DE102010028572A1

DE102010028572A1 - Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010028572A1
Application number: DE102010028572A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jaschinski
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-11-10
Also published as: EP2566610B1; CN102971067A; CN102971067B; WO2011138158A1; EP2566610A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung, umfassend einen Mischschritt und einen Reinigungsschritt, wobei in dem Mischschritt eine flüssige Chemikalie dem Prozessstrom zugeführt wird. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reinigungsschritt die Mischvorrichtung von dem Prozessstrom getrennt wird, derart, dass die Mischvorrichtung unabhängig vom Prozessstrom gereinigt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom und ein Chemikalieneinspeissystem, umfassend eine derartige Vorrichtung.
An die Dosierung und nachfolgende Einmischung von Chemikalien, beispielsweise in den Papierherstellungsprozess werden besondere Anforderungen gestellt, insbesondere mit Blick auf eine effiziente Einmischung und eine bedarfsgerechte Dosierung der Chemikalien. Unter einer bedarfsgerechten Dosierung wird beispielsweise beim Papierherstellungsprozess eine von der Faserstoffmenge abhängige Zugabe an Chemikalien in einen Prozessstrom einer Papiermaschine verstanden. Durch eine derartige Maßnahme können die zugegebenen Mengen an Chemikalien beim Papierherstellungsprozess in erheblichem Umfang reduziert werden. Ein weiterer Grund für einen effizienten Einsatz der Chemikalien sind die hohen Energiemengen, die benötigt werden, um das Frischwasser zu erwärmen für eine Auflösung bzw. Verdünnung der Prozesschemikalien. Eine derartige Erwärmung ist vorteilhaft, um einen thermischen Schock bei der Einmischung der Chemikalien in das Frischwasser zu vermeiden. Durch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom bei der Herstellung einer Faser- und/oder Fliesstoffbahn, kann der Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien, aber auch der Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung in erheblichem Umfang reduziert werden.
Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zum Einmischen eines Chemikalienstromes zu einem Prozessstrom bekannt geworden. So stellt die EP-A-1 219 344 ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie in einem Prozessflüssigkeitsstrom zur Verfügung, bei dem die Chemikalie und eine zweite Flüssigkeit im Wesentlichen in Verbindung miteinander gebracht werden, wenn Chemikalie und zweite Flüssigkeit aus einer Mischerdüse mit hoher Geschwindigkeit in einen Prozessstrom eingeleitet werden.
Die EP-A-1 064 427 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Mischung eines flüssigen Chemikalienstromes in einen zweiten Flüssigkeitsstrom in einer Mischeinrichtung, bei der der Chemikalienstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen gleichzeitig bei der Ausbringung der Chemikalien in der zweiten Flüssigkeit in einen weiteren vierten Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen Prozessstrom, gemischt wird.
Die WO-A-2005/32704 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung einer Chemikalie in einen Flüssigkeitsstrom, wobei die Chemikalie in den Mischraum beispielsweise mit Mischwasser oder einer in der Papiermaschine zirkulierenden Flüssigkeit vermischt wird, um eine Zumischflüssigkeit auszubilden, bevor diese in einen Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen Prozessstrom, eingebracht wird.
Alle vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen haben den Nachteil, dass bei längerem Betrieb Ablagerungen in den Zuleitungen und auch in der Mischvorrichtung, insbesondere der Düse selbst, entstehen. Insbesondere im Bereich der Mischvorrichtung, beispielsweise in Form einer Düse ist die Bildung derartiger Ablagerungen kritisch, da die Querschnitte der Kanäle klein sind und bereits geringe Ablagerungen aufgrund der kleinen Querschnitte die Einmischung der Chemikalie, beispielsweise in einen Prozessstrom, erheblich beeinflussen können.
Auch bei ungeplanten, plötzlichen Produktionsstillständen, bei denen die Chemikalien in den Zuführleitungen und der Mischvorrichtung, insbesondere der Düse, verbleiben, können Ablagerungen auftreten. Ablagerungen können nicht nur den Mischprozess, wie zuvor beschrieben, beeinflussen, sondern sich bei Aufnahme des Produktionsprozesses nach einem Maschinenstillstand ablösen. Sie führen dann beispielsweise zu Löchern in einer Papierbahn bzw. zu Ablagerungen auf Sieben, was wiederum zu einem aufwendigen Reinigungsstillstand der Maschine führt. Diese Probleme werden vor allem bei einer Zudosierung nach einem Sortieraggregat in einer Papiermaschine begünstigt, da ungelöste Chemikalien, insbesondere ungelöste Polymere, nicht aus der Faserstoffsuspension entfernt werden können.
Um zu verhindern, dass Ablagerungen während des laufenden Betriebes erfolgen, kann im Stand der Technik vorgesehen sein, die Leitungsquerschnitte der Zuleitungen und im Bereich der Mischvorrichtung so groß zu wählen, dass derartige Ablagerungen weitgehend vermieden werden. Dies hat dann allerdings zur Folge, dass, um derartigen Ablagerungen vorzubeugen, die Querschnitte der Zuleitungen bzw. Düsen der Mischvorrichtung so dimensioniert werden, dass keine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Wird hingegen der Querschnitt vermindert, so können die Folge Verstopfungen und somit Funktionsstörungen der Zumischvorrichtung, insbesondere der Düse, sein, die zu einem Produktionsstillstand führen und zum Ersatz der kompletten Düse oder Zuleitungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden.
Insbesondere soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung bzw. Mischung einer Chemikalie, vorzugsweise in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom zur Erzeugung einer Faser- oder Fliesstoffbahn, angegeben werden, wobei Stillstände durch Ablagerungen weitgehend vermieden werden. Des Weiteren soll weitgehend die Ablösung von Ablagerungen vermieden werden, die beispielsweise bei einer erneuten Aufnahme des Produktionsprozesses zu Löchern in der Faserstoffbahn führen können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung ein Mischschritt vorgesehen ist sowie ein Reinigungsschritt, wobei in den Mischschritt eine flüssige Chemikalie dem Prozessstrom zugeführt wird und in dem Reinigungsschritt die Mischvorrichtung von dem Prozessstrom getrennt wird, derart, dass die Mischvorrichtung unabhängig vom Prozessstrom gereinigt werden kann. Dadurch, dass die Mischvorrichtung vom Prozessstrom getrennt wird, wird eine unabhängige Reinigungsmöglichkeit für die Mischvorrichtung geschaffen, so dass Ablagerungen in den Zuleitungen und auch in der Mischvorrichtung selbst bei einem Stillstand der Maschine ausgespült werden können. Hierdurch kommt es selbst bei kleinen Querschnitten der Zuleitungen bzw. der Düsen in der Mischvorrichtung nicht mehr zu Produktionsstillständen aufgrund von Ablagerungen, da durch rechtzeitiges Spülen der Maschine ein ungeplanter Stillstand vermieden werden kann.
Bei den zu dosierenden Chemikalien handelt es sich insbesondere um Polymere, beispielsweise Adhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem Prozessstrom zugegeben werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonid oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD (Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B. Kalziumkarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Zudosierung der Chemikalien nicht aus der Chemikaliendüse direkt in den Prozessstrom erfolgt, sondern wenn die flüssige Chemikalie mit wenigstens einer zweiten Flüssigkeit vermischt wird. Bei der zweiten Flüssigkeit kann es sich um Frischwasser handeln. Alternativ hierzu kann es sich bei der zweiten Flüssigkeit um eine Umlaufflüssigkeit handeln. Insbesondere bei einem Herstellprozess für eine Faserstoffbahn kann die Umlaufflüssigkeit Siebwasser, Klarfiltrat, Trübfiltrat oder eine andere geeignete nicht reine Flüssigkeit, die im Papierherstellprozess anfällt, sein. Bei dem Prozessstrom handelt es sich bevorzugt um eine zu einer Papiermaschine hinfließenden Faserstoffsuspension, mit der die zugeführte Chemikalie, insbesondere die Retentionschemikalie, reagieren soll.
Bevorzugt wird in der Mischvorrichtung die flüssige Chemikalie in einem ersten Flüssigkeitsstrom und die zweite Flüssigkeit in einem zweiten Flüssigkeitsstrom zur Verfügung gestellt. Die Mischvorrichtung, aus der der erste Flüssigkeitsstrom und der zweite Flüssigkeitsstrom abgeleitet wird, kann derart ausgestaltet sein, dass der erste Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen gleichzeitig und mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung austritt. Eine derartige Mischvorrichtung ist beispielsweise in der EP-A-1 319 344 und der EP-A-1 064 427 angegeben. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Mischvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der erste Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen vor dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung austritt oder der erste Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen nach dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung austritt.
Um eine Vermischung des zweiten Flüssigkeitsstroms, beispielsweise des Frischwasserstroms oder des Umlaufwasserstroms mit der zu dosierenden Chemikalie, die im ersten Flüssigkeitsstrom die Mischvorrichtung verlässt, zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der erste Flüssigkeitsstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom in einer Mischkammer vor Zuführung zum Prozessstrom vermischt wird.
