Verfahren zum Entschäumen und/oder Entlüften von Prozessflüssigkeiten einer Papiermaschine

Abstract

 Das vorliegende Dokument betrifft ein Verfahren zur Zuführung eines Mittels zur Entlüftung/Entschäumung zu einer Prozessflüssigkeit insbesondere in einer Papiermaschine. Des weiteren betrifft das Dokument eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Das Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel vor Ort, das heisst typischerweise unmittelbar neben der Papiermaschine oder in der Nähe eines die Prozessflüssigkeit führenden Behälters/Leitung, unter Zuhilfenahme wenigstens eines Mischelementes (7) in Wasser emulgiert und der Prozessflüssigkeit innerhalb weniger als 5 Minuten bevorzugt weniger als 3 Minuten nach dem Emulgierprozess zugegeben wird.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung eines Mittels zur Entlüftung/Entschäumung zu einer Prozessflüssigkeit insbesondere in einer Papiermaschine. Des weiteren betrifft das Dokument eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

[0002] Infolge der in den Prozessflüssigkeiten einer Papiermaschine enthaltenen Substanzen und Bestandteile wie Zellulosefasern, Pigmente, Stärke und Bindemittel, Salze und andere Additive etc. und infolge der zum Teil erheblichen Agitation der Prozessflüssigkeiten, einerseits gezielt zur Erzeugung einer homogenen Suspension und andererseits im Rahmen der Führung der Prozessflüssigkeiten, bildet sich sowohl auf den Prozessflüssigkeiten schwimmender Schaum, als auch unangenehm stabile Luftblasen in der Flüssigkeit. Analog gilt dies für andere industrielle Verfahren so z.B. im Rahmen der pharmazeutischen Produktion und der Fermentation.

[0003] Sowohl dieser Schaum als auch die Luftblasen im Prozesswasser führen zu technologischen Problemen, so beispielsweise zu einer Reduktion der Effizienz von Pumpen, einer Reduktion der Effizienz bei Waschvorgängen oder Trocknungsvorgängen, einer schlechten Blattbildung infolge der unzuverlässigen Ablagerung von Fasern und einer damit verbundenen reduzierten Stärke respektive Reissfestigkeit des gebildeten Papiers, sowie zu einer schlechten Oberfläche des Papiers infolge der darauf direkt oder indirekt sichtbaren respektive abgebildeten Blasen, welche häufig erst bei der Blattbildung auf der Oberfläche aufbrechen.

[0004] Um dies zu verhindern, wird typischerweise der Prozessflüssigkeit in einem technologischen Prozess ein Mittel zugegeben, welches die Schaumbildung verhindert respektive gebildeten Schaum abzubauen in der Lage ist, und/oder welches die Flüssigkeit entlüftet, das heisst welches in der Lage ist, in der Prozessflüssigkeit vorhandene Luftblasen zu entfernen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Prozessflüssigkeit mechanisch zu behandeln, beispielsweise indem der Schaum durch Aufsprühen von Flüssigkeit aufgebrochen wird oder durch andere mechanische Verfahren wie Deculatoren (Stoffentlüfter). Häufig werden die chemischen und physikalischen Methoden kombiniert verwendet.

[0005] Die so genannten chemischen Methoden unter Verwendung der oben angegebenen Mittel (im englischen als defoamers respektive antifoams bezeichnet) basieren in ihrer Wirkungsweise auf unterschiedlichen Effekten, so unter anderem auf der Beeinflussung der Oberflächenspannung aber auch auf der Zusammenführung der Blasen und Förderung der Koaleszenz derselben, was zur Ausbildung von grösseren Blasen führt, welche dann nach oben aus der Flüssigkeit austreten.

[0006] Die entsprechenden Mittel, wie sie im Moment bei solchen Prozessen Anwendung finden, können in drei Gruppen eingeteilt werden: (i) Öl-basierte Mittel (beispielsweise Silikonöl); (ii) Wasser-basierte Mittel (beispielsweise Fettalkohol); (iii) oberflächenaktive Mittel (beispielsweise Blockcopolymer). Im Moment finden in der Hauptsache Mittel Anwendung, bei welchen der eigentliche Wirkstoff in Form einer Suspension in Wasser vorliegt. Eine solche Suspension wird beispielsweise erzeugt, indem eine Substanz, welche bei Raumtemperatur fest ist, auf erhöhte Temperatur gebracht und verflüssigt wird und dann in Wasser in Anwesenheit von Stabilisatoren etc. emulgiert wird. Anschliessend wird die Emulsion abgekühlt, wobei sich die emulgierten Tropfen verfestigen und sich eine Suspension (fest in flüssig) ausbildet.

