DE2722685A1

DE2722685A1 - Verfahren und einrichtung zum entfernen kolloidaler bestandteile aus fluessigkeit

Info

Publication number: DE2722685A1
Application number: DE19772722685
Authority: DE
Inventors: Jerry Zucker
Original assignee: Hudson Pulp and Paper Corp
Current assignee: Georgia Pacific LLC
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1977-12-01
Also published as: PH18387A; AU2530177A; NO771680L; NO152320C; CA1092054A; NO152320B; MX152773A; SE7705730L; SE434920B; AU513151B2; JPS531370A; GB1584214A; FR2351684A1; FR2351684B1

Description

PATENTANWÄLTE DR.- ING. H. H. WILHELM - D I P L. - I N G. H. D A U ST E R

D-7000 STUTTGART 1 - GYMNASIUMSTRASSE 31B - TELEFON (07 11) 291133

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Anmelder:

Hudson Pulp and 5^S' ^ "^?'

Paper Corp.

H77 Madison Avenue

New York, New York

Verfahren und Einrichtung zum Entfernen kolloidaler Bestandteile aus Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung, mit der sich Teilchen, die ein; relatives Potential aufweisen, vie z.B. kationische oder anionische Harze, Makroteilchen oder Fasersuspensionen besser ansammeln lassen, insbesondere auf ein Verfahren und auf eine Einrichtung mit der anionische TallÖl-Seifenteilchen aus der bei der Zellstoffherstellung anfallenden Schwarzlauge wiedergewonnen werden können.

In der ZellstoffIndustrie wird Tallölseife, die in der von den Zellstoffkochern und Zellstoffauslaugern anfallenden Schwarzlauge enthalten ist, durch Abschöpfen wiedergewonnen, da die Tallöl-Seifenteilchen als Schaum auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmen. Es verbleibt jedoch zusätzliche oder Restölseife in feinen Teilchen verteilt innerhalb der schon abgeschöpften Schwarzlauge und geht üblicherweise verloren, wenn die Flüssigkeit zur Rückgewinnung ihrer Sodawerte verbrannt wird.

Die Frage pes Rest-Tallöles in der abgeschöpften Flüssigkeit ist schon lange in der ZellstoffIndustrie erörtert worden. Man ist dabei davon ausgegangen, daß ein Restbestandteil von 0,7%^^ezoE^en auf die Schwarzlauge Festbestandteile (die üblicherweise als BLS, Black Liquid Solids bezeichnet werden) ein annehmbarer Wert sind.

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Neben einem kleineren gelösten Anteil ist dieser Rest auf kleine Seifenteilchen zurückzuführen, die in der Schwarzlauge suspendiert verbleiben. Da sie sehr klein sind, ist die Wahrscheinlichkeit, daß diese Seifenteilchen durch die Flüssigkeit nach oben steigen zu klein, als daß unter den normalen Verweilzeitbedingungen in den Abschöpftanks diese Teilchen zum Abschöpfen an die Oberfläche gelangen können. Sie gehen daher beim Verbrennen der Flüssigkeit verloren. Da das Hochschwimmvermögen dieser Teilchen nach dem Stokeschen Gesetz etwa dem Quadrat ihres Radius proportional ist, wäre es daher vorteilhaft, wenn diese kleinen Teilchen zu größeren Partikeln agglomeriert werden könnten, so daß die Verweilzeit im Abschöpftank verkleinert und so der Gesamtanteil der noch verbleibenden kolloidalen Suspension wesentlich unter den Wert gesenkt werden könnte, der heute erreichbar ist. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zum Agglomerieren dieser kleinen Teilchen vorzuschlagen.

Zweck der Erfindung ist es darüber hinaus zusätzlich Tallölseife aus der Schwarzlauge zu gewinnen. Insbesondere soll das mit Hilfe eines einfachen und billigen Verfahrens und mit einer Einrichtung bei der Zellstoffherstellung erreicht werden. Es ist weiter die Aufgabe der Erfindung, das Agglomerieren von Tallöl-Seifenteilchen in Schwarzlauge zu fördern, so daß diese Teilchen an die Oberfläche schwimmen und dann mit Abschöpfverfahren oder anderen Methoden entfernt werden können. Schließlich soll die Ansammlung kolloidaler oder in anderer Weise suspendierter Teilchen in einer Flüssigkeit gefördert werden, in der diese Teilchen eine kolloidale Ladung oder ein Zetapotential aufweisen.

Es ist zwar schon bekannt geworden, Elektrizität bei der Reduktion von Tallölbestandteilen in Schwarzlauge vorzusehen (US-PS 3 556 603). Bei dem bekannten Verfahren wird oberhalb der Oberfläche der Schwarzlauge eine Koronaentladung eingesetzt. Die Spannung, die notwendig ist, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die Wenderungsrate der Seifenteilchen ändert, auch nur in einer Tiefe von

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etwa einem Fuß (33 cm) unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit, ist aber ein vielfaches der lichtbogenbildenden Spannung des erforderlichen Feldes. Ehe also der gewünschte hohe Feldgradient erreicht wird, wird eine Lichtbogenentladung eintreten, die in der Praxis das momentane Feld auf Null zusammenbrechen läßt. Bei der bekannten Methode wurde auch vorgeschlagen, die Schwarzlauge in einen Tank direkt . in Kontakt mit zwei Elektroden zu bringen und zwar nachdem die Schwarzlauge in dem Verfahrensschritt der Koronaentladung behandelt wurde. Die angewendete Spannung ist dort aber geringer als die Zersetzspannung von Wasser, so daß im wesentlichen keine Wirkung hinsichtlich einer Reduktion des Rest-Tallölbestandes der Schwarzlauge eintritt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Tallöl-Seifenteilchen aus der Schwarzlauge in einer Einrichtung agglomeriert, die mit einem Strömungskanal für die Schwarzlauge versehen ist, in dem Bereiche gebildet sind, die - in Strömungsrichtung gesehen - stromaufwärts bzw. stromabwärts liegen. Ein erster und ein zweiter elektrischer Leiter sind in diesen stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Zonen angeordnet und an den ersten Leiter ist ein positives elektrisches Potential, an dem zweiten ein negatives Potential angelegt. Vor der ersten Elektrode ist in der stromaufwärts liegenden Zone eine Einrichtung vorgesehen, mit der Luft in die Strömung eingeführt werden kann und mit der mit einem Rührwerk o.dgl. die Strömung mechanisch in Turbulenz versetzt wird.

Die Erfindung macht sich dabei die ladungsähnlichen kolloidelen Eigenschaften der Tallöl-Seifenteilchen zu Nutze, die üblicherweise als Zeta-Potential bezeichnet werden und sie reduziert die Rückstoßkräfte elektrischer Natur zwischen den suspendierten Teilchen oder sie dreht sogar die Polarität einiger der Teilchen um, so daß Anziehungskräfte erzeugt werden, welche die kleinen kolloidalen Teilchen zu größeren Teilchen agglomerieren, die ein wesentlich größeres Aufschwimmvermögen im Abschöpftank aufweisen. Durch diese Einrichtung werden daher anionische Tallöl-Seifenteilchen in der Schwarzlauge auf den ersten Leiter hingezogen,

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wenn die Flüssigkeit durch die stromaufwärts liegende Zone fließt und einem Teil der Teilchen wird ein Teil der negativen Anionen entzogen, so daß sie eine positive Ladung annehmen und auf diese Weise andere noch nicht ladungsbefreite Teilchen an sich anziehen. Diese Teilchen bewegen sich dann zusammen mit der Flüssigkeit in die stromabwärts gelegene Zone, wo die noch vorhandenen überschüssigen positiv geladenen Teilchen an den negativ geladenen zweiten Leiter gezogen werden, um eine weitere Agglomerierung auszulösen, weil jede überschüssige positive Ladung neutralisiert wird. Die Strömung der Schwarzlauge durch die öffnungen im zweiten Leiter fördert die agglomerierten Teilchen aus dem Leiter heraus und Flüssigkeit und Teilchen gelangen in einen Abschöpftank, wo die agglomerierten Teilchen an die Oberfläche des Tanks schwimmen und dort beispielsweise abgeschöpft werden können oder auf den Boden sinken und dann, wie auch bei anderen dichten Agglomeraten, dekantiert werden können. Die elektrischen Leiter werden mit relativ konstanten Potentialen aufgeladen, aber es hat sich herausgestellt, daß eine noch bessere Agglomerierung erreicht wird, wenn zusätzlich zu dem Gleichspannungsfeld eine pulsierende Spannung überlagert wird.

