DE2818660A1

DE2818660A1 - Verfahren zum behandeln von cellulosehaltigem papierbrei

Info

Publication number: DE2818660A1
Application number: DE19782818660
Authority: DE
Inventors: Bjoern H Fritzvold; Nicolai Soteland
Original assignee: Myrens Verksted AS
Current assignee: Myrens Verksted AS
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1978-11-02
Also published as: BR7802596A; JPS62275B2; JPS53143706A; DE2818660C2; FI781285A7; SE439507B; FI67412B; CA1083870A; SE7804786L; FR2388934A1; FI67412C

Description

Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigem

Papierbrei

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von wässrigem, cellulosehaltigem Papierbrei.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigem Papierbrei anzugeben, das eine effektive Ausnutzung der bei der Behandlung eingesetzten Mittel gestattet und das die Beziehung zwischen den Festigkeitseigenschaften des fertig behandelten Papierbreis unabhängig von dessen Anwendungsgebiet optimal gestaltet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Papierbrei entsprechend der Teilchengröße (Faserlänge) in zwei oder mehrere Fraktionen fraktioniert und eine oder mehrere dieser Fraktionen mit Ozon behandelt wird bzw. werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zur Gewinnung des fertigen Papierbreis mindestens eine der ozonbehandelten Fraktionen mit einer oder mehreren behandelten und/oder unbehandelten Fraktionen vereinnigt wird.

Durch dieses Verfahren wird ein fertig behandelter Papierbrei erhalten, aus dem ein Papier mit einer optimalen Kombination von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit erzeugt werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet auch eine effektivere Ausnutzung des Ozons, wobei der Gesamtozonverbrauch bei der Behandlung der getrennten Fraktionen kleiner ist, als wenn der Papierbrei insgesamt mit Ozon behandelt würde. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die feine Teilchen enthaltenden Fraktionen gewöhnlich einen sehr großen Oberflächenanteil des

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Gesamtpapierbreis darstellen und dementsprechend weit mehr Ozon verbrauchen, als vergleichsweise für den Grad der Verbesserungen notwendig ist gegenüber dem Fall, wenn sowohl feine als auch grobe Fraktionen des Papierbreis gemeinsam mit Ozon bebandelt werden.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Fraktionen vor der Ozonbehandlung in ihrem Konzentrationsgrad verändert werden, wobei die Fraktionen mit gröberen Teilchen durch Abtrennen von Flüssigkeit eingeengt und bei einem relativ hohen Feststoffgehalt mit Ozon behandelt werden. Die von der groben Fraktion abgetrennte Flüssigkeit wird weitgehend vollständig zu den Fraktionen aus feinen Teilchen zugesetzt, so daß die Feinteilchenfraktionen bei hoher Verdünnung' behandelt werden.

Vorzugsweise kann bzw. können die mit Ozon zu behandelnden Fraktion(en) für die Trennung in Papierbreiteilchen verschiedener Größe mit einer Reihe von Sieben klassiert werden, wobei der überlauf (Rückstand) vor einer weiteren Zerfaserung ozonisiert und zum erneuten Absieben den Sieben zugeführt wird.

Holzpapierbrei mit großem Schnitzelanteil wird abgesiebt, um die groben Schnitzelteilchen abzutrennen, weil diese nicht für den beispielsweise in einer Papiermaschine weiterzubehandänden Papierbrei geeignet sind. Wenn diese größeren Teilchen ozonisiert werden, ehe sie zu kleineren Teilchen zerteilt worden sind, und so erneut abgesiebt werden, wird eine weitere effektive Ausnutzung des Überlaufs erreicht, wobei die Ozonbehandlung leicht in einer vorhandenen Filter- oder Siebanlage anwendbar ist, in der eine Überlaufbehandlung von cellulosehaltigen Papierbrei erreicht wird.

Der ozonisierte Überlaufpapierbrei läßt sich leichter zerfasern, und da« Verfahren nach der Erfindung trägt somit auch zu einer Entlastung des Zerfaserungsprozesses in beispielsweise einer vorhandenen Absiebanlage bei.

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Das in bezug auf die Siebanlage der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dadurch gelöst, daß eine erste Fraktion des grob» sten Überlaufs zunächst mit Ozon behandelt und danach in einem ersten Zerfaserer zerfasert wird, bevor sie einem Stufensieb separat zu den Absiebstufen zugeführt wird, und daß eine zweite Fraktion des Überlaufs von deiygröbsten Siebstufen einem zweiten Zerfaserer zugeführt wird, wonach die zweite zerfaserte Fraktion einem Stufensieb zugeführt wird, wobei der Durchlauf aus diesem Stufensieb zu einer oder mehreren anderen Absiebstufen zum weiteren Absieben zugeführt wird und der Überlauf erneut dem zweiten Zerfaserer zugeführt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung ist leicht in vorhandenen Siebanlagen anwendbar, ohne daß an der Anlage andere als nur geringfügige Veränderungen vorgenommen werden müßten.

Es ist festzuhalten, daß zusammen mit der Ozonbehandlung des Papierbreis auch ein Entwässerungs- sowie ein Auflockerungsprozeß stattfinden. Diese Vorgänge werden durchgeführt, bevor der Papierbrei der Ozonbehandlung unterworfen wird, nach welcher der Papierbrei aufgeschlämmt wird, d.h. Ätznatron und Wasser zu dem ozonisierten Papierbrei zugefügt werden.

Die Ozonbehandlung des groben Faserbreis findet gewöhnlich bei hoher Konzentration statt, d.h. bei einem Feststoffgehalt von etwa 30 bis 50 %, und die Auftrennung des wässrigen Papierbreis in eine oder mehrere Fraktionen mit groben Teilchen erleichtert das Entwässern dieser Fraktionen, wobei ein suspendierter Papierbrei um so leichter entwässert werden kann, je gröber die suspendierten Teilchen (Fasern) sind. Was die cellulosehaltigen Hochleistungspapierbreie anbetrifft, so wird erfindungsgemäß eine weitgehend herabgesetzte Entwässerungszeit für die Fraktionen mit niedrigem Gehalt an feinem Material erzielt, eine Tatsache, die im Zusammenhang mit der Abstufung der Konzentration der Papierbrexsuspension vor der Ozonbehandlung eine direkte Energieeinsparung bedeutet.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Variante der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer noch weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, und

Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung bei Anwendung in einer Absiebanlage.

Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Behandlung von mechanischem Papierbrei erläutert, der auch als cellulosehaltiger Hochleistungspapierbrei bezeichnet wird. Selbstverständlich kann jedoch das Verfahren nach der Erfindung mit demselben Erfolg auch bei der Behandlung von Cellulosepapierbrei allgemein angewendet werden, der außer mechanischem Papierbrei auch chemisch-mechanischer Papierbrei (halbchemischer Papierbrei) und chemischer Papierbrei (Sulfit- oder SuIfateellulose) sein kann.

Fig. 1 zeigt eine Mahlvorrichtung oder einen Zerkleinerer 1, der zerkleinertes Holz oder Schnitzel zu einem gemahlenen oder zerkleinerten Papierbrei verarbeitet. Die Papierbreie werden üblicherweise als mechanischer oder als cellulosehaltiger Hochleistungspapierbrei bezeichnet.

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Aus der Vorrichtung 1 wird der zerkleinerte mechanische Papierbrei einer Fraktioniervorrichtung 2 zugeführt, in welcher der Papierbrei in eine grobe Fraktion, die einer Entwässerungs/-Preßvorrichtung zugeführt wird, un eine feine Fraktion, welche teilweise einem ersten Ozonisierer 4 und teilweise einem Mischkasten 5 zugeführt wird, aufgeteilt wird. Wie bei 3' !.angegeben ist, wird das Abwasser aus der Entwässerungs/Preßvorrichtung zusammen mit einem Teil der feinen Fraktion dem Ozonisierer 4 zugeführt, in welchem die feine Fraktion auf einen Feststoffgehalt von etwa 0,1 bis 0,5 verdünnt wird. Ein Teil des Abwassers aus der Entwässerungs/Preßvorrichtung 3 wird direkt einem Mischkasten 5 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Die gestrichelte Linie 4* bezeichnet, daß ein Teil der unbehandelten feinen Fraktion aus der Fraktioniereinrichtung 2 direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird.

Mit einem Feststoffgehalt von etwa 35 bis 50 % wird die grobe Fraktion aus der Entwässerungs/Preßvorrichtung 3 einer Auflockerungsanlage 7 zugeführt, in der sie eine leichte und lockere Konsistenz erhält, wonach sie mit etwa demselben Feststoffgehalt wie beim Verlassen der Entwässerungs/Preßvorrichtung 3 einem zweiten Ozonisierer 8 zugeführt wird.

Nach der Ozonbehandlung in dem Ozonisierer 8 wird die behandelte grobe Fraktion entweder direkt dem Mischkasten 5 zugeführt, wie dies durch die gestrichelte Linie 9^f angedeutet ist, oder einer Nachmahleinrichtung 9, beispielsweise einem Zerkleinerer, in welchem der behandelte Papierbrei durch innere Reibung vermählen wird. Gewünschtenfalls kann ein Teil der ozonbehandelten groben Fraktion in der Vorrichtung 9 nachgemahlen werden, während der Rest direkt dem Mischkasten 5 zugeführt wird. Eine derartige Aufteilung der groben Fraktion hängt von der Güte des fertigen Papierbreis ode«Öer Papierprodukte ab, für deren Herstellung der behandelte Papierbrei verwendet werden soll.

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In dem Mischkasten 5 werden die individuell behandelten feinen und groben Fraktionen vereinigt. Der fertig behandelte und gemischte Papierbrei wird danach einer nachfolgenden, nicht dargestellten Vorrichtung zur Weiterverarbeitung zu Papier oder Pappe od. dgl. zugeführt.

Bei cellulosehaltigen Hochleistungspapierbrei, d.h. mechanischem Papierbrei, und in gewissem Maße auch bei chemisch-mechanischem Papierbrei, ist es in erster Linie die Erhöhung der Festigkeit, die das wichtigste Ergebnis der Ozonbehandlung ist, aber innerhalb dieser Papierbreikategorien wird auch eine Erhöhung der Helligkeit, d.h. einer Bleichung, insbesondere bei Papierbrei aus Laubgehölzen, erreicht. Cellulosehaltiger, ozonisierter Hochleistungspapierbrei wird hauptsächlich als Ersatz für chemischen Papierbrei bei verschiedenen Papierqualitäten eingesetzt. Es versteht sich jedoch, daß das erläuterte Verfahren auch für die Behandlung von chemischem Papierbrei, d.h. Sulfitoder Sulfatcellulose, angewendet werden kann.