[0007] Solche Mittel in Form von Suspensionen sind aber infolge des aufwändigen Herstellungsverfahrens, der Probleme mit der Lagerung (Stabilisatoren notwendig, Temperaturempfindlichkeit) mit hohen Kosten und der Bereitstellung von aufwändigen Rahmenbedingungen verbunden. Alternativen dazu bestehen im Prinzip insbesondere im Zusammenhang mit der genannten Gruppe (iii), problematisch dabei ist aber, dass bei der Zugabe des entsprechenden Konzentrates zum Prozesswasser eine im Vergleich zu den Suspensionen niedrigere Wirksamkeit insbesondere bei der Entlüftung festgestellt wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Zuführung eines Mittels zur Entlüftung/Entschäumung zu einer Prozessflüssigkeit, insbesondere in einer Papiermaschine, zur Verfügung zu stellen.

[0009] Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass das Mittel vor Ort unter Zuhilfenahme wenigstens eines Mischelementes in Wasser emulgiert und der Prozessflüssigkeit innerhalb weniger als 5 Minuten, bevorzugt weniger als 2 Minuten, insbesondere bevorzugt weniger als 1 Minute, und wenn möglich sogar innerhalb von weniger als 30 Sekunden nach dem Emulgierprozess zugegeben wird.

[0010] Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass überraschenderweise einerseits festgestellt wurde, dass das Mittel, wenn es nicht als Konzentrat sondern in kontrolliert emulgierter Form zugegeben wird, eine wesentlich höhere Effizienz bei der Entlüftung/Entschäumung zeigt. Unter dem Begriff "Emulsion" wird dabei ein System von Tröpfchen aus wenigstens einer mit Wasser nicht mischbaren, typischerweise hydrophoben Substanz, namentlich dem Mittel zur Entlüftung/Entschäumung, in Wasser verstanden. Die Tröpfchen verfügen dabei über einen mittleren Durchmesser (Median, d₅₀) von höchstens 150 µm, bevorzugt von höchstens 100 µm. Es gibt zwar spezifische Chemikalien, welche als Mittel verwendet werden können, und welche auch als Konzentrat zugegeben eine interessante Wirksamkeit entfalten, diese beschränkte Wirksamkeit bei spezifischen Chemikalien schränkt aber den grundsätzlichen Anwendungsbereich der Verwendung von Nicht-Suspensionen ein, weil insbesondere die kommerziell leicht verfügbaren und damit kostengünstigen Mittel aus anderen Bereichen wie beispielsweise Blockcopolymere, z.B. mehrfach ethoxylierte/propoxylierte/butoxylierte Systeme (auch Mischformen), da nicht verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass es im wesentlichen, wie dies auch gemäss einer ersten Ausführungsform vorgeschlagen wird, im wesentlichen ohne oder mit Wesentliche reduzierter Zugabe und/ohne Anwesenheit von Emulgier- und/oder Dispergier-Hilfsmittel und/oder Emulsions- und/oder Dispersionsstabilisator durchgeführt wird. Normalerweise erfordert nämlich die Herstellung einer Emulsion zusätzlich die Anwesenheit von entsprechenden Hilfsmitteln, damit die Emulsion überhaupt nach deren Erzeugung erhalten bleibt, da normalerweise das emulgierte Mittel die Tendenz hat, zu aggregieren und letzten Endes zu einem Film an der Oberfläche des Wassers zu werden. Dies ist beim vorgeschlagenen Verfahren nicht erforderlich, was als weiterer grosser Vorteil zu werten ist, da typischerweise solche Hilfsmittel einerseits auch in Wechselwirkung mit anderen Prozessen treten können und entsprechend mit Vorsicht zu handhaben sind, und andererseits in Bezug auf die Umweltbelastung kritisch sein können.

[0011] Für die Effizienz insbesondere was die Wirkung als Entlüfter angeht, ist unerwarteter Weise eine spezifische mittlere Tröpfchengrösse des emulgierten Mittels gemäss einer weiteren Ausführungsform besonders geeignet. Namentlich zeigt es sich, dass eine hervorragende Wirkung gewährleistet werden kann, wenn im Mischelement eine mittlere Töpfchengrösse (Median, d₅₀) der in der Emulsion vorhandenen emulgierten Tropfen im Bereich von 0.1-80 µm, bevorzugt im Bereich von 0.5-50 µm erzeugt wird. Ganz besonders gute Resultate können erzeugt werden, wenn die mittlere Töpfchengrösse im Bereich von 1-10 µm, bevorzugt im Bereich von 2-5 µm liegt.

[0012] Ebenfalls wichtig kann die "Härte" der emulgierten Tropfen im Wasser sein. Es wurde nämlich unerwarteter Weise gefunden, dass, wenn die emulgierte Flüssigkeit eine zu niedrige Viskosität aufweist, die zur Koaleszenz der Blasen führende Überbrückung der Luftblasen durch den Tropfen nicht effizient oder gar nicht abläuft. Entsprechend sollte gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung bei 25°C eine Viskosität oberhalb von 100, bevorzugt oberhalb von 200 mPas aufweisen.

[0013] Auch eine Obergrenze für die Viskosität scheint vorteilhaft zu sein, da ansonsten das Verfahren zur Herstellung der Emulsion sehr aufwändig wird. Bevorzugtermassen sollte das Mittel wenigstens im flüssigen Zustand dem Mischelement zugeführt werden können. Dies kann gegebenenfalls auch unter Zuhilfenahme einer temporären Erwärmung des Mittels vor der Zuführung zum Mischelement gewährleistet werden. Bevorzugtermassen verfügt entsprechend das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung über eine Viskosität unterhalb von 2000, bevorzugt unterhalb von 1500 oder 1000 mPas, und dies insbesondere bei einer Temperatur unterhalb von 100°C, bevorzugt unterhalb von 60°C, insbesondere bevorzugt unterhalb von 30°C, und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 25°C, weil im letzteren Fall auf eine zusätzliche erhöhte Temperatur des Mittels vor der Zuführung zum Mischelement verzichtet werden kann.

[0014] Bevorzugtermassen verfügt entsprechend das Mittel über eine Viskosität im Bereich von 200-1000 mPas, insbesondere bevorzugt im Bereich von 300-800 mPas und dies bei 25°C, da dann die Verarbeitung respektive Bereitstellung der Emulsion ohne unnötigen Aufwand möglich ist und die Tröpfchen in der Emulsion trotzdem eine gute Wirksamkeit zeigen.

[0015] Es zeigt sich, dass es von Vorteil ist, wenn insbesondere bei der Verwendung im Rahmen der Prozessflüssigkeit in einer Papiermaschine nach dem Mischelement in der Emulsion das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung in Wasser in einer Konzentration von 0.1-80 Gewichtsprozent, bevorzugt 1-50, insbesondere bevorzugt 5-20 Gewichtsprozent vorliegt.

[0016] Die endgültige Konzentration des Mittels in der emulgierten Form in der Prozessflüssigkeit d.h. nach der Zugabe kann auf die erforderliche Wirkung und die allgemeinen Rahmenbedingungen eingestellt werden. Im Zusammenhang mit Prozessflüssigkeiten in einer Papiermaschine, welche z.B. Fasern enthalten (beispielsweise Pulpe, Dickstoff, Dünnstoff, Siebwasser), erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung einer Prozessflüssigkeit mit Fasergehalt in einer Menge zugegeben wird, dass gewichtsmässig bezogen auf Fertigstoff je Produktionsschritt das Mittel im Bereich von 30-1000ppm (auf das Gewicht bezogen), bevorzugt im Bereich von 100-500 ppm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 200-400 ppm zugegeben wird, jeweils pro betrachtete Zeiteinheit. Unter Fertigstoff (z.B. in t/h) ist das aus dem Prozess resultierende Rohpapier zu verstehen, und das Mittel wird dann angepasst zugegeben (z.B. in kg/h).

[0017] Grundsätzlich können unterschiedliche Mischelemente verwendet werden. Bevorzugtermassen handelt es sich bei Mischelement aber um einen Turbulenz-Mischer, ganz bevorzugt um einen Turbulenzmikromischer. Gleichermassen kann es sich um eine Düse handeln, insbesondere eine Mikrostrahldispergierdüse. Auch möglich ist ein magnetisches Element oder ein statischer Mischer oder eine Kombination der genannten Mischelemente, beispielsweise in Serie.

[0018] Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird im Mischelement eine Tröpfchengrössenverteilung der in der Emulsion vorhandenen emulgierten Tropfen erzeugt, bei welcher wenigstens 70 %, bevorzugt wenigstens 80 %, insbesondere bevorzugt wenigstens 90 % der Anzahl der Tropfen um eine mittlere Tröpfchengrösse d₅₀ (Median) in einem Bereich zwischen d₅₀/10 bis d₅₀*10 verteilt sind. Bei einer mittleren Tröpfchengröße d₅₀ von wie bevorzugt beispielsweise 4 µm liegen also vorzugsweise 90% der Tropfen in einem Bereich zwischen 0.4 µm und 40 µm.

[0019] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Mittel um eine oder eine Mischung von mit Wasser im wesentlichen nicht mischbaren Substanz(en) handelt (typischerweise mit einer Löslichkeit in Wasser bei 25°C von höchstens 10 g pro Liter, bevorzugt höchstens 5 g pro Liter, insbesondere bevorzugt 1 g pro Liter). Es handelt sich also typischerweise um hydrophobe Systeme, bevorzugt werden beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, bevorzugt nicht-ionische oberflächenaktive Systeme.

[0020] Dabei kann z.B. wenigstens eine der Komponenten eine ethoxylierte und/oder propoxylierte und/oder butoxylierte Struktur aufweist, und/oder eine Esterstruktur aufweisen, bevorzugtermassen eine Sorbitanesterstruktur, eine Glykolesterstruktur, und/oder eine Polyethylenglykolstruktur, und/oder eine Polypropylenglykolstruktur und/oder eine Fettalkohol-Struktur.

[0021] Generell sind Ester-Strukturen möglich wie beispielsweise Polyolester, Trimethylpropanester, Glycerinester, Glykolester, Pentaerythritester, Fettsäure-Fettalkohol-Ester, zuckerartige Ester etc. Es sind aber auch allgemein ölige Systeme möglich wie beispielsweise auf Basis von Glycerolen. Ebenfalls möglich sind Disäureester wie beispielsweise Adipinsäureester, Zitronensäure-Ester etc. Möglich sind des weiteren, wie oben bereits angedeutet, Ether-Systeme wie beispielsweise propoxylierte, ethoxylierte und/oder butoxylierte Systeme (auch entsprechende Mischformen) so beispielsweise auf Esterbasis (z.B. Esterethoxylate (EO-Ester), Esterpropoxylate (PO-Ester), EO-PO-Ester, Fettsäureethoxylate (EO-FSE), PO-FSE, EO-PO-FSE, etc.).

[0022] Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Eine solche Vorrichtung ist bevorzugtermassen dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Behälter oder eine Zuleitung zur Bereitstellung des Mittels zur Entlüftung/Entschäumung aufweist sowie wenigstens einen Behälter oder eine Zuleitung zur Bereitstellung von Wasser, sowie wenigstens ein von diesen beiden gespiesenes Mischelement zur Erzeugung einer Emulsion sowie wenigstens eine Einführungsleitung in geeigneter Kürze (oder Fördergeschwindigkeit), zur im wesentlichen unmittelbar nach dem Emulgierprozess erfolgenden Zugabe zur Prozessflüssigkeit.

[0023] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0024] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens;

Fig. 2

eine Versuchsanordnung zur Ermittlung der Entschäumungswirkung;

Fig. 3

Messwerte zu Entschäumungswirkung, wobei in a) der Unterschied zwischen einer Versuchsdurchführung ohne Zugabe von Mittel (mit ref bezeichnet) und einer Versuchsdurchführung mit Zugabe von Mittel dargestellt ist, wobei die Schaumhöhe in Zentimetern als Funktion der Zeit in Sekunden angegeben ist und in b) die durch die Differenz dieser beiden Versuche erzeugte Differenzdarstellung (Doppelbestimmung), wobei die Luft-Reduktion in Prozent als Funktion der Zeit in Sekunden dargestellt ist;

Fig. 4

Messwerte zum Vergleich von unterschiedlichen Mitteln (Luftreduktion in Prozent als Funktion der Zeit in Sekunden), wobei gestrichelte Linien als Konzentrat zugegebene Mittel darstellen und ausgezogene Linien als Emulsionen zugegebene Mittel, das einzige als Suspension zugegebene Mittel ist mit susp gekennzeichnet; und

Fig. 5

Messwerte zum Vergleich von unterschiedlichen Mitteln in einem Versuch zur Ermittlung des Luftgehaltes (prozentualer relativer Luftgehalt als Funktion der Zeit in Minuten), wobei in a) auf die Fasern bezogen immer eine gleiche Konzentration an Mittel zugegeben wurde, und wobei gestrichelte Linien als Konzentrat zugegebene Mittel darstellen und ausgezogene Linien als Emulsionen zugegebene Mittel, und wobei in b) gestrichelte Linien eine Konzentration von 125 ppm bezeichnen und ausgezogene Linien eine Konzentration von 375 ppm, und wobei mit d bezeichnete Linien für die Emulsionen angegeben sind, mit k bezeichnete Linien für die konzentrierte Zugabe angegeben sind, und mit s bezeichnete Linien für die Suspension angegeben sind.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0025] In der Folge soll anhand der Beschreibung von experimentellen Nachweisen gezeigt werden, dass das in der Einleitung beschriebene Verfahren tatsächlich hervorragende Wirkung erzeugt. Die beschriebenen Beispiele dienen der Illustration der Durchführbarkeit und der Wirksamkeit der Erfindung, sie sollen aber nicht in einschränkender Weise zur Auslegung der am Ende angefügten Schutzansprüche ausgelegt werden.

[0026] In Figur 1 ist in schematischer Weise eine Anlage zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens dargestellt. Die Anlage verfügt über einen Behälter 1 mit Entlüfter/Entschäumer. Dieser Behälter kann über eine Thermostat-Einheit 4 temperiert sein, typischerweise über eine Temperatur von 15-70°C. Werden höherviskose Mittel verwendet, so kann auch eine Temperierung auf eine höhere Temperatur ins Auge gefasst werden, dann muss aber darauf geachtet werden, dass auch die Leitungen wenigstens bis zum Mischer auf einer entsprechenden Temperatur gehalten werden, damit das Mittel den Mischer in flüssiger Form erreicht und in der Zuführungsleitung zum Mischer nicht erstarrt.

[0027] Des Weiteren verfügt die Vorrichtung über einen Behälter 2 für Wasser, dieser kann aber auch ersetzt sein durch eine Wasserzuleitung. Auch der Behälter für Wasser kann über eine Thermostat-Einheit 4 temperiert werden, hier typischerweise für den Bereich einer Temperatur von 5-60°C. Die beiden Behälter 1 und 2 sind über Leitungen 5 resp. 6 mit dem Mischelement 7 verbunden. In beiden Leitungen 5, 6 ist eine Pumpe 3 angeordnet sowie möglichst auch noch ein Kontrollelement zur Steuerung der Pumpe, welches bspw. die Pumpe in Abhängigkeit der Flussgeschwindigkeit regelt resp. die es erlaubt, das dem Mischer 7 zugeführte Massenverhältnis den Bedürfnissen entsprechend einzustellen. Des Weiteren sind vorzugsweise in den Leitungen 5, 6 Einheiten für die Druckmessung 9 sowie Temperaturmesseinheiten 10 angeordnet, um den Prozess zu kontrollieren.

[0028] Die beiden Leitungen 5, 6 werden entweder vor dem Mischer oder im Mischer zusammengeführt. Im Mischer wird die eigentliche Emulsion mit den oben angegebenen Tröpfchengrössenverteilungen und mittleren Tröpfchengrössen erzeugt. Bei diesem Mischer kann es sich um unterschiedliche Konstruktionen handeln, möglich sind beispielsweise. Turbulenzmikromischer, Mikrostrahl-Dispergierdüsen, magnetische Mischelemente oder statische Mischer. Sie dienen dazu, eine Emulsion mit definierter Tropfengrösse herzustellen, wobei eine enge Tropfengrösseverteilung, eine einfache Anwendung vor Ort und tiefe Kosten angestrebt sind. Die Konzentration an Mittel beträgt beispielsweise 5 Gewichtsprozent und die Durchflussrate liegt typischerweise im Bereich von 20-200 Liter pro Stunde.

[0029] Hinter dem Mischer wird die erzeugte Emulsion über die Einführungsleitung 16, welche typischerweise mit zusätzlichen Kontrollmitteln wie beispielsweise einer Temperaturmessungseinheit 10 ausgestattet ist, dem Behälter mit Prozessflüssigkeit zugeführt. Dieser Behälter 11 kann irgendein Behälter oder aber auch eine Leitung für Prozessflüssigkeiten in einer Papiermaschine sein. Beispielsweise handelt es sich um eine Prozessflüssigkeit, welche Fasern enthält (beispielsweise Pulpe, Dickstoff, Dünnstoff, Siebwasser, etc.).

[0030] Was die zu emulgierenden Mittel angeht, so sind unterschiedliche chemische Grundstrukturen möglich. So bspw. ethoxylierte und/oder propoxylierte Systeme auf Basis von Rhizinusöl (welches hydriert sein kann), auf Basis von Sorbitol, Ölsäuren, generell Fettalkoholen, Glyzerolen etc. Ebenfalls möglich sind die entsprechenden Oleate, Stearate, und ähnliche übliche oberflächenaktive Tenside. Auch möglich sind reine Blockcopolymere aus Ethoxy und Propoxy Einheiten.

[0031] Zur Ermittlung der Effizienz und der Wirksamkeit des vorgeschlagenen Verfahrens wurden zwei verschiedene Versuche durchgeführt. Ein erster Versuch zielte darauf ab, die Verhinderung der Schaumbildung durch die vorgeschlagene Zugabe zu ermitteln.

