DE3101221C2

DE3101221C2 - "Einrichtung zur Schaumflotation"

Info

Publication number: DE3101221C2
Application number: DE19813101221
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 7920 Heidenheim Dörflinger; Lothar Dr. Pfalzer; Peter 7915 Elchingen Schweiss
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1983-09-22
Also published as: JPS57136987A; DE3101221A1

Abstract

Einrichtung zur Schaumflotation von Suspensionen, insbesondere Fasersuspensionen, bei der die Suspension durch einen eine im wesentlichen rohrförmige Mischkammer aufweisenden Injektor mit Luft beladen aus der Mischkammer dem Flotationsbehälter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung oder -öffnungen der rohrförmigen Mischkammer zum Boden des Flotationsbehälters gerichtet sind und sich zumindest angenähert in der Mittelachse und in Bodennähe des Flotationsbehälters befinden und daß dieser einen ringförmigen Abzugsquerschnitt für den Abzug der Suspension aus dem Flotationsbehälter aufweist, der radial außen an diesem umlaufend angeordnet ist. Durch die sich aus dieser Anordnung ergebenden Strömungsverhältnisse der möglichst zumindest etwa kreiszylindrischen Flotationszelle wird eine starke Durchsetzung der Suspension mit feinsten Luftbläschen bei geringem Leistungsaufwand erzielt. Das Anwendungsgebiet ist hauptsächlich die Papierindustrie.

Description

a) der Injektor ist für die Zuführung der '5 Suspension bemessen,

b) der Behälter ist der Fiotationsbehälter (1),

c) die Mischkammer (3) befindet sich zumindest angenähert in der Mittelachse des Flotationsbehältess,

d) der PTotationsbehäiter v/eist einen ringförmigen Abzugsquerschnitt (28) für die Suspension auf und

e) die Mischkammer (3) ist an ihrer Austrittsöffnung (11) diffusorartig erweitert

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Abzugsquerschnitt (28) ein ringförmig am Umfang des Flotationsbehälters (1) umlaufender Abzugskanal (12,12', 12"> ^ffir die Suspension angeordnet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daü die "Mischkammer (3) sich zentral senkrecht von oben in die Suspension erstreckt und Düse (8) und Mischkammer (3) im wesentlichen koaxial sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am austrittsseitigen Ende des Diffusors (24) die Mischkammer (3) eine Manschette in Form einer horizontalen, in konstan- «o tem Abstand gegenüber dem Behälterboden (15) angeordneten Ringplatte (22) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen am Behälterumfang am Boden (15) des Flotationsbehälters (1) verlaufenden Kanal (12) für gereinigten Gutstoff, der durch eine umlaufende, vom Behälterboden (15) nach oben sich erstreckende Trennwand (6) von einem zentralen Dispergierraum getrennt ist.

■ 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzugsquerschnitt (28) für die Suspension aus dem Flotationsbehälter in Bodennähe desselben angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Austrittsöffnung (11') oder Ringplatte (22) und dem Behälterboden (15) höchstens gleich der halben lichten Weite des Mischrohres (3) ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaumabzugsrinne (14) ringförmig entlang der Umfangswand des Flotationsbehälters verläuft.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (1) kreiszylinderförmig ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Trennwand (6) etwa 'Λ bis ²Λ der Höhe des Flüssigkeitsspiegels beträgt

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (6) in ihrem oberen Teil radial nach innen abgewinkelt ist

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumabzugsrinne (14) durch eine mehrfach abgewinkelte, sich radial nach innen neigende Teile aufweisende, von der Behälterumfangswand nach oben und radial innen abgehende Wand (13) gebildet ist