Die Festigkeitseigenschaften des cellulosehaltigenfiochleistungspapierbreis, insbesondere des mechanischen Papierbreis, zeichnen sich hauptsächlich durch den Langfaseranteil, den sogenannten L-Faktor, und in zweiter Linie durch die spezifische Oberfläche (die Gesamtoberfläche pro Gewichtseinheit) der Zwischenfraktion (den sogenannten S-Faktor) aus. Mit Zwischenfraktion ist der Teil des Papierbreis gemeint, der eine mittlere Faserlänge aufweist. Der L-Faktor kann als Maß für die Verteilung der Faserlänge des Papierbreis gelten, während der S-Faktor das Maß für die Form der F_asern angibt. Die Reißfestigkeit hängt in erster Linie von dem L-Faktor ab und nimmt mit diesem zu, d.h. mit einer Vergrößerung des Langfasöranteils. Die sogenannten Zugeigenschaften jedoch, wie Zugfestigkeit, Berstfestigkeit und Naßfestigkeit, hängen hauptsächlich und teilweise proportional von dem S-Faktor ab.

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Die mechanische Beanspruchung der Fasern beim Mahlen oder Zerkleinern führt zu einer Aufspaltung eines Teils der Fasern, so daß für ein und denselben Papierbrei nicht sowohl hohe Reißfestigkeit als auch hohe Zugfestigkeit erreicht werden kann. Jedoch erbringen die Scheibenzerkleinerer und besonders die Druckzerkleinerer im Vergleich zu den üblichen Mahlverfahren eine günstige Beziehung zwischen der Reißfestigkeit und der Zugfestigkeit eines Holzpapierbreis.

Bei der Ozonbehandlung von cellulosehaltigen! Hochleistungspapierbrei wird eine größere Erhöhung der Reißfestigkeit erzielt, je gröber der Papierbrei vor der Ozonbehandlung ist, d.h. die Reißfestigkeit nimmt zu mit dem sogenannten "Mahlungsgrad" (Entwässerbarkeit) des Papierbreis. Auf der anderen Seite ergibt ein grober Papierbrei eine rauhe Oberfläche und ist dementsprechend ungeeignet für die Erzeugung von Papier für beispielsweise Zeitungen und Zeitschriften. Für derartige Produkte muß der Papierbrei einen bestimmten Anteil an feineren Teilchen enthalten, damit ein Papier mit glatter Oberfläche erhalten werden kann.

Wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert wurde, bei der der cellulosehaltige Papierbrei in zwei oder mehrere Fraktionen in Abhängigkeit von der Teilchengröße aufgetrennt und die einzelnen Fraktionen nachfolgend individuell behandelt werden, wird eine sehr günstige Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Reißfestigkeit des letztlich erhaltenen Papierbreis erreicht. Neben einer besseren Festigkeitsbeziehung, die sich durch eine Kombination von hoher Reißfestigkeit und hoher Zugfestigkeit auszeichnet, wird auch erfindungsgemäß eine beträchtlich effektivere Ausnutzung des Ozons erreicht, wobei der Gesamtozonverbrauch niedriger ist, als wenn für die Erzielung derselben Eigenschaften der gesamte Papierbrei ohne vorherige Fraktionierung mit Ozon behandelt würde. Der größere Ozonverbrauch bei der konventionellen Ozonbehandlung ist darauf zurückzuführen, daß der

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Feinmaterialanteil einen sehr großen Anteil der Gesaratoberfläche des Papierbreis darstellt und dementsprechend weit mehr Ozon verbraucht, als notwendig ist, wenn die feine und die grobe Fraktion individuell mit Ozon behandelt werden.

Die Fraktionierung des zerkleinerten Papierbreis in zwei oder mehrere Fraktionen entsprechend der Teilchengröße erbringt auch den Vorteil, daß die Entwässerungs/Preßbehandlung der groben Fraktion(en) erleichtert wird, wobei die Papierbreisuspension um so einfacher zu entwässern ist,je gröber die suspendierten Teilchen oder Fasern sind. So wird bei cellulosehaltigen! Kochleistungspapierbrei eine wesentliche Verringerung der Sntwässerungszeit erreicht, d.h. die Verweilzeit in der Entwässerungs/-Preßanlage 3 wird auf ein Minimum herabgesetzt.

Bei Papierbreiqualitäten, bei denen es notwendig ist, sowohl die grobe als auch die feine Fraktion mit Ozon zu behandeln, erbringt die Ozonbehandlung der feinen Fraktion bei sehr niedriger Konsistenz auch eine Nettoejnsparung an Energie, wobei die niedrige Konsistenz der feinen Fraktion innerhalb des Wassergleichgewichts des Ausgangspapierbreis erreicht wird. Der Grund dafür, daß nicht der gesamte Papierbrei bei niedriger Konsistenz mit Ozon behandelt wird, ist darin zu sehen, daß zur Erreichung eines guten Reaktionsverlaufs die individuellen Teilchen in der wässrigen Phase vollständig voneinander getrennt und frei für das Ozon zugänglich sein müssen, welches der wässrigen Phase zugesetzt wird. Bei einem nichtfraktionierten Papierbrei bedeutet dies eine Konsistenz in der Größenordnung von 0,1 %, d.h. 1 t Wasser pro kg trockenen Papierbrei, was riesige Anlagenausmaße und nicht zuletzt auch einen energieverbrauchenden Transport bedeuten würde.

