EP0642833A1 - Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation - Google Patents

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EP0642833A1
EP0642833A1 EP94110775A EP94110775A EP0642833A1 EP 0642833 A1 EP0642833 A1 EP 0642833A1 EP 94110775 A EP94110775 A EP 94110775A EP 94110775 A EP94110775 A EP 94110775A EP 0642833 A1 EP0642833 A1 EP 0642833A1
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flotation
suspension
air
flotation device
container
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Herbert Britz
Alexander Peschl
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Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
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Escher Wyss GmbH
Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
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    • B03D1/1443—Feed or discharge mechanisms for flotation tanks
    • B03D1/1475—Flotation tanks having means for discharging the pulp, e.g. as a bleed stream
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    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B03D1/245—Injecting gas through perforated or porous area

Definitions

  • the invention relates to a method for separating solids by flotation from a suspension according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for performing the method.
  • Methods of the type mentioned are used to separate at least a portion of the solid particles suspended therein from a suspension.
  • the objective here can either be the removal of undesirable components of the suspension or the clarification of contaminated wastewater.
  • a foam or floating sludge containing the substances to be separated out is formed during flotation.
  • a typical application for the use of such a method is the preparation of a suspension made of printed waste paper, in which the ink particles have already been detached from the fibers, so that they can be selectively floated out (deinking flotation).
  • a flotation device which can already use the acceleration field caused by the rotational movement of the suspension.
  • the flotation foam is removed from the flotation device through an overhead tube, while the cleaned suspension flows off at the bottom. This means dividing the inflowing flow into axially opposing partial flows.
  • Such current routing is also common with hydrocyclones. It leads to a disproportionate increase in the centrifugal acceleration towards the center of the container in the form of a so-called potential vortex.
  • the invention had for its object to provide a method which, using a centrifugal field, an even better separation of the suspended Solid particles or the use of relatively compact flotation devices, or both.
  • the process according to the invention does not result in a deflection of the foam's transport direction in the flotation space. This specifically prevents the formation of a potential vortex.
  • Fig. 1 shows with dashed lines a clarification room 1, into which the suspension 2 is fed.
  • the suspension then performs a rotational movement, indicated by the arrow 3 about the axis 5.
  • a further movement, represented by the arrows 4, is superimposed on the rotational movement 3, which movement is essentially parallel run to the axis of rotation 5.
  • the flotated substances rise together with air bubbles against the effect of a gravitational field. Since the gravitational field arises as a centrifugal field as a result of the rotational movement 3, the floated parts move radially inwards.
  • the flotation foam thus accumulates in the radially inner region of the clarification chamber 1, a more or less sharp boundary 8 being formed between the flotation foam and the air escaping therefrom.
  • the method is carried out in such a way that the floated portions are transported essentially parallel to the axis of rotation 5 and in the same direction as that of the superimposed movement 4 (arrows 6).
  • the floated parts collected in this way are discharged from the clarification chamber 1, indicated here by the arrows 7, usually together with free air which has escaped from the suspension foam, arrow 10.
  • the part of the suspension from which the floated parts are removed emerges from the clarification room, arrow 11.
  • Air required for flotation is either added to the substance at the inlet, arrow 9, and / or through openings in the clarification room 1 during the actual flotation, arrows 9 '.
  • FIG. 2 shows a simplified section through a flotation container 12 with which the method can be carried out.
  • An inlet 13 and an outlet 14 (shown offset here) and the sludge pipe 15 can be seen.
  • a turbulence generating device 17 can be present in the inlet 13, here designed as a step diffuser, into which air is pumped in by an air line 16 in the vicinity of the step jump is sucked in.
  • a plurality of step diffusers are provided one above the other in the vertical direction and only one in the radial direction. Turbulence generation with the aid of step diffusers, even when entering flotation apparatus, is known per se, but offers particular advantages in connection with the other features of the method according to the invention. This is related to the task of achieving the best possible flotation effect in the smallest possible space. Controlled micro-vortices and a force field increased by rotation are therefore of great benefit.
  • Fig. 3 shows the apparatus of Fig. 2 as a view from above and in particular does tangential inlet 13 and outlet 14 visible.
  • FIG. 4 does not show a cylindrical but a slightly conical flotation container 12 '.
  • a measure allows the rotational movement to be accelerated without supplying any further energy, as a result of which friction losses could be compensated for.
  • the total volume of the suspension will be lower due to air flowing out into the center of the flotation container.
  • a further variation possibility not necessarily tied to the conical shape of the flotation container, is the ventilation of the suspension during the flotation through an air box 18 to which an air connection 19 is attached. In such a case, of course, suitable steps must be taken to allow the air to enter the suspension in the region of the wall 20, e.g. through porous or perforated designs.
  • FIG. 5 shows part of a further flotation device suitable for carrying out the method, namely the area of the sludge pipe 15 '.
  • This is designed as a concentric double tube, so that two different fractions of material accumulated in the central part of the flotation container can be drawn off. It can be particularly advantageous to separate a foam fraction 21 that is as concentrated as possible separately from a foam / suspension mixed fraction 22. A further separation step could then be obtained from the latter, e.g. unintentionally removed paper fibers.
  • Such a module unit can essentially consist of flotation tanks, as already described.

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Abstract

Das Flotationsverfahren zur Abtrennung von Feststoffen aus einer Suspension findet unter Ausnutzung von Zentrifugalkräften statt. Im Klärraum (1) wird die Suspension in Rotation versetzt, so daß flotierte Anteile besonders effektiv zur Mitte des Klärraumes (1) geführt und konzentriert werden. Dabei werden, axial betrachtet, flotierte Anteile und der übrige Teil der Suspension in der gleichen Richtung geführt und aus dem Klärraum abgeleitet. Besonders wegen der dadurch vermiedenen Wirbel ist diese Strömungsführung zur Erzielung eines guten Trenneffektes vorteilhaft. Es werden weiterhin mehrere Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Suspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Feststoffteilchen auszuscheiden. Die Zielsetzung hierzu kann entweder die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen der Suspension oder die Klärung von verschmutztem Abwasser sein. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimm-Schlamm gebildet.
  • Ein typischer Anwendungsfall für die Verwendung eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier hergestellten Suspension, in der die Druckfarben-Partikel bereits von den Fasern abgelöst sind, so daß sie sich selektiv ausflotieren lassen (Deinking-Flotation).
  • Aus der DE-OS 33 20 600 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 auch bei Hydrozyklonen üblich. Sie führt zu einem überproportionalen Ansteigen der Zentrifugalbeschleunigung zur Behältermitte hin in Form eines sog. Potentialwirbels.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches unter Ausnutzung von einem Zentrifugalfeld eine noch bessere Abtrennung der suspendierten Feststoffleilchen oder die Verwendung relativ kompakter Flotationsvorrichtungen oder beides gestattet.
  • Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
  • In den Unteransprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt im Flotationsraum - axial betrachtet - keine Umlenkung der Transportrichtung des Schaumes. Dadurch wird gezielt die Ausbildung eines Potentialwirbels vermieden.
  • In dem Bereich, wo sich der flotierte Stoff sammelt, wird so eine ungestörte Axialströmung des Schaumes in Richtung zum Schaumaustrag ermöglicht. Es können kaum noch störende Wirbel im Bereich der Trennung von Schaum und Suspension entstehen. Dieser Bereich ist besonders kritisch für die Reinheit des Flotations-Gutstoffes.
  • Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch die wichtigsten Verfahrensschritte;
    Fig. 2
    schematisch eine geschnitten dargestellte mögliche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
    Fig. 3
    eine Aufsicht des in Fig. 2 gezeigten Gegenstandes;
    Fig. 4
    eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
    Fig. 5
    einen variierten Schaumaustrag.
  • Fig. 1 zeigt mit gestrichelten Linien einen Klärraum 1, in den die Suspension 2 zugeführt wird. Die Suspension führt anschließend eine Rotationsbewegung, angedeutet durch den Pfeil 3 um die Achse 5 aus. Der Rotationsbewegung 3 wird eine weitere Bewegung, dargestellt durch die Pfeile 4, überlagert, welche im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 verlaufen. Infolge des bekannten Mechanismus bei der Flotation steigen die flotierten Stoffe zusammen mit Luftblasen entgegen der Wirkung eines Schwerefeldes auf. Da das Schwerefeld als Zentrifugalfeld infolge der Rotationsbewegung 3 entsteht, bewegen sich die flotierten Anteile radial nach innen. Im radial inneren Bereich des Klärraumes 1 findet also die Ansammlung des Flotationsschaumes statt, wobei sich eine mehr oder weniger scharfe Grenze 8 zwischen dem Flotationsschaum und der daraus ausgetretenen Luft bildet. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein Transport der flotierten Anteile im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Bewegung 4 erfolgt (Pfeile 6). Die so gesammelten flotierten Anteile werden aus dem Klärraum 1 abgeführt, hier durch die Pfeile 7 angedeutet, in der Regel zusammen mit freier, aus dem Suspensionsschaum ausgetretenen Luft, Pfeil 10. Der Teil der Suspension, aus dem die flotierten Anteile entfernt sind, tritt aus dem Klärraum aus, Pfeil 11. Zur Flotation benötigte Luft wird entweder dem Stoff beim Einlauf zugegeben, Pfeil 9, und/oder durch Öffnungen im Klärraum 1 während der eigentlichen Flotation, Pfeile 9'.
  • Fig. 2 zeigt vereinfacht den Schnitt durch einen Flotationsbehälter 12, mit dem das Verfahren ausgeführt werden kann. Man erkennt einen Einlauf 13 und einen Auslauf 14 (hier versetzt gezeichnet) sowie das Schlammrohr 15. Mit Vorteil kann im Einlauf 13 eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung 17 vorhanden sein, hier als Stufendiffusor ausgebildet, in den in der Nähe des Stufensprunges Luft durch eine Luftleitung 16 zugepumpt oder angesaugt wird. Um einen möglichst breiten flachen Strahl zu erzeugen, sind in senkrechter Richtung mehrere Stufendiffusoren übereinander, in radialer Richtung nur einer vorgesehen. Die Turbulenzerzeugung mit Hilfe von Stufendiffusoren, auch beim Einlauf in Flotationsapparate, ist zwar an sich bekannt, bietet aber im Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens besondere Vorteile. Das hängt mit der Aufgabe zusammen, auf möglichst kleinem Raum eine möglichst gute Flotationswirkung zu erzielen. Daher sind kontrollierte Mikro-Wirbel und ein durch Rotationsbewegung erhöhtes Kraftfeld von großem Nutzen.
  • Fig. 3 zeigt den Apparat der Fig. 2 als Ansicht von oben und macht insbesondere den tangentialen Einlauf 13 und Auslauf 14 sichtbar.
  • Fig. 4 zeigt im Gegensatz zu Fig. 2 keinen zylindrischen sondern einen leicht konischen Flotationsbehälter 12'. Bekanntlich kann durch eine solche Maßnahme die Rotationsbewegung beschleunigt werden, ohne weitere Energie zuzuführen, wodurch etwa Reibungsverluste ausgeglichen werden könnten. Ferner ist davon auszugehen, daß durch ausgeströmte Luft in die Mitte des Flotationsbehälters das Gesamtvolumen der Suspension geringer wird. Als weitere Variationsmöglichkeit, nicht unbedingt an die konische Form des Flotationsbehälters gebunden, ist die Belüftung der Suspension während der Flotation durch einen Luftkasten 18, an den ein Luftanschluß 19 angebracht ist. Natürlich müssen in so einem Falle geeignete Schritte unternommen werden, um im Bereich der Wandung 20 einen Eintritt der Luft in die Suspension zu ermöglichen, z.B. durch poröse oder gelochte Ausführungen.
  • Fig. 5 zeigt einen Teil einer weiteren zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Flotationsvorrichtung, und zwar den Bereich des Schlammrohres 15'. Dieses ist als konzentrisches Doppelrohr ausgebildet, so daß zwei verschiedene Fraktionen von im mittleren Teil des Flotationsbehälters angesammeltem Stoff abgezogen werden können. Es kann nämlich von besonderem Vorteil sein, eine möglichst konzentrierte Schaumfraktion 21 separat von einer Schaum/Suspensions-Mischfraktion 22 abzuziehen. Aus Letzterer wäre dann durch einen weiteren Trennschritt noch Verwertbares zu gewinnen, wie z.B. unbeabsichtigt abgeführte Papierfasern.
  • Die Strömungsführung in dem Sinne, daß am oberen Teil des Flotationsbehälters eingeführt und am unteren Teil sowohl der Schaum als auch die gereinigte Suspension abgeführt wird, ist nicht zwingend. Auch eine gerade umgekehrte Strömungsführung ist denkbar und in besonderen Fällen von Vorteil.
  • Es ist ohne weiteres vorstellbar, eine Anzahl von Flotationsbehältern zu Modulen zusammenzusetzen, wodurch sich die gestellte Aufgabe einer kompakten Anordnung der gesamten Flotationsanlage noch besser lösen läßt. Eine solche Moduleneinheit kann im wesentlichen aus Flotationsbehältern, wie bereits beschrieben, bestehen.

