ES2223137T3 - Introduccion de espuma sin fibras en la caja de cabeza o proxima a la misma durante un procedimiento de fabricacion de papel a la espuma. - Google Patents
Introduccion de espuma sin fibras en la caja de cabeza o proxima a la misma durante un procedimiento de fabricacion de papel a la espuma.Info
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Abstract
Aparato para obtener una banda continua no tejida de material fibroso, comprendiendo: - un elemento foraminoso móvil (90) en el que puede formarse - una banda continua no tejida; - una caja de cabeza (30I) adyacente a dicho elemento foraminoso (90) de modo que una mezcla de fibra de espuma, en dicha caja de cabeza (30I) deposite fibras sobre dicho elemento foraminoso (90) comprendiendo dicha caja de cabeza (30I) un techo (93); - medios (29) para introducir una mezcla de fibra/espuma en la caja de cabeza (30I) y - medios (31, 32) para retirar espuma a través de dicho elemento foraminoso (90) para formar una banda continua fibrosa no tejida sobre dicho elemento foraminoso (90); caracterizado porque en la zona de dicha caja de cabeza (30I), dicho elemento foraminoso (90) forma un fondo de la caja de cabeza (30I) dispuesta opuesta a dicho techo (93) y converge hacia el techo (93) en la dirección de movimiento del elemento foraminoso (90) y dicho aparato comprende, además, medios para pasar unaespuma prácticamente libre de fibra al interior de dicha caja de cabeza (30I) en contacto con la superficie del techo en una posición alejada desde dicho elemento foraminoso (90) de tal forma que dicha espuma prácticamente libre de fibra fluya a lo largo de dicha superficie de techo hacia el elemento foraminoso.
Description
Introducción de espuma sin fibras en la caja de
cabeza o próxima a la misma durante un procedimiento de fabricación
de papel a la espuma.
El procedimiento de depósito de espuma para
formar bandas fibrosas no tejidas es básicamente descubierto en las
patentes de los Estados Unidos 3.716.449, 3.871.952 y 3.938.782. El
procedimiento de depósito de espuma tiene varias ventajas sobre el
procedimiento de depósito de agua, que es el más tradicionalmente
utilizado para obtener bandas de fibras de celulosa o sintéticas. La
invención se refiere a un procedimiento y montaje para implantar el
procedimiento de depósito de espuma en cuanto a mejorar aspectos del
mismo
Según la invención, se ha encontrado deseable,
para varias finalidades diferentes, introducir una espuma
sustancialmente pura (es decir, agua, aire y surfactante, que esté
prácticamente libre de fibra) contigua o situada dentro de una caja
de cabeza, para formar una banda continua no tejida.
Introduciendo el flujo de espuma pura en el flujo
de una mezcla de espuma/fibra cerca de (p.e. inmediatamente antes
de) la introducción de la mezcla de espuma/fibra en la caja de
cabeza (hasta la introducción real de la mezcla de espuma/fibra en
ella), es posible aumentar la uniformidad del perfil de peso base de
la banda continua no tejida. En realidad, es posible proporcionar
una variación del peso base de la banda continua inferior al 0,5%,
por ejemplo un 0,2%, o quizás todavía menor, dependiendo de las
fibras. Dicho procedimiento para ajustar el perfil de peso base en
conexión con un proceso de depósito de agua ha sido estudiado en el
documento DE-A-44 22 907.
Introduciendo el flujo de espuma pura en la caja
de cabeza adyacente a una de sus superficies (tal como la superficie
superior de un caja de cabeza inclinada), es posible reducir al
mínimo el cizallamiento de las fibras en la caja de cabeza, de modo
que las fibras no lleguen a hacerse unidireccionales, en la
dirección de movimiento del elemento foraminoso (alambre) y de modo
que la superficie se mantenga limpia. Estos ventajosos resultados se
pueden conseguir de una forma sencilla y muy económica, que
esencialmente casi no introduce ningún otro coste de explotación y
muy pocos gastos de capital adicionales.
La presente invención es definida por las
reivindicaciones adjuntas.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un aparato para obtener una banda continua no tejida de
material fibroso, que comprende las características de la
reivindicación 1.
Los medios para introducir la mezcla de
fibra/espuma en la caja de cabeza pueden comprender una pluralidad
de aberturas en una superficie adicional de la caja de cabeza, así
como otros componentes que son convencionales para introducir un
flujo de fluido en un volumen, comprendiendo conductos, toberas,
orificios, cabezales, colectores u otros dispositivos
convencionales. Los medios para retirar la espuma a través del
elemento foraminoso pueden comprender cualquier estructura
convencional, como por ejemplo, cajas o mesas de succión, rodillos
de aspiración, rodillos de presión o cualesquiera otros
convencionales que sean capaces de realizar dicha función. Los
medios para poner una espuma esencialmente libre de fibras en
contacto con la superficie del techo, pueden comprender también
algún elemento fluídico convencional que pueda realizar ese
objetivo, comprendiendo conductos de varias formas, tamaños, y
orientaciones, toberas, cabezales, colectores o cualesquiera otros
dispositivos convencionales similares.
El aparato puede comprender también medios para
introducir espuma prácticamente libre de fibras en los medios para
la introducción de una mezcla de fibra de espuma en la caja de
cabeza, justamente delante de ella, de forma que se proporcione un
perfil de peso base uniforme de la banda continua no tejida
obtenida. Dichos medios puede comprender también cualesquiera
componentes fluídicos convencionales, tales como conductos,
bifurcaciones de conductos, orificios, colectores, etc., tales como
un conjunto de conductos que formen un ángulo (por ejemplo, entre 30
y 90º) con el conducto que contiene la mezcla de fibra/espuma,
inmediatamente adyacente (hasta el punto real de introducción de la
mezcla de espuma/fibra) a la caja de cabeza.
El medio para poner una espuma, esencialmente
exenta de fibra, en contacto con la superficie del techo, en una
posición distante del elemento foraminoso, puede comprender, por lo
menos, una abertura de conducto adyacente a la superficie del techo
para hacer que la espuma fluya a lo largo del techo hacia el
elemento foraminoso con el objeto de reducir al mínimo el
cizallamiento de las fibras en la caja de cabeza, de forma que las
fibras no se hagan unidireccionales en la dirección del movimiento
del elemento foraminoso y con ello mantener limpia la superficie del
techo. El aparato puede comprender, además, un desviador adyacente
al medio para poner a una espuma, esencialmente libre de fibras, en
contacto con la superficie del techo en una posición distante del
elemento foraminoso para asegurar el flujo inicial de la espuma
introducida a lo largo de la superficie del techo. La superficie del
techo puede ser la superficie del techo de la caja de cabeza y el
elemento foraminoso puede desplazar, en un ángulo vertical u
horizontal, la caja de cabeza que sea del tipo inclinado.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un procedimiento para obtener una banda continua no
tejida de material fibroso utilizando una caja de cabeza, un
elemento foraminoso en movimiento y una superficie de la caja de
cabeza que comprende las características de la Reivindicación
8.
El paso (b) puede realizarse para reducir al
mínimo el cizallamiento de las fibras en la caja de cabeza, de forma
que las fibras no se hagan unidireccionales en la dirección de
desplazamiento del elemento foraminoso. El paso (b) puede
realizarse también para mantener limpia la superficie del techo. La
cantidad de espuma añadida en el paso (b) puede ser del
1-10% en volumen del caudal en el paso (a). También
puede existir la fase adicional de pasar una segunda espuma
esencialmente libre de fibras al lodo de espuma, justamente antes de
que el lodo de espuma sea alimentado a la caja de cabeza, de forma
que se proporcione un perfil de peso base más uniforme de la banda
continua no tejida obtenida.
El paso (a) se suele realizar de forma que el
lodo de espuma fluya en, prácticamente, la misma dirección que la
primera espuma exenta de fibra. El paso (b) también puede
realizarse, proporcionando un desviador en la caja de cabeza que
ayude a dirigir la primera espuma, esencialmente libre de fibras, a
lo largo de la superficie del techo y de modo que no se mezcle
inicialmente con el lodo de espuma introducido en la caja de
cabeza.
En las reivindicaciones subordinadas se definen
otras realizaciones preferidas de la invención.
Constituye el objeto principal de la presente
invención mejorar el proceso de depósito de espuma para la obtención
de bandas continuas no tejidas de material fibroso. Este y otros
objetos de la presente invención se harán más claros a partir de un
examen de la descripción detallada de la invención y de las
reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 es una ilustración esquemática
general de un sistema del procedimiento de depósito de espuma en el
que el procedimiento de la invención puede ser llevado a la práctica
y utilizarse el aparato de la invención;
La Figura 2 es una vista esquemática en detalle,
parcialmente en sección transversal y parcialmente en alzado, que
ilustra la alimentación de un lodo de espuma/fibra desde la
mezcladora a la bomba que alimenta el colector y la caja de cabeza
del sistema de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista esquemática en detalle,
parcialmente en sección transversal y parcialmente en alzado, que
ilustra la adición de espuma, per se, en el conducto entre el
colector y la caja de cabeza, según la presente invención.
La Figura 4 es una vista lateral, en parte en
sección transversal y en parte en alzado, de un detalle de un
ejemplo de caja de cabeza de alambre inclinada que utiliza las
enseñanzas de la presente invención y para practicar un
procedimiento según la presente invención;
La Figura 5 es una representación esquemática que
ilustra el efecto de la adición de espuma pura a los conductos que
van desde el colector a la caja de cabeza y
La Figura 6 es una representación esquemática del
perfil de peso base de la caja de cabeza de las Figuras 4 y 5 con y
sin adición de espuma pura.
Un sistema para la realización de un proceso de
depósito de espuma con el que la invención es deseablemente usada,
se ilustra de forma esquemática con la referencia 10 en la Figura
1. El sistema comprende un depósito mezclador o desfibrador 11 que
tiene una entrada de fibra 12, una entrada de surfactante 13 y una
entrada 14 para otros aditivos, tales como productos químicos de
ajuste de pH, como carbonato cálcico o ácidos, estabilizadores,
etc. La naturaleza particular de las fibras, del surfactante y de
los aditivos no es crítica y se puede variar, en gran medida,
dependiendo de los detalles exactos del producto que se está
obteniendo (incluyendo el peso base). Es aconsejable utilizar un
surfactante que se pueda lavar fácilmente, ya que un surfactante
reduce la tensión superficial de la banda continua final si sigue
estando presente y que es una característica no deseable para
algunos productos. El surfactante exacto utilizado, entre los miles
que existen comercialmente disponibles, no forma parte de esta
invención.