Die durch die Ozonbehandlung erreichte Erhöhung der Festigkeit ist auf die Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen, d.h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche, und deshalb ist es wünschenswert, diöse Kontaktoberfläche so groß wie

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möglich und so zugänglich wie möglich für das Ozon zu machen. Dies wird durch Zusatz eines Quellmittels erreicht, und bei einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des Volumens erzielt, wenn kleine Mengen Ätznatron (NaOH) zugesetzt werden. Dieses Mittel wird den verschiedenen Papierbreifraktionen zugefügt, wenn sie sich in den Ozonisierern 4 bzw. 8 befinden. Um die Oberfläche so weit als möglich für Ozon zugänglich zu machen, kann ein Dispergiermittel eingesetzt werden, so daß die Teilchen in günstigster Weise in der flüssigen Phase verteilt werden. Der Zusatz eines Dispergiermittels wird vorzugsweise während der Ozonbehandlung der feinen Fraktion vorgenommen, wie dies durch den Ozonisierer 4 angedeutet ist. Gewünschtenfalls kann den Papierbreifraktionen ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zugesetzt werden.

Aus reinen Wirtschaftlichkeitsgründen kann es sehr günstig sein, nur die grobe Fraktion mit Ozon zu behandeln. Bei einer Vielzahl von Endprodukten, wie mehrlagigem Papier, Pappe oder Karton, kann dies in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, daß die verschiedenen Papierbreianteile oder Fraktionen getrennt gehalten werden, wobei die beiden Außenschichten vorzugsweise aus Feinmaterialfraktionen gebildet werden, die günstige optische und Druckeigenschaften bewirken, während die Zwischenschicht aus der groben Fraktion gebildet wird, die dem fertigen Papierprodukt eine geeignete Festigkeit verleiht.

Ein schematisches Ablaufdiagramm, das die Ozonbehandlung nur dea/groben Fraktion erläutert, ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist der Ozonisierer 4 weggelassen, wobei die feine Fraktion von der Fraktioniervorrichtung 2 direkt demMischkasten 5 zugeführt wird, in dem sie mit der ozonisierten und nachgemahlenen groben Fraktion vereinigt wird. Gewünschtenfalls kann der Papierbrei von der Nachmahleinrichtung 9 einem Stufensieb und einem weiteren Zerkleinerer zugeführt werden.

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Fig. 3 zeigt ein schematisches Ab lauf diagramm einer v/eiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, die dieselben Blöcke wie Fig. 1 enthält. Was das Diagramm gemäß Fig. 3 von dem nach Fig. 1 unterscheidet, ist die Einfügung eines weiteren Mischkastens 10 zwischen dem Ozonisierer 4 und dem Mischkasten 5, wobei diesem Mischkasten 10 teilweise behandelter und teilweise unbehandelter Feinfraktionpapierbrei zusammen mit anderer Papierbreisuspension, beispielsweise unbehandeltem mechanischem Papierbrei, Cellulose od . dgl., wie dies durch die Linie 11 angezeigt wird, zugeführt wird. Aus dem Mischkasten 10 wird das Gemisch aus behandelter und unbehandelter Feinfraktion und unbehandeltem zusätzlichem celllulosehaltigem Papierbrei in dem Mischkasten 5 mit denfczonbehandelten groben Fraktionen zusammengebracht, wobei die groben Fraktionen entweder direkt aus dem Ozonisierer 3 oder über die Nachmahlvorrichtung 9 zugeführt werden.

Der Grund für die Verwendung eines weiteren Mischkastens 10 bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 liegt darin, daß das unbehandelte feine Material, das über die Leitung 4' zugeführt wird, eine geringe Bindefähigkeit aufweist und zu einer Neutralisierung der höchst bindefähigen Fasern beiträgt, aus denen die grobe Fraktion weitgehend besteht. Das feine Material eignet sich, mit anderen Worten, zum "Einbacken" der bindeaktiven Fasern. Bei dem Ablaufdiagramm von Fig. 3 ist diese Bedingung dadurch zu verbessern gesucht, daß der Anteil der feinen Fraktion, der über die Leitung 4^f von dem Teil des Papierbreis entfernt wird, der mit Ozon zu behandeln ist, mit weiterem cellulosehaltigem Papierbrei vermischt wird, wie durch die Linie 11 angezeigt ist, und gründlich damit in dem Mischkasten 10 vermischt wird, ehe es zusammen mit dem ozonbehandelten feinteiligen Material der ozonbehandelten groben Fraktion in dem Mischkasten 5 zugesetzt wird. Durch eine solche Verfahrensweise wird eine weitgehend verminderte Konzentration des feinen Materials in bezug auf den Papierbrei erreicht, mit dem die grobe Fraktion vermischt wird, und dadurch eine verminderte Möglichkeit des Einbackens der bindeaktiven, ozonbehandelten Fasern.

