AT502186B1 - Vorrichtung und verfahren zur flotation einer flüssigkeit - Google Patents

Description

2 AT 502 186 B1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit mit wenigstens einer Flotationszelle, die von der Flüssigkeit in einer vorgegebenen Strömungsrichtung durchströmt wird, und mit wenigstens einer Düsenreihe zum Zuführen von insbesondere mit Gas, vorzugsweise Luft, angereicherter Flüssigkeit, wobei die wenigstens eine Düsenreihe quer zur Strömungsrich-5 tung der zu flotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle angeordnet ist.

Bei der Flotation werden in eine Flüssigkeit, z.B. eine Faserstoffsuspension bei der Papierherstellung, feinste Gasbläschen im Überschuss eingebracht, an welche sich aus der Flüssigkeit abzuscheidende Feststoffteilchen bzw. Verunreinigungen anlagern. Die Gasbläschen entbinden io sich und steigen auf (sog. "Entgasen"), worauf der entstehende Schaum mit den gebundenen Feststoffteilchen an der Oberfläche der Flüssigkeit abgeführt werden kann.

Es ist bekannt eine Flüssigkeit zur Flotation in sog. Flotationszellen in einer vorgegebenen Strömungsrichtung durch die Flotationszellen fließen zu lassen. In einer bekannten Ausfüh-15 rungsform wird die zu flotierende Flüssigkeit in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom strömt in Längsrichtung durch die Flotationszelle. Der zweite Teilstrom wird mit Gas, insbesondere mit Luft, angereichert und über wenigstens eine Düsenreihe, die in Längsachsrichtung der Flotationszelle, d.h. im wesentlichen parallel zur vorgegebenen Strömungsrichtung der zu flotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle, ausgerichtet ist, zugeführt. Dadurch werden auch in 20 den ersten Teilstrom Gasbläschen eingebracht, so dass dann die beiden zusammengeführten Teilströme in der Flotationszelle flotiert werden. Da hierbei die Düsenreihen in Längsrichtung der Flotationszellen angeordnet sind, wird allerdings teilweise eine Strömung des ersten Teilstromes an den Düsen vorbei ermöglicht, so dass sich dieser nicht vollständig mit dem mit Gas angereicherten zweiten Teilstrom vermischt und daher auch nicht flotiert wird. 25

Alternativ dazu wird eine 100%ige Zufuhr der Flüssigkeit durch die Düsen vorgenommen. Zwar wird hierbei die gesamte Flüssigkeit belüftet, nachteilig ist aber, dass vergleichsweise hohe Pumpenleistungen notwendig sind, da 100% der Flüssigkeit durch die Düsen gepumpt werden müssen. 30

Aus der US 3 175 687 A und der US 1 598 858 A sind gattungsgemäße Vorrichtungen zur Flotation einer Flüssigkeit mit einer oder mehreren Flotationszellen bekannt. Am Boden dieser Flotationszellen sind in Strömungslängsrichtung regelmäßig verteilt Düsenreihen angeordnet, durch welche mit Luft angereicherte Flüssigkeit zugeführt wird. 35

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erforderliche Pumpenleistung zu verringern und dennoch eine gleichmäßige Verteilung von Gas, insbesondere Luft, in der Flüssigkeit, und somit eine möglichst vollständige Flotation der gesamten Flüssigkeit zu gewährleisten. 40 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit weist wenigstens eine Düsenreihe auf, die quer zur Strömungsrichtung der zu flotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle 45 angeordnet ist. Diese Anordnung der Düsen bewirkt eine weitgehende Zwangsdurchmischung der beiden Teilströme und somit eine gleichmäßige Verteilung von Luft in der gesamten Flüssigkeit. Dadurch wird mit energetisch erheblichem Vorteil eine Belüftung der gesamten Flüssigkeit ermöglicht. so Die wenigstens eine Düsenreihe ist in Strömungsrichtung des ersten Teilstromes gesehen nur im ersten Drittel der Flotationszelle angeordnet. Daraus resultiert der Vorteil, dass ein großer Entgasungsraum in Strömungsrichtung nach der Düsenreihe zur Verfügung gestellt wird.

Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Flotationszellen vorgesehen, die hintereinander von der 55 Flüssigkeit durchströmt werden, wobei die wenigstens eine Düsenreihe in Strömungsrichtung 3 AT 502 186 B1 des ersten Teilstromes gesehen unmittelbar nach dem Übergang von einer Flotationszelle in die nächste angeordnet ist. Dadurch wird eine Zwangsdurchmischung der beiden Teilströme gleich zu Beginn der Flotationszelle ermöglicht, wodurch in der Flotationszelle ein anschließender großer Entgasungsraum zur Verfügung gestellt wird. 5

Erfindungsgemäß sind die Flotationszellen durch Zwischenwände, die eine Ausnehmung aufweisen, getrennt. Wenn weiters vorgesehen ist, dass die wenigstens eine Düsenreihe im Bereich nach der Ausnehmung angeordnet ist, und vorzugsweise die Breite der Düsenreihe wenigstens die Breite der Ausnehmung aufweist, wird gleichzeitig eine gute Durchmischung der io Teilströme sichergestellt.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche. 15 Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in Draufsicht, und Fig. 2 eine schematische Schrägansicht der Vorrichtung im Schnitt. 20 In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit dargestellt, die durch Zwischenwände 2 in mehrere in Reihe angeordnete Flotationszellen 1 unterteilt ist. Dabei ist es möglich, dass die Flotationszellen 1 einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen. Ein Teilstrom zu flotierender Flüssigkeit fließt durch die Flotationszellen 1 in einer vorgegebenen Strömungsrichtung, die durch den F^eil 3 angegeben ist. 25

Quer zu dieser Strömungsrichtung 3 sind Düsenreihen 4 angeordnet, wobei in der dargestellten Ausführungsform pro Flotationszelle 1 der Vorrichtung nur eine Düsenreihe 4 vorgesehen ist. Es können aber auch mehrere Düsenreihen 4 pro Flotationszelle 1 quer zur Strömungsrichtung 3 der zu flotierenden Flüssigkeit vorgesehen sein, die hintereinander, nebeneinander oder 30 abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Anzahl an Düsen 5 pro Düsenreihe 4 ist, je nach Anzahl der Düsenreihen 4 und Querschnitt bzw. Breite der Flotationszellen 1, variabel. Weiterhin ist ersichtlich, dass im dargestellten Beispiel jede Düsenreihe 4 in Strömungsrichtung 3 gesehen im ersten Drittel der jeweiligen Flotationszelle 1 angeordnet ist. Die jeweiligen Düsenreihen 4 sind dabei bevorzugt unmittelbar nach dem Übergang von einer Flota- 35 tionszelle 1 in die nächste angeordnet, d.h. unmittelbar nach einer Zwischenwand 2, wodurch anschließend der größtmöglich verbleibende Raum zur Entgasung genutzt werden kann. Der Begriff der Entgasung drückt den eingangs beschriebenen Effekt aus, dass sich feinst verteilte Gasbläschen entbinden und mit den abzuscheidenden Stoffen an die Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen. 40 in Fig. 1 und 2 sind Schaumrinnen 6 ersichtlich, die seitlich nebenan und parallel zu den Flotationszellen 1 verlaufen und von Seitenwänden 8 der Flotationszellen 1 und Außenwänden 7 der Vorrichtung begrenzt werden. 45 Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Düsenreihen 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der Freistrahldüsen 5 zum Zuführen von Flüssigkeit, also z.B. Faserstoffsuspensionen, welche bereits mit Gas, insbesondere Luft, angereichert ist, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, Gas durch die mit hoher Geschwindigkeit in die Flüssigkeit in der Flotationszelle eintretenden Flüssigkeitsstrahlen, welche Gas in die Flüssigkeit mitreißen, einzubrin-50 gen. Die einzelnen Düsen 5 einer Düsenreihe 4 werden über ein Verteilerrohr 10, das wiederum durch eine Rohrleitung 11 gespeist wird, mit Flüssigkeit versorgt. Die Düsen 5 sind oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 in der Flotationszelle 1 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind sie vollständig oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 angeordnet, weshalb die Austrittsöffnungen für die Flüssigkeit im Abstand zur zu flotierenden Flüssigkeit liegen. Dies ist jedoch 55 keine zwingende Voraussetzung für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die

Claims (11)

1. 4 AT 502 186 B1 Austrittsöffnungen können ebenfalls unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 liegen, d.h. in die zu dotierende Flüssigkeit in der Flotationszelle 1 eintauchen. Über die Düsen 5 wird nun ein Teilstrom (z.B. 50 %) der Flüssigkeit quer zur Strömungsrichtung 5 3 des Teilstroms der Flüssigkeit in der Flotationszelle 1 zugeführt, wodurch sichergestellt wird, dass sich beide Teilströme der zu dotierenden Flüssigkeit durchmischen. Somit wird das Gas in feinen Bläschen in der gesamten Flüssigkeit gleichmäßig verteilt. Bereits während der Verteilung der Gasbläschen, aber insbesondere nach deren Verteilung in io der gesamten Flüssigkeit, steigen die verteilten Gasbläschen in Richtung des Flüssigkeitsspiegels 12 nach oben auf und ziehen abzuscheidende Teilchen bzw. Verunreinigungen, die sich an die Gasbläschen anhaften, mit an die Flüssigkeitsoberfläche. Durch das Aufsteigen der Gasbläschen entsteht eine Schaumschicht 13 mit den abzuscheidenden Teilchen. 15 Diese Schaumschicht 13 wird über die Schaumrinnen 6 abgezogen, die an der Außenseite der Seitenwände 8 der Flotationszelle 1 angeordnet sind und parallel zur Längsachse der Flotationszelle 1 verlaufen. Das Überteten des Schaumes in die Schaumrinnen 6 erfolgt automatisch, wenn die Oberkante 14 der Seitenwand 8 unterhalb der Schaumoberfläche 15 in der Flotationszelle 1 liegt, d.h. die Oberfläche der Schaumschicht 13 höher ist, als die Oberkante 14. Über 20 nicht dargestellte Öffnungen in der Schaumrinne 6 kann der abgezogene Schaum mit den abgeschiedenen Stoffen ganz aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flotation entfernt werden. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist zudem die Oberkante 14 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 gelegen, wodurch verhindert wird, dass Flüssigkeit aus der Flotationszelle 1 austritt. 25 Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich sind die einzelnen Flotationszellen 1 durch Zwischenwände 2 begrenzt, wobei in Strömungsrichtung 3 des ersten Teilstromes in der Flotationszelle 1 gesehen, der Abstand zwischen einer Düsenreihe 4 und der nachfolgenden Wand, gegebenenfalls einer weiteren Zwischenwand 2, den Raum definiert, der für die Entgasung zur Verfügung 30 steht. Um einen Durchtritt der Flüssigkeit in die Floationszellen 1 durch die Zwischenwände 2 zu ermöglichen, und um gegebenenfalls bereichsweise zur besseren Verteilung der Luftbläschen eine turbulente Strömung zu erzielen, weisen die Zwischenwände 2 Ausnehmungen 16 auf. Diese Ausnehmungen 16, von denen die in Fig. 2 dargestellte Ausführung eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, können unterschiedlich ausgestaltet sein. 35 Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel wie folgt beschrieben werden: Zur möglichst vollständigen Flotation einer Flüssigkeit werden zwei Teilströme in einer Flotationszelle 1 zusammengeführt. Der erste Teilstrom durchströmt die Flotationszelle 1 in Längsrich-40 tung. Der zweite Teilstrom, der mit Gas, insbesondere mit Luft, angereichert sein kann, wird dem ersten Teilstrom über wenigstens eine Düsenreihe 4 zugeführt, die quer zur Strömungsrichtung 3 der zu dotierenden Flüssigkeit und im Wesentlichen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 in der Flotationszelle 1 angeordnet ist. Diese Anordnung der Düsen 5 bewirkt eine weitgehende Zwangsdurchmischung der beiden Teilströme und somit eine gleichmäßige Vertei-45 lung von Gasbläschen in der gesamten Flüssigkeit. Patentansprüche: so 1. Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit mit wenigstens einer Flotationszelle (1), die von der Flüssigkeit in einer vorgegebenen Strömungsrichtung (3) durchströmt wird, und mit wenigstens einer Düsenreihe (4) zum Zuführen von insbesondere mit Gas, vorzugsweise Luft, angereicherter Flüssigkeit, wobei die wenigstens eine Düsenreihe (4) quer zur Strömungsrichtung (3) der zu dotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle (1) angeordnet ist, 55 dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) in Strömungsrichtung 5 AT 502 186 B1 (3) gesehen nur im ersten Drittel der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flotationszellen (1) vorgesehen sind, die hintereinander von der Flüssigkeit durchströmt werden, und 5 dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) in Strömungsrichtung (3) gesehen unmittelbar nach dem Übergang von einer Flotationszelle (1) in die nächste angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (5) der wenigstens einen Düsenreihe (4) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) und mit Abstand io zu diesem in der Flotationszelle (1) angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Düsen (5) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotati onszelle (1) durch Seitenwände (8) begrenzt ist, und dass an wenigstens einer Seitenwand (8) der Flotationszelle (1) wenigstens eine Schaumrinne (6) angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (14) der 20 Seitenwand (8) unterhalb der Schaumoberfläche (15) in der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (14) der Seitenwand (8) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) in der Flotationszelle (1) ange- 25 ordnet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszellen (1) durch Zwischenwände (2) getrennt sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (2) wenigstens eine Ausnehmung (16) aufweisen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) im Bereich nach der Ausnehmung (16) angeordnet ist. 35
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Düsenreihe (4) wenigstens die Breite der Ausnehmung (16) aufweist. 40 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 45 50 55