DE29821189U1

DE29821189U1 - Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation

Info

Publication number: DE29821189U1
Application number: DE29821189U
Authority: DE
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2008-11-27
Also published as: DE19803089A1; DE19803089C2

Description

• ·

Seite 1 P 894/S 801 de

25. November 1998

VOITH SULZER PAPIERTECHNIK PATENT GmbH. Ravensbura Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen 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 einer derartigen Vorrichtung 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

Seite 2 P 894/S 801 de

25. November 1998

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.

In der EP 0 618 012 A1 wird ebenfalls eine solche Strömungsführung angewendet. Außerdem wird eine bestimmte Ausführungsform vorgeschlagen, bei der die Wandung der Flotationsvorrichtung nach innen gewölbt ist. Der Krümmungsradius dieser Wölbung ist konstant.

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, eine Vorrichtung zu schaffen, welche 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 beschrieben.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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 mit zunächst kleinerem und dann größerem Krümmungsradius führt nämlich dazu, daß

Seite 3 P 894/S 801 de

25. November 1998

das Zentrifugalfeld stetig und kontrolliert in der axialen Flußrichtung der Suspension gesteigert wird. Besonders günstig ist eine parabolische Kontur. 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 erfindungsgemäße 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

Seite 4 P 894/S 801 de

25. November 1998

diesem und der Suspension bildet. Dabei werden die flotierten Anteile der Suspension im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Axialbewegung 4 der Suspension transportiert. 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.

Seite 5 P 894/S 801 de

25. November 1998

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. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung 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 eine Anwendung bestimmt, bei der 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

• · · aaaa · a · r

• · · · a a · tar a ·

• ■ · a · a*a

Seite 6 P 894/S 801 de

25. November 1998

Schutzansprüche:

1. Flotationsvorrichtung mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Flotationsbehälter (12,12·), der mindestens einen tangentialen Einlauf (13) für die zuzuführende Suspension aufweist, sowie

mindestens einen Auslauf (14) für die abzuführende Suspension und mindestens ein zentrales Schaumrohr (15,15*) für die Notierten Anteile, dessen Einlauföffnung, axial betrachtet, an der Seite des Flotationsbehälters (12,12') angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14) befindet, wobei der Flotationsbehälter (12,12*) im Bereich des Einlaufes (13) einen Maximaldurchmesser (D1) hat, der größer ist als der Minimaldurchmesser (D2) im Bereich des Auslaufes (14) und wobei die Innenkontur des Flotationsbehälters (12,12*) sich vom Einlauf (13) zum Auslauf (14) hin verjüngt und dabei eine nach innen gewölbte Kontur (6) hat,

dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen dem Maximaldurchmesser (D1) und dem Minimaldurchmesser (D2) auf einer Kontur (6) verläuft, deren Krümmungsradius im Bereich des Maximaldurchmessers (D1) kleiner ist als im Bereich des Minimaldurchmessers (D2).

2. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (6) eine parabolische Form hat.

3. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (12,12*) für den Betrieb mit im wesentlichen senkrechter Rotationsachse (5) bestimmt ist.

Seite 7 P 894/S 801 de

25. November 1998

4. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (13) im Bodenbereich des Flotationsbehälters (12,12") angeordnet ist und Auslauf (14) und Schaumrohr (15,15") im Deckelbereich.

5. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (14) tangential angeschlossen ist.

6. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Einlaufes (13) mindestens ein Turbulenzerzeuger (17) befindet.

7. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor ist.

8. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar ist.

9. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 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.

Seite 8 P 894/S 801 de

25. November 1998

10. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkasten (18) axial in Kammern (19) aufgeteilt ist.

11. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit verschiedener Wandungsabschnitte (20) unterschiedlich ist und daß Wandungsabschnitte mit verschiedener Durchlässigkeit verschiedenen Kammern (19) zugeordnet sind.

12. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an den verschiedenen Kammern eingespeisten Luftblasen unterschiedlich groß sind, derart, daß die näher dem Einlauf (13) eingespeisten Luftblasen größer sind als die näher dem Auslauf (14) zugegebenen.

13. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.

14. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15,15') zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12,12*) größer als 0,6 ist.

15. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumrohr (15*) mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial

Seite 9 P 894/S 801 de

25. November 1998

im wesentlichen deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei verschiedene Fraktionen mit fiotiertem Stoff ausgeleitet werden können.