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Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen, insbesondere Cellulosefasern durch Flotation in einem von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäss, in dem ein im wesentlichen konstanter Flüssigkeitsstand aufrechterhalten und durch kontinuierliches Absaugen der aus der Flüssigkeit ausgetretenen Gase ein Unterdruck erzeugt wird. Derartige Verfahren werden insbesondere bei der Rückgewinnung von Fasern in der Papier- und Zellstoffindustrie angewendet.
Durch die Anwendung eines Unterdruckes in dem Gefäss wird die Abtrennung der Fasern beschleunigt, weil die in der Flüssigkeit entwickelten Gasbläschen grösser und zahlreicher werden als in zur Atmosphäre vollständig offenen Gefässen. Es hat sich gezeigt, dass die auf die Fasern einwirkende Auftriebskraft mit niedrigerem Unterdruck, d. h. höherem Vakuum in der Gaskammer des Gefässes starker wird.
Der Trennwirkungsgrad und der volumetrische Wirkungsgrad nehmen in demselben Masse zu. Dabei wird mit Trennwirkungsgrad das Verhältnis der Anzahl der in dem abgetrennten Teilchenkonzentrat befindlichen Teilchen zu der Anzahl der Teilchen in der der Vorrichtung zugeführten Flüssigkeit und mit dem volumetrischen Wirkungsgrad das ausnützbare Flüssigkeitsvolumen der Vorrichtung im Verhältnis zu dem volumetrischen Durchsatz bezeichnet.
Die vorstehenden Bedingungen sind deutlicher in der nachstehenden Tabelle erläutert, die das Gesamtgasvolumen angibt, das eine mit Luft bei atmosphärischem Druck und 100C gesättigte Wassermasse entwickelt, wenn der Druck auf den angegebenen Wert herabgesetzt wird.
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<tb>
<tb>
Druck <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0. <SEP> 5 <SEP> 0,2 <SEP> 0, <SEP> 012 <SEP> at
<tb> Luftvolumen <SEP> 0 <SEP> 5,4 <SEP> 21,5 <SEP> 85 <SEP> 1600 <SEP> 1
<tb> Wasserdampf <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 5 <SEP> 00 <SEP> 1
<tb> Gesamtgasvolumen <SEP> 0 <SEP> 5,5 <SEP> 22 <SEP> 90 <SEP> zul
<tb>
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dass die Vorrichtung deswegen übermässig hoch sein muss.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, dass der Druck der Suspension an ihrer Zuflussstelle im Flüssigkeitsraum des Gefässes von einem ausserhalb des Gefässes herrschenden Druck, der gleich hoch oder höher ist als der atmosphärische Druck, auf einen innerhalb des Gefässes herrschenden Druck herabgesetzt wird, der beträchtlich niedriger ist als der at- mosphärische Druck, und der dadurch aufrechterhalten wird, dass die gereinigte Flüssigkeit kontinuierlich in einer Menge abgezogen wird, die derjenigen der zufliessenden Flüssigkeit entspricht.
In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens wird durch Regelung des Absaugens des Gases in der Gas- kammer ein Unterdruck von 0,2 bis 0,8 at aufrechterhalten, wobei die Höhe des Flüssigkeitsspiegels über der Zuflussstelle der Suspension weniger als die Hälfte der Höhe derjenigen Wassersäule beträgt, die dem
Unterdruck in der Gaskammer des Gefässes entspricht. Das heisst, dass die Höhe der Flüssigkeitssäule pro- portional dem in der Gaskammer herrschenden Unterdruck herabgesetzt werden kann, da die Fasern bei abnehmendem Unterdruck rasch und mit höherem Wirkungsgrad zum Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend geschilderten neuen Verfahrens besitzt ein von der
Atmosphäre abgeschlossenes Gefäss, das mit einer Gasabsaugvorrichtung versehen ist, die in dem Gefäss einen Unterdruck erzeugt, und das einen Strömungsweg für die gashaltige Suspension zwischen einem an einem Ende des Gefässes angeordneten Zufluss und einen am entgegengesetzten Ende vorgesehenen Abfluss für die gereinigte Flüssigkeit bildet. Gemäss der Erfindung wird bei einer solchen Vorrichtung in dem Zufluss für die Suspension ein Druckminderventil angeordnet, das den Druck der zufliessenden Flüssigkeit auf einen Wert herabsetzt, der wesentlich niedriger als der atmosphärische Druck ist. Die Bauhöhe der Vorrichtung kann daher beträchtlich niedriger sein als bei den bekannten Vakuumflotationsvorrichtungen.
Die Erfindung wird ausführlicher an-Hand der Zeichnung beschrieben, die schematisch in Fig. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen einer Flotationsvorrichtung zeigt.
Gemäss Fig. 1 weist das Flotationsgefäss einen im wesentlichen parallelepipedisch ausgebildeten Behälter 1 auf, der einen Zufluss 2 für die Suspension, einen Abfluss 3 für die abgetrennten Teilchen, die hier als Cellulosefasern angenommen sind, und einen Abfluss 4 für die gereinigte Flüssigkeit aufweist. Die von der Flüssigkeit abgetrennten und zur Oberfläche aufgestiegenen Fasern bilden in bekannterWeise eine zusammenhängende Faserbreischicht, die der Flüssigkeitsströmung von dem Zufluss 2 zu dem Abfluss 4 hin folgt und von der gereinigten Flüssigkeit dadurch getrennt wird, dass sie über den oberen Rand eines Überlaufes 5 tritt. Der auf diese Weise abgetrennte wässerige Faserbrei gelangt in eine dem Überlauf zugeord- nete, in dem Behälter angeordnete Rinne 6, aus weicher der Brei mittels einer Pumpe 7 entfernt wird.
Gleichzeitig werden-mittels der Pumpe die aus der Flüssigkeit ausgetretenen Gase entfernt, die sich in der Gaskammer 8 gesammelt haben. Auf diese Weise wird in der Gaskammer ein Unterdruck erzeugt, dessen Wert von der Saugleistung der Pumpe und dem Dampfdruck der Flüssigkeit abhängig ist. Dabei regelt sich die Entfernung der Fasern und Gase automatisch, weil bei einem zu hohen Vakuum eine grössere Faserbreimenge über den Überlauf fliesst und die Menge der austretenden Gasmenge kleiner wird, so dass das Vakuum dann infolge des fortgesetzten Einströmen der aus der Suspension ausgetretenen Gase und durch die durch ein Ventil 9 einströmende Luft herabgesetzt wird. Wenn das Vakuum in der Gaskammer kleiner wird, saugt die Pumpe 7 mehr Gas und wird das Vakuum wieder erhöht.
Die Pumpe 7 kann ferner mit einer Steuervorrichtung automatisch geregelt werden, die in Abhängigkeit von dem Vakuum in der Gaskammer 8 arbeitet und ein Ventil auf der Saugseite der Pumpe derart steuert, dass ein konstantes Vakuum aufrechterhalten wird. Dasselbe Ergebnis kann durch eine ähnliche Steuerung des Lufteintrittsventils 9 erzielt werden,
Die Abtrennung der schwimmenden Faserschicht kann auch auf andere Weise als mit einem Überlauf durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Schicht mit Hilfe eines Mundstücks abgesaugt werden, dessen Mündung unmittelbar unterhalb der Faserschicht angeordnet ist. Die Schicht kann auch mit Hilfe einer Aufnahmevorrichtung entfernt werden, die aus Schaufeln oder Schabern besteht, mit denen der Faserbrei einer Schrägfläche zugeführt wird, so dass er über deren oberenRand abgezogen wird.
Zu demselben Zweck
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bei die Faserschicht auf das Drahtgewebe gelangt und von ihm wegbefördert wird.
Durch. diese Regelung des Unterdruckes in der Gaskammer wird gleichzeitig eine Einstellung des Flüssigkeitsstandes auf einen konstanten Wert erzielt, sofern die bei 2 zufliessende und die bei 4 abfliessende Flüssigkeitsmenge gleich gross sind. Der Flüssigkeitsstand kann ferner mit einem Schwimmer 10 undeinem auf der Druckseite der Pumpe 7 angeordneten Ventil 11 geregelt werden. Anstatt eines Schwimmers kann jede andere hydraulische, pneumatische oder elektrische Steuervorrichtung verwendet werden, die in der Regeltechnik zum Messen des Fiüssigkeitsstandes bekannt ist.
In den dargestellten Beispielen wird die Fasersuspension von einem Vorratsbehälter 12 mittels einer
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Pumpe 13 zugeführt. In den Zufluss ist ein Druckminderventil 14 angeordnet, das manuell eingestellt oder mittels eines Schwimmers 15 oder auf andere Weise in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsspiegel in dem
Vorratsbehälter automatisch gesteuert werden kann. Erfindungsgemäss wird das Ventil 14 so eingestellt, dass es den Druck der Suspension an der Zuflussstelle in das Flotationsgefäss von einem ausserhalb dieses
Gefässes herrschenden Druck, der ebenso hoch oder höher ist als der atmosphärische Druck, auf einen inner- halb des Gefässes herrschenden Druck herabsetzt, der beträchtlich niedriger ist als der. atmosphärische
Druck.
Dieser Druck an der Zuflussstelle ist die Summe des absoluten Druckes (Unterdruckes) in der Gas- kammer 8 und des Druckes der Flüssigkeitssäule zwischen dem Ende des Zuflussrohres 2 und dem Flüssig- keitsspiegel in dem Flotationsgefäss. Bei konstantem Zuflussdruck ändert sich der Flüssigkeitsstand daher mit dem Vakuum in der Gaskammer und umgekehrt, so dass die Summe des Gas- und des Flüssigkeit- druckes unverändert bleibt.
Wenn die Suspension im Bereich des Bodens des Flotationsgefässes eingeführt wird, ist der im allgemeinen für die Höhe des Gefässes massgebende Flüssigkeitsstand in dem Gefäss von der Wahl des Unterdruckes an der Zuflussstelle 2 und in der Gaskammer 8 abhängig. Bei einem bestimm- ten gewünschten Unterdruck in der Gaskammer kann der Flüssigkeitsstand durch eine entsprechende Ein- stellung des Reduzierventils 14 bestimmt werden. Bei der Wahl der Druckherabsetzung braucht nur auf den für das Flotationsverfahren günstigen Flüssigkeitsstand Bedacht genommen zu werden, der von der Auf- schwimmzeit und der Länge und Breite des Flotationsgefässes abhängig ist. Auf diese Weise kann die Höhe des Flotationsgefässes in der Praxis auf etwa 1 m herabgesetzt werden.
Der Unterdruck in der Gaskam- mer 8 kans zwischen 0 und 1 ata liegen und beträgt vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,8 ata.
Zur Erzielung einer einheitlichen Verteilung der zufliessenden Suspension und eine einheitliche Strö- mungsgeschwindigkeit über den ganzen Querschnitt der Flüssigkeitsströmung ist es ratsam, am Eintrittsende des Gefässes ein Sieb 16 vorzusehen, so dass der Flüssigkeitsstand infolge des Strömungswiderstandes des Siebes in dem durch dieses abgetrennten Raum etwas höher ist.
Der Unterdruck an der Mündung des Zuflussrohres wird im wesentlichen dadurch aufrechterhalten, dass die gereinigte Flüssigkeit mittels einer Pumpe abgezogen wird, die zu diesem Zweck derart eingestellt ist, dass die abfliessende Flüssigkeitsmenge der zufliessenden Flüssigkeitsmenge entspricht. Gemäss Fig. 2 kann diese Steuerung mit Hilfe eines Schwimmers 18 durchgeführt werden, der ein im Abfluss angeordnetes Ventil 19 betätigt.
Wenn ein genügend hoher Raum für den Abfluss der gereinigten Flüssigkeit zur Verfügung steht, kann die AusbDingpumpe 17 entfallen und die gereinigte Flüssigkeit unter Schwerkraftwirkung einem ventilgesteuerten Abfluss zufliessen, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der Abflusspegel des Abflussrohrs ist dann etwas niedriger als der Pegel, bei dem die Wassersäule dem Vakuum in dem Flotationsgefäss das Gleichgewicht hält. Der dadurch erzielte zusätzliche Druck braucht nicht höher zu sein, als zur Überwindung des Strömungswiderstandes des Abflussrohrs einschliesslich des darin angeordneten Ventils erforderlich ist.
In der in Fig. 2. gezeigten abgeänderten Ausführungsform wird die Suspension unter Schwerkraftwirkung von einem Vorratsbehälter 20 zugeführt, der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Flotationsge- fässes angeordnet ist, während die sonst notwendige Pumpe entfällt ; zum Absaugen der abgetrennten Gase und Fasern sind in diesem Fall getrennte Pumpen 21 und 22 vorgesehen. Das Absaugen des Gases kann dann in Abhängigkeit von dem Gasdruck mittels eines Druckmessers geregelt werden, der mit dem Ventil 9 zusammenwirkt. Die abgetrennten Fasern werden in der Rinne 6 bis zu einem geeigneten Niveau gesammelt, so dass die Pumpe 22 nur den Faserbrei ansaugt. Dieses Absaugen wird mittels eines Schwimmers 23 und eines mit diesem zusammenwirkenden und in dem Abfluss für den Faserbrei angeordneten Ventil24 pegelabhängig geregelt.
Vor der Einführung in das Flotationsgefäss wird die Suspension in bekannter Weise mit Luft gemischt, die teilweise in der Flüssigkeit gelöst sein wird, zweckmässig unter Druck, so dass die Suspension bei ihrem Eintritt die Gase in Form von Bläschen abgibt, die an den Fasern anhaften und sie zur Oberfläche der Flüssigkeit heben.
Um das Anhaften und die Flotation zu unterstützen, kann die Suspension in bekannter Weise mit dafür geeigneten Chemikalien präpariert werden.
Das Flotationsgefäss kann jede geeignete Form haben und beispielsweise als liegender oder stehender Zylinder ausgebildet sein.
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