EP2223748B1 - Verfahren und Anlage zum Aufbringen einer Suspension auf eine Materialbahn - Google Patents
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- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
- B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
- B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
Definitions
- the invention relates to a method for applying a suspension, in particular coating color, starch, binder, glue, impregnating agent or the like surface coating fluids, on the running surface of a material web, such as a paper web, by spraying by means of nozzles.
- pulp which is about 99% water
- the wire section of a paper machine From the endless sieve, which transports the paper pulp, runs off a very large part of the water and the paper structure is created.
- the pulp is sprayed with a solids content of 0.4 to 1.2% on the moving screen or an already formed paper web.
- Several layers of the suspension are sprayed in succession and the moisture is largely removed in subsequent process steps by vacuum, pressing and drying.
- coatings for example coating colors or starch, are then applied to the paper web.
- the EP 0 435 904 B1 describes the coating of paper with a slurry having the material to be applied to the web and a solid material wherein the slurry is disrupted into a mist.
- the mist contains the solid particles in suspension and is applied via a nozzle from a cloud chamber on the paper web.
- Object of the present invention is therefore to propose a method of the type mentioned, in which an undisturbed and uniform Order can also be made of highly viscous Festsloffhaftigen suspensions, in particular coating colors or starch, on a continuous web of material, in particular a paper web.
- the suspension Due to the water vapor / air mixture, the suspension is repeatedly washed off the walls of the nozzle, so that the caking of fluid residues in the nozzles and their consequent clogging can be reliably prevented.
- air having a temperature between about 25 and 40 ° C and steam having a temperature between about 100 and 130 ° C is preferably used to produce the water vapor / air mixture, in particular in such a way that the nozzle supplied Steam / air mixture has a temperature between about 80 and 110 ° C.
- the steam / air mixture of the nozzle should be supplied at a pressure between about 250 and 500 mbar.
- An energy saving can be achieved in particular if the suspension has a solids content of about 10 to 50%, preferably 20 to 45% and in particular 25 to 40%, ie significantly higher than hitherto.
- a solids content of up to 30% and in the case of coating color of up to 50% are preferred. Then that is in the material web, in particular the paper web, registered Moisture is correspondingly low, which brings about the saving of energy when drying the material web.
- the suspension has a viscosity between about 15 and 100 mPa ⁇ s.
- a viscosity of 15 to 30 mPa ⁇ s is preferred.
- caking of suspension residues in the nozzles can be prevented particularly reliably by using as the material for the nozzles a plastic, preferably a polyether ketone, in particular polyether ether ketone (PEEK).
- a plastic preferably a polyether ketone, in particular polyether ether ketone (PEEK).
- PEEK polyether ether ketone
- Such high temperature resistant thermoplastics ensure good dimensional stability even when in contact with the hot water vapor / air mixture.
- plastic heats up as a poor conductor of heat when flowing through the hot water vapor / air mixture, so that the risk of caking is reduced.
- the invention further relates to a system for carrying out a method of the aforementioned type with the features of claim 6.
- Such a system is characterized by at least one nozzle, in particular two-fluid nozzle, for spraying the suspension onto the material web, in particular paper web, a fluid supply line to the at least one nozzle, an air supply line and a steam supply line in the direction of the at least one nozzle.
- the air supply line and the steam supply line open in front of the nozzle in a mixing chamber and the mixing chamber has a flow connection for the water / air mixture to the nozzle, which may then be substantially commercially available.
- a cooler, the steam supply line a pressure control and the air supply line and / or the flow connection can be assigned a temperature control in the system of the air supply line.
- the air supply line and / or the flow connection is assigned a drainage for condensed water vapor.
- the system is equipped with a nozzle, whose outlet opening is enclosed by a web, which prevents the downflow of suspension on the outside of the nozzle body.
- the nozzle 1 is supplied as a fluid, a suspension, for example, a coating color or starch, relatively high viscosity, with which, for example, a paper web to be coated.
- the nozzle 1 is supplied simultaneously with steam or a water vapor / air mixture.
- a water vapor / air mixture is water vapor saturated or water vapor supersaturated air in question.
- the air comes from an air supply line 3 and is cooled by means of a cooler 7 to a temperature between about 25 and 40 ° C, since they can then absorb a correspondingly larger amount of water vapor.