Die Trennung der Mischvorrichtung von dem Prozessstrom, die zu einer unabhängigen Reinigung der Mischvorrichtung vom Prozessstrom führt, wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Mischvorrichtung von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, wobei die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung im Reinigungsschritt derart angeordnet ist, dass eine Reinigungskammer ausgebildet wird. In die Reinigungskammer kann Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Frischwasser, zugeführt werden, mit dem die Zuführleitungen und die Düsen in die erste und der zweite Flüssigkeitsstrom der Mischvorrichtung eingeführt werden, gespült wird. Durch das Spülen der Mischvorrichtung und der Zuführungen werden diese von Ablagerungen gereinigt und so ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der Zuführungen durch Ablagerungen weitgehend vermieden.
Weist die Ausführungsform der Erfindung eine Mischkammer auf, so ist es bevorzugt, wenn die Mischkammer gleichzeitig auch die Reinigungskammer darstellt. Kann die Mischvorrichtung direkt oberhalb des Prozessstromes z. B. in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet werden, so ist es vorteilhaft, wenn die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung zur Ausbildung der Reinigungskammer verschiebbar ausgebildet ist. Zur Reinigung der Mischvorrichtung wird die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung dann vom Prozessstrom weg verschoben, beispielsweise mittels manueller, pneumatischer, hydraulischer oder elektromotorischer Einrichtungen. Durch das Verschieben innerhalb der Aufnahmeeinrichtung weg vom Prozessstrom wird dann eine Reinigungskammer zur Verfügung gestellt.
Zur Führung der Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung kann eine Muffe vorgesehen sein. Bevorzugt kann in der Aufnahmeeinrichtung beispielsweise ein Schieber integriert sein, der manuell, pneumatisch, elektromotorisch oder hydraulisch in der Aufnahmeeinrichtung bewegt wird. Ist der Schieber über den vollständigen Querschnitt der Aufnahmeeinrichtung verbracht, so stellt der Schieber die Trenneinrichtung zur Abtrennung des Reinigungsraumes dar.
Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Aufnahmegehäuse und einen ersten Strömungskanal zur Zuführung der flüssigen Chemikalie zu dem Prozessstrom. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch ausgezeichnet, dass die Aufnahme, insbesondere das Aufnahmegehäuse, derart ausgebildet ist, dass eine Reinigungskammer wenigstens zur Reinigung eines ersten Strömungskanals zur Verfügung gestellt wird. Bevorzugt wird über den ersten Strömungskanal die flüssige Chemikalie dem Prozessstrom zugeführt. Durch das Zuverfügungstellen einer Reinigungskammer im Aufnahmegehäuse kann wenigstens der erste Strömungskanal, beispielsweise mittels Reinigungsflüssigkeit gespült und sich im ersten Strömungskanal gebildete Ablagerung aus diesem entfernt werden.
Die Mischvorrichtung umfasst bevorzugt neben dem ersten Strömungskanal wenigstens auch einen zweiten Strömungskanal zur Zuführung einer zweiten Flüssigkeit zu dem Prozessstrom. Auch der zweite Strömungskanal, durch den beispielsweise Frischwasser oder Wasser aus Umlaufprozessen in einer Papiermaschine zugeführt werden kann, mündet bevorzugt in die Reinigungskammer und kann von dem Prozessstrom getrennt werden. Auch eine Ausführung mit einem dritten Strömungskanal zur Führung einer dritten Flüssigkeit ist möglich. Um die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischvorrichtung bzw. in den Zuführungseinrichtungen so hoch wählen zu können, dass keine oder nur wenige Ablagerungen sich während des laufenden Betriebes bilden, werden entsprechend kleine Leitungsquerschnitte bei den Zuleitungen der fluiden Chemikalien gewählt, so dass Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 m/sec und besonders im Bereich von 0,1 bis 5 m/sec erreicht werden.
Um Anhaftungen an den Leitungswänden vorzubeugen, werden bei den kleinen Leitungsquerschnitten, die zu den hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen, Spülvorgänge durchgeführt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass keine Kugelhähne oder andere Absperrvorrichtungen zu den Zuleitungen vorgesehen sind. Damit wird die Möglichkeit der Bildung von Ablagerungen an den Kanten der engen Kontur der Kugelhähne bzw. Absperrvorrichtungen vorgebeugt. Außerdem wird die Fertigung vereinfacht, da derartige Bauteile aufwendig bearbeitet, insbesondere elektropoliert werden müssen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Mischvorrichtung derart ausgebildet ist, dass in einem Mischschritt der erste und der zweite Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen gleichzeitig aus dem ersten bzw. aus dem zweiten Strömungskanal austreten. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der erste Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen vor dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus dem ersten bzw. zweiten Strömungskanal austritt. Alternativ kann die Mischvorrichtung so beschaffen sein, dass der erste Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen nach dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus dem ersten bzw. zweiten Strömungskanal austritt.
Um beispielsweise die Mischvorrichtung sehr nahe an den Prozessstrom zu bringen und von diesem wegzubewegen, kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Aufnahme die Mischvorrichtung verschiebbar ausgebildet ist.
Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Erfindung auch ein Chemikalieneinspeissystem für den Einsatz in einer Papiermaschine zur Verfügung, wobei das Chemikalieneinspeissystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel zur Einspeisung der Chemikalien in den Prozessstrom eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung umfassen. In einer fortgebildeten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung über ein Rohr mit dem Siebwasserverbindungsmittel verbunden ist, um das Siebwasser als zweite Flüssigkeit zu verwenden.
Die Erfindung soll nachfolgend ohne Beschränkung hierauf beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben werden:
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Dosierdüse in einer ersten Ausgestaltung mit einer Aufnahme;
2 eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Dosierdüse mit einer Aufnahme;
3 eine erfindungsgemäße Dosierdüse mit integriertem Absperrschieber, wobei die Dosierdüse bzw. Mischvorrichtung in Mischstellung ist;
4 Ausführungsform gemäß 3 in Reinigungsstellung;
5–6 Mischvorrichtung in Reinigungsstellung mit geschlossenem Absperrschieber;
7a–7l Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung mit separatem Mischraum;
8a–8b konstruktive Ausgestaltung einer Dosierdüse bzw. Mischvorrichtung mit Zuführungen und Verstelleinrichtungen;
9a–9b Flussdiagramm zur Chemikaliendosierung (9a) und Reinigungsbetrieb (9b).
In 1 ist eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung 10 gezeigt, umfassend einen ersten Strömungskanal 12, in dem beispielsweise die zuzuführende Chemikalie eingeleitet werden kann sowie einen zweiten Strömungskanal 14, der den ersten Strömungskanal annular umgibt und in dem eine zweite Flüssigkeit, beispielsweise Frischwasser, geführt werden kann. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen dritten Strömungskanal. Dieser dritte Strömungskanal ist optional und keinesfalls notwendig. Die Vorrichtung würde auch der Erfindung entsprechen, wenn wenigstens der erste Strömungskanal 12 und der zweite Strömungskanal 14 verwirklicht würden.
Der dritte Strömungskanal umgibt den zweiten Strömungskanal wiederum annular.
Die Mischvorrichtung 10 mit erstem, zweitem und drittem Strömungskanal wird in einer Aufnahmeeinrichtung 20 beispielsweise verschiebbar in axialer Richtung 22 geführt.
Die Mischvorrichtung 10 kann, muss aber nicht in der Aufnahmeeinrichtung axial verschieb- bzw. verstellbar angeordnet sein.
Die Durchmesser bzw. die Abmessungen der Leitungsquerschnitte d1, d2, d3 von erstem, zweitem und drittem Strömungskanal 12, 14, 16 sind so gewählt, dass hohe Strömungsgeschwindigkeiten der in den Strömungskanälen geleiteten Flüssigkeitsströme auftreten. Bevorzugt werden die Abmessungen bzw. Durchmesser derart gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich 0,1 bis 10 m/sec, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 5 m/sec liegen.
Durch eine Verengung der Abmessungen, beispielsweise beim Austritt im unteren Teil 24 des zweiten Strömungskanals 14 bzw. 26 des dritten Strömungskanals 16 kann die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Austritts aus der Mischvorrichtung erheblich gesteigert werden gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit im oberen Bereich 34 des zweiten Strömungskanals bzw. 36 des dritten Strömungskanals 16. Einen derartig konischen Zulauf kann auch für den ersten Strömungskanal 12 im Bereich des Austritts, d. h. im Bereich 22, vorgesehen sein. Neben der Öffnung 40, aus der beispielsweise die zu dosierende Chemikalie aus dem ersten Strömungskanal austreten kann, ist es möglich, den ersten Strömungskanal auch in der Seitenwand mit Bohrungen 42 zu versehen, aus denen die Chemikalie austritt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Grenze des Prozessstroms mit 100 bezeichnet. Die Fliesrichtung des Prozessstroms ist mit 110 angegeben.
Wie aus 1 hervorgeht, wird der Chemikalienstrom direkt in den Prozessstrom eingebracht, ebenso wird der durch den zweiten Strömungskanal geführte zweite Flüssigkeitsstrom bzw. der durch den dritten Flüssigkeitskanal geführte dritte Flüssigkeitsstrom direkt in den Prozessstrom eingeleitet.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform tritt der Chemikalienstrom, d. h. der erste Flüssigkeitsstrom, zeitlich vor dem zweiten Flüssigkeitsstrom in den Prozessstrom ein.
