DE102011007274A1

DE102011007274A1 - Verfahren und Düsenanordnung zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses

Info

Publication number: DE102011007274A1
Application number: DE102011007274A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jaschinski
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN103608517A; WO2012139921A1; CN103608517B; EP2697428A1; EP2697428B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung angegeben, bei dem eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Mischzone und einer im Bereich der Düsenaustrittsöffnung angeordneten Drosseleinrichtung verwendet wird, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die für eine variable Änderbarkeit der Strömungscharakteristik im Bereich der Düsenaustrittsöffnung gegen eine jeweilige andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik austauschbar ist, in einer jeweiligen Mischzone jeweils wenigstens zwei Medien miteinander vermischt werden und zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten der aus der Düsenaustrittsöffnung austretenden, in den Prozessstrom einzubringenden Mischströmung jeweils die Strömungscharakteristik der Drosseleinrichtung entsprechend geändert bzw. eine jeweilige Drosseleinrichtung durch eine Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik ausgetauscht wird. Überdies wird eine Düsenanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung. Sie betrifft ferner eine Düsenanordnung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
Die gestiegenen Kosten insbesondere für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien erfordern deren effizienten Einsatz. Insbesondere bei der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn kann der Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien, aber auch der Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung durch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom in erheblichem Umfang reduziert werden.
Die bisher bei der Dosierung von fluiden Chemikalien in einen Prozessstrom zur Erzeugung einer Papier- oder Vliesstoffbahn angewandten Prinzipien besitzen unter anderem den Nachteil, dass die Chemikalienkonzentration in der Düse nicht eingestellt werden kann und der Düse stattdessen eine auf eine bestimmte Konzentration eingestellte Chemikalie zugeführt werden muss.
Eine jeweilige Änderung der Chemikalienkonzentration in der betreffenden Zuführeinrichtung ist bisher lediglich über eine Änderung des Volumenstroms des Verdünnungsmediums möglich. Zudem kann bisher lediglich durch eine Änderung der Ausgangskonzentration der eingesetzten fluiden Chemikalie die Dosierkonzentration eingestellt werden. Auch im letzteren Fall führt eine Reduzierung der Chemikalienkonzentration bei gleicher Chemikaliendosiermenge jedoch zu einer Zunahme des Volumens und bei unveränderter Düsengeometrie zu einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit am Austritt der Düse. Eine Änderung der Chemikalienkonzentration besitzt nun aber unmittelbaren Einfluss auf die Wirkung der betreffenden Chemikalie. Bei einer betreffenden Änderung kann die Chemikalie nicht mehr mit der optimalen Dosierkonzentration in den Prozessstrom dosiert werden.
Ein Nachteil der bisher eingesetzten Dosierapparate besteht zudem darin, dass deren Geometrie und insbesondere die Geometrie deren Austrittsöffnung nicht verändert und die jeweils gewünschte Strömungsgeschwindigkeit nicht ohne Änderung der Chemikalienkonzentration erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Düsenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die zuvor genannten Nachteile zumindest im Wesentlichen beseitigt sind. Allgemein soll die Effizienz der Dosierung und Einmischung von Chemikalien bzw. Additiven in den Prozessstrom erhöht werden.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Mischzone und einer im Bereich der Düsenaustrittsöffnung angeordneten Drosseleinrichtung verwendet wird, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die für eine variable Änderbarkeit der Strömungscharakteristik im Bereich der Düsenaustrittsöffnung gegen eine jeweilige andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik austauschbar ist,
in einer jeweiligen Mischzone jeweils wenigstens zwei Medien miteinander vermischt werden und
zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten der aus der Düsenaustrittsöffnung austretenden, in den Prozessstrom einzubringenden Mischströmung jeweils die Strömungscharakteristik der Drosseleinrichtung entsprechend geändert bzw. eine jeweilige Drosseleinrichtung durch eine Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik ausgetauscht wird.
Indem die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Düsenaustritts über die Strömungscharakteristik einer Drosseleinrichtung variabel änderbar ist, kann diese Strömungsgeschwindigkeit insbesondere auch unabhängig von der Chemikalienkonzentration und bei konstanter Dosiermenge der Chemikalie eingestellt werden. Gleiches gilt für eventuell zugeführte Additive. Durch die Einstellung der optimalen Strömungsgeschwindigkeit, zum Beispiel eines in der Düsenanordnung verdünnten Retentionsmittels, kann beispielsweise die Flockungscharakteristik günstig beeinflusst werden.
Bevorzugt wird eine Düsenanordnung mit mehreren in Hauptströmungsrichtung betrachtet hintereinander angeordneten Mischzonen verwendet.
Der Düsenanordnung kann über eine jeweilige Düseneintrittsöffnung insbesondere wenigstens ein Injektionsstrom zugeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens einer Mischzone wenigstens ein insbesondere fluider Chemikalien- und/oder wenigstens ein Additivstrom zugeführt.
Denkbar ist insbesondere auch, dass wenigstens einer Mischzone wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird wenigstens einer Mischzone wenigstens ein Gasstrom zugeführt.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn in einer jeweiligen Mischzone die Durchmischung der betreffenden Medien fördernde Turbulenzen erzeugt werden. Bevorzugt werden die Turbulenzen in einer jeweiligen Mischzone zumindest teilweise durch eine Querschnittserweiterung des Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung erzeugt. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom in den Bereich maximaler Turbulenz der Mischzone eingebracht wird, wodurch eine optimale Durchmischung gewährleistet wird.
Gemäß einem weiterem Aspekt der Erfindung zeichnet sich das Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung, dadurch aus, dass wenigstens einer Zone, insbesondere Mischzone, der Düsenanordnung wenigstens ein Chemikalienstrom, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Reaktions- bzw. Misch- und Reaktionszone mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt wird.
Dabei kann das Fällungsprodukt in der jeweiligen Zone vorteilhafterweise einem der Düsenanordnung über eine Düseneintrittsöffnung zugeführten Injektionsstrom zugemischt werden.
In bestimmten Fällen ist jedoch auch von Vorteil, wenn die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, in der jeweiligen Zone mit wenigstens einem weiteren Reaktionspartner herbeigeführt wird, der in einem der Düsenanordnung über eine Düseneintrittsöffnung zugeführten Injektionsstrom, insbesondere Partialfluidstrom, enthalten ist.
