotierenden Schnecke (8),
    einen diese an ihrem Umfang umgebenden Siebmantel (9),
    Mittel, um das Papierfasergemisch zwischen Schnecke (8) und Siebmantel (9) einzuleiten,
    Mittel, um das eingeleitete Papierfasergemisch (S2) im Gehäuse (11) in axialer Richtung zu transportieren und dabei ein Filtrat durch die Öffnungen des Siebmantels (9) in radialer Richtung in eine Filtratkammer (10) hindurchzudrücken,
    Mittel, um zumindest einen Teil des Filtrats als Feinfraktion (F) zu sammeln und abzuleiten sowie
    Mittel, um das am Siebmantel (9) Abgewiesene als Grobfraktion (G) abzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Fraktioniervorrichtung (2) weiteres Filtrat in axialer Richtung durch die Öffnungen eines Siebes gedrückt und in eine Filtratkammer (10) geführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so durchgeführt wird, dass in der Grobfraktion (G) Kurzfasern und Langfasern und dass in der Feinfraktion (F) Feinstoffe angereichert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktioniervorrichtung (2) bei einer Einlauf-Konsistenz zwischen 1 und 6 %, vorzugsweise 2 bis 4 %, betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch1, 2, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Filtrat in einer axial geteilten, vorzugsweise zweigeteilten Filtratkammer (10) gesammelt wird und
    dass als Feinfraktion (F) das letzte Filtrat abgenommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Filtrat (12) zumindest teilweise zur Verdünnung stromaufwärts der Fraktioniervorrichtung (2) zugegeben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Filtrat (12) zumindest teilweise in den Zulauf der Fraktioniervorrichtung (2) zurückgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Filtrat (12) teilweise in die Grobfraktion (G) geführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieser Teil des ersten Filtrates (12) zuerst eingedickt und dann in die Grobfraktion (G) gegeben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Filtrat (12) zumindest teilweise in einen Bereich zwischen Schnecke (8) und Siebmantel (9) zugeführt wird, der in einen Teil der Filtratkammer (10) entwässert wird, der stromabwärts zu dem Teil der Filtratkammer liegt, aus dem das erste Filtrat (12) stammt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der Zwischenraum zwischen Schnecke (8) und Siebmantel (9) an der Zugabestelle (14) des ersten Filtrates (12) erweitert.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Siebmantel (9) in einem stromaufwärtigen Teil der geteilten Filtratkammer (10) kleinere Sieböffnungen aufweist als im dazu stromabwärtigen Teil.
  13. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der freie Querschnitt des Zwischenraumes zwischen Schnecke (8) und Siebmantel (9) in axialer Strömungsrichtung verkleinert.
  14. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 50 % des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 40 % des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 30 % des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil höchstens 20 % des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
  18. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Fraktionierung so eingestellt wird, dass eine Feinfraktion (F) gebildet wird, deren Feststoffanteil mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % des Feststoffanteils der der Fraktioniervorrichtung (2) zugeführten Faserstoffsuspension (S2) beträgt.
  19. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 20 %.
  20. Verfahren nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 10 %.
  21. Verfahren nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Anteil der Fasern in der Feinfraktion (F) kleiner ist als 5 %.
  22. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der dispergierte Faserstoff (S4) in einer Flotation von zumindest einem Teil der Störstoffe befreit wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flotation gemeinsam mit der Feinfraktion (F) durchgeführt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flotation getrennt von der Feinfraktion (F) durchgeführt wird.
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