Dadurch, dass die Strömungskanäle für den zweiten und den dritten Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen auf gleicher Höhe enden, ist der Eintritt von zweitem und drittem Flüssigkeitsstrom in den Prozessstrom im Wesentlichen gleichzeitig. In jedem Fall wird die Zuführung der Flüssigkeitsströme aus der Mischvorrichtung 10 in den Prozessstrom im Wesentlichen quer zum Prozessstrom vorgenommen.
Die Zuführung des Chemikalienstroms über den ersten Strömungskanal und beispielsweise den von Frischwasser, den zweiten Strömungskanal, ist nicht zwingend, sondern lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können die Strömungskanäle auch unterschiedlich belegt sein.
2 stellt eine Variante der Ausführungsform gemäß 1 dar. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Unterschied der Ausführungsform gemäß 2 im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 1 ist in der Ausführung der Trennwand der zweiten Zuführleitung bzw. des zweiten Strömungskanales zu erkennen. Die zweite Zuführleitung weist einen oberen Abschnitt 34, einen konisch zulaufenden verengten Mittelabschnitt 24 sowie daran anschließend einen Endabschnitt 54, der sich nicht konisch verjüngt, aber so ausgestaltet ist, dass die Zuführung der zweiten Flüssigkeit in den Prozessstrom hinein erfolgt. Der Endabschnitt 54 kann in seiner Länge variiert werden, so dass eingestellt werden kann, ob der durch den zweiten Strömungskanal zugeführte zweite Flüssigkeitsstrom gleichzeitig, vor oder nach dem über den ersten Strömungskanal 12 zugeführten Chemikalienstrom bzw. ersten Flüssigkeitsstrom austritt.
Als Chemikalienstrom über den ersten Strömungskanal können als dosierende Chemikalien insbesondere Polymere, beispielsweise Adhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem Prozessstrom zugegeben werden, verwandt werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonid oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD (Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B. Kalziumkarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren.
In den 3 und 4 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung gezeigt, bei der wiederum eine Mischvorrichtung, wie in 1 dargestellt, eingesetzt wird. Gleiche Bauteile in den 3 und 4 sind wiederum mit denselben Bezugsziffern wie in 1 belegt. Bei der Ausgestaltung gemäß 3 und 4 handelt es sich um eine erfindungsgemäße Einrichtung, bei der die Mischvorrichtung 10 innerhalb eines Aufnahmegehäuses 20 bzw. einer Aufnahme in axialer Richtung 22 beweglich ausgestaltet ist.
Zusätzlich zu der in 1 dargestellten Ausgestaltung umfasst die Aufnahmeeinrichtung 20 einen Absperrschieber 200. Der Absperrschieber 200 ist in der Richtung 202 beweglich ausgestaltet. Die Mischvorrichtung 10 bzw. Dosierdüse wird in 3 durch den geöffneten Absperrschieber geführt. Auch bei der in 3 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Zusammenführung der durch den zweiten Strömungskanal 14 geleiteten zweiten Flüssigkeit bzw. den Mischstrom und dem durch den ersten Strömungskanal 12 geleiteten Chemikalienstrom in den Prozessstrom 100. Ein Teil der Düse sowie der erste Strömungskanal ragt in den Prozessstrom 100 hinein.
In 4 ist die Mischvorrichtung 10 innerhalb der Aufnahme bzw. des Aufnahmegehäuses in Richtung 22 aus dem Prozessstrom bei geöffnetem Schieber 200 aktiv, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch herausgezogen.
5 zeigt nun das Einbringen des Schiebers 200 über den gesamten Querschnitt der Aufnahmevorrichtung 20 bei einer Stellung der Mischvorrichtung 10 gemäß 4. Durch den geschlossenen Absperrschieber 200 wird die Mischvorrichtung 10 erfindungsgemäß von dem Prozessstrom getrennt. Zwischen der Mischvorrichtung 10 und dem Absperrschieber wird ein Reinigungsraum 300 ausgebildet.
In 6 ist dargestellt, wie bei abgetrenntem Reinigungsraum 300 die Mischvorrichtung bzw. Dosierdüse unabhängig vom Prozessstrom 100 gereinigt werden kann. Wie in 6 dargestellt, kann beispielsweise in den ersten Strömungskanal 12 anstatt eines Chemikalienstromes Frischwasser zugeführt werden. Selbstverständlich wäre die Zuführung auch über den zweiten Strömungskanal oder den dritten Strömungskanal möglich, ohne dass dies hier gezeigt ist.