Vorteilhafterweise wird auch beim vorliegenden Verfahren gemäß dem die Verwendung wenigstens einer Reaktions- bzw. Misch- und Reaktionszone betreffenden zweiten Aspekt der Erfindung wieder eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung verwendet, was jedoch nicht zwingend ist.
Eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignete erfindungsgemäße Düsenanordnung zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn zeichnet sich dadurch aus, dass die Düsenanordnung einen Grundabschnitt mit wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone besitzt, der zumindest zwei miteinander zu mischende bzw. chemisch miteinander reagierende Medien zuführbar sind, und vorzugsweise eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung angeordnete Drosseleinrichtung umfasst, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst die Düsenanordnung mehrere in Hauptströmungsrichtung betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenanordnung weist deren Hauptströmungsquerschnitt im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung auf.
Zweckmäßigerweise ist die Düsenaustrittsöffnung über die Drosseleinrichtung auch vollständig schließbar. Die Düsenanordnung kann damit beispielsweise zu Reinigungszwecken vollständig gegen den Prozessstrom abgesperrt werden.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Drosseleinrichtung ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Düsenanordnung wird die Effizienz der Dosierung und Einmischung von Chemikalien und/oder Additiven in den Prozessstrom deutlich erhöht. Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil insbesondere bei der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn einsetzbar.
Erfindungsgemäß kann in einer Zone der Düsenanordnung eines Einmischung eines Mediums mit einem anderen erfolgen, wobei in einer oder mehreren weiteren nachgeschalteten Zonen sich ein solcher Einmischvorgang wiederholen kann, bevor der erhaltene resultierende Mischstrom vorzugsweise durch eine einstellbare, vorteilhafterweise auch vollständig verschließbare Drosseleinrichtung in den Prozessstrom dosiert wird. Die optionale Drosseleinrichtung kann die Funktion eines Ventils umfassen, wodurch die Austrittsöffnung der Düsenanordnung und damit die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Austrittsöffnung veränderbar eingestellt bzw. gesteuert und/oder geregelt werden kann. Gemäß einer einfacheren Ausführungsform ist auch eine austauschbare Drosseleinrichtung denkbar. Dabei ist beispielsweise eine entsprechende Konstruktion des Gehäuses der Düsenanordnung vorgesehen, durch die eine jeweilige Drosseleinrichtung leicht gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer andern Strömungscharakteristik ausgetauscht werden kann.
Die Düsenanordnung kann beispielsweise als Mischdüse mit einer oder mehreren in Hauptströmungsrichtung zumindest im Wesentlichen nacheinander angeordneten Mischzonen ausgeführt sein. Dabei kann in einer Mischzone wenigstens eine fluide Chemikalie oder fluides Additiv z. B. einem Injektionsstrom zugegeben werden. Einer oder mehreren Mischzonen können beispielsweise auch zwei oder mehrere fluide Chemikalien oder Additive gleichzeitig zugegeben werden und beispielsweise mit dem Injektionsstrom, bei dem es sich beispielsweise auch um einen Partialstrom handeln kann, vermischt werden. Dieses Mischprinzip kann sich in einer oder mehreren nachfolgenden Mischzonen wiederholen.
Bei der zu dosierenden, vorzugsweise fluiden Chemikalie bzw. Additiv kann es sich zum Beispiel um ein Retentionsmittel handeln, zum Beispiel um Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidamin-Harze, PolyDADMAC, Polyvinylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO).
Überdies kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie auch um Mikropartikel bzw. Nanopartikel handeln, so zum Beispiel um Bentonit oder ein Silikat.
Ferner kann die zu dosierende Chemikalie Stärke, ein Biozid und/oder zum Beispiel einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller enthalten.
Zudem kann es sich bei der Chemikalie beispielsweise um Neutralleimungsmittel wie zum Beispiel Alkylketendimer (AKD) oder Alkenylbernsteinsäureanhydrid (ASA) handeln. Überdies können zum Beispiel auch mineralische Stoffe, wie zum Beispiel Calciumcarbonat und/oder Titandioxid, in Form einer ”Slurry”, dosiert werden.
Die Mischdüse kann insbesondere ein zylindrisches Gehäuse umfassen, in dem sich ein oder mehrere Mischzonen bildende Mischelemente befinden. Ein jeweiliges Mischelement kann beispielsweise einen zylindrischen Körper umfassen, dessen Außenumfangsfläche eine ringförmige Vertiefung aufweist, in der in radialer Richtung Bohrungen eingebracht sind, die in die zentrale, axiale Bohrung des Mischelements münden. Der Ringspalt eines jeweiligen Mischelements kann durch die Wand des Gehäuses hindurch mit einer oder mehreren Medienzuführungen verbunden sein. Die einzelnen Mischelemente können über Dichtungen gegeneinander und die Gehäusewand abgedichtet sein. Der Winkel zwischen der axialen Bohrung und den radialen Bohrungen beträgt zweckmäßigerweise jeweils 90°.
Der zylindrische Durchmesser der inneren Querschnittsfläche (axiale Bohrung) eines in Hauptströmungsrichtung betrachtet jeweils vorangehenden Mischelements ist bevorzugt kleiner als der zylindrische Durchmesser des inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnitts des jeweiligen darauffolgenden Mischelements. Eine solche Querschnittsvergrößerung oder Stufensprung kann auch im Bereich des in Hauptströmungsrichtung betrachtet vorderen Endes des ersten Mischelements vorgesehen sein. Die stufenartige Vergrößerung des rotationssymmetrischen Querschnitts des sich u. a. aus der Aufeinanderfolge der einzelnen Mischelemente ergebenden zylindrischen Strömungskanals führt zu folgendem Effekt.
Die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zylindrischen Bohrung bewirkt in der Strömung einen rücklaufenden Wirbel. Dabei kommt es vor allem in den Grenzschichten des Wirbels zu großen Schubspannungen, die Turbulenzen bewirken, mittels derer eine effiziente Vermischung der eingebrachten fluiden Chemikalie bzw. Additivs oder Gases in dem Mischelement erreicht wird. Das sich durch die Querschnittserweiterung ausbildende Scherfeld kann also für die Einmischung des bzw. der jeweiligen fluiden Medien genutzt werden. Dabei kann die Chemikalie bzw. das Additiv oder Gas insbesondere in die Zone der maximalen Turbulenz des jeweiligen Mischelements bzw. -zone eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Anordnung von für die Applikation des betreffenden Mediums vorgesehenen radialen Bohrungen erfolgen.
Es sind insbesondere solche Ausführungen der Düsenanordnung denkbar, bei denen der Injektionsstrom zunächst in dem inneren zylindrischen Querschnitt des in Hauptströmungsrichtung betrachtet ersten Mischelements geführt und dann über einen Stufensprung in dem einen entsprechend größeren inneren zylindrischen Querschnitt aufweisenden darauffolgenden Mischelement weitergeführt wird. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D₂ nach dem Stufensprung und dem Durchmesser D₁ vor dem Stufensprung (Stufensprungverhältnis = D₂/D₁) liegt vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen etwa 1,1 bis etwa 5,0, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,5.
Die Länge L₁ des in Hauptströmungsrichtung betrachtet ersten zylindrischen Mischelements ist vorteilhafterweise abhängig von der stufenartigen Erweiterung und beträgt zweckmäßigerweise das 10- bis 50-fache der Länge (D₂ – D₁)/2. In diesem Längenbereich ist die Turbulenz am größten. Bei einer längeren Ausführung der Mischzone nimmt sie wieder ab.
Die gewählte Länge eines jeweiligen Mischelements bzw. Mischzone kann auch von der Art der jeweiligen Chemikalie bzw. Additiv bzw. dem Aggregatzustand abhängig sein. Bevorzugt ist die Länge L₁ der sich in Hauptströmungsrichtung erstreckenden axialen zylindrischen Bohrung der ersten Mischzone gleich k × (D₂/D₁), wobei der konstante Faktor k von der in dem Mischelement zu dosierenden Chemikalie bzw. Additiv ist und insbesondere Werte annehmen kann, die in einem Bereich zwischen etwa 20 bis etwa 180 liegen. Bei der Dosierung von Gasen sind für den Faktor k größere Werte zulässig, um die Anzahl der maximal notwendigen radialen Bohrungen (Austrittsfläche) in der zylindrischen Wand des Mischelements einbringen zu können, wobei durch das Einbringen eines jeweiligen Gases selbst die Turbulenz in der Mischzone weiter gesteigert wird.
Umfasst die Drosseleinrichtung ein Ventil, beispielsweise ein Quetschventil, so kann dieses zweckmäßigerweise in einem separaten Gehäuse beispielsweise mittels einer Flanschverbindung mit dem die wenigstens eine Misch- und/oder Reaktionszone umfassenden Grundabschnitt lösbar verbunden sein. Das insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betriebene Ventil kann einen Elastomerschlauch bzw. eine Manschette aus einem Elastomer umfassen, der bzw. die zum Beispiel in einem gekapselten Ventilkörper bzw. Gehäuse unterhalb bzw. nach der letzten Mischzone angeordnet ist. Das Gehäuse der Düsenanordnung und zumindest das Gehäuse einer dem Quetschventil zugeordneten Druckkammer kann hinsichtlich den Anforderungen an den Druckbereich dimensioniert und insbesondere in zweischaliger Bauweise ausgeführt sein, um die Manschette dann zu verbauen. Das Druckkammergehäuse kann zudem als separates Bauteil ausgeführt und mit dem Gehäuse der Düsenanordnung auf übliche Art, beispielsweise mittels Verschraubung, Flanschverbindung usw., verbunden sein. So kann das Druckkammergehäuse beispielsweise beidseitig mit Flanschverbindungen ausgeführt sein.
Erhöht sich der Druck im Innenraum des Ventilkörpers gegenüber dem Druck im Inneren des Elastomerschlauches, so wird der Schlauch bzw. die Manschette zusammengedrückt und verändert den Durchfluss des Mediums durch den Schlauch bzw. die Manschette. Damit kann die Öffnung bzw. die Spaltweite der Manschette in Abhängigkeit vom Druck pneumatisch oder hydraulisch variabel eingestellt werden.
Die Druckbeaufschlagung des Ventilgehäuses kann zum Beispiel mit gefilterter oder ölfreier Druckluft oder Wasser erfolgen. Der flexible Elastomerschlauch bzw. Manschette kann zweckmäßigerweise auch vollständig geschlossen werden. Durch eine Differenzdruckzufuhr beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 30 bar, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 bis 3 bar über dem von der Elastomerqualität abhängigen Mediums-Betriebsdruck in das Quetschventilgehäuse kann das Quetschventil beispielsweise geschlossen werden. Hierbei entsteht zum Beispiel ein lippenförmiges Schließbild. Sobald sich der Druck im Innern des gekapselten Ventilkörpers verringert bzw. die Druckzufuhr unterbrochen und das Quetschventilgehäuse entlüftet wird, öffnet sich die Quetschventil-Manschette aufgrund deren Rückprallelastizität wieder vollständig auf den ursprünglichen Durchmesser. Aufgrund der Rückprallelastizität der Manschette und des Mediumdrucks ist nach dem Öffnen ein freier Querschnitt gewährleistet. Die Bewegung der Manschette beim Schließen und Öffnen verhindert, dass sich an der Manschettenwand Ablagerungen anlagern. Festkörper im zu dosierenden Medium werden beim Schließen der Manschette eingeschlossen, sodass die Dichtigkeit des Ventils sichergestellt bleibt. Dadurch kann ein sehr wartungsarmer und insbesondere bei der Dosierung von fluiden Medien dichter Betrieb gewährleistet werden.
Zudem ist eine automatisierte Beaufschlagung eines solchen Quetschventils denkbar, wobei zum Beispiel ein Druckschalter zwischen dem Quetschventil und einem Pilotventil vorgesehen sein kann, mit dem der Öffnungsdruck und Schließdruck der Manschette abgefragt werden kann. Um eine möglichst kurze Öffnungszeit sicherzustellen, kann ein Schnellentlüftungsventil direkt am beispielsweise Luftanschluss des Gehäuses des Quetschventils angeschlossen sein.
