DE10317719A1

DE10317719A1 - Verfahren zum Einstellen des Aschegehalts einer Faserstoffsuspension und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10317719A1
Application number: DE2003117719
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dölle
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

Ein Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumkarbonat umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension (Bereich 44), Entwässern der Faserstoffsuspension, bis eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension entsteht (Bereich 46), Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid (Anschluss 32) in die feuchte Faserstoffsuspension und Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid. In einer Anordnung (10) zur Durchführung des Verfahrens wird der Aschewert der Faserstoffsuspension überprüft und mittels einer einen Regler umfassenden Regeleinrichtung auf einen gewünschten Wert eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen einer Faserstoffsuspension mit Kalziumkarbonat.

Es sind bereits mehrere Verfahren zum Beladen von Zellstofffasern mit Kalziumkarbonat bekannt. In der US 5 223 090 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Fasermaterial mit langgestreckten Fasern mit einer einen Hohlraum umgebenden Zellwand eingesetzt wird, wobei die Fasern eine Feuchtigkeit haben, die ausreicht, um einen entwässerten Brei einer Pulpe zu bilden. Dabei haben die Fasern einen Feuchtegehalt, der einem Anteil von 40 – 50 % des Gewichts der Fasern entspricht. Das Wasser ist im wesentlichen im Innern der Fasern und innerhalb der Faserwände vorhanden. Anschließend wird alternativ Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid zu der Pulpe hinzugefügt, so dass wenigstens ein Teil des eingebrachten Kalziumoxids oder Kalziumhydroxids mit dem in der Pulpe vorhandenen Wasser assoziiert wird. Anschließend wird das faserförmige Zellulosematerial mit Kohlendioxid in Verbindung gebracht, wobei es gleichzeitig einem Scher-Mischverfahren unterworfen wird, um ein Fasermaterial mit einer beträchtlichen Menge Kalziumkarbonat in dem hohlen Innern und innerhalb der Faserwände der Zellulosefasern zu erzeugen.

Weitere Verfahren und Anordnungen zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff oder Hilfsstoff sind aus der DE 101 07 448 A1 und der DE 101 13 998 A1 bekannt.

Mit Hilfe dieser bekannten Verfahren lassen sich Zigarettenpapier, Karton- und Verpackungspapiere aller Art, Sackkraftpapier aller Art und Filterpapier herstellen. Für die Herstellung von Zigarettenpapier gilt folgendes: Zigarettenpapier ist ein Papier mit einem Flächengewicht von 16 – 26 g/m². Es wird oft mit Wasserzeichen versetzt und soll sehr dünn, glimmfähig und geschmacklos sein. Außerdem soll es gute optische Werte bezüglich des Weißgrades aufweisen. Die Glimmfähigkeit wird meistens durch Imprägnierungen erreicht, um eine gut aussehende weiße Asche zu hinterlassen. Zigarettenpapier wird meistens aus Leinen oder Hanffasern, Baumwolle, Sulfatzellstoff, Papiermaschinenausschuss sowie aus anderen Faserquellen hergestellt. Der Füllstoffgehalt von Zigarettenpapier beträgt zwischen 5 und 40 %, wobei 30 % als Standardwert angesehen wird.

Verpackungspapiere und Pappen lassen sich in drei Hauptklassen unterteilen: Kistenpappe für Verpackungsanwendungen, Kistenpappe für Anwendungen im Bereich der Konsumentenverpackungen und Spezialpapiere wie Tapeten, Buchrücken, etc.. Verpackungspapiere werden üblicherweise als mehrlagiges Produkt mit Flächengewichten über 150 g/m² hergestellt. Der Mahlgrad variiert von 600 – 50 CSF oder 20 – 80 °SR, bezogen auf das hergestellte Endprodukt.