In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit über den ersten Strömungskanal 12 Frischwasser zugeführt. Das Frischwasser prallt auf die Absperreinrichtung 200 und wird in die beiden anderen Strömungskanäle 14 und 16 geführt. Dabei werden Medien, die in diesen Strömungskanälen bzw. Zuführungen enthalten sind, durch das Frischwasser bzw. das fluide Reinigungsmedium verdrängt. Die Düsen und die Zuführungen, insbesondere die Mischvorrichtung, können durch einen derartigen Reinigungsschritt, wie in 6 dargestellt, von den darin befindlichen Chemikalien, insbesondere deren Ablagerungen, gereinigt werden. So wird ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der Zuführungen durch Ablagerungen bei Stillständen unabhängig vom Prozessstrom aktiv entgegengewirkt.
In den 7a bis 7l sind alternative Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, bei denen insbesondere die Mischvorrichtungen 10 unterschiedlich ausgebildet sind. Gleiche Bauteile wie in den vorangegangenen 1 bis 6 sind in den 7a bis 7l mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Allen Ausführungsbeispielen in den 7a bis 7l ist gemeinsam, dass, wenn die Mischvorrichtung 10 nicht verschiebbar, sondern fixiert in der eingezeichneten Stellung ausgebildet wird, neben den bei geschlossenem Absperrschieber (nicht dargestellt) ausgebildetem Reinigungsraum 300 in allen Fällen dieser Reinigungsraum 300 auch gleichzeitig Mischraum ist und die beispielsweise aus dem ersten Strömungskanal 12 zugeführte Chemikalie und die aus dem zweitem Strömungskanal 14 austretende zweite Flüssigkeit sich in oder vor diesen Mischraum, in jedem Fall aber vor Zuführung zum Prozessstrom 100 mischen. Bei der Ausführungsform gemäß den 7a bis 7b und 7e bis 7f wird zusätzlich zu dem Mischraum, der gleichzeitig Reinigungsraum 300 ist, ein Vormischraum 400 innerhalb der Mischvorrichtung 10 ausgebildet. Die beispielsweise in der Ausführungsform in den 7a und 7b durch den ersten Strömungskanal 12 zugeführte Chemikalie wird im Vormischraum 400 mit der zweiten durch den zweiten Strömungskanal 14 bzw. mit der dritten durch den dritten Strömungskanal zugeführten Flüssigkeit vorvermischt, bevor sie in den als Reinigungsraum fungierenden Mischraum 300 eintreten und schließlich zum Prozessstrom 100 geleitet werden. Wiederum ist, um eine Reinigung der Mischvorrichtung 10 zu ermöglichen, Absperrschieber 200 beweglich ausgebildet. Während bei der Ausführungsform gemäß der 7a und 7b die aus dem ersten Strömungskanal 12 austretende Flüssigkeit in den Vormischraum 400 eingeleitet werden, wird bei Ausführungsform gemäß den 7c bis 7d lediglich die aus dem zweiten Strömungskanal 14 austretende Flüssigkeit mit der aus dem dritten Strömungskanal 16 austretenden Flüssigkeit vorvermischt. Die Ausführungsform gemäß den 7e bis 7f zeichnet sich dadurch aus, dass die aus dem ersten Strömungskanal 12 austretende Chemikalie vor der zweiten Flüssigkeit austritt und insoweit ein Vor-Vor-Mischraum 500 ausgebildet wird, bei dem die Chemikalie sich mit der zweiten Flüssigkeit vermischt, bevor im Vormischraum 400 die Chemikalie mit der zweiten Flüssigkeit gemischt mit der aus dem dritten Strömungskanal 16 austretenden dritten Flüssigkeit vermischt wird.
In den 7g und 7h tritt die dritte Flüssigkeit aus dem dritten Strömungskanal 16 vor der zweiten und die zweite vor der Chemikalie aus dem ersten Strömungskanal 12 in den Mischraum 300 ein, der allerdings nicht mehr deckungsgleich mit dem Reinigungsraum 300 ist.
In den 7i und 7j wird ein zeitgleicher Eintritt der im ersten Strömungskanal 12 geführten Chemikalie und der zweiten Flüssigkeit in den Mischraum erreicht.
Bei den Ausführungsformen gemäß den 7k bis 7l tritt zunächst die im dritten Strömungskanal 16 eingeführte dritte Flüssigkeit vor der im zweiten Strömungskanal 14 geführten zweiten Flüssigkeit und der im ersten Strömungskanal 12 geführten Chemikalie in den Mischraum 300 ein.