El depósito 11 es per se completamente
convencional, siendo el mismo tipo de depósito que se utiliza como
un desfibrador en los sistemas convencionales de fabricación de
papel, que usan el proceso de depósito de agua. Las únicas
diferencias son que las paredes laterales del mezclador/desfibrador
11 se extienden hacia arriba hasta aproximadamente tres veces la
altura en el proceso de depósito de agua, puesto que la espuma tiene
una densidad de aproximadamente una tercera parte de la densidad del
agua. Las revoluciones por minuto y la configuración de cuchillas
del mezclador mecánico convencional en el depósito 11 varían
dependiendo de las particulares propiedades del producto que se está
fabricando, pero no tienen un carácter muy crítico y puede emplearse
una amplia variedad de diferentes componentes y variables. También
pueden proporcionarse dispositivos trituradores en las paredes.
Existe un vórtice en el fondo del depósito 11 desde el que se drena
la espuma, pero dicho vórtice no es visible una vez que se inicia la
puesta en marcha, porque el depósito 11 se llena con espuma y
fibra.
El depósito 11 comprende también, en una
realización preferida, un gran número de medidores del pH 15 para
medir el pH en varios puntos diferentes. El pH influye sobre la
tensión superficial y, por lo tanto, es preferible que se determine
con precisión. Los medidores de pH se calibran cada día.
En la puesta en marcha inicial, se añade agua con
la fibra desde el conducto 12, el surfactante desde el conducto 13 y
otros aditivos en el conducto 14; sin embargo, una vez iniciada la
operación, no se necesita agua y existe simplemente un mantenimiento
de la espuma en el depósito 11 y no sólo generación de espuma.
La espuma sale del fondo del depósito 11, en un
vórtice, al conducto 16 bajo la influencia de la bomba 17. La bomba
17, al igual que todas las demás bombas en el sistema 10,
preferentemente es una bomba centrífuga de desgasificación. La
espuma descargada desde la bomba 17 a través del conducto 18 a otros
componentes.
La Figura 1 ilustra un depósito de retención
opcional 19 en la línea de puntos. El depósito de retención 19 no es
necesario pero puede ser deseable para asegurar una distribución
relativamente uniforme de la fibra en la espuma, en caso de que
exista una variación que se introduzca en la mezcladora 11. Es
decir, el depósito de retención 19 (que es pequeño y suele ser del
orden de magnitud de cinco metros cúbicos) actúa más o menos como un
"depósito de compensación" para uniformar la distribución de la
fibra. Puesto que el tiempo total desde la mezcladora 11 a la cabeza
de máquina 30 suele ser de unos 45 segundos en la práctica del
proceso, el depósito de retención 19 -si se utiliza- proporciona
tiempo para uniformar las variaciones. Cuando se utiliza el depósito
de retención 19, se alimenta espuma desde la bomba 17 en el conducto
20 a la parte superior del depósito 19 y sale por el fondo del
depósito a través del conducto 21 bajo la influencia de la bomba
centrífuga 22 y luego se lleva al conducto 18. Es decir, cuando se
emplea el depósito de retención 19, la bomba 17 no está directamente
conectada al conducto 18, sino solamente a través del depósito
19.
El conducto 18 se extiende a la fosa de tela
metálica 23. La fosa de tela metálica 23 es, por sí misma, un
depósito convencional, de nuevo el mismo que en el sistema del
proceso del papel con depósito de agua convencional, pero con
paredes laterales más altas. Es importante hacer la fosa de tela
metálica 23 de modo que no exista ninguna esquina inactiva y por lo
tanto, el depósito 23 no debe ser demasiado grande. La estructura
convencional 24 que permite que la mezcla de espuma y fibra en el
conducto 18 se introduzca en la bomba centrífuga de desgasificación
25 (que está operativamente conectada adyacente al fondo de la fosa
de tela metálica 23) se describirá ahora con respecto a la Figura 2.
En cualquier caso, la bomba 25 bombea la mezcla de espuma/fibra en
el conducto 18, introducida por el mecanismo 24, y espuma adicional
desde la fosa de tela metálica 23 al conducto 26. Puesto que una
cantidad bastante grande de espuma se introduce en la bomba 25 desde
la fosa de tela metálica 23, normalmente la consistencia en el
conducto 26 es bastante menor que en el conducto 18. La consistencia
en el conducto 18 suele estar comprendida entre el
2-5% de sólidos (fibras), mientras que en el
conducto 26 suele estar entre el 0,2-2,5% (v.g.
aproximadamente 0,5-2,5%), aunque la consistencia en
cada caso puede ser tan alta como de un 12%.
En la fosa de tela metálica 23 no existe ninguna
separación significativa de la espuma en capas de diferente
densidad. Mientras que existe un incremento mínimo hacia el fondo,
ese grado de incremento es pequeño y no afecta al funcionamiento del
sistema.
Desde el conducto 26, la espuma/fibra pasa al
colector 27 que tiene toberas generadoras de espuma 28 asociadas. En
una realización preferible, las toberas 28 -que son toberas de
generación de espuma convencionales (que agitan la espuma en gran
medida) tal como se utilizan en las patentes números 3.716.449,
3.871.952 y 3.938.782 que se incorporan aquí por referencia- están
montadas en el colector 27 y por lo menos un gran número de las
toberas 28 están montadas en el colector 27. Extendiéndose desde
cada tobera 28 hay un conducto 29 que conduce a la cabeza de máquina
30, a través de la cual pasan uno o más alambres de obtención de
papel convencionales o cualquier otro elemento foraminoso
adecuado.