Die Einstellung der Spaltweite der Düse kann aber auch auf anderem Wege erfolgen. So kann der in der Manschette gebildete Spalt beispielsweise mechanisch mittels einer oder mehrerer Stellelemente verformt bzw. auch völlig verschlossen werden. Dabei können diese Stellelemente beispielsweise mittels manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebener Verstelleinrichtungen eingestellt werden. Es können alle üblicherweise bei Quetschventilen vorgesehenen Methoden zur Verformung der Quetschmanschette angewendet werden.
Die Verwendung eines Quetschventils bringt neben der Möglichkeit einer vollständigen Absperrfunktion, womit die Düse vom übrigen Prozessstrom vollständig getrennt werden kann, insbesondere auch den Vorteil einer von der Fläche der Öffnung der Quetschmanschette abhängigen Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung mit sich. Damit kann die Strömungsgeschwindigkeit aus der Düsenanordnung in den Prozessstrom hinein variabel eingestellt werden. Von besonderem Vorteil ist, dass das optimale Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Prozessstrom und Dosierstrom mittels der verstellbaren Austrittsöffnung variabel eingestellt und appliziert werden kann.
Die Manschette kann insbesondere aus verschiedenen Elastomeren hergestellt und an die Medieneigenschaften wie zum Beispiel Druck, Temperatur, aber auch andere Umgebungskriterien angepasst sein. In Abhängigkeit von den Medieneigenschaften und dem Druckbereich kann die Manschette dabei beispielsweise zumindest teilweise aus Naturgummi, Neopren, EPDM, Viton, Silikon, Nitril, Butyl, Hypalon usw. ausgeführt sein. Zudem können die verwendeten Manschettenmaterialen mit Teflon oder anderen Beschichtungsmaterialien beschichtet sein. Bevorzugt sind die verwendeten, insbesondere aus einem Elastomer bestehenden Manschetten mit einem Innengewebe ausgeführt, das vorzugsweise Kunststofffasern, zum Beispiel Nylon, enthält.
Die Innenkontur der insbesondere aus einem Elastomer bestehenden Manschette kann verschieden ausgeführt sein, wobei sie beispielsweise zylindrisch oder konisch sein kann. Vorteilhafterweise ist die Innenkontur der Manschette so gestaltet, dass reproduzierbar eine variable Einstellung einer Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsbereich der Düsenanordnung von beispielsweise bis zu 30 m/s erreicht werden kann. Die Außenkontur der Manschette kann insbesondere so gewählt werden, dass eine reproduzierbare Drossel erhalten wird.
Eine vorteilhafte Ausführung besteht des Weiteren darin, dass in der Mischzone wenigstens zwei Ströme konzentrisch zusammengführt und bei der Ausströmung in der Mischzone miteinander vermischt werden, wobei die Austrittsöffnung aus der Mischkammer von einer Drossel der beschriebenen Art verengt, bzw. verschlossen werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Düsenanordnung sind nicht auf die Dosierung von flüssigen Chemikalien bzw. Additiven beschränkt. Es sind vielmehr auch solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungen denkbar, bei denen in der Düsenanordnung neben z. B. flüssigen Chemikalien auch ein Gas wie z. B. CO₂, und z. B. Kalkhydrat, beispielsweise als Suspension (Kalkmilch, Aufschlämmung von Calciumhydroxid in Wasser) oder als Kalkwasser, zur Reaktion gebracht werden.
Die Löslichkeit von Kalkhydrat (Ca(OH)₂) in Wasser beträgt nur 1,7 g/bei 20°C, wobei sich die Löslichkeit mit zunehmender Temperatur verringert. Bevorzugt wird deshalb eine Kalkmilchsuspension eingesetzt, die eine wesentlich höhere Konzentration in einem Bereich von beispielsweise etwa 30 bis etwa 150 g/l an Ca(OH)₂ aufweist. Es ist jedoch beispielsweise auch der Einsatz einer hochreinen wässrigen Lösung aus Kalkhydrat denkbar, das in einem durch die Misch- und Reaktionsdüsenanordnung bereitgestellten Mischraum bzw. Mischzone mit CO₂ zur Reaktion gebracht wird.
In der Düsenanordnung kann beispielsweise auch kohlensaures Wasser in Reaktion mit einer Aufschlämmung von Kalk (Kalkmilch) oder einer wässrigen Lösung von Kalkhydrat gebracht werden.
Bei der Herstellung von Kalkmilch aus Kalkhydrat (Ca(OH)₂) kann die Suspension sofort auf die Gebrauchskonzentration eingestellt werden. Die Gebrauchskonzentration kann jedoch beispielsweise auch direkt in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung vor dem Kontakt mit dem CO₂ durch Einmischen eines weiteren Verdünnungsfluids in einer vorgeschalteten Mischzone eingestellt werden.
Bei der Verwendung von Kalkmilch kann es von Vorteil sein, wenn in der betreffenden Zuführung zur Düsenanordnung ein Filter vorgeschaltet ist, durch das unlösliche Bestandteile zurückgehalten werden, um eine Verstopfung des Dosiersystems auszuschließen. Bei einer Dosierung von Kalkwasser kann auf Filter verzichtet werden. Bei einer Verwendung von Kalkmilch sollte die Strömungsgeschwindigkeit insbesondere 1,0 m/s nicht unterschreiten und vorzugsweise größer als 1,5 m/s sein. Vor allem bei Leitungslängen der Zuführung zur Düsenanordnung, die größer als etwa 20 m sind, ist die Dosierung der Kalkmilch aus einem Ringleitungssystem von Vorteil, um Ablagerungen im Leitungssystem auszuschließen.
Bei einer Verwendung von Kalkhydrat-Suspension (Kalkmilch) werden besondere Anforderungen an die Kornverteilung und die Korngröße gestellt, da diese Parameter wesentlich die Reaktionsfähigkeit der Kalkmilch beeinflussen. Die Korngrößenverteilung sollte vorteilhafterweise möglichst homogen sein, um die bei der Reaktion mit Kohlendioxid erreichte Ausfällung an Calciumcarbonat effizient ablaufen zu lassen. Bevorzugt sollte ein Kalkhydrat (Ca(OH)₂) eingesetzt werden, dessen homogenes Kornspektrum aus vielen kleinen Partikeln besteht, da die Reaktionsgeschwindigkeit im Wesentlichen von der Partikelgröße beeinflusst wird.
