DE19615089C1 - Flotationsverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents
Flotationsverfahren und Vorrichtung zu seiner DurchführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer
papierstoffhaltigen Suspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine
Mischvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Verfahren dieser Art sind z. B. aus der DE-OS 34 01 161 bekannt. Ihre Anwendung liegt
in der Papierindustrie bei der Entfernung von Druckfarben, Klebern oder sonstigen
störenden Verunreinigungen, die überwiegend aus dem Altpapier stammen. Dabei wird
die Faser aufgrund ihrer Hydrophilie in der Suspension als Gutstoff abgeführt, während
die verunreinigenden Feststoffe mit dem Schaum verworfen werden. Wegen dieser
Aufteilung der Feststoffströme in Fasern und Verunreinigungen spricht man von
selektiver Flotation. Es sind auch andere Anwendungen von Verfahren dieser Art
bekannt, bei denen ein möglichst großer Anteil der Feststoffe durch Flotation entfernt
wird, z. B. bei der Behandlung von durch Abpressen erzeugten Abwässern in der
Papierindustrie. In solchen Fällen spricht man auch von Klärflotation oder wegen des
Begasungsmechanismus von Entspannungsflotation.
Wie bereits erwähnt, sind solche Verfahren seit langem in Gebrauch und haben einen
relativ hohen Effektivitätsstandard erreicht. Dennoch ergibt sich die Anforderung einer
weiteren Verbesserung des Effektes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flotationsverfahren mit einem
besseren Trenneffekt und/oder einem geringeren spezifischen Energiebedarf zu
schaffen. Bessere Trennung heißt, daß die Menge der entfernten, unerwünschten
Bestandteile der Papierfaserstoffsuspension weiter erhöht wird, also eine bessere
Sauberkeit des Papierfaserstoffes erzielt wird oder ein geringerer Faserverlust oder
beides.
Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen im Anspruch 1 oder Anspruch 17 vollständig
gelöst.
Die wesentlichen Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt
beschreiben:
Der Impulsaustausch im Bereich des Mischelementes ist so geartet, daß gerade die
spezifisch notwendige Energiedissipation stattfindet, um die Anlagerung von
hydrophoben Feststoffteilchen an die Blasen zu fördern. Dabei werden weder die
Luftblasen nachteilig verändert, noch bereits an Luftblasen angelagerte Teilchen wieder
abgerissen. Vielmehr kann, wenn gewünscht, die Blasengröße durch das Verfahren
besser beeinflußt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein anforderungsgemäßes
Blasengrößenspektrum speziell in Faserstoffsuspensionen allein durch konventionelle
Injektoren schwer herzustellen oder instabil ist. Die ganze Energieumsetzung findet
beim neuen Verfahren unter besonders günstigen Bedingungen statt, insbesondere im
Vergleich zu den bekannten Injektoren, da wegen der größeren beteiligten Volumina die
Geschwindigkeiten geringer sein können.
Die sich im Flotationsbehälter befindende Suspension erhält eine Umtriebsbewegung, da
mit Hilfe des Mischelementes ein innerhalb des Flotationsbehälters wirksamer Sog
erzeugt wird. Durch diesen Sog können bestimmte Anteile der im Flotationsbehälter
befindlichen Suspension mehrmals mit dem frisch eingeströmten und hoch begasten
Suspensionsstrom vermischt werden. Diese Rezirkulationsbewegung erhöht daher die
Wahrscheinlichkeit, daß abzuscheidende Feststoffpartikel mit den eingetragenen
Luftblasen in Kontakt treten können. Auch dadurch wird die Trennwirkung des
Flotationsverfahrens verbessert. Die beschriebene Sogwirkung ist ferner geeignet, die
Wirbel abzuziehen, die im Stand der Technik unmittelbar an der Mündung des
Einlaufrohres in den Flotationsbehälter entstehen können. Diese Wirbel stören die
Flotation und kosten unnötig Energie. Werden sie erfindungsgemäß abgesaugt, kann ihre
Energie nutzbringend zur Begasung und Vermischung eingesetzt werden.
