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Dokumentenidentifikation DE10125977C1 02.01.2003
Titel Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension
Anmelder Voith Paper Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Britz, Herbert, 88250 Weingarten, DE;
Hess, Harald, 88287 Grünkraut, DE;
Kemper, Martin, 88250 Weingarten, DE;
Reinholdt, Boris, 88289 Waldburg, DE;
Stetter, Andrea, 88074 Meckenbeuren, DE
DE-Anmeldedatum 29.05.2001
DE-Aktenzeichen 10125977
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.01.2003
IPC-Hauptklasse B03D 1/02
Zusammenfassung Das Verfahren dient der Entfernung von Störstoffen, z. B. Druckfarben oder Stickies, aus einer wässrigen Papierfasersuspension, insbesondere, wenn diese aus Altpapier hergestellt ist. Es werden mehrere, vorzugsweise zwei, Flotationsstufen (1, 2) verwendet, wobei der Flotationsschaum (3) der ersten Flotationsstufe (1) in den Zulauf der zweiten Flotationsstufe (2) geführt wird. Der Durchlauf (4) der zweiten Flotationsstufe (2) wird aufgeteilt in einen Vorlaufanteil (5) und einen Rücklaufanteil (6). Die mengenmäßige Aufteilung wird entsprechend der gewünschten Qualität des Gutstoffes (9) eingestellt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch Flotation wird ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall für solche Verfahren ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen Suspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so daß sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und unerwünschten Störstoffteilchen in der Art, daß der Faserstoff aufgrund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Störstoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Weil dabei nicht alle Feststoffe ausflotiert, sondern Fasern von Verunreinigungen getrennt werden, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.

Da der Flotationsschaum, der bei einer einzigen Flotationsstufe gebildet wird, in den meisten Fällen noch einen beträchtlichen Anteil von Papierfasern enthält, wird das hier beschriebene Verfahren mit mindestens zwei Flotationsstufen durchgeführt, wobei der Überlauf, also der Flotationsschaum, der ersten Stufe als Einlauf in die zweite Stufe geführt wird. Üblicherweise spricht man dann von einer ersten und zweiten Flotationsstufe oder auch von Primär- und Sekundärflotation. Der Durchlauf der zweiten Flotationsstufe kann dem Zulauf der ersten Flotationsstufe wieder zugegeben werden. Anlagen, die nach einem solchen Verfahren arbeiten, haben sich an sich bewährt, da sie bei geringen Stoffverlusten zu einer guten Qualität des so gebildeten Gutstoffes führen. Da sich jedoch die Rohstoffe, insbesondere wenn sie aus Altpapier bestehen, in ihrer Zusammensetzung und Qualität ständig ändern, ist es nicht immer einfach, solche Anlagen optimal zu fahren. Bei den großen Zellenvolumina sind auch die Regel-Totzeiten oft sehr hoch.

Es gibt auch Fälle, bei denen der Durchlauf der zweiten Stufe dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt wird, wobei vorher auch eine spezielle Reinigungsstufe, z. B. - wie die DE 41 30 472 C2 zeigt - eine Waschstufe vorgesehen sein kann.

In einer weiteren Publikation, der DE 42 25 117 C1, wird ebenfalls ein zweistufiges Flotationsverfahren beschrieben. Dabei wird der Durchlauf der Sekundärstufe zum einen Teil direkt in den Zulauf derselben Stufe und zum anderen Teil in den Zulauf zur Primärstufe zurückgeführt. Auch wenn die Aufteilung oder die Menge dieser Rückläufe verstellt wird, was in dieser Publikation ausdrücklich vorgesehen ist, kann dadurch kein schnellwirkender Regeleingriff auf den Gesamtprozess erfolgen. Vielmehr ist mit größeren Totzeiten zu rechnen, bis die Qualität des Gutstoffes durch einen solchen Regelvorgang auf den gewünschten Wert gebracht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren so zu gestalten, dass eine gute und schnell wirkende Regelung z. B. auf konstante Qualität des erzeugten Gutstoffs ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale bereits vollständig gelöst.