Besonders vorteilhaft sind solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen, des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Düsenanordnung, bei denen es in der Düsenanordnung zu einer Fällungsreaktion kommt, zum Beispiel durch die Reaktion von Kalkmilch mit Kohlendioxid. Dabei kann das auf diese Weise erzeugte gefällte Calciumcarbonat vorteilhafterweise mittels eines weiteren Fluidstroms, insbesondere des Injektionsstroms, und/oder der wässrigen Phase der Kalkmilch in den Prozessstrom dosiert werden. Mittels der Düsenanordnung kann gleichzeitig die Fällungsreaktion und die Dosierung in den Prozessstrom erfolgen. Zudem können gleichzeitig, mittels ein und derselben Düsenanordnung, insbesondere auch weitere fluide Chemikalien bzw. Additive in den Prozess dosiert werden.
Von besonderem Vorteil ist, wenn in der Düsenanordnung eine insbesondere T-förmige Zusammenführung der jeweiligen Reaktionspartner erfolgt und damit wenigstens eine Mischzone ausgebildet wird, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Beispielsweise bei der Applikation von CO₂ kann eine entsprechende Zusammenführung in einer Reaktions- und Mischzone durch eine Vielzahl von insbesondere radialen Bohrungen vorzugsweise kleinen Durchmessers verwirklicht werden.
Von besonderem Vorteil ist, dass zumindest eine primäre Fällungsreaktion des Calciumcarbonats außerhalb des Prozessstroms bzw. des konstanten Teils der Papiermaschine in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung erfolgt, sodass durch die Wahl des Injektionsmediums der Prozess der Fällungsreaktion beeinflusst werden kann.
Verwendet man als Injektionsmedium beispielsweise Prozesswasser ohne Faserbestandteile, zum Beispiel gefiltertes Flotat oder Filtrate bzw. Frischwasser, so wird aufgrund der Fällungsreaktion in der Düsenanordnung Calciumcarbonat bereitgestellt und dieses in den Prozessstrom dosiert. Verwendet man als Injektionsmedium die Faserstoffsuspension selbst, also beispielsweise einen Partialfluidstrom als Injektionsstrom, so erfolgt die Fällungsreaktion auf den im Partialfluidstrom enthaltenen Faserstoff bereits in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung.
Mittels der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung können insbesondere verschiedene Applikationsformen des Calciumcarbonats bereitgestellt werden:

1) Dosierung eines in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung auf die Fasern des Partialfluidstroms gefällten Calciumcarbonats bei der Verwendung eines Teilstoffstroms der Faserstoffsuspension als Injektionsstrom,
2) Dosierung eines gefällten Calciumcarbonats mittels der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung bei Verwendung eines faserstofffreien Injektionsstroms, zum Beispiel Filtrat, gefiltertes Flotat oder Frischwasser,
3) Verwendung der Kalkmilch-Suspension selbst als Injektionsstrom ohne weiteres Fluid und gleichzeitige Reaktion der Kalkmilch mit dem CO₂ in einer jeweiligen Misch- und Reaktionszone der Düsenanordnung insbesondere unmittelbar vor der Dosierung.

Es sind insbesondere auch solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Düsenanordnung denkbar, bei denen zum Beispiel der pH-Wert oder andere Parameter wie zum Beispiel die Temperatur des Injektionsfluids hinsichtlich des Erreichens optimaler Fällungsbedingungen in einer der Fällungsreaktion vorgeschalteten Mischzone ein und derselben Düsenanordnung eingestellt werden.
Wie bereits erwähnt, kann beispielsweise eine Reaktion von Kohlendioxid und Kalkmilch bereits in der Düsenanordnung, das heißt außerhalb des Prozessstroms erfolgen. Erfolgt die Reaktion beispielsweise in einem der Düsenanordnung zugeführten Partialstrom der Faserstoffsuspension, so wird das Calciumcarbonat bereits in der Düsenanordnung auf die Fasern der Suspension des Partialstroms ausgefällt (insbesondere Primärreaktion) und dann in den Prozessstrom dosiert. Die Reaktion der Kalkmilch und des Kohlendioxids in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung kann dabei durch die Änderung der Einmischbedingungen wesentlich selektiver erfolgen, als dies im Prozessstrom selbst möglich ist. So kann zum Beispiel die Blasengröße und die Anzahl der Gasblasen des Kohlendioxids mittels der Bohrungsdurchmesser und der Anzahl der Bohrungen in die Mischzone eingestellt werden.
Während der Primärreaktion in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung nicht umgesetzte Kalkmilch bzw. nicht in Reaktion gebrachtes CO₂ können während einer Sekundärreaktion im Prozessstrom vollständig miteinander reagieren. Durch die bevorzugte Geometrie der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung kann die notwendige Reaktionszeit erheblich reduziert werden, sodass die eigentliche primäre Umsetzung bzw. Primärreaktion bereits in weniger als beispielsweise 3 Sekunden, vorzugsweise weniger als 1 Sekunde abgeschlossen ist.
Die Fällungsreaktion kann beispielsweise über die Größe der Gasblasen gesteuert und/oder geregelt werden, wodurch die Effizienz weiter gesteigert wird.
Insbesondere auch durch die Zerlegung der Reaktion in einen mehrstufigen Reaktionsprozess (z. B. Primär- und Sekundärreaktion) kann die Effizienz der Umsetzung von Kalkmilch und CO₂ erheblich gesteigert werden. Zudem kann die Homogenität des gefällten Calciumcarbonats durch die Geometrie einer jeweiligen Mischzone der Düsenanordnung und der Mischungsparameter variabel eingestellt werden. Damit kann die Kristallstruktur des gefällten Calciumcarbonats hinsichtlich der geforderten Papiereigenschaften, zum Beispiel hinsichtlich der Opazität und der Lichtstreuung und des Bulks etc., beeinflusst werden.