Claims (25)

  1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer Suspension durch Flotation in einem Klärraum (1), wobei die Suspension während der Flotation eine Rotationsbewegung (3) ausführt, der sich eine weitere Bewegung (4) überlagert, die sich im wesentlichen in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt und wobei sich die flotierten Anteile radial nach innen bewegen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich die flotierten Anteile außerdem im wesentlichen in der Richtung der Rotationsachse (5) bewegen, die mit der Richtung der weiteren überlagerten Bewegung (4) der Suspension identisch ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der zugeführten Suspension (2), wie an sich bekannt, dicht am Einlauf in den Klärraum (1) Mikroturbulenzen erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Klärraum (1) im wesentlichen zylindrisch mit vertikaler Achse (5) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die überlagerte Bewegung (4) der Suspension im wesentlichen vertikal nach unten verläuft.
  5. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Einlauf der Suspension (2) tangential erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Auslauf der Suspension (11) tangential erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9) gemeinsam mit der Suspension in den Klärraum (1) gelangt.
  8. Verfahren nach Anspruch 2 und 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Bereich der Mikroturbulenzen zugemischt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9') im Klärraum (1) der Suspension zugegeben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zu flotierende Suspension (2) gelöste Luft enthält und zur Flotation benötigte Luftblasen durch Druckabfall in der Suspension erzeugt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß flotierte Anteile in mehreren Fraktionen (21,22) aus dem Klärraum abgeführt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Fraktion (22) Stoffe enthält, die in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt abgetrennt werden.
  13. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Flotationsbehälter (12,12'), mindestens einen tangentialen Einlauf (13) für die zuzuführende Suspension, Mitteln (16,17,18,19) zur Erzeugung und Verteilung von Luftblasen, mindestens einem tangentialen Auslauf (14) für die abzuführende Suspension sowie im zentralen Bereich des Flotationsbehälters (12,12') mindestens einem Schaumrohr (15,15') für die flotierten Anteile
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das mindestens eine Schaumrohr (15,15'), axial betrachtet, an der Seite des Flotationsbehälters (12,12') angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14) befindet.
  14. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Flotationsbehälter (12,12') im Betrieb im wesentlichen senkrecht steht.
  15. Flotationsvorrichtungnach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (13) im oberen Bereich des
    Flotationsbehälters (12,12') angeordnet ist und Auslauf (14) und Schaumrohr (15,15') im unteren.
  16. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Flotationsbehälter (12,12') kreiszylindrisch ist.
  17. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich der Flotationsbehälter (12,12') zum Auslauf hin verjüngt.
  18. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich im Bereich des Einlaufes (13) ein Turbulenzerzeuger (17) befindet.
  19. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor ist.
  20. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar ist.
  21. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft aus einem Luftkasten (18) durch einen durchlässigen Wandungsabschnitt (20) des Flotationsbehälters (12,12') radial in diesen einführbar ist.
  22. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luftblasen mit Hilfe einer vor dem oder im Einlauf (13) befindlichen Drossel durch Drucksenkung in der Suspension erzeugbar sind.
  23. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15,15') zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12,12') größer als 0,6 ist.
  24. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Schaumrohr (15') mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial im wesentlichen deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei verschiedene Fraktionen mit flotiertem Stoff ausgeleitet werden können.
  25. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens aus einem, insbesondere dem radial außenliegenden, der durch die konzentrischen Rohre gebildeten Räume ein tangentialer Auslauf besteht.
EP94110775A 1993-09-10 1994-07-12 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation Expired - Lifetime EP0642833B1 (de)

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DE4330635A DE4330635C2 (de) 1993-09-10 1993-09-10 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation und Flotationsvorrichtung

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