- the water vapor is supplied via a steam supply line 4.
- the two lines 3, 4 meet in a mixing chamber 5, which communicates with the nozzle 1 via a flow connection 6. Any resulting condensate can be removed via a drainage line 8.
- the steam supply line 4 is provided with a pressure control 9 and a pneumatic open / close valve 9 '.
- the steam is supplied at a temperature of between about 100 and 130 ° C.
- the water vapor / air mixture should have a temperature between 80 and 110 ° C at the nozzle 1 and be supplied at a pressure of about 250 to 500 mbar. Due to the additional use of water vapor or a water vapor / air mixture, the suspension, in particular a coating color or starch, which is supplied to the nozzle 1, have a solids content of about 10 to 30%, without that the nozzle 1 is added. Accordingly low is the Fluid content of the suspension and the wetting of the web B, so that a correspondingly lower energy is required to dry them after spraying.
- the spraying of the suspension onto a paper web B running freely between two rolls W is shown.
- the invention is equally suitable for spraying the suspension in or immediately before a nip in a paper machine, for example also in the press section thereof, or in a calender.
- a suction On the housing of the spray device, a suction, not shown, may be provided to suck the spray within the housing.
- nozzles in principle, all known two-fluid nozzles can be used, as for example. From the US 6,969,012 B2 are known. The outlet opening 11 of the nozzle 1 is enclosed at a distance with a web, whereby it is prevented that the suspension runs down on the outside of the nozzle 1 and cakes. A further reduction of the risk of clogging of the nozzle 1 is the use of polyetheretherketone (PEEK) as a nozzle material, as a result, a heating of the nozzle is avoided by the hot water vapor / air mixture.
- PEEK polyetheretherketone
Landscapes
- Paper (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Suspension, insbesondere von Streichfarbe, Stärke, Bindemittel, Leim, Imprägniermittel oder dergleichen Oberflächenbeschichtungsfluiden, auf die laufende Oberfläche einer Materialbahn, wie einer Papierbahn, durch Aufsprühen mittels Düsen.
- Bei der Papierherstellung wird Papierbrei, der zu etwa 99 % aus Wasser besteht, auf die Siebpartie einer Papiermaschine aufgebracht. Von dem endlosen Sieb, welches den Papierbrei transportiert, läuft ein sehr großer Teil des Wassers ab und die Papierstruktur entsteht. Bei dem in der
US 7,217,342 B2 beschriebenen Verfahren wird der Papierbrei mit einem Feststoffgehalt von 0,4 bis 1,2 % auf das sich bewegende Sieb oder eine schon gebildete Papierbahn gesprüht. Mehrere Lagen der Suspension werden nacheinander aufgesprüht und die Feuchtigkeit wird in nachfolgenden Prozessschritten durch Vakuum, Pressen und Trocknen weitgehend entfernt. - Aus der
US 6,866,207 B2 ist es bekannt, bei der Papierherstellung Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit darin enthaltenen Feststoffen mit Hilfe einer speziellen Düse und eines Treibgases, das Dampf und/oder Luft enthält, aufzusprühen. Die Düse soll die Flüssigkeit oder Suspension zu einem sehr feinen Nebel zerstäuben und damit gleichmäßig auf die Papierbahn aufbringen. - Zur Verbesserung der Eigenschaften des Papiers, wie Glätte und Glanz, werden anschließend Beschichtungen, bspw. Streichfarben oder Stärke, auf die Papierbahn aufgebracht.