La caja de cabeza 30 tiene una pluralidad de
cajas de aspiración (que suelen ser de tres a cinco) 31 que retiran
la espuma desde el lado opuesto del alambre (elemento foraminoso)
desde la introducción de la mezcla de espuma/fibra y una caja
separadora final 32 situada en el extremo de descarga de la banda
conformada 33 desde la caja de cabeza 30. El número de cajas de
aspiración 31, proporcionadas en la mesa de aspiración para
controlar el drenaje se incrementa para productos más densos o para
un funcionamiento a una más alta velocidad. La banda conformada 33,
que suele tener una consistencia de sólidos de aproximadamente un
40-60% (v.g. aproximadamente 50%) está
preferiblemente sometida a una acción lavadora según se indica
esquemáticamente por la etapa de lavado 34 en la Figura 1. La etapa
de lavado 34 es para eliminar el surfactante. La alta consistencia
de la banda 33 significa que necesita utilizarse una cantidad mínima
de equipo de secado.
La banda 33 pasa desde el dispositivo lavador 34,
más allá de uno o más recubridores opcionales 35, a la estación de
secado convencional 36. En la estación de secado convencional 36,
cuando las fibras sintéticas de la vaina/núcleo (tal como Cellbond)
son parte de la banda 33, la secadora 36 es accionada para elevar
la temperatura de la banda por encima del punto de fusión del
material de la vaina (que suele ser polipropileno) mientras que no
se funde el material del núcleo (que suele ser PET). Por ejemplo,
cuando se utiliza una fibra Cellbond en la banda 33, la temperatura
en la secadora suele ser de unos 130ºC o algo más alta, que esté a
la temperatura de fusión de la fibra de la vaina o a una temperatura
algo más elevada, pero por debajo de la temperatura de fusión de
aproximadamente 250ºC de la fibra del núcleo. De esa forma, se
proporciona una acción ligante por el material de la vaina, pero la
integridad del producto (proporcionada por la fibra del núcleo) no
resulta comprometida.
Los detalles de la introducción de la espuma se
describirán haciendo referencia a las figuras 3 a 6 inclusive.
Las cajas de aspiración 31 descargan la espuma
extraída de la caja de cabeza 30 en el conducto 46 en la fosa de
tela metálica 23. En condiciones normales, no se necesita ninguna
bomba o si se utilizan lo es para dicha finalidad.
Una cantidad importante de la espuma en la fosa
de tela metálica 23 es reciclada a la desfibradora 11. La espuma es
retirada en el conducto 47 por la bomba centrífuga 48 y luego pasa
al conducto 47 a través del dispositivo de medición de la densidad
de línea convencional 49 para la introducción -según se indica
esquemáticamente en 50- de nuevo al depósito 11. Además de
proporcionar una medición de la densidad para la espuma en el
conducto 47 en 49, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 1,
una o más unidades de medición de densidad (tales como densímetros)
49A pueden montarse directamente en el depósito 11.
Además del reciclado de la espuma, existe también
el reciclado del agua en condiciones normales. La espuma retirada de
la última caja de aspiración 32 pasa a través del conducto 51 a un
separador convencional 53, tal como un separador ciclónico. El
separador 53 -por ejemplo, mediante una acción vortical- separa el
aire y el agua desde la espuma introducida en el separador 53 para
obtener agua con muy poco aire contenido. El agua separada pasa al
conducto 54 desde el fondo del separador 53 hacia el depósito del
agua 55. El aire separado por el separador 53 pasa al conducto 56,
con la asistencia del ventilador 57, desde la parte superior del
separador 53 y se descarga a la atmósfera o se utiliza en un proceso
de combustión o se trata de cualquier otro modo.
Un nivel de líquido 58 se establece en el
depósito del agua 55, con algún líquido rebosando hacia el
alcantarillado o instalación de tratamiento, según se indica
esquemáticamente en la referencia 60 en la Figura 1. El agua se toma
también desde debajo del nivel 58 en el depósito 55 a través del
conducto 61 y bajo la influencia de la bomba centrífuga 62 se bombea
al conducto 61 a través de un caudalímetro convencional 63 (que
controla la bomba 62). A la larga, el agua reciclada se introduce
-como se indica en esquemáticamente en la referencia 64 de la Figura
1- a la parte superior de la mezcladora 11.
Los caudales típicos son 4.000 litros por minuto
de espuma/fibra en línea 18, 40.000 litros por minuto de
espuma/fibra en el conducto 26, 3.500 litros por minuto de espuma en
el conducto 47 y 500 litros por minuto de espuma en el conducto
51.
El sistema 10 comprende también varios
componentes de control. Un ejemplo preferido de varias alternativas
para controlar el funcionamiento del sistema comprende un primer
controlador difuso 71 que controla el nivel de la espuma en el
depósito 11. Un segundo controlador difuso 72 controla la adición de
surfactante en el conducto 13. Un tercer controlador difuso 73
controla la formación de la banda en la zona de la caja de cabeza
30. Un cuarto controlador difuso 74 se utiliza con el dispositivo
lavador 34. Un quinto controlador difuso 75 controla los medidores
del pH 15 posiblemente, controla la adición de otros aditivos en el
conducto 14 a la mezcladora 11. El control difuso se utiliza también
para controlar el surfactante y la formación. Un sistema de control
multivariable y un sistema de control Neuronet se proporcionan
también preferiblemente superponiéndose a los demás controles. El
control multivariable se utiliza también para controlar la relación
del efluente en la formación de la banda. Las variables pueden
cambiarse dependiendo de su efecto sobre la regulación del proceso
deseada y el resultado final.
Para poder facilitar el control de los diversos
componentes, en condiciones normales una báscula 76 está asociada
con la introducción de la fibra 12 para poder determinar con
exactitud la cantidad de fibra que se añade por unidad de tiempo.
Puede proporcionarse una válvula 77 en el conducto 13 para controlar
la introducción del surfactante así como una báscula 78. Una válvula
79 puede proporcionarse también en el conducto 14.
En el sistema 10 no se proporciona esencialmente
ninguna válvula para entrar en contacto intencionado con la espuma
en cualquier punto durante su manipulación, con la posible excepción
de las válvulas de control de niveles proporcionadas en las líneas
46.
Además, durante la práctica completa del proceso
del sistema de la Figura 1, la espuma se mantiene bajo condiciones
de cizallamiento relativamente grandes. Puesto que cuanto mayor es
el cizallamiento tanto menor es la viscosidad, es deseable mantener
la espuma con un alto grado de cizallamiento. La mezcla de
espuma/fibra actúa como un pseudoplástico que presenta un
comportamiento no newtoniano.
El uso del proceso del depósito de espuma tiene
varias ventajas en comparación con el proceso de depósito de agua en
particular para productos muy absorbentes. Además de la capacidad
secadora reducida debido a la alta consistencia de la banda 33, el
proceso de la espuma permite una distribución uniforme de
prácticamente cualquier tipo de fibra o partícula (sin
"profundización" excesiva de partículas de alta densidad
mientras que las partículas de baja densidad son objeto de un efecto
"sumidero" en algún modo - no lo son en absoluto en el agua) en
el lodo (y a la larga en la banda) en tanto que las fibras o
partículas tengan un peso específico entre 0,15 y 13 kg/dm^{3}. El
proceso de la espuma permite también la obtención de bandas que
tengan una amplia variedad de pesos base, un producto con mayor
uniformidad y más alto volumen en comparación con los productos del
proceso de depósito de agua y un muy alto nivel de uniformidad.
Puede proporcionarse una pluralidad de cajas de cabeza en secuencia
o dos (o más) estratos pueden obtenerse al mismo tiempo dentro de
una caja de cabeza con un doble alambre, etc. y/o los recubridores
simples 35 pueden utilizarse para proporcionar capas adicionales con
gran simplicidad (como recubrimiento).
La Figura 2 muestra la introducción de la mezcla
de espuma/fibra y la espuma a la bomba centrífuga de desgasificación
25 asociada con la fosa de tela metálica 23. La estructura 24 es
conocida a partir del proceso de Wiggins Teape, tal como se descubre
en las patentes incorporadas aquí por referencia y la espuma/fibra
que pasa al conducto 18 es obligada a redirigirse, como se ilustra,
por el conducto curvado 83, de modo que desde el extremo abierto 84
de la misma la mezcla de espuma/fibra se descarga directamente a la
admisión 85 de la bomba 25. La espuma procedente de la fosa de tela
metálica 23 fluye también hacia la entrada 85, según se ilustra por
las flechas 86. El funcionamiento de la bomba 48, que se realiza
bajo control difuso, controla el nivel en la fosa de tela metálica
23.
Cuando las fibras que se utilizan para obtener la
espuma son especialmente largas, es decir en el orden de magnitud de
varias pulgadas, en lugar de dirigir el conducto 18 a la entrada de
aspiración 85 de la bomba 25 (según se observa en la Figura 2), el
conducto 18 termina en el conducto 26 flujo debajo de la bomba 25.
En este caso, la bomba 17 debe proporcionar, por supuesto, una más
alta presión que la que tendría de otro modo, que sea una presión
suficiente de modo que el flujo desde el conducto 18 es hacia el
conducto 26 a pesar de la presión en el conducto 26 desde la bomba
25.
La Figura 3 ilustra los detalles de una forma de
un aspecto adicional del proceso de la invención sobre introducción
de espuma. La Figura 3 ilustra la espuma per se procedente de
los conductos 45 introduciéndose en la mezcla de espuma/fibra en el
conducto 29, justamente antes de la caja de cabeza 30. Cuando se
utilizan los conductos de inyección 45, no necesitan inyectar espuma
en todos los conductos 29, sino sólo la cantidad suficiente para
alcanzar los resultados deseados. Los resultados deseados
comprenden (como ventaja primaria) un perfil de peso base más
uniforme. Si así se desea, los tubos 29 pueden llevar la espuma
desde las toberas de espuma 29 a una cámara de explosión en la caja
de cabeza 30. Sin embargo, no existe razón real alguna para utilizar
una cámara de explosión en las cajas de cabeza para realizar el
proceso Ahlstrom. Si se utiliza, la cámara de explosión es
exclusivamente para fines de seguridad.
La cantidad de espuma pura añadida en los
conductos 45, y exactamente dónde es añadida, debe determinarse
empíricamente para cada situación, que dependerá de la caja de
cabeza 30 concreta y otro equipo utilizado, del tipo y tamaño de las
fibras y de otras variables. En la mayoría de las circunstancias,
con la adición de espuma pura entre el 2-20% del
volumen de la mezcla de espuma/fibra se consigue los resultados
deseados.
La figura 4 ilustra un ejemplo de caja de cabeza
de alambre inclinada 30I que utiliza dos formas diferentes de
inyección de espuma (la forma ilustrada en la Figura 3 y otra más).
