AT402077B

AT402077B - Verfahren und vorrichtung zur behandlung, insbesondere bleichen, von faserstoff

Info

Publication number: AT402077B
Application number: AT0042095A
Authority: AT
Inventors: Johannes Dipl Ing Dr Kappel; Peter Dipl Ing Dr Scheucher
Original assignee: Andritz Patentverwaltung
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1997-01-27
Also published as: SE9703256D0; SE9703256L; ATA42095A; US5772844A; WO1996028607A1; AU5102996A; SE522811C2

Description

AT 402 077 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Bleichen, von Faserstoff, vorzugsweise im Hochkonsistenzbereich, mit einem gasförmigen Medium, insbesondere Ozon. Weiters betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Rahmen der Behandlung von Faserstoffen mit gasförmigen Medien ist speziell die Bleiche von Interesse. In den letzten Jahren wurde neben der Bleiche mit Sauerstoff die Ozonbleiche entwickelt. Eine besonders günstige Variante stellt die Hochkonsistenzozonbleiche dar. Demzufolge sind verschiedenste Verfahren zur Behandlung von Faserstoffen bereits bekannt. Eines dieser Verfahren ist in den Druckschriften US 3,814,664 und US 3,964,962 (Carlsmith) beschrieben. Weitere Verfahren zur Ozonbleiche sind in den US 4,278,496 und US 4,279,694 (Fritzvold) angeführt. Bei diesen Verfahren wird Faserstoff in einen Turm gegeben und mit dem gasförmigen Medium Sauerstoff bzw. Ozon durchströmt. Diese Verfahren konnten sich aber vor allem wegen der schlechten Bleichergebnisse nicht durchsetzen. Um die Bleichergebnisse zu verbessern wurde auch versucht, zur besseren Durchmischung des Faserstoffes mit dem Bleichmittel Sauerstoff bzw. Ozon dem statischen Bleichturm einen horizontalen dynamischen Reaktor vorzuschalten. Derartige Verfahren sind z. B. in der EP 0 106 460 bzw. in der US 5,174,861 beschrieben. Auch diese verfahren bzw. Vorrichtungen führten noch nicht zu einem zufriedenstellenden Ergebnis. Insbesondere die Inhomogenität des Bleichergebnisses stellt ein großes Problem bei den vorgenannten Verfahren dar. Dies wird auch durch die Veröffentlichung "Importance of Reactor Design in High Consisten-cy Ozone Bleaching” von White, Gandek, Pikuiin und Friend (79th Annual Meeting CPPA) bestätigt. Die US - A - 4161421 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Sauerstoffbleiche, bei dem der Zellstoff durch eine Anzahl von Rohren geleitet wird, die um eine Achse rotieren. Die Austrittsöffnungen werden durch eine Scheibe mit geringerer Anzahl an Öffnungen abgedeckt, wodurch eine gleichmäßige Verweilzeit erzielt wird.

Ziel der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Verfahren überwindet und zu einem homogenen und gleichmäßigen Bleichergebnis ohne Zerstörung der Fasern führt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Faserstoff vor dem Zuführen in das Schüttgut zerkleinert bzw. verfeinert, und weitestgehend homogen durch das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, durchdrungen wird.

Erst die Zerkleinerung und die Verfeinerung der Faserbündel zu einzelnen Fasern in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Prozesses bzw. des Reaktors ermöglicht eine gute Reaktion des gasförmigen Mediums mit der Oberfläche der Fasern und somit ein zufriedenstellendes Behandlungs-, insbesondere Bleichergebnis.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Permeabilität des Faserstoffs im Behandlungsturm etwa einem Druckverlust kleiner 0,02 bar pro m Höhe des Schüttgutes, vorzugsweise kleiner als 0,001 bar pro m, beispielsweise kleiner 0,0002 bar m Höhe des Schüttgutes beträgt. Durch die hohe Permeabilität des Faserstoffes, die durch einen geeigneten Fluffer erzeugt wird, kann das gasförmige Medium günstig und ohne hohen Energieaufwand durch das Schüttgut strömen und es wird eine unerwünschte Kanalbildung vermieden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgewicht des zerkleinerten bzw. verfeinerten Faserstoffs im Behandlungsturm im Bereich von 30 bis 170 kg atro pro m3, vorzugsweise zwischen 50 und 150 kg atro pro m3, beispielsweise 120 kg atro pro m3 beträgt. Durch das geringe Schüttgewicht ist zwischen den einzelnen Fasern ausreichend Raum vorhanden um das gasförmige Medium, z.B. Ozon hindurchströmen zu lassen, wobei auch eine relativ homogene Durchdringung ermöglicht wird.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringung des Faserstoffs durch das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, im Schüttgut mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen 5 und 500 mm pro Sekunde bezogen auf den gesamten Querschnitt, insbesondere zwischen 10 und 100 mm pro Sekunde, beträgt. Bei den genannten Durchströmungsgeschwindigkeiten ist eine optimale Kontaktzeit des gasförmigen Mediums mit dem Schüttgut (Faserstoff) und eine entsprechende Verweilzeit im Behandlungsturm gewährleistet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fassrstoff gleichmäßig über die Oberfläche des Schüttgutes verteilt wird. Durch diese gleichmäßige Verteilung wird ein gleichmäßiger Durchströmungswiderstand erreicht und eine unerwünschte Kanalbildung vermieden. Dadurch wird auch vermieden, daß einige Fasern kaum Kontakt mit dem gasförmigen Medium haben und andere Fasern durch den intensiven Kontakt mit dem gasförmigen Medium beschädigt werden. In weiterer Folge wird dadurch auch eine gleichmäßige Behandlung, z.B. Bleiche erzielt.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Schüttgutes in der Mitte höchstens das 0,2-fache über der Höhe am äußeren Radius beträgt. Wenn der Höhenunterschied der Schüttgutschicht im angegebenen Bereich liegt, haben sich bisher die besten Ergebnisse erzielen lassen. 2

AT 402 077 B

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Konsistenz des Faserstoffs zwischen 20 und 60 Gew.-% beträgt. Bei einer derartigen Konsistenz des Faserstoffes wirkt sich die Erfindung besonders günstig aus.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kappa-Wert am 5 Eingang in die Bleichstufe zwischen 1 und 20 liegt. Vorteilhaft beträgt der Kappa-Wert für Kraft-Zellstoff 5 -15, für Sulfit-Zellstoff 2 - 8 und für Altpapier 1-10, wobei der Kappa-Wert nach dem Reaktor kleiner ist, als am Eintritt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Weiße am Eintritt in den Reaktor zwischen 40 und 80 % ISO beträgt. Vorzugsweise beträgt die Weiße dabei für Kraft-Zellstoff ro 40 - 65% ISO, für Sulfit-Zellstoff 60 - 80 % ISO und für Altpapier 50 - 80 % ISO, wobei die Weiße am Austritt aus dem Reaktor höher ist, als am Eintritt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der zu behandelnde Faserstoff Zellstoff, Holzstoff oder Zellstoff aus Altpapier sein. Bei derartigen Faserstoffen kann ein besonders gutes Bleichergebnis erzielt werden. 75 Eine besonders günstige Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, mit dem Faserstoff vermischt dem Schüttgut zugeführt und / oder im Gasraum über oder unter dem Schüttgut eingeleitet wird. Wird das gasförmige Medium dem Faserstoff bereits vorher, z.B. im Fluffer, zugemischt, kann bereits dort ein Teil des Mediums mit den Faseroberflächen reagieren, wodurch ein noch homogeneres Ergebnis erzielt wird. Wird gegebenenfalls zusätzlich 20 gasförmiges Medium eingeführt, so kann dies sowohl im Gleichstrom , wie auch im Gegenstrom das Behandlungsergebnis vorteilhaft beeinflussen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Schüttgutes ein Verhältnis zum Durchmesser des Behandlungsturmes, insbesondere Bleichturmes von mehr als 0,5 , vorzugsweise mehr als 1 aufweist. Dadurch wird immer ein optimales Verhältnis des Durchströmungsquer-25 Schnitts bei einer entsprechenden Verweilzeit des gasförmigen Mediums sowie des Faserstoffes erreicht.

Ziel der Erfindung ist es auch, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Dies wird erreicht dadurch, daß der Faserstoff direkt vom Mischer / Zerkleinerer dem Schüttgut im Behandlungsturm, insbesondere Bleichturm, zugeführt wird und vorzugsweise Vorrichtungen zur gleichmäßigen Zuführung bzw. zur Vergleichmäßigung der Oberfläche des Schüttgutes vorgesehen sind. Durch diese Ausgestaltung 3o wird eine weitestgehend gleichmäßige Schüttguthöhe bei gleichzeitigem Vermeiden von ungewünschten Aneinanderlagerungen der im Fluffer zerlegten Faserbündel gewährleistet und dadurch eine homogene Durchdringung des Schüttgutes durch das gasförmige Medium, z.B. Sauerstoff und/oder Ozon, ermöglicht.

Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierender Verteilteller vorgesehen ist, der eine Schüttrinne aufweisen kann. Durch diesen Verteilteller und insbesondere eine 35 Schüttrinne wird eine gleichmäßige Aufgabe des Faserstoffes auf die Schüttgutoberfläche gewährleistet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein rotierender Arm vorgesehen ist. Der rotierende Arm erwirkt ein Gleichstreifen der Schüttgutoberfläche. Wird z.B. ein weiterer, versetzt angeordneter Arm vorgesehen, kann die Lage der Arme derart angepaßt werden, daß eine homogene, aufgelockerte Oberschicht des Schüttgutes erreicht wird. 40 Eine günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mitrotierender Querbalken vorgesehen ist, der an Ketten aufgehängt sein kann. Dieser Querbalken streift die Oberfläche gleich. Steigt das Niveau des Schüttgutes, erhöht sich auch der Widerstand. Der Balken verdreht sich dadurch stärker, wodurch die Ketten den Balken heben und automatisch an das Niveau anpassen. 45 Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur gleichmäßigen Zuführung bzw. zur Vergleichmäßigung der Oberfläche des Schüttgutes mit der Austragsvorrichtung des Behandlungsturms, insbesondere Bleichturms, verbunden sind und mitrotieren. Dadurch ist kein zusätzlicher Antrieb erforderlich und die Rotation auch an den Austrag und dessen Geschwindigkeit gekoppelt. so Eine besonders günstige Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsturm, insbesondere Bleichturm, ein Verhältnis der Höhe zum Durchmesser von mehr als 0,5 , vorzugsweise mehr als 1 aufweist. Durch diese Ausführung des Behandlungsturmes läßt sich eine besonders günstige Verteilung des Schüttgutes und eine gleichmäßige Verweilzeit des Gases und des Faserstoffes erzielen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert, wobei Fig. 1 einen Mischer / 55 Fluffer mit anschließenden Bleichturm, Fig. 2 eine Variante einer Verteileinrichtung im Bleichturm, Fig. 3 eine weitere Variante einer Verteileinrichtung im Bleichturm, und Fig. 4 eine nächste Variante einer Verteileinrichtung im Bleichturm darstellt. 3

Claims

AT 402 077 B Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung, bei der der Faserstoff 1 über ein Förderorgan, wie z.B. eine Stopfschnecke, einem Mischer / Fluffer 3 zugeführt wird. In diesen Mischer / Fluffer 3 kann ein Gas 4 wie z.B. Sauerstoff oder ein Sauerstoff Ozon-Gemisch eingeführt werden. In diesem Fall wird das Gas im Bereich der Verfeinerungsscheiben zugeführt und mit den vereinzelten Fasern vermischt. Dieses Gemisch 5, bestehend aus vereinzelten Fasern und einem Bleichmedium, wie z.B. Ozon, bei dem bereits ein Teil der Reaktion des Gases mit der Oberfläche der Fasern erfolgt ist, wird nun in einen Bleichturm 6 eingebracht. Der Faserstoff fällt auf einen rotierenden Verteilteller 7, der geneigt ist, und wird von dort auf die Oberfläche 8 des Schüttgutes 9 verteilt. Durch die lockere Verteilung des Faserstoffes bzw. der vereinzelten Fasern ergibt sich eine Schüttung mit hoher Permeabilität. Durch den Verteilteller 7 wird der übliche Schüttkegel und die damit verbundenen Nachteile einer ungleichmäßigen Durchdringung des Schüttgutes 9 mit Gas 10 (z.B. Ozon) vermieden und eine relativ gleichmäßige Schüttgutoberfläche 8 erzielt. Das Gas 10 durchströmt das Schüttgut gleichmäßig und reagiert auch gleichmäßig mit der Oberfläche der einzelnen Fasern, sodaß ein gleichmäßiges Bleichergebnis erzielt wird, ohne durch Kanalbildung bedingte Zerstörung von einzelnen Fasern durch übermäßigen Kontakt mit dem Bleichmedium. Das Restgas 11 wird in einem Doppelmantel 12 des Bleichturms 6 gesammelt und abgeleitet. Allenfalls noch vorhandene Reste an z.B. Ozon werden zerstört und der Restsauerstoff, falls gewünscht, zur Ozonherstellung wiederaufbereitet. Das Schüttgut 9 (die hochkonsistente Faserstoffmischung) wird am unteren Ende des Bleichturms 6 durch eine Austragsvorrichtung 13 ausgetragen. In manchen Fällen wird durch die Austragsvorrichtung 13 Verdünnungswasser 14 zugeführt und die Faserstoffsuspension zu einer niederen oder mittleren Konsistenz von ca. 3 bis 15 % verdünnt. Diese Suspension 16 wird mittels einer Pumpe 15 einer weiteren Verfahrensstufe zugeführt. Der Verteilteller 7 ist hier durch eine Welle mit der Austragsvorrichtung 13 verbunden und rotiert mit dieser mit. Fig. 2 zeigt eine Variante einer Verteileinrichtung, bei der der Verteilteller 7 Schüttgutrinnen 17 aufweist, um eine gezielte Verteilung des Faserstoffes auf die Oberfläche 8 des Schüttgutes 9 zu gewährleisten. Durch die Rotation der Verteileinrichtung ist eine gleichmäßige Aufgabe und somit auch eine gleichmäßige Oberfläche 8 gegeben. Fig. 3 zeigt eine weitere Variante einer Verteileinrichtung, wobei sich ohne diese Einrichtung ein Schüttkegel gemäß der strichlierten Linie 8 ergeben würde. Durch die Arme 18 bzw. 18’, die in Form von Rohren ausgebildet sein können, wird die obere Schicht des Schüttgutes 9 gleichgestreift bzw. durch die Arme 18' aufgelockert und weiter vergleichmäßigt. Die Arme 18, 18' können entsprechend der gewünschten Schüttguthöhe eingestellt werden. Fig. 4 stellt eine Variante einer Verteileinrichtung dar, bei der ein Querbalken 19 an Ketten 20 aufgehängt ist. Auch diese Verteileinrichtung rotiert mit der Austragsvorrichtung 13 mit. Erhöht sich nun das Niveau des Schüttgutes 9, so vergrößert sich auch der Widerstand gegen die Rotation. Dadurch erfolgt eine Verdrehung und durch die Ketten 20 auch ein Heben des Querbalkens 19, sodaß dieser wiederum an der Oberfläche 8 des Schüttgutes 9 entlangstreift und den zugeführten Faserstoff gleichmäßig verteilt. Erst durch diese Ausführungen bzw. die entsprechende Fluffqualität wird eine gleichmäßige Durchdringung der Schüttgutschicht ermöglicht. Die daraus resultierende gleichmäßige Verweilzeit bzw. auch Kontaktzeit ergibt in weiterer Folge ein gleichmäßiges Bleichergebnis, das den heutigen Qualitätserfordernissen entspricht. Mit bisherigen Verfahren bzw. Vorrichtungen konnten diese Ergebnisse nicht erzielt werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Behandlung, insbesondere Bleichen, von Faserstoff, vorzugsweise im Hochkonsistenzbereich, mit einem gasförmigen Medium, insbesondere Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff vor dem Zuführen in das Schüttgut derart zerkleinert bzw. verfeinert, und weitestgehend homogen durch das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, durchdrungen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permeabilität des Faserstoffs etwa einem Druckverlust kleiner 0,02 bar pro m Höhe des Schüttgutes, vorzugsweise kleiner als 0,001 bar pro m, beispielsweise kleiner 0,0002 bar m Höhe des Schüttgutes beträgt. 4 AT 402 077 B
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringung des Faserstoffs durch das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, im Schüttgut mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen 5 und 500 mm pro Sekunde bezogen auf den gesamten Querschnitt, insbesondere zwischen 10 und 100 mm pro Sekunde, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff gleichmäßig über die Oberfläche des Schüttgutes verteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Schüttgutes in der Mitte höchstens das 0,2-fache über der Höhe am äußeren Radius beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsistenz des Faserstoffs zwischen 20 und 60 Gew.-% beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappa-Wert am Eingang in die Bleichstufe zwischen 1 und 20 liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappa-Wert nach dem Reaktor kleiner ist, als am Eintritt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiße am Eintritt in den Reaktor zwischen 40 und 80 % ISO beträgt
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiße am Austritt aus dem Reaktor höher ist, als am Eintritt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Faserstoff Zellstoff ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Faserstoff Holzstoff ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Faserstoff Zellstoff aus Altpapier ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium, insbesondere Ozon, mit dem Faserstoff vermischt dem Schüttgut zugeführt und / oder im Gasraum über oder unter dem Schüttgut eingeleitet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Schüttgutes ein Verhältnis zum Durchmesser des Behandlungsturmes, insbesondere Bleichturmes von mehr als 0,5 , vorzugsweise mehr als 1 aufweist.
17. Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Bleichen, von Faserstoff, vorzugsweise im Hochkonsistenzbereich, mit einem gasförmigen Medium, insbesondere Ozon, mit einem Mischer/Zerkleinerer und einem Behandlungsturm, insbesondere Bleichturm, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff direkt vom Mischer/Zerkleinerer dem Schüttgut im Behandlungsturm, insbesondere Bleichturm, zugeführt wird und vorzugsweise Vorrichtungen zur gleichmäßigen Zuführung bzw. zur Vergleichmäßigung der Oberfläche des Schüttgutes vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierender Verteilteller vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilteller eine Schüttrinne aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein rotierender Arm vorgesehen ist. 5 AT 402 077 B
21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein mitrotierender Querbalken vorgesehen ist, der an Ketten aufgehängt sein kann.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur gleichmäßigen Zuführung bzw. zur Vergleichmäßigung der Oberfläche des Schüttgutes mit der Austragsvorrichtung des Behandlungsturms, insbesondere Bleichturms, verbunden sind und mitrotieren.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsturm, insbesondere Bleichturm, ein Verhältnis der Höhe zum Durchmesser von mehr als 0,5 , vorzugsweise mehr als 1 aufweist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 6