Refiner

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Als Refiner bezeichnet man von einem Gehäuse ummantelte Maschinen, die zur technologischen (mechanischen) Bearbeitung (Mahlung) von Faserstoffen in der Papier- und Zellstoffindustrie verwendet werden. Hauptsächlich werden in der Papier- und Zellstoffindustrie Zellstoffe mechanisch zerfasert (Grundlage:Hackschnitzel), um Holzstoff herzustellen. Der Refiner wird aber auch zur Bearbeitung von Altpapier verwendet. Hierbei werden aber meist nur die Langfasern bearbeitet. Diese werden mittels Fraktionierung von den Kurzfasern getrennt.[1]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bis ins 19. Jahrhundert hinein waren Lumpen (Hadern) der bevorzugte und hauptsächlich verwendete Rohstoff für die Papierproduktion. Doch schon während des 18. Jahrhundert wurde, aufgrund des Mangels an zugänglichen Lumpen, intensiv an Alternativen Rohstoffen für die Papierherstellung geforscht. Im Zuge dieser Forschung entdeckte man, dass sich bestimmte Pflanzen- und Holzfasern optimal für die Herstellung von Papier eignen würden. Im Jahre 1843 erfand Friedrich Gottlob Keller dann den mechanischen Aufschluss von Holz (Holzschliff/Weißschliff) durch sogenannte Refiner. Aufgrund dieser Entwicklung stellten die Engländer Watt, Burgees und Houghten in dem Zeitraum von 1854 bis 1857, mittels eines Natronverfahrens, Holzzellstoff her. Durch die große Nachfrage nach Papier wurden die chemischen und mechanischen Aufschlussverfahren (Refiner) für die Holzzellstoffgewinnung immer weiter optimiert. Diese Optimierunsentwicklung zog sich durch das gesamte 20. Jahrhundert und hält bis heute an, da Effizienz eines der Kerninteressen der Industrie ist.[2]

Refinerarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Refiner werden hinsichtlich der geometrischen Form ihrer Trägerkörper unterschieden. Auf den Trägerkörpern befinden sich Mahlkörper (Mahlplatten) aus hochfestem Stahl, die verschiedene Profile aufweisen (Mahlgarnitur). Die Mahlgarnitur ist mit dem Mahlspalt maßgeblich für die Qualität des erzeugten Holzfaserstoffes verantwortlich. Man unterteilt die Refinerarten in zwei Kategorien (Scheibenrefiner, Kegelrefiner).[3]

Doppelscheibenrefiner

Scheibenrefiner (Scheibenmühle)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Scheibenrefiner weisen sowohl eine hohe Durchsatzkapazität, als auch eine hohe Leistungsfähigkeit auf. Bei den Scheibenrefinern wird der Zellstoff zwischen zwei Mahlscheiben mechanisch behandelt. Der Zellstoff tritt an der Kurbelwelle im Zentrum ein und passiert die Mahlscheibe von innen nach außen. Auf den Mahlscheiben befinden sich die Mahlkörper, die den Zellstoff zerfasern (Fibrillation).[3]

Technische Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Scheibenrefiner werden mit Antriebsleistungen von 750kW bis 11000kW gebaut. Der Scheibendurchmesser liegt, je nach Bauart, zwischen 914mm und 1524mm. Die Drehzahlen bewegen sich im Bereich zwischen 1200min^-1 und 1500min^-1 (Doppelscheibenrefiner), sowie im Bereich zwischen 1500min^-1 und 1800min^-1 (Einscheibenrefiner).[3]

Einscheibenrefiner[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Einscheibenrefiner besteht aus einer Mahlscheibe und einem Gegenkörper. Hierbei dreht sich nur die Mahlscheibe und der mechanische Aufschluss findet zwischen Mahlscheibe und Gegenkörper, im Mahlspalt statt. Die Drehzahlen liegen hier bei 1500–1800min^-1.[3]

Doppelscheibenrefiner[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Doppelscheiberefiner besteht aus zwei Mahlscheiben, die sich entgegengesetzt zueinander drehen. Hierbei findet der mechanische Aufschluss zwischen den zwei Mahlscheiben, im Mahlspalt statt. Die Drehzahlen liegen hier bei 1200–1500min^-1.[3]

Twin-Refiner[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Twin-Refiner besteht aus zwei nicht drehbaren Mahlscheiben, die eine sich drehende Mahlscheibe einschließen. Die bewegliche Mahlscheibe ist beidseitig mit Mahlplatten besetzt. Die mechanische Zerfaserung findet beidseitig zwischen den starren Mahlscheiben und der beweglichen Mahlscheibe, im Mahlspalt statt. Der Twin-Refiner bietet im Vergleich zum Doppel- und Einscheibenrefiner eine doppelt so große Wirkfläche und dadurch eine höhere Durchsatzkapazität.[4]

Kegelrefiner (Kegelmühle)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kegelrefiner bestehen aus einem, mit Messern besetzten, Kegel (Rotor), der sich in einem, ebenfalls mit Messern besetzten, Stator dreht. Hierbei tritt der Zellstoff an der Spitze des Kegels in den Refiner ein und wird über den jeweiligen Kegelwinkel (Konizität des Rotors) nach außen transportiert. Die Mahlung findet zwischen dem Kegel und dem Stator, im Mahlspalt statt. Man unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Arten von Kegelrefinern (Flachkegelrefiner(20-35°)/Steilkegelrefinern(≈60°)).[5]

Technische Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Umfangsgeschwindigkeit bei den Kegelrefinern liegt zwischen 15m/s und 17m/s.[5]

Flachkegelrefiner (20-35°)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch den kleinen Winkel kommt es bei der Abstandseinstellung zwischen Rotor- und Statormessern zu einer relativ hohen achsenbezogenen Verschiebung. Der Anpressdruck kann hier nicht so hoch gewählt werden, wie beim Steilkegelrefiner.[5]

Steilkegelrefiner (≈60°)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch den steileren Winkel im Vergleich zum Flachkegelrefiner entsteht eine geringere achsenbezogene Verschiebung bei der Abstandseinstellung zwischen Rotor- und Statormessern. Der Anpressdruck kann hier höher gewählt werden, als beim Flachkegelrefiner.[5]

Wirkungspaarungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Man unterscheidet zwischen 3 Wirkungspaarungen. Davon sind zwei dem Nutzungsinteresse dienlich und eine stellt einen destruktiven Nebeneffekt dar.[6]

Wirkpaarungen eines Refiners:
➀ Kante gegen Kante
➁ Fläche gegen Fläche
➂ Messerzelle gegen Messerzelle

Kante↔Kante[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Wirkungspaarung ist für die ungewollte Faserkürzung verantwortlich. Die Faserkürzung ist ein negativer Nebeneffekt des geometrischen und habtischen Aufbaus der Mahlplatten.[6]

Fläche↔Fläche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Wirkungspaarung ist für die Fibrillation (Auftrennung der Faser zu kleineren Fibrillen) der Zellfasern verantwortlich.[6]

Messerzelle↔Messerzelle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Wirkungspaarung ist, wie die Wirkungspaarung Kante↔Kante, für die Fibrillation der Zellfasern verantwortlich.[6]

Refiner-Holzstoffverfahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch die Refiner-Holzstoffverfahren wird aus Holz, durch mechanische Zerfaserung, Holzstoff gewonnen. Man unterscheidet hier zwischen drei verschiedenen Verfahren (RMP-/TMP-/CTMP-verfahren).[7]

RMP-Verfahren (refiner mechanical pulp)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim RMP-Verfahren werden die Hackschnitzel nicht thermisch vorbehandelt. In diesem Verfahren erfolgt die mechanische Zerfaserung bei Atmosphärendruck. Bei 100 °C werden die Hackschnitzel in zwei Stufen zerfasert. Die Stoffdichte beträgt in der zweiten Stufe 20-30 %. Durch die mechanische Zerfaserung entsteht so ein relativ grober Faserstoff, der bei der Papierproduktion zu vielen Qualitätsmerkmalen im Papier führt. Aufgrund dieses Nachteils wird das Verfahren heute kaum noch angewendet.[7]

TMP-Verfahren (thermomechanical pulp)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim TMP-Verfahren werden die Hackschnitzel vor der mechanischen Zerfaserung thermisch behandelt. Sie werden vor der Zerfaserung bis zu 5 min mit 130 °C heißem Wasserdampf vorbehandelt. Im Anschluss findet die mechanische Zerfaserung bei Überdruck statt. Durch die Vorbehandlung entsteht ein sehr feiner Faserstoff, der bei der Weiterverarbeitung zu Papier wenig Qualitätsmerkmale aufweist. Das TMP-Verfahren hat das RMP-Verfahren fast gänzlich abgelöst.[7]

CMP-Verfahren (chemicalmechanical pulp)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim CMP-Verfahren werden die Hackschnitzel vor der mechanischen Zerfaserung chemisch vorbehandelt. Es erfolgt eine Imprägnierung mit Chemikalien (Natriumsulfit und Natriumcarbonat). Im Anschluss findet die Zerfaserung in Zwei hintereinander geschalteten Stufen, bei Überdruck, statt. Die chemische Vorbehandlung führt zu einem Faserstoff ausgezeichneter Qualität, der in der Weiterverarbeitung zu Papier sehr wenig Qualitätsmerkmale aufweist.[7]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Günter Krickler: Die Werkstoffe des Buchbinders. Schlüter, Hannover 1982
  2. http://www.buecher-wiki.de/index.php/BuecherWiki/GeschichteDerPapierherstellung. Abgerufen am 20. Dezember 2017.
  3. a b c d e Prof. Dr. Lothar Göttsching, Dr. Casimir Katz Papier Lexikon R-Z. Euwid Verlag, ISBN 3-886-40-080-8, S. 22–23.
  4. http://www.buecher-wiki.de/index.php/BuecherWiki/GeschichteDerPapierherstellung
  5. a b c d Prof. Dr. Lothar Göttsching, Dr. Casimir Katz Papier Lexikon R-Z. Euwid Verlag, ISBN 3-886-40-080-8, S. 22.
  6. a b c d Meike Mentjes: Untersuchung des Trocknungsverhaltens von Papier bei der Anwendung von Trocknungstechniken aus der Papierrestaurierung, Konstruktion und Anwendung des Karibari-Trocknungspaneels. Siegl, München 2006.
  7. a b c d Prof. Dr. Lothar Göttsching, Dr. Casimir Katz Papier Lexikon R-Z. Euwid Verlag, ISBN 3-886-40-080-8, S. 23–24.

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]