Mittels des zuvor erwähnten mehrstufigen Verfahrens wird zudem eine gleichmäßigere Verteilung des gefällten Calciumcarbonats auf dem Faserstoff erreicht, womit die optischen Qualitätseigenschaften und die Retention des so eingebrachten Calciumcarbonats erheblich verbessert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines beispielsweise mehrere Misch- und/oder Reaktionszonen umfassenden Grundabschnitts einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung,
2 bis 5 eine schematische Darstellung unterschiedlicher, rein beispielhafter Profilformen eines Quetschschlauches,
6 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung mit einer ein pneumatisch oder hydraulisch einstellbares Quetschventil umfassenden Drosseleinrichtung,
7 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung mit einer ein mechanisch einstellbares Quetschventil umfassenden Drosseleinrichtung, wobei das Quetschventil in geöffnetem Zustand wiedergegeben ist, und
8 die Düsenanordnung gemäß 7, wobei das Quetschventil im vorliegenden Fall jedoch in vollständig geschlossenem Zustand wiedergegeben ist.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen mehrere Misch- und/oder Reaktionszonen 10 ₁, 10 ₂ umfassenden Grundabschnitt 12 einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung 14 zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom 16 (vgl. auch 6 bis 8) eines Herstellungsprozesses, bei dem es sich insbesondere um einen Prozess zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn handeln kann. Dabei werden einer jeweiligen Misch- und/oder Reaktionszone 10 ₁, 10 ₂ zumindest zwei miteinander zu mischende und/oder chemisch miteinander reagierende Medien 28, 54 zuführbar.
Wie sich insbesondere aus den 6 bis 8 ergibt, kann die Düsenanordnung 14 eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 angeordnete Drosseleinrichtung 20 umfassen.
Im vorliegenden Fall umfasst die Düsenanordnung 14 beispielsweise zwei in Hauptströmungsrichtung 22 betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen 10 ₁, 10 ₂.
Wie anhand der 1 zu erkennen ist, kann der Hauptströmungsquerschnitt der Düsenanordnung 14 im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone 10, eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung 24 aufweisen. Im vorliegenden Fall liegt eine solche Querschnittserweiterung in Hauptströmungsrichtung 22 betrachtet sowohl im Bereich des vorderen Endes der ersten Misch- und/oder Reaktionszone 10 ₁ als auch im Bereich des vorderen Endes der zweiten Misch- und/oder Reaktionszone 10 ₂ auf.
Wie am besten wieder anhand der 6 bis 8 zu erkennen ist, kann der Düsenanordnung 14 über eine Düseneintrittsöffnung 26 ein Injektionsstrom 28 zugeführt werden.
Die Düsenanordnung 14 kann insbesondere wenigstens eine Misch- und/oder Reaktionszone 10 _i umfassen, der wenigstens ein fluider Chemikalien- bzw. Additivstrom 50 zugeführt wird. Es ist insbesondere auch möglich, dass wenigstens einer Mischzone 10 _i wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom 48 zugeführt wird. Dabei sind insbesondere auch solche Ausführungen der Düsenanordnung 14 denkbar, bei der wenigstens einer Mischzone 10 _i wenigstens ein Gasstrom zugeführt wird.
Werden, wie in 1 dargestellt, in einer jeweiligen Zone 10 _i Turbulenzen erzeugt, beispielsweise durch eine Querschnittserweiterung 24 des Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung 14, so kann beispielsweise ein jeweiliger Chemikalien- bzw. Additivstrom 50, Gasstrom und/oder Verdünnungsfluidstrom 48 zweckmäßigerweise in den Bereich maximaler Turbulenz der Zone 10 _i eingebracht werden.
Vorteilhafterweise sind insbesondere auch solche Ausgestaltungen denkbar, bei denen wenigstens einer Zone 10 _i der Düsenanordnung 14 wenigstens ein Chemikalienstrom 50, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Zone 10 _i mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt wird. Dabei kann das Fällungsprodukt in der jeweiligen Misch- bzw. Reaktionszone 10 _i beispielsweise dem der Düsenanordnung 14 über die Düseneintrittsöffnung 26 zugeführten Injektionsstrom 28 zugemischt werden. Die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion in der jeweiligen Zone 10 _i kann jedoch beispielsweise auch mit wenigstens einem weiteren Reaktionspartner herbeigeführt werden, der in einem der Düsenanordnung 14 über die Düseneintrittsöffnung 26 zugeführten Injektionsstrom 28, insbesondere Partialfluidstrom, enthalten ist.
Die Düsenanordnung 14 kann ein zylindrisches Gehäuse 30 umfassen, in dem sich ein oder mehrere, die Zonen 10 _i bildenden Mischelemente befinden, die jeweils einen zylindrischen Körper 32 umfassen, dessen Außenumfangsfläche mit einer ringförmigen Vertiefung 34 versehen ist, in der in radialer Richtung Bohrungen 36 eingebracht sind, die in die sich in Hauptströmungsrichtung 22 erstreckende zentrale axiale Bohrung 38 des Mischelements münden. Die ringförmige Vertiefung 34 des jeweiligen Mischelements ist durch die Wand des Gehäuses 30 hindurch mit wenigstens einer Medienzuführung verbunden. Die einzelnen Mischelemente sind mittels Dichtungen 40 gegeneinander und die Gehäusewand abgedichtet. Der Winkel zwischen der axialen Bohrung 38 und den radialen Bohrungen 36 beträgt vorzugsweise 90°.
Wie insbesondere anhand der 1 zu erkennen ist, ist der zylindrische Durchmesser D₃ der inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnittsfläche (axiale Bohrung) 38 des die erste Mischzone 10 ₁ bildenden Mischelements kleiner als der zylindrische Durchmesser D₃ der inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnittsfläche des darauffolgenden, die zweite Mischzone 10 ₂ bildenden Mischelements. Die stufenartige Vergrößerung des rotationssymmetrischen Querschnitts des sich aus der Aufeinanderfolge der einzelnen Mischelemente ergebenden zylindrischen Strömungskanals bzw. axialen zylindrischen Bohrung 38 führt zu folgendem Effekt:
Die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zylindrischen Bohrung 38 bewirkt in der Strömung einen rücklaufenden Wirbel 42 (siehe 1). Vor allem in den Grenzschichten dieses Wirbels 42 kommt es zu großen Schubspannungen, die Turbulenzen bewirken, mittels derer eine effiziente Vermischung der eingebrachten Medien in dem Mischelement erreicht wird. Das sich durch die Querschnittserweiterung 24 ausbildende Scherfeld wird hier für die Einmischung des betreffenden Mediums, insbesondere fluiden Chemikalie, bzw. Gases, genutzt. Die Dosierung des betreffenden Fluidstroms bzw. die Anordnung der Bohrungen 36 für die Applikation des bzw. der betreffenden Medien erfolgt dabei bevorzugt in den Bereich der maximalen Turbulenz des entsprechenden Mischelements.
