DE102009006033A1

DE102009006033A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Flotation einer wässrigen Faserstoffsuspension

Info

Publication number: DE102009006033A1
Application number: DE200910006033
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Störzer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-01-24
Filing date: 2009-01-24
Publication date: 2010-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren und eine Flotationsvorrichtung zur Entfernung von Störstoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (1) in einem Flotationsbehälter (2), welcher zumindest eine, von einem Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) durchströmte Mischvorrichtung (5) zur Zuführung wenigstens eines Stromes (8) von Gas aufweist und mindestens eine Ableitung (12) für den gebildeten Flotationsschaum ((4) mit den Störstoffen sowie zumindest einen Auslauf (3) für die gereinigte Faserstoffsuspension (1) besitzt, wobei der Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) in der Mischvorrichtung (5) durch zumindest einen Strömungskanal (6) geführt wird. Dabei soll eine zuverlässige und effektive Entfernung von Störstoffen auch bei relativ hohen Stoffdichten dadurch ermöglicht werden, dass in den Strömungskanal (6) mehrere Düsen (9) zur Zuführung von Faserstoffsuspensions-Teilströmen (11) münden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren zur Entfernung von Störstoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension, wobei einem Strom der Faserstoffsuspension in zumindest einer Mischvorrichtung mit wenigstens einem Strömungskanal zumindest ein Strom von Gas zugeführt und Gasblasen gebildet werden und die Störstoffe in einem Flotationsschaum gesammelt und mit diesem abgeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Flotationsvorrichtung zur Entfernung von Störstoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension in einem Flotationsbehälter, welcher zumindest eine, von einem Strom der Faserstoffsuspension durchströmte Mischvorrichtung zur Zuführung wenigstens eines Stromes von Gas aufweist und mindest eine Ableitung für den gebildeten Flotationsschaum mit den Störstoffen sowie zumindest einen Auslauf für die gereinigte Faserstoffsuspension besitzt, wobei der Strom der Faserstoffsuspension in der Mischvorrichtung durch zumindest einen Strömungskanal geführt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind seit längerer Zeit bekannt und werden insbesondere zur Aufbereitung von Faserstoffsuspensionen eingesetzt, die zumindest teilweise aus Sekundärrohstoffen, vorzugsweise Altpapier gewonnen werden.
Bei dem Flotationsvorgang wird der Umstand genutzt, dass der Faserstoff hydrophil und die Störstoffe oft hydrophob sind. Während der hydrophile Faserstoff in der Suspension verbleibt, gelangen die hydrophoben Störstoffe mit den Flotationsblasen in den Floatationsschaum.
Neben gelösten Druckfarbenpartikeln gibt es insbesondere auch Kleber, Kunststoffpartikel und Harze, die hydrophob sind und so über die Flotation aus der Faserstoffsuspension entfernt werden können. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Größe der Flotationsblasen einen wesentlichen Einfluss auf die Wirkung des Flotationsverfahrens hat. Große Luftblasen steigen zwar schneller als kleine, können aber weniger oder keine Störstoffe aufnehmen.
Bei Faserstoffsuspensionen mit relativ hoher Stoffdichte steigen kleine Flotationsblasen oft zu langsam, so dass diese mit der gereinigten Faserstoffsuspension abgeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die zuverlässige und effektive Entfernung von Störstoffen auch bei relativ hohen Stoffdichten zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass der Strom der Faserstoffsuspension aus mehreren Teilströmen gebildet wird, die in den Strömungskanal münden.
Für die Vorrichtung ist wesentlich, dass in den Strömungskanal mehrere Düsen zur Zuführung von Faserstoffsuspensions-Teilströmen münden.
Durch das Zusammenführen von mehreren Teilströmen zu einem Strom der Faserstoffsuspension, welcher in dem Strömungskanal weitergeleitet wird, verstärken sich die Turbulenzen im Strömungskanal.
Die dabei auftretenden Scherströmungen reißen die Luftblasen auseinander, was zu einer Verringerung des Luftblasengrößenspektrums führt.
Im Ergebnis verbessert sich das Flotationsergebnis auch bei hohen Stoffdichten erheblich.
Im Interesse einer starken Turbulenzerzeugung sollte die Einströmrichtung zumindest eines, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Teilströme zu einer Achsparallelen des Strömungskanals geneigt sein. Für die Vorrichtung bedeutet dies, dass zumindest eine, vorzugsweise mehrere und insbesondere alle Düsen zu einer Achsparallelen des Strömungskanals geneigt sind.
Bei der Achsparallelen handelt es sich um eine Senkrechte auf den Strömungsquerschnitt im Strömungskanal, welche die Düsenöffnung schneidet.
Besonders gute Ergebnisse wurden bei Anordnungen erreicht, bei denen der Winkel zwischen der Achsparallelen des Strömungskanals und der Einströmrichtung des Teilstroms kleiner als 60° war und vorzugsweise zwischen 5 und 45°, insbesondere zwischen 10 und 30° lag.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Einströmrichtung zumindest eines, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Teilströme eine, eine Rotation der Faserstoffsuspension um die Achse des Strömungskanals fördernde Richtungskomponente aufweist.
Die Achse wird hierbei von einer Senkrechten auf den Strömungsquerschnitt gebildet, welche durch den Flächenschwerpunkt des Strömungsquerschnitts verläuft.
Dabei ist die Begrenzung des Strömungsquerschnitts und damit die Kanalwand im Allgemeinen rund, insbesondere kreisrund oder elliptisch ausgebildet.
Neben der Hauptströmrichtung entlang des Strömungskanals entsteht folglich eine Rotationsströmung innerhalb dieser Hauptströmung, die dafür sorgt, dass sich der Strom der Faserstoffsuspension möglichst umfassend an die Kanalwand anlegt.
Meist ist es ausreichend, wenn der Strom der Faserstoffsuspension aus 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Teilströmen gebildet wird, d. h., dass 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Düsen in den Strömungskanal münden.
Je nach Art der Mischvorrichtung, den Anforderungen an den Grad der Begasung kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest einem Teilstrom vor der Einströmung in den Strömungskanal ein Strom von Gas zugeführt wurde.
Des Weiteren ist es zur Schaffung von Raum für das zugeführte Gas, aber auch zur besseren Vermischung zwischen Faserstoffsuspension und Gas von Vorteil, wenn sich der Strömungskanal vorzugsweise während oder nach der Zuführung des Gas-Stromes in Strömungsrichtung vergrößert.
Durch die Rotationsströmung innerhalb des Flotationsstromes bleibt die Faserstoffsuspension auch bei einer sprunghaften Erweiterung des Strömungsquerschnitts weitestgehend mit der Kanalwand in Kontakt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen so die Flotation einer Faserstoffsuspension deren Faserstoffdichte über 1%, vorzugsweise zwischen 1,6 und 2,6% liegt.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: eine schematische Flotationsvorrichtung und
2 und 3: Details der Düsenanordnung.
Gemäß 1 wird die zu flotierende, wässrige Faserstoffsuspension 1 über wenigstens eine Mischvorrichtung 5 in einen Flotationsbehälter 2 eingeleitet, wobei sich die Mischvorrichtung 5 im Flotationsbehälter 2 befindet.
Die Mischvorrichtung 5 besitzt hierzu zumindest einen Strömungskanal 6 mit beispielhaft kreisförmigen Querschnitt zur Ausbildung eines Stromes 10 der Faserstoffsuspension 1.
In diesen Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 wird von mehreren Seiten der Begrenzungswand des Strömungskanals 6 über senkrecht zur Strömungsrichtung des Stromes 10 verlaufende Einströmkanäle 7 zumindest je ein Strom 8 von Gas in Form von Druckluft oder aus dem Flotationsbehälter 2 stammender Luft eingeleitet. Dabei sorgt der Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 selbst für das Ansaugen der Luft in den Strömungskanal 6.
Durch diese intensive Begasung werden in der Faserstoffsuspension 1 Gasblasen erzeugt, was dazu führt, dass die flotierbaren Störstoffe zusammen mit den Gasblasen im Flotationsbehälter 2 aufsteigen, sich im Flotationsschaum 4 sammeln und als Rejekt über die Ableitung 12 abgeführt werden.
Die gereinigte Faserstoffsuspension 1 wird im unteren Teil des Flotationsbehälters 2 über einen Auslauf 3 abgeleitet.
Dabei wird die Faserstoffsuspension 1 unter einem Druck, der über dem Umgebungsdruck liegt, in die Mischvorrichtung 5 eingepumpt. Mit Vorteil ist die Mischvorrichtung exmittig im Flotationsbehälter 2 angeordnet.
Die Mischvorrichtung 5 mündet stromabwärts in einen Stoßdiffusor 13, in dem eine Umlenkung der begasten Faserstoffsuspension 1 um etwa 90° in die Waagerechte und eine Verteilung auf den gesamten Umfang (360°) erfolgt.
Die Ableitung 12 ist hier als Schaumrinne ausgebildet.
Im Betrieb kann die Mischvorrichtung 5 wie hier senkrecht oder aber auch waagerecht oder schräg verlaufen.
Die Mischvorrichtung 5 wird im Wesentlichen von einer rotationssymmetrischen Begrenzungswand des Strömungskanals 6 gebildet, in dem der Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 geführt wird.
Gebildet wird der Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 aus mehreren, hier drei Teilströmen 11, die am Beginn des Strömungskanals 6 über Düsen 9 in den Strömungskanal 6 eingeleitet werden.
Dabei haben die Düsen 9 wie in 2 angedeutet, eine Neigung zu einer Achsparallelen 15, welche senkrecht auf der Querschnittsfläche des Strömungskanals 6 steht und die Düsenöffnung schneidet. Dieser Winkel beträgt hier ca. 30°.
Im Ergebnis sollen alle Teilströme 11 zusammentreffen, was zu einer intensiven Vermischung und Verwirbelung führt.
Außerdem ist, wie in 3 zu sehen, die Einströmrichtung bei allen Düsen 9 so gewählt, dass eine Richtungskomponente der Teilströme 11 eine Rotation der Faserstoffsuspension 1 um die Achse des Strömungskanals 6 fördert.
Diese Rotationsströmung sorgt dafür, dass sich die Faserstoffsuspension 1 an die Kanalwand des Strömungskanals 6 anlegt. Außerdem bringt dies zusätzliche Turbulenzen hervor, was die Luftblasengröße vermindert.
In den Strömungskanal 6 münden anschließend von mehreren Seiten senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Einströmkanäle 7 zur Begasung der Faserstoffsuspension 1.
Nach dieser Begasung wird der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 6 durch einen Stufensprung 14 abrupt vergrößert. Dies schafft Platz für die aufgenommene Luft und sorgt über weitere Turbulenzen für eine gute Durchmischung. Dabei wird die Wirkung dieser Querschnittserweiterung noch durch die Rotationsströmung unterstützt.
Die Mischvorrichtungen 5 können auch mehrere Strömungskanäle 6 besitzen.
In jedem Fall ermöglicht die Verwirbelung eine intensivere Begasung, wobei die Gasblasen nicht zu groß werden und so auch bei höheren Stoffdichten im Bereich von wesentlich über 1% eine zuverlässige Entfernung von Störstoffen gewährleistet ist.

Claims

Flotationsverfahren zur Entfernung von Störstoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (1), wobei einem Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) in zumindest einer Mischvorrichtung (5) mit wenigstens einem Strömungskanal (6) zumindest ein Strom (8) von Gas zugeführt und Gasblasen gebildet werden und die Störstoffe in einem Flotationsschaum (4) gesammelt und mit diesem abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) aus mehreren Teilströmen (11) gebildet wird, die in den Strömungskanal (6) münden.
Flotationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmrichtung zumindest eines, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Teilströme (11) zu einer Achsparallelen (15) des Strömungskanals (6) geneigt ist.
Flotationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Achsparallelen (15) des Strömungskanals (6) und der Einströmrichtung des Teilstroms (11) kleiner als 60° ist und vorzugsweise zwischen 5 und 45°, insbesondere zwischen 10 und 30° liegt.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmrichtung zumindest eines, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Teilströme (11) eine, eine Rotation der Faserstoffsuspension (1) um die Achse des Strömungskanals (6) fördernde Richtungskomponente aufweist.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) aus 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Teilströmen gebildet wird.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Teilstrom (11) vor der Einströmung ein Strom (8) von Gas zugeführt wurde.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanal (6) vorzugsweise während oder nach der Zuführung des Gas-Stromes (8) in Strömungsrichtung vergrößert.
Flotationsvorrichtung zur Entfernung von Störstoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (1) in einem Flotationsbehälter (2), welcher zumindest eine, von einem Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) durchströmte Mischvorrichtung (5) zur Zuführung wenigstens eines Stromes (8) von Gas aufweist und mindest eine Ableitung (12) für den gebildeten Flotationsschaum (4) mit den Störstoffen sowie zumindest einen Auslauf (3) für die gereinigte Faserstoffsuspension (1) besitzt, wobei der Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) in der Mischvorrichtung (5) durch zumindest einen Strömungskanal (6) geführt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskanal (6) mehrere Düsen (9) zur Zuführung von Faserstoffsuspensions-Teilströmen (11) münden.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise mehrere und insbesondere alle Düsen (9) zu einer Achsparallelen (15) des Strömungskanals (6) geneigt sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Düsen (9) in den Strömungskanal (6) münden.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanal (6) vorzugsweise während oder nach der Zuführung des Gas-Stromes (8) in Strömungsrichtung vergrößert.
Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung zur Flotation einer Faserstoffsuspension nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffdichte der Faserstoffsuspension (1) über 1%, vorzugsweise zwischen 1,6 und 2,6% liegt.