Sackpapiere benötigen eine hohe Porosität und hohe mechanische Festigkeit, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, die durch die raue Behandlung während des Füllvorgangs und während der Dauer der Verwendung entsteht, wie beispielsweise bei Zementsäcken. Das Papier muss stark genug sein, um Schläge zu absorbieren und dementsprechend eine hohe Energieabsorptionsrate aufweisen. Das Sackpapier muss auch porös und genügend luftdurchlässig sein, um eine einfache Befüllung zu gewährleisten. Sackpapiere werden üblicherweise als ein Produkt mit Flächengewichten zwischen 70 und 80 g/m² aus einem Langfaser-Kraftzellstoff und mit einem Mahlgrad zwischen 600 – 425 CSF oder 20 – 30 °SR hergestellt. Außerdem wird ein mittlerer Mahlgrad, wie oben beschrieben, angestrebt, der meistens durch eine Hochkonsistenzmahlung erreicht wird, während bei konventionelle Papiersorten, beispielsweise graphischen Papieren, eine Niedrigkonsistenzmahlung zum Einsatz kommt. Das Ergebnis der Hochkonsistenzmahlung sind gute Verbindungen der Fasern unter einander sowie eine hohe Porosität. Das Sackkraftpapier wird überwiegend aus gebleichten und ungebleichten Fasern hergestellt, wobei ein Füllstoffgehalt von 5 – 15 % im hergestellten Sackpapier vorhanden sein kann.

Filterpapier benötigt eine hohe kontrollierte Porosität und Porenverteilung. Es muss eine genügend hohe mechanische Festigkeit aufweisen, um dem Durchfluss des zu filternden Mediums entgegenzuwirken.

Filterpapier wird mit einem Flächengewicht von 12 – 1200 g/m² produziert. Zum Beispiel beträgt es bei einem Luftfilter zwischen 100 und 200 g/m², bei einem Öl- und Treibstofffilter zwischen 50 und 80 g/m², bei einem Lebensmittelfilter bis zu 1000 g/m², bei einem Kaffeefilter bis zu 100 g/m², bei einem Teebeutel zwischen 12 und 20 g/m2 und bei einem Staubsaugerbeutel zwischen 100 und 150 g/m². Alle Filter werden aus einer Vielzahl von Fasern, wie Zellstofffasern, gebleichten und ungebleichten Fasern, Kraftzellstoff, DIP-(Deinked-)-Papier, recycelten Fasern, TMP-(thermomechanischem)-Papier, etc. hergestellt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung des Aschegehalts anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten:

– Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension,
– Entwässern der Faserstoffsuspension, bis eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension entsteht,
– Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid in die feuchte Faserstoffsuspension,
– Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und
– Überprüfen des Aschewertes der Faserstoffsuspension und Einstellen auf einen gewünschten Wert.

Mittels der gemäß der Erfindung vorgesehenen Regelung wird der Aschegehalt der Faserstoffsuspension überprüft und bei Feststellung einer Abweichung vom gewünschten Wert auf diesen eingeregelt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Von Vorteil ist insbesondere ein Verfahren, bei dem die Faserstoffsuspension in einem weiteren Verfahrensschritt anschließend in einer Anordnung mit einem Stator und einem Rotor mit niedriger Scherenergie vermischt wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Faserstoffsuspension unter niedrigem Druck vermischt wird. Der Druck kann beispielsweise im Bereich von 0,05 – 10 bar, insbesondere von 0,1 – 5 bar, liegen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Durchführung eines der oben aufgeführten Verfahren. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- oder eine Regeleinrichtung zur Einstellung bzw. Regelung des Aschegehalts umfasst.

Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, den Aschegehalt einer nach der Fiber-Loading-Technologie hergestellten Faserstoffsuspension in einem Bereich zwischen 0,1 und 75 % zu regeln.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung eine Entnahmepumpe zur Entnahme von Faserstoff und eine Messeinrichtung zur Messung des Aschegehalts umfasst.