Der Injektionsstrom 28 wird zunächst in dem zylindrischen Innenquerschnitt des die erste Mischzone 10 ₁ bildenden Mischelements geführt und dann in einem Stufensprung in dem die zweite Mischzone 10 ₂ bildenden zweiten Mischelement weitergeführt. Der Injektionsstrom 28 kann über einen ersten Teilabschnitt 44 des Grundabschnitts 12 in die erste Mischzone 10 ₁ geführt werden. Der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts des Teilabschnitts 44 ist mit D₁, der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts der ersten Mischzone 10 ₁ mit D₂ und der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts der zweiten Mischzone 10 ₂ mit D₃ bezeichnet. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D₂ und dem Durchmesser D₁, das heißt das Stufensprungverhältnis D₂/D₁, wobei D₂ der Durchmesser nach dem Stufensprung und D₁ der Durchmesser vor dem Stufensprung ist, liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 5,0, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,5.
Die Länge L₁ der ersten zylindrischen Mischzone 10 ₁ ist abhängig von der stufenartigen Erweiterung und liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von dem 10- bis 50-fachen der Länge (D₂ – D₁)/2. In diesem Längenbereich ist die Turbulenz am größten. Bei einer längeren Ausführung der Mischzone nimmt die Turbulenz wieder ab.
Hinsichtlich der Auslegung der Länge des Mischelements ist diese auch von dem Chemikalientyp bzw. dem Aggregatzustand abhängig. Die Länge L₁ des ersten zylindrischen Mischelements ist vorteilhafterweise gleich k × (D₂/D₁). Hierbei ist der konstante Faktor k abhängig von der in dem Mischelement zu dosierenden Chemikalie bzw. Additiv und kann vorteilhafterweise Werte in einem Bereich zwischen etwa 20 und etwa 180 annehmen.
Bei der Dosierung von Gasen sind für k größere Werte zulässig, um die Anzahl der maximal notwendigen allgemein radialen Bohrungen (Austrittsfläche) in der zylindrischen Wand des Mischelements einbringen zu können, wobei durch das Einbringen des Gases selbst die Turbulenz in der Mischzone weiter gesteigert wird.
Wie eingangs näher beschrieben, kann eine jeweilige Zone 10 _i auch als Reaktions- oder Misch- und Reaktionszone vorgesehen sein, in der zumindest zwei Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion bewirken.
Dabei ist insbesondere eine T-förmige Zusammenführung wenigstens zweier Medien und insbesondere von jeweiligen Reaktionspartnern in der Düsenanordnung 14 von Vorteil, um damit wenigstens eine Mischzone auszubilden, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Beispielsweise bei einer Applikation von CO₂ kann für eine entsprechende Zusammenführung in der Reaktions-Mischzone beispielsweise eine Vielzahl von allgemein radialen Bohrungen vorzugsweise kleinen Durchmessers vorgesehen sein.
Wie insbesondere wieder anhand der 6 bis 8 zu erkennen ist, kann die Düsenanordnung 14 auch eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 angeordnete Drosseleinrichtung 20 umfassen, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt 12 verbunden ist. Dabei kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise mit dem Gehäuse 30 der Düsenanordnung 14 lösbar verbunden sein.
Die Düsenaustrittsöffnung 18 kann über die Drosseleinrichtung 20 zweckmäßigerweise auch vollständig schließbar sein, sodass die Düsenanordnung 14 vollständig vom Prozessstrom 16 getrennt werden kann.
Wie insbesondere anhand der 2 bis 8 zu erkennen ist, kann die Drosseleinrichtung 20 ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfassen. Hierbei zeigen die 2 bis 5 beispielhaft in schematischer Darstellung unterschiedliche vorteilhafte Profilformen eines geeigneten Quetschschlauches 46.
So kann der Quetschschlauch 46 gemäß 2 beispielsweise ein Riefenprofil aufweisen.
Bei dem in 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel besitzt der Quetschschlauch 46 in Bezug auf den Innenquerschnitt eine Profilform nach Art eines Doppelkonus.
Gemäß 4 kann der Quetschschlauch 46 beispielsweise auch ein durchgehendes zylindrisches Innenprofil aufweisen.
5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, gemäß der der Quetschschlauch 46 ein Innenprofil in Form eines Einfachkonus besitzt.
Mittels des Quetschventils der Drosseleinrichtung 20, das im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 und insbesondere zwischen dieser und dem zumindest eine Misch- und/oder Reaktionszone 10 _i umfassenden Grundabschnitt 12 angeordnet sein kann (vgl. die 6 bis 8), kann die Misch- und/oder Reaktionsdüsenanordnung 14 zweckmäßigerweise vollständig gegen den Prozessstrom 16 abgesperrt werden. Das Quetschventil, das zumindest teilweise aus einer verformbaren Manschette bestehen kann, kann dabei in jeder beliebigen Position zwischen vollständig geöffnet und verschlossen eingestellt werden. Die Ausströmungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 kann mittels des variabel veränderbaren Querschnitts im Bereich des Düsenaustritts bzw. über eine entsprechende Änderung der Querschnittsfläche der Manschette variabel eingestellt werden. Damit kann die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 unabhängig von der Chemikalien- bzw. Additivkonzentration und auch bei konstanter Dosiermenge der Chemikalie bzw. Additivs eingestellt werden. Durch die Einstellung der optimalen Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise eines in der Misch- und/oder Reaktionsdüse verdünnten Retentionsmittels im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 kann z. B. die Flockungscharakteristik günstig beeinflusst werden.