[0032] Zu diesem Zweck wurde ein Versuchsaufbau verwendet, wie er in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Eine Säule einer Höhe von 1 Meter, an deren unterem Ende eine poröse Glasfritte 14 als Boden angeordnet war, mit entsprechenden Dichtungsmitteln 13, wurde über eine Höhe z mit einer Testflüssigkeit gefüllt. Bei dieser Testflüssigkeit handelte es sich um eine Aufschlämmung von ca. 90 Gewichtsprozent heissem Wasser, ca. 9 % Cellulose-Fasersuspension, etwas Natriumsulfatlösung, etwas Stärke und etwas Polyethylenamin und hydrochlorige Säure. Die Mischung wurde gut gerührt. Es wurde ca. 1 Liter in einem derartigen Versuchsaufbau verwendet.

[0033] Von unten wurde nun über eine Druckluftzuführung 15 Luft durch die Glasfritte 14 in die Testlösung eingepresst. Dabei bildete sich eine Schaumsäule, welche mit der Höhe h charakterisiert wurde. Es wurde mit einem Gasdurchfluss von 10 Liter pro Minute gearbeitet und die Glasfritte hatte einen Porendurchmesser von 10 bis 16 Mikrometer. Dadurch wurden Luftblasen einer Grösse im Bereich von 0.8-1.4 Millimeter hergestellt und der gesamte Versuchsaufbau wurde auf einer Temperatur von ca. 50°C gehalten. Als Entlüfter wurde eine 5 gewichtsprozentige Emulsion resp. Suspension beigegeben resp. eine analoge Menge von Konzentrat. Die Emulsion wurde in einem Verfahren erzeugt, wie es weiter oben beschrieben wurde.

[0034] In Figur 3a) ist der Verlauf der Schaumhöhe in Zentimeter als Funktion der Zeit dargestellt, einerseits für eine Referenzmessung ohne Zugabe von Entschäumer/Entlüfter (als ref bezeichnet), sowie die Messung der Schaumhöhe in Zentimetern unter Zugabe eines entsprechenden Mittels. Es ist klar erkennbar, wie das Mittel, hier zugegeben als Emulsion, insbesondere am Anfang die Bildung des Schaumes zu unterdrücken in der Lage ist, und erst nach ca. zwei Minuten eine langsame Schaumbildung ansetzt.

[0035] In Figur 3b) ist dargestellt, wie zu Vergleichszwecken die Differenz aus Referenz und eigentlicher Messung, mit anderen Worten die Luftreduktion in Prozenten als Funktion der Zeit dargestellt werden kann. Diese Darstellung wurde für die Vergleiche, wie sie in Figur 4 dargestellt sind, verwendet.

[0036] In Figur 4 ist die Luftreduktion in Prozent für unterschiedliche Systeme als Funktion der Zeit, ermittelt in einem Versuchsaufbau gemäss Figur 2, dargestellt. Dabei wurden verschiedene Substanzen verwendet, wobei mit der Ausnahme der mit dem Kürzel susp angezeigten Kurve jeweils die gestrichelten Kurven für als Konzentrat zugegebene Mittel stehen (nicht nach der Erfindung) und die ausgezogenen Linien für erfindungsgemäss als Emulsion unmittelbar nach deren Herstellung zugegebene Mittel.

[0037] Aus Figur 4 kann erkannt werden, dass die klassischerweise in diesem Zusammenhang eingesetzte Suspension (fest in flüssig) eine sehr schlechte Wirkung zeigt und insbesondere nach ca. 10 Sekunden eine erhebliche Schaumbildung einsetzt. Dazu muss bemerkt werden, dass solche Suspensionen auch eher als Entlüfter und weniger als Schaumbildungsverhinderer eingesetzt werden.

[0038] Des Weiteren kann ganz klar erkannt werden, dass für die Mehrzahl der gewählten Systeme (die oben beschriebenen Systeme) die Zugabe als Konzentrat eine wesentlich schlechtere Wirkung zeigt, dies nicht nur am Anfang, das heisst im Bereich von weniger als 30 Sekunden, sondern insbesondere über längere Zeiten von mehreren Minuten. Die Schaumbildung kann entsprechend bei Zugabe von Konzentraten kaum nachhaltig verhindert werden.

[0039] Ganz anders verhält es sich bei der Zugabe der gleichen Produkte als Emulsion unter Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens, hier wird auch über mehrere Minuten die Schaumbildung nachhaltig reduziert, ein ähnlicher Verlauf ergibt sich auch für längere Zeiten bis 600 Sekunden.

[0040] Die Testmessungen unter Verwendung eines Aufbaus gemäss Figur 2 und die damit erhaltenen Resultate gemäss Figur 4 zeigen also, dass tatsächlich die Zugabe einer spezifisch präparierten Emulsion mit den oben angegebenen Teilchengrössenverteilungen resp. mittleren Teilchengrössen eine erhebliche Erhöhung der Effizienz des Mittels nach sich zieht. Dies erlaubt entsprechend eine stark reduzierte Zugabemenge von entsprechendem Mittel, oder es erlaubt bei gleicher Zugabemenge eine wesentlich verbesserte Effizienz der Wirksamkeit. Die entsprechenden ökologischen Vorteile sind offensichtlich.

[0041] In einem zweiten Versuchsaufbau wurde in einem Zirkulationsversuch mit einem Behälter mit Schäumungslösung wie oben beschrieben und einem Pumpendurchfluss von 30 Liter pro Minute der Luftgehalt in der Testlösung über eine Kompressionsmessung als Funktion der Zeit ermittelt. Dabei wurde die Zirkulation zunächst 15 Minuten ohne Entlüfter durchgeführt, dann die Zugabe des Entlüfters vorgenommen und die Zirkulation während 30 Minuten mit dem Entlüfter weitergeführt. Die Temperatur wurde auch hier bei 50°C gehalten, der Anfangsluftgehalt lag bei 1 % und die zugegebene Entlüftermenge betrug, in zwei Versuchsserien, entweder 125 ppm oder 375 ppm als Gewicht auf die Fasern bezogen. Es wurde entweder Konzentrat beigegeben, 5 % Emulsion (Gewichtsprozent) oder Suspension, erstere und letztere zu Vergleichszwecken.

[0042] Die entsprechenden Resultate sind in Figur 5 dargestellt. In Figur 5a) sind Vergleichsversuche alle unter Verwendung der gleichen Zugabemenge (375 ppm) dargestellt. Es kann erkannt werden, wie zunächst während der ersten 15 Minuten ein recht stabiler Luftgehalt (in relativen Prozenten) von 1 % vorliegt. Die Zugabe von Entlüfter nach 15 Minuten führt in allen Fällen zu einer Reduktion des Luftgehaltes. Auch hier sind die als Emulsionen zugegebenen Mittel als ausgezogene Linie dargestellt und die als Konzentrat zugegebenen Mittel als gestrichelte Linien. Aus der Grafik wird ersichtlich, dass generell die als Emulsion nach dem erfindungsgemässen Verfahren beigegebenen Mittel eine bessere Wirksamkeit zeigen und entsprechend zu einer grösseren Reduktion des Luftgehaltes führen. Es gibt zwar auch Systeme, welche als Konzentrat eine gewisse Wirksamkeit zeigen, wie bereits erläutert, soll aber das vorgeschlagene Verfahren gerade bewirken, dass die Auswahl des Mittel nicht derart strengen Kriterien unterworfen ist, damit eine Wirksamkeit gewährleistet sein kann.

[0043] In Figur 5 sind entsprechende Messungen für unterschiedliche Konzentrationen dargestellt. Des Weiteren ist die Wirksamkeit der Suspension dargestellt. Es kann erkannt werden, dass die Suspension (mit S bezeichnet) sowohl bei einer Konzentration von 375 ppm (immer ausgezogene Linie) als auch bei einer Konzentration von 125 ppm (immer gestrichelte Linie) eine gute Effizienz zeigt. Ganz klar kann erkannt werden, dass im Falle eines Konzentrates sowie auch einer Emulsion eine höhere Konzentration auch zu einer höheren Wirkung führt. Im vorliegenden Fall ist dabei die Wirksamkeit des Konzentrates vergleichbar mit der Wirksamkeit der Emulsion.

[0044] In einer kombinierten Betrachtungsweise, das heisst sowohl bei Berücksichtigung der Schaumbildung wie auch bei Berücksichtigung der Entlüftungswirkung zeigt es sich, dass das vorgeschlagene Verfahren der Herstellung einer Emulsion unmittelbar vor der Zugabe zum Prozesswasser eine wesentlich erhöhte Wirksamkeit zeigt und vor allem auch für ein extrem breites Spektrum von unterschiedlichen chemisch strukturierten Mitteln diese Wirksamkeit zu entfalten in der Lage ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0045] 

