DE10125978C1

DE10125978C1 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage

Info

Publication number: DE10125978C1
Application number: DE2001125978
Authority: DE
Inventors: Herbert Britz; Harald Hess; Martin Kemper; Boris Reinholdt; Andrea Stetter
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-05-30

Abstract

Das Verfahren dient zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage. Dabei soll diese Flotationsanlage geeignet sein, um aus einer Papierfaserstoffsuspension unerwünschte Bestandteile zu entfernen. Die Flotationsanlage umfasst mindestens eine Flotationsstufe (1, 2), die ihrerseits aus mindestens zwei Flotationszellen besteht, wobei die Flotationszellen so geschaltet sind, dass der Durchlauf der stromaufwärtigen Zelle in den Einlauf der stromabwärtigen Zelle derselben Stufe geleitet wird. In mindestens einer Flotationsstufe (1, 2) wird ein Teilstrom (5, 6, 8, 8') abgezogen und an einer anderen Stelle in die Flotationsanlage wieder zurückgeführt. Die Menge mindestens eines Teilstromes wird dabei geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch Flotation wird ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall für solche Verfahren ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen Suspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und unerwünschten Störstoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Störstoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Weil dabei nicht alle Feststoffe ausflotiert, sondern Fasern von Verunreinigungen getrennt werden, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.

Da der Flotationsschaum, der bei einer einzigen Flotationsstufe gebildet wird, in den meisten Fällen noch einen beträchtlichen Anteil von Papierfasern enthält, wird das hier beschriebene Verfahren mit mindestens zwei Flotationsstufen durchgeführt, wobei der Überlauf, also der Flotationsschaum, der ersten Stufe als Einlauf in die zweite Stufe geführt wird. Üblicherweise spricht man dann von einer ersten und zweiten Flotationsstufe oder auch von Primär- und Sekundärflotation. Der Durchlauf der zweiten Flotationsstufe kann dem Zulauf der ersten Flotationsstufe wieder zugegeben werden. So beschreibt z. B. die DE 42 25 117 C1 ein zweistufiges Flotationsverfahren, bei dem in dieser Weise vorgegangen wird. Allerdings wird nur ein Teil des Durchlaufes der Sekundärflotation in den Zulauf der ersten Flotationsstufe geführt, während der andere Teil in den Zulauf der zweiten, also derselben Flotationsstufe, in der er gewonnen wurde, gelangt. Dabei geht es darum, eine geeignete Mengenregelung dieser beiden hintereinander geschalteten Flotationsstufen zu erreichen.

Die in einer weiteren Publikation, nämlich der DE 39 11 233 C2, dargestellte Regelung einer Flotationszelle ist primär darauf ausgerichtet, die Schaummenge zu regulieren. Das ist durchaus sinnvoll, gewährleistet aber nicht, dass dadurch die Qualität des in der ganzen Flotationsanlage erzeugten Gutstoffes optimiert wird.

Anlagen, die nach solchen Verfahren arbeiten, haben sich an sich bewährt, da sie bei geringen Stoffverlusten zu einer guten Qualität des so gebildeten Gutstoffes führen. Da sich jedoch die Rohstoffe, insbesondere wenn sie aus Altpapier bestehen, in ihrer Zusammensetzung und Qualität ständig ändern, ist es meist notwendig, solche Anlagen zu regeln, um sie optimal fahren zu können.

Es gibt auch Fälle, in denen der Durchlauf der zweiten Stufe dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren so zu gestalten, dass eine gute und wirtschaftliche Regelung z. B. auf konstante Qualität des erzeugten Gutstoffs erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale bereits vollständig gelöst.

Durch die Maßnahmen können Teilströme zu Regelzwecken verwendet werden. Dabei ist davon auszugehen, dass sich die besagten Teilströme bezüglicher ihrer Zusammensetzung von den Hauptströmen in der Flotationsanlage, das sind die Zuläufe zu den einzelnen Flotationsstufen, deren Durchläufe und Überläufe unterscheiden. Das Zumischen von Teilströmen zu den Hauptströmen verändert also relativ schnell die Wirkung der Flotationsanlage. Wenn die Menge dieser Teilströme einstellbar ist, ergibt sich die Möglichkeit, simultan auf Schwankungen im System zu reagieren. Wichtige Qualitätsmerkmale des Flotationsgutstoffes sind z. B. dessen Weißgrad, Schmutzpunktgehalt und Aschegehalt. Wegen der bereits erwähnten Schwankungen im Rohstoff können auch bei sonst stabiler Funktion der Flotationsanlage im Gutstoff Schwankungen auftreten, die nicht mehr akzeptiert werden. Durch eine Änderung der genannten Teilströme, die sich sofort auf die Zusammensetzung des in der Flotationsanlage gewonnenen Gutstoffes auswirkt, werden die Korrekturen sehr schnell wirksam.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Verfahrensschema,

Fig. 2 eine Variante des Verfahrens, dargestellt an einem Teilschema,

Fig. 3 eine Variante des Verfahrens gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird die Papierfaserstoffsuspension S zunächst einer ersten Flotationsstufe 1 zugeführt. Der apparative Aufbau einer solchen Flotationsstufe ist an sich bekannt. Sie kann eine oder mehrere Flotationszellen enthalten, welche von der Suspension nacheinander oder parallel durchströmt werden. Bei dem hier gezeigten Beispiel sind vier Flotationszellen der ersten Flotationsstufe 1 gezeichnet. Der Flotationsschaum 3 dieser Stufe wird gesammelt und der zweiten Flotationsstufe 2 zugeführt. Auch aus dieser wird ein Flotationsschaum 8 abgezogen, wobei es typisch für solche Kaskadenschaltungen ist, dass der Flotationsschaum der späteren Stufen wesentlich mehr Störstoffe und wesentlich weniger Fasern enthält als der Flotationsschaum der voranstehenden Stufen. Exemplarisch ist ein Teilstrom 5 gezeigt, der vom Durchlauf einer Flotationszelle dieser ersten Flotationsstufe 1 gespeist und - unter Umgehung der nachfolgenden Flotationszelle - in den Durchlauf 7 derselben Flotationsstufe geführt wird. Das heißt, ein regeltechnischer Vorgang führt gleichzeitig zur Entlastung der nachfolgenden Flotationszelle oder Flotationszellen. Hier ist als abgebende Flotationszelle die vorletzte Zelle der ersten Flotationsstufe gewählt, weil dort die Reinheit des Durchlaufes schon relativ gut ist, also eine relativ große Menge abgezogen werden kann.

Durch Mischen von Durchlauf 7 und Teilstrom 5 wird der Gutstoff 9 der Anlage gebildet. Mit Vorteil wird dafür ein durch einen Regler 16 gesteuertes Stellventil 17 verwendet. Der Regler 16 verarbeitet z. B. ein Qualitätssignal aus dem Qualitätssensor 12 und die Durchflussmesswerte der Durchflusssensoren 10 und 11. Da der Teilstrom 5 nicht die Qualität des Durchlaufes 7 aus der ersten Flotationsstufe 1 erreicht, wird er z. B. bei sinkender Qualität des Gutstoffes 9 reduziert. Im umgekehrten Fall, also wenn die Qualität des Gutstoffes 9 den geforderten Wert überschreitet, kann die Menge des Teilstromes erhöht werden. Entscheidend ist, dass der Gutstoff 9, der die Anlage verlässt, die geforderten Anforderungen erfüllt und dass dabei ein wirtschaftliches Optimum erreicht wird.

Alternativ ist auch ein Teilstrom 6 (gestrichelt gezeichnet) denkbar, der aus dem Überlauf der letzten Flotationszelle gebildet und in den Zulauf derselben Stufe geführt wird. Auch dieser Teilstrom 6 sollte einstellbar sein.

In vielen Fällen wird mittels Niveautransmitter 13 und Stellventil 17' in der Durchlaufleitung der letzten Zelle einer Stufe die Höhe des Suspensionsniveaus in der Flotationszelle auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Das regelt die Schaummenge am Überlaufwehr. Auf die zweite Flotationsstufe 2 angewandt, lässt sich durch Änderung des Niveaus die Qualität des Gutstoffes 9 beeinflussen, weil dadurch, bezogen auf den Durchsatz dieser Stufe, eine größere bzw. kleinere Schaummenge und damit Störstoffmenge entfernt wird. Allerdings vergeht eine beträchtliche Zeit, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand eingestellt hat.

In der Kombination dieser beiden Regelvorgänge liegt ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Qualitätsabweichungen können zunächst kurzfristig ausgeglichen werden, was für die Produktion des Papiers aus dem Papierfaserstoff vorrangig ist. In einem überlagernden langsameren Regelvorgang werden Verluste minimiert, ohne dass die Qualität leidet.

Wie die Fig. 1 ferner zeigt, können aus dem Flotationsschaum, der an der zweiten Flotationsstufe 2 anfällt, Teilströme 8 und 8' gebildet und in den Zulauf zur selben Flotationsstufe 2 zurückgeführt werden. Für diese Schaumrückführung bietet sich der Anteil des Flotationsschaumes an, der an der letzten Flotationszelle bzw. an den letzten Flotationszellen dieser Stufe anfällt. Dahinter steht die Überlegung, dass ein solcher Schaum immer noch "sauberer" ist als der Flotationsschaum 8", der an der ersten Zelle dieser Flotationsstufe gebildet wird. Der letztgenannte Flotationsschaum 8", der am stärksten mit Störstoffen angereichert ist, wird dann als Rejekt verworfen. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Ökonomie der Flotationsanlage zu erhöhen, indem der Faserverlust minimiert wird. Diese Schaltung zur Schaumrückführung ist als Beispiel zu verstehen, an dem die Überlegungen erläutert wurden, die auch bei Variation des Verfahrens anzustellen sind.

Das Beispiel der Fig. 2 zeigt, dass auch in der zweiten Stufe 2 ein Teilstrom 5 aus dem Durchlauf einer dort installierten Flotationszelle gebildet und dosiert in den Durchlauf 4 dieser Stufe zurückgeführt werden kann. Eine solche Variante kann ohne weiteres mit dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren kombiniert werden.

In Fig. 3 wird das in Fig. 1 dargestellte Verfahren dadurch erweitert, dass zwei Teilströme 5 aus der ersten Flotationsstufe wahlweise in deren Durchlauf 7 oder in deren Zulauf geleitet werden. Dazu werden sie zusammengefasst und durch eine Verteileinrichtung 14 in einen Vorlaufanteil 18, der zum Durchlauf 7 geht, und in einen Rücklaufanteil 19, der zum Zulauf geht, aufgeteilt. Auch diese Aufteilung wird am besten über einen Regler 16 gemäß den Qualitätsvorgaben an den Gutstoff 9 geregelt. Die Möglichkeit, die Aufteilung zu verändern, bietet einen besonders schnellen Regeleffekt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage zur Entfernung von Störstoffen aus einer Papierfaserstoffsuspension (S), indem ein gereinigter Gutstoff (9) gebildet wird, wobei die Flotationsanlage mindestens eine Flotationsstufe (1, 2) umfasst, die ihrerseits aus mindestens zwei Flotationszellen besteht, in denen jeweils ein Durchlauf und ein Überlauf gebildet werden,
wobei die Flotationszellen so geschaltet sind, dass der Durchlauf der stromaufwärtigen Zelle in den Einlauf der stromabwärtigen Zelle derselben Stufe geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus mindestens einer Flotationsstufe (1, 2) mindestens ein Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') abgezogen wird, der sich bezüglich seiner Zusammensetzung von den Zuläufen, Durchläufen (4, 7) und Überläufen (3, 8, 8', 8") der einzelnen Flotationsstufen (1, 2) unterscheidet, und
dass dieser Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') an mindestens einer Stelle in die Flotationsanlage zurückgeführt wird,
wobei die Menge dieses Teilstroms entsprechend den Anforderungen an den Gutstoff (9) der Flotationsanlage geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (5, 5') aus dem Durchlauf mindestens einer Flotationszelle gespeist wird und dass seine Menge geringer ist als die des Durchlaufes der letzten Flotationszelle dieser Flotationsstufe (1).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (6, 8, 8') aus dem Überlauf mindestens einer Flotationszelle dieser Flotationsstufe (1, 2) gespeist wird und dass seine Menge geringer ist als die des ganzen Überlaufes dieser Flotationsstufe (1, 2).

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') an einer Stelle in die Flotationsanlage zurückgeführt wird, an der der fließende Stoffstrom eine andere Zusammensetzung als der Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') in den Zulauf einer der Flotationsstufen (1, 2) geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') in den Durchlauf einer der Flotationsstufen (1, 2) geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Teilstromes (5, 5', 6, 8, 8') geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (5, 5, 6, 8, 8') aufgeteilt an verschiedenen Stellen der Flotationsanlage zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des an einer bestimmten Stelle der Flotationsanlage zugeführten Teilstromes (5, 5', 6, 8, 8') so eingestellt wird, dass die geforderten Qualitätswerte für den Gutstoff (9) der Gesamtanlage erreicht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Qualitätswert des Gutstoffes (9) durch einen Qualitätssensor (12) ermittelt und in einem den Teilstrom (5, 5', 6, 8, 8') steuernden Regler (16) verarbeitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Qualitätswert der Weißgrad ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Qualitätswert der Aschegehalt ist.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Flotationsanlage mehrere Teilströme (5, 5', 6, 8, 8') gebildet werden, von denen mindestens einer jeweils nach einem der voranstehenden Ansprüche behandelt wird.