Ebenfalls von Vorteil ist der Einsatz eines Reglers in der Regeleinrichtung. Dieser regelt beispielsweise die Zufuhr von Kohlendioxid, von Kalziumhydroxid, von Wasser und/oder von weiteren Chemikalien.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Beladen von in einer Faserstoffsuspension enthaltenen Fasern mit einem Füllstoff durch eine chemische Fällungsreaktion mit einem Pumpdisperger,
2 eine Ansicht des Pumpdispergers gemäß 1 in Richtung der Pfeile A und
3 eine schematische Darstellung der Regelanordnung.
Eine Faserstoffsuspension wird in einer Vorrichtung 10 (1) einem Pumpdisperger, das heißt einem Pumpfluffer 12, zugeführt und in diesem durch Scherkrafte beaufschlagt, um das Fasermaterial in Individualfasern aufzubrechen, das heißt die Oberflächen der Fasern freizulegen und entsprechend die Kontaktfläche zu vergrößern. Dabei wird der Pumpdisperger 12 gleichzeitig als Reaktor für eine chemische Fällungsreaktion benutzt. Er kann insbesondere so ausgeführt sein, dass sich in einem Reaktionskanal 14 eine Reduktion der Fließgeschwindigkeit der Faserstoffsuspension ergibt. Im vorliegenden Fall ist er so ausgeführt, dass die Faserstoffsuspension ausgehend von einem zentralen, radial inneren Bereich allgemein radial nach außen transportiert wird.
Der Reaktionskanal 14 des Pumpdispergers 12 ist zumindest teilweise durch strukturierte Oberflächen begrenzt, die beispielsweise durch eine jeweilige Zahn- oder Messergarnitur gebildet sein können. Der Reaktionskanal 14 ist zwischen zwei einander gegenüberliegenden Platten 16 mit strukturierten Oberflächen gebildet, zwischen denen die Faserstoffsuspension radial nach außen transportiert wird.
Dem Pumpdisperger 12 ist eine Pfropfenschnecke 18 vorgeschaltet, um die Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens zu verdichten. Der Pfropfenschnecke 18 ist eine Zuführschnecke 20 vorgeschaltet, die in einem zumindest im wesentlichen zylindrischen Kanal oder Gehäuse 22 angeordnet ist. Der Kanal 22 hat einen Anschluss 24 zum Zuführen eines Gemisches, das beispielsweise zumindest aus der Faserstoffsuspension, Wasser und Kalziumoxid und/oder Kalziumhydroxid besteht.
Die Pfropfenschnecke 18 ist drehbar in einem kegelförmigen Kanal 26 angeordnet, dessen Querschnitt sich in Stoffflussrichtung S verjüngt, um die Faserstoffsuspension unter Bildung eines Pfropfens in einem sich an die Pfropfenschnecke 18 anschließenden, unmittelbar vor dem Pumpdisperger 12 angeordneten Kanal 28 zu verdichten. Dieser unmittelbar vor dem Pumpdisperger 12 angeordnete Kanal 28 ist mit einer Förderschnecke 30 versehen und weist einen Anschluss 32 zum unmittelbaren Einleiten von Kohlendioxid in die nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension auf. Die Schnecken 18, 20, 30 besitzen entweder eine gemeinsame Antriebswelle 34, oder sie sind zumindest teilweise getrennt antreibbar. Durch ein im Zentrum der Pfropfenschnecke 18 vorgesehenes Drallkreuz 36 wird der Pfropfen aufgelockert, und entsprechend werden die Oberflächen des Fasermaterials vergrößert. Die einander gegenüberliegenden strukturierten Oberflächen der Platten 16 erzeugen Scherkräfte im Faserstoff, wodurch die Kontaktfläche des mit dem an den Fasern angelagerten Kalziumhydroxid reagierenden Kohlendioxids vergrößert und somit eine schnelle und effiziente Reaktion gewährleistet wird.
Der Pumpdisperger 12 hat einen zumindest im wesentlichen tangential zu den Platten 16 angeordneten Auslauf 38 für die eingedickte beladene Faserstoffsuspension. Optional kann auch in diesem Bereich noch eine Kohlendioxid-Zuführung vorgesehen sein, um den gewünschten pH-Wert einzustellen.
Überdies kann der Pumpdisperger 12 einen zumindest im wesentlichen tangential zu den Platten 16 angeordneten Zulauf 40 zur Verdünnung des beladenen Stoffs mit Wasser und/oder Kalziumhydroxid, insbesondere aus einer vorgeschalteten Stoffeindickung, auf weniger als 6 %, vorzugsweise 3 – 6 %, besitzen. Durch die entsprechende Verdünnung wird der Stoff wieder pumpfähig.
Die Faserstoffsuspension wird beispielsweise durch Auflösen von Zellstoff oder Altpapier mit Zuschlagstoffen in einem Stofflöser 42 erzeugt oder als nicht getrockneter Faserstoff dem Beladungsprozess zugeführt.
Anschließend wird in einem Bereich 44 Kalziumoxid oder Kalziumhydroxid, letzteres in trockener oder flüssiger Form, zugeführt und mit der Faserstoffsuspension durchmischt. In einem Bereich 46 wird die Faserstoffsuspension anschließend durch Entwässern soweit eingedickt, bis ein noch feuchter Brei entsteht. Auf diese Weise entsteht eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension.
Von dem Bereich 46 wird dann die beladene Faserstoffsuspension in den Pumpdisperger 12 geleitet, in dem das Kohlendioxid eingebracht wird.
An eine Anschlussstelle innerhalb des in 1 und 2 dargestellten Faserbeladungsprozesses, in 3 vereinfacht mit dem Bezugszeichen 48 dargestellt, wird an den Strom 50 des beladenen Faserstoffs eine Entnahmepumpe 52 angeschlossen, die entweder kontinuierlich oder in vorgegebenen Intervallen im Batchbetrieb Faserstoff im Bereich 46 oder über einen an dem Pumpdisperger 12 angebrachten Anschluss entnimmt. Mittels einer Messeinrichtung 54 entsteht aus dem von dieser als Regelgröße gemessenen Aschegehalt des Faserstoffs eine Signalgröße, die sie einem Regler 56 zuführt.
Um eine eingestellte Soll- oder Führungsgröße 52 einzuregeln, verändert der Regler 56 als Signalgrößen die Kohlendioxid-Zugabe 58, die Kalziumoxid- oder Kalziumhydroxid-Zugabe 60 und/oder die Wasser-Zugabe 62 sowie optional weitere Chemikalien 64 entsprechend der vorgegebenen Sollgröße. In Fließrichtung vor der Messeinrichtung 54 ist zusätzlich eine Zugabestelle 66 für Verdünnungswasser vorgesehen. Mit dieser Regeleinrichtung ist es möglich, den Aschegehalt in der Faserstoffsuspension in einem Bereich zwischen 0,1 und 75 otro (Trockengehalt der Faserstoffsuspension) zu regeln.

