DE3529638C2

DE3529638C2 - Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung und deren Verwendung in Papierstoffanlagen, insbesondere zum Deinken von Altpapier

Info

Publication number: DE3529638C2
Application number: DE3529638A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. Dr. 7980 Ravensburg Linck; Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 7981 Weingartshof Siewert
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1987-02-12
Also published as: CH665962A5; SE8603022L; FR2584947A1; FR2584947B1; SE8603022D0; DE3529638A1

Abstract

Bei einer Begasungsvorrichtung, insbesondere für eine Flotationseinrichtung, wird eine größere Gasbeladung dadurch erreicht, daß ein Stufendiffusor (1) mit sich stufenweise erweiterndem Querschnitt verwendet wird, wobei unmittelbar nach einer Erweiterung (5) die Gaszuführleitung (8) mündet. Damit läßt sich eine Gasbeladung von über 50% erreichen, wenn die Mischlänge (V1 + V2)/A0, d. h. das Verhältnis des Mischvolumens nach der Gaszuführung zum Eintrittsquerschnitt, mindestens 1 m beträgt. Solche Vorrichtungen eignen sich besonders zur wirkungsvollen Reinigung einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension von Fremdstoffen zwecks Herstellung sauberen Papieres aus Altpapier.

Description

Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal mit wenigstens einer stufenförmig und sprunghaften Erweiterung des Durchflußquerschnittes, durch den das zu begasende, fließfähige Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle mit sprunghafter Querschnittserweiterung wenigstens eine Öffnung zur Gaszuführung vorgesehen ist.
Eine mit einer solchen Begasungsvorrichtung versehene Flotationseinrichtung ist insbesondere zur Flotation von Faserstoffsuspensionen zur Papierherstellung geeignet, wobei sich aus der Suspension zu entfernende Partikel an die gebildeten Gasblasen anlagern und als Flotationsschaum von der Oberfläche abgeführt werden können. Einrichtungen dieser Art werden speziell zur Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen benötigt. Jedoch sind auch andere Verwendungen möglich, bei denen ein fließfähiges Medium mit möglichst hoher Gasbeladung in einen Flotationsbehälter einzuführen ist, um eine Anlagerung von Partikeln an die Gasblasen zu erreichen. Als Gas kann dabei Luft oder ein geeignetes anderes Gas dienen.
Begasungsvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus CH-5 81 493 als sogenannte Stufendiffusion in verschiedenen Varianten für unterschiedliche Verwendungen bekannt. Vorteilhaft ist dabei, daß solche Begasungsvorrichtungen selbstansaugend arbeiten, so daß deren Betriebssicherheit außerordentlich gut ist.
Aus B. Eck "Technische Strömungslehre" (Springer 1966) sind Vorschriften für die geometrische Auslegung solcher Stufendiffusoren bekannt. Dabei wird empfohlen, daß der Geschwindigkeitsabfall an jedem Stufensprung etwa gleich groß ist, weil so der Druckrückgewinn am größten ist, und die Länge der Teilstufen etwa das sechs- bis siebenfache der Durchmesserdifferenz betragen soll, um ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil zu erreichen.
In der prioritätsälteren DE 34 01 161 sind besonders für die Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen geeignete Flotationseinrichtungen mit speziell angepaßten Begasungsvorrichtungen beschrieben. Unter Beachtung der genannten Dimensionierungsvorschriften ließen sich damit Gasbeladungen, d. h. ein Quotient der zugeführten Luftmenge zur Flüssigkeitsmenge von 30-40% erreichen.
Um einen guten Wirkungsgrad speziell bei der Reinigung von stark verschmutztem Altpapier zu erreichen und um notwendige Reserven zu gewinnen, insbesondere für zwischengeschaltete Schieber und Meßeinrichtungen zur Einstellbarkeit der Luftmenge, hat sich eine Erhöhung der möglichen Gasbeladung auf Werte von 50-60% als notwendig erwiesen. Solche Gasbeladungen sollen auch bei niedrigen Flüssigkeitsdurchsätzen erreichbar sein.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, bekannte Begasungsvorrichtungen der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß sie einer Flotationseinrichtung ein fließfähiges Medium mit erhöhter Gasbelastung zuzuführen vermögen und zwar auch bei niedrigem Flüssigkeitsdurchsatz. Ein weiteres Ziel ist die Blasengröße in der begasten Flüssigkeit einstellbar zu machen, um eine verbesserte Anlagerung von unterschiedlichen Teilchen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mischlänge, die als Quotient des Mischvolumens nach der stufenförmigen Querschnittserweiterung, bei der die Gaszufuhr erfolgt und des Eintrittsquerschnittes des fließfähigen Mediums in dieses Mischvolumen gebildet wird, mindestens einen Meter beträgt, wobei der Einlaufdurchmesser des Kanales größenordnungsmäßig zwischen 1 und 2,5 cm liegt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß neben den genannten Dimensionierungsvorschriften eine bestimmte Mischlänge zur Verfügung stehen muß, um eine höhere Gasbeladung zu erzielen. Offenbar war es bisher nicht erkannt worden, daß eine Vergrößerung der Mischlänge auf über einen Meter, unter Einhaltung der anderen Dimensionierungsvorschriften, eine Gasbeladung von über 50% erreichen läßt.
Eine Einstellung der Blasengröße läßt sich durch unterschiedliche Turbulenzgrade erreichen. Diese können durch Änderung der Geschwindigkeitsverhältnisse, bzw. Einlaufdrücke und Stufendiffusor-Geometrie erreicht werden.
Die Erfindung wird anhand des in der Figur wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Begasungsvorrichtung im Längsschnitt.
Die Figur zeigt als Beispiel eine Begasungsvorrichtung 1, die als zweistufiger Stufendiffusor ausgeführt ist, bei dem das fließfähige Medium S beispielsweise eine aus Altpapier gewonnene Faserstoffsuspension einen aus mehreren Abschnitten 2, 3 und 4 bestehenden Strömungskanal durchströmt. Zwischen den einzelnen Abschnitten erweitert sich der Querschnitt stufenförmig und sprunghaft, z. B. zwischen der Eingangsstufe 2 und der folgenden Stufe 3 an der Sprungstelle 5 von einem Strömungsquerschnitt A 0 auf einen Querschnitt A 1, sowie an der folgenden Sprungstelle 6 zwischen den Stufen 3 und 4 von einem Querschnitt A 1 auf den Querschnitt A 2. Die Verhältnisse der Querschnitte an den einzelnen Stufen 5 und 6 sind dabei so gewählt, daß der Geschwindigkeitsabfall an jedemStufensprung etwa gleich groß ist. Die Längen der Teilstufen L 1 und L 2 betragen dabei mindestens das sechsfache der Durchmesserdifferenz, die sich aus den Querchnitten A 1-A 0 bzw. A 2-A 1 ergibt.
An den sprungartigen Erweiterungen 5 und 6 bilden sich bei Durchströmung des Stufendiffusors 1 Zonen 7 mit hoher Durchmischung der Strömung und daraus resultierendem hohem Turbulenzgrad in der nachfolgenden Strömung. Gleichzeitig bildet sich an diesen Stellen ein Unterdruck. Durch Öffnungen 8, 9 wird über Zuleitungen 10, 11 ein beizumischendes Gas, beispielsweise Luft in die entsprechende Stufe 3 bzw. 4 hineingesaugt und zufolge der Wirbelströmung mit dem fließfähigem Medium S beispielsweise einer Faserstoffsuspension, in der Form von kleinen Luftblasen vermischt.
Es sei bemerkt, daß zur Erzielung einer guten Durchmischung mindestens eine stufenartige Querschnittserweiterung vorhanden sein muß, in deren Nähe das beizumischende Gas zugeführt wird. Es können jedoch auch zwei oder mehr stufenartige Erweiterungen vorgesehen sein, um die Wirkung zu verbessern. Die Gas- oder Luftbeimischung muß an mindestens einer stufenartigen Erweiterung erfolgen, am günstigsten an der ersten Stufe, jedoch können auch an mehreren Stufen Luftzuführungen vorgesehen sein.
Um den Vorteil einer intensiven Turbulenz und Durchmischung noch besser zu nutzen, ist es von Vorteil, nach dem ersten Stufensprung 5 den Querschnitt auf etwa den ursprünglichen zu verengen und somit den gleichenStufensprung 5&min; zu wiederholen.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Stufendiffusors zur Verwendung für die Zufuhr einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension zu einer Flotationszelle wurde ein dreistufiger Diffusor verwendet mit einem Durchmesser der ersten Zone 2 von 2,5 cm, der zweiten Zone 3 von 3 cm und der vierten Zone 4 von 4 cm. Die Luftzufuhr folgte unmittelbar nach der ersten stufenartigen Erweiterung zwischen den Abschnitten 2 und 3. Nach den bekannten Dimensionierungsvorschriften wurde bei einer frei wählbaren Länge des ersten Abschnittes 2 die Länge L 1 des zweiten Abschnittes 3 mit 3,5 cm und die Länge L 2 des dritten Abschnittes 4 mit 7 cm berechnet. Bei einem Durchsatz der zugeführten Faserstoffsuspension von 240 l/m ließ sich hiermit eine Luftbeladung von max. 30% erreichen.
Zur Steigerung der Luftbeladung wurde versucht, die einzelnen Parameter unter Beachtung der bekannten Dimensionierungsvorschriften so zu ändern, daß die gewünschte Verbesserung erreicht wurde. Überraschenderweise ergab sich als Bedingung für das Erreichen einer derart verbesserten Gasbeladung, daß die Mischlänge im Diffusor mindestens etwa 1 m, vorzugsweise etwa 1,5-2 m betragen muß, wobei dieser Wert zumindest für einen breiten Bereich von Einlauf-Durchmessern der ersten Zone 2 zwischen 1 und mehr als 2,5 cm die gewünschten Vorteile bringt. Unter der Mischlänge L ist dabei für den Fall, daß die Luftzuführung nur am ersten Stufensprung 5 erfolgt, das Verhältnis der auf den Stufensprung 5 folgenden Volumina V 1 und V 2 zum Eintrittsquerschnitt A 0 zu verstehen [L = (V&sub2; + V ₁)/A ₀].
Bei Zuführung an mehreren Stellen sind die entsprechenden Mischlängen zu addieren. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel mit den angeführten Querschnitten der einzelnen Abschnitte genügte es, die Längen der Abschnitte 3 und 4 auf Werte von L 1 = 5 cm und L 2 = 36 cm mit einer Mischlänge L = 1 m zu vergrößern, um eine Gasbeladung von mindestens 40% zu erzielen. Bei Verlängerung von L 1 auf 8 cm und L 2 auf 50 cm mit einer Mischlänge von L = 1,4 m ergibt sich eine Gasbeladung von ca. 50%.
Abwandlungen und Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens sind möglich. So kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zur Erhöhung der Gasbeladung die Blasengröße einstellen zu können. Dies kann beispielsweise durch Veränderung der Druckverhältnisse und der Geometrie der Stufen des Diffusors erreicht werden. Damit ist es möglich, mehrere Flotationsstufen mit verschiedener Blasengröße hintereinander zu schalten, um verschiedene Partikelarten und Partikel unterschiedlicher Größe zu erfassen. Eine weitere Abwandlung besteht darin, durch Einbau eines statischen Mischers in den Strömungskanal die Größe und Verteilung der Luftblasen zu beeinflussen.
Ferner sei bemerkt, daß die Form der Querschnitte der Kanalabschnitte 2, 3, 4 an sich beliebig ist. In der Regel wird zwar ein kreisförmiger Querschnitt gewählt, jedoch kann es zweckmäßig sein, z. B. den letzten, zum Flotationsbehälter führenden Abschnitt 4 mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auszuführen.

Claims

1. Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal (1) mit wenigstens einer stufenförmigen und sprunghaften Erweiterung (5, 6) des Durchflußquerschnittes, durch den ein zu begasendes, fließfähiges Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle ( 5, 6) mit sprunghafter Querschnittserweiterung wenigstens eine Öffnung (8, 9) zur Gaszuführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischlänge L, die als Quotient des Mischvolumens (V 1 + V 2) nach der stufenförmigen Querschnittserweiterung (8), bei der die Gaszufuhr erfolgt, und des Eintrittsquerschnittes (AO) des fließfähigen Mediums in dieses Mischvolumen gebildet wird, mindestens 1 m beträgt, wobei der Einlaufdurchmesser (A _o) des Kanales (1) größenordnungsmäßig zwischen 1 und 2,5 cm liegt.