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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein Verfahren zum Trocknen
einer Faserbahn in einer Trockenpartie, vorzugsweise bestimmt zum Trocknen
einer Papierbahn, Pulpenbahn und Kartonbahn in Papiermaschinen,
wobei die Trockenpartie mehrere Trockenzylinder aufweist, bei denen
ein Einlasswalzenspalt zwischen der sich bewegenden Bahn und einem
Trockenzylinder der mehreren Trockenzylinder gebildet wird, wobei
das Verfahren den Schritt Erhöhen
der Oberflächentemperatur
der Faserbahn unter Verwendung von Heizeinrichtungen aufweist, welche
auf einem Erwärmen
mittels Bestrahlung mit einer Wellenlänge beruhen, die Wassermoleküle aktiviert.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Trockenpartie zum Trocknen
einer Faserbahn, wobei die Trockenpartie vorzugsweise zum Trocknen
einer Papierbahn, Pulpenbahn und Kartonbahn in Papiermaschinen bestimmt
ist und mehrere Trockenzylinder aufweist, bei denen ein Einlasswalzenspalt
an einer bewegten Faserbahn einer Trockenpartie zum Trocknen einer
Faserbahn gebildet ist, wobei die Trockenpartie vorzugsweise zum
Trocknen einer Papierbahn, Pulpenbahn und Kartonbahn in Papiermaschinen
bestimmt ist und mehrere Trockenzylinder aufweist, bei denen ein
Einlasswalzenspalt zwischen der Bahn und einem Trockenzylinder von
mehreren Trockenzylindern gebildet ist, wobei die Trockenpartie
Heizeinrichtungen aufweist, die auf einer Erwärmung mittels Bestrahlung mit
einer Wellenlänge
basieren, die Wassermoleküle
aktiviert, um die Oberflächentemperatur
der Faserbahn zu erhöhen.
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Die
Trockenpartie ist ein wesentlicher Teil der Papiermaschine. Die
Trockenpartie dient dazu, den anfänglich hohen Feuchtigkeitsgehalt
einer Papierbahn oder einer anderen Faserbahn so zu verringern,
dass deren Trockengehalt bis auf 90 bis 97 % zunimmt, wenn diese
die Trockenpartie verlässt.
Da die Papiermaschinen über
die Jahre schneller geworden sind, ist es nötig geworden, die Trockenpartien dieser
Maschinen entsprechend länger
auszubilden. In der Praxis bedeutet dies, dass die Trockenpartie eine
beträchtliche
Länge von
zum Beispiel 80 m haben und einen Teil bilden kann, welcher ein
beträchtliches
Volumen der Papiermaschine einnimmt und mehrere Trockenzylinder
aufweist.
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Es
ist natürlich
wünschenswert,
solch eine Trockenpartie vorzusehen, bei der die Transportgeschwindigkeit
der Faserbahn, d.h. die Geschwindigkeit der Papiermaschine, in Bezug
auf herkömmliche Maschinen
weiter erhöht
werden kann, ohne dass der Trockenteil sehr kompliziert und groß in den
Abmessungen wird.
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Die
US 4 378 207 beschreibt
ein Verfahren und einen Trockner zum Erwärmen sich bewegender Bahnen
gemäß den Oberbegriffen
im Einzelnen der beigeschlossenen Ansprüche 1 und 2. Die Heizeinrichtungen
zum Erwärmen
der Bahn sind zwischen zwei Dampfwalzen angeordnet.
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Die
DE 197 48 708 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen einer bewegten Bahn, insbesondere
einer Gewebebahn. Gemäß diesem
Verfahren wird Dampf in einen Pressenspalt eines Presszylinders
geblasen, um zu verhindern, dass kalte Umgebungsluft die Bahn kühlt, bevor diese
gepresst wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren
und eine Trockenpartie zum Trocknen von Faserbahnen in der Trockenpartie in
Maschinen zu schaffen, welche Faserbahnen bearbeiten, wie zum Beispiel
Papiermaschinen, wobei das Verfahren und die Trockenpartie eine
beträchtliche
Verbesserung beinhalten, da die Geschwindigkeit der Maschinen beträchtlich
erhöht
und gleichzeitig die Anzahl der Trockenzylinder verringert werden kann.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet
durch ein Erhöhen
der Oberflächentemperatur
der Faserbahn am Einlasswalzenspalt durch Heizeinrichtungen, welche
an dem Einlasswalzenspalt angeordnet sind, und ein Erhöhen der
Kontakt-Wärmeübergangszahl zwischen
der Faserbahn und dem Trockenzylinder, indem in Verbindung mit der
Erhöhung
der Oberflächentemperatur
der Faserbahn am Einlasswalzenspalt der Einlasswalzenspalt mit Wasserdampf
oder alternativ dazu mit angefeuchteter Luft zum Erhöhen des
Feuchtigkeitsgehalts in dem Einlasswalzenspalt unter Verwendung
von Feuchtigkeitszuführeinrichtungen
versehen wird, welche an dem Einlasswalzenspalt zum Ermöglichen
einer schnelleren Trocknung angeordnet sind.