Andererseits wird die Umtriebsbewegung so gesteuert, daß sie der Flotation nicht
schaden kann. Das heißt: Die Bewegung der Gasblasen zur Oberfläche findet nach wie vor
in der notwendigen Weise statt, da die Umtriebsströmung lokal auf einen kleinen Teil
der im Flotationsbehälter befindlichen Suspension begrenzt wird. Vorzugsweise verläßt
die Suspension das Mischelement in etwa waagerechter Richtung, was auch bei senkrecht
angeordneter Einlaufleitung gilt.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 die Durchführung des Verfahrens anhand eines schematisch
dargestellten Flotationsapparates;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, schematisch;
Fig. 3 und 4 je eine Variante mit geänderter Strömungsführung;
Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, schematisch;
Fig. 6, 7 und 8 schematisch: Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 erkennt man einen schematisch dargestellten Flotationsapparat, an dem das
erfindungsgemäße Verfahren erklärt werden kann. Der Flotationsapparat enthält einen
nicht vollständig gezeichneten Flotationsbehälter 1. Dieser ist bei Durchführung des
Verfahrens zum überwiegenden Teil mit Suspension gefüllt, auf dessen Oberfläche sich,
wie an sich bekannt, ein Schaum 8 bildet, der einen möglichst großen Teil der
auszuflotierenden Bestandteile enthält. Er kann über ein Schaumwehr als Rejekt R
abfließen. Die papierfaserstoffhaltige Suspension S1 gelangt durch ein eine
Einlauföffnung 2 aufweisendes Einlaufelement 6 in den Flotationsbehälter 1. Dabei kann
sie, wie hier dargestellt, bereits vor Eintritt in den Flotationsbehälter mit Gas G, z. B.
Luft, vermischt werden. Erfindungsgemäß wird die eingeströmte Suspension durch ein
Mischelement 3 geführt, dessen Zuströmöffnung 4 sich in einem Abstand a von der
Einlauföffnung 2 befindet. Wie durch Pfeile angedeutet, wird ein Teil der sich im
Flotationsbehälter 1 befindenden Suspension S2 in den Raum zwischen der
Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4 angesaugt. Dieser Zwischenraum hat die
Funktion eines Sammelraumes 7 (Fig. 2). Die durch Flotation gereinigte Suspension
tritt als Gutstoff A durch die Auslauföffnung 5 aus dem Flotationsbehälter 1 wieder aus.
In vielen Fällen handelt es sich dabei um eine von Fremdstoffen befreite
Faserstoffsuspension oder in besonderen Fällen um geklärtes Wasser, bei dem also ein
möglichst großer Anteil aller enthaltenen Feststoffe durch die Flotation entfernt worden
ist.
In Fig. 2 sind Mischelement 3 und das zugehörige Einlaufelement 6 etwas detaillierter,
aber dennoch schematisch gezeichnet. Gestrichelt angedeutet ist der Sammelraum 7
zwischen der Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4. In Strömungsrichtung
gesehen, hat das Mischelement 3 die Erstreckung c. Eine Besonderheit ist der Versatz b
zwischen den Mittellinien beider Öffnungen. Dieser Versatz kann zum Regeln des
Mischeffektes veränderbar sein, besonders dann, wenn aus konstruktiven Gründen die
Änderung des Abstandes a schwierig ist. Das wäre bei radialer Strömungsführung der
Fall, wie etwa in Fig. 6 und 7. Der Versatz b beeinflußt die Rezirkulation der
Suspension innerhalb des Flotationsbehälters. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung
begünstigt durch den Versatz die Ansaugung der Suspension oberhalb des Mischelementes
3.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Einlauföffnung 2 nicht bündig
mit der Wandung des Flotationsbehälters 1, was bei der Flotation Vorteile haben kann.
In Abänderung hiervon kann aber auch, wie in Fig. 3 gezeigt, die Einlauföffnung 2 in der
Behälterwandung liegen. Bei diesem Beispiel wird das blasenbildende Gas G direkt durch
die Wandung in den Flotationsbehälter 1 eingepumpt. Diese Variante ist auch bei anderen
Anordnungen möglich.
Unter anderem bestimmt die Größe des Abstandes a den Misch- und damit auch den
Flotationseffekt. Deshalb kann ihre Veränderung durchaus als Möglichkeit zur Steuerung
des Flotationsverfahrens verwendet werden. Hierzu ist in Fig. 4 ein einfaches Beispiel
gezeigt, bei dem das Mischelement 3 verschiebbar mit dem Einlaufelement 6 verbunden
ist. Diese Verschiebung kann auch mit einem Motor erfolgen und der Motor als Stellglied
eines Regelkreises fungieren. Die Realisierung der Einstellbarkeit ist auf verschiedene
Weise möglich und dem Fachmann geläufig.
