DE102009010698A1

DE102009010698A1 - Flotationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009010698A1
Application number: DE200910010698
Authority: DE
Inventors: Axel Dreyer; Till Huesmann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft 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 zumindest 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) zu wenigstens einem Umlenkdiffusor (11) geführt wird, der den Strom (10) der begasten Faserstoffsuspension (1) über einen Prallkörper (9) umlenkt und in den Flotationsbehälter (2) leitet. Dabei soll die Umlenkung der Faserstoffsuspension in den Flotationsbehälter (2) dadurch verbessert werden, dass der Prallkörper (9) keine glatte Oberfläche aufweist und/oder der Prallkörper (9) wenigstens eine in Richtung einer Ausströmöffnung (16) des Umlenkdiffusors (11) geneigte Prallfläche (15) besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft 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 zu wenigstens einem Umlenkdiffusor geführt wird, der den Strom der begasten Faserstoffsuspension über eine Prallkörper umlenkt und in den Flotationsbehälter leitet.
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 Flotationsschaum.
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 auf, so dass diese mit der gereinigten Faserstoffsuspension abgeführt werden.
Weiterhin wird durch die Umlenkung im Diffusor ein großer Anteil der Bewegungsenergie in für die Flotation nicht nutzbare Energieformen umgewandelt.
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% und/oder bei geringeren Energieverlusten zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Prallkörper keine glatte Oberfläche aufweist.
Hierdurch können auf effektive Weise zusätzliche Turbulenzen erzeugt werden, die die Durchmischung von Suspension und Gas verbessern und das Größenspektrum der Gasblasen in den gewünschten Bereich bringen.
Dabei kann es bereits genügen, wenn die Oberfläche des Prallkörpers eine Rauhigkeit hat, der nach DIN 4766 vorzugsweise einer mittleren Rauhtiefe zwischen 50 und 2000 μm entspricht.
Alternativ oder zur Verstärkung der Turbulenzen, kann es jedoch von Vorteil sein, wenn der Prallköper eine profilierte Oberfläche besitzt.
Die Profilierung der Oberfläche des Prallkörpers sollte hierzu von Nuten, Rillen, Blindbohrungen o. ä. Aussparungen gebildet werden, welche regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein können.
Damit die Aussparungen ihre volle Wirkung entfalten können, sollten diese im Durchschnitt eine Tiefe von zumindest 1 mm, vorzugsweise mindestens 20 mm und/oder eine Mindestbreite von 1 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm haben.
Hinsichtlich der Herstellbarkeit ist die Ausführung des Prallkörpers als Prallplatte positiv.
Davon unabhängig oder in Verbindung ist es von erheblichen Vorteil, wenn der Prallkörper wenigstens eine in Richtung einer Ausströmöffnung des Umlenkdiffusors geneigte Prallfläche besitzt.
Durch die Neigung der Prallflächen wird bei der Umlenkung weniger Energie vernichtet. Außerdem kann die Umlenkung dadurch gezielter hinsichtlich Richtung und Menge erfolgen.
Um die Faserstoffsuspension möglichst viel-, vorzugsweise allseitig aus dem Umlenkdiffusor leiten zu können, sollte der Prallkörper mehrere in verschiedene Richtungen ausgerichtete Prallflächen aufweisen.
Zur Unterstützung einer energieschonenden Verteilung des Stromes der Faserstoffsuspension auf die entsprechenden Prallflächen sollte der Prallkörper zumindest eine vorzugsweise mittig dem Strom entgegenweisende Erhebung haben. Dies Erhebung sollte spitz ausgebildet sein und eine Höhe von über 40 mm, vorzugsweise über 100 mm aufweisen.
Um die Umlenkung in ausreichender Weise unterstützen zu können sollte der Winkel zwischen der Achse des Strömungskanals und der Prallfläche zwischen 100 und 170°, vorzugsweise zwischen 135 und 150° liegen. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn Strom der Faserstoffsuspension durch den Prallkörper von der Strömungsrichtung im Strömungskanal um 30 bis 150°, vorzugsweise um 60 bis 120° umgelenkt wird.
Dabei hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Faserstoffsuspension waagerecht aus dem Umlenkdiffusor geleitet wird und sich die Austrittsöffnungen des Umlenkdiffusors weitestgehend über dessen gesamten Umfang erstrecken.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Flotationsvorrichtung;
2: einen Teillängsschnitt durch eine Mischvorrichtung 5;
3a–c: verschieden gestaltete Prallflächen 15;
4: einen Teillängsschnitt durch den Umlenkdiffusor 11 und
5a–c: unterschiedliche Prallkörper 9.
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 beispielsweise 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 abgeführt.
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 Umlenkdiffusor 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 Faserstoffsuspension 1 gelangt dabei über Austrittsöffnungen 16 des Umlenkdiffusors 11 in den Flotationsbehälter 2.
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 gemäß 2 im Wesentlichen von einer Begrenzungswand des Strömungskanals 6 gebildet, in welchen von oben die Faserstoffsuspension 1 eingeführt wird. In den Strömungskanal 6 münden von mehreren Seiten senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Einströmkanäle 7 zur Begasung der Faserstoffsuspension 1.
Unabhängig von der Ausführungsform können die Mischvorrichtungen 5 ein oder auch mehrere Strömungskanäle 6 besitzen.
Wegen der zugefügten Gasmenge wird die Querschnittsfläche des Strömungskanals 6 in Strömungsrichtung nach den Einströmkanälen 7 stufenweise vergrößert. Dies schafft Raum für das Gas und Turbulenzen zur besseren Vermischung und Begrenzung der Gasblasengröße.
Die Querschnittsausdehnung des Strömungskanals 6 sollte zwischen 10 und 200 mm betragen.
Am Ende des Strömungskanals 6 prallt der Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 auf einen Prallkörper 9 des Umlenkdiffusors 11.
Dieser Prallkörper 9 kann allgemein aus Metall oder Kunststoff bestehen und ist bei der Ausführung gemäß 2 als senkrecht zur Strömungsrichtung des Stromes 10 verlaufende Prallplatte ausgebildet.
Die entgegen dem Strom 10 weisende Oberfläche dieser Prallplatte ist nicht glatt, sondern zur Aufrauung mit Ausnehmungen 13 versehen. Diese Ausnehmungen 13 können unterschiedlich gestaltet sein. Die 3a–c zeigen hierzu eine Auswahl geeigneter Ausnehmungen 13.
Während die Ausnehmungen 13 in 3a rund sind, verlaufen die Ausnehmungen 13 bei 3c jeweils zu einer Spitze in der Prallplatte.
Im Gegensatz hierzu sind die Ausnehmungen 13 in 3b unregelmäßig, hier etwa mit halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Dabei liegt der tiefste Teil dieser Ausnehmung 13 in Richtung der Mitte der Prallplatte bzw. des Stromes 10.
Je nach Bedarf können die Ausnehmungen 13 regelmäßig oder unregelmäßig auf der Prallplatte vorhanden sein, wobei jedoch die Tiefe dieser Ausnehmungen im Durchschnitt zumindest 1 mm und deren Breite im Durchschnitt wenigstens 1 mm beträgt.
Im Ergebnis führen diese Ausnehmungen zur einer verstärkten Verwirbelung der begasten Faserstoffsuspension 1 und einer Begrenzung der Bläschengröße.
Soll die bei der Umlenkung des Stromes 10 in Richtung der Austrittsöffnungen 16 des Umlenkdiffusors 11 vernichtete Energie vermindert werden, so ist ein Prallkörper 9 zu empfehlen, der wenigstens eine in Richtung einer Ausströmöffnung 16 geneigte Prallfläche 15 besitzt.
Wie in 4 zu erkennen, kann der Prallkörper 9 als Kegel ausgebildet sein, dessen Spitze als Erhebung 14 des Prallkörpers 9 in die Mitte des Strömungskanals 6 weist. Auf diese Weise wird der auf den Prallkörper 9 auftreffende Strom 10 der Faserstoffsuspension 1 gleichmäßig aufgeteilt und über die als Prallfläche 15 dienende Mantelfläche des Kegels in Richtung der Austrittsöffnungen 16 umgelenkt.
Dabei liegt der Winkel 18 zwischen der Achse 17 des Strömungskanals 6 und der Prallfläche 15 zwischen 100 und 170°. Die Höhe des Prallkörpers 9 von dessen Grundfläche bis zu seiner höchsten Erhebung 14 beträgt 40 bis 100 mm.
Auch hier können die Prallkörper 9 durchaus den Konstruktionen der Umlenkdiffusoren 11 sowie den speziellen Anforderungen angepasst werden.
In den 5a–c sind verschiedene Ausführungsformen von Prallkörpern 9 dargestellt.
Der in 5a gezeigte Prallkörper 9 in Form eines Kegelstumpfes sowie gemäß 5b in Form eines Kegels sind vorzugsweise mittig bezüglich des Strömungskanals 6 anzuordnen.
Im Unterschied hierzu hat der Prallkörper 9 bei 5c eine geradlinig verlaufende, höchste Erhebung 14, an der zwei gegenüberliegende Prallflächen 15 enden.
Dies kann insbesondere dann zum Einsatz gelangen, wenn der Umlenkdiffusor 11 nur zwei gegenüberliegende Austrittsöffnungen hat, zu denen der Strom 10 geleitet werden soll oder aber wenn mehrere Ströme 10 aus mehreren Strömungskanälen 6 auf einen gemeinsamen Prallkörper 9 eines gemeinsamen Umlenkdiffusors 11 treffen.
Bei mehreren Strömen 10 sollte die Erhebung 14 vorzugsweise durch die Achsen 17 der Strömungskanäle 6 verlaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 4766 [0012]

Claims

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) zu wenigstens einem Umlenkdiffusor (11) geführt wird, der den Strom (10) der begasten Faserstoffsuspension (1) über eine Prallkörper (9) umlenkt und in den Flotationsbehälter (2) leitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (9) keine glatte Oberfläche aufweist.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Prallkörpers (9) eine Rauhigkeit hat, der nach DIN 4766 vorzugsweise einer mittleren Rauhtiefe zwischen 50 und 2000 μm entspricht.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallköper (9) eine profilierte Oberfläche besitzt.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Oberfläche von Nuten, Rillen, Blindbohrungen o. ä. Aussparungen (13) gebildet wird.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (13) im Durchschnitt eine Tiefe von zumindest 1 mm, vorzugsweise mindestens 20 mm haben.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (13) im Durchschnitt eine Mindestbreite von 1 mm, vorzugsweise von 20 mm haben.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (9) als Prallplatte ausgebildet ist.
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) zu wenigstens einem Umlenkdiffusor (11) geführt wird, der den Strom (10) der begasten Faserstoffsuspension (1) über eine Prallkörper (9) umlenkt und in den Flotationsbehälter (2) leitet, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (9) wenigstens eine in Richtung einer Ausströmöffnung (16) des Umlenkdiffusors (11) geneigte Prallfläche (15) besitzt.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (9) mehrere in verschiedene Richtungen ausgerichtete Prallflächen (15) aufweist.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (9) zumindest eine vorzugsweise mittig dem Strom (10) entgegenweisende Erhebung (14) hat.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (14) spitz ausgebildet ist.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Erhebung (14) über 40 mm, vorzugsweise über 100 mm liegt.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (18) zwischen der Achse (17) des Strömungskanals (6) und der Prallfläche (15) zwischen 100 und 170°, vorzugsweise zwischen 135 und 150° liegt.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (10) der Faserstoffsuspension (1) durch den Prallkörper (9) von der Strömungsrichtung im Strömungskanal (6) um 30 bis 150°, vorzugsweise um 60 bis 120° umgelenkt wird.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (1) waagerecht aus dem Umlenkdiffusor (11) geleitet wird.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Austrittsöffnungen (16) des Umlenkdiffusors (11) weitestgehend über dessen gesamten Umfang erstrecken.