En la caja de cabeza 30I de la Figura. 4, el alambre de formación
convencional inclinado 90 se desplaza en la dirección de la flecha y
con la inyección de espuma en 45, se dispersa la mezcla de
espuma/fibra en la caja de cabeza 30I desde los conductos 29
generalmente como se ilustra en la Figura 4. La espuma es también
introducida en la caja de cabeza 30I a través del conducto 44, de
modo que la espuma fluye generalmente como se ilustra con la flecha
92 en la Figura 4. Es decir, la espuma que fluye en la dirección de
la flecha 92 fluye a lo largo de la superficie superior 93 de la
caja de cabeza 30I. Se puede disponer un desviador 94 en la caja de
cabeza 30I para asegurar el flujo inicial de la espuma en la
dirección 92 desde cada uno de una pluralidad de los conductos
44.
La inclinación (p.e. un ángulo aproximado de 45º)
de la caja de cabeza 30I es preferida por varias razones. Si la
superficie superior 93 de la caja de cabeza 30I está inclinada hacia
arriba en la dirección del desplazamiento del alambre 90, cualquier
burbuja de gas formada en la parte superior de la caja de cabeza 30I
saldrá de la caja 30I por su propia cuenta. Si el alambre 90 que
forma el fondo de la caja 30I es horizontal, la burbuja de gas
permanecerá en la parte superior de la caja de cabeza 30I y deberá
disponerse una estructura especial (por ejemplo, conducto con
válvulas y/o bomba) para eliminarla.
Una razón por la que se introduce la espuma
esencialmente pura en uno o más conductos 44 es para la finalidad de
proporcionar menos cizallamiento de las fibras en la caja de cabeza
30I, de forma que las fibras en el lodo no se hagan unidireccionales
(generalmente en la dirección del desplazamiento del alambre 90).
Bajo los principios básicos de la dinámica de los fluidos, si la
mezcla de espuma/fibra fluye a lo largo de la superficie superior
93, la fricción hará que la orientación de la fibra en la capa
límite se convierta en unidireccional, lo que no es deseable. La
espuma introducida para fluir en la dirección 92 elimina el problema
de la capa límite, actuando como lubricante.
La espuma introducida en los conductos 44 puede
también tener un efecto deseable sobre el perfil de peso base del
lodo de espuma/fibra 91. Asimismo, la espuma introducida en los
conductos 44, que fluye en la dirección 92, mantiene limpia la
superficie superior 90, lo que también es deseable.
La cantidad de espuma introducida de esta manera
(a través de los conductos 44) también debe determinarse
empíricamente en cada situación diferente, pero normalmente la
cantidad óptima se situará dentro de la gama de
1-10% de la mezcla de espuma/fibra introducida por
los conductos 29.
La introducción de la espuma en los conductos 45
(típicamente en un ángulo entre 30 y 90º - compárese las Figuras 3
y 4) como se ilustra en ambas figuras 3 y 4, tiene una finalidad
diferente. La Figura 5 es una vista superior esquemática (que
muestra solamente tres conductos 29, mientras que, normalmente, se
disponen muchos más) de la caja de cabeza 30 (p.e. 30I) que muestra
la diferencia que establece la inyección de espuma pura. Sin la
inyección de espuma sustancialmente exenta de fibra en 45, la mezcla
de espuma/fibra introducida por los conductos 29 se suele distribuir
como se indica por las líneas 91 de las figuras 4 y 5. Sin embargo,
cuando se produce una inyección de espuma en 45, el perfil de peso
base se modifica debido a que existe una mayor dispersión de la
mezcla de espuma/fibra, como se indica esquemáticamente por las
líneas 96 de la Figura 5. El efecto sobre el perfil de peso base se
muestra en la ilustración esquemática de la figura 6. El perfil de
peso base (cuando no hay inyección de espuma), ilustrado por la
línea 91A, comprende una gran protuberancia 97. Sin embargo, cuando
existe inyección de espuma, como se indica por la línea 96a, la
protuberancia 98 es mucho más pequeña. Es decir, el peso base es más
uniforme. El control del perfil se efectúa mediante la adición de
espuma diluyente en el flujo principal del colector 27 (por ejemplo,
antes de las toberas 28) o justamente antes o después de que los
tubos 29 entren en la caja 30I (justamente antes de verse en 45 en
la Figura 4), es decir, después de las toberas 28.
Si así se desea, los tubos 29 pueden llevar la
espuma desde las toberas de espuma 28 hasta una cámara de explosión
en la caja de cabeza 30, 30I. Sin embargo, no hay motivo real para
utilizar una cámara de explosión en las cajas de cabeza para llevar
a la práctica el proceso de la invención. Si se utiliza la cámara
de explosión es solamente por motivos de seguridad.
Como puede verse en la línea de puntos de la
Figura 4, una tobera de espuma 98 puede disponerse en algunos o en
todos los conductos 44. Asimismo, el perfil de peso base se puede
ajustar utilizando el flujo de espuma 92 (solo o en combinación con
el flujo en los conductos 45). Los conductos 44 puede bifurcarse,
una rama en la dirección 92 y otra para interseccionar los flujos
91 (con el desviador 94 retirado o penetrado por la segunda
bifurcación).
Utilizando los conjuntos ilustrados en las
figuras 3 a 5 se constará que pueden ponerse en práctica los
ventajosos procedimientos según la invención.
Según un procedimiento, se realizarán los
siguientes pasos: (a) un primer lodo de espuma, aire, agua, fibras
(p.e. fibras sintéticas o celulósicas, aunque pueden utilizarse
otras fibras, como las fibras de vidrio) y cualquier surfactante
adecuado se alimenta en la caja de cabeza 301 y se pone en contacto
con el elemento foraminoso en movimiento 90; (b) una primera espuma,
esencialmente sin fibras, es introducida - como se indica por la
flecha 92 de la Figura 4 - en contacto con la superficie 93 (por
ejemplo, la superficie superior) de la caja de cabeza 30I en un
punto alejado del elemento foraminoso 90. El paso (b) se suele
realizar para hacer que la espuma fluya a lo largo de la superficie
93 hacia el elemento 90, de forma que se reduzca alk mínimo el
cizallamiento de las fibras en la caja de cabeza 30I, con lo que las
fibras no son unidireccionales, en la dirección general del
desplazamiento del elemento foraminoso 90, y también para mantener
limpia la superficie 93. Y existe el paso (c) de retirada de la
espuma a través del elemento foraminoso 90 para formar una banda
continua fibrosa no tejida en el elemento 90, cuya retirada de
espuma se consigue utilizando las cajas de succión 31, 32 o
cualquier otro dispositivo convencional adecuado para esa finalidad
(tal como por ejemplo, mesas o rodillos de succión, rodillos de
presión o elementos similares).
En la práctica del procedimiento, y la
utilización del sistema, según la presente invención, los parámetros
del proceso de espuma típicos que pueden usarse se definen en la
siguiente tabla (aunque el margen de parámetros puede ser mucho más
amplio si la gama del producto lo es también):
| Parámetro | Valor |
| pH (sustancialmente sistema completo) | Aproximadamente 6,5 |
| Temperatura | Aproximadamente 20-40ºC |
| Presión del colector | 1-1,8 bar |
| Consistencia en la mezcladora | 2,5% |
| Consistencia en la caja de cabeza | 0,2-2,5% |
| Consistencia de aditivos SAP | Aproximadamente 5-20% |
| Consistencia de la banda formada | Aproximadamente 40-60% |
| Variaciones del peso base de la banda | Menos que 1/2% |
| Densidad de la espuma (con o sin fibras) | 250-450 gramos por litro a 1 bar |
| Tamaño burbuja espuma | \begin{minipage}[t]{75mm} 0,3-0,5 mm de diámetro medio (una distribución gausiana) \end{minipage} |
| Contenido en aire de la espuma | \begin{minipage}[t]{75mm} 25-75% (v.g. aprox. 60%; cambia con la presión en el procedimiento). \end{minipage} |
| Viscosidad | \begin{minipage}[t]{75mm} No existe ningún "objetivo" en la viscosidad, pero la espuma suele tener una viscosidad en el orden de 2-5 centipoises bajo condiciones de alto cizallamiento y 200 k-300 k centipoises (200 - 300 Ns/m^{2}) en condiciones de bajo cizallamiento, cuya variación puede ser más amplia dependiendo de la forma de determinar la viscosidad. \end{minipage} |
| Velocidad de formación de la banda | Aprox. 200-500 metros por minuto |
| Peso específico de fibras o aditivos | Cualquier valor en el margen de 0,15 a 13 kg por litro |
(Continuación)
| Parámetro | Valor |
| Concentración de surfactante | \begin{minipage}[t]{75mm} Depende de numerosos factores, tales como la dureza del agua, pH, tipo de fibras, etc. Normalmente entre el 0,1-0,3% de agua en circulación. \end{minipage} |
| Tensión del alambre de formación | Entre 2-10 N/cm |
| Caudal ejemplo | |
| - Mezcladora a fosa de tela metálica | Aprox. 4.000 litros por minuto |
| - Fosa de tela metálica a caja de cabeza | Aprox. 40.000 litros por minuto |
| - Conducto reciclado espuma | Aprox. 3.500 litros por minuto |
| - Retirada por aspiración para reciclado agua | Aprox. 500 litros por minuto |
Es objetivo de la presente invención
proporcionar modificaciones ventajosas del proceso de depósito de
espuma. Aunque la invención ha sido mostrada y descrita en lo que
actualmente se considera como la realización más práctica y
preferida, resulta evidente para expertos en esta técnica que pueden
realizarse numerosas modificaciones sin desviarse del objeto de la
invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (18)
1. Aparato para obtener una banda continua no
tejida de material fibroso, comprendiendo:
un elemento foraminoso móvil (90) en el que puede
formarse una banda continua no tejida;
una caja de cabeza (30I) adyacente a dicho
elemento foraminoso (90) de modo que una mezcla de fibra de espuma,
en dicha caja de cabeza (30I) deposite fibras sobre dicho elemento
foraminoso (90) comprendiendo dicha caja de cabeza (30I) un techo
(93);
medios (29) para introducir una mezcla de
fibra/espuma en la caja de cabeza (30I) y
medios (31, 32) para retirar espuma a través de
dicho elemento foraminoso (90) para formar una banda continua
fibrosa no tejida sobre dicho elemento foraminoso (90);
caracterizado
porque
en la zona de dicha caja de cabeza (30I), dicho
elemento foraminoso (90) forma un fondo de la caja de cabeza (30I)
dispuesta opuesta a dicho techo (93) y converge hacia el techo (93)
en la dirección de movimiento del elemento foraminoso (90) y
dicho aparato comprende, además, medios para
pasar una espuma prácticamente libre de fibra al interior de dicha
caja de cabeza (30I) en contacto con la superficie del techo en una
posición alejada desde dicho elemento foraminoso (90) de tal forma
que dicha espuma prácticamente libre de fibra fluya a lo largo de
dicha superficie de techo hacia el elemento foraminoso (90).
2. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado por disponer de medios (45) para introducir
espuma prácticamente libre de fibra en dichos medios (29) para
introducir una mezcla de espuma/fibra en la caja de cabeza (30I)
inmediatamente antes de dicha caja de cabeza (30I) de modo que
proporcione un perfil de peso base más uniforme de la banda continua
no tejida obtenida.
3. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios (29) para introducir una
mezcla de espuma/fibra en dicha caja de cabeza (30I) comprende
aberturas en una superficie adicional de la caja de cabeza
(30I).
(30I).
4. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos medios (44) para pasar una espuma
prácticamente libre de fibra a dicha caja de cabeza (30I) en
contacto con la superficie de techo en una posición alejada del
elemento foraminoso comprende por lo menos un conducto (44) que se
abre adyacente a dicha superficie de techo para hacer que la espuma
fluya a lo largo de dicha superficie de techo hacia el elemento
foraminoso (90) de modo que reduzca al mínimo el corte de fibras en
dicha caja de cabeza (30I) de forma que las fibras no se hagan
unidireccionales.
5. Aparato según la reivindicación 4,
caracterizado por un desviador (94) adyacente a dichos medios
(44) para pasar una espuma prácticamente libre de fibras (92) al
interior de la caja de cabeza (30I) en contacto con dicha superficie
de techo en una posición alejada del elemento foraminoso para
asegurar un flujo inicial de la espuma introducida a lo largo de
dicha superficie de techo.
6. Aparato según la reivindicación 4,
caracterizado porque dicho elemento foraminoso (90) se
desplaza formando un ángulo con la horizontal y vertical, siendo
dicha caja de cabeza (30I) una caja de cabeza inclinada.
7. Aparato según la reivindicación 2,
caracterizado porque dichos medios (29) para introducir dicha
mezcla de espuma/fibra en la caja de cabeza (30I) comprende una
pluralidad de toberas formadoras de espuma y una pluralidad de
primeros conductos (29) que conectan dichas toberas a dicha caja de
cabeza (30I) y porque dichos medios (45) para introducir espuma
prácticamente libre de fibra en los medios (29) para introducir
dicha mezcla de espuma/fibra en la caja de cabeza (30I) comprende
una pluralidad de segundos conductos (45) asociados con por lo menos
algunos de los primeros conductos (29) y formando un ángulo con
respecto a dichos conductos inmediatamente antes de la caja de
cabeza (30I).
8. Procedimiento para obtener una banda continua
no tejida de material fibroso utilizando un elemento foraminoso
móvil 90 y una caja de cabeza (30I) que tiene un techo (93), en el
que en la zona de la caja de cabeza (30I) el elemento foraminoso
(90) forma un fondo de la caja de cabeza (30I) dispuesto opuesto a
dicho techo (93) y converge hacia el techo (93) en la dirección de
movimiento del elemento foraminoso (90), comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de:
- (a)
- alimentar un lodo de espuma de aire, agua, fibras y surfactante en la caja de cabeza (30I) y en contacto con el elemento foraminoso móvil (90);
- (b)
- pasar un lubricante al interior de la caja de cabeza (30I) en contacto con la superficie de techo en una posición alejada del elemento foraminoso (90) de tal forma que el lubricante fluya a lo largo de dicha superficie de techo hacia el elemento foraminoso (90);
- (c)
- retirar espuma a través del elemento foraminoso (90) para formar una banda fibrosa no tejida sobre el elemento foraminoso (90).
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado por realizar la etapa (b) para reducir al
mínimo el cizallamiento de fibras en la caja de cabeza (30I) de modo
que las fibras no se hagan unidireccionales, en la dirección de
movimiento del elemento foraminoso (90).
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado por realizar la etapa (b) utilizando una
primera espuma prácticamente libre de fibras.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por realizar la etapa (b) para mantener limpia
dicha superficie del techo.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por la etapa adicional de hacer pasar una
segunda espuma prácticamente libre de fibra al lodo de espuma
inmediatamente antes de que se alimente dicho lodo de espuma la
interior de la caja de cabeza (30I) de modo que proporcione un
perfil de peso base más uniforme de la banda continua no tejida (33)
obtenida.
13. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por realizar la etapa (a) de modo que el lodo
de espuma fluya en prácticamente la misma dirección que la primera
espuma sustancialmente libre de fibra.
14. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por realizar la etapa (b) proporcionando la
caja de cabeza (30I) con un desviador (94) para servir de ayuda al
dirigir la primera espuma prácticamente libre de fibra a lo largo
de la superficie del techo y de modo que no se mezcle inicialmente
con el lodo de espuma introducido en la caja de cabeza (30I).
15. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado por realizar las etapas (a) y (b) de modo que
el volumen de la espuma prácticamente libre de fibra en la etapa (b)
esté comprendido entre 1 - 10% aproximadamente del volumen del lodo
de espuma en la etapa (a).
16. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado por utilizar dicho lubricante para ajustar el
perfil de peso base de la banda continua no tejida obtenida.
17. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado por obtener una banda continua no tejida que
tiene una resistencia aproximada de 40 - 60% y una variación de peso
base de menos de 1/2% antes de cualquier secado adicional de la
banda continua.
18. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque el volumen del flujo de la segunda
espuma prácticamente libre de fibra que pasa al lodo de espuma
inmediatamente antes de que este lodo de espuma se alimente a la
caja de cabeza (30I) está comprendido entre 2 y 20% aproximadamente
del volumen del flujo en la etapa (a).
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