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren hintereinandergeschalteten Rotationsbehältern mit Förderung der Suspension vom jeweils vorangehenden zum folgenden Flotationsbehälter durch jeweils eine jedem Flotationsbehälter nachgeschaltete Förderpumpe, jeweils eine drosselbare Steuerluftleitung (30, 30', 30" usw.) zwischen der atmosphärischen Luft und dem Inneren der Injektordüsen (8, 8', 8" usw.) geschaltet ist und daß jeweils für die Drosselung der Steuerluftleitung (30, 30', 30" usw.) eines Flotationsbehälters (1, Γ, 1" usw.) ein vom Flüssigkeitsstand in dem betreffenden Flotationsbehälter (Γ bzw. 1" usw.) vorangehenden Fiotationsbehälter (1 bzw. Γ usw.) abhängigen Schwimmer (35) erfolgt

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluftleitungen jeweils in die engste Stelle der Injektordüsen münden.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schaumflotation entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist bekanntgeworden durch die DE-OS 27 01 702. Bei dieser wird in einem dem eigentlichen Flotationsbehälter vorgeschalteten Mischbehälter mit einer anderen Flüssigkeit als die zu flotierende Suspension das Flüssigkeits-Gasblasengemisch erzeugt Dabei wird die Flüssigkeit zunächst in dem Mischbehälter auf einen höheren Druck gebracht, um darin das Gas in ausreichender Menge zu lösen, welches später durch Desorption nach Entspannung der Flüssigkeit in Form von Blasen für die Flotation in einem eigentlichen Flotationsbehälter nutzbar gemacht wird. Ferner benötigt diese Einrichtung an ihrem Mischrohr noch mehrere der ersten Ansaugstelle nachgeschaltete Saugstellen. Dadurch wird die Bauhöhe der Einrichtung erhöht. Diese Einrichtung weist einen recht komplizierten Mechanismus auf, um das Gas in der genau erforderlichen Menge bereitzustellen. Insbesondere ist eine Druckhaltung im Mischbehälter, die natürlich mit einer Druckregelung verbunden ist, nötig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber eine Flotationseinrichtung für Schaumflotation zu schaffen, bei der leistungsarm eine möglichst gute Durchmischung der Suspension mit Luftbläschen erfolgt und auch eine gute Kontaktierung zwischen Luftbläschen und Schmutzpartikeln erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen, insbesondere 3 bis 8 und 13, hervor.

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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird einerseits eine feine Verteilung der Luftbläschen und gute Durchmischung derselben mit der Suspension erzielt, was durch Geschwindigkeitsdifferenzen quer zur Strömung im Behälter, d. h. dort auftretende Scherkräfte, prinzipiell erreicht wird. Weiterhin wird durch die im Behälter erzeugte Turbulenz die weitere Verteilung der Luftbläschen und die Kontaktaufnahme zwischen Luftbläschen und Schmutzteilchen wesentlich gefördert. Somit wird' eine Einrichtung geschaffen, die eine to hervorragende Wirkungsweise bei geringem Leistungsbedarf hat

Insbesondere ist die Ausführungsform bevorzugt, bei der die nach Art einer Wasserstrahlpumpe arbeitende Injektordüse einem Mischrohr zugeordnet ist, mit dem es einen Ansaugspalt für die in der Suspension zu verteilende Luft bildet. Dabei wird günstigerweise das Austrittsende des Mischrohrs diffusorartig gestaltet und mit einer im wesentlichen parallel zum Behälterboden verlaufenden Ringplatte versehen, welche, und damit auch die Austrittsöffnung des Mischrohrs, vorzugsweise sich etwa in einem Abstand von etwa der Hälfte der lichten Weite des Mischrohrs vom Behälterboden befindet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen

Fig. la und Ib einen schematischen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Flotationsbehälter,

Fig.2 und 3 andere Ausführungsformen im Querschnitt gemäß der Erfindung und

F i g. 4 eine Serienschaltung erfindungsgemäßer Flotationseinrichtungen.

In Fi g. la und Ib ist mit 1 der Flotationsbehälter, mit 2 das Suspensionszuführungsrohr, mit 3 das Mischrohr und mit 8 die Injektordüse bezeichnet. Der Behälter 1 kann z. B. insbesondere kreiszylindrisch oder der Kreisform angenähert polygonal geformt sein.

Die Suspension gelangt von dem Zuführungsrohr 2 durch die Düse zunächst in das Mischrohr 3, wobei sie durch den Ringraum 16, der zwischen der Düse und dem trichterförmigen Mundstück 17 des Mischrohres gebildet wird, die Luft ansaugt.

In Fig. la, Ib ist dargestellt, daß das Gehäuse oben geschlossen sein kann und daß dabei die Injektordüse 8 innerhalb eines Ansaugkastens 9 angeordnet ist, an welchen eixi Luftansaugrohr 10 angeschlossen ist, das eine regelbare Blende oder Drossel 18 aufweist. Durch die Eintrittsöffnung 19 des Ansaugrohres 10 wird die im Behälter zirkulierende Luft angesaugt. Auf diese Weise 5» wird eine Geruchsbeläs%ung der Umwelt weitgehend vermieden. Es ist aber auch durchaus möglich, den Behälter oben offen aufzuführen und ebenso das Mischrohr 3 mit dem Ansaugstutzen 17 enden zu lassen (siehe auch F i g. 2).

In Fig. Ib ist eine Schaumabzugsrinne 14 dargestellt, die an der Umfangswandung des Behälters 1 umläuft und durch eine mehrfach abgewinkelte im wesentlichen schräg nach oben verlaufende Wand 13 gebildet wird. Es ist aber auch möglich, wie im linken Teil vc Fig. 1 gezeigt, eine zentrale als Ring ausgebildete Schaumabzugsrinnp vorzusehen.

Ferner zeigen Fig. la, Ib gegenüber der Austrittsöffnung 11 angeordnete, vom Boden 15 des Flotationsbehälters 1 sich nach oben erstreckende und von der Mittelachse des Mischrohres 3 strahlenförmig radial nach außen sich erstreckende Leitbleche 4. Diese dienen zur geordneten radialen Ausrichtung der Suspeinsionsstromung am Boden des Behälters. An diesem befindet sich ferner ein umlaufender Kanal 12 für gereinigte Suspension, d.h. den Gutstoff, der durch eine vom Boden sich etwa senkrecht nach oben erstreckende umlaufende Wand 6 gebildet ist. Diese Wand dient zur Umlenkung der Suspensionsströmung nach deren Austritt aus dem Mischrohr 3 und führt einerseits zu Scherkräften innerhalb der Suspension aufgrund der Geschwindigkeitsunterschiede quer zur Strömungsrichtung und zu einer derartigen Turbulenz, die nötig ist, damit erstens ausreichende Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutz stattfinden und auch ein Aufsteigen der mit Schmutz beladenen Luftblasen ermöglicht wird. Die Höhe dieser Trennwand beträgt etwa '/3 bis zu ²A der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter. Die Länge des Mischrohres kann relativ kurz gehalten sein und liegt bei etwa 4 bis 8 mittleren Durchmessern des Rohres.

In Fig.2 ist eine andere, bevorzugte Variante der Austrittsöffnung 11 dargestellt, welche in diesem Fall durch ein trichterförmig sich erweiterndes, diffusorartiges Mundstück des Mischrohres 3 iud eine an dessen Ende befestigte ringförmige Platte 22 geb'Jdet wird. Der Abstand zwischen der etwa horizontal zum Behälterboden 15 verlaufenden Platte 22 und dem Behälterboden 15 beträgt etwa einhalb bis ein Drittel des Durchmessers des Mi'i~'hrohres. Ferner ist dort der diffusorartige Aufbau der Düse 8 erkennbar, der die bevorzugte Form darstellt, da damit eine bessere Aufweitung des Strahls, um das Mischrohr 3 besser auszufüllen, erreicht wird. Der Diffusoröffnungswinkel liegt zwischen 6° und 10°. Außerdem wird dadurch der Düsenverlust verringert.

Mit dieser Anordnung kann die Gesamthöhe des Flotationsbehälters noch etwas gekürzt werden, so daß sich für diesen dann insgesamt eine Höhe von etwa 2—3 m ergibt, wobei die Höhe der Suspension bei etwa 1 —13 m liegt.

Der dargestellte Kegel 27 setzt die mit dem durch die Umlenkung der Strömung erzeugten erhöhten Druckgefälle verbundene teilweise Entgasung des mutieren Stoffstromes durch Rückvermischung zumindest zum großen Teil herab und erzeugt kleinere Luftblasen.

Neben der Form der Trennwand 6 ist auch die Form der die Schaumabzugsrinne 14 bildenden Wand 13 von gewisser Bedeutung für den Flotationsinechan'smus.

Nachfolgend wird dessen Funktionsweise näher erläutert.

Der Graustoff strömt mit hoher Geschwindigkeit von etwa 2 bis 8, insbesondere 6 Metern pro Sekunde im Mischrohr 3. Der angesaugte Luftvolumenstrom liegt im Bereich zwischen dem 03- bis Ifachen des Stoffvolumenstroms. Durch die Anordnung bzw. Zuordnung des Mischrohrs zum Behälter bedingt, entsteht unterhalb der Austrittsöffnung il des Mischrohres 3 eine Sfönvjiig, die durch die Umlenkung des Strahls von einer axialen Richtung in die radiale Richtung gekennzeichnet ist. In diesem Umlenkuvigsbereich treten große Scherkräfte aufgrund des Geschwindigkeitsgefälles quer zur örtlichen Strömungsrichtung auf, die eine weitere Verteilung des Luftstromes aus dem Mischrohr durchführen. Außerdem ergibt sich durch die großen örtlichen Relativgeschwindigkeiten in diesem Raum eine hohe Wahrscheinlichkeit für zahlreiche Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln.

Da zwischen der am Boden des Behälters anliegenden radialen Strömung und dem darüber befindlichen Stoff ebenfalls eine hohe Relativgeschwindigkeit existiert, ist dort auch ein Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit für

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Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln.

Diese untere Zone, die etwa bei einem Drittel der Flüssigkeitshöhe aufhört, in der also die Luftdispergierung die Vermischung der Luftblasen mit dem Stoff und gleichzeitig der größte Teil der Kontaktierung zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln stattfindet, bildet die Grundlage für die überraschend kurze Verweilzeit gegenüber bisherigen Apparaten. Denn bei den bisherigen Apparaten war die Kontaktierzone im wesentlichen auf das innere bzw. bei Flotationszellen in mit Rührwerken auch nur auf die unmittelbare Umgebung des letzteren beschränkt. Da diese Zone bei der Erfindung auf den gesamten Zellenquerschnitt ausgedehnt ist, kann hier mit extrem hohen Luftmengen gearbeitet werden, ohne daß im wesentlichen eine r, Luftblasenkoagulation stattfindet.

Bedingt durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten im unteren Bereich der Zelle herrscht auch im darüberliegenden Bereich eine hohe Turbulenz, die zum einen weiiefe Möglichkeiten VOn Köniäkicn /."wischen _>o Luftblasen und Schmutzpartikeln ermöglicht und andererseits aber nicht so hoch ist, daß bestehende Luftblasen-Schmutzpartikelgebilde (Mizellen) im größeren Umfang zerstört werden. Ebenfalls bedingt durch die hohe Turbulenz im Flotationsbehälter, kann dieser :-, Apparat auch mit höherer Stoffdichte als konventionelle Apparate betrieben werden, ohne daß eine wesentliche Reduzierung des Reinigungseffektes eintritt.

Der freie Schaumabzug ohne Schaumpaddel o. ä. durch die radial außenliegende Rinne 14 wird begünstigt jo durch einen erhöhten Anteil von Luftblasen, die im Bereich des Mischrohres 3 an die Oberfläche der Suspension aufsteigen und ist daher vorzuziehen.

Es versteht sich, daß anstelle der runden Querschnittsform des Flotationsbehälters auch eine die runde annähernde, polygonale Form treten kann.

In F i g. 2 ist weiter gezeigt, daß man auf die Leitwand 6 verzichten kann und ein entsprechendes Strömiingsbild auch durch einen verengten Zuströmspalt 28 zum Abzugskanal 12' für die Suspension erzeugen kann. Entsprechend kann man auch, wie in F i g. 3 gezeigt, den Abzugskanal 12" ziemlich weit oben. z. B. direkt unterhalb der Schaumaäzugsrinne 14', anbringen.

Eine Regelung der Höhe des Flüssigkeitsniveaus in den Flotationsbehältern bei mehreren hintereinandergeschalteten Flotationsbehältern, bei denen die Suspension vom jeweils vorangehenden zum nachfolgenden Flotationsbehälter durch eine Förderpumpe gefördert wird, wird nachfolgend beschrieben. Zu dem Zweck werden gemäß F i g. 4 in die Injektordüsen 8, 8', 8" usw. Steuerliiftleitungen 30, 30', 30" usw. eingeführt, die zweckmäßig in der engsten Stelle der Düsen münden. Jede dieser Luftleitungen weist eine Drosselstelle auf, und zwar gemäß dem Ausführungsbeispiel entsprechend F i g. 3 in Form eines durch einen Schwimmer 35 gesteuerten Ventils 32, 32', 32" usw., wobei die Steuerluftleitung jeweils in dem einem Flotationsbehälter vorangehenden Flotationsbehälter ihren Anfang nimmt.

Die Wirkungsweise beruht auf folgender Überlegung. Durch die Zuführung von Luft in die engste Stelle der Düse, wo deren statischer Druck bekanntlich am geringsten ist und erheblich unter dem Luftdruck der umgebenden Atmosphäre liegt, steigt der statische Druck in der Düse an. Ebenfaiis steigt damit der statische Druck in der Suspension am Eintritt in die jeweilige Suspensionsförderleitung 2, 2' usw., d. h. am Austritt der jeweiligen Förderpumpe 33, 33', 33" usw. Das bedeutet, daß auch die Gesamtförderhöhe der Pumpe steigt, was entsprechend der bekannten Kennlinien der Pumpen dazu führt, daß entsprechend dem Anstieg der Förderhöhe die Fördermenge der Pumpe zurückgeht. Für den FaIi, daß nun in einem vordeivn Flotationsbehälter der Flüssigkeitsspiegel ansteigt, führt die aufgrund des schwimmergesteuerten Ventils verstärkte Drosselung der Eintrittsöffnung der jeweiligen Steuerluftleitung dazu, daß nur eine geringere Luftmenge von der Düse aus dieser Leitung angesaugt werden kann, so daß sich der statische Druck entsprechend weniger erhöht. Dies führt dazu, daß die Förderpumpe, die durch die zugehörige Suspensionsleitung zu der betreffenden Düse fördert, nun eine entsprechende höhere FÜissigkeitsrnenge aus dem Flotationsbehälter fördert, in welchem der Flüssigkeitsstand zu hoch angestiegen war. Für die nachfolgenden Flotationsbehälter wiederholt sich der gleiche Vorgang entsprechend. Auf diese Weise bleibt in allen Flotationsbehältern das Flüssigkeitsniveau im wesentlichen konstant.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche: 31 Ol

1. Einrichtung zur Schaumflotation von Suspensionen, insbesondere Fasersuspensionen, bei der eine Flüssigkeit durch einen eine im wesentlichen rohrförmige Mischkammer (3) aufweisenden Injektor mit Luft beladen aus der Mischkammer einem Behälter (1) zugeführt wird, wobei die Austrittsöffnung oder -Öffnungen (11) der Mischkammer (3) zum Boden (15) des Behälters (1) gerichtet sind und die Ό Mischkammer (3) im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: