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DE10033805A1 - Verfahren zur Behandlung einer Faserstoffsuspension und Fluffer zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Behandlung einer Faserstoffsuspension und Fluffer zur Durchführung des Verfahrens

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DE10033805A1
DE10033805A1 DE10033805A DE10033805A DE10033805A1 DE 10033805 A1 DE10033805 A1 DE 10033805A1 DE 10033805 A DE10033805 A DE 10033805A DE 10033805 A DE10033805 A DE 10033805A DE 10033805 A1 DE10033805 A1 DE 10033805A1
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fiber
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fiber material
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Joerg Rheims
Klaus Doelle
Oliver Heise
Werner Witek
Flanigan Shawn
Robert J Matz
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Voith Patent GmbH
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Voith Paper Patent GmbH
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Publication date
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Behandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Kartonherstellung dienenden Faserstoffsuspension für eine Anlagerung wenigstens eines Zusatzstoffes, insbesondere Füllstoffes, an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials erfolgt die Behandlung der Faserstoffsuspension zumindest teilweise in einem Fluffer, in dem das Fasermaterial der Fasersuspension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Fasermaterialoberfläche optimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Kartonherstellung dienenden Faserstoffsuspension für eine Anlagerung wenigstens eines Zusatzstoffes, insbesondere Füll­ stoffes, an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Der insbesondere auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen er­ forderliche schonende Umgang mit Rohstoffressourcen äußert sich bei der Papierherstellung in zunehmend niedrigeren Flächengewichten der Pa­ pierbahn sowie im teilweisen Ersatz des Faserstoffes durch Füllstoffe. Um eine möglichst starke Bindung der Füllstoffe an die Faseroberfläche zu er­ reichen, erfolgt die entsprechende Behandlung in jüngster Zeit durch ei­ nen sogenannte "Fiber LoadingTM"-Prozeß, wie er u. a. in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Bei einem solchen "Fiber LoadingTM"-Prozeß wird an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials wenigstens ein Zusatz­ stoff, insbesondere Füllstoff, angelagert. Dabei können die Fasern bei­ spielsweise mit Calciumcarbonat beladen werden. Hierzu wird dem feuchten, desintegrierten Fasermaterial Calciumoxid und/oder Calcium­ hydroxid so zugesetzt, wobei zumindest ein Teil davon sich mit dem zu­ sätzlich zum Fasermaterial vorhandenen Wasser assoziieren kann. Das so behandelte Fasermaterial wird anschließend mit reinem Kohlendioxid oder mit Kohlendioxid enthaltenden Medium beaufschlagt. Überdies kann das entstandene CaCO3 um die Fasern eine Suspension bilden.
Im übrigen kann beim Beladen der Fasern mit einem jeweiligen Zusatz- oder Füllstoff insbesondere so vorgegangen werden, wie dies beispielsweise in der US-A-5 223 090 beschrieben ist. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufge­ nommen.
Für den zuvor genannten "Fiber Loading TM"- Prozeß ist eine Vorbehand­ lung der Papiersuspension erforderlich. Es besteht nun aber das Problem, daß bisher keine für einen solchen Prozeß optimal geeignete Maschine zur Verfügung steht.
Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in optimaler Wei­ se für den zuvor genannten "Fiber Loading TM"-Prozeß geeignet sind.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behandlung der Faserstoffsuspension zumindest teilweise in einem Fluffer erfolgt, in dem das Fasermaterial der Fasersuspension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Faser­ materialoberfläche optimiert wird.
Der Fluffer kann sowohl vor, in als auch nach wenigstens einem Reaktor oder dergleichen vorgesehen sein.
In dem Fluffer wird die spezifische Oberfläche der Faserstoffsuspension vergrößert, wodurch sich eine weitergehende Verbesserung der Homogeni­ sierung ergibt und der "Fiber Loading TM"-Prozeß entsprechend optimiert wird.
Eine Prozeßoptimierung wird insbesondere dadurch erreicht, daß das Fa­ sermaterial durch eine Zahngeometrie aufweisende Flufferscheiben und/oder Messer des Fluffers mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglich­ keit für die Edukte an die Fasermaterialoberfläche optimiert wird.
Der Arbeitsbereich des Fluffers wird vorzugsweise unter Druck gesetzt. Der jeweilige Druckwert kann insbesondere in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 bar liegen.
Vorteilhafterweise sind Volumen und Massenstrom der Faserstoffsuspen­ sion in einem Bereich von etwa 5 tato bis etwa 1500 tato regelbar.
Die Temperatur der der Vorbehandlung unterzogenen Faserstoffsuspensi­ on ist zweckmäßigerweise in einem Bereich von etwa 5°C bis etwa 250°C regelbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird der Faserstoffsuspension Zusatzstoff, beipielsweise PCC (Preci­ pitated Calcium Carbonate) oder FLPCCTM (Fiber Loaded Precipitated Cal­ cium Carbonate), in einem Anteil von etwa 15% bis etwa 40%, vorzugs­ weise von etwa 20% bis etwa 25%, zugegeben.
Für die Faserstoffsuspension kann insbesondere vor der Reaktion mit dem CO2 ein pH-Wert von etwa 10 bis etwa 13 eingestellt werden.
Der Faserstoffsuspension kann vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer CaCO3 zugegeben werden.
Für die Temperatur des CaCO3 wird vorzugsweise ein Wert von etwa -10°C bis etwa 250°C gewählt.
Grundsätzlich ist es auch möglich, der Faserstoffsuspension vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) zuzugeben.
Dabei kann das Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) insbesondere in einem Anteil von etwa 1% bis etwa 60% zugegeben werden.
Die Kalkpartikeloberfläche kann z. B. größer als 30 000 cm2/g gewählt werden.
Die Weite des zwischen den Flufferscheiben gebildeten Spaltes ist vor­ zugsweise in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 100 mm regelbar.
Der Energieeintrag wird vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 5 kWh/t bis etwa 200 kWh/t gewählt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist entsprechend dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen mit einer Faserstoffsuspensions-Zuführung verse­ henen Fluffer umfaßt, in dem das Fasermaterial der Fasersuspension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Faser­ materialoberfläche optimiert wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer zur Vorbehand­ lung einer Faserstoffsuspension verwendeten Fluffers mit zugeordnetem Antriebsmotor,
Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung des Fluffers gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine rein beispielhafte, mit wenigstens einem Fluffer vorzugsweise gemäß Fig. 1 versehene Anordnung insbesondere für einen soge­ nannten "Fiber LoadingTM"-Prozeß.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung einen Fluffer 10, der zur Vorbehandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Karton­ herstellung dienenden Faserstoffsuspension vorgesehen ist. Die betreffen­ de Behandlung dient der Anlagerung wenigstens eines Zusatzstoffes, ins­ besondere Füllstoffes, an die benetzten Faseroberflächen des Fasermateri­ als. Dieses Beladen der Fasern mit Zusatz- bzw. Füllstoff kann insbeson­ dere entsprechend dem zuvor genannten "Fiber Loading TM"-Prozeß erfol­ gen.
Der Fluffer 10 ist mit einer oder mehrere Zahngeometrien und/oder Mes­ ser aufweisenden Flufferscheiben 12 versehen, zwischen denen ein Spalt 14 gebildet wird, in dem das Fasermaterial der Faserstoffsuspension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Faser­ materialoberfläche optimiert wird. Alternativ oder zusätzlich können auch Messer vorgesehen sein.
Die Faserstoffsuspension wird dem Fluffer 10 über eine Zuführung 16 zu­ geführt.
Überdies besitzt der Fluffer 10 einen vorzugsweise variabel einstellbaren Faserstoffsuspensions-Auslaß 18.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft die Zuführung 16 hori­ zontal. Dagegen wird die in dem Fluffer 10 vorbehandelte Faserstoffsus­ pension über den Auslaß 18 nach unten abgeführt.
Der Fluffer 10 wird von einem Elektromotor 20 (vgl. Fig. 1) angetrieben, mit dem er über eine Kupplung 22 verbunden ist.
Der Arbeitsbereich 24 des Fluffers 10 ist unter Druck setzbar. Dabei kann der vorzugsweise variabel einstellbare Druckwert beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,1 bis 20 bar liegen.
Volumen und Massenstrom der Faserstoffsuspension sind beispielsweise in einem Bereich von etwa 5 tato bis etwa 1500 tato regelbar.
Die Temperatur der in dem Fluffer 10 vorbehandelten Faserstoffsuspensi­ on kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 5°C bis etwa 250°C regelbar sein.
Der Faserstoffsuspension wird Zusatzstoff, beipielsweise PCC (Precipitated Calcium Carbonate) oder FLPCCTM (Fiber Loaded Precipitated Calcium Carbonate), in einem Anteil von beispielsweise etwa 15% bis etwa 40% zugegeben, vorzugsweise von etwa 20% bis etwa 25%.
Die vorgenommene Behandlung der Faserstoffsuspension kann z. B. so erfolgen, daß sich vor der Reaktion mit dem CO2 ein pH-Wert von etwa 10 bis etwa 13 einstellt.
Der Faserstoffsuspension kann vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer 10 insbesondere CaCO3 zugegeben werden. Dabei kann die Tempe­ ratur des CaCO3 beispielsweise einen Wert von etwa -10°C bis etwa 250°C besitzen.
Es ist auch möglich, der Faserstoffsuspension vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer 10 Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) zuzugeben.
Dabei kann Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) insbesondere in einem Anteil von etwa 1% bis etwa 60% zugegeben werden.
Vorzugsweise wird eine Kalkpartikeloberfläche größer als 30 000 cm2/g gewählt.
Die Weite des zwischen den Flufferscheiben 12 gebildeten Spaltes 14 ist beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 100 mm regel­ bar. Dazu kann z. B. ein in Richtung des Doppelpfeiles F verstellbarer Schieber 26 vorgesehen sein. (vgl. insbesondere Fig. 2)
Der Energieeintrag in die Faserstoffsuspension liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 5 kWh/t bis etwa 200 kWh/t.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine rein beispielhafte, mit we­ nigstens einem Fluffer 10 versehene Anordnung insbesondere für einen sogenannten "Fiber LoadingTM"-Prozeß. Der bzw. die Fluffer 10 können insbesondere so ausgeführt sein, wie die anhand der Fig. 1 und 2 be­ schrieben wurde.
Wie anhand dieser Fig. 3 zu erkennen ist, kann ein jeweiliger Fluffer 10 vor oder nach wenigstens einem Reaktor 28, 28' angeordnet sein.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Fluffer 10 zwischen einem Refiner 30 und wenigstens einem Reaktor 28, 28' vorgesehen. Al­ ternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise auch möglich, einen solchen Fluffer 10 zwischen dem wenigstens einen Reaktor 28, 28' und einem Tank 32 vorzusehen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel folgt auf den Tank 32 wieder ein Refiner 34, wonach es zur Papiermaschine PM geht. Auch die weiteren in dieser Fig. 3 enthaltenen Angaben sind rein bei­ spielhaft.
Bezugszeichenliste
10
Fluffer
12
Flufferscheiben.
14
Spalt
16
Fasersuspensions-Zuführung
18
Fasersuspensions-Auslaß
20
Elektromotor
22
Kupplung
24
Arbeitsbereich
26
Schieber
28
Reaktor
28
' Reaktor
30
Refiner
32
Tank
34
Refiner
F Doppelpfeil
PM Papiermaschine

Claims (25)

1. Verfahren zur Behandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Kartonherstellung dienenden Faserstoffsuspension für eine Anlage­ rung wenigstens eines Zusatzstoffes, insbesondere Füllstoffes, an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Faserstoffsuspension zumindest teilweise in einem Fluffer (10) erfolgt, in dem das Fasermaterial der Fasersus­ pension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Fasermaterialoberfläche optimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluffer (10) das Fasermaterial in Individualfasern ge­ spalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluffer (10) zur Vorbehandlung der Faserstoffsuspension verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluffer (10) mit eine Zahngeometrie aufweisenden Fluffer­ scheiben (12) und/oder mit Messern verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich des Fluffers (10) unter Druck gesetzt wird, dessen Wert vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 bar liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Volumen und Massenstrom der Faserstoffsuspension in einem Bereich von etwa 5 tato bis etwa 1500 tato regelbar sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der der Behandlung unterzogenen Faserstoff­ suspension in einem Bereich von etwa 5°C bis etwa 250°C regelbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoffsuspension Zusatzstoff in einem Anteil von etwa 15% bis etwa 40%, vorzugsweise von etwa 20% bis etwa 25%, zu­ gegeben wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Faserstoffsuspension ein pH-Wert von etwa 10 bis etwa 13 eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoffsuspension vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer (10) CaCO3 zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Temperatur des CaCO3 ein Wert von etwa -10°C bis et­ wa 250°C gewählt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoffsuspension vor und/oder in und/oder nach dem Fluffer (10) Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) zugegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ca(OH)2 (gelöschter Kalk) in einem Anteil von etwa 1% bis etwa 60% zugegeben wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalkpartikeloberfläche größer als 30 000 cm2/g gewählt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Weite des zwischen den Flufferscheiben (12) gebildeten Spaltes (14) in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 100 mm regelbar ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieeintrag in einem Bereich von etwa 5 kWh/t bis etwa 200 kWh/t gewählt wird.
17. Vorrichtung zur Behandlung einer insbesondere der Papier- und/oder Kartonherstellung dienenden Faserstoffsuspension für ei­ ne Anlagerung wenigstens eines Zusatzstoffes, insbesondere Füll­ stoffes, an die benetzten Faseroberflächen des Fasermaterials, ins­ besondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit einer Faserstoffsuspensions-Zuführung (16) ver­ sehenen Fluffer (10) umfaßt, in dem das Fasermaterial der Faser­ suspension mit dem Ziel gespalten wird, die spezifische Oberfläche des Fasermaterials derart zu vergrößern, daß die Zugänglichkeit für die Edukte an die Fasermaterialoberfläche optimiert wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluffer (10) zum Spalten des Fasermaterials in Individualfa­ sern ausgeführt ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluffer (10) vor oder in oder nach wenigstens einem Reaktor (28, 28') angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluffer (10) mit eine Zahngeometrie aufweisenden Fluffer­ scheiben und/oder mit Messern versehen ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich (24) des Fluffers (10) unter Druck setzbar ist, wobei der vorzugsweise variabel einstellbar Druckwert in einem Be­ reich von vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 20 bar liegt.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluffer (10) mit einem vorzugsweise variabel einstellbaren Faserstoffsuspensions-Auslaß (18) versehen ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Volumen und Massenstrom der im Fluffer (10) vorbehandelten Faserstoffsuspension regelbar und vorzugsweise Werte in einem Be­ reich von etwa 5 tato bis etwa 1500 tato einstellbar sind.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der im Fluffer (10) vorbehandelten Faserstoff- Suspension regelbar ist und vorzugsweise Werte in einem Bereich von etwa 5°C bis etwa 250°C einstellbar sind.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine vor dem Fluffer in den Faserstoffsuspensions­ strom mündende und/oder wenigstens eine direkt in den Fluffer (10) mündende Zusatzstoff-Zuführung vorgesehen ist.
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