Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der Altpapieraufbereitung wird der Rohstoff mit hohem Chemikalienaufwand (z.B.: Natronlauge, Tenside, Wasserstoffperoxid u.a.) und einem Wasserverbrauch von etwa 8,5 m\u00b3\/to Endprodukt bei 40 bis 90\u00b0C (je nach Prozessschritt) aufbereitet. Dabei werden die Cellulosefasern stark eingek\u00fcrzt, so dass die Altpapiercellulose meist mit Frischcellulose f\u00fcr eine bessere Papierbildung vermischt werden muss. Ziele des Projektes sind, mittels Schalleinsatz (1) den Wirkungsgrad und damit die Umweltbilanz bestehender Altpapieraufbereitungsanlagen und (2) die Eigenschaften der Endprodukte zu verbessern. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Deinkingprozess.
\nZus\u00e4tzlich soll die \u00dcbertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Teilprozesse zur Celluloseherstellung untersucht werden. Es sollte weiterhin festgestellt werden, welche Auswirkungen die Schallunterst\u00fctzung in einem bestimmten Verfahrensschritt auf Folgeprozesse wie Flotieren und Bleichen hat und somit der optimale Einsatzpunkt bei der Altpapieraufbereitung gefunden werden. Im Vergleich mit einem Dispergersystem, mit dem Ziel, dieses ggf. zu ersetzten, sollten die Rahmenbedingungen und Grenzen dieser Methode ermittelt werden. Angestrebt war, Energie-, Wasserverbrauch oder zugemischte Substanzen (Frischcellulose und chemischer Begleitstoffe, z.B. beim Bleichen) bei der Papierbildung zu verringern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenF\u00fcr die Versuche bei HAINDL wurde ein Standardlaborger\u00e4t (LamDeinkit), geeignet f\u00fcr Pulpen und Deinken, f\u00fcr den Einbau von drei 40 kHz-Schallgebern umger\u00fcstet und eingesetzt. Eine neue Beschallungsstation f\u00fcr bereits gepulptes Material wurde entworfen, gebaut und eingefahren. Pulpen und Deinken f\u00fcr Versuche erfolgte extern bei VOITH SULZER mit speziellen Laborger\u00e4ten. Untersucht wurde der Einfluss verschiedener Chemikalien, der Beschallungszeit, der Verarbeitungstemperatur, der SD (SD = Schmutzpunktdichte), der Anlagengeometrie und des Beschallungszeitpunktes (vor dem Pulpen, bzw. vor dem Flotieren). Parallel dazu wurden auf vorhandenen und eigens f\u00fcr das Projekt umgebauten Ultraschallanlagen Versuche zur prinzipiellen Wirksamkeit des Schalleinsatzes bei der Papierbildung sowie zur Impr\u00e4gnierung von Holzhackschnitzeln durchgef\u00fchrt.
\nWeiter wurden – ausschlie\u00dflich bei VOITH SULZER – die Arbeiten zur Verbesserung der Ergebnisse (Wei\u00dfgrad und Schmutzpunktfl\u00e4chen) systematisiert. Beschallt wurde vor dem Flotieren. Proben bei 0, 3 und 6 min Flotierzeit wurden untersucht. Au\u00dfer Wei\u00dfgrad (mit und ohne UV-Anteil), einer detaillierten Schmutzpunktanalyse und dem Verlust wurden Papierkennwerte, \u00b0SR, Verlust, Aschegehalt und z.T. CSF (Canadian Standard Freeness) und Porosit\u00e4t bestimmt. Variiert wurden Papiersorte, Beschallungsintensit\u00e4t und -temperatur, SD, Schallfrequenz, Energieeintrag und Anlagengeometrie. In weiteren Versuchen wurde gebleicht sowie der Direktvergleich mit einem Disperger durchgef\u00fchrt. Bei der SETRAL wurde, versuchsbegleitend, die Pulpe untersucht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Versuchsergebnisse:
\nDie Reduktion der Schmutzpunktfl\u00e4chen (SPF) war zun\u00e4chst (Versuche bei HAINDL und Einfahrversuche bei VOITH SULZER) leichter zu erreichen als die Steigerung des Wei\u00dfgrades. Bereits vor dem Flotieren wurde bis zu 18% bzw. 29% Reduktion beobachtet, wobei die durchschnittlichen Schmutzpunktgr\u00f6\u00dfen sanken. Dabei brachten das Setup bei VOITH SULZER und der neue Versuchs-stand sowohl eine Verbesserung als auch eine Stabilisierung der Ergebnisse.
\nNach dem Flotieren (erst bei VOITH SULZER untersucht) ist dieser Effekt noch deutlicher: F\u00fcr Laser-Copy-Papier sind die SPF um bis zu 70%, verglichen mit der Nullprobe, reduziert, obwohl die Energieaufnahme pro kg atro Papier gegen\u00fcber den HAINDL-Versuchen auf ca. die H\u00e4lfte gesenkt wurde. Damit wird fast die Wirksamkeit eines Dispergersystems erzielt, das zwischen 50 und 70% (allerdings meist bei geringerer Leistungsaufnahme) Reduktion der SPF bringt. Der Wirkungsgrad der Flotation bez\u00fcglich die-ser Reduktion wird offenbar f\u00fcr Laser-Copy-Papier durch die Beschallung verbessert. Bei Mischungen aus reinem Zeitungs- und Illustriertenpapier wurde ein solcher Effekt nicht untersucht; eine Reduktion der SPF bis 20% vor und 30% nach dem Flotieren wurde bei einer 2\/3-Mischung auch hier beobachtet.
\nWei\u00dfgradsteigerungen wurden sowohl bei Mischungen aus Zeitungs- und Illustriertenpapier (2%) als auch bei Laser-Copy-Papier (0,4%; erwartungsgem\u00e4\u00df geringer aufgrund der hohen Ausgangswei\u00dfe) er-reicht, die Werte schwankten jedoch zun\u00e4chst (HAINDL) stark. Durch den neuen Pr\u00fcfstand und die neuartige Laborflotationszelle bei VOITH SULZER wurden die Werte f\u00fcr Zeitungs- und Illustriertenpapier nun reproduzierbar, waren allerdings, besonders bei sehr frischem Altpapier, noch nicht ausreichend.
\nZwei verschiedene Standardchemikaliensysteme f\u00fcr die Sekund\u00e4rzellstoffgewinnung wurden getestet: bei einem mit SERFAX MT 90, beim anderen mit INCOPUR als Seife. Beide Systeme werden durch Ultraschall in ihrer Wirkung verst\u00e4rkt. Ersteres ist jedoch vorzuziehen, da es zu h\u00f6heren Wei\u00dfgradsteigerungen und einer st\u00e4rkeren SPF-Reduzierung f\u00fchrt. Alle Ergebnisse sind weitgehend unabh\u00e4ngig von der Behandlungstemperatur. Auch Versuche mit einer Schallfrequenz von 25 kHz gaben im Gegensatz zur Literatur keine signifikanten \u00c4nderungen der Resultate, jedoch war der Verlust im Schnitt deutlich kleiner.
\nBisher wurden die Versuche haupts\u00e4chlich bei 1 min effektiver Beschallungszeit und 70% Intensit\u00e4t gefahren. Vergleichsversuche (16 und 32 s Beschallungszeit, bzw. 50% Intensit\u00e4t) zeigten aber, dass eine deutliche Verminderung der Beschallungszeit und \/ oder -intensit\u00e4t (wichtig f\u00fcr einen wirtschaftlichen Schalleinsatz) realisierbar ist. Ein Verzicht auf die Seife beim Flotieren und eine Erh\u00f6hung der Stoffdichte (SD) auf \u00fcber 2% (normal 1 – 1,4%) beeintr\u00e4chtigten die Ergebnisse nicht, wohl hingegen eine ver\u00e4nderte Geometrie des Pr\u00fcfstandes. Damit waren Optimierungspotentiale durch bessere Ausnutzung der Schallenergie gegeben: Eine Beschallung bei h\u00f6herer SD erm\u00f6glicht das Nachr\u00fcsten vorhandener Stofft\u00fcrme mit Ultraschallgebern; entscheidend ist jedoch eine Verbesserung der Anlagengeometrie.
\nDie Versuche mit einem weiterentwickelten Pr\u00fcfstand ergaben, dass nun f\u00fcr eine 50-prozentigen SPF-verringerung der Energieaufwand (elektrisch + W\u00e4rme) bei Dispergersystemen (DS; theoretischer Richtwert f\u00fcr Industrieanlagen) und bei Ultraschallbehandlung (USB) – jeweils mit Flotation – nahezu identisch ist. F\u00fcr diesen Vergleich spielt der eingesetzte Rohstoff (100% mixed office waste MOW-Kemsley, oder 70% MOW-Kemsley + 30% Laser-Copy-Papier) keine Rolle. Um die Gesamtsysteme USB + Flotation und DS + Flotation in der Praxis zu vergleichen, wurde im letzten Quartal Rohstoff aus einem industriellen Gro\u00dfversuch parallel mittels einer USB bzw. eines DS, bei gleichen Randbedingungen (Energie- und Chemikalieneinsatz), aufbereitet und untersucht.
\nDer Vergleich beider Systeme zeigte bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme pro to atro deutliche Vorteile des DS bei der Schmutzpunktzerkleinerung (28%, bei Dispergierung + Flotation 50% geringere SPF gg. USB), jedoch ebenso deutliche Vorteile der USB beim Wei\u00dfgrad (+2% ISO, bei Dispergierung+Flotation +3% ISO gg. DS). Bei zus\u00e4tzlichen durchgef\u00fchrten Laborbleichen verschwanden interessanterweise diese Unterschiede, unabh\u00e4ngig davon, ob vor oder nach der Flotation gebleicht wurde. Die Festigkeitswerte wurden weder durch die USB, noch durch die darauf folgende Laborbleiche beeinflusst.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Versuche zeigten, dass der Einsatz von Ultraschall bei der Altpapieraufbereitung sinnvoll ist. Bei zahlreichen Versuchsreihen zur Optimierung der Parameter und durch konstruktive Verbesserungen des Ultraschallpr\u00fcfstandes wurde das Ziel, durch Schalleinsatz bei der Aufbereitung von Altpapier ein konventionelles Dispergersystem zu ersetzen, nahezu erreicht. Bei gleichen Rahmenbedingungen und anschlie\u00dfender Bleiche wurden gleiche Werte f\u00fcr Wei\u00dfgrad und Schmutzpunktentwicklung erzielt. Ohne Bleiche ergaben sich Vorteile der USB beim Wei\u00dfgrad, hingegen Nachteile bei den Schmutzpunkten. Jedoch ist anzumerken, dass der Vergleich bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme durchgef\u00fchrt wurde. Da beim DS eine ca. gleiche Energiemenge zus\u00e4tzlich in Form von Dampf eingesetzt wird, bringt ein Ersatz durch USB eine deutliche Energieeinsparung und damit einen Umweltvorteil (bei zus\u00e4tzlicher Bleiche). Ohne Bleiche erm\u00f6glicht diese Einsparung einen Spielraum f\u00fcr weitere SPF-Verbesserungen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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