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Um
das Ziel zu erreichen, ist die Trockenpartie gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch die Heizeinrichtungen, welche am Einlasswalzenspalt angeordnet
sind, und durch Feuchtigkeitszuführeinrichtungen,
welche am Einlasswalzenspalt angeordnet sind, um den Einlasswalzenspalt
mit Wasserdampf oder alternativ dazu mit angefeuchteter Luft zum
Erhöhen
des Feuchtigkeitsgehalts in dem Einlasswalzenspalt und dadurch zum
Erhöhen
der Kontakt-Wärmeübergangszahl
zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder zwecks Erhalts einer schnelleren
Trocknung zu versehen.
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Der
Begriff "angefeuchtete
Luft" bezieht sich hier
auf eine Kombination von trockener Luft und Wasserdampf.
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Die
bei der Erfindung verwendeten Heizeinrichtungen basieren auf einem
Erwärmen
mittels elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise IR-Strahlen (Infrarotstrahlen)
oder Mikrowellen.
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Die
Heizeinrichtungen sind vorzugsweise gegen die Faserbahn gerichtet,
in welchem Fall die Oberfläche
der Faserbahn sehr wirksam erwärmt wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen
der Trockenpartie sind in den beigefügten Patentansprüchen 3 bis
11 offenbart.
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Die
Erfindung basiert somit auf der Vorstellung, ein wirksames Trocknen
einer Faserbahn durch Erhöhen
des Feuchtigkeitsgehalts im Einlasswalzenspalt zu ermöglichen
so wie die Oberflächentemperatur
der Faserbahn am Einlasswalzenspalt erhöht wird. Zum Verbessern der
Qualität
des Papiers ist es im Stand der Technik bekannt, Wasserdampf in
den Einlasswalzenspalt zu blasen, sobald eine Papierbahn transportiert
wird. Obgleich die Temperatur des angefeuchteten Dampfes bei solch
einer qualitätsgesteuerten
Anwendung 100 bis 200°C
beträgt,
ist der Dampf nicht in der Lage, die Oberflächentemperatur der Papierbahn
zu erhöhen,
da die Papierbahn bei hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise
20 m/s transportiert wird. Es ist im Stand der Technik bekannt,
IR-Strahlen zu verwenden, um ein gewünschtes Feuchtigkeitsprofil
in der Papierbahn zu erhalten.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik werden die Feuchtigkeitszufuhr und
die Erwärmung
bei der vorliegenden Erfindung nicht durchgeführt, um die Verdampfungsintensität lokal
zu erhöhen,
sondern um eine erhöhte
Kontakt-Wärmeübergangszahl zwischen
der Faserbahn und dem Trockenzylinder zu erhalten. Die Oberflächentemperatur
der Faserbahn kann beträchtlich
erhöht
werden, wenn die Heizeinrichtung, welche auf einem Erwärmen mittels elektromagnetischer
Wellen in Verbindung mit einer Feuchtigkeitszufuhr basiert, in dem
Einlasswalzenspalt zur Anwendung kommt. Die Vorgehensweise, dass
die trockene Luft daran gehindert wird, in den Walzenspalt zu gelangen,
und statt dessen den Feuchtigkeitsgehalt oder die Feuchtigkeit,
d.h. die Menge an Wasser pro kg trockener Luft, in dem Einlasswalzenspalt
zu erhöhen,
kann in einem Prozess besonders charakteristisch sein, welcher darauf
abzielt, den Feuchtigkeitsgehalt in der Faserbahn zu verringern.
Allerdings führt
ein Erhöhen
in Bezug auf den atmosphärischen
Feuchtigkeitsgehalt im Einlasswalzenspalt zu einem Erhöhen der
Kontakt-Wärmeübergangszahl
zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder. Es ist wünschenswert,
in einem schnellen Trocknungsprozess auf eine Kontakt-Wärmeübergangszahl
abzuzielen, welche so hoch wie möglich
ist. Der Wärmeübergang
zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder ist relativ gering bei
bekannten Trockenpartien, da Luft mit einem relativ geringen Feuchtigkeitsgehalt
zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder angetroffen wird, obgleich
die Luftschicht zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder gesättigt ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optimale Feuchtigkeit am
Einlasswalzenspalt zu erreichen. Ein Feuchtigkeitsgehalt wird somit
zwischen der Faserbahn und dem Trockenzylinder erhalten, welcher
höher als
die Feuchtigkeit der Luftschicht an einem Auslasswalzenspalt ist.