- Für das Auftragen solcher verhältnismäßig viskoser Suspensionen auf die Oberfläche einer laufenden Papierbahn wurden bisher u.a. Rakel verwendet, was jedoch nicht immer zu der gewünschten Gleichmäßigkeit des Auftrages führte. Deswegen ist man zum Aufsprühen solcher Suspensionen mittels Düsen übergegangen. So ist beispielsweise aus der
DE 199 21 592 A1 eine Applikationsvorrichtung, insbesondere ein Düsenfeuchter für eine Papiermaschine, bekannt mit einer Vielzahl von maschinenbreit verteilten Düsen zum Besprühen einer vorbeilaufenden Papierbahn, wobei mindestens eine Reihe von Düsen für den Durchsatz von Wasser und/oder Bindemittel vorgesehen ist. Dabei wird im Bereich einer Trockenpartie einer Papiermaschine maschinenbreit Bindemittel auf die in Herstellung begriffene Papierbahn aufgebracht. - Die
EP 0 435 904 B1 beschreibt das Beschichten von Papier mit einer Aufschlämmung, die das auf die Bahn aufzubringende Material und eine Feststoffmaterial aufweist, wobei die Aufschlämmung in einen Nebel aufgeschlossen wird. Der Nebel enthält die festen Teilchen in Suspension und wird über eine Düse aus einer Nebelkammer auf die Papierbahn aufgebracht. - Auch in der
EP 0 682 571 B1 wird vorgeschlagen, die Beschichtungsmischung in einen Nebel aufzubrechen und den Nebel unter Druck durch einen Düse auf das Gewebe der Papierbahn aufzubringen. Anschließend wird das durch den Nebel beschichtete Gewebe zwischen zwei Rollen oder mit Hilfe einer Abstreichklinge geglättet. - Bei hochviskosen Suspensionen, wie Streichfarben oder Stärke, kommt es bei einer solchen Sprühtechnik jedoch häufig zu einem Verstopfen einzelner Düsen mit der Folge eines ungleichmäßigen Fluidauftrages auf die Papierbahn.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei welchem ein ungestörter und gleichmäßiger Auftrag auch von hochviskosen festsloffhaftigen Suspensionen, insbesondere Streichfarben oder Stärke, auf eine fortlaufende Materialbahn, Insbesondere einer Papierbahn, erfolgen kann.
- Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Durch das Wasserdampf/Luft-Gemisch wird die Suspension immer wieder von den Wänden der Düse abgewaschen, so dass das Anbacken von Fluidresten in den Düsen und deren dadurch bedingtes Verstopfen zuverlässig verhindert werden kann.
- Die Ergebnisse des Freihaltens der Düsen sind dann besonders gut, wenn das Wasserdampf/Luft-Gemisch wasserdampfgesättigte oder wasserdampfübersättigte Luft ist.
- Im praktischen Betrieb wird zur Erzeugung des Wasserdampf/Luft-Gemisches bevorzugt Luft mit einer Temperatur zwischen etwa 25 und 40 °C und Wasserdampf mit einer Temperatur zwischen etwa 100 und 130 °C verwendet, und zwar insbesondere in der Weise, dass das der Düse zugeführte Wasserdampf/Luft-Gemisch eine Temperatur zwischen etwa 80 und 110 °C aufweist. Dabei sollte das Wasserdampf/Luft-Gemisch der Düse mit einem Druck zwischen etwa 250 und 500 mbar zugeführt werden.
- Eine Energieersparnis kann insbesondere dann erzielt werden, wenn die Suspension einen Feststoffgehalt von etwa 10 bis 50 %, bevorzugt 20 bis 45 % und insbesondere 25 bis 40 %, also deutlich höher als bisher, hat. Bei Stärke wird ein Feststoffgehalt bis 30 % und bei Streichfarbe bis 50 % bevorzugt. Dann ist nämlich die in die Materialbahn, insbesondere die Papierbahn, eingetragene Feuchtigkeit entsprechend gering, was beim Trocknen der Materialbahn die Einsparung von Energie mit sich bringt.
- Gute Ergebnisse werden insbesondere dann erzielt, wenn die Suspension eine Viskosität zwischen etwa 15 und 100 mPa·s hat. Bei Messung mit einem Brookfield-LVT-Viskosimeter bei 100 U/min; D = 20 mm wird eine Viskosität von 15 bis 30 mPa·s bevorzugt.
- Überraschenderweise wurde in Weiterbildung des Erfindungsgedankens gefunden, dass ein Anbacken von Suspensionsresten in den Düsen dadurch besonders zuverlässig verhindert werden kann, dass man als Material für die Düsen einen Kunststoff, vorzugsweise ein Polyetherketon, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), verwendet. Derartige hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe gewährleisten eine gute Formstabilität auch bei Kontakt mit dem heißen Wasserdampf/Luft-Gemisch. Zudem heizt sich Kunststoff als schlechter Wärmeleiter beim Durchströmen des heißen Wasserdampf/Luft-Gemisches nicht auf, so dass die Gefahr des Anbackens verringert wird.
- Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anlage zum Durchführen eines Verfahrens der zuvor genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
- Eine solche Anlage ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Düse, insbesondere Zweistoffdüse, zum Aufsprühen der Suspension auf die Materialbahn, insbesondere Papierbahn, eine Fluidzufuhrleitung zu der wenigstens einen Düse, eine Luftzufuhrleitung und eine Dampfzufuhrleitung in Richtung der wenigstens einen Düse.
- Um die Düse mit einem Wasserdampf/Luft-Gemisch zu versorgen, münden die Luftzufuhrleitung und die Dampfzufuhrleitung vor der Düse in eine Mischkammer und die Mischkammer hat eine Strömungsverbindung für das Wasser/LuftGemisch zu der Düse, die dann im Wesentlichen handelsüblich sein kann.
- Für ein zuverlässiges Ausführen des Verfahrens kann in der Anlage der Luftzufuhrleitung ein Kühler, der Dampfzufuhrleitung eine Druckkontrolle und der Luftzufuhrleitung und/oder der Strömungsverbindung eine Temperaturkontrolle zugeordnet sein.
- Es ist ferner zweckmäßig, wenn der Luftzufuhrleitung und/oder der Strömungsverbindung eine Drainage für kondensierten Wasserdampf zugeordnet ist.
- Für die dauerhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner von Vortell, wenn die Anlage mit einer Düse ausgerüstet ist, deren Austrittsöffnung von einem Steg umschlossen ist, welcher das Herabfließen von Suspension auf der Außenseite des Düsenkörpers verhindert.
- Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
- Es zeigen:
-
Fig. 1 ein Flussdiagramm für ein die Erfindung aufweisendes Verfahren. - Gemäß
Fig. 1 wird eine Materialbahn B, auf deren Oberfläche ein Fluid aufgebracht werden soll, zwischen zwei Walzen W an mindestens einer auf sie gerichteten Düse 1 vorbeigeführt, deren Einzelheiten aus Fig. 2 ersichtlich sind. In dem dargestellten Fall wird der Düse 1 als Fluid eine Suspension, beispielsweise eine Streichfarbe oder Stärke, verhältnismäßig hoher Viskosität, mit welcher beispielsweise eine Papierbahn beschichtet werden soll, zugeführt. - Um ein Verstopfen der Düse 1 durch Feststoffe aus der Suspension zu vermeiden, wird der Düse 1 gleichzeitig Wasserdampf oder ein Wasserdampf/LuftGemisch zugeführt. Als Wasserdampf/Luft-Gemisch kommt dabei wasserdampfgesättigte oder wasserdampfübersättigte Luft in Frage. Die Luft kommt von einer Luftzufuhrleitung 3 und wird mittels eines Kühlers 7 auf eine Temperatur zwischen etwa 25 und 40 °C gekühlt, da sie dann eine entsprechend größere Wasserdampfmenge aufnehmen kann. Der Wasserdampf wird über eine Dampfzufuhrleitung 4 zugeführt. Die beiden Leitungen 3, 4 treffen sich in einer Mischkammer 5, welche über eine Strömungsverbindung 6 mit der Düse 1 in Verbindung steht. Eventuell entstehendes Kondensat kann über eine Drainageleitung 8 abgeführt werden.
- Die Dampfzufuhrleitung 4 ist mit einer Druckkontrolle 9 und einem pneumatischen AUF/ZU-Ventil 9' versehen. Der Wasserdampf wird mit einer Temperatur zwischen etwa 100 und 130 °C zugeführt. Das Wasserdampf/Luft-Gemisch soll an der Düse 1 eine Temperatur zwischen 80 und 110°C haben und mit einem Druck von etwa 250 bis 500 mbar zugeführt werden. Hierfür dient eine der Strömungsverbindung 6 zugeordnete Temperaturkontrolle 10. Aufgrund der zusätzlichen Verwendung von Wasserdampf bzw. eines Wasserdampf/LuftGemisches kann die Suspension, insbesondere eine Streichfarbe oder Stärke, welche der Düse 1 zugeführt wird, einen Feststoffgehalt von etwa 10 bis 30 % haben, ohne dass sich die Düse 1 zusetzt. Dementsprechend gering ist der Flüssigkeitsgehalt der Suspension und die Befeuchtung der Materialbahn B, so dass eine entsprechend geringere Energie erforderlich ist, um diese nach dem Besprühen zu trocknen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für das Aufbringen von Suspensionen mit einer Viskosität zwischen etwa 15 und 30 mPa·s (gemessen mit einem Brookfield-LVT-Viskosimeter bei 100 U/min; D = 20 mm).
- Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Aufsprühen der Suspension auf eine zwischen zwei Walzen W frei laufende Papierbahn B dargestellt. Die Erfindung eignet sich aber in gleicher Weise für das Aufsprühen der Suspension in oder unmittelbar vor einen Walzenspalt (Nip) in einer Papiermaschine, bspw. auch in der Pressenpartie derselben, oder in einem Kalander.
- An dem Gehäuse der Sprühvorrichtung kann eine nicht dargestellte Absaugung vorgesehen sein, um den Sprühnebel innerhalb des Gehäuses abzusaugen.
- Als Düsen können grundsätzlich alle bekannten Zweistoffdüsen eingesetzt werden, wie sie bspw. aus der
US 6,969,012 B2 bekannt sind. Die Austrittsöffnung 11 der Düse 1 ist im Abstand mit einem Steg umschlossen, wodurch verhindert wird, dass die Suspension auf der Außenseite der Düse 1 herunterläuft und anbackt. Einer weiteren Verringerung der Verstopfungsgefahr der Düse 1 dient der Einsatz von Polyetheretherketon (PEEK) als Düsenmaterial, da hierdurch ein Aufheizen der Düse durch das heiße Wasserdampf/Luft-Gemisch vermieden wird. -
1 Düse 2 Fluidzufuhrleitung 3 Luftzufuhrleitung 4 Dampfzufuhrleitung 5 Mischkammer 6 Strömungsverbindung 7 Kühler 8 Drainageleitung 9, 9' Druckkontrolle, Ventil 10 Temperaturkontrolle B Materialbahn W Walzen
Claims (12)
- Verfahren zum Aufbringen einer Suspension, insbesondere von Streichfarbe, Stärke, Bindemittel, Leim, Imprägniermittel oder dergleichen Oberflächenbeschichtungsmitteln, auf die laufende Oberfläche einer Materialbahn, wie einer Papierbahn, durch Aufsprühen mittels Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsprühen der Suspension mittels eines Wasserdampt/Lutt-Gemisches erfolgt, wobei das Wasserdampf/Luft-Gemisch gesättigte oder übersättigte Luft ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Wasserdampf/Luft-Gemisches Luft mit einer Temperatur zwischen etwa 25 und 40 °C und Wasserdampf mit einer Temperatur vorzugsweise zwischen etwa 100 und 130 °C verwendet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserdampf/Luft-Gemisch der Düse mit einer Temperatur zwischen etwa 80 und 110°C und/oder einem Druck zwischen etwa 250 und 500 mbar zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension einen Feststoffgehalt von etwa 10 bis 50 % und/oder eine Viskosität zwischen etwa 15 und 100 mPa·s hat.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Düsen ein Kunststoff, insbesondere Polyetheretherketon, verwendet wird.
- Anlage zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Düse (1), insbesondere Zweistoffdüse, zum Aufsprühen der Suspension auf die Materialbahn (B), einer Fluidzufuhrleitung (2) zu der wenigstens einen Düse (1), einer Luftzufuhrleitung (3) und einer Dampfzufuhrleitung (4) in Richtung der wenigstens einen Düse (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhrleitung (3) und die Dampfzufuhrleitung (4) vor der Düse (1) in eine Mischkammer (5) münden und dass die Mischkammer (5) zu der wenigstens einen Düse (1) eine Strömungsverbindung (6) für das Wasserdampf/Luft-Gemisch hat.
- Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhrleitung (3) ein Kühler (7) zugeordnet ist.
- Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfzufuhrleitung (4) eine Druckkontrolle (9) zugeordnet sind/ist.
- Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhrleitung (3) und/oder der Strömungsverbindung (6) eine Temperaturkontrolle (10) zugeordnet ist.
- Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhrleitung (3) und/oder der Strömungsverbindung (6) eine Drainageleitung (8) zugeordnet ist.
- Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung der Düse (1) im Abstand von einem Steg umschlossen ist.
- Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Grundkörper der Düse (1) aus Kunststoff, insbesondere Polyetheretherketon, besteht.
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