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Fig. 4 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung in Form eines schematischen Ablaufdiagramms, das dieselben Blöcke enthält, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert wurden. Fig. 4 unterscheidet sich dahingehend von Fig. 1, daß die gestrichelten Linien 4', 6 von Fig. 1 weggelassen sind, während zwischen den Ozonisierern S und 4 eine Transportleitung für die organischen Verbindungen dargesta.lt ist, die bei der Ozonbehandlung des hochkonsistenten groben Papierbreis in dem Ozonisierer 8 anfallen. Diese organischen Verbindung sind in großem Maße grenzflächenaktive Mittel, und sie tragen zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Ozon und der niedrigkonsistenten feinen Fraktion in dem Ozonisierer 4 bei.

Für die weitere Verbesserung der Eigenschaften von ozonbehandeltem Papierbrei können geeignete Chemikalien dem Papierbrei bei geeigneten Stufen vor oder nach der Ozonisierung zugesetzt werden.

In Fig. 5, die ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung darstellt, ist 1' eine Zuführungsleitung für cellulosehaltigen, mechanischen, zu klassierenden Papierbrei oder Rohstoff, der unter anderem aus Schnitzeln verschiedener Größe besteht.

Der Rohstoffpapierbrei wird einem Grobsieb 2* zugeführt, das die Aufgabe hat, die großen Teilchen aus dem Papierbrei auszusondern. Die auch als "Knorren" bezeichneten großen Teilchen werden von dem Grobsieb als ungeeignetes Material oder Überlauf ausgesondert und können in geeigneter Weise in einem Nachschnitzelwerk oder einer Hammermühle weiter behandelt werden, wie durch den Block 3¹ angedeutet.

Die Knorren können von dem Grobsieb dem Nachschnitzelwerk oder der Hammermühle 3' über einen Wasserkanal oder auf einem Gummiförderband oder über eine Schnecke zugeführt werden. Ein Nachschnitzelwerk kann beispielsweise eine in einem Gehäuse rotierende

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Welle enthalten, wobei der Boden des Gehäuses eine perforierte Platte ist. An der Welle können kreisförmige Platten angebracht sein, an deren Umfang Fortsätze etwa wie bei einem Sägeblatt vorhanden sind. Die Knorren werden zwischen dem Rotor und dem Gehäuse aufgebrochen, ehe sie die perforierte Platte passieren.

Bei einer Hammermühle kann der Rotor in dem Gehäuse mit Hämmern versehen sein, die die Knorren zu homogenen, kleinen Schnitzeln aufbrechen. Diese kleinen Schnitzel können die perforierte Platte der Hammermühle passieren, wonach sie mit V/asser vermischt und zu dem wirklichen überlaufzerkleinerer gepumpt werden, wie es nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.

Der Durchlauf des Grobsiebes 2' wird zum Feinsieben weitergeleitet, d.h. zur Abtrennung von kleinerenSchnitaeln und großen Faserbündeln von dem Papierbrei. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage findet die Feinsiebung bei einem ersten Stufensieb 4¹ , einem zweiten Stufensieb 5' und einem Nachsieb 6^T statt. Der von dem Grobsieb 2^! erhaltene Papierbrei wird dem ersten otufensieb 4' zugeführt, und der Durchlauf von dem Stufensieb 4¹ wird dem Nachsieb 6' zugeführt. Der Überlauf des ersten ütufensiebes 4' und des Nachsiebes 6^f werden einer Ozonisierungs- und Zerfaserungsstufe zugeführt. In der Zeichnung ist die dieser Stufe zugehörige Vorrichtung von dem gestrichelten Block 7' umrahmt.

Der Überlauf des ersten Stufensiebes 4^r besteht nicht nur aus Schnitzeln oder Faserbündeln, sondern auch aus guten Fasern, die bei der nachfolgenden Papiererseugung ausgenutzt werden sollten.

Der nach dem ersten Stufensieb 4' erhaltene Papierbrei ist nicht ganz rein und muß deshalb das Nachsieb 6' passieren. Selbst wenn der Papierbrei mehrere Male gesiebt wird, enthält er immer noch kleine Schnitzel, Sand und Rindenteilchen. Die unerwünschten Teilchen werden aus dem Papierbrei in einem Wirbelseparator 8' abgetrennt, bevor die Siebanlage verlassen wird.

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Nicht nur der Überlauf des ersten Stufensiebes 4' und des Nachsiebes β' werden dem Block 7' zugeführt, sondern auch der größere Teil und in einigen Fällen 100 % des Überlaufs des Grobsiebes 2^f, d.h. der Überlauf, der in der Hammermühle oder dem Nachschnitzelwerk 3* vorbehandelt worden ist. Der mögliche verbleibende Teil des vorbehandelten "Knorren"-Überlaufs wird direkt einem Zerfaserer zugeführt, beispielsweise einem Scheibenzerkleinerer 9', in dem der Überlauf zu annehmbaren Fasern, die zur Erhöhung der Festigkeit des Holzpapierbreis dienen, gemahlen wird. Auch der Papierbrei, der den Block 7' passiert, jedoch das zweite Stufensiefo 5¹ nicht durchlaufen hat, wird dem Zerkleinerer 9^f zugeführt.

Der den Scheibenzerkleinerer 9^f verlassende Papierbrei, d.h. weitgehend der gesamte Papierbrei, der dem zweiten Stufensieb 5^f von dem Block 7¹ zugeführt worden ist und der dieses Stufensieb nicht durchlaufen hat, wird einem zweiten Stufensieb 5' zugeführt, und der von diesem erhaltene Durchlauf wird dem ersten Stufensieb 4' zugeführt.