Das neue Verfahren kann auch auf andere Flüssigkeiten und Teilchen angewendet werden, insbesondere auf Teilchen, die kationisches oder anionisches Potential aufweisen. Haben die Teilchen ein kationischen Potential, das also entgegengesetzt zu dem anionischen Potential von Tallöl ist, dann muß die Polarität des ersten und des zweiten Leiters umgedreht werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das anhand der Zeichnungen beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Einrichtung,

Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil des Strömungsweges in der Einrichtung der Fig. 1,

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Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Uberwachungssystemes, das in Verbindung mit der Einrichtung der Fig. 1 vorgesehen sein kann,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines typisch anionischen Kolloids,

Fig. 6 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 4 jedoch in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die aus Gründen der Klarheit und der Darstellung teilweise aufgebrochen ist,

Fig. 7 ein Diagramm, in dem das elektrische Potential dargestellt ist, das an den Leitern der Einrichtung der Fig. anliegt und

Fig. 8 ein Schaubild, in dem der Eestbestandteil von Tallöl in Abhängigkeit von der Stromdichte aufgetragen ist, die an den Leitern der Einrichtung der vorliegenden Erfindung angelegt ist.

In der Fig. 1 ist eine Einrichtung 10 gezeigt, mit der eine verbesserte Ansammlung von Teilchen, insbesondere von Tallöl-Seifenteilchen erreicht werden soll, wie sie in der Schwarzlauge auftreten, die beim Zellstoffherstellungsverfahren anfällt. Die Schwarzlauge wird dabei von Ablaugern oder Abdampfern (nicht gezeigt) zu einer Leitung 12 geführt, die einen Strömungsweg von den Abdampfern oder Ablaugern zu einem Sammeltank 14 o.dgl. bildet. Die Leitung 12 setzt sich aus mehreren Rohrabschnitten zusammen, bei denen ein Paar Rohrabschnitte 16 und 18 enthalten sind, die aus einem elektrisch nicht leitendem Material bestehen, das hochtemperaturfest ist. Es kann eine ganze Reihe von Materialien vorgesehen werden, doch hat sich gezeigt, daß besonders günstig die

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meisten Glasfasermaterialien oder Kunststoffmaterialien sind, die unter dem Handelsnamen "Kynar" bzw. "FRP" im Handel sind.

Der Rohrabschnitt 18 teilt die Leitung 12 in eine stromaufwärts gelegene und in eine stromabwärts gelegene Zone auf, durch die die Schwarzlauge fließt. Ein erster Leiter 20 ist innerhalb eines Rohrabschnittes 22 zwischen den Isolierabschnitten 16 und 18 in der stromaufwärts gelegenen Zone angeordnet. Ein zweiter Leiter 24 ist in einem Rohrabschnitt 26 in der stromabwärts gelegenen Zone vorgesehen. Diese Leiter können verschiedene Formen aufweisen, wie beispielsweise Drahtgewebe, auf Abstand gehaltene Graphitplatten oder nur eine Reihe einzelner Drähte, die innerhalb der ihnen zugeordneten Rohrabschnitte im Abstand zueinander angeordnet sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein Leiter besonders geeignet ist, der aus einem üblichen Packungsmaterial aufgebaut ist, das für verschiedene Anwendungsfälle vorgesehen wird. Dieses Packungsmaterial ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt und besteht aus mehreren Schichten von gewellten leitendem, dünnen Plattenmaterial. Die einander angrenzenden Schichten sind in einem Winkel zueinander angeordnet und aneinander an den Scheiteln ihrer Wellen verbunden. Dadurch wird eine ganze Reihe einzelner Strömungswege durch den Packungskörper bzw. durch den Leiter geschaffen. Ein solches mögliches Packungsmaterial ist die Koch-Sulzer-Packung, die von der Koch Engeneering Company erhältlich ist.

Entgegengesetzte Potentiale werden an den Leitern 20 und 24 angelegt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Tallöl-Seifenteilchen aus Schwarzlauge entfernt werden sollen, ist der erste Leiter 20 an ein positives Potential gelegt, während der zweite Leiter 24 an negativem Potential liegt. Die Spannungsquelle kann ein Gleichrichter, eine Batterie, ein Generator oder eine Konstantstromquelle sein, wie in der Zeichnung schematisch mit 25 angedeutet ist. Vorzuziehen ist eine Konstantstromquelle. Aufgrund von Änderungen im Herstellungsprozeß kann die Leitfähigkeit der Flüssigkeit etwas variieren,

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Eine im Handel erhältliche Konstantstromquelle regelt die Spannung automatisch nach oben oder nach unten, so daß stets die richtige Stromdichte eingehalten wird.

Die Tallöl-Seifenteilchen, die durch die Einrichtung entfernt werden sollen, sind kolloidaler Natur und sie haben, wie fast alle kolloidalen Teilchen in einer Lösung, die freie Ionen besitzen, eine Tendenz entweder positive oder negative Ionen an ihrer Oberfläche anzuziehen, die in der Lösung vorhanden sind. Die meisten dieser Kolloide sind negativ "geladen"; d.h. sie halten Ionen an ihren Oberflächen durch eine relativ schwache Sauerstoffbindung bzw. Feldbindung fest, wie das diagrammartig in Fig. 5 gezeigt ist. Die Oberflächenionen üben aufgrund ihrer Eigenschaften eine recht deutliche Tendenz auf die der Suspension befindlichen Teilchen aus, entweder auf positive oder negative Felder zuzuwandern. Das qualitative Maß dieser Tendenz wird als Zeta-Potential bezeichnet. Je größer diese Ladung ist, umso größer sind die abstoßenden Kräfte zwischen den Teilchen und umso größer ist die Brown*sehe Stabilität. Je kleiner das Zeta-Potential ist, umso kleiner sind die Abstoßkräfte und umso grosser ist die Neigung zur Agglomeration und Flockenbildung. Bei den meisten der Bestandteile von verseiftem Tallöl, das in der Schwarzlauge suspendiert ist, sind die Teilchen von negativen Ionen umlagert und haber daher die Neigung auf ein positives Potential zuzuwandern. Wie alle geladenen Partikel wandern die Kolloide der Schwarzlauge auf die entgegengesetzte geladene Elektrode zu und zwar mit einer Geschwindigkeit, die von der Größe der Ladung und dem angelegten Feld abhängig ist.

Die Ausführungsform der Erfindung in Fig. 1 macht sich diese Erscheinungen vorteilhaft zu Nutze, dadurch, daß die Leiter 24 und 20 vorgesehen werden, mit deren Hälfte ein Feldgradient erzeugt wird, dessen Potential die Zersetzspannung von Wasser überschreitet; beispielsweise zwischen 20 und 150 Volt. Der Feldgredient wird so angelegt, daß die Strömungsrichtung entgegengesetzt zu dem Ionenmassenaustausch verläuft, der durch das angelegte Feld

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eintritt. Das heißt, in dem Bereich zwischen der stromaufwärts und der stromabwärts gelegenen Zone bewegt sich die Flüssigkeit durch die Leitung 12 in entgegengesetzter Richtung zu der Eichtung, in der die Kolloidteile unter dem Einfluß des angelegten Feldes zwischen den Leitern zu wandern neigen. Dadurch kann die Stromdichte reduziert werden, die sonst notwendig wäre, um elektrolytische Polarisationen zu induzieren und es wird die Kolloidkonzentration zwischen den Leitern angehoben. Wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Tallöl-Seifenteilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, bei der Strömung der Schwarzlauge durch den ersten Leiter 20 an die Leiteroberflächen gezogen, weil diese Teilchen eine natürliche anionische Tendenz besitzen, d.h. sie neigen dazu, auf das positive Potential zuzuwandern. Treten diese Teilchen durch die öffnungen in dem Leiter 20 durch, dann wird zumindestens ein Teil von ihnen positiv geladen. Die an den Leiter 20 angelegte positive Spannung nimmt nämlich von der äußeren Schicht des Kolloids (siehe Fig. 5) einen Teil der negativen Ionen der Seifenkolloide weg, so daß eine Affinität für negative Ionen, d.h. sogenannte "Löcher" gebildet werden. Andere kleine Seifenkolloide, von denen die Anionen nicht abgestreift oder noch nicht ganz abgestreift wurden, bleiben von mehr negativen Ionen umhüllt, als ihrem normalen Anteil entspricht. Diese Teilchen, die also alle oder fast alle ihrer Anionen behalten, tauschen diese Anionen mit diesen "Löchern" aus, die durch die Affinität für negative Ionen an den anderen Teilchen gebildet worden sind. Auf diese Weise wird eine Großzahl von Seifenkolloiden aneinandergesetzt und aneinander gebunden, so daß sich größere Teilchen und größere Tropfenformen ergeben. Diese Teilchen werden dann mit der Schwarzlauge durch die Leiter und durch die Isolationszone 18 in den zweiten Leiter 24 geführt. Außerdem werden aber auch die Teilchen, die noch nicht von Ionen entblößt wurden, von dem zweiten Leiter 24 zurückgetrieben und durch den positiven Leiter 20 angezogen, so daß sie dazu neigen, sich gegen die Strömung der Schwarzlauge im Bereich zwischen den Leitern 20 und 24 zu bewegen. Dadurch treffen diese Teilchen auf die vollständigen "entblößten" Teilchen auf, und agglomerieren mit ihnen zu größeren

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Tröpfchenformen. Da somit die Abmessungen jeden Tröpfchens anwachsen, übt der Strömungsdruck der Schwarzlauge eine immer größer werdende Kraft auf sie aus und die mehr und mehr neutralisierte Ladung führt dazu, daß die elektrischen Feldkräfte abnehmen und die gebildeten Tröpfchen von der Schwarzlauge durch den zweiten Leiter 24 bewegt werden.

Treten die Teilchen in den zweiten Leiter 24 ein, dann werden sich alle die Teilchen, die noch eine resultierende positive Ladung besitzen, auf die Schichten des negativ geladenen Leiters zu bewegen. Diese Teilchenbewegung führt dazu, daß sich die Teilchen untereinander berühren, dabei koalieren und agglomerieren. Diese Agglomeration wird auch noch durch den Umstand gefördert, daß eine verbleibende positive Ladung der Teilchen durch das negative Potential des zweiten Leiters neutralisiert wird. Mit Zunahme der Abmessungen der agglomerierten Teilchen werden diese, die an den Leiterwänden anhaften, durch die Strömung der Schwarzlauge durch den Leiter von den Wänden weggeschwemmt. Schwarzlauge und die agglomerierten Teilchen gelangen daher von der Leitung 12 in den Tank 14.

Der Tank 14 kann in einfacher Weise als ein Absetz- und Abschöpftank ausgebildet sein, in dem die Schwarzlauge eine bestimmte Zeit lang verweilt, damit die agglomerierten Tallöl-Seifenteilchen an die Oberfläche der Flüssigkeit schwimmen können, von wo sie beispielsweise durch mechanische oder pneumatische Abstoßbewegungen von der Flüssigkeitsoberfläche durch eine öffnung oder Entnahmemündung 30 am oberen Ende des Tanks abgeschöpft werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch noch eine weitere Konzentration und eine entsprechende zusätzliche Agglomeration von Tallöl-Seifenteilchen in der Schwarzlauge im Tank 14 erreicht, dadurch, daß noch ein dritter Leiter 32 im Tank angeordnet wird. Dieser Leiter, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, wird aus mehreren elektrisch untereinander verbundenen vertikalen Stangen oder

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Drähten 3^ gebildet, die vom Tank 14 elektrisch isoliert sind. So können die Drähte 3^ beispielsweise in einem Gestell 36 aus Isoliermaterial montiert werden, wie beispielsweise Fiberglas oder hochtemperaturbeständiger PVC-Kunststoff.

Soll Tallölseife aus der Flüssigkeit in der Einrichtung entfernt werden, dann wird der Leiter 32 an eine positive Spannungsquelle angelegt. Der Tank selbst wird elektrisch geerdet oder an das gleiche negative Potential angelegt, an dem auch der Leiter 24 liegt. Durch diese Anordnung werden die neutralisierten Tallölteilchen, die mit der Schwarzlauge in den Tank geführt werden, erneut dazu angeregt, auf die positiv geladenen Stangen 3^ zuzuwandern, sich dort örtlich zu konzentrieren und entsprechend weiter zu agglomerieren, was aufgrund ihres natürlichen relativ anionischen Potentials erfolgt. Bewegen sich die Teilchen auf die Stangen aufgrund der wachsenden lokalen Konzentration zu, dann treffen sie aufeinander auf und bilden erneut größere Ansammlungen von Tallölseifen. Je größer diese Teilchen werden, umso größer wird ihr Auftrieb und so steigen sie zur Oberfläche der Flüssigkeit im Tank schneller auf.

Um die Agglomeration von Tallölteilchen in der Schwarzlauge noch weiter zu fördern, wird in die Strömung der Schwarzlauge vor dem ersten Leiter Luft zugeführt. Die Luft wird von einer nicht dargestellten Druckquelle aus über einen Druckregler 40 und einen Mengenmesser 42 zugeführt, die in üblicher Weise mit einer Düse 44 in der Leitung 12 in Verbindung stehen. Vorzugsweise wird auch noch eine feststehende Mischeinrichtung vorgesehen, die aus einer Keine von fest angeordneten Flügeln besteht, die hinter der Luftzuführung, aber noch vor dem ersten Leiter 20 angeordnet ist. Diese Mischeinrichtung erzeugt Turbulenz und kleine Luftblasen in der Schwarzlauge, die den Wirkungsgrad der geladenen Gitter oder Leiter erhöhen. Dieser verbesserte Wirkungsgrad dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die wirksame Oberfläche für die Ladungsübertragung (die kleinen Luftblasen) und die mit den Leitern in Berührung kommende Oberfläche der Flüssigkeit vergrößert

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werden. Außerdem werden die kleinen Luftbläschen in den agglomerierten Seifenteilchen eingeschlossen und erhöhen auf diese Weise den Auftrieb dieser Teilchen und ihre Aufschwimmgeschwindigkeit im Tank 14. Aus demselben Grund und auch aus dem schon Erwähnten ist es zweckmäßig, die an den verschiedenen Leitern angelegten Potentiale innerhalb der ganzen Anlage großer zu wählen als die Zersetzungsspannung von Wasser (d.h. größer als etwa 1,5 Volt) und am besten etwa in der Größenordnung von 25 Volt für Schwarzlauge, so daß die Bewegung der Teilchen auch durch den geringen Anteil von Wasserstoff und Sauerstoffbläschen gefördert wird, der bei der Elektrolyse des Wassers in der Schwarzlauge anfällt..Auch diese Bläschen werden in den Tallöl-Seifenteilchen eingeschlossen und verbessern den Auftrieb und somit das Aufschwimmverhältnis im Tank 14.

Obwohl die Strömung in der Schwarzlauge durch die Leitung 12 die agglomerierten Teilchen der Tallölseife mit sich nimmt, kann es vorkommen, daß die Leitergitter mit den Seifenteilchen oder mit Zellstoffasern verstopft werden, lus diesem Grund wird eine Strömungskontrolleinrichtung vorgesehen, um die Leiter, wenn notwendig, sauberzuwaschen. Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, sind an der Leitung 12 Druckmeßgeräte 50, 52 jeweils den entgegengesetzten Enden der stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Zonen zugeordnet. An diesen Punkten sind T-Verbindungsstücke 511 53 vorgesehen, die Ablauf- und Zulaufrohre 5^ und 56 aufweisen, welche durch Ventile 58 und 60 gesteuert werden können. Bei normaler Betriebsweise sind diese Ventile geschlossen. Auch die Leitung 12 ist mit Ventilen 62 und 64 versehen, die bei Normalbetrieb offenstehen. Schließlich ist noch eine Bypass-Leitung 66 vorgesehen, die durch ein Ventil 68 steuerbar ist.

Erreicht der durch die Meßgeräte 50 und 52 angezeigte Druck einen bestimmten Grenzwert, dann öffnet der Bedienungsmann das Ventil 68, schließt die Ventile 62 und 64 und öffnet dann die Ventile 58 und 60. Durch das öffnen des Ventiles 60 strömt Wasser unter Druck von einer nicht dargestellten Druckquelle in die Leitung 12

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und strömt entgegengesetzt zu der normalen Strömungsdichtung der Schwarzlauge durch die Leiter 24 und 20 und durch die Auslaßleitung 24 durch das Ventil 58 zurück. Die Schwarzlauge, die kontinuierlich von den Abdampfern oder Schwarzlauganlagen anfällt, strömt einfach durch den Bypass neben den Leitern vorbei durch die Leitung 66 und wird in den Tank 14 geleitet. Ist die Auswaschzeit vorbei, werden die Ventile 58 und 60 geschlossen und die Ventile 62, 64 wieder geöffnet und dann das Ventil 68 in dieser Reihenfolge wieder geschlossen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. gezeigt ist, ist der Auswaschvorgang automatisiert. Wie dort zu sehen ist, ist anstelle der Meßgeräte 50 und 52 an den Verbindungsstellen der Leitung 12 mit den T-Stücken 51 und 53 jeweils ein Drucksensor vorgesehen. Diese Drucksensoren sind in üblicher Art ausgeführt und werden an einen üblichen Druckregler angeschlossen, der die Druckdifferenz zwischen stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seiten der Leitung erfasst. Wird dieser Differentialdruckregler vom Grenzwert des Differenzdruckes beaufschlagt, erzeugt er ein Signal, das an ein Zeitrelais 70 ebenfalls konventioneller Bauart weitergegeben wird, das dann die Ventile 58, 60, 62, 64 und 68 so steuert, daß die Ventile 62 und 64 geschlossen werden, während alle anderen Ventile in der richtigen Reihenfolge zum Auswaschvorgang geöffnet werden. Nach einer bestimmten Zeit schließt das Zeitfolgerelais 70 die Ventile 58 und 60 wieder ab und öffnet die Ventile 62 und 64 und schließt schließlich das Ventil 68.

Es hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn zusätzlich zu dem an die Leiter angelegten konstanten Potential bei vorhandenen stabilem elektrischen Feld ein pulsierendes Potential überlagert wird, mit dem Ergebnis, daß die Gleichstromimpulse noch eine bessere Wirkung hinsichtlich der Elektrolyse der in den Kolloiden haftenden Ionen gegenüber der Zersetzung desiWassers und anderer Bestandteile innerhalb der Flüssigkeit erreichen. Dadurch besteht mehr Sicherheit, daß der kleine, aber ständig vorhandene Prozentsatz von Seifenkolloiden in der Flüssigkeit seiner Ionen zur

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Bildung von "Löchern" beraubt wird, so daß eine größere Agglomeration der Kolloide in der Strömung angeregt wird. In der Fig. ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die für ein solches Verfahren geeignet ist. Diese Einrichtung ist ähnlich der Einrichtung der Fig. 1 aufgebaut, so daß nur der Strömungsteil vor dem Abschöpftank gezeigt ist.

Wie in der Fig. 6 erkennbar ist, besitzt die Einrichtung 100 eine Leitung 112, durch die Schwarzlauge von einer nicht dargestellten Quelle zu dem Abschöpftank fließt. Bei dieser Ausführung ist die Leitung 112 mit einem ersten T-Stück 151 aus faserverstärktem Kunststoff oder aus anderem isolierendem Material versehen. Dieses T-Stück isoliert den stromaufwärts gelegenen Teil eines rostfreien Stahlrohres 122, der mit einem Gitter 120 ausgerüstet ist, das in ähnlicher Weise wie das vorher beschriebene leitende Gitter ausgebildet ist, das die Strömung der Schwarzlauge in mehrere kleine Teilströme innerhalb der Gitteranordnung aufteilt. Die Schwarzlauge strömt vom Rohr 122 aus zu einem zweiten T-Stück 118, das ebenso wie das T-Stück 151 aus elektrisch nicht leitendem Material oder aus Isoliermaterial, wie beispielsweise faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und das zur elektrischen Isolierung des stromaufwärts gelegenen Leiters 122 gegenüber dem Leiter 124 dient, der stromabwärts von dem T-Stück 118 angeordnet ist. Der zweite Leiter ist in einem anderen Rohrstück 126 aus rostfreiem Stahl o.dgl. angeordnet. Die Schwarzlauge fließt von diesem Leiter durch ein drittes T-Stück 153 aus elektrisch isolierendem Material zu dem Reststück der Leitung 112, um von dort aus zu dem Abschöpftank zu gelangen. Sowohl die stromaufwärts als auch die stromabwärts liegenden Endteile der Leitung 112 sind geerdet. Die ganze Anordnung der T-Stücke 15I, 118, 153 und der Rohrstücke 122, 126 ist durch eine Glasfaserabdeckung oder durch ein Rohr II9 abgeschirmt, damit die Rohre 122 und 126 und die Leiter 120 und 124 elektrisch geschützt sind. Diese Leiter sind durch die Leitungen 120', 124' mit einem Anschlußkasten 147 verbunden, der seinerseits an ein Steuerpult 127 angeschlossen ist. Dieses Steuerpult ist mit einer Energiequelle für die Leiter 120, 124 versehen und

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besteht aus einer Konstantstromquelle, die die relativ stabile Gleichspannung an die Leiter 120 und 124 und außerdem gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 6 auch eine pulsierende Spannung an jeden der beiden Leiter anliegt.

Fig. 7 zeigt die Energiezufuhr zu den Leitern. Wie zu erkennen ist, ist an jedem der Leiter eine Grundspannung angelegt, die gleichmäßig ist und die durch die Konstantstromquelle bestimmt ist. Wie vorher erwähnt besteht die Grundspannung aus einer Gleichspannung von etwa _+ 20 Volt bis +_ 150 Volt gegenüber dem Nullpotential (Erde). Die Leitungsanordnung und die Teile vor dem T-Stück 151 und hinter dem T-Stück 153 sind geerdet. Die ganze Anlage besitzt daher drei elektrische Felder: Leiter 120 gegenüber Erde, Leiter 124 gegenüber Erde und Leiter 120 gegenüber dem Leiter 124. Die Grundspannung, wie sie durch die Konstantstromquelle aufrechterhalten wird, sorgt für eine relativ konstante Stromdichte, beispielsweise zwischen 1 bis 3 Ampere pro Querschnitts-Square Inch (= 6,4 5 cm ), wobei eine Strömung von zehn Gallonen pro Minute und pro Querschnittseinheit an Schwarzlauge durch die Leitung 112 fließt, unabhängig von den Änderungen in der Leitfähigkeit der Flüssigkeit. Zusätzlich zu diesen Ausgangsdaten, soll die Spannungsquelle auch geeignet sein, variable Frequenzimpulse mit variabler Amplitufle zu erzeugen, welche Spannungspitzen von beispielsweise zwischen 100 und 280 Volt aufweisen, die den Leitern oder Gittern zugeleitet werden, um den positiven Leiter noch mehr positiv und den negativen Leiter noch mehr negativ während der Dauer eines Impulses aufzuladen. Die positiven und negativen Impulse können den entsprechenden, von Grund auf positiv oder negativ geladenen Leitern. 122 und 124 gleichzeitig oder auch nacheinander zugeleitet werden. Für Schwarzlauge hat es sich als zweckmäßig erwiesen, etwa 120 Impulse pro Sekunde mit +_ 280 Volt gegenüber Erde und mit einer Einschaltdauer von 10 bis 20 % vorzusehen, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Die bei der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung der gleichmäßigen Gleichspannung und der pulsierenden positiven und negativen Spannung für die Leiter

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120 und 24 vorgesehene Energiequelle kann in üblicher Weise ausgebildet sein und ihr Aufbau ist dem Fachmann bekannt. Eine solche Einrichtung kann aber auch eine solche sein, wie sie unter der Modellbezeichnung 60^44 bei der Research Incorporation of Minneapolis, Minnesota, vertrieben wird.

Um den prozentualen Anteil der beeinflußten Kolloide zu erhöhen, wird ein hoher Turbulenzgrad bei der Ausführungsform der Erfindung über eine kräftige Verwirbelungseinrichtung erzeugt, und zwar in ähnlicher Weise wie das vorher schon beschrieben worden ist. In diesem Fall besteht die Verwirbelungseinrichtung aber aus einem rotierenden Rührer, der in der Leitung 112 montiert ist und der durch einen Motor (14^) mit relativ hoher Umdrehungszahl, beispielsweise mit 2000 Umdrehungen pro Minute betrieben wird. Das Rührelement kann beispielsweise ein Eischaumschläger sein. Um die Turbulenz in der durch die Leitung strömende Flüssigkeit noch weiter zu erhöhen und um die Gesamtoberfläche zu vergrößern, die dem Leitergitter ausgesetzt wird und um gleichzeitig auch die Teilchenbewegung zu erhöhen, ist vor dem Rührer 146 vorgesehen, Luft durch eine Zuführleitung 142 o.dgl. zuzuführen. Die Luft wird in einer Menge von etwa 10 Norm-Kubikfuß pro Stunde und pro 100 g pro Minute der durch die Leitung gehenden Strömung zugeführt. Das Aufrühren der Flüssigkeit und die darin aufgrund der Zuführung von Luft und der Elektrolyse des Wassers gebildeten Luftblasen, begünstigen auch das Säubern der Oberfläche des Leiters oder Gitters von einem Agglomerationsfilm. Wird dieser Film nicht kontinuierlich mechanisch von den Leitern entfernt, sondern statisch belassen, so würde er die zusätzliche Übertragung von elektrischen Ladungen zwischen den Kolloiden behindern und dadurch die Tendenz zur Agglomeration unterbinden. Das Aufrühren der Flüssigkeit und die Zufuhr von Luft bringt daher einen Hilfseffekt insofern, als nicht nur der elektrische Ladungstransport zwischen den Leitern in den Kolloiden gefördert wird, sondern daß die Leiter selbst auch sauber gehalten werden.

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Das in der Fig. 6 gezeigte System besitzt auch ein automatisches Reinigungssystem, das ähnlich jenem ist, das anhand der Fig. 1 schon beschrieben wurde. Das T-Stück 153 ist mit einem kurzen Leitungsstück 156 versehen, das an ein Ventil 60 anschließt, das die Zufuhr von Waschwasser zu dem Ende steuert, das normalerweise das Ausflußende der Leitung 112 ist. Das T-Stück 118 besitzt ebenfalls ein kurzes Rohrstück 172, das über ein Ventil 174- an einem Rohr 176 anliegt, durch das das Waschwasser das System nach der Reinigung des Leiters 124 wieder verlassen kann. Das T-Stück 151 besitzt ein Rohr 154-,mit dem es an einem Ventil 58 anliegt, durch das Waschwasser ebenfalls das ganze System verlassen kann, wenn der Leiter 120 gereinigt ist.

Um die Kontinuität des ganzen Verfahrens nicht zu beeinflussen, wenn das Ventil 68 geschlossen ist und die Ventile 62 und 6£ in dieser Reihenfolge geschlossen wurden, werden die Ventile 60 und 174 vorzugsweise zuerst geöffnet und das Ventil 58 bleibt geschlossen, so daß das Waschwasser, das in die Leitung I56 und von dort aus durch den Leiter 124 tritt, direkt durch die Leitung 172, das Ventil 174 und die Leitung I76 gezwungen wird. Ist der Leiter 124 durch diese Rückströmung des Waschwassers gereinigt, dann kann das Ventil 174 geschlossen werden und das Ventil 58 geöffnet werden, so daß dann das Waschwasser in umgekehrter Richtung durch die öffnungen im Leiter 120 und durch die öffnungen im Leiter 124 strömt. Während des Waschvorganges bleibt das Ventil 68 im Bypass 66 geöffnet, so daß die Schwarzlauge außen um die elektrischen Bestandteile der Leitung 112 herumfließen kann.

Es hat sich gezeigt, daß der beste Effekt bei Tallölseifenteilchen eintritt, wenn etwa 16 % dieser Teilchen Anionen besitzen, die durch die elektrischen Felder von ihnen abgenommen werden. Der verbleibende Rest von etwa 84 % wird nicht beeinflußt und bleibt

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daher entgegengesetzt geladen. Man nimmt an, daß einige der zuletzt genannten Teilchen dann mit den "entblößten" Teilchen agglomerieren. Werden die Spannung, die Stromdichte und die Strömungsverhältnisse so gewählt, daß von zu vielen Anionen abgenommen werden, dann verbleiben ganz offensichtlich nicht genug noch nicht beeinflußte Teile, um sich mit ihnen zu agglomerieren, und der Wirkungsgrad der Agglomeration fällt unter diesen Bedingungen ab. Da aber die Agglomeration der einzelnen kolloidalen Teilchen zu Klumpen wesentlich dafür ist, daß ihre Bewegung durch die Flüssigkeit in den Tank 14 der Fig. 1 bewirkt wird, ist es wünschenswert, daß die Spannungsbedingungen zur Erreichung des besten Abnahmeeffektes eingehalten werden.

Es kann schwierig sein, diese optimalen Spannungsbedingungen einzuhalten, um die Anionen von einem vorgewählten Prozentsatz von Teilen abzustreifen, die durch die öffnungen in den Leitern 120 und 124 befördert werden. Wenn das so ist, dann kann ein Teil der zugeführten Schwarzlauge durch die Leitung 66 abgezweigt werden, dadurch, daß das Ventil 68 gerade soweit geöffnet wird, um Teilchen, die noch ihren ursprünglichen Wert des Zeta-Potentials aufweisen, über den Bypass an dem elektrischen Entnahmefeld vorbeizuführen, so daß sie dann mit den andern beeiflußten Kolloidalteilchen beim Eintritt in den Tank 14 vermischt werden. Es hat sich gezeigt, daß man dadurch eine recht gute Agglomerationswirkung erzielen kann. Eine andere Alternative besteht darin, daß das Rohr 176 an die Zufuhr von Schwarzlauge angeschlossen wird, um direkt kolloidale Teilchen in den Bereich der größten Anzahl von "entblößten" Teilchen hereinzuführen.

Beispiel 1:

Schwarzlauge mit 165° Fahrenheit («*.· 74° C), mit einem Bestandteil

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von 27,4 % Schwarzlaugefestbestandteilen (BLS), einem Leitwert von 146 O00/imhos*und einem Anfangswert von Tallölerzielbarkeit von 1,78 % gegenüber den Schwarzlaugefestbestandteilen, wurde durch die Einrichtung der Fig. 6 geleitet. Die Strömungsmenge betrug 25O Gallonen (1 Gallone = 3,78 ltr) pro Minute, die an den Leitern 120 und 124 angelegte Grundspannung betrug 23 Volt mit einer Stromdichte von 1,3 Ampere RMS pro Square Inch (6,45 cm ). Die überlagerte pulsierende Spannung hatte ihren Maximalwert bei I50 Volt. Wurde die Flüssigkeit in der Einrichtung dem elektrischen Feld mit Grundspannung und überlagertem Potential bei Einsatz des Rührers 146 und bei Einsatz der Luftzufuhr durch die Leitung 142 ausgesetzt, ergab sich ein Resttallölwert von 0,36 %, Wurde die Flüssigkeit nur der Luft und dem Rührwerk ausgesetzt, betrug der Resttallölwert 0,67 %· Wurde die Flüssigkeit nur dem Rührwerk und dem elektrischen Feld ausgesetzt, betrug der Resttallölwert 0,48 %. Wurde die Flüssigkeit nur dem elektrischen Feld unterworfen, betrug der Resttallölwert 0,51 %·

Beispiel 2:

Eine zweite Probe von Schwarzlauge mit 149°Fahrenheit und mit 24,8 % Schwarzlaugefestbestandteile sowie mit einem Leitwert von 137 000 urihos* sowie mit einem Ausgangswert von Tallölerreichbarkeit von 1,84 % bezogen auf die Schwarzlaugefestbestandteile, wurden denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 ausgesetzt. Wurde die Flüssigkeit sowohl Luft- als auch Rührwerk und Potentialfeld ausgesetzt, ergab sich ein Resttallölwert von 0,39 %· Wurde sie nur der Luft und dem Rührwerk unterworfen, ergab sich ein Restwert von 0,66 %. Bei Beeinflussung ausschließlich durch das Rührwerk und dem vollen Spannungsfeld (Gleichfeld und Polisation) war der Restwert 0,53 % und wenn sie nur dem elektrischen Feld ausgesetzt wurde, ergab sich ein Restwert von 0,56 %.

* entspricht α Siemens

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in

Beispiel 5:

Eine dritte Probe wurde den gleichen Bedingungen wie die vorhergehenden Beispielen unterworfen. Die Schwarzlauge besaß 164° Fahrenheit, 25,7 % Schwarzlaugefestbestandteil, Leitwert von 129 OOO^-mhos und einen Ausgangswert von Tallölerzielbarkeit von 2,75 % bezogen auf die Schwarzlaugefestbestandteile. Wurde die Flüssigkeit sowohl Luft, mechanischem Rührwerk und dem vollen Feld ausgesetzt einschließlich der Pulsation, ergab sich ein Restwert für Tallöl von 0,38 %, bezogen auf die Schwarzlaugefestbestandteile. Wurde die Flüssigkeit allen der eben erwähnten Einwirkungen außer dem elektrisch pulsierenden Feld ausgesetzt, ergab sich ein Restwert von 0,51 %·

Aus diesem Ergebnis ergibt sich ganz klar, daß die Kombination des konstanten Gleichfeldes und des sporadisch wirkenden intensiveren Hochspannungsfeldes wesentlich einflußreicher ist, als jede der anderen Komponenten allein und daß jede der anderen Komponenten aber auch mit dazu beiträgt, die Gesamtleistung der Anlage zu erhöhen. Die spezifischen Werte der Grundspannung und der sporadischen pulsierenden Hochspannung wurden empirisch in Abhängigkeit von der Flüssigkeit oder von dem Material bestimmt, das dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden soll.

Fig. 8 zeigt ein Schaubild, in dem die Veränderung in dem Rest-

tallölbestandteil der Schwarzlauge nach dem Abschöpfen aufgetragen ist, wenn der Elektroabschöp"fer mit verschiedenen Stromdichten eingesetzt wird. Auf diesem Schaubild ist auch die Grundlinie von Resttallölbestandteilen der Schwarzlauge nach dem Abschöpfen gezeigt, wenn kein Elektroabschöpfer eingesetzt ist. In beiden Fällen kann man aber feststellen, daß der Mittelwert der zugeführten Tallölerzielbarkeit 2,11 % der Schwarzlaugefestbestandteile betrug. Die Arbeitspunkte des ELektroskimmers zeigen

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die den Leitern 120 und 124 zugeführten Stromstärken an, wobei ein Rohr mit einem Durchmesser von 5 3/4- Inch verwendet wurde. Aus dieser Darstellung ist zu erkennen, daß die optimale Stromstärke zwischen 26 und 31 KMS Ampere liegt.

Es hat sich herausgestellt, daß durch das Verfahren und die Einrichtung der vorliegenden Erfindung der Anteil von Tallölseifen, die aus Schwarzlaugen zurückgewonnen werden kann, 10 bis 30 % größer ist als jener Wert, der mit konventionellen Abschöpfmethoden (je nach Art der Flüssigkeit und anderer Paktoren) erreichbar ist. In Anbetracht des gegenwärtigen Preises von Tallölseifen ist dieser Zuwachs ein wesentlicher wirtschaftlicher Gewinn der Erfindung. So wird z.B. Tallöl, das im südöstlichen Teil der Vereinigten Staaten erzeugt wird, z.Zt. für etwa 165 Dollar pro Tonne verkauft. Etwa 3000 engl. Pfund (1 Pfund« 0,45 kg) Schwarzlaugen-Festbestandteile, von denen ein Teil Tallöl-Seife ist (typisch etwa 1-8 %) werden bei der Herstellung einer Tonne Zellstoff erzeugt. Vor der vorliegenden Erfindung gingen etwa 0,7 % des Gesamtanteiles der Festbestandteile von Schwarzlauge, der Tallölseife ist, verloren, aber, wie in Fig. gezeigt ist, erlaubt es die Erfindung, diesen Verlust auf 0,4 % oder sogar noch weniger herabzudrücken. Dadurch werden etwa 0,3 % oder mehr gespart. Werden 0,3 % bzw. 0,003 mit 3000 Pfund multipliziert, dann ergibt sich, daß 9 Pfund Tallöl pro Tonne Zellstoff gespart werden. Da eine Papierfabrik etwa 1000 Tonnen Zellstoff täglich - eine beachtliche Menge - erzeugt, produziert sie zusätzlich 9000 Pfund oder 4,5 Tonnen Tallöl, wenn die vorliegende Erfindung eingesetzt wird. Da Papierfabriken praktisch kontinuierlich arbeiten, so ergibt sich bei einem Ausgangswert von 360 Tagen pro Jahr, daß eine eolche Fabrik über 1600 Tonnen Tallöl pro Jahr erzeugt. Bei einem Preis von 165 Dollar pro Tonne ergeben sich 264 000 Dollar pro Jahr für Tallöl, das, wenn die vorliegende Erfindung nicht wäre, verlorengehen würde.

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Es hat sich herausgestellt, daß zur Behandlung von Schwarzlauge mit der vorliegenden Erfindung diese Flüssigkeit vorzugsweise eine Temperatur zwischen 135° Fahrenheit und 180° Fahrenheit aufweisen, muß um die besten Agglomerationsbedingungen für TaIlölseifenteilchen zu erhalten. Die Alkalikonzentration der Schwarzlauge bei 30 % Schwarzlaugefestbestandteilen, sollte etwa zwischen 0,08 bis 0,22 % als ΊίΙ&2θ für den besten Wirkungsgrad betragen.

Wie bereits vorher erwähnt wurde, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das zwar zur Rückgewinnung von Tallölseifen aus Schwarzlauge ganz besonders geeignet ist, auch zur Rückgewinnung von anderen kolloidalen Materialien oder Teilchen bzw. Faserlösungen in Flüssigkeiten eingesetzt werden, die eine relative Spannung oder eine kolloidale Ladung, d.h. kataionische oder anionische Harze oder verschiedene organische oder anorganische Flocken aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren auch eingesetzt werden, um die Wirkung von Alaun oder Monokalziumphosphat beim Entfärben von Wasser- oder Zuckersäften zu verbessern und um das Ausflocken von Fasern und die Steuerung des Zeta-Potentials bei Zellstoff und bei der Papierherstellung einzuleiten. Der Einsatz des pulsierenden Potentials bei der Ausführungsform der Fig. 8 weist den weiteren Vorteil auf, daß der Abbau der Leiter reduziert wird. Das pulsierende Potential fordert von der Flüssigkeit, daß sie im selben Verhältnis wie die Leiter leitend wird. Bei höherer Spannung weisen die Ionen in der Flüssigkeit eine größere Resistivität auf und als Ergebnis tritt eine erhöhte Konzentration von Kationen und Anionen an den Leitern auf, weil diese nicht so schnell wandern können, wie das an sich erforderlich wäre. Die Kationen und Anionen wirken bei dieser höheren Konzentration als Erweiterungen der Leiter und verhindern deren elektrolytische Zersetzung bzw. deren Abbau. Dadurch wird die Tendenz zum Aufbau einer kolloidalen Schicht an den Leitern selbst ebenfalls reduziert.

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3s:

Obwohl anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durch jeden Fachmann ausgefünrt werden können, ohne daß dabei der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

PATE -\l VAN WALTE DR.-ING. H. Η*. WILHELM - DIPL.-ING. H. DAUSTER D-7000 STUTTGART 1 - GYMNASIUMSTRASSE 31B - TELEFON (07 11) 291133 Anmelder; Hudson Pulp and Stuttgart, den I7. Mai I977 Paper Corp. D 53OO/1a Madison Avenue Dr.W/R New York, New York Patent- und Schutzansprüche

1. Einrichtung zum Entfernen von Teilchen aus einer Flüssigkeit, die von der Art sind, die in der Flüssigkeit eine elektrische Ladung annehmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungskanal (12) für die Flüssigkeit vorgesehen ist, der in eine stromaufwärts und in eine stromabwärts gelegene Zone (22 bzw. 26) unterteilt ist, die voneinander elektrisch isoliert sind, daß ein erster elektrischer Leiter (20) in der stromaufwärts gelegenen Zone (22) und ein zweiter elektrischer Leiter (24-) in der stromabwärts gelegenen Zone (26) angeordnet ist und die positive Seite einer Gleichspannungsquelle (25) an den ersten elektrischen Leiter (20) und die negative Seite an den zweiten elektrischen Leiter (24) angelegt ist, so daß die Teilchen in der Strömung beim Durchlaufen der stromaufwärts gelegenen Zone eine positive Ladung erhalten, agglomerieren, wenn sie in dem Zwischenstück (18) zu der stromabwärts gelegenen Zone sich aufhalten und an den zweiten elektrischen Leiter Ladungen abgeben.

