EP2566607B1 - Verfahren und vorrichtung zur zumischung einer chemikalie zu einem prozessstrom - Google Patents

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EP2566607B1
EP2566607B1 EP20110714765 EP11714765A EP2566607B1 EP 2566607 B1 EP2566607 B1 EP 2566607B1 EP 20110714765 EP20110714765 EP 20110714765 EP 11714765 A EP11714765 A EP 11714765A EP 2566607 B1 EP2566607 B1 EP 2566607B1
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EP
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chemical
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dilution fluid
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Voith Patent GmbH
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    • B01F35/145—Washing or cleaning mixers not provided for in other groups in this subclass; Inhibiting build-up of material on machine parts using other means
    • B01F35/1452—Washing or cleaning mixers not provided for in other groups in this subclass; Inhibiting build-up of material on machine parts using other means using fluids
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Definitions

  • the invention relates to a method for admixing a liquid chemical to a process stream by means of a mixing device and to a device for admixing a liquid chemical to a process stream and a chemical feed system, comprising such a device
  • demand-oriented metering means, for example, an addition of chemicals to a process stream of a paper machine that depends on the amount of pulp. Such a measure can significantly reduce the added amounts of chemicals in the papermaking process.
  • Another reason for the efficient use of the chemicals is the high amount of energy needed to heat the fresh water for dissolution or dilution of the process chemicals. Such heating is advantageous in order to avoid a thermal shock in the mixing of the chemicals in the fresh water.
  • the EP-A-1 064 427 describes a method and apparatus for mixing a liquid stream of chemical into a second stream of liquid in a mixing device, wherein the stream of chemical mixed with the second stream substantially simultaneously with the application of the chemicals in the second liquid into a further fourth stream of liquid, in particular a process stream becomes.
  • the WO-A-2005/32704 shows a method and apparatus for feeding a chemical into a liquid stream wherein the chemical is introduced into the liquid stream by means of a mixer, the chemical being mixed into the mixing space, for example, with mixed water or a liquid circulating in the paper machine to form an admixing liquid before it is introduced into a liquid stream, in particular a process stream.
  • a disadvantage of the arrangement according to the WO-A-2005/32704 was that on the one hand a separate mixing chamber in the form of a mixing chamber had to be provided, on the other hand, the mixing chamber was separated from the fluid flow and so no complete mixture of fluid flow, chemical flow and dilution water stream was injected into the process stream, but the mixture of chemical stream and Dilution water flow is separate to the fluid flow.
  • All of the aforementioned methods and devices also have the disadvantage that, during prolonged operation, deposits are formed in the supply lines and also in the mixing device, in particular the nozzle itself.
  • deposits are formed in the supply lines and also in the mixing device, in particular the nozzle itself.
  • the formation of such deposits is critical, since the cross sections of the channels are small and even small deposits due to the small cross sections can significantly influence the interference of the chemical, for example in a process stream.
  • US-A-4 515 655 discloses a device according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art.
  • a method and a device for metering or mixing a fluid or a fluid in particular a fluid containing a chemical or even a liquid chemical itself, preferably in a process stream, in particular a process stream to produce a fiber or nonwoven web, are specified .
  • a homogeneously mixed chemical-fluid-fiber mixture is metered into a process stream and mixed with this.
  • shutdowns due to deposits and the detachment of deposits should also be avoided, which can lead to holes in the fibrous web, for example, when the production process is resumed.
  • this object is achieved by a method according to claim 11.
  • the fluid stream may be any process water that is commonly used or is available in the production of a fibrous or nonwoven web.
  • it may be an aqueous pulp suspension, wherein the pulp is preferably cellulose fibers.
  • the chemicals to be metered are, in particular, polymers, for example adhesives, which are added to the process stream in the papermaking process.
  • polymers for example adhesives
  • examples of such chemicals or polymers are polyacrylamide (PAM), polyethyleneimine (PEI), polyamidoamine (PAAm), crosslinkable polyamidoamine resins, polydadmac, polyvinylamine (PