DE19803089A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch FlotationInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch
Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Suspension zumindest
einen Teil der darin suspendierten Feststoffteilchen auszuscheiden. Die Zielsetzung
hierzu kann entweder die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen der Suspension
oder die Klärung von verschmutztem Abwasser sein. Bekanntlich wird bei einer
Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimm-Schlamm
gebildet.
Ein typischer Anwendungsfall für die Verwendung eines derartigen Verfahrens ist die
Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier hergestellten Suspension, in der die
Druckfarben-Partikel bereits von den Fasern abgelöst sind, so daß sie sich selektiv
ausflotieren lassen (Deinking-Flotation).
Aus der DE-OS 33 06 600 ist eine Flotationsvorrichtung bekannt, die bereits das durch
Rotationsbewegung der Suspension verursachte Beschleunigungsfeld benutzen kann. Der
Flotationsschaum wird dort durch ein obenliegendes Rohr aus der Flotationsvorrichtung
entfernt, während die gereinigte Suspension unten abfließt. Das bedeutet eine
Aufteilung der einfließenden Strömung in, axial gesehen, entgegengesetzt gerichtete
Teilströme. Eine solche Stromführung ist bei Hydrozyklonen üblich. Sie führt zu einem
überproportionalen Ansteigen der Zentrifugalbeschleunigung zur Behältermitte hin in
Form eines sog. Potentialwirbels.
Da in vielen Fällen das Auftreten eines solchen Potentialwirbels für die Flotation von
Nachteil ist, wurde in der DE 43 30 635 A1 eine andere Strömungsführung
vorgeschlagen, bei der im wesentlichen Flotationsschaum und Gutstoff axial die gleiche
Strömungskomponente haben.
Trotz dieser Verbesserungen gelingt es nicht immer, einen genügend großen Anteil an
Störstoffen durch Flotation zu entfernen, wobei besonders solche Suspensionen
Schwierigkeiten bereiten, bei denen ein relativ breites Größenspektrum an Partikeln
vorliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches unter
Ausnutzung von einem Zentrifugalfeld eine noch bessere Abtrennung der suspendierten
Feststoffteilchen erzielt, insbesondere auch bei Partikeln mit einem relativ breiten
Korngrößenspektrum.
Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale
gelöst.
In den Unteransprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen des
Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich der Flüssigkeitswirbel so
ausbilden, daß in ihm, axial betrachtet, in verschiedenen Zonen verschieden starke
Zentrifugalfelder herrschen. Anders als z. B. bei Hydrozyklonen mit konischem
Abscheideteil ist das jedoch nicht mit einer bei der Flotation ungünstigen axialen
Umlenkung der Suspensionsströme verbunden. Die hier vorliegende Erfindung schafft
speziell für die Flotation im Zentrifugalfeld optimale Bedingungen. Die gewölbte Kontur
führt nämlich dazu, daß das Zentrifugalfeld stetig und kontrolliert in der axialen
Flußrichtung der Suspension gesteigert wird. Die in den Klärraum eingeströmte
Suspension wird durch den Tangential-Einlauf in eine Rotationsströmung versetzt,
welche an dieser Stelle ein noch relativ schwaches Zentrifugalfeld erzeugt. Zwar reicht
an dieser Stelle das Zentrifugalfeld noch nicht aus, um kleine Luftblasen mit
entsprechend kleinen anhaftenden Partikeln in die Mitte des Klärraumes zu führen. Aber
bei den Partikeln, welche an den größeren Luftblasen mit größerer Steigtendenz
anhaften, gelingt bereits die Flotation, d. h. sie werden radial in der Mitte des
Klärraumes aufkonzentriert. Solche Partikel befinden sich also bereits nicht mehr in
der Suspension, wenn diese axial in die Zonen mit höherer Zentrifugalkraft geführt
wird. Das nachteilige Abreißen der großen Luftblasen von den auszuflotierenden
Partikeln infolge zu hoher Zentrifugalkräfte findet nicht mehr statt. Durch die
Gleichmäßigkeit des Zentrifugalfeldanstieges können also jedem Störstoffpartikel
optimale Flotationsbedingungen angeboten werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch: Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete
Flotationsvorrichtung in Seitenansicht;
Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1, in Aufsicht;
Fig. 3 eine weitere Flotationsvorrichtung;
Fig. 4 einen Teil einer weiteren Flotationsvorrichtung.
Fig. 1 zeigt innerhalb eines Flotationsbehälters 12 einen Klärraum 1, in den unten die
Suspension S durch den Einlauf 13 zugeführt wird, wodurch der Flüssigkeitswirbel 2
entsteht. Die Suspension wird dabei in eine Rotationsbewegung 3 um die Achse 5
versetzt. Der Rotationsbewegung 3 ist eine Axialbewegung 4 überlagert, welche im
wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 verläuft. Infolge des bekannten Mechanismus
bei der Flotation steigen die flotierten Stoffe zusammen mit Luftblasen entgegen der
Wirkung eines Schwerefeldes auf. Da hier das Schwerefeld ein Zentrifugalfeld ist, das
infolge der Rotationsbewegung 3 entsteht, bewegen sich die flotierten Anteile radial nach
innen. Im radial inneren Bereich des Klärraumes 1 findet also die Ansammlung eines
Flotationsschaumes statt, wobei sich eine mehr oder weniger scharfe Grenze 8 zwischen
diesem und der Suspension bildet. Dabei wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein
Transport der flotierten Anteile der Suspension im wesentlichen parallel zur
Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Axialbewegung 4
der Suspension erfolgt. Die so gesammelten flotierten Anteile werden als
Flotationsschaum 7 durch ein Schaumrohr 15 aus dem Klärraum 1 abgeführt, eventuell
zusammen mit freier, aus dem Suspensionsschaum ausgetretener Luft 10; das
Schaumrohr 15 kann aber auch vollständig mit Flotationsschaum gefüllt sein. Für den
Abtransport des Flotationsschaumes und die Abtrennung der Luft sind dem Fachmann
bereits Lösungen bekannt.
Der Teil der Suspension, aus dem die flotierten Anteile entfernt sind, z. B. gereinigter
Papierfaserstoff, tritt aus dem Klärraum als Gutstoff 11 durch den Auslauf 14 aus. Die
zur Flotation benötigte Luft 9 wird dem Stoff beim Einlauf in den Klärraum 1 zugegeben.
Es sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar, um die Suspension S mit den zur
Flotation benötigten Luftblasen zu versorgen.
Zur Verdeutlichung der Strömungsführung sind die Anschlußstellen an den Klärraum 1,
also der Einlauf 13 und Auslauf 14, in Umfangsrichtung versetzt gezeichnet. Der Einlauf
13 ist hier mit einem Turbulenzerzeuger 17 versehen, der als Stufendiffusor
ausgebildet ist.
Dort, wo die Suspension S in den Klärraum 1 einläuft, hat dieser seinen größten
Innendurchmesser, den Maximaldurchmesser D1. Der Innendurchmesser des
Klärraumes nimmt im Verlauf der Axialbewegung 4 der Suspension ständig ab, bis er im
Bereich des Auslaufes 14 aus dem Klärraum den Minimaldurchmesser D2 hat. Der
Übergang zwischen Maximaldurchmesser und Minimaldurchmesser erfolgt
erfindungsgemäß entlang einer gewölbten Kontur 6. Die Wölbung der Kontur 6 ist so
ausgestaltet, daß im initialen Bereich ein kleinerer Krümmungsradius R1 als im
Endbereich der Kontur (Krümmungsradius R2) ist.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung von oben.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Flotationsvorrichtung besteht die Möglichkeit, zur Flotation
bestimmte Luftblasen durch einen Luftkasten 18, welcher sich außen im Bereich der
Kontur 6 des Klärraumes 1 befindet, zuzugeben. Dazu ist der Flotationsbehälter 12' mit
einem durchlässigen Wandabschnitt 20 versehen. Die Zugabe kann exklusiv sein oder
zusätzlich zu weiterer bereits in den Einlauf 13 zugegebenen Luft 9. In Verbindung mit
der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens bietet die Zugabe von Luftblasen im
Verlauf der Kontur 6 die besondere Möglichkeit, bei der Flotation unterschiedliche
Luftblasengröße und/oder Luftblasenmenge an verschiedenen Stellen, in axialer
Richtung betrachtet, einsetzen zu können. Mit einer solchen differenzierten
Luftblasenzugabe können die Möglichkeiten der unterschiedlichen Zentrifugalfelder
zusätzlich genutzt werden. Im allgemeinen sind die feineren Luftblasen im Bereich der
stärkeren Zentrifugalfelder vorteilhaft, da dort die feinen Partikel am wirksamsten zu
flotieren sind.
Eine besonders sinnvolle Ausgestaltung ist folgende Kombination: Zugabe von relativ
großen Luftblasen in den Einlauf 13 (z. B. mit Hilfe eines Stufendiffusors) und von
relativ kleinen Luftblasen durch eine poröse Wand in der Kontur 6 des Klärraumes 1.
Eventuell ist dann eine einzige Kammer 19 im Luftkasten 18 ausreichend.
Der in Fig. 4 gezeigte untere Teil einer Flotationsvorrichtung ist für ein Verfahren
bestimmt, bei dem im Gegensatz zu den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Fällen die Suspension
oben ein- und unten ausgeführt wird. Daher liegt der Auslauf 14 im unteren Teil. Diese
Ausführungsform hat in vielen Fällen den Vorteil einer leichteren Schaumabfuhr,
andererseits deuten Versuchsergebnisse darauf hin, daß die Ausführung mit Einlauf 13
unten und Auslauf 14 oben bessere Flotationsergebnisse liefert. Eine weitere
Besonderheit liegt hier in dem dargestellten Schaumrohr 15', welches als
doppelwandiges Rohr ausgeführt wird, wodurch zwei verschiedene Schaumqualitäten,
nämlich Schaum-Fraktion 21, bzw. Schaum-Fraktion 22 abgeführt werden können.
Eine solche Differenzierung ist grundsätzlich auch möglich, wenn der Schaumabzug im
oberen Teil des Klärraumes 1 liegt.
Claims (27)
1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer Suspension durch Flotation in
einem Klärraum (1),
wobei die Suspension im Klärraum (1) in eine Rotationsbewegung (3) versetzt wird, so daß sie einen Flüssigkeitswirbel (2) bildet,
wobei der Rotationsbewegung (3) eine Axialbewegung (4) überlagert wird, die sich im wesentlichen in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt,
wobei sich die flotierten Anteile der Suspension radial nach innen und außerdem axial bewegen,
wobei diese axiale Richtung mit der Richtung der Axialbewegung (4) der Suspension übereinstimmt und
wobei der Flüssigkeitswirbel (2) im Bereich des Einlaufes (13) in den Klärraum (1) einen Maximaldurchmesser (D1) hat, der größer ist als der Minimaldurchmesser (D2) im Bereich des Auslaufes (14) aus dem Klärraum (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang zwischen dem Maximaldurchmesser (D1) und dem Minimaldurchmesser (D2) auf einer Kontur (6) verläuft, welche nach innen gewölbt ist, wobei der Krümmungsradius im Bereich des Maximaldurchmessers (D1) kleiner ist als im Bereich des Minimaldurchmessers (D2).
wobei die Suspension im Klärraum (1) in eine Rotationsbewegung (3) versetzt wird, so daß sie einen Flüssigkeitswirbel (2) bildet,
wobei der Rotationsbewegung (3) eine Axialbewegung (4) überlagert wird, die sich im wesentlichen in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt,
wobei sich die flotierten Anteile der Suspension radial nach innen und außerdem axial bewegen,
wobei diese axiale Richtung mit der Richtung der Axialbewegung (4) der Suspension übereinstimmt und
wobei der Flüssigkeitswirbel (2) im Bereich des Einlaufes (13) in den Klärraum (1) einen Maximaldurchmesser (D1) hat, der größer ist als der Minimaldurchmesser (D2) im Bereich des Auslaufes (14) aus dem Klärraum (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang zwischen dem Maximaldurchmesser (D1) und dem Minimaldurchmesser (D2) auf einer Kontur (6) verläuft, welche nach innen gewölbt ist, wobei der Krümmungsradius im Bereich des Maximaldurchmessers (D1) kleiner ist als im Bereich des Minimaldurchmessers (D2).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontur (6) eine parabolische Form hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotationsachse (5) im wesentlichen vertikal ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß die überlagerte Bewegung (4) der Suspension (S) vertikal von unten nach
oben verläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlauf (13) der Suspension (S) tangential erfolgt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslauf (14) der Suspension (S) tangential erfolgt.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der zugeführten Suspension (S), wie an sich bekannt, dicht am Einlauf
(13) in den Klärraum (1) Mikroturbulenzen erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luft (9) gemeinsam mit der Suspension in den
Klärraum (1) gelangt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Bereich der Mikroturbulenzen zugemischt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Suspension die zur Flotation benötigte Luft (9') zumindest teilweise im
Klärraum (1) zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luftblasen an verschiedenen Stellen in den
Flüssigkeitswirbel (2) eingespeist werden, wobei diese Stellen axial verteilt sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an den verschiedenen Stellen eingespeisten Luftblasen unterschiedlich
groß sind, derart, daß die näher dem Einlauf (13) eingespeisten Luftblasen
größer sind als die näher dem Auslauf (14) zugegebenen.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu flotierende Suspension (S) gelöste Luft enthält und zur Flotation
benötigte Luftblasen durch Druckabfall in der Suspension erzeugt werden.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß flotierte Anteile der Suspension in mehreren Schaum-Fraktionen (21, 22)
aus dem Klärraum abgeführt werden.
15. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
voranstehenden Ansprüche mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen
Flotationsbehälter (12, 12'), mindestens einem tangentialen Einlauf (13) für die
zuzuführende Suspension, mit mindestens einem Auslauf (14) für die
abzuführende Suspension, mit mindestens einem zentralen Schaumrohr (15, 15')
für die flotierten Anteile, dessen Einlauföffnung, axial betrachtet, an der Seite des
Flotationsbehälters (12, 12') angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14)
befindet, wobei die Innenkontur des Flotationsbehälters (12, 12') sich vom
Einlauf (13) zum Auslauf (14) hin verjüngt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenwand des Flotationsbehälters (12, 12') zwischen dem tangentialen
Einlauf (13) und dem Auslauf (14) eine nach innen gewölbte Kontur (6) hat.
16. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flotationsbehälter (12, 12') für den Betrieb mit im wesentlichen
senkrechter Rotationsachse (5) bestimmt ist.
17. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlauf (13) im Bodenbereich des Flotationsbehälters (12, 12')
angeordnet ist und Auslauf (14) und Schaumrohr (15, 15') im Deckelbereich.
18. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Bereich des Einlaufes (13) mindestens ein Turbulenzerzeuger (17)
befindet.
19. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor
ist.
20. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Turbulenzerzeuger (17) ein Stufendiffusor ist.
21. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luft (9) in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar
ist.
22. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luft (9') aus mindestens einem Luftkasten (18)
durch mindestens einen durchlässigen Wandungsabschnitt (20) des
Flotationsbehälters (12, 12') radial in diesen einführbar ist.
23. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftkasten (18) axial in Kammern (19) aufgeteilt ist.
24. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässigkeit verschiedener Wandungsabschnitte (20) unterschiedlich
ist und daß Wandungsabschnitte mit verschiedener Durchlässigkeit verschiedenen
Kammern (19) zugeordnet sind.
25. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Flotation benötigte Luftblasen mit Hilfe einer vor dem oder im Einlauf
(13) befindlichen Drossel für den Klärraum durch Drucksenkung in der
Suspension erzeugbar sind.
26. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15, 15')
zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12, 12') größer als 0,6
ist.
27. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaumrohr (15') mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial
im wesentlichen deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei
verschiedene Fraktionen mit flotiertem Stoff ausgeleitet werden können.
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DE3306600A1 (de) * | 1983-02-18 | 1984-08-23 | Escher Wyss Gmbh, 7980 Ravensburg | Flotationsvorrichtung zum flotieren von aus altpapier gewonnener faserstoffsuspension |
EP0618012A1 (de) * | 1993-04-02 | 1994-10-05 | J.M. Voith GmbH | Flotationseinrichtung |
-
1998
- 1998-01-28 DE DE1998103089 patent/DE19803089C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-26 DE DE29821189U patent/DE29821189U1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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IT201700070854A1 (it) * | 2017-06-26 | 2018-12-26 | Dellaquila Sergio | Ciclone separatore. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE29821189U1 (de) | 1999-02-11 |
DE19803089C2 (de) | 2001-07-26 |
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