Der dem Block 7^f zugeführte Papierbrei, d.h. der größere Teil des vorbehandelten Überlaufs von dem Grobsieb 2' und der Überlauf von dem ersten Stufensieb 4' und dem Nachsieb 6·, wird zunächst in der Entwässerungs/Preßanlage 10* entwässert und dann einer Auflockerungsanlage 11' zugeführt in der der Papierbrei eine leichte und lockere Konsistenz erhält.

Aus der Auflockerungsanlage 11' wird der Papierbrei einem Ozonisierer 12' zugeführt, in welchem er mit Ozon (O₃) behandelt und mit Ätznatron (NaOH) gemischt wird. Infolge der Ozonbehandiung wird eine Erhöhung der Festigkeit des Papierbreis erzielt, die auf eine Oberflächenreaktion der Einzelfasern zurückzuführen ist, d.h. auf eine Modifikation der Teilchenoberfläche. Es ist deshalb erwünscht, diese Kontaktoberfläche so groß wie möglich und so zugänglich wie möglich für Ozon zu gestalten. Dies kann

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durch Zusatz eines Quellmittels erreicht werden, und bei einigen Lignintypen wurde eine dreifache Erhöhung des \fciumens durch Zusatz kleiner Ä'tznatronmengen (NaOH) erreicht. Dieses Mittel wird dem Papierbrei zugesetzt, wenn er sich in dem Ozonisierer 12' befindet. Gewün-schtenfalls kann dem Papierbrei auch ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zugesetzt werden.

Die Ozonbehandlung des groben Papierbreis findet normalerweise bei hoher Konzentration, d.h. bei einem Trockensubstanzgehalt von etwa 30 bis 50 %, statt, und da die Papierbreisuspension um so leichter entwässert werden kann, je gröber die suspendierten Teilchen oder Fasern sind, wird bei der Behandlung des groben Überlaufs eine wesentliche Herabsetzung der Entwässerungszeit, d.h. der Verweilzeit in der Entwässerungs/Preßanlage 10^f auf ein Minimum, erzielt.

Im Anschluß an die Ozonbehandlung wird der Überlaufpapierbrei einem Zer faser er zugeführt, beispielsweise einem Scheibeiizerkleinerer 13', der den ozonbehandelten Papierbrei zu einer feineren Konsistenz zerkleinert. Diese Nachzerkleinerung kann mit einem minimalen Energieverbrauch durchgeführt werden, wobei ein ozonisierter Papierbrei leichter defibriert wird als ein unbehandelter. Vor der Defibrierung des ozonbehandelten Papierbreis wird er mit geeigneten Mengen Wasser versetzt.

Aus dem Zerkleinerer 13' wird der ozonbehandelte und defibrierte Überlauffaserbrei zusammen mit dem Faserbrei aus dem Zerkleinerer 9¹ dem zweiten Stufensieb 5' zugeführt, von dem, wie vorstehend erläutert, der Durchlauf zu dem ersten Stufensieb 4* und der Überlauf dem Zerkleinerer 9' zugeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet eine verbesserte Behandlung des Uberlaufpapierbreis, wobei ein Papierbrei, der aus relativ groben Teilchen besteht, besonders günstig ozonbehandelt werden kann, weil eine um so größere Erhöhung der

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Reißfestigkeit erzielt wird, je gröber der Faserbrei vor der Ozonbehandlung ist. Außerdem sind zur Erreichung desselben günstigen Ergebnisses im Vergleich zu der Behandlung von Feinteilchenfaserbrei kleinere Ozonmengen erforderlich.

Weiterhin erfordert dieEntwässerung von Grobüberlauffaserbrei ein Minimum an Energie, da ein gröberer Papierbrei leichter entwässert werden kann als ein feiner. Neben einem geringeren Energieverbrauch bei der Entwässerung bedeutet dies auch eine kürzere Entwässerungszeit und eine größere Anlagenkapazität.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß das Verfahren leichter auf bereits vorhandene Anlagen angewendet werden kann, wobei die Zusammenarbeit zwischen den vorhergehenden Siebprozessen und dem Verfahren nach der Erfindung zu einer effektiveren Ausnutzung der Anlage im ganzen gesehen führt. Folglich besteht ein vorteilhaftes Merkmal einer solchen Anlage darin, daß die Menge des Grobsiebüberlaufs, welcher einer Ozonbehandlung und Zerfaserung unterzogen werden soll, von der Schnitzelgröße des Grobsiebüberlaufs und dessen Gesamtmenge entschieden wird, wobei eine kleine Gesamtmenge an Grobsiebüberlauf und/oder eine kleine Schnitzelgröße es mit sich bringt, daß ein kleiner Teil des Grobsiebüberlaufs ozonisiert und zerfasert wird, während eine große Menge des Grobsiebüberlaufs und/oder eine große Schnitzelgröße es mit sich bringt, daß ein großer Teil des Grobsiebüberlaufs unter Entlastung des Zerkleinerers ozonisiert und zerfasert wird.