Die Fig. 5 zeigt eine sehr spezielle Vorrichtung, um das Verfahren mit besonders
einfachen Mitteln durchzuführen. Hier bildet nämlich das Mischelement 3 mit dem
Einlaufelement 6 eine Einheit. Die Ansaugung der bereits im Flotationsbehälter
befindlichen Suspension erfolgt dabei durch Langlöcher, die stromaufwärts vom
Mischelement 3 angebracht sind. Auf diese Weise entsteht auch bei dieser einfachen
Vorrichtung ein Abstand a zwischen der Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4,
wobei diese Öffnungen hier als Ovale angedeutet sind.
In Fig. 6 ist der Schnitt durch einen Flotationsbehälter 1′ gezeigt, welcher abweichend
von dem in Fig. 1 einen ovalen Querschnitt hat. Außerdem wird die Suspension S1 in
diesen Behälter durch ein Einlaufelement 6′ zugeführt und belüftet, welches eine
zylindrische Einlauföffnung aufweist. Dadurch strömt die zu flotierende Suspension
radial von innen nach außen in den Flotationsbehälter 1′. Diese an sich bekannte
Strömungsführung hat beträchtliche Vorteile bei der Flotation. Das Einlaufelement 6′
kann mit Vorteil, wie hier gezeichnet, exmittig im Flotationsbehälter 1′ angebracht
sein. Auch bei einer solchen Flotationseinrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar, wobei wegen der radialen Zuströmung der Suspension das Mischelement 3′
im wesentlichen ringförmig um die Einlauföffnung 2′ positioniert ist.
Die Verhältnisse in dem beschriebenen Bereich des Einlaufelementes 6′ sind etwas
detaillierter in Fig. 7 dargestellt. Dabei hat das Mischelement relativ zur Einlauföffnung
2′ einen Höhenversatz. Dieser ist nicht notwendig, kann aber zur Regelung der
Vermischung im Flotationsbehälter, wie bereits ausgeführt, verwendet werden. Die
mechanische Realisierung dieser Verstellmöglichkeit ist hier nicht dargestellt, sie ist
dem Fachmann geläufig.
In den Fällen, in denen die Suspension aus dem Mischelement in einer radial nach außen
gerichteten Strömung austritt, kann das Mischelement 3′′ auch von der Art sein, wie es
in der Fig. 8 gezeigt ist. Hier wird die Suspension S1 durch das Einlaufelement 6′
senkrecht in den Flotationsbehälter 1 eingegeben, wobei sowohl die Einlauföffnung 2′′
als auch die Zuströmöffnung 4′′ waagerecht sind. Dazwischen entsteht eine im
wesentlichen senkrechte Strömung, in der eine Vermischung der bereits im
Flotationsbehälter sich befindenden Suspension S2 mit der neu eingeführten Suspension
S1 stattfindet. Die Umlenkung aus der Senkrechten in die Waagerechte erfolgt innerhalb
des Mischelementes 3′′, das einen entsprechend ausgebildeten Kanal aufweist. Auch hier
kann wiederum, falls gewünscht, das Mischelement 3′′ relativ zum Einlaufteil 6′
verschiebbar angeordnet sein, um dadurch das Flotationsverfahren zu
steuern.
Claims (26)
1. Flotationsverfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer
papierfaserstoffhaltigen Suspension, bei dem die Suspension (S1) durch eine
Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) in einen Flotationsbehälter (1, 1′) eingeleitet und
gereinigter Gutstoff (A) durch eine Auslauföffnung (5) ausgeleitet wird, wobei
zumindest ein Teil der in der Suspension (S1) vorhandenen Feststoffe durch
Flotation in einem sich an der Oberfläche sammelnden Schaum konzentriert und
dann aus dem Flotationsbehälter (1, 1′) abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest der überwiegende Teil der in den Flotationsbehälter (1, 1′)
einströmenden Suspension vor Eintritt in das Mischelement (3, 3′, 3′′) einen Teil
der bereits im Flotationsbehälter (1, 1′) vorhandenen Suspension (S2) ansaugt
und zusammen mit dieser unter Vermischung der beiden Ströme mit einer
Geschwindigkeit von höchstens 2 in/sec durch das Mischelement (3, 3′, 3′′)
strömt.
2. Flotationsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchströmung des Mischelementes (3, 3′, 3′′) mit einer Geschwindigkeit
von höchstens 1 m/sec erfolgt.
3. Flotationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension ein innerhalb des Flotationsbehälters (1, 1′) gelegenes
Mischelement (3, 3′, 3′′), dessen Zuströmöffnung (4, 4′, 4′′) einen Abstand (a)
von höchstens 1 m zur Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) hat, durchströmt.
4. Flotationsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mischvolumen innerhalb des Mischelementes (3, 3′, 3′′) von höchstens
5% des Suspensionsvolumens im Flotationsbehälter (1, 1′) eingestellt wird.
5. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (a) zwischen der Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) und Zuströmöffnung
(4, 4′, 4′′) des Mischelementes (3, 3′, 3′′) einstellbar ist.
6. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Position des Mischelementes (3, 3′, 3′′) relativ zur Einlauföffnung (2, 2′,
2′′) durch Erzeugung eines Versatzes (b) quer zur Einlaufströmungsrichtung
einstellbar ist.
7. Flotationsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellung während des Betriebes in Abhängigkeit von den Flotationseffekt
charakterisierenden Meßwerten verändert wird.
8. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension (S1) in einer horizontalen Strömung durch die Einlauföffnung
(2, 2′, 2′′) in den Flotationsbehälter (1, 1′) eintritt.
9. Flotationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension (S1) in einer senkrechten Strömung durch die Einlauföffnung
(2, 2′, 2′′) in den Flotationsbehälter (1, 1′) eintritt.
10. Flotationsverfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspensionsströmung im Mischelement (3′′) so umgelenkt wird, daß sie
radial nach außen daraus austritt.
11. Flotationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension (S1) in einer horizontalen Radialströmung durch die
Einlauföffnung (2′) in den Flotationsbehälter (1′) eintritt und daß das
Mischelement (3′) radial von innen nach außen durchströmt wird.
12. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Flotation bestimmten Gasblasen in die Suspension (S1) vor Austritt
aus der Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) zugegeben werden.
13. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Flotation bestimmten Gasblasen der Suspension zumindest teilweise im
Mischelement (3, 3′, 3′′) zugegeben werden.
14. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Flotation bestimmten Gasblasen der Suspension zumindest teilweise
direkt im Flotationsbehälter (1, 1′) zugegeben werden.
15. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension (S1) vor dem Einleiten in den Flotationsbehälter (1, 1′)
zusammen mit sich in ihr lösendem Gas unter Überdruck gesetzt wird, und daß die
zur Flotation bestimmten Gasblasen durch nachfolgende Entspannung der
Suspension erzeugt werden.
16. Flotationsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen der zur Flotation bestimmten Gasblasen im Mischelement (3, 3′,
3′′) auf höchstens das Dreifache des Suspensionsvolumens eingestellt wird.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Flotationsverfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 16, mit einem mindestens eine Einlauföffnung (2, 2′)
aufweisenden Einlaufelement (6, 6′) zur Einleitung der papierfaserhaltigen
Suspension (S1) in den Flotationsbehälter (1,1′),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischvorrichtung mindestens ein Mischelement (3, 3′, 3′′) mit
mindestens einer Zuströmöffnung (4, 4′, 4′′) enthält, welches sich stromab der
Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) in einem Abstand (a) und einen Sammelraum (7)
zwischen Einlauföffnung (2, 2′, 2′′) und Zuströmöffnung (4, 4′, 4′′) bildend
befindet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischelement (3, 3′′) einen Strömungskanal aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitte des Strömungsquerschnitts der Zuströmöffnung (4, 4′′) im
Mischelement (3, 3′′) mit der Mitte der Einlauföffnung (2, 2′′) fluchtet.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Einlauföffnung (2, 2′′) als auch die Zuströmöffnung (4, 4′′)
kreisförmig oder oval sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Einlauföffnung (2, 2′′) als auch die Zuströmöffnung (4, 4′′) im
wesentlichen rechteckig sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischelement (3) einen konstanten Strömungsquerschnitt zwischen
0,001 bis 0,05 m² hat.
23. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Einlauföffnung (2′) als auch die Zuströmöffnung (4′) eine
zylindrische Form haben oder die Form eines zylindrischen Sektors, wobei der
Radius des Zylinders in Strömungsrichtung liegt und daß sie radial
durchströmbar sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischelement (3, 3′, 3′′) in Strömungsrichtung eine Erstreckung (c) von
0,1 bis 1 m hat.
25. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einlaufelement (6′) an der Einlauföffnung (2′′) mit einem im
wesentlichen senkrechten Kanal endet, daß der Strömungsquerschnitt in der
Zuströmöffnung (4′′) waagerecht liegt und daß das Mischelement (3′′) einen Kanal
enthält mit einer Umlenkung aus der Senkrechten in die Waagerechte.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche der Zuströmöffnung (4, 4′, 4′′) im Mischelement (3, 3′, 3′′)
1,5 bis 5 Mal so groß ist wie die Fläche der dazugehörigen Einlauföffnung (2, 2′,
2′′) im Einlaufelement (6, 6′).
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