DE102009006034A1

DE102009006034A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Flotation einer wässrigen Faserstoffsuspension

Info

Publication number: DE102009006034A1
Application number: DE200910006034
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: 2010-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren sowie eine Flotationsvorrichtung 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 einem Strömungskanal (6) wenigstens ein Strom (8) von Gas zugeführt und Gasblasen gebildet werden und die Störstoffe in einem Flotationsschaum (4) gesammelt und mit diesem abgeführt werden. Dabei soll eine zuverlässige und effektive Entfernung von Störstoffen auch bei relativ hohen Stoffdichten dadurch ermöglicht werden, dass die Ausdehnung des Querschnitts des Strömungskanals (6) zumindest abschnittsweise ungleich ist.

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 einem Strömungskanal wenigstens 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 von über 1%, insbesondere im Bereich zwischen 1,6 und 2,6% zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die Ausdehnung des Querschnitts des Strömungskanals zumindest abschnittsweise in verschiedenen Richtungen ungleich ist.
Üblicherweise ist der Querschnitt kreisrund. Durch eine Abweichung von dieser Form, auch wenn dies mit höheren Herstellungskosten verbunden sein sollte, können zusätzlich Turbulenzen erzeugt werden, was sich positiv auf die Durchmischung mit dem Gas und die Begrenzung der Blasengröße des Gases auswirkt.
Um dies zu unterstützen sollte sich der Querschnitt des Strömungskanals in Strömungsrichtung ändern. Dies kann kontinuierlich innerhalb von maximal 50 mm, vorzugsweise innerhalb von maximal 20 mm oder aber stufenförmig erfolgen.
Diese Ausdehnungsänderung kann auch dazu benutzt werden, die Querschnittsfläche des Strömungskanals in Strömungsrichtung zu vergrößern. Auf diese Weise kann innerhalb der Faserstoffsuspension Raum für das aufzunehmende Gas geschaffen werden.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die maximale Ausdehnung des Strömungskanals quer zur Strömungsrichtung um 90° versetzt zur minimalen Ausdehnung ist.
Außerdem sollte im Interesse einer Verstärkung der Turbulenzen einer größeren, vorzugsweise der maximalen Ausdehnung des Strömungsquerschnitts eine kleinere, vorzugsweise die minimale Ausdehnung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung folgen.
Der Strömungsquerschnitt kann eckig oder vorzugsweise rund sein.
Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn sich die Form des Strömungskanals in Strömungsrichtung ändert. Beispielsweise kann einem kreisrunden ein elliptischer Strömungsquerschnitt folgen.
Hinsichtlich der Vorrichtung ist es wesentlich, dass der Strömungskanal zumindest abschnittsweise einen elliptischen Querschnitt aufweist.
Dabei ist es bei einer Änderung des Querschnitts in Strömungsrichtung vorteilhaft, wenn die langen Hauptachsen der Ellipsen des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung um 90° versetzt sind. Hierdurch kommt es quer zur Strömungsrichtung betrachtet zu unterschiedlich stark ausgeprägten Veränderungen an der Wand des Strömungskanals, so dass die Faserstoffsuspension insbesondere im Bereich geringer Veränderungen mit der Wand in Kontakt bleibt.
Im Ergebnis verbessert sich das Flotationsergebnis auch bei hohen Stoffdichten erheblich.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: eine schematische Flotationsvorrichtung;
2: einen Quer- und Längsschnitt durch eine Mischvorrichtung 5;
3: eine Querschnitt durch eine andere Mischvorrichtung 5 und
4: einen Längsteilschnitt durch die Kanalwand bei einer Querschnittsveränderung des Strömungskanals 6.
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 rundem oder eckigem 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.
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 5 exmittig im Flotationsbehälter 2 angeordnet.
Die Mischvorrichtung 5 mündet stromabwärts in einen Stoßdiffusor 11, 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.
Die in den 2 bis 4 dargestellten Strömungskanäle 6 stellen nur eine Auswahl möglicher und vorteilhafter Varianten dar, die auch miteinander kombiniert werden können. Im Betrieb kann die Mischvorrichtung 5 wie hier senkrecht oder aber auch waagerecht oder schräg verlaufen.
Die Mischvorrichtung 5 wird gemäß 2 im Wesentlichen von einer Begrenzungswand des Strömungskanals 6 gebildet, in welches von oben die Faserstoffsuspension 1 eingeführt. In den Strömungskanal 6 münden von mehreren Seiten senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Einströmkanäle 7 zur Begasung der Faserstoffsuspension 1.
Zur Erzeugung von zusätzlichen Turbulenzen und Unterdruckbereichen ändert sich der Querschnitt des Strömungskanals 6 abschnittsweise. Dabei kann diese Veränderung abrupt über eine Strecke von 0,5 bis 2 mm oder, wie in 4 zu sehen, allmählich über eine Strecke von 5 bis 20 mm erfolgen.
Die Mischvorrichtungen 5 können auch mehrere Strömungskanäle 6 besitzen.
Außerdem ist der Querschnitt des Strömungskanals 6 zumindest in einem Abschnitt nicht kreisrund.
Wegen der zugefügten Gasmenge wird die Querschnittsfläche des Strömungskanals 6 in Strömungsrichtung bei den in 2 und 3 dargestellten Ausführungen stufenweise vergrößert. Dies schafft Raum für das Gas und Turbulenzen zur besseren Vermischung und Begrenzung der Gasblasengröße.
Die Ausdehnung des Strömungskanals 6 sollte zwischen 10 und 200 mm betragen. Die Anzahl der Abschnitt mit verändertem Querschnitt des Strömungskanals 6 liegt zwischen 1 und 10, vorzugsweise zwischen 1 und 4.
Dabei liegt die Ausdehnung dieser Abschnitte in Strömungsrichtung zwischen dem 1 und 40fachen, vorzugsweise zwischen dem 4 und 20fachen der maximalen Querschnittsausdehnung in dem betreffenden Abschnitt.
Der in 2 gezeigte Strömungskanal 6 hat zwei elliptische Abschnitte, bei denen die langen Hauptachsen um 90° zueinander versetzt sind.
Auf diese Weise geht die Kanalwand im Bereich der maximalen Ausdehnung in einen Bereich der minimalen Ausdehnung des Querschnitts einer größeren Ellipse über, was einen kleinen Stufensprung bedeutet. Gleichzeitig folgt einer minimalen Ausdehnung des elliptischen Querschnitts eine maximale Ausdehnung einer größeren Ellipse, was einen relativ großen Sprung an der Kanalwand bedeutet.
Während der große Sprung für verstärkte Turbulenzen sorgt, gewährleistet der kleine Sprung den Kontakt der Faserstoffsuspension 1 mit der Kanalwand.
Der dritte und letzte Abstand hat einen kreisrunden Querschnitt, dessen Durchmesser größer als die maximale Ausdehnung des benachbarten elliptischen Abschnittes ist.
Im Gegensatz hierzu ist der Querschnitt der Abschnitte des Strömungskanals 6 in 3 rechteckig. Bei einer Vergrößerung des Querschnitts des Strömungskanals 6 folgt einer langen Strömungswand eine kurze Strömungswand des in Strömungsrichtung folgenden Rechtecks und umgekehrt. Der Übergang von der längeren zur kürzeren Seite eines Rechtecks ist relativ groß, während der Übergang von der kurzen zur längeren Seite relativ klein ist.
In jedem Fall ermöglicht die Verwirbelung im Strömungskanal 6 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.
Wegen der komplizierten Form des Strömungskanals 6 kann dessen Herstellung aus Kunststoff von Vorteil sein.

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 einem Strömungskanal (6) wenigstens 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 die Ausdehnung des Querschnitts des Strömungskanals (6) zumindest abschnittsweise ungleich ist.
Flotationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung kontinuierlich innerhalb von maximal 50 mm, vorzugsweise innerhalb von maximal 20 mm ändert.
Flotationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung stufenförmig ändert.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ausdehnung des Strömungskanals (6) zumindest in einem Abschnitt quer zur Strömungsrichtung um 90° versetzt zur minimalen Ausdehnung ist.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer größeren, vorzugsweise der maximalen Ausdehnung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals (6) eine kleinere, vorzugsweise die minimale Ausdehnung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung folgt.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) einen runden Strömungsquerschnitt aufweist.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Form des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung ändert.
Flotationsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche des Strömungskanals (6) 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 der Strömungskanal (6) zumindest abschnittsweise einen elliptischen Querschnitt aufweist.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung kontinuierlich innerhalb von maximal 50 mm, vorzugsweise innerhalb von maximal 20 mm ändert.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung stufenförmig ändert.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Hauptachsen der Ellipsen des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung um 90° versetzt sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche des Strömungskanals (6) in Strömungsrichtung vergrößert.