DE102008031411B4

DE102008031411B4 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage

Info

Publication number: DE102008031411B4
Application number: DE102008031411.0A
Authority: DE
Inventors: Herbert Britz; Armin Volk
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: DE102008031411A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage , die mindestens eine Flotationszelle (5) aufweist und zur Entfernung von Störstoffen aus einer Papierfaserstoffsuspension (S) betrieben wird, indem ein gereinigter Gutstoff (7) gebildet wird sowie störstoffhaltiger aufschwimmender Flotationsschaum (3, 4), welcher von der Oberfläche der Papierfaserstoffsuspension (S) in mindestens eine Schaumsammelrinne (8, 9) abfließt und darin durch mindestens eine Stauvorrichtung (10, 11) angestaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aus der Schaumsammelrinne (8, 9) abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) veränderbar ist und entsprechend den Anforderungen an die Flotationsanlage durch mindestens einen Regler (20) eingestellt wird.

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. Es werden also nicht alle Feststoffe ausflotiert, sondern Fasern von Verunreinigungen getrennt. Der Begriff „Flotationsdeinking“ wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die Flotation von Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet. Solche weiteren Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel, ein Zuviel an Füllstoffen („Asche“) 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, werden Verfahren dieser Art oft mit mehreren Flotationsstufen durchgeführt, wobei der Überlauf, also der Flotationsschaum, der stromaufwärtigen Stufe als Einlauf in die nächste 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. Anlagen, die nach einem solchen Verfahren arbeiten, haben sich an sich bewährt, da sie bei geringen Stoffverlusten zu einer guten Qualität des so gebildeten Gutstoffes führen. Es gibt auch Fälle, in denen der Durchlauf der zweiten Stufe dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt wird.
Da sich die Rohstoffe, insbesondere wenn sie aus Altpapier bestehen, in ihrer Zusammensetzung und Qualität ändern können, ist es meist notwendig, solche Flotationsanlagen zu regeln, um sie optimal fahren zu können. Eine solche Regelung kann bekannterweise so vorgenommen werden, dass die sich in den Flotationszellen befindende Papierfaserstoffsuspension auf einem geregelten Niveau gehalten wird. Dieses Flüssigkeitsniveau ist dann so einzustellen, dass bei der Trennung von Suspension und aufgeschwommenem Flotationsschaum die gewünschte Menge an Flotationsschaum abfließt. Diese Trennung erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Überlaufwehres, welches nicht notwendigerweise einstellbar sein muss, da sich - wie bereits erwähnt - die Schaummenge mit Hilfe des Flüssigkeitsniveaus regulieren lässt. Der abfließende Flotationsschaum gelangt in eine Schaumsammelrinne, in der er sich ansammelt und mit Hilfe einer Stauvorrichtung, z.B. einer Schlitzblende oder eines Schaumwehres angestaut und aus der Schaumsammelrinne abgeleitet wird. Aus der sich dabei einstellenden Stauhöhe des Flotationsschaumes in der Schaumsammelrinne lässt sich die Menge des abfließenden Schaumes bestimmen, was für die Regelung der Flotationsanlage genutzt werden kann. Es versteht sich, dass bei steigendem Niveau des sich in der Schaumsammelrinne befindenden Flotationsschaumes ein größerer Schaumfluss vorliegt als bei niedrigerem Niveau. Die Menge des abgeführten Flotationsschaumes ist ein wichtiger Parameter bei der Regelung/Steuerung einer solchen Flotationsanlage.
Auch wenn diese Regelmöglichkeit in vielen Fällen zu ausreichenden Ergebnissen führt, lässt es sich nicht vermeiden, dass bei Änderung der Betriebsbedingungen, Rohstoffqualität und/ oder Anforderungen an die Flotationsanlage (z.B. Sauberkeit, Weißgrad, Entaschungsgrad, Produktionsmenge der Anlage) in einer Betriebsweise gefahren wird, die weder wirtschaftlich noch technologisch im Optimum liegt. Es gibt auch Fälle, bei denen sich das Schäumungsverhalten ändert, so dass bei gleichem Niveau der Papierfaserstoffsuspension in der Flotationszelle mehr oder weniger Flotationsschaum in die Schaumsammelrinne abfließt als gewünscht.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren so zu gestalten, dass auch bei den genannten Schwankungen der Betriebsbedingungen oder Änderung der Anforderung schnell und einfach eine optimale Fahrweise eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, durch Regelungsvorgänge so in den Betrieb der Anlage einzugreifen, dass der wirtschaftlich und technologisch optimale Betriebszustand auch bei Änderungen insbesondere der Rohstoffe oder Anforderungen sofort wieder erreicht werden kann. So kann es z.B. gewünscht sein, dass die abgezogene Flotationsschaummenge simultan auf einen anderen Wert eingestellt wird. Dabei ist anzumerken, dass durch Vergrößerung des Schaummengenflusses zumindest in bestimmten Grenzen die Qualität des flotierten Faserstoffes verbessert werden kann, insbesondere was Weißgrad und Schmutzpunkte anbetrifft; gleichzeitig sinkt aber die Ausbeute der Rohstoffe, und die Kosten für Chemikalien und Entsorgung steigen. Im umgekehrten Fall, also bei Reduzierung der Schaummenge droht eine Qualitätsverschlechterung, die bis zur Unbrauchbarkeit des später aus dem Faserstoff erzeugten Papieres führen kann. Um hier einen wirtschaftlich/technologisch günstigen Kompromiss zu finden, ist das neue Verfahren bestens geeignet. Wird vom Regler (Prozessleitsystem) nämlich auf die Staueinrichtung, insbesondere den offenen Querschnitt einer Blende am Auslauf der Schaumsammelrinne Einfluss genommen, z.B. derart, dass bei zunächst gleichem Schaumniveau in der Schaumsammelrinne eine größere Menge Schaum aus der Schaumsammelrinne abfließen kann, lässt sich in kurzer Zeit die Flotationsschaummenge erhöhen, da der vermehrt abfließende Schaum zu einer Absenkung des Niveaus in der Schaumsammelrinne führt, was wiederum den Regler veranlasst, das Niveau der Faserstoffsuspension in der Flotationszelle selbst anzuheben. Eine andere Möglichkeit, um durch Regeleingriffe einen ähnlichen Effekt zu erzielen, wäre die Verstellung des Sollwertes, der der Niveauregelung in der Schaumsammelrinne vorgegeben wird. Diese Maßnahme mag in vielen Fällen einfacher durchzuführen sein, hat aber nicht das große Regelpotential wie der mechanische Eingriff in die Stauvorrichtung.
Auf diese Weise ist es erstmals möglich, mit Hilfe eines Reglers auch die Einflüsse auszugleichen, die sich durch unterschiedliches Schäumungsverhalten der Rohstoffe und/oder Chemikalien ergeben. Es kann nämlich vorkommen, dass auf Grund einer anderen Zusammensetzung der Rohstoffe, was insbesondere bei Altpapierrohstoffen oft der Fall ist, der Schaum lockerer oder kompakter wird, was bisher zu Abweichungen des Betriebes vom optimalen Punkt führen kann.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 ein Verfahrensschema mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 den Auslaufbereich einer Schaumsammelrinne;
3 eine Flotationszelle zur Durchführung des Verfahrens.

Gemäß 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 5 enthalten, welche von der Suspension nacheinander oder parallel durchströmt werden. Bei dem hier gezeigten Beispiel sind vier in Reihe geschaltete Flotationszellen 5 der ersten Flotationsstufe 1 gezeichnet. Der darin gebildete störstoffhaltige Flotationsschaum 3 wird in einer Schaumsammelrinne 8 gesammelt, eventuell entlüftet (nicht dargestellt) und einer zweiten Flotationsstufe 2 zugeführt. An der Abflussseite der Schaumsammelrinne 8 befindet sich eine Stauvorrichtung 10, auf die noch näher eingegangen wird. Auch die zweite Flotationsstufe 2 enthält eine oder mehrere Flotationszellen, die ähnlich denen der Flotationsstufe 1 sein können. In diesen wird ein Flotationsschaum 4 gebildet, der in die Schaumsammelrinne 9 abfließt, wobei es typisch für solche Anlagen ist, dass der Flotationsschaum 4 der zweiten Stufe wesentlich mehr Störstoffe und wesentlich weniger Fasern enthält als der Flotationsschaum 3 der stromaufwärtigen Flotationsstufe 1. Der in der zweiten Flotationsstufe 2 gebildete Durchlauf 6 (Gutstoff) wird in den Zulauf der ersten Flotationsstufe 1 geführt, insbesondere wenn er nicht die Qualität des Gutstoffes 7 der ersten Flotationsstufe 1 hat.
Das Niveau in den Flotationszellen wird mit Hilfe eines Niveautransmitters 13 gemessen und dieser Wert an den Regler 20 weitergeleitet, der z.B. Teil des Prozessleitsystems sein kann. Die Verstellung des Niveaus erfolgt dann durch Signale des Reglers 20 an die Stoffpumpe 22 für den Gutstoff 7 oder ein Stellventil 21 im Gutstoffstrom. Alternativ besteht die Möglichkeit, auf die Zuflussmenge der Faserstoffsuspension S zur Flotationsanlage Einfluss zu nehmen, also z. B. über die Zulaufpumpe 44 oder ein Stellventil 41. Alle Signalwege sind gestrichelt gezeichnet.
Das Schaumniveau in der Schaumsammelrinne 8 wird gemessen, z.B. durch einen Niveautransmitter 13'. Höheres Niveau bedeutet im Normalfall größeren Schaummengenabfluss an der Stauvorrichtung 10. Soll dieser Abfluss geändert werden, kann z.B. der durchströmte offene Querschnitt der Stauvorrichtung 10 anders eingestellt werden, wodurch sich das Niveau des Schaumes in der Schaumsammelrinne 8 ändert. Das entsprechende Signal des Niveautransmitters 13' führt dann dazu, dass der Regler 20 das Suspensionsniveau in der Flotationszelle 5 anhebt oder absenkt und damit die Menge des in die Schaumsammelrinne 8 abfließenden Flotationsschaumes 3 auf den gewünschten Wert einstellt. Somit wird durch das Verfahren die Menge des aus der Schaumsammelrinne 8 austretenden Flotationsschaumes 3 eingestellt und bei Bedarf geändert. Entsprechend kann auch in der zweiten Flotationsstufe 2 (oder weiteren, falls vorhanden) vorgegangen werden, also an deren Schaumsammelrinne 9 mit Stauvorrichtung 11. Analog zur ersten Flotationsstufe 1 wird das Niveau in der Flotationszelle durch einen Niveautransmitter 13 gemessen und durch Signale an die Pumpe 22' für den Durchlauf 6 oder an das entsprechende Stellventil 21' (alternativ : Zulaufpumpe 44' oder entsprechendes Stellventil 41') geregelt.
Bei kleineren Schwankungen kann es auch genügen, lediglich den Sollwert für das Niveau in der Schaumsammelrinne 8 und/oder 9 neu festzulegen. Wegen der inhomogenen Beschaffenheit des Schaumes ist dieser Wert aber, insbesondere auch bei abgesenktem Niveau, nicht immer genau genug. Das Regelpotential dieser Maßnahme ist auch weit geringer als wenn eine mechanische Verstellung an der Stauvorrichtung 10 oder 11 vorgenommen wird.
Der Regler 20 kann z.B. auch ein Qualitätssignal eines Qualitätssensors 12 verarbeiten, der z.B. die Weiße des Gutstoffes 7 misst (oder eines Qualitätssensors 12' z.B. für die Weiße des Zulaufes), und dementsprechend mit Hilfe der Erfindung die Menge des abzuziehenden Flotationsschaumes verändern.
In der Kombination dieser beiden Regelvorgänge (Verstellung des Niveaus in der Flotationszelle und in der Schaumsammelrinne) liegt ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Abweichungen können sofort ausgeglichen werden, d.h. je nach Erfordernissen wird für kurze oder längere Betriebsdauer die Schaummenge optimiert.
In 2 ist der Auslaufbereich einer Schaumsammelrinne 8 in teilperspektivischer Zeichnung dargestellt. An dieser Stelle tritt der Flotationsschaum 3 über eine Stauvorrichtung 10 aus der Schaumsammelrinne 8 aus und fließt hier in ein Schaumfallrohr 14 ab, von dem nur der obere Teil gezeichnet ist. Man erkennt in dieser Figur, dass die Stauvorrichtung 10 im Wesentlichen eine Blende 15 mit einem hier etwa in der Mitte liegenden offenen Spaltquerschnitt 16 ist, der sich z.B. bis zum Boden der Schaumsammelrinne 8 erstreckt. Dessen offener Teil kann dadurch verändert werden, dass mit Hilfe einer vertikal verfahrbaren Abdeckplatte 17 größere oder kleinere Bereiche abgedeckt werden, wozu ein (z. B. elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer) Stellmotor 18 vom Regler 20 angesteuert wird. Es sind hierzu auch andere technische Möglichkeiten vorstellbar, z.B. eine Abdeckplatte, die den unteren Teil eines Spaltquerschnitts veränderbar abdeckt oder auch ein senkrecht oder waagerecht verfahrbares Schaumwehr.
Die 3 ist der Schnitt einer in Seitenansicht schematisch dargestellte Flotationszelle 5, die z.B. die letzte Flotationszelle der ersten Flotationsstufe 1 sein kann. Sie zeigt das Abfließen des Flotationsschaumes 3 über ein Wehr 23 in die Schaumsammelrinne 8 dieser Flotationszelle. Oft sind mehrere solcher Zellen zu einer Flotationsstufe zusammengestellt und so miteinander verbunden, dass sich in ihnen ein gleiches Flüssigkeitsniveau einstellt. Zufuhr und Belüftung des in die Flotationszelle zugeführten Stoffstromes erfolgt durch ein Belüftungsrohr 24. Dieses saugt die Luft L aus dem Inneren der Flotationszelle ab. Der Durchlauf dieser Zelle wird über eine Pumpe 22 abgepumpt. Wenn es sich bei der Flotationszelle nicht um die erste oder letzte Zelle einer Flotationsstufe handelt, werden meist Pumpen verwendet, die den Durchlauf einer stromaufwärtigen Flotationszelle zum Belüftungsrohr 24 der stromabwärtigen Flotationszelle führen.
Mittels Niveautransmitter 13 und Stellventil 21 in der Durchlaufleitung wird die Höhe des Suspensionsniveaus in der Flotationszelle 5 auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Das regelt die Schaummenge am Überlaufwehr in den Flotationszellen. In anderen Fällen kann die Förderleistung der Pumpe 22 durch den Regler 20 verändert werden, z.B. wenn deren Drehzahl einstellbar ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Flotationsanlage , die mindestens eine Flotationszelle (5) aufweist und zur Entfernung von Störstoffen aus einer Papierfaserstoffsuspension (S) betrieben wird, indem ein gereinigter Gutstoff (7) gebildet wird sowie störstoffhaltiger aufschwimmender Flotationsschaum (3, 4), welcher von der Oberfläche der Papierfaserstoffsuspension (S) in mindestens eine Schaumsammelrinne (8, 9) abfließt und darin durch mindestens eine Stauvorrichtung (10, 11) angestaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aus der Schaumsammelrinne (8, 9) abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) veränderbar ist und entsprechend den Anforderungen an die Flotationsanlage durch mindestens einen Regler (20) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau der Papierfaserstoffsuspension (S) in der Flotationszelle (5) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Schaumsammelrinne (8, 9) das Niveau des Flotationsschaumes (3, 4) gemessen wird und dass dieser Wert an den Regler (20) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Niveau-Messung in der Schaumsammelrinne (8, 9) mindestens ein Niveautransmitter (13') verwendet wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmte offene Querschnitt der Stauvorrichtung (10, 11) durch Stellsignale des Reglers (20) motorisch verstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position, insbesondere die Höhe mindestens eines als Stauvorrichtung (10, 11) dienenden Schaumwehres durch Stellsignale des Reglers (20) motorisch verstellbar ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aus der Schaumsammelrinne (8, 9) abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) durch Änderung des Sollwertes für das Niveau der Papierfaserstoffsuspension (S) verändert wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die Menge des aus der Schaumsammelrinne (8, 9) abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) entsprechend der Produktionsmenge der Flotationsanlage bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für die Menge des aus der Schaumsammelrinne (8, 9) abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) entsprechend der Qualität des Zulaufes zur Flotationsanlage bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) so eingestellt wird, dass der Gutstoff (7) den geforderte Weißgrad hat.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) so eingestellt wird, dass der Gutstoff (7) die geforderte Sauberkeit hat.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des abfließenden Flotationsschaumes (3, 4) so eingestellt wird, dass der Gutstoff (7) den geforderten Aschegehalt hat.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationsanlage aus Flotationszellen (5) besteht, die in einer waagerechten Reihe angeordnet und hydraulisch kommunizierend verbunden sind.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schaumsammelrinne (8, 9) den Flotationsschaum (3, 4) von mehreren Flotationszellen derselben Flotationsstufe (1, 2) aufnimmt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationsanlage aus mindestens zwei Flotationsstufen (1, 2) besteht, die so geschaltet sind, dass der Flotationsschaum der stromaufwärtigen Flotationsstufe (1) in den Einlauf der stromabwärtigen Flotationsstufe (2) geleitet wird.