Wie anhand der 6 zu erkennen ist, kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise ein pneumatisch oder hydraulisch einstellbares Quetschventil mit einem Quetschschlauch bzw. -manschette 46 und einem zugeordneten Druckgehäuse 48 umfassen.
Wie eingangs bereits erwähnt, kann der Düsenanordnung 14 über eine Düseneintrittsöffnung 26 ein Injektionsstrom 28 zugeführt werden, bei dem es sich beispielsweise um einen Partialfluidstrom handeln kann. Der ersten Mischzone 10 ₁ wird beispielsweise ein Verdünnungsfluidstrom als Mischstrom 48 zugeführt. Der zweiten Mischstufe 10 ₂ kann beispielsweise ein Chemikalien- oder Additivstrom 50 zugeführt werden. Grundsätzlich können jedoch auch nur eine oder mehr als zwei Zonen vorgesehen sein, wobei, wie eingangs bereits erwähnt, es sich bei diesen Zonen jeweils um Misch- und/oder Reaktionszonen handeln kann. Wie eingangs ebenfalls bereits erwähnt, kann einer jeweiligen Misch- und/oder Reaktionszone 10 _i beispielsweise wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt werden.
Wie der 7 entnommen werden kann, kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise eine mechanisch einstellbare Quetschmanschette oder -mantel 46 umfassen. Die Quetschmanschette 46 ist hier beispielsweise über ein mechanisches, zum Beispiel quer zur Hauptströmungsrichtung 22 verstellbares Stellelement 52 beaufschlagbar. Die Quetschmanschette 46 ist im vorliegenden Fall in geöffnetem Zustand wiedergegeben.
Der die Misch- und/oder Reaktionszonen 10 _i umfassende Grundabschnitt 12 der Düsenanordnung 14 kann insbesondere wieder so ausgeführt sein, wie dies anhand der 1 und 6 beschrieben wurde. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
8 zeigt die Düsenanordnung 14 gemäß 7, wobei die Quetschmanschette 46 im vorliegenden Fall jedoch in vollständig geschlossenem Zustand wiedergegeben ist. Einander entsprechenden Teilen sind wieder gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Bezugszeichenliste

10_i: Misch- und/oder Reaktionszone
12: Grundabschnitt
14: Düsenanordnung
16: Prozessstrom
18: Düsenaustrittsöffnung
20: Drosseleinrichtung
22: Hauptströmungsrichtung
24: Querschnittserweiterung
26: Düseneintrittsöffnung
28: Injektionsstrom
30: zylindrisches Gehäuse
32: zylindrischer Körper
34: ringförmige Vertiefung
36: radiale Bohrung
38: zentrale axiale Bohrung
40: Dichtung
42: rücklaufender Wirbel
44: Teilabschnitt
46: Quetschschlauch oder -manschette
48: Mischstrom
50: Chemikalien- bzw. Additivstrom
52: mechanisches Stellelement
54: Medium

Claims

Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom (16) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung (14), dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenanordnung (14) mit wenigstens einer Mischzone (10 _i) und einer im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) angeordneten Drosseleinrichtung (20) verwendet wird, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die für eine variable Änderbarkeit der Strömungscharakteristik im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) gegen eine jeweilige andere Drosseleinrichtung (20) mit einer anderen Strömungscharakteristik austauschbar ist, in einer jeweiligen Mischzone (10 _i) jeweils wenigstens zwei Medien miteinander vermischt werden und zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten der aus der Düsenaustrittsöffnung (18) austretenden, in den Prozessstrom (16) einzubringenden Mischströmung jeweils die Strömungscharakteristik der Drosseleinrichtung (20) entsprechend geändert bzw. eine jeweilige Drosseleinrichtung (20) durch eine Drosseleinrichtung (20) mit einer anderen Strömungscharakteristik ausgetauscht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenanordnung (14) mit mehreren in Hauptströmungsrichtung (22) betrachtet hintereinander angeordneten Mischzonen (10 ₁, 10 ₂) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenanordnung (14) über eine jeweilige Düseneintrittsöffnung (26) wenigstens ein Injektionsstrom (28) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Mischzone (10 _i) wenigstens ein insbesondere fluider Chemikalien- und/oder wenigstens ein Additivstrom zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Mischzone (10 _i) wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Mischzone (10 _i) wenigstens ein Gasstrom zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer jeweiligen Mischzone die Durchmischung der betreffenden Medien fördernde Turbulenzen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzen in einer jeweiligen Mischzone (10 _i) zumindest teilweise durch eine Querschnittserweiterung (24) des Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung (14) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom in den Bereich maximaler Turbulenz der Mischzone (10 _i) eingebracht wird.
Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom (16) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung (14), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Zone, insbesondere Mischzone (10 _i), der Düsenanordnung (14) wenigstens ein Chemikalienstrom, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Reaktions- bzw. Misch- und Reaktionszone (10 _i) mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällungsprodukt in der jeweiligen Zone (10 _i) einem der Düsenanordnung (14) über eine Düseneintrittsöffnung (26) zugeführten Injektionsstrom zugemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, in der jeweiligen Zone (10 _i) mit wenigstens einem werteren Reaktionspartner herbeigeführt wird, der in einem der Düsenanordnung (14) über eine Düseneintrittsöffnung (26) zugeführten Injektionsstrom (28), insbesondere Partialfluidstrom, enthaltenen ist.
Düsenanordnung (14) zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom (16) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (14) einen Grundabschnitt (12) mit wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone (10 ₁, 10 ₂) besitzt, der zumindest zwei miteinander zu mischende und/oder chemisch miteinander reagierende Medien zuführbar sind, und vorzugsweise eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) angeordnete Drosseleinrichtung (20) umfasst, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung (14) mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt (12) verbunden ist.
Düsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere in Hauptströmungsrichtung (22) betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen (10 ₁, 10 ₂) umfasst.
Düsenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptströmungsquerschnitt der Düsenanordnung (14) im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone (10 ₁, 10 ₂) eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung (24) aufweist.
Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenaustrittsöffnung (18) über die Drosseleinrichtung (20) auch vollständig schließbar ist.
Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (20) ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfasst.