DE102006031540A1

DE102006031540A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Flotation einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102006031540A1
Application number: DE200610031540
Authority: DE
Inventors: Josef Glawogger; Alexander Gscheider
Original assignee: Andritz AG
Current assignee: Andritz AG
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-02-15
Also published as: AT502186A4; AT502186B1

Abstract

Zur möglichst vollständigen Flotation einer Flüssigkeit werden zwei Teilströme in einer Flotationszelle (1) zusammengeführt. Der erste Teilstrom durchströmt die Flotationszelle (1) in Längsrichtung. 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 flotierenden 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 Verteilung von Gasbläschen in der gesamten Flüssigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit mit wenigstens einer Flotationszelle, die von der Flüssigkeit in einer vorgegebenen Richtung durchströmt wird, und wenigstens einer Düsenreihe zum Zuführen von insbesondere mit Gas, vorzugsweise Luft, angereicherter Flüssigkeit.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Flotation einer Flüssigkeit, bei dem zwei Teilströme einer zu flotierenden Flüssigkeit zusammengeführt werden, von denen ein erster Teilstrom wenigstens eine Flotationszelle in einer vorgegebenen Strömungsrichtung durchströmt und ein zweiter Teilstrom über nebeneinander angeordnete, sich über einen Bereich erstreckende Düsen dem ersten Teilstrom zugeführt wird.
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 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 Ausführungsform 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 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.

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.

Der Erfindung liegt daher 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.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Diese Aufgabe wird des Weiteren mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flotation einer Flüssigkeit weist wenigstens eine Düsenreihe auf, die quer zur Strömungsrichtung der zu flotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle 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.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Düsenreihe in Strömungsrichtung des ersten Teilstromes gesehen 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 Flüssigkeit durchströmt werden, wobei die wenigstens eine Düsenreihe in Strömungsrichtung 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.

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 Teilströme sichergestellt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der zweite Teilstrom in Richtung der Breite der Flotationszelle quer zur Strömungsrichtung des ersten Teilstroms zugeführt. Somit wird mit energetisch erheblichem Vorteil eine gleichmäßige Verteilung von Gas, insbesondere Luft, in der gesamten Flüssigkeit gewährleistet.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

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: 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in Draufsicht, und 2 eine schematische Schrägansicht der Vorrichtung im Schnitt.
In 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 Pfeil 3 angegeben ist.
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 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 Flotationszelle 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.
In 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.
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, einzubringen. 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 keine zwingende Voraussetzung für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Austrittsöffnungen können ebenfalls unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 liegen, d.h. in die zu flotierende Flüssigkeit in der Flotationszelle 1 eintauchen.
Über die Düsen 5 wird nun ein Teilstrom (z.B. 50 %) der Flüssigkeit quer zur Strömungsrichtung 3 des Teilstroms der Flüssigkeit in der Flotationszelle 1 zugeführt, wodurch sichergestellt wird, dass sich beide Teilströme der zu flotierenden 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 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.
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 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 2 ist zudem die Oberkante 14 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 gelegen, wodurch verhindert wird, dass Flüssigkeit aus der Flotationszelle 1 austritt.
Wie insbesondere aus 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 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 2 dargestellte Ausführung eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, können unterschiedlich ausgestaltet sein.
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 Längsrichtung. 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 flotierenden 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 Verteilung von Gasbläschen in der gesamten Flüssigkeit.

Claims

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, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) quer zur Strömungsrichtung (3) der zu flotierenden Flüssigkeit in der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) in Strömungsrichtung (3) gesehen im ersten Drittel der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flotationszellen (1) vorgesehen sind, die hintereinander von der Flüssigkeit durchströmt werden, und dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) in Strömungsrichtung (3) gesehen unmittelbar nach dem Übergang von einer Flotationszelle (1) in die nächste angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (5) der wenigstens einen Düsenreihe (4) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) und mit Abstand zu diesem in der Flotationszelle (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Düsen (5) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszelle (1) durch Seitenwände (8) begrenzt ist, und dass an wenigstens einer Seitenwand (8) der Flotationszelle (1) wenigstens eine Schaumrinne (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (14) der Seitenwand (8) unterhalb der Schaumoberfläche (15) in der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (14) der Seitenwand (8) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) in der Flotationszelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszellen (1) durch Zwischenwände (2) getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (2) wenigstens eine Ausnehmung (16) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düsenreihe (4) im Bereich nach der Ausnehmung (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Düsenreihe (4) wenigstens die Breite der Ausnehmung (16) aufweist.
Verfahren zur Flotation einer Flüssigkeit, bei dem zwei Teilströme einer zu flotierenden Flüssigkeit zusammengeführt werden, von denen ein erster Teilstrom wenigstens eine Flotationszelle (1) in einer vorgegebenen Strömungsrichtung (3) durchströmt und ein zweiter Teilstrom über nebeneinander angeordnete, sich über einen Bereich erstreckende Düsen dem ersten Teilstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom in Richtung der Breite der Flotationszelle (1) quer zur Strömungsrichtung (3) des ersten Teilstroms zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zu flotierende Flüssigkeit nacheinander durch wenigstens zwei Flotationszellen (1) fließt, und dass die Vermischung der Teilströme unmittelbar nach dem Übergang von einer Flotationszelle (1) in die nächste stattfindet.