Es versteht sich jedoch, daß der Zerfaserer 13' durch eine einfache, aber kräftige Rühranlage ersetzt werdenkann, die den ozonbehandelten, verdünnten Papierbrei kräftig durchrührt, bevor er dem zweiten Stufensieb 5' zugeführt wird. In dem Stufensieb werden die großen Teilchen, d.h. der Überlauf, zu dem Zerkleinerer 9' geführt, und dies allein ergibt die Zerfaserung des Papierbreis, die notwendig ist, damit der grobe Papierbrei das zweite Stufensieb und die restlichen Siebstufen durchläuft.

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In einer vorhandenen Anlage erbringt dann der Zerkleinerer 9' allein die notwendige Zerfaserung des Papierbreis, jedoch kann nichtsdestoweniger die Kapazität des Systems vergrößert werden, wobei eine ozonbehandelte Papierbreisuspension leichter zerfasert wird als eine unbehandelte.

Verglichen mit den üblichen Methoden der Ozonbehandlung von Papierbrei in der Papierindustrie erbringt das Verfahren nach der Erfindung eine Herabsetzung der erforderlichen Mengen an Ozon von bis zu einem Drittel, was neben einer Einsparung an Betriebskosten auch eine Kapitalersparnis bedeutet. Außerdem führt das Verfahren auch zu einem Papierbreiprodukt, das optimale Festigkeitseigenschaften aufweist, und die einzelnen Verfahrensschritte können leichter und bei minimalem Energieverbrauch durchgeführt werden. Dies gilt nicht nur für den Entwässerungsprozeß der Papierbreifraktionen aus gröberen Teilchen, sondern auch für deren eventuelles Nachmahlen nach vollzogener Ozonbehandlung, wobei der ozonisierte Papierbrei wesentlich leichter zerfaserbar ist als ein unbehandelter.

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Claims

Patentansprüche ;

\1., Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigen! Papierbrei, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierbrei entsprechend der Teilchengröße (Faserlänge) in zwei oder mehrere Fraktionen fraktioniert und daß eine oder mehrere dieser Fraktionen mit Ozon behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der ozonbehandelten Fraktionen mit einer oder mehreren anderen behandelten und/oder unbehandelten Fraktionen zum Erstellen des fertig behandelten Papierbreis vereinigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Fraktionen vor der Ozonbehandlung verändert wird, wobei die Fraktionen aus gröberen Teilchen durch Abtrennen von Flüssigkeit eingeengt und bei relativ hohem Feststoffgehalt mit Ozon behandelt werden.

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MÜNCHEN: TELEFON (089) 2Q 55 85
KABEL: PROPINDUS -TELEX O5 24 244

BERLIN: TELEFON (030) 8312O88
KABEL: PROPINDUS -TELEX 01 84 O57

ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der groben Fraktion abgetrennte Flüssigkeit weitgehend vollständig den Fraktionen aus feinen Teilchen zu deren Verdünnung zugesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feinteilchenfraktion nach ihrer Ozonisierung mit einer Feinteilchenfraktion vermischt wird, die nicht mit Ozon behandelt worden ist, und daß das Gemisch mit einer ozonbehandelten Grobteilchenfraktion vereinigt wird.
ö. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von ozonbehandelten und unbehandelten Feinteilchenfraktionen vor dem Zusammenbringen mit den ozonbehandelten Grobteilchenfraktionen außerdem mit zusätzlichem cellulosehaltigen! Papierbrei versetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Ozonbehandlung der Grobteilchenfraktionen freigesetzten organischen Verbindungen vor oder während der Ozonbehandlung der Fexnteilchenfraktionen mit diesen zusammengebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Fraktionen, vorzugsweise die grobe Teilchen enthaltenden Fraktionen mit hohem Feststoffgehalt, nach der Ozonbehandlung und vor ihrer Vermischung mit den anderen Fraktionen zerfasert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ozon zu behandelnde(n) Fraktion(en) in einer Reihe von Siebstufen zum Trennen der Faserbreiteilchen verschiedener Größe sortiert werden und daß der Überlauf mit Ozon behandelt wird, ehe er einer weiteren Zerfaserung unterzogen und den Siebstufen zum Nachsieben zugeführt wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ozonbehandelte Überlaufpapierbrei ein Stufensieb (5') separat von den Siebstufen (4¹, 6^f) durchläuft und daß der Überlauf von diesem Stufensieb (5¹) einer Zerfaserung (9^f) unterzogen wird, bevor er zu dem Stufensieb (5^f) zurückgeführt wird, während der Durchlauf des Stufensiebes (5¹) direkt den Siebstufen (4', 6^!) zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Fraktion des gröbsten Überlaufs zunächst einer Ozonbehandlung und danach einer Zerfaserung in einem ersten Zerfaserer (13*) unterzogen wird, bevor er dem Stufensieb (5¹) zugeführt wird, und daß eine zweite Fraktion des Überlaufs von der gröbsten Siebstufe (2') einem zweiten Zerfaserer (9*) zugeführt wird, wonach er dem Stufensieb (5·) zugeführt wird, wobei der Durchlauf des Stufensiebes (5*) zum weiteren Sieben zu einer oder mehreren der verbleibenden Siebstufen (4¹) übergeführt und der Überlauf dem zweiten Zerfaserer (9^f) zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf von einem oder mehreren der verbleibenden Siebstufen (4¹, 6') mit dem Überlauf der groben Siebstufe (2¹) zusammengebracht und zusammen mit dem groben Überlauf ozonisiert und zerfasert wird, wonach der ozonbehandelte überlaufpapierbrei dem genannten Stufensieb zugeführt wird.
13. Verfahren zum Behandeln von cellulosehaltigem Papierbrei nach Anspruch 9, wobei der Papierbrei zum Äbtrennen von groben Schnitzeln (Knorren) durch ein grobes Sieb (2') gegeben wird, wobei die feineren Schnitzel, die das grobe Sieb (2^f) durchlaufen haben, einem ersten Stufensieb (4*) zugeführt werden, das mit einem nachfolgenden Nachsieb (6^f) verbunden ist, welches wiederum mit einem Wirbelseparator (8*) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ozonisierten Schnitzel einem zweiten Stufensieb (5¹) zugeführt