In den 8a und 8b sind Ausgestaltungen der Mischvorrichtung gezeigt, die an eine Prozessstromleitung 500 angeschlossen ist. Die in 8a gezeigte Vorrichtung umfasst eine Aufnahme 20, eine innerhalb der Aufnahme 20 bewegbare Mischvorrichtung 10, die als Düse ausgebildet ist, wie beispielsweise in den 1 bis 7l gezeigt. Die Aufnahme 20 ist an eine Prozessstromleitung 500 angeschlossen, in der ein Prozessstrom geführt wird. Die Mischvorrichtung ist in Richtung 22 beweglich, beispielsweise mittels Zylinder 502. Die Mischvorrichtung 10 ist an drei Zuleitungen 512, 514, 516 angeschlossen, die jeweils in dem ersten Strömungskanal 12, in dem zweiten Strömungskanal 14 und in dem dritten Strömungskanal 16 der Mischvorrichtung enden. In der in 8a dargestellten Betriebsposition ist der Absperrschieber (nicht gezeigt) geöffnet und die Düsen bzw. Enden der Strömungskanäle der Mischvorrichtung ragen in den Prozessstrom hinein.
In 8b ist die Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 8a in der Reinigungsposition dargestellt, d. h. mit geschlossenem Absperrschieber 200. Gleiche Bauteile wie in 8a sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Durch den Absperrschieber 200 wird ein Reinigungsraum 300 ausgebildet und die Mischvorrichtung, insbesondere deren Düsen, von dem Prozessstrom in der Prozessstromleitung 500 getrennt.
Die 9a und 9b zeigen schematisch ein Leitungsdiagramm mit Zuleitungen für den Chemikalienstrom 1000, die zweite Flüssigkeit 1100 und die dritte Flüssigkeit 1300. Die zweite Flüssigkeit wird als Mischstrom bezeichnet, und die dritte Flüssigkeit als Injektionsstrom. Des Weiteren eingezeichnet sind die Leitungen 1400, 1410 des Reinigungsfluids, das lediglich bei geschlossenem Absperrschieber zum Einsatz gelangt. In die Leitung 1100 ist ein Regelventil 1010, in die Leitung 1000 ein Regelventil 1110 und in die Leitung 1300 ein Regelventil 1330 eingebracht. Das Reinigungsfluid kann über Leitung 1400 bzw. über Leitung 1410 der Chemikalienstromzuführleitung 1000 bzw. der Zuführleitung für die zweite Flüssigkeit 1100 zugeführt werden. Bei Einmischung der Chemikalie in den Prozessstrom sind diese Ventile, wie in 9a gezeigt, an der Stelle 2000.1 bzw. 2000.2 gesperrt.
Auch die Zudosierung von Reinigungsflüssigkeit in den dritten Flüssigkeitsstrom 1300 über Leitung 1410 ist vorgesehen, jedoch ist im Falle in 9a auch diese Leitung an der Stelle 2000.3 gesperrt.
Wird nunmehr der Reinigungsbetrieb gefahren, so wird, wie in 9b gezeigt, die Sperre an den Stellen 2000.1, 2000.2 sowie 2000.3 aufgehoben und stattdessen die Leitung 1100 an der Stelle 3000.2, Leitung 1000 an der Stelle 3000.1 und Leitung 1300 an der Stelle 3000.3 gesperrt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird neben der eigentlichen Dosierfunktion eine notwendige und effektive Reinigungsmöglichkeit zur Verfügung gestellt. Dadurch werden die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere ein Verstopfen der Düse, Ablagerungen in den Zuleitungen, Polymerklümpchen im Prozess und Störung bei der Papierherstellung vermieden. Bei Stillständen der Papiermaschine können die Chemikalien bzw. Prozessfluide vollständig aus dem gesamten Dosiersystem, den Zuleitungen und der Düse entfernt werden. Der Bildung von Ablagerungen in den Zuleitungen und der Düse kann mittels eines sehr effizienten Spülvorganges effektiv vorgebeugt werden. Des Weiteren ist es im Vergleich zum Stand der Technik möglich, kleinere Leitungsquerschnitte zu verwenden und damit die Strömungsgeschwindigkeiten, insbesondere der Chemikalien, entsprechend hoch einzustellen. Des Weiteren kann die Reinigung der Düse unabhängig vom laufenden Prozess erfolgen und Düse und Zuführungen können unabhängig vom Prozess gewartet und gegebenenfalls demontiert werden. Die Performance der Düse ändert sich auch während eines längeren permanenten Betriebes der Dosiereinrichtung nicht, insbesondere verschlechtert sich die Einmischung von Chemikalien im Prozessstrom über die Laufzeit nicht. Alles in allem wird die Prozesssicherheit durch die Reinigungsfunktion erhöht und aufgrund der Reduzierung der Stillstandszeiten können höhere Laufzeitwirkungsgrade erreicht werden.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung und der integrierten Reinigungsfunktion kann somit im Vergleich zum Stand der Technik eine Produktionssteigerung erreicht werden, des Weiteren ist es möglich, das Gesamtsystem mit der Dosier- und der Reinigungsfunktion vollständig in ein Prozessleitsystem zu integieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1219344 A [0003]
EP 1064427 A [0004, 0014]
WO 2005/32704 A [0005]
EP 1319344 A [0014]

Claims

Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung, umfassend einen Mischschritt und einen Reinigungsschritt, wobei in dem Mischschritt eine flüssige Chemikalie dem Prozessstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reinigungsschritt die Mischvorrichtung von dem Prozessstrom getrennt wird, derart, dass die Mischvorrichtung unabhängig vom Prozessstrom gereinigt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mischschritt die flüssige Chemikalie mit wenigstens einer zweiten Flüssigkeit vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der flüssigen Chemikalie in der Mischvorrichtung ein erster Flüssigkeitsstrom und aus der zweiten Flüssigkeit wenigstens ein zweiter Flüssigkeitsstrom gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mischschritt die Vermischung von erstem und zweitem Flüssigkeitsstrom auf eine der nachfolgenden Arten erfolgt: der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung aus; der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen vor dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung aus; der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen nach dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus der Mischvorrichtung aus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, wobei die Mischvorrichtung in der Aufnahme im Reinigungsschritt derart angeordnet ist, dass eine Reinigungskammer ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung zur Ausbildung der Reinigungskammer verschiebbar ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischschritt die flüssige Chemikalie mit wenigstens der zweiten Flüssigkeit in einer Mischkammer vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer und die Reinigungskammer im Wesentlichen übereinstimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reinigungsschritt die Mischvorrichtung mit einer Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt wird, bevorzugt derart, dass Medien, die in der Mischvorrichtung enthalten sind, durch die Reinigungsflüssigkeit verdrängt werden und dadurch die Mischvorrichtung von darin befindlichen Chemikalien gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass der erste und/oder zweite Flüssigkeitsstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich 0,1 bis 10 m/sec, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 5 m/sec aus der Mischvorrichtung austritt, derart, dass keine Ablagerungen an oder in der Mischvorrichtung ausgebildet werden.
Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom, umfassend wenigstens eine Aufnahme, insbesondere ein Aufnahmegehäuse in einem ersten Strömungskanal zur Zuführung der flüssigen Chemikalie zu dem Prozessstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme, insbesondere das Aufnahmegehäuse, derart ausgebildet ist, dass eine Reinigungskammer mit wenigstens zur Reinigung des ersten Strömungskanals zur Verfügung gestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmegehäuse eine Absperrvorrichtung, insbesondere einen Absperrschieber, umfasst, mit dem die Reinigungskammer in der Aufnahme, insbesondere dem Aufnahmegehäuse, ausgebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren einen zweiten Strömungskanal zur Zuführung einer zweiten Flüssigkeit zu dem Prozessstrom umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mischvorrichtung, umfassend den ersten und den zweiten Strömungskanal, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Strömungskanal einen derartigen Querschnitt aufweist, dass der aus dem ersten und/oder dem zweiten Strömungskanal austretende erste und/oder zweite Flüssigkeitsstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich 0,1 bis 10 m/sec, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 5 m/sec aus dem ersten und/oder dem zweiten Strömungskanal austreten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Mischschritt die Vermischung eines ersten und eines zweiten Flüssigkeitsstroms, die aus dem ersten und dem zweiten Strömungskanal austreten, auf eine der nachfolgenden Arten erfolgt: – der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen gleichzeitig mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskanal aus; – der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen vor dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskanal aus; – der erste Flüssigkeitsstrom tritt im Wesentlichen nach dem zweiten Flüssigkeitsstrom aus dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskanal aus.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung, umfassend den ersten und den zweiten Strömungskanal innerhalb der Aufnahme, insbesondere des Aufnahmegehäuses, verschiebbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmeeinrichtung ein Mischraum ausgebildet wird.
Chemikalieneinspeissystem für den Einsatz in einem Papiermaschinen-Zulaufsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einspeisung der Chemikalien in dem Prozessstrom eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18 umfasst.
Chemikalieneinspeissystem nach Anspruch 19, wobei die Vorrichtung über ein Rohr mit den Siebwasser-Rückgewinnungsmitteln verbunden ist, um das Siebwasser als die zweite Flüssigkeit zu verwenden.