1

Behälter mit Entlüfter/Entschäumer

2

Behälter mit Wasser

3

Pumpe

4

Thermostat

5

Leitung von 1 zu 7

6

Leitung von 2 zu 7

7

Mischelement

8

Kontrollelement für Strömungsgeschwindigkeit

9

Druckmessung

10

Temperaturmessungen

11

Behälter mit Prozessflüssigkeit

12

Ventil

13

Dichtungen

14

poröse Glasfritte

15

Druckluftzuführung

16

Einführungsleitung

h

Höhe des gebildeten Schaumes

z

Höhe der Prozessflüssigkeit

Ansprüche

1. Verfahren zur Zuführung eines Mittels zur Entlüftung/Entschäumung zu einer Prozessflüssigkeit insbesondere in einer Papiermaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittel vor Ort unter Zuhilfenahme wenigstens eines Mischelementes (7) in Wasser emulgiert und der Prozessflüssigkeit innerhalb weniger als 5 Minuten nach dem Emulgierprozess zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel der Prozessflüssigkeit innerhalb von weniger als 3 Minuten, bevorzugt weniger als 2 Minuten, insbesondere bevorzugt weniger als 30 Sekunden nach dem Emulgierprozess zugegeben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischelement (7) eine mittlere Tröpfchengrösse (d₅₀) der in der Emulsion vorhandenen emulgierten Tropfen im Bereich von 0.1-80 µm, bevorzugt im Bereich von 0.5-50 µm erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dass die mittlere Tröpfchengrösse (d₅₀) im Bereich von 1-10 µm, bevorzugt im Bereich von 2-5 µm liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung bei 25°C eine Viskosität oberhalb von 100 mPas aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung eine Viskosität unterhalb von 2000, bevorzugt unterhalb von 1000 mPas aufweist, insbesondere bei einer Temperatur unterhalb von 100°C, bevorzugt unterhalb von 60°C, insbesondere bevorzugt unterhalb von 30°C, und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 25°C.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Mischelement (7) das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung in Wasser in einer Konzentration von 0.1-80 Gewichtsprozent, bevorzugt 1-50 Gewichtsprozent, insbesondere bevorzugt 5-20 Gewichtsprozent vorliegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Entlüftung/Entschäumung einer Prozessflüssigkeit mit Fasergehalt in einer Menge zugegeben wird, so dass, gewichtsmässig bezogen auf Gewicht Fertigstoff je Produktionsschritt pro Zeiteinheit, das Mittel im Bereich von 30-1000 ppm pro Zeiteinheit, bevorzugt im Bereich von 100-500 ppm pro Zeiteinheit, insbesondere bevorzugt im Bereich von 200-400 ppm pro Zeiteinheit, in die Prozessflüssigkeit eingetragen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Mischelement (7) um einen Turbulenz-Mischer, bevorzugt um einen Turbulenzmikromischer handelt, um eine Düse, insbesondere eine Mikrostrahldispergierdüse, um ein magnetisches Element oder um einen statischen Mischer oder eine Kombination derartiger Mischelemente.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Mischelement (7) eine Tröpfchengrössenverteilung der in der Emulsion vorhandenen emulgierten Tropfen erzeugt wird, bei welcher wenigstens 70 %, bevorzugt wenigstens 80 %, insbesondere bevorzugt wenigstens 90 % der Anzahl der Tropfen um eine mittlere Tröpfchengrösse (d₅₀) in einem Bereich zwischen d₅₀/10 bis d₅₀*10 verteilt sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Mittel um eine oder eine Mischung von mit Wasser nicht mischbaren, bevorzugt öligen und/oder oberflächenaktiven Substanzen, bevorzugt nicht-ionische oberflächenaktive Systeme, handelt, wobei insbesondere bevorzugt wenigstens eine der Komponenten eine Ester- und/oder Etherstruktur aufweist, bevorzugt eine ethoxylierte und/oder propoxylierte und/oder butoxylierte Struktur, wie bevorzugt Esterethoxylate, Esterpropoxylate, Esterethoxypropoxylate, Fettsäureethoxylate, Fettsäurepropoxylate, Fettsäureethoxypropoxylate, und/oder eine Esterstruktur wie Polyolester, Trimethylpropanester, Glycerinester, Glykolester, Pentaerythritester, Fettsäure-Fettalkohol-Ester, zuckerartige Ester, Sorbitanester und/oder Polyethylenglykolstruktur, und/oder eine Polypropylenglykolstruktur und/oder eine Fettalkohol-Struktur, Disäureester wie Adipinsäureester, Zitronensäure-Ester.

12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Behälter (1) oder eine Zuleitung zur Bereitstellung des Mittels zur Entlüftung/Entschäumung aufweist sowie wenigstens einen Behälter (2) oder eine Zuleitung zur Bereitstellung von Wasser aufweist, sowie wenigstens ein von diesen beiden gespiesenes Mischelement (7) zur Erzeugung einer Emulsion sowie wenigstens eine Einführungsleitung (16) in geeigneter Kürze zur im wesentlichen unmittelbar nach dem Emulgierprozess erfolgenden Zugabe zur Prozessflüssigkeit.

Zeichnung