DE19935741C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von Dispersionen - Google Patents

Abstract

Eine 15%ige Stärkedispersion wird einer Behandlungsstrecke (14) zugeführt und der Einwirkung von Wasserdampf ausgesetzt. Zu diesem Zweck enthält die Behandlungsstrecke (14) eine Lochwand (25) mit zahlreichen verteilt angeordneten Löchern (26), durch die der Wasserdampf in die Dispersion eindringt. Dadurch erfolgt ein Aufschließen der Dispersion. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Kochen von Stärkeleim

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Dispersionen mit einem Behandlungsfluid gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Verarbeitung von Dispersionen mit den Maßnahmen des Patentanspruchs 6. Diese können zum Zuführen von Wasserdampf in eine Stärkepulver­ dispersion zum Zwecke des Kochens von Papierleim verwendet werden.

Bei der Herstellung von Papierleim wird eine Stärkepulverdis­ persion mit einem Feststoffanteil von etwa 15% einer Dampfbe­ handlung ausgesetzt. Das dabei erfolgende Verkleistern oder Aufschließen der Dispersion wird als Kochen bezeichnet. Bei dieser Dampfbehandlung erfolgt eine intensive Vermischung des kondensierenden Wasserdampfes mit der Dispersion, wobei die Verkleisterung der Stärke (oder modifizierten Stärke) in Stär­ keleim erfolgt.

Die Verarbeitung von Stärkepulverdispersion zum Zwecke der Leimherstellung für die Papierindustrie zum Kleben von Karton oder zur Oberflächenbehandlung von Papier und zur Verwendung im Papier (Massenleimung) erfolgt nach dem Stand der Technik unter anderem dadurch, daß die Dispersion zwischen zwei Scheiben hin­ durchgeleitet wird, die an den einander zugewandten Blechen mit Vorsprüngen versehen sind, wobei die eine Scheibe Bestandteil eines Stators und die andere Bestandteil eines Rotors ist. Wäh­ rend des Durchlaufs zwischen den Scheiben wird die Stärkedis­ persion einer Wasserdampfbehandlung ausgesetzt. Hierbei ergeben sich ein hoher Aufschlußgrad und eine hohe Klebekraft des Lei­ mes, jedoch erfordert diese Art der Stärkekochung zusätzliche Energie zum Antrieb der Rotor-/Statormaschine und wartungsin­ tensiven technischen Aufwand.

In neuerer Zeit werden in der Papierindustrie sogenannte Jetko­ cher eingesetzt, bei denen die Behandlungskammer als Verwirbe­ lungskammer ausgebildet ist. Der Wasserdampf wird durch tangen­ tiale Düsen in die Behandlungskammer eingeleitet, um den Koch- und Aufschlußeffekt zu bewirken. Hierbei treten allerdings un­ kontrollierbare Geräusche in der Behandlungsstrecke und Schwin­ gungen im Rohrsystem vor und hinter der Behandlungsstrecke auf. Ferner hat sich ergeben, daß sporadische Schwankungen in der Klebefähigkeit des Leimes vorkommen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von Dispersionen mit einem Behandlungsfluid zu schaffen, die ohne angetriebene Komponenten auskommen und im Dauerbetrieb eine qualitativ hochwertige Verarbeitung mit kon­ stanter Qualität ohne Schwingungen und Vibrationen erzeugen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, bzw. mit den Maßnahmen des Anspruches 6.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Behandlungs­ fluid (vorzugsweise Wasserdampf) von einem Verteilraum aus durch eine Lochwand in die Behandlungsstrecke injiziert. Dabei gelangt das Behandlungsfluid durch zahlreiche Löcher der Lochwand radial in die Behandlungsstrecke hinein. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung arbeitet kontinuierlich und schwin­ gungsfrei. Sie ist imstande, Dispersionen mit hoher Effektivi­ tät und hohem Massendurchsatz zu verarbeiten. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Papierleim aus Stärkedispersionen. Dabei ergibt sich ein gesteigerter Auf­ schlußgrad der Stärke, wodurch die Klebkraft erhöht wird. Dies bedeutet, daß bei gleicher Klebkraft wie früher weniger Stärke (etwa 10%) benötigt wird.

Von besonderer Bedeutung ist die Aufteilung des Dampfstroms in eine hohe Zahl von Einzelströme. Dies erfolgt durch mindestens 50 Löcher in der Wand der Behandlungsstrecke. Die Lochzahl be­ trägt vorzugsweise zwischen 50 und 75 und sie liegt insbesonde­ re in der Nähe von 70. Die Vermischung von Behandlungsfluid und Dispersion erfolgt an vielen Stellen gleichzeitig, ohne jedoch die Dispersion einer zusätzlichen Rotation auszusetzen. Dies wird als Grund für die höhere Effizienz der Vorrichtung angese­ hen. Die Dispersionsbehandlung erfolgt schonender als im Falle von Verwirbelung oder mechanischer Durchmischung.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erweitert sich der Querschnitt der Behandlungsstrecke in Fließrichtung der Dispersion. Diese Erweiterung erfolgt in einem konischen Teil, dessen Konuswinkel (Winkel der Wand in bezug auf die Längsachse) 10° bis 25°, vorzugsweise 15°, beträgt.

Zweckmäßigerweise ist im Anschluß an die Behandlungsstelle eine Drosselstelle vorgesehen, damit sich der für die Behandlung er­ forderliche Gegendruck aufbauen kann.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung im Längsschnitt darge­ stellt.

Die dargestellte Verarbeitungsvorrichtung dient zum Kochen (Verkleistern, Aufschließen) von Stärkepulverdispersionen durch Einleiten von Wasserdampf.

Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 10 mit einer zylindrischen Längsbohrung 11 und einem Boden 12 auf. In die Längsbohrung 11 ist ein Einsatz 13 eingesetzt, der die Behandlungsstrecke 14 bildet. Der Einsatz 13 hat eine generell zylindrische Außenflä­ che, die genau in die Längsbohrung 11 hineinpaßt. Die Innenwand des Einsatzes 13 weist in der Nähe des unteren Endes eine Ver­ engung 15 auf und hat nach oben hin eine konische Erweiterung 16 mit einem Konuswinkel (bezogen auf die Mittelachse) von etwa 15°. Am oberen, stromabwärtigen Ende des Einsatzes 13 befindet sich die Stelle 17 größten Querschnitts. An den Einsatz 13 schließt sich ein weiterer Einsatz 18 an, der in einen Gewindeabschnitt 19 der Längsbohrung 11 eingeschraubt ist. Der Einsatz 18 bildet eine Drosselstelle 20, an der sich der Fließkanal zunächst verengt und dann wieder erweitert. Der Einsatz 18 hält den Einsatz 13 gegen den Boden 12 gedrückt. Der Einsatz 18 kann aus dem Gehäu­ se 10 herausgeschraubt werden und dann kann auch der Einsatz 13 aus dem Gehäuse entnommen werden. Beide Einsätze 18, 13 sind somit auswechselbar.

Anschließend an den Einsatz 18 ist in den Gewindeabschnitt 19 ein Auslaßrohr 27 eingeschraubt, durch welches das Endprodukt abgeführt wird. Der Innenquerschnitt des Auslaßrohres 27 ist größer als der größte Querschnitt in einem der Einsätze 13, 18.

In eine Gewindebohrung 21 des Bodens 12 ist ein Einlaßrohr 22 eingeschraubt. Der Innenquerschnitt des Einlaßrohres 22 ist größer als der Querschnitt an der Verengung 15, jedoch kleiner als der Querschnitt an der Stelle 17 größten Querschnitts. Der Innenquerschnitt der Dros­ selstelle 20 ist kleiner als der Innenquerschnitt des Einlaß­ rohres 22.

Der Einsatz 13 weist eine ringförmige Nut auf, die im Gehäuse 10 einen Verteilraum 23 bildet. Dieser ist an ein Rohr 24 ange­ schlossen, durch welches das Behandlungsfluid zugeführt wird. Der Verteilraum 23 wird nach außen durch das Gehäuse 10 und nach innen durch die Lochwand 25 begrenzt, welche die Behand­ lungsstrecke 14 umgibt. Die Lochwand 25 enthält zahlreiche Löcher 26 mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm. Die Löcher sind gleichmäßig verteilt in der konischen Lochwand 25 angeordnet.

Durch das Einlaßrohr 22 wird eine 15-%ige Stärkedispersion, z. B. Maisstärke, zugeführt, die eine Temperatur von 10°C hat. Die Durchflußgeschwindigkeit beträgt 130 bis 200 m/sec, vor­ zugsweise 160 m/sec.

Durch das Rohr 24 wird Wasserdampf zugeführt, der eine Tempera­ tur von mindestens 130°C und einen Druck von 1,8 bis 6 bar (Überdruck) hat. Der Wasserdampf gelangt in den Verteilraum 23 und dringt von dort umfangsmäßig verteilt durch die Löcher 26 radi­ al an zahlreichen Stellen in die Dispersion ein. Beim Kontakt mit der kälteren Dispersion kondensiert der Wasserdampf. Hierbei gelatinisiert die Dispersion. Diesen Vorgang, der etwa bei 130°C abläuft, bezeichnet man als Kochen. Die Vermischung von Dampf und Dispersion erfolgt durch die Dampfinjektion an zahl­ reichen Stellen gleichzeitig und schonend.

Die Wahl des Gehäuses 10 mit Rohr 24 und der Einsätze 13 und 18 erfolgt in Abhängigkeit von den Stoffströmen. Bei Änderung die­ ser Stoffströme können die genannten Teile einzeln ausgewech­ selt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verarbeitung von Dispersionen mit einem Be­ handlungsfluid, mit einer Behandlungsstrecke (14), in der das Behandlungsfluid unter Druck in die Dispersion einge­ leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstrecke (14) durch eine zahlreiche Lö­ cher (26) aufweisende Lochwand (25) begrenzt ist, die von einem Verteilraum (23) umgeben ist, welchem das Behand­ lungsfluid zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Behandlungsstrecke (14) sich in Fließ­ richtung der Dispersion erweitert (16, 17).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Behandlungsstrecke (14) eine Dros­ selstelle (20) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Einlaß der Behandlungsstrecke (14) eine Verengung (15) in bezug auf ein ankommendes Einlaßrohr (22) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einer Bohrung (11) eines Gehäuses (10) ein die Behandlungsstrecke (14) bildender auswechselbarer Ein­ satz (13) vorgesehen ist.

6. Verfahren zur Verarbeitung von Dispersionen mit einem Be­ handlungsfluid, bei welchem die Dispersion durch eine Be­ handlungsstrecke (14) gefördert und dabei das Behandlungs­ fluid durch zahlreiche am Umfang der Behandlungsstrecke (14) vorgesehene Löcher (26) in das Behandlungsfluid inji­ ziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion eine Stärkepulverdispersion und das Behandlungs­ fluid Wasserdampf mit einer Temperatur von mindestens 130°C und einem Druck von mindestens 1,8 bar (Überdruck) ist.