Eine Druckwalze, welche die Faserbahn gegen den Trockenzylinder
drückt,
kann vorzugsweise am Einlasswalzenspalt zur Anwendung kommen. Die
Druckwalze verringert die Größe der Luftschicht zwischen
der Faserbahn und dem Trockenzylinder, kann die Luftschicht jedoch
nicht vollständig
beseitigen. Die Druckwalze kann jedoch als solche den Trockenprozess
nicht beträchtlich
ohne ein Erwärmen der
Faserbahn und ein Versehen des Einlasswalzenspaltes mit Feuchtigkeit
beschleunigen.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
den sparsamen Umgang mit Energiekosten und schafft eine Trockenpartie
mit einer besseren Wirksamkeit als solche, wie sie im Stand der
Technik bekannt sind. Die Faserbahn kann schneller und mit einer
geringeren Anzahl von Trockenzylindern getrocknet werden. Die Gesamtkosten
zum Verdampfen des Wassers aus der Faserbahn sind so berechnet,
dass sie um etwa 10 % sinken. Die Transportgeschwindigkeit der Faserbahn
kann um 20 bis 30 % erhöht
werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform genauer mit Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Teil einer Trockenpartie in einer Papiermaschine; und
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2 einen
vergrößerten Teil
der 1.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen Teil einer Trockenpartie der Erfindung. In 1 wird
eine Papierbahn 1, welche durch einen Draht 2 abgestützt ist, über einen Trockenzylinder 3 geführt und über verbleibende
Zylinder 4 und 5 anschließend weitergeführt. Beim
Anwenden der Erfindung kann die Trockenpartie eine andere Faserbahn,
wie zum Beispiel eine Pulpenbahn oder eine Kartonbahn, anstelle
einer Papierbahn umfassen. Ein Einlasswalzenspalt, welcher zwischen
der Papierbahn 1 und dem Trockenzylinder 3 ausgebildet
ist, wird allgemein durch die Bezugszahl 6 gekennzeichnet,
und eine Vergrößerung des Walzenspaltes
ist in 2 gezeigt. Eine Presswalze 9 ist angeordnet,
um die Papierbahn 1 gegen den Trockenzylinder 3 zu
pressen.
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Der
Trockenzylinder 3 bezieht sich auf einen ersten Trockenzylinder
der Trockenpartie. Die Oberflächentemperatur
dieses Zylinders beträgt
etwa 60 bis 70°C.
Die Geschwindigkeit der Papierbahn 1 beträgt beispielsweise
25 m/s, und die Temperatur der Papierbahn 1 beträgt 50 bis
60°C kurz
vor dem Walzenspalt 6. Eine Heizeinrichtung 7 ist
nahe am Walzenspalt 6 angeordnet. Die Heizeinrichtung basiert auf
einem Erwärmen
mittels Infrarotstrahlen (IR) und ist zur Oberfläche der Papierbahn 1 hin
gerichtet, wie dies durch eine Anzahl von Pfeilen verdeutlicht ist, welche
senkrecht auf der Papierbahn stehen. Die Heizeinrichtung 7,
welche ihre Energie mit Hilfe von Gasenergie erhält, ist vorgesehen, um die
Oberflächentemperatur
der Papierbahn 1 am Einlasswalzenspalt 6 um 1
bis 40°C
zu erwärmen.
Wenn eine schwere Faserbahn, wie eine Pulpen- oder Kartonbahn, transportiert
wird, wird die Oberflächentemperatur
um 0,5 bis 25°C
erhöht.
Bei Faserbahnen mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt oder einem hohen Basisgewicht
fällt die
Temperaturzunahme geringer als bei leichten Faserbahnen aus. Beispiele
solcher leichter Faserbahnen sind Papier- oder Feinpapierbahnen.
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Die
Oberflächentemperatur
tp der Papierbahn am Punkt C in dem Spalt
zwischen der Papierbahn und dem Trockenzylinder 3 beträgt etwa
60°C. In
der Mitte des Trockenzylinders hat sich die Oberflächentemperatur
der Papierbahn auf beispielsweise 75°C erhöht, und die Temperatur im Spalt
zwischen der Papierbahn und dem Trockenzylinder (nicht gezeigt)
beträgt
75 bis 85°C
(75°C am
Einlasswalzenspalt und 85°C
am Auslasswalzenspalt); die Temperatur tc des
Trockenzylinders beträgt
beispielsweise 95°C.
Da die Papierbahn 1 den Trockenteil am letzten Trockenzylinder
(nicht gezeigt) verlässt,
beträgt
ihre Temperatur etwa 90 bis 100°C.
Die Oberflächentemperatur
des letzten Trockenzylinders beträgt somit 100 bis 130°C.
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Bezugszeichen 8 verdeutlicht
eine Feuchtigkeitszuführeinrichtung
zum Blasen von Dampf oder angefeuchteter Luft in den Einlasswalzenspalt 6.
Die Feuchtigkeitszuführeinrichtung
umfasst eine Anzahl von Ausstoßvorrichtungen
oder Düsen 8,
welche am Einlasswalzenspalt 6 spitz zulaufen, so dass
sie in die Spitze des Walzenspaltes derart blasen, dass der Dampf
oder die angefeuchtete Luft den Walzenspalt nicht nur entlang der
Oberfläche
der Papierbahn 1 sondern auch entlang der Oberfläche des
Trockenzylinders 3 entgegen der Bewegungsrichtung der Papierbahn
und des Trockenzylinders verlässt.
Auf diese Weise erhält
der sehr dünne
Luftspalt zwischen der Papierbahn 1 und dem Trockenzylinder 3 im
Bereich nahe der Druckwalze 9 eine erhöhte Feuchtigkeit.
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Die
Ausstoßvorrichtungen
gestatten ein Erhöhen
in Bezug auf das Feuchtigkeitsverhältnis am Einlasswalzenspalt 6.
Ein Erhöhen
des Feuchtigkeitsverhältnisses
beschreibt allgemein eine Zunahme in Bezug auf die Temperatur des
Nassthermometers, welche nachfolgend als Nasstemperatur bezeichnet
wird. Ein wünschenswertes Änderungsintervall
in Bezug auf die Nasstemperatur entspricht teilweise der Zunahme
der Oberflächentemperatur
der Papierbahn (1 bis 40°C)
in dem untersuchten Walzenspalt und liegt daher im Bereich von 1
bis 50°C. Die
Nasstemperatur kann somit zwischen 51 und 101°C liegen. Wenn die Oberflächentemperatur
der Papierbahn beispielsweise von 75 auf 76°C zunimmt, führt dies zu einer Veränderung
hinsichtlich der Feuchtigkeit von 0,38 auf 0,41 kg H2O/kg
trockene Luft, oder eine wünschenswertere
Zunahme in diesem Fall ist eine Erhöhung um 10°C, welche einer Feuchtigkeitsänderung
von 0,38 auf 0,83 kg H2O/kg trockene Luft
entspricht. Wie das Beispiel verdeutlicht, ist es wünschenswert,
die Änderung
in Bezug auf die Feuchtigkeit unter Verwendung des Temperaturintervalls
der Nasstemperatur zu beschreiben. Es ist deshalb vorteilhaft, beispielsweise
das Dalton-Gesetz und die Antoine-Zustandsgleichung für ein Luft- und Dampfgemisch
zu verwenden, wenn Ähnlichkeiten
zwischen der Feuchtigkeit und der gemessenen Nasstemperatur beschrieben
werden. Wenn Dampf oder angefeuchtete Luft dem Trockenzylinder und der
Papierbahn zugeführt
werden, dann sollte die Nasstemperatur vorzugsweise die Oberflächentemperatur
des Trockenzylinders übersteigen.
Die Trockentemperatur für
den Dampf oder die angefeuchtete Luft, welche unter Verwendung der
Ausstoßvorrichtungen
ausgeblasen wird, kann im Bereich zwischen 100 und 300°C liegen,
es sind aber auch Temperaturen außerhalb dieses Bereichs möglich.
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1 zeigt
ferner eine Anzahl von Luftdüsen 11,
welche am Auslasswalzenspalt 10 des Trockenzylinders 3 zum
Blasen angefeuchteter Luft gegen die Papierbahn angeordnet sind.
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Die
Erfindung wurde zuvor anhand lediglich eines Beispiels beschrieben,
und es wird deshalb darauf hingewiesen, dass Einzelheiten der Erfindung auf
unterschiedliche Weisen in den Umfang der beigefügten Patentansprüche eingearbeitet
werden können.
Die verwendete Heizeinrichtung kann daher auch auf elektromagnetischen
Wellen basieren, deren Wellenlänge
im Vergleich zu derjenigen der IR-Strahlung unterschiedlich ist.
Die Heizeinrichtung erhält
ihre Energie nicht notwendigerweise vom Gas her sondern kann auch
elektrisch betrieben sein, falls Elektrizität vorteilhaft verfügbar ist.
Außerdem
kann die Anzahl der Trockenzylinder variieren, und die Druckwalze
ist nicht wesentlich für
die Erfindung, obgleich bessere Ergebnisse mit der Druckwalze erzielt werden
können.
Die Temperatur in den Trockenzylindern kann ebenfalls variieren.
Die Heizeinrichtung und die Druckwalzen können nahe an sämtlichen Trockenzylindern
oder lediglich an einem Teil der Trockenzylinder der Trockenpartie
angeordnet sein.