10: Vorrrichtung
12: Pumpdisperger, Fluffer
14: Reaktionskanal
16: Platte
18: Pfropfenschnecke
20: Zuführschnecke
22: Zylindrischer Kanal
24: Anschluss
26: Kegelförmiger Kanal
28: Kanal
30: Förderschnecke
32: Anschluss
34: Antriebswelle
36: Drallkreuz
38: Auslauf
40: Zulauf
42: Stofflöser
44: Bereich zum Eindicken
46: Bereich zum Mischen
48: Faserbeladungsprozess
50: Strom des Faserstoffs
52: Entnahmepumpe
54: Messeinrichtung
56: Regler
58: Kohlendioxid-Zugabe
60: Kalziumoxid-/Kalziumhydroxid-Zugabe
62: Wasser-Zugabe
64: Chemikalien-Zugabe
66: Verdünnungswasser-Zugabe
S: Stofflaufrichtung

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Faserstoffsuspension mit Zellulosefasern mit Kalziumkarbonat mit den folgenden Verfahrensschritten: – Einbringen von Kalziumhydroxid in flüssiger oder trockener Form oder von Kalziumoxid in die Faserstoffsuspension (Bereich 44), – Entwässern der Faserstoffsuspension, bis eine nicht mehr flüssige, aber noch feuchte Faserstoffsuspension entsteht (Bereich 46), – Einbringen von gasförmigem Kohlendioxid (Anschluss 32) in die feuchte Faserstoffsuspension, – Ausfällen von Kalziumkarbonat durch das Kohlendioxid und – Überprüfen des Aschewertes der Faserstoffsuspension und Einstellen auf einen gewünschten Wert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension anschließend in einer Anordnung (12) mit relativ zueinander drehenden Platten (16), insbesondere mit einem Stator und einem Rotor, mit niedriger Scherenergie vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension unter niedrigem Druck vermischt wird.
Anordnung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- oder eine Regeleinrichtung zur Einstellung bzw. Regelung des Aschegehalts umfasst.
Anordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung eine Entnahmepumpe (52) zur Entnahme von Faserstoff und eine Messeinrichtung (54) zur Messung des Aschegehalts umfasst.
Anordnung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Regler (56) umfasst.
Anordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (56) die Zufuhr von Kohlendioxid (52), von Kalziumhydroxid oder von Kalziumoxid (60), von Wasser (62) und/oder von weiteren Chemikalien (64) regelt.