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werden, wobei der Durchlauf des zweiten Stufensiebes (5') einem ersten Stufensieb (4') zugeführt wird, während der Überlauf des zweiten Stufensiebes (5') einem Zerkleinerer (9^f) zugeführt wird, dessen Auslaß mit dem Einlaß des zweiten Stufensiebes (5') verbunden ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf des ersten Stufensiebes (4¹) und des Nachsiebes (6¹) zusammen mit den groben Schnitzeln einer Ozonbehandlung zugeführt werden.
15. Yerfahren zum Behandeln von cellulosehaltigen! Papierbrei gemäß Anspruch 9, wobei der Papierbrei zunächst durch ein grobes Sieb (2') gegeben wird zum Abtrennen von groben Schnitzeln (Knorren), die einem Zerkleinerer (9') zum weiteren Zerfasern zu kleineren Schnitzeln zugeführt werden, während die feineren Schnitzel, welche das grobe Sieb (2^r) durchlaufen, einem ersten Stufensieb (4¹) zugeführt werden, das mit dem nachfolgenden Nachsieb (6^f) verbunden ist, wobei ferner die zerfaserten Schnitzel von dem Zerkleinerer (9*) einem zweiten Stufensieb (5¹) zugeführt werden, das zum Fraktionieren feinerer Schnitzel und zu deren Überführung zu dem ersten Stufensieb (4^f) dient, wobei das zweite Stufensieb (5^f) außer den Schnitzeln von dem Zerkleinerer (9¹) auch die Schnitzel zurückhält, die das erste Stufensieb (4^f) und das Nachsieb (6') nicht durchlaufen, und wobei die Überlaufschnitzel dem Zerkleinerer (9') zur Nachbehandlung zugeführt werden, und wobei außerdem der von dem Nachsieb (6') zurückgehaltene Papierbrei zum Abtrennen von Verunreinigungen einem Wirbelseparator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Schnitzelpapierbreis, der das grobe Sieb (2¹) nicht durchlaufen hat, ozonisiert und zerfasert wird, wonach er dem zweiten Stufensieb (5¹) zugeführt wird, und daß der Schnitzelpapierbrei, der das erste Stufensieb (4¹) und das Nachsieb (6¹) nicht durchlaufen hat, zusammen mit dem Überlauf des groben Siebes ozonisiert undzerfasert wird, bevor er dem zweiten Stufensieb (5¹) zugeführt wird.

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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Überlaufs des groben Siebes, die ozonisiert und zerfasert werden soll, durch die Schnitzelgröße des Grobsiebüberlaufs und dessen Gesamtmenge bestimmt wird, wobei es eine kleine Gesamtmenge des Grobsiebüberlaufs und/oder eine kleine Schnitzelgröße davon mit sich bringen, daß ein kleiner Teil des Grobsiebüberlaufs ozonisiert und zerfasert wird, während eine große Menge an Grobsiebüberlauf und/oder eine große Schnitzelgröße davon es mit sich bringen, daß ein großer Teil des Grobsiebüberlaufs zur Entlastung des Zerkleinerers ozonisiert und zerfasert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerfaserung in alkalischer Umgebung, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserstoffperoxid (HoOo) vorgenommen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Fraktionen kleine Mengen von Quellmitteln, vorzugsweise Ätznatron (NaOH) vor oder während der Ozonbehandlung zugesetzt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Ozonbehandlung ein Dispergiermittel, ein grenzflächenaktives Mittel oder ein Lösungsmittel zu einer oder mehreren der Fraktionen, vorzugsweise zu den Feinteilchenfraktionen, zugesetzt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierbrei ein durch Vermählen von Holzstückchen oder Brechen von Schnitzeln mit oder ohne Druckdampf erhaltener mechanischer Papierbrei ist.
21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierbrei ein chemisch-mechanischer (halbchemischer) Papierbrei ist.

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22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierbrei ein chemischer, d.h. ein Sulfit- oder Sulfat-Papierbrei, ist.
23. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Papierbrei die in den Ansprüchen 10 bis 12 angegebene Zusammensetzung hat.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die verschiedenen Fraktionen zu getrennten Schichten verarbeitet werden, die lagenweise zu einer fertig behandelten Schicht zusammengebracht werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktionen zu Schichten aus Feinteilchenfraktionen bzw. zu Schichten aus Grobteilchenfraktionen verarbeitet werden und daß die Schichten lagenweise so zusammengebrach-t werden, daß die Grobteilchenfraktion die Zwischenschicht bildet.

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