Dadurch, dass der Durchlauf der zweiten Flotationsstufe aufgeteilt wird und das Verhältnis dieser Aufteilung einstellbar ist, ergibt sich die Möglichkeit, simultan auf Schwankungen im System zu reagieren. Wichtige Qualitätsmerkmale des Flotationsgutstoffes sind z. B. dessen Weißgrad, Schmutzpunktgehalt und Aschegehalt. Wegen der bereits erwähnten Schwankungen im Rohstoff können auch bei sonst stabiler Funktion der Flotationsanlage im Gutstoff Schwankungen auftreten, die nicht mehr akzeptiert werden. Durch eine Änderung der Aufteilung der genannten Stoffströme, die sich sofort auf die Zusammensetzung des in der Flotationsanlage gewonnenen Gutstoffes auswirkt, werden die Korrekturen sehr schnell wirksam. Auf die verschiedenen Möglichkeiten solcher Regelvorgänge wird noch detaillierter eingegangen werden.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Verfahrensschema,

Fig. 2 eine Variante des Verfahrens, dargestellt an einem Teilschema,

Fig. 3 eine Flotationszelle zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 4 eine Regelungsvariante.

Gemäß Fig. 1 wird die Papierfaserstoffsuspension S zunächst einer ersten Flotationsstufe 1 zugeführt. Der apparative Aufbau einer solchen Flotationsstufe ist an sich bekannt. Sie kann eine oder mehrere Flotationszellen enthalten, welche von der Suspension nacheinander oder parallel durchströmt werden. Bei dem hier gezeigten Beispiel sind vier Flotationszellen der ersten Flotationsstufe 1 gezeichnet. Der Flotationsschaum 3 wird gesammelt, eventuell entlüftet (nicht dargestellt) und der zweiten Flotationsstufe 2 zugeführt. Auch aus dieser wird ein Flotationsschaum 8 abgezogen, wobei es typisch für solche Kaskadenschaltungen ist, dass der Flotationsschaum der späteren Stufen wesentlich mehr Störstoffe und wesentlich weniger Fasern enthält als der Flotationsschaum der voranstehenden Stufen. Der in der zweiten Flotationsstufe 2 gebildete Durchlauf 4 wird erfindungsgemäß in einen Vorlaufanteil 5 und einen Rücklaufanteil 6 aufgeteilt, wozu eine Verteileinrichtung 14 angedeutet ist. Dabei geht der Vorlaufanteil 5 in den Durchlauf 7 der ersten Flotationsstufe 1 und der Rücklaufanteil 6 in deren Zulauf. Durch Mischen von Durchlauf 7 und Vorlaufanteil 5 wird der Gutstoff 9 der Anlage gebildet.

Mit Vorteil wird die Verteileinrichtung 14 durch einen Regler 16 gesteuert. Dieser Regler 16 verarbeitet z. B. ein Qualitätssignal aus dem Qualitätssensor 12 und die Durchflussmesswerte der Durchflusssensoren 10 und 11. Da in vielen Fällen der Durchlauf 4 aus der zweiten Flotationsstufe 2 nicht die Qualität des Durchlaufes 7 aus der ersten Flotationsstufe 1 erreicht, kann er z. B. bei sinkender Qualität des Gutstoffes 9 vermehrt dem Rücklaufanteil 6 zugeführt und erneut flotiert werden. Im umgekehrten Fall, also wenn die Qualität des Gutstoffes 9 den geforderten Wert überschreitet, kann ein größerer Teil des Durchlaufes 4 der zweiten Flotationsstufe als Vorlaufanteil 5 dienen. Entscheidend ist, dass der Gutstoff 9, der die Anlage verlässt, die geforderten Anforderungen erfüllt und dass dabei ein wirtschaftliches Optimum erreicht wird.

In vielen Fällen wird mittels Niveautransmitter 13 und Stellventil 17 in der Durchlaufleitung die Höhe des Suspensionsniveaus in der Flotationszelle auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Das regelt die Schaummenge am Überlaufwehr. Auf die zweite Flotationsstufe 2 angewandt, lässt sich durch Änderung des Niveaus die Qualität des Gutstoffes 9 beeinflussen, weil dadurch, bezogen auf den Durchsatz dieser Stufe, eine größere bzw. kleinere Schaummenge und damit auch Störstoffmenge entfernt wird. Allerdings beeinflusst das auch wiederum die Konzentrationen in den Flotationsstufen, so dass eine beträchtliche Zeit vergeht, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand eingestellt hat.

In der Kombination dieser beiden Regelvorgänge liegt ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Qualitätsabweichungen können zunächst kurzfristig ausgeglichen werden, was für die Produktion des Papiers aus dem Papierfaserstoff vorrangig ist. In einem überlagernden langsameren Regelvorgang werden Verluste minimiert, ohne dass die Qualität leidet.

Wie die Fig. 2 zeigt, kann der Flotationsschaum, der an der zweiten Flotationsstufe 2 anfällt, teilweise in den Zulauf zur selben Flotationsstufe 2 zurückgeführt werden. Wenn die zweite Flotationsstufe 2 aus mehreren hintereinander geschalteten Flotationszellen besteht, was durchaus üblich ist, bietet sich für diese Schaumrückführung der Anteil 8" des Flotationsschaumes an, der an der letzten Flotationszelle bzw. an den letzten Flotationszellen dieser Stufe anfällt. Dahinter steht die Überlegung, dass ein solcher Schaum immer noch "sauberer" ist als der Flotationsschaum 8', der an den ersten Zellen dieser Flotationsstufe gebildet wird. Der letztgenannte Flotationsschaum 8', der am stärksten mit Störstoffen angereichert ist, wird dann als Rejekt verworfen. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Ökonomie der Flotationsanlage zu erhöhen, indem der Faserverlust minimiert wird.

Die in Fig. 3 als Schnitt einer Seitenansicht schematisch dargestellte Flotationszelle, z. B. zur zweiten Flotationsstufe 2 gehörig, zeigt die Abfuhr des Schaumes, welcher über ein Wehr 18 in die Schaumrinne 19 dieser Flotationszelle abfließt. Oft sind mehrere solcher Zellen zu einer Flotationsstufe zusammengestellt und so miteinander verbunden, dass sich in ihnen ein gleiches Flüssigkeitsniveau einstellt. Der Niveautransmitter 13 gibt die Niveauhöhe an den Regler 16, der das Stellventil 17 für den Durchlauf 4 ansteuert. Zufuhr und Belüftung des zugeführten Stoffstromes, das ist bei der zweiten Flotationsstufe der Flotationsschaum 3 der ersten Flotationsstufe, erfolgt durch ein Belüftungsrohr 20. Dieses saugt die Luft L aus dem Inneren der Flotationszelle ab. Der Durchlauf einer Zelle wird über eine oder mehrere Pumpen 21 abgepumpt.

Fig. 4 zeigt eine Regelungsvariante: Statt des Zellenniveaus wird das Niveau in der Schaumrinne 19 gemessen und geregelt. Das ergibt kürzere Regelzeiten, setzt aber die sichere Messbarkeit des Schaumniveaus voraus.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfaserstoffsuspension (S) mit Hilfe mindestens zweier Flotationsstufen (1, 2), welche so geschaltet sind, dass der Flotationsschaum (3) der ersten Flotationsstufe (1) in den Zulauf zur zweiten Flotationsstufe (2) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlauf (4) der zweiten Flotationsstufe (2) in einen Vorlaufanteil (5) und einen Rücklaufanteil (6) aufgeteilt wird, wobei der Vorlaufanteil (5) in den Durchlauf (7) der ersten Flotationsstufe (1) und der Rücklaufanteil (6) in deren Zulauf geführt werden, und dass das Verhältnis dieser Aufteilung so eingestellt wird, dass die geforderten Qualitätswerte für den Gutstoff (9) der Gesamtanlage erreicht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Vorlaufanteils (5) gesenkt wird, wenn der Weißgrad des Gutstoffes (9) erhöht werden soll.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Vorlaufanteils (5) gesenkt wird, wenn der Aschegehalt des Gutstoffes (9) gesenkt werden soll.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aus der zweiten Flotationsstufe (2) abgezogenen Flotationsschaumes (8, 8', 8") reduziert wird, wenn der Faserverlust der Flotationsanlage reduziert werden soll.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil (8") des aus der zweiten Flotationsstufe (2) abgezogenen Flotationsschaumes in den Zulauf derselben Flotationsstufe (2) zurückgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil (8") nur aus einem Teil der zur zweiten Flotationsstufe (2) gehörenden Flotationszellen entnommen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil der Flotationszellen der stromabwärtige Teil ausgewählt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Anteils (8") erhöht wird, wenn der Faser- oder Ascheverlust der Flotationsanlage gesenkt werden soll.
  9. 9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau in den eine Flotationsstufe (1, 2) bildenden Flotationszellen zur Regelung der Menge des abgeführten Flotationsschaumes (3, 8) eingestellt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumniveau in der Schaumrinne (19) der eine Flotationsstufe (1, 2) bildenden Flotationszellen zur Regelung der Menge des abgeführten Flotationsschaumes (3, 8) eingestellt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveaueinstellung durch Ansteuerung eines den Durchlauf (4, 7) beeinflussenden Stellventils (17) erfolgt
  12. 12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuervorgänge mindestens ein Regler (16) verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Flotationsstufe (2) die letzte Flotationsstufe zur Flotation des bei einer dieser vorgeschalteten Flotationsstufe gebildeten Flotationsschaumes ist.
  14. 14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flotationsstufe (1) die Primärstufe der Flotationsanlage ist.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flotationsstufe (1) bereits Flotationsschaum einer vorgeschalteten Flotationsstufe verarbeitet.






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