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ORlGiNAL INSPECTED

2722Ü0S

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder der beiden elektrischen Leiter eine Reihe von Gittern (28) aufweist, die mehrere Strömungswege bilden, durch die der Flüssigkeitsstrom in eine große Anzahl von Strömungswegen unterteilt wird, wenn er die stromaufwärts und die stromabwärts gelegenen Zonen (22, 26) durchläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal aus mehreren Eohrteilstücken (22, 18, 26) aufgebaut ist, wobei ein erster (22) und ein dritter Leitungsteil (26) die stromaufwärts gelegene bzw. die stromabwärts gelegene Zone bildet und ein zweiter Rohrteil (18) zwischen ihnen angeordnet ist, wobei der erste und der dritte Rohrteil aus einem nicht leitenden hochtemperaturfesten Material ausgebildet ist.

4-, Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftzuführung (44) in der stromaufwärts gelegenen Zone vorgesehen ist und eine Mischeinrichtung (46) in dem Strömungsweg der Luft angeordnet ist, so daß sie in die Flüssigkeitsströmung eingemischt wird und in Form von Luftblasen in der Flüssigkeitsströmung enthalten ist.

5- Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass (66) vorgesehen ist, der ein normalerweise geschlossenes Ventil (68) besitzt und eine Umgehung für den Flüssigkeitsstrom bildet, wenn das Ventil geöffnet ist, daß ferner ein erstes (62) und ein zweites (64) Ventil vorgesehen ist, die normalerweise offen sind und verschlossen werden, um die Flüssigkeitsströmung am Erreichen der stromaufwärts gelegenen Zone (22) zu hindern, wobei eine zusätzliche Strömungszuführung (56) an der stromabwärts gelegenen Seite der stromabwärts liegenden Zone (26) vorgesehen ist und eine Auslaßleitung (54), über die dieser zusätzliche

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Flüssigkeitsstrom vor der stromaufwärts liegenden Zone (22) abführbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absetztank (14-) vorgesehen ist, dem die Flüssigkeitsströmung von der stromabwärts gelegenen Zone (26) aus zugeführt wird und in dem sich die agglomerierten Teilchen von der Flüssigkeit aufgrund ihrer Schwerkraft trennen, wobei getrennte Strömungswege vom Tank für die Flüssigkeit und für die agglomerierten Teilchen vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulsierendes positives elektrisches Feld dem elektrischen Leiter (20) in der stromaufwärts gelegenen Zone (22) und eine pulsierende negative elektrische Spannung der stromabwärts gelegenen Zone (26) zuführbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal elektrisch isolierte Leitungsstücke (16, 18, 53) vorgesehen sind, die unmittelbar vor und nach dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter angeordnet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsquelle (25) vorgesehen ist, mit der eine konstante positive und negative Spannung dem ersten und dem zweiten Leiter zugeführt werden.

10. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Leiter (20) in der Strömung der Flüssigkeit eine Verwirbelungseinrichtung (46) vorgesehen ist.

11. Einrichtung zum Entfernen von suspendiertem Material aus einer Flüssigkeit, die mit einem Strömungskanal für die

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Flüssigkeit ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Leiter (20, 24) in Strömungsrichtung gesehen hintereinander in dem Strömungskanal angeordnet sind, die gegeneinander und gegenüber dem angrenzenden Teil elektrisch isoliert sind und daß entgegengesetzte elektrische Spannungspotentiale (+, -O an den ersten und an den zweiten Leiter angelegt sind, wobei die in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen, die ein entgegengesetzt zu dem Potential des ersten Leiters (20) wirkendes Potential aufweisen, durch die stromaufwärts gelegene Zone (22) des Strömungskanals, in der der erste Leiter sitzt, strömen und sich dann mit anderen Partikeln agglomerieren, wenn die Flüssigkeit den Strömungskanal weiter durchläuft.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Leiter jeweils mit einem aus mehreren elektrischen leitfähigen Schichten (28) von gewelltem Material aufgebauten Körper bestehen, die untereinander so verbunden sind, daß mehrere Strömungswege dazwischen gebildet werden.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Leiter (20) eine Luftzuführung (44) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Luftzuführung (44) und dem ersten Leiter (20) eine Turbulenz erzeugende Einrichtung (46) vorgesehen ist, die auch in der Flüssigkeit eine Vielzahl kleinster Luftbläschen erzeugt.

15. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Strömungskanal ein Tank (14) zur Aufnahme der Flüssigkeit und der agglomerierten Teilchen angeschlossen

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16. Einrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Leiter (32) mit mehreren vertikal verlaufenden Leiterdrähten (34) versehen ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung, die an den dritten Leiter (32) angelegt ist, größer als die Zersetzungsspannung von Wasser ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter jeweils aus mehreren gegeneinander in Abstand gehaltene Graphitschichten bestehen.

19· Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen den Leitern (20, 24) größer als die Ze rs etzungsspannung von Wasser ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzte elektrische Spannungen an den ersten (120) und zweiten Leiter (124) angelegt sind und daß eine Einrichtung (147) vorgesehen ist, mit der sowohl eine konstante elektrische Spannung als auch eine überlagerte pulsierende elektrische Spannung gleicher Polarität anlegbar ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem ersten Leiter (20, 120) angelegte elektrische Potential positiv ist und jenes, das am zweiten Leiter (24, 124) angelegt wird, negativ ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts und stromabwärts vor bzw. hinter dem ersten und dem zweiten Leiter elektrisch isolierende Leitungsstücke (151» 172, 153) an dem Strömungskanal (112) angeordnet sind.

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23. Einrichtung zum Entfernen von Tallölseifenteilchen aus der Schwarz lauge, die bei der Zellstoffherstellung anfällt, "bestehend aus einem Strömungskanal für die Schwarzlauge, der aus einem elektrisch isolierten Bereich "besteht, der den Strömungsweg in eine stromaufwärts und in eine stromabwärts gelegene Zone (22, 26) unterteilt, in denen ein erster und ein zweiter Leiter (20, 24-) angeordnet ist, der jeweils von dem Isoliermaterial getragen wird, gekennzeichnet ferner dadurch, daß eine positive Ladung am ersten Leiter (20) anliegt und eine negative Ladung dem zweiten Leiter (24) aufgegeben wird, wobei die anionischen Tallolseifenpartikel, die in der Flüssigkeit enthalten sind, auf den ersten Leiter zuwandern, wenn die Flüssigkeit durch die stromaufwärts gelegene Zone läuft, wobei Anionen abgelöst werden und die resultierenden, so entblößten Teilchen dann mit der Flüssigkeit die stromabwärts gelegene Zone erreichen, wo ein großer Teil dieser entblößten Teilchen an nicht beeinflußte Teilchen angezogen wird, so mit diesen agglomeriert und ein kleinerer Teil der entblößten Teilchen an den negativ geladenen zweiten Leiter angezogen wird, wo ihre überschüssige positive Ladung neutralisiert wird und sie sich zusätzlich aneinander anlegen.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tank (14) zur Aufnahme der von der stromabwärts gelegenen Zone kommenden Flüssigkeit vorgesehen ist, in dem die agglomerierten Tallolseifenpartikel zur Oberfläche der Flüssigkeit zum Zweck der Entnahme schwimmen.

25· Einrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen dritten Leiter (32), der in dem Tank vorgesehen ist und der elektrisch gegenüber diesem isoliert ist und an dem positiven Potential anliegt, so daß Tallolseifenpartikel sich an diesen dritten Leiter anlegen, weiter untereinander

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agglomerieren und auch zur Oberfläche der Flüssigkeit im Tank schwimmen.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts vor dem ersten Leiter (20) ein Luftstrom zugeführt wird.

27· Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Luftzufuhr (44) unter dem ersten Leiter (20) zur Erzeugung von Turbulenz in der Flüssigkeit und zur Erzeugung einer Vielzahl kleiner Luftblasen in der Flüssigkeit eine Verwirbelungseinrichtung (46) vorgesehen ist, wobei die erzeugten Luftbläschen in den agglomerierten Teilchen eingeschlossen werden und den Auftrieb dieser Teilchen zur Unterstützung ihres Aufschwimmens nach oben vergrößern.

28. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter (20, 24) jeweils mit einem Körper versehen sind, der aus mehreren elektrisch leitenden Schichten von gewelltem Material besteht, die $weils untereinander zur Bildung einer Vielzahl von Strömungswegen verbunden sind (Fig. 3)·

29. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Leiter (32) aus einer Vielzahl vertikal angeordneter Drähte (34) besteht.

30. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem ersten (20) und dem zweiten Leiter (24) auftretende Potential größer als die Ze rs et zungs spannung von Wasser ist.

31. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (147, 127) vorgesehen ist, mit der eine pulsierende positive Spannung auf den ersten Leiter (120) in der stromaufwärts gelegenen Zone (120) gelegt werden kann sowie eine pulsierende negative Spannung auf den zweiten Leiter (124) in der stromabwärts gelegenen Zone

32. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem zweiten (124) und hinter dem ersten Leiter (120) im Strömungskanal elektrisch isolierte Leitungs stücke (118) vorgesehen sind und daß vor und hinter diesem isolierten Leitungsstück geerdete Leitungsstücke (122, 126) vorgesehen sind.

33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (25, 147) zum Anlegen einer positiven und einer negativen Spannung an die Leiter eine Konstantstromquelle umfaßt, mit der konstante positive und negative Spannungswerte den ersten und zweiten Leiter bezogen auf die geerdeten Leitungsstücke zugeführt werden können.

34. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass (66) vorgesehen ist, der die geerdete Leitung (112) der stromaufwärts gelegenen Zone mit dem geerdeten Leitungsstück in der stromabwärts gelegenen Zone verbindet, durch den die kolloiden Teilchen unmittelbar geführt werden können, so daß eine gesteuerte Menge von Kolloidteilchen sich unmittelbar mit den Teilchen mischen können, die im Strömungsweg stromabwärts vom zweiten elektrischen Leiter (124, 24) vorhanden sind.

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35· Einrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Leitungsstücke (176), die an einem Ende an die Schwarz laugen zufuhr angeschlossen sind und mit dem anderen Ende in den Strömungskanal zwischen dem ersten (120) und dem zweiten Leiter (124) einmünden, so daß eine gesteuerte Menge Schwarzlauge in die Strömung eingeführt werden kann, um kolloide Teilchen in gesteuerter Menge mit kolloiden Teilchen zu mischen, die am ersten Leiter vorbeigeströmt sind, den zweiten Leiter jedoch noch nicht erreicht haben.

36. Verfahren zum Entfernen von Tallölseifenpartikeln aus Schwarzlauge, die "bei Zellstoff herstellungsprozeß anfällt, bei dem die Schwarzlauge durch elektrisch isolierte Strömungszonen geführt wird und ein erstes elektrisches Feld in einer stromaufwärts gelegenen Zone mit Hilfe eines Leiters erzeugt wird, um die Wanderung von anionischen Tallölteilchen, die in der Flüssigkeit vorhanden sind, auf den Leiter hin zu bewirken und eine positive Ladung der Teilchen zu erreichen und dadurch, daß eine konstante negative Spannung einem zweiten Leiter in der stromabwärts gelegenen Zone zugeführt wird, um die positiv geladenen Teilchen an dem zweiten Leiter anzulegen, jede vom ersten Leiter stammende Ladung zu neutralisieren und sie zum Agglomerieren zu veranlassen.

37· Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von der stromabwärts gelegenen Zone in einen Tank geleitet wird und dort die agglomerierten Teilchen zur Entfernung an die Flüssigkeitsoberfläche schwimmen.

38. Verfahren nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch ein drittes, mit einem dritten Leiter erzeugtes elektrisches Feld in dem Tank und durch Anlegen einer positiven Spannung an diesen Leiter, wodurch die Tallölseifenteilchen im Tank an den dritten Leiter angezogen werden, weiter sich aneinander agglomerieren und zur Oberfläche des Tanks schwimmen.

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39· Verfahren nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch eine Luftstromzuführung in die Flüssigkeit vor dem ersten Leiter.

40. Verfahren nach Anspruch 39» gekennzeichnet durch Turbulenzerzeugung in der Flüssigkeit, um eine Vielzahl von kleinen Luftblasen hervorzurufen.

41. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leiter der stromaufwärts gelegenen Zonen eine pulsierende positive Spannung zugeführt wird und dem Leiter in der stromabwärts gelegenen Zone eine pulsierende negative Spannung.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß den Leitern eine konstante Spannung durch Anlegen an einer konstanten Stromquelle zugeführt wird.

43· Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg für die Flüssigkeit unmittelbar vor und hinter den Leitern elektrisch isoliert wird.

44. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der stromaufwärts und in der stromabwärts gelegenen Zone in eine Vielzahl von kleinen Teilströmungen aufgelöst wird.

45. Verfahren Bum Entfernen anionischer oder kationischer kolloidaler Teilchen oder anderer Suspensionen aus Flüssigkeiten, bei dem mit Hilfe elektrischer Felder eine Ladungsbeeinflussung der kollodialen Teilchen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit einen Strömungsweg durchläuft, der elektrisch in eine stromaufwärts und eine stromabwärts gelegene Zone unterteilt wird, daß in diesen Zonen

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elektrische Leiter angeordnet werden, die mit einer konstanten elektrischen Spannung versorgt werden, so daß Teilchen mit einem Potential, das dem Potential des ersten Leiters entgegengesetzt ist, auf diesen ersten Leiter zuwandern, wenn die Flüssigkeit die stromaufwärts gelegene Zone durchläuft, daß sie dabei einen Teil ihrer an der Oberfläche gehaltenen Ionen abgeben und so eine Potentialwandlung durchmachen und dann mit vom elektrischen Feld nicht beeinflußten Kolloiden agglomerieren, weil sie von jenen angezogen werden, wobei der kleinere Teil der Kolloide, die nicht von Ionen entblößt sind oder durch unmittelbare Anziehung mit unberührten Kolloiden agglomeriert sind, dann am zweiten Leiter angezogen werden, wenn die Flüssigkeit durch die stromabwärts gelegene Zone läuft, wobei die Teilchen agglomerieren und jede überschüssige elektrische Ladung, die noch vom ersten Leiter vorliegt, neutralisiert wird.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die von der stromabwärts gelegenen Zone aus weiterstromende Flüssigkeit in einen Tank geleitet wird und daß dort die agglomerierten Teilchen an die Oberfläche schwimmen und entfernt werden.

4-7. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß im Tank ein drittes elektrisches Feld mit Hilfe eines Leiters aufgebaut wird, das dem Feld entspricht, das der erste Leiter erzeugt, wobei die agglomerierten Teilchen an den dritten Leiter angezogen werden, dabei ihre örtliche Konzentration zunimmt und daß sie deshalb weiter untereinander agglomerieren.

48. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß den

Leitern pulsierende elektrische Potentiale überlagert werden, die die gleiche Polarität aufweisen, wie die konstant an ihnen anliegenden Potentiale.

49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Potential, das an die Leiter angelegt wird, durch Anlegen an einer Konstantstromquelle erzeugt wird.

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor und hinter den Leitern der Strömungsweg der Flüssigkeit elektrisch isoliert ist.

51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in eine Vielzahl von kleinen Teilströmungen in der stromaufwärts und in der stromabwärts gelegenen Zone aufgeteilt wird.

52. Anlage zum Agglomerieren von Teilchen in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch eine Kombination eines Strömungskanales (12), der in zwei Bereiche (20, 26) unterteilt wird, wobei in jedem Bereich die Strömung in eine Vielzahl von kleinen Teilströmungen durch Einrichtungen (28) aufgeteilt wird, die aus elektrisch leitendem Material bestehen, daß der Strömungskanal mit einem elektrisch isolierten Teil (18) versehen ist, der die beiden Zonen voneinander teilt und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um dem in der ersten Zone angeordneten Leiter (20), der aus dem leitenden Material besteht, das die Strömung unterteilt, eine positive Spannung und dem zweiten Leiter (24) eine negative Spannung zu geben und daß schließlich pulsierende Spannungen gleicher Polarität dem ersten und dem zweiten Leiter zugeführt werden.

53. Einrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Anordnung zur Zuführung der elektrischen Potentiale eine Konstantstromquelle ist.

Verfahren zum Entfernen von Teilchen aus einer Flüssigkeit, bei dem eine Strömung in einem Strömungskanal erzeugt wird, die durch eine stromaufwärts und durch eine stromabwärts gelegene Zone läuft, daß diese beiden Zonen elektrisch gegeneinander isoliert sind und daß in den beiden Zonen die Flüssigkeit mit der Oberfläche von einem elektrischen Leiter in Berührung gebracht wird, wobei die Kontaktfläche in der einen der Zonen mit einem festen positiven Potential und die Kontaktoberfläche der anderen Zone mit einem festen negativen Potential beaufschlagt ist und daß dem positiven und dem negativen Potential jeweils ein entsprechendes gleichpolarisiertes, pulsierendes Potential überlagert wird.

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