DE102009011046A1

DE102009011046A1 - Flotationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009011046A1
Application number: DE200910011046
Authority: DE
Inventors: Axel Dreyer; Till Huesmann
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-02-28
Filing date: 2009-02-28
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 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 wenigstens einem Strömungskanal (6) ein Strömungsteiler (9) angeordnet ist, welcher den Strom (10) im Strömungskanal (6) über einen kurzen Abschnitt in mehrere Teilströme aufteilt, wobei die Teilströme nach dem Strömungsteiler (9) wieder vereinigt werden.

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 zumindest 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.
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.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die zuverlässige und effektive Entfernung von Störstoffen auch bei relativ hohen Stoffdichten von über 1% und/oder bei geringen Energieverlusten zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass in wenigstens einem Strömungskanal zumindest ein Strömungsteiler angeordnet ist, welcher den Strom im Strömungskanal über einen kurzen Abschnitt in mehrere Teilströme aufteilt, wobei die Teilströme nach dem Strömungsteiler wieder vereinigt werden.
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.
Entsprechend der Beschaffenheit sowie den Anforderungen an die flotierte Faserstoffsuspension kann es von Vorteil sein, wenn die Mischvorrichtung nur einen oder aber mehrere Strömungskanäle besitzt.
Zur Maximierung der Turbulenzen sollten dabei in möglichst allen Strömungskanälen Strömungsteiler angeordnet sein. Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn in wenigstens einem, vorzugsweise allen Strömungskanälen mehrere Strömungsteiler vorhanden sind.
Hierzu genügt es, wenn der Strömungsteiler in Strömungsrichtung eine Ausdehnung zwischen 1 und 95 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 3 mm hat.
Zur Schaffung mehrerer Teilströme sollte sich der Strömungsteiler im Wesentlichen über den Querschnitt des jeweiligen Strömungskanals erstrecken und mehrere etwa in Strömungsrichtung verlaufende Durchbrüche besitzen.
Hinsichtlich Herstellbarkeit, Verschmutzung und Verschleiß ist es von Vorteil, wenn diese Durchbrüche rund, vorzugsweise kreisrund ausgebildet sind.
Andererseits ist es für die Turbulenzbildung vorteilhaft, wenn die Durchbrüche viereckig, vorzugsweise quadratisch oder aber sogar unregelmäßig ausgebildet sind.
Ähnliches gilt für die entgegen der Strömungsrichtung weisende Fläche des Strömungsteilers. Ist diese eben, so wirkt sich dies eventuell bei der Herstellung, auf jeden Fall aber bei der Verschmutzungsanfälligkeit positiv aus.
Demgegenüber kann eine unebene Fläche die Turbulenzen steigern, wobei abgerundete Flächen ebenfalls wenig verschmutzungsanfällig sind.
Im Interesse eines geringen Herstellungsaufwandes sollte der Strömungsteiler als Blech oder Sieb ausgebildet sein.
Um die Turbulenzen im Strömungskanal noch weiter zu erhöhen, sollten entgegen der Strömungsrichtung vor zumindest einem Strömungsteiler wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Störkörper angeordnet sein.
Dabei kann die Turbulenzwirkung verbessert werden, wenn die Störkörper freibeweglich sind.
Zur Minimierung des Verschleißes der Störkörper selbst aber auch im Strömungskanal ist es von Vorteil, wenn die Störkörper als Kugeln ausgebildet sind.
Damit die Strömungsteiler, aber auch die Störkörper ihre Wirkung voll entfalten können, sollten zumindest ein, vorzugsweise alle Strömungsteiler nach der Zuführung wenigstens eines, vorzugsweise aller Gasströme angeordnet sein.
Um dem zugeführten Gas auch im Bereich der Strömungsteiler ausreichend Raum in der Faserstoffsuspension zu geben, sollten zumindest ein, vorzugsweise alle Strömungsteiler in Strömungsrichtung nach einer Vergrößerung der Querschnittsfläche des Strömungskanals angeordnet sein.
Durch die gezielte Bildung von Turbulenzen kann die Faserstoffsuspension so auch bei hohen Stoffdichten und/oder geringen Strömungsgeschwindigkeiten effektiv flotiert werden.
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;
3: durch eine andere Mischvorrichtung 5;
4a–d: unterschiedliche Durchbrüche 13 eines Strömungsteilers 9 und
5a und b: verschiedene Strömungsteiler-Gestaltungsformen.
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 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 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.
Im Betrieb kann die Mischvorrichtung 5 wie hier senkrecht oder aber auch waagerecht oder schräg verlaufen.
Die Mischvorrichtung 5 wird gemäß 2 und 3 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.
Zur Erzeugung von zusätzlichen Turbulenzen und Unterdruckbereichen sind nach der Begasung Strömungsteiler 9 vorgesehen.
In 2 sind hierzu in Strömungsrichtung zwei Strömungsteiler 9 hintereinander angeordnet, wobei die Strömungsteiler 9 als quer zur Strömungsrichtung des Stromes 10 angeordnete Siebe ausgebildet sind.
Diese Siebe teilen den Strom 10 in eine Vielzahl von Teilströmen und sorgen so neben einer Verwirbelung auch für eine Begrenzung der Bläschengröße der Gasblasen.
Im Unterschied hierzu befindet sich bei der Ausführung Gemäß 3 nur ein Strömungsteiler 9 in Form eines Siebes im Strömungskanal 6. Allerdings befinden sich entgegen der Strömungsrichtung des Stromes 10 vor dem Strömungsteiler 9 viele kugelförmige und freibewegliche Störkörper 15.
Der Strom 10 sorgt für eine Bewegung dieser Störkörper 15 und verstärkt so selbst die Turbulenzen. Die Störkörper 15 können aus Metall oder Kunststoff sowie schwerer oder leichter als die vom Störkörper 15 verdrängte Faserstoffsuspension 1 sein.
Sollten die Störkörper 15 leichter als die Faserstoffsuspension 1 sein und folglich in dieser aufsteigen, so kann es von Vorteil sein, deren Bewegung entgegen der Strömungsrichtung durch ein Gitter zum Beispiel in Form eines weiteren Strömungsteilers 9 zu begrenzen.
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 bei den in 2 und 3 dargestellten Ausführungen vor den Strömungsteilern 9 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.
In den 4a–d werden mögliche Gestaltungen für die Strömungsteiler 9 gezeigt. Die sich über den gesamten Querschnitt des Strömungskanals 6 erstreckenden Strömungsteiler 9 können aus Metall oder einem Kunststoff hergestellt werden und besitzen zur Aufteilung des Stromes 10 in Teilströme eine Vielzahl von Durchbrüchen 13.
Der in 4a gezeigte Strömungsteiler 9 wird von einem Sieb gebildet und besitzt viereckige Durchbrüche 13.
Im Unterschied dazu werden die Strömungsteiler 9 gemäß den 4b–d von einer Kunststoffplatte oder einem Metallblech gebildet. Während die Durchbrüche 13 in 4b quadratisch sind, sind diese in 4c rund und in 4d sternförmig. Allerdings ist die Gestaltung der Strömungsteiler 9 sowie der Durchbrüche 13 nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Des Weiteren kann die entgegen der Strömungsrichtung des Stromes 10 weisende Fläche des Strömungsteilers 9 wie in 5a eben oder gemäß 5b uneben ausgebildet sein.
Der in 5b zu sehende Strömungsteiler 9 besitzt entgegen der Strömungsrichtung Erhebungen 14 die für eine zusätzliche Verwirblung der Faserstoffsuspension 1 sorgen.
Unabhängig von der Ausführung des Strömungsteilers 9 erstreckt sich dieser in Strömungsrichtung des Stromes 10 über eine Länge zwischen 0,5 und 10 mm.
In jedem Fall ermöglicht die Verwirbelung im Strömungskanal 6 eine intensivere Begasung, wobei die Gasblasen nicht zu groß werden und so auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Stoffdichten im Bereich von wesentlich über 1% eine zuverlässige Entfernung von Störstoffen gewährleistet ist.

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) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Strömungskanal (6) zumindest ein Strömungsteiler (9) angeordnet ist, welcher den Strom (10) im Strömungskanal (6) über einen kurzen Abschnitt in mehrere Teilströme aufteilt, wobei die Teilströme nach dem Strömungsteiler (9) wieder vereinigt werden.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) nur einen Strömungskanal (6) besitzt.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) mehrere Strömungskanäle (6) besitzt.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Strömungskanälen (6) Strömungsteiler (9) angeordnet sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem, vorzugsweise allen Strömungskanälen (6) mehrere Strömungsteiler (9) vorhanden sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (9) in Strömungsrichtung eine Ausdehnung zwischen 1 und 95 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 3 mm hat.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (9) mehrere etwa in Strömungsrichtung verlaufende Durchbrüche (13) besitzt.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (13) rund, vorzugsweise kreisrund ausgebildet sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (13) viereckig, vorzugsweise quadratisch ausgebildet sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (13) unregelmäßig ausgebildet sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegen der Strömungsrichtung weisende Fläche des Strömungsteilers (9) eben ist.
Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegen der Strömungsrichtung weisende Fläche des Strömungsteilers (9) uneben ist.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (9) als Blech oder Sieb ausgebildet ist.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entgegen der Strömungsrichtung vor zumindest einem Strömungsteiler (9) wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Störkörper (15) angeordnet sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Störkörper (15) freibeweglich sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Störkörper (15) als Kugeln ausgebildet sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, vorzugsweise alle Strömungsteiler (9) nach der Zuführung wenigstens eines, vorzugsweise aller Gasströme (8) angeordnet sind.
Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, vorzugsweise alle Strömungsteiler (9) in Strömungsrichtung nach einer Vergrößerung der Querschnittsfläche des Strömungskanals (6) angeordnet sind.