Fluidbehälter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid enthaltenden Fluidbehälter, insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, wobei das Fluid freies Gas enthält und über dem Fluid Schaum mit einer Schaumhöhe ausgebildet ist, und wobei das Fluid und der Schaum eine Gesamthöhe (6) zu einem Referenzpunkt bilden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei vielen Prozessen in der Verfahrenstechnik kommen Fluide mit Gasen in Kontakt. Dies kann bei bestimmten Randbedingungen und chemischen Verhältnissen zu einer unerwünschten Schaumbildung führen. In der Papierindustrie werden Faserstoffsuspensionen hergestellt, aus denen in der Papiermaschine durch Entwässerung eine Faserstoffbahn gebildet wird. Unmittelbar vor der Papiermaschine, im sogenannten konstanten Teil, wird die Faserstoffsuspension mit Siebwasser verdünnt. Beide Fluide können Luft enthalten. Es kann dadurch in diesem Bereich zu Schaumbildung kommen. Der Schaum stört die nachfolgenden Prozesse, wie beispielsweise den Entlüftungsprozess. Es ist bekannt, den Schaum mit einem chemischen Entschäumermittel zu bekämpfen. Üblicherweise werden Entschäumermittel mit konstanter Menge im Überschuss in die Faserstoffsuspension aufgrund visueller Beurteilung zudosiert, um eine Schaumbildung sicher zu vermeiden. Die Überschussdosierung führt zu hohen Chemikalienkosten und belastet die Umwelt. In bekannten, weiterentwickelten Verfahren wird die Entschäumermitteldosierung ausschließlich in Abhängigkeit des Luftgehaltsgehalts in der Faserstoffsuspension oder im Siebwasser durchgeführt. Bei diesen Verfahren muss für eine sichere Schaumvermeidung das Entschäumermittel ebenfalls mit Überschuss dosiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Effizienz zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 1 angegebene Vorrichtung und das im Anspruch 1 angegebene Verfahren zur Bestimmung der Schaummenge in einem ein Fluid enthaltenden Fluidbehälter, insbesondere bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, gelöst, wobei das Fluid freies Gas enthält und über dem Fluid Schaum mit einer Schaumhöhe ausgebildet ist, und wobei das Fluid und der Schaum eine Gesamthöhe zu einem Referenzpunkt bilden. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

a) Ermittlung der Gesamthöhe

b) Bestimmung des Gasgehalts im Fluid

c) Messung des hydrostatischen Druckes am Referenzpunkt

d) Berechnung der Schaumhöhe oder des Schaumanteils oder

des Schaumvolumens unter Verwendung der ermittelten Werte aus den Schritten a), b) und c) als Maß für die Schaummenge.

e) Beeinflussung der Schaummenge in Abhängigkeit des berechneten Maßes für die Schaummenge auf einen vorgebbaren Wert. Die Erfinder haben erkannt, dass nur ein Teil des im Fluid enthaltenen Gases an der Schaumbildung beteiligt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Entschäumermittel gezielt und in der passenden Menge dosiert werden. Eine Überdosierung ist für die Bekämpfung des Schaumes nicht mehr notwendig. Die Erfindung hat auch den Vorteil, dass zeitlich schwankende Schaumentstehung mit der passenden Menge Entschäumermittel wirtschaftlich bekämpft werden kann.

In einer praktischen Ausgestaltung weist der Fluidbehälter einen über dem Referenzpunkt liegenden Überlauf auf, über den Fluid, zumindest während der Bestimmung der Schaummenge, austritt und der vertikale Abstand des Überlaufes zum Referenzpunkt die Gesamthöhe bildet. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamthöhe bekannt und zeitlich konstant ist und nicht ständig gemessen werden muss. Diese Variante wird neben anderen vorzugsweise in der Papierherstellung angewendet. Der Fluidbehälter wird dabei durch den Siebwasserbehälter im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine in teilweise offenen Kanälen in den Siebwasserbehälter zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser gelangende Luft ist zumindest teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter beteiligt. Zudem findet im Siebwasserbehälter die Vermischung von dem Siebwasserbehälter zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in einer Mischeinrichtung mit Siebwasser statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft in den Siebwasserbehälter eintragen. Weitere Luftquellen sind zusätzlich Rückläufe in den Fluid- bzw. Siebwasserbehälter aus dem Papierherstellungsprozess.

Der Fluidbehälter kann offen oder geschlossen ausgeführt sein. Der Behälter kann im zweiten Fall auch unter Überdruck stehen.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Gesamthöhe des Fluids und des Schaumes mit einem Sensor ermittelt, der insbesondere nach dem optischen oder dem Ultraschall- oder nach dem Laserprinzip arbeitet. Dabei können ein oder mehrere optische Sensoren seitlich am Fluidbehälter angeordnet sein und die Lage der Grenzfläche zwischen Schaum und Luft messen. Der Ultraschallsensor ist vorzugsweise über dem Schaum angeordnet und misst den Abstand zur Grenzfläche zwischen Schaum und Luft. Zur Bestimmung der Gesamthöhe werden die Lage des Ultraschallsensors zum Referenzpunkt und der gemessene Abstand herangezogen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie auch bei zeitlich schwankenden Gesamthöhen eingesetzt werden kann, wie beispielsweise in den Lagerbütten für Faserstoff und Prozesswasser.

Vorzugsweise wird der Gasgehalt mit einem Sensor im Auslauf des Fluidbehälters und/oder im Fluidbehälter selbst bestimmt. Der Gasgehalt kann beispielsweise über ein Gerät, wie insbesondere das Gasanalysegerät "GAS 60" der Firma BTG Instruments, 66132 Säffle, Schweden, bestimmt werden. Bei diesem Gerät fließt die betreffende Probe kontinuierlich durch die Messzelle der Einheit. Sobald der Messzyklus beginnt, unterbrechen Einlass- und Auslassventile den Fluss. Die in der Messzelle eingeschlossene Probe wird mittels eines Kolbens komprimiert und dann expandiert. Dabei wird der absolute Gasgehalt der Probe auf der Basis des idealen Gasgesetzes bestimmt. Bevor mit einer neuen Messung begonnen wird, wird die Messzelle mit Wasser ausgespült.

Der hydrostatische Druck kann mittels eines Drucksensors gemessen werden, wobei der Messort am Referenzpunkt liegt.

Für die Berechnung der Schaummenge ist eine Auswerteeinheit vorgesehen. Neben den gemessenen Werten wird bei der Berechnung die Dichte des reinen Fluid und optional dessen Temperatur berücksichtigt. Die Messwerte der Sensoren, wie Drucksensor, Sensor zur Messung der Gesamthöhe und Gasgehaltssensor werden an die Auswerteeinheit über Signalleitungen und/oder drahtlos übermittelt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die berechneten Werte für das Maß der Schaummenge, wie beispielsweise die Schaumhöhe oder der Schaumanteil oder das Schaumvolumen von der Auswerteeinheit an eine Regel- oder Steuereinheit zur Regelung über einen Regelalgorithmus oder Steuerung der Schaummenge übertragen. Vorzugsweise wird zumindest einer dieser Werte übertragen.

In einem praktischen Fall wird die Schaummenge über die Regelung oder Steuerung der Zugabemenge eines Entschäumermittels, vorzugsweise in den Zulauf des Fluidbehälters, auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Es ist jedoch auch denkbar, das Entschäumermittel direkt in den Fluidbehälter einzuspeisen oder auf den Schaum zu sprühen.

In einem weiteren praktischen Fall wird die Schaummenge über die Regelung oder Steuerung von Scherkräften, welche auf den Schaum einwirken, und/oder über das Besprühen des Schaums beeinflusst.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn. Der Fluidbehälter wird in diesem Fall durch den Siebwasserbehälter im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine in teilweise offenen Kanälen in den Siebwasserbehälter zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser gelangende Luft ist teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter beteiligt. In den Siebwasserbehälter gelangen zusätzlich zum Siebwasser, das eine mehr oder weniger verdünnte Suspension aus Füll- und Feinstoffen, Fasern, Wasser und Prozesschemikalien ist, auch andere Suspensionen als Rückläufe aus dem Papierherstellungsprozess. Die Erfindung kann auch bei Lagerbütten für Faserstoff und Prozesswasser und bei Ansetzbehälter für Streichfarben zur Beherrschung des Schaumproblems Anwendung finden. Eingesetzte Entschäumermittel beim Ansetzen von Streichfarben beeinträchtigen die Strichqualität auf der Faserstoffbahn durch Bildung von Fehlstellen. Durch die Erfindung kann Entschäumermittel eingespart werden und somit die Qualität der fertigen Faserstoffbahn vebessert werden. Es können die Zahl der Fehlstellen reduziert und die Bedruckbarkeit der gestrichenen Faserstoffbahn verbessert werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der Schaummenge, insbesondere im konstanten Teil einer Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton-, oder Tissuebahn, mit einem Fluidbehälter mit einem Zulauf und einem Auslauf, einem Überlauf oder einem Sensor zur Bestimmung der Gesamthöhe von Fluid und Schaum zu einem Referenzpunkt, einem Drucksensor am Referenzpunkt und eines Gasgehaltsensors zur Messung des Gasgehalts im Fluid, vorzugsweise im Fluidbehälter oder im Auslauf, sowie einer Auswerteeinheit (10) zur Ermittlung der Schaummenge.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Es zeigen Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter Darstellung;

Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung in vereinfachter Darstellung;

Figur 3 eine beispielhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Papierherstellungsprozess;

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Fluidbehälter 1 ist mit dem Fluid 5 und mit Schaum 7 gefüllt und weist einen Überlauf 9 und mehrere Zuläufe 2, 2.1 , 2.2, auf. Der Auslauf 4 führt das Fluid, bei der Anwendung des Verfahrens im Papierherstellungsprozess, über weitere Verfahrensschritte, wie beispielsweise einer Entlüftung des Fluid bzw. der Faserstoffsuspension, zur Papiermaschine 15. Die Volumenströme der Zuläufe 2, 2.1 , 2.2 und des Auslaufes 4 sind so eingestellt, dass eine geringe Menge des Schaumes 7 am Überlauf 9 austritt. Somit ist gewährleistet, dass die Gesamthöhe 6, welche sich aus der Fluidhöhe 5.1 und der Schaumhöhe 7.1 zusammensetzt, immer konstant ist. Im unteren Bereich des Fluidbehälters 1 ist ein Drucksensor 1 1 vorgesehen. Die Lage des Drucksensors 1 1 bildet den Referenzpunkt für die Angabe der Gesamthöhe 6 und der Fluidhöhe 5.1 . Zur Bestimmung der Schaummenge ist die Kenntnis des Gasgehaltes im Fluid 5 notwendig. Dieser wird durch einen Gasgehaltssensor 12 im Auslauf 4 gemessen, wobei eine Messung im Fluidbehälter 5 ebenfalls denkbar wäre. Der Gasgehaltssensor 12 misst den Gehalt des freien Gases im Fluid. Der Gasgehalt kann beispielsweise über ein Gerät, wie insbesondere das Gasanalysegerät "GAS 60" der Firma BTG Instruments, 66132 Säffle, Schweden, bestimmt werden. Bei diesem Gerät fließt die betreffende Probe kontinuierlich durch die Messzelle der Einheit. Sobald der Messzyklus beginnt, unterbrechen Einlassund Auslassventile den Fluss. Die in der Messzelle eingeschlossene Probe wird mittels eines Kolbens komprimiert und dann expandiert. Dabei wird der absolute Gasgehalt der Probe auf der Basis des idealen Gasgesetzes bestimmt. Bevor mit einer neuen Messung begonnen wird, wird die Messzelle mit Wasser ausgespült. Bei der Anwendung des Verfahrens im Papierherstellungsprozess 1 wird der Fluidbehälter 1 durch den Siebwasserbehälter 1 im konstanten Teil gebildet. Das Siebwasser 16 wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine 15 in teilweise offenen Kanälen 2 in den Siebwasserbehälter 1 zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser 16 gelangende Gas, d.h. Luft 8 ist mit einem Teil an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter 1 beteiligt, der andere Teil liegt frei im Fluid 5 beziehungsweise im Siebwasser 5, 16 vor. In den Siebwasserbehälter 1 gelangen zusätzlich zum Siebwasser 16, das eine mehr oder weniger verdünnte Suspension aus Füll- und Feinstoffen, Fasern, Wasser und Prozesschemikalien ist, auch andere Suspensionen als Rückläufe 2.1 , 2.2 aus dem Papierherstellungsprozess 15. Zudem findet im Siebwasserbehälter 1 die Vermischung von dem Siebwasserbehälter 1 zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in einer Mischeinrichtung mit Siebwasser 16, 5 statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf der Papiermaschine 15 benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft 8 in den Siebwasserbehälter 1 eintragen. Weitere Luftquellen sind zusätzlich Rückläufe 2.1 , 2.2 in den Fluid- bzw. Siebwasserbehälter 1 aus dem Papierherstellungsprozess 15. Die Messwerte des Gasgehaltssensors 12, des Drucksensors 1 1 werden an eine Auswerteeinheit 10 über Signalleitungen und/oder drahtlos übermittelt und konstante Größen, wie beispielsweise die Gesamthöhe 6 und die Dichte des Fluid in der Auswerteeinheit 10 hinterlegt. Diese berechnet nun aus den Daten ein Maß für die Schaummenge. Als Maß kann die Schaumhöhe 7.1 oder der Schaumanteil X _s oder das Schaumvolumen V _s herangezogen werden. Der Wert dieses Maßes für die Schaunnnnenge wird nun dazu verwendet, die Schaunnnnenge gezielt zu beeinflussen. Die Beeinflussung kann manuell oder automatisch durch eine Regelvorrichtung mit einem Regelalgorithmus über ein Regelventil 13 im Entschäumermittelzulauf 3 zum Fluidbehälter 1 oder zum Zulauf 2, erfolgen. Die Zugabemenge des Entschäumermittels kann so optimiert eingesetzt werden.

Die Berechnung des Maßes für die Schaummenge erfolgt über den Ansatz (1 ) + V _G A/ges*PG + VsA/ges* ) ^« g'h, wobei die Größen folgende Bedeutung haben:

Δρ gemessene Druck am Referenzpunkt in Pa

p _F Dichte des Fluid in kg/m ³

p _G Dichte des Gases in kg/m ³

p _s Dichte des Schaumes in kg/m ³

p _ges mittlere Gesamtdichte des Schaumes und des Fluid in kg/m ³

g Erdbeschleunigung m/sec ²

h Gesamthöhe 6 in m, Fluidhöhe + Schaumhöhe

V _F Volumen des Fluid in im ³

V _G Volumen des Gases in im ³

V _s Volumen des Schaumes in im ³

V _ges Gesamtvolumen in im ³ , V _F + V _G + V _S Mit dem Zusammenhang

(2) V _F = V _ges - (V _G + V _s ), dem Schaumanteil (3) Xs = V _s / V, und dem Gasanteil (4) X _G = V _G / V _{ges ,} ergibt sich für den Schaumanteil X _s unter der Annahme, dass

(5) p _G « p _F und p _s « p _F ist:

(6) Xs = (1 - X _G ) - Ap / (g.h. p _F). Wird die Annahme nach den Gleichungen (5) zur Erreichung einer höheren Genauigkeit nicht gemacht, so müssen bei der Berechnung die Dichten p _G und p _s in der Auswerteeinheit hinterlegt werden. Diese Werte lassen sich im Labor bestimmen oder aus bekannten Zusammenhängen berechnen. Die Schaumhöhe 7.1 ergibt sich aus

(7) h _s = Xs -h

Und das Schaumvolumen bei einem zylindrischen Fluidbehalter 1

(8) V _s = X _s - V _ges

Die in der Figur 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform in Figur 1 dadurch, dass der Fluidbehalter 1 keinen Überlauf 9 aufweist. Die Gesamthöhe 6 muss daher gemessen werden. Dies gilt besonders dann, wenn die Gesamthöhe 6 zeitlich variiert. Die Gesamthöhe 6 des Fluids 5 und des Schaumes 7 wird mit einem Sensor 6.1 ermittelt, der insbesondere nach dem optischen oder dem Ultraschall- oder nach dem

Laserprinzip arbeitet. Dabei können ein oder mehrere optische Sensoren seitlich am Fluidbehälter 1 angeordnet sein und die Lage der Grenzfläche zwischen Schaum 7 und Gas bzw. Luft messen. Der nicht dargestellte

Ultraschallsensor ist vorzugsweise über dem Schaum angeordnet und misst den Abstand zur Grenzfläche zwischen Schaum und Gas/Luft. Zur Bestimmung der Gesamthöhe werden die Lage des Ultraschallsensors oder optischen Sensors 6.1 zum Referenzpunkt und der gemessene Abstand herangezogen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie auch bei zeitlich schwankenden Gesamthöhen 6 eingesetzt werden kann. Die weiteren, im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebenen Merkmale, gelten auch analog für die Figur 2. Figur 3 zeigt eine beispielhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Papierherstellungsprozess. Der Fluidbehälter 1 wird in diesem Fall durch den Siebwasserbehälter 1 im konstanten Teil des Papierherstellungsprozesses gebildet. Das Siebwasser 16 wird vom Entwässerungsbereich der Papiermaschine 15 in teilweise offenen Kanälen 2 in den Siebwasserbehälter 1 zurückgeführt. Die dabei in das Siebwasser 16 gelangende Luft 8 ist teilweise an der Schaumbildung im Siebwasserbehälter 1 beteiligt. In den Siebwasserbehälter 1 tritt auch die Fasersuspension über den weiteren Zulauf 2.1 in eine Mischeinrichtung ein. Dort findet die Vermischung von dem Siebwasserbehälter zugeführten Faserstoff mit hoher Konsistenz, beispielsweise 3% bis 4%, in der Mischeinrichtung mit Siebwasser statt. Die dabei entstehende Suspension erhält die Konsistenz, wie sie im Stoffauflauf benötigt wird. Der Faserstoff mit hoher Konsistenz kann somit ebenfalls Luft 8 in den Siebwasserbehälter 1 eintragen. Der Auslauf 4 des Siebwasserbehälters 1 führt zu einem Entlüftungsaggregat 14. Dort wird der Faserstoffsuspension die als freies Gas vorliegende Luft, üblicherweise durch Anwendung von Vakuum, entzogen. Anschließend passiert die Faserstoffsuspension einen nicht dargestellten Siebapparat und gelangt danach in den Stoffauflauf der Papiermaschine 15.

Bezugszeichenliste

Fluidbehälter

Zulauf

weiterer Zulauf

weiterer Zulauf

Entschäumermittelzulauf

Auslauf

Fluid

Fluidhöhe

Gesamthöhe

Sensor

Schaum

Schaumhöhe

freies Gas

Überlauf

Auswerteeinheit

Drucksensor

Gasgehaltssensor

Regelventil

Entlüftungsaggregat

Papiermaschine, Papierherstellungsprozess

Siebwasser