Archiv Fachartikel Papiertechnik

In der Trockenpartie … Teil III

… müssen die vielen Trockenzylinder auf Temperatur gebracht werden – von innen mit Dampf.

bu

Dampf ist aufgeheiztes Wasser im gasförmigen Zustand mit einer Temperatur über 100 Grad Celsius. Ist Dampf in Rohrleitungssystemen oder Zylindern unterwegs, die nicht annähernd die gleiche Temperatur haben, beginnt er sich abzukühlen und fängt an sich wieder in den flüssigen Zustand umzuwandeln. Diesen physikalischen Vorgang nennt man Kondensation. Die im Dampf enthaltene Wärmeenergie wird dabei freigesetzt und beginnt die Umgebung zu erwärmen. Eine ungleichmäßige Bewegung des Kondensats unterstützt die Energieübertragung noch intensiver. Auf diesen Teilprozessen basiert der Trocknungsvorgang zwischen heißem Zylinder und feuchter Papierbahn. Zum Trocknen der Papierbahn muss allerdings die Außenseite der Trockenzylinder warm bzw. heiß genug sein und das wird wie folgt erreicht:

Der für die Papiererzeugung benötigte Dampf wird in der Regel in einem Kesselhaus erzeugt. Von dort gelangt er über eine Hauptdampfleitung zum Dampfverteiler direkt an der Papiermaschine. Der benötigte Dampf strömt dann in die Trockenzylinder und verteilt sich gleichmäßig. Dabei entspannt er sich und wärmt den Zylinder von innen auf. Also gibt der Dampf seine mitgeführte, gespeicherte Wärmeenergie an die Zylinderinnenfläche ab. Die Speisung der Trockenzylinder erfolgt mit dem sogenannten Sattdampf, bzw. etwas überhitzten Dampf. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kondensation nicht bereits in der Rohrleitung beginnt, sondern erst im Zylinder.

Allerdings muss die Wärmeenergie auf dem Weg zum Papier das Hindernis Zylinderwand passieren. Hinzu kommen noch Ablagerungen an der Innenseite und Schmutzbeläge sowie Luft auf der Außenseite. Je mehr davon vorhanden ist, bedeutet das eigentlich mehr Energieaufwand, also mehr Dampf. Gleichzeitig kühlt die Papierbahn von außen die Zylinderwand ab und der Dampf im Zylinder fängt verstärkt an zu kondensieren. Das Kondensat bewegt sich nun im Innenraum des Zylinders mit und bildet bei entsprechenden Geschwindigkeiten der Papiermaschine einen sogenannten Kondensatring. Dieses neue Hindernis reduziert die Wärmeübertragung deutlich, denn dieser Wasserring wirkt wie eine Isolierung und selbst mehr Dampf bringt hier keine effiziente Wirkung.

Dazu auch ein Blick auf das Verhalten des Kondensats im Zylinder, welches sich jeweils an die Geschwindigkeit anpasst. Bei niedrigen Geschwindigkeiten bildet sich der so genannte Sumpf (Phase 1). Im Bereich des Sumpfes findet keine Wärmeübertragung statt. Mit steigender Geschwindigkeit setzt sich das Kondensat als Folge von Fliehkraft- und Erdanziehungskraft „stufenartig“ in Bewegung. Der Wärmeübergang ist sehr gut (Phase 2). Allerdings nehmen durch das einseitige Aufstreben des Wassers die Antriebsmotoren in diesem Zustand die höchste Leistung auf. Bei höherer Geschwindigkeit zwingt die Zentrifugalkraft das Kondensat zu der schon erwähnten Ringbildung mit ihren negativen Auswirkungen (Phase 3). Um den Kondensatfilm so gering wie möglich zu halten, werden so genannte Störleisten in die Zylinder eingebaut. Diese Störleisten brechen den Kondensatring auf und verbessern durch die dabei erzeugten Turbulenzen den Wärmeübergang (Phase 4).

Das entstehende Kondensat muss also aus dem Trockenzylinder entfernt werden. Die Kondensatabführung erfolgt durch ein Syphonsystem, welches das heiße Wasser über den seitlichen Dampfkopf ausstößt.

Von außen arbeiten Putzschaber an der Zylinderoberfläche. Durch einen entsprechenden Anstellwinkel der Schaber und die Bewegung der Zylinder werden diese über die Arbeitsbreite sauber gehalten. Insgesamt gehen so beim Wärmeübergang von der Innenseite zur Außenseite der Zylinderwand zwischen 10 bis 15 Grad an Temperatur verloren.

Bekanntlich ist die Temperatur am Beginn des Trocknungsprozesses niedrig und bis zum letzten Trockenzylinder nimmt sie zu. Dadurch wird das Papier schonend getrocknet und wichtige Qualitätsmerkmale – speziell die Oberflächeneigenschaften – bleiben erhalten.

Der Trocknungsprozess läuft deshalb gegen die Prozessrichtung. Die Zylinder der letzten Trockengruppe vor der Aufrollung werden mit frischem Dampf
versorgt und voll auf Temperatur gebracht. Die davor liegenden Zylinder in Richtung Pressenpartie werden mit weniger Dampf oder mit wieder aus dem Kondensat gewonnener Wärmeenergie beheizt und erreichen dadurch geringere Temperaturen.


Schema – Aufbau eines Trockenzylinders mit Dampfverteilung und Kondensatableitung.