Rohstoffcharakterisierung

thema
von Andreas Eichler
In der Pressenpartie
einer Papiermaschine
wird der Stoff auf rund
50 Prozent Trockengehalt
entwässert.
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Rohstoffcharakterisierung
Eine neue Labormethode bestimmt die Pressenentwässerung
in Faserstoffen durch mehrere Parameter.
Für jeden Papiermacher ist ein hoher
Trockengehalt bereits nach
der Presse wichtig, denn dadurch
ist es möglich, die Papiermaschine
schneller zu fahren und damit die Produktion
zu steigern. Außerdem wird
der spezifische Dampfverbrauch in der
Trockenpartie dadurch verringert und
somit Geld gespart.
Verlangsamt entwässern
FiberXPress ist ein neues Laborgerät,
das es ermöglicht, die Entwicklung
des Trockengehaltes während des
Pressvorganges zu verfolgen. Im Gegensatz
zu dem weitverbreiteten, aber
unzureichenden Wasserrückhaltevermögen
kann der zeitliche Verlauf des
Trockengehalts unter Bedingungen, die
denen einer realen Presse entsprechen,
aufgezeichnet werden.
Bei der Entwicklung des Messgerätes
wurde auf eine möglichst realitätsnahe
Nachstellung der Situation
an der Papiermaschine Wert gelegt.
Der zu untersuchende Rohstoff wird
üblicherweise aus der Mischbütte ent­
Dr. Andreas Eichler
leitet die Abteilung
Neue Produkte bei
Voith Paper in
St. Pölten.
© privat
nommen und in die Probenkammer
eingebracht. Bei niedrigen Drücken
wird die Suspension auf 20 Prozent
Trockengehalt vorentwässert. Erst dann
setzt der eigentliche Messvorgang ein,
in dem der Stoff Drücken von bis zu
10 MPa ausgesetzt wird. Während des
Pressvorganges wird die ausgepresste
Wassermenge kontinuierlich protokolliert,
sodass nach Abschluss der Messung
auf den Trockengehalt zu jedem
beliebigen Zeitpunkt rückgeschlossen
werden kann. Um den in der Realität
typischerweise in Bruchteilen einer
Sekunde ablaufenden Pressprozess
auf leicht beobachtbare Zeitspannen
zu dehnen, wird die Flächenmasse auf
1000 bis 3000 g/m 2 erhöht. Auf Grund
des Zusammenhanges zwischen Probendicke
und Strömungsgeschwindigkeit
verlangsamt sich die Entwässerungsgeschwindigkeit
und der
Pressvorgang wird einfach beobachtbar.
Mehrere Parameter möglich
Dabei sind die Parameter Druck, Druckprofil,
Pressdauer und andere frei veränderbar,
sodass jede gewünschte
Presskonfiguration nachgestellt werden
kann. Darüber hinaus besteht
die Möglichkeit, die Probenkammer
zu temperieren, sodass auch Temperatureinflüsse
auf den Pressvorgang
untersucht werden können. Weiters
wird die Dicke der Papierprobe während
der Messung aufgezeichnet, wodurch
Rückschlüsse auf den Volumenverlust
des Papiers während des Pressvorganges
gezogen werden können. Das
Anwendungsspektrum des Messgerätes
umfasst unter anderem:
• Maßschneidern von Stoffmischungen
• Optimieren von Chemismus/Füllstoffen
• Quantifizieren von Temperatureffekten
• Optimieren der Mahlenergie
• Abschätzen von Auswirkungen von
Pressenbetriebsparametern wie Linienlast
oder Geschwindigkeit
Das Gerät selbst ist transportabel, sodass
die Untersuchungen vor Ort durchgeführt
werden können.
Wie ein Fingerabdruck
In der Abbildung rechts sind beispielhaft
einige Messkurven dargestellt.
Dabei ist das unterschiedliche Entwässerungsverhalten
der Rohstoffe deutlich
zu sehen. Die Altpapier­basierten
Stoffe OCC und DIP entwässern in den
ersten Sekunden sehr stark, bereits
nach 20 Sekunden werden 50 Prozent
Trockengehalt erreicht. Aber auch über
den restlichen Verlauf der Kurve ist eine
stetige Verbesserung des Trockenge­
DIP Deinked pulp
LF Langfaser
MPa Millionen Pascal
OCC Old Corrugated Container
UBKP Unbleached kraft pulp
WRV Wasserrückhaltevermögen
© Voith

halts zu erkennen. Der (kaum gemahlene)
Frischfaserstoff UBKP entwässert
noch schneller, die Kurven flachen aber
bald merklich ab. Dadurch liegt der
finale Trockengehalt unterhalb dem
der Altpapier­Stoffe. Schließlich wurde
noch eine Mahlreihe einer Langfaser/
DIP­Mischung untersucht. Die Form
der Kurven ist durchwegs ähnlich, allerdings
zeigt sich mit zunehmender
Mahlung deutlich eine Verlangsamung
des Entwässerungsvorganges.
Wie man anhand dieser Beispiele
gut sehen kann, lässt sich auf diese Art
unter realistischen Bedingungen ein
eindeutiger Fingerabdruck jedes Rohstoffes
bestimmen, der einerseits sein
maximales Trockengehaltspotenzial
zeigt, andererseits aber auch, wie schnell
dieses erreicht werden kann. Dies offenbart
gleichzeitig einen Schwachpunkt
anderer Methoden, die versuchen, die
Entwässerungscharakteristik auf eine
einzige Kennzahl (zum Beispiel WRV)
zu reduzieren. Diese weit verbreitete
Methode zur Abschätzung der Entwässerbarkeit
von Faserstoff beruht
auf der Zentrifugierung von Faserstoff.
Die Erfahrung der letzten 50 Jahre hat
Pressentwässerung
Trockengehalt [%]
60 %
55 %
50 %
45 %
40 %
35 %
30 %
25%
1000 g/m 2
OCC 1
OCC 2
DIP
UBKP 1
UBKP 2
20 % 0 20 40 60 80 100
Entwässerungszeit [s]
gezeigt, dass das WRV durchaus geeignet
ist, Tendenzen abzuleiten und
innerhalb einer Rohstofffamilie Vergleiche
zu ziehen, zum Beispiel wenn
Mahlkurven ausgewertet werden. Im
Vergleich mit dem Trockengehalt, der
dann tatsächlich unter realen Bedingungen
erreicht wurde, zeigt sich jedoch
nur eine Korrelation innerhalb von etwa
fünf Prozent Trockengehalt. Somit ist
der WRV für quantitative Aussagen zum
erreichbaren Trockengehalt nach Presse
unzureichend.
Um fünf Prozent genauer
In der Abbildung Abb. 3 sind Trockengehaltswerte,
die bei verschiedenen
Rohstoffen erreicht wurden, den entsprechenden
Trockengehalten gegenübergestellt.
Dabei zeigen sich die oben
angesprochenen Limits des WRV deutlich.
Innerhalb einer Rohstoffklasse (zum
Beispiel die blaue Mahlreihe LF+DIP) zeigt
sich eine gute Korrelation zwischen den
FiberXPress­Werten und dem WRV­Wert.
Im Gesamtvergleich bleibt allerdings eine
Bandbreite von etwa fünf Prozent.
Eine genauere Analyse zeigt, dass ein
einzelner Parameter wie das WRV nicht
40% LF + 60 % DIP: 48SR
40% LF + 60 % DIP: 65SR
40% LF + 60 % DIP: 70SR
40% LF + 60 % DIP: 80SR
Bei allen Rohstoffen wurde ein konstanter Druck von 6 MPa
auf eine 1000 g/m 2 Probe aufgebracht und die Entwicklung
des Trockengehalts über die Zeit bestimmt.
Trockengehalt nach 100s
Weil die Messungen vor Ort durchgeführt
werden können, werden
Verfälschungen der Ergebnisse
durch Faserquellung und Alterung
weitgehend vermieden.
ausreicht, um das komplexe reale Entwässerungsverhalten
zu beschreiben. Es
werden zumindest ein (druckabhängiger)
maximal erreichbarer Grenztrockengehalt
sowie ein Permeabilitätsparameter benötigt,
der die Zeitentwicklung beschreibt,
um den Entwässerungsverlauf unter beliebigen
Bedingungen beschreiben zu
können. Mithilfe gezielter Messungen
können diese Parameter bestimmt
werden und auf die Praxissituation angewandt
werden. �
andreas.eichler@voith.com
+43/2742/806-22 410
60 %
55 %
50 %
45 %
40 %
35 %
1000 g/m 2 6MPa
papierausösterreich drei | 11
30 %
30 % 35 % 40 % 45 % 50 % 55 % 60 %
Trockengehalt nach Zentrifugieren (WRV)
A new FiberXPress
test unit analyses
stock, taken from the
mixing chest, in view
of its water removal
capability in the
press section.
OCC
DIP
UBKP
LF
LF + DIP
Hier werden die herkömmliche WRV-Methode nach Schleudern
und die neuen Messergebnisse des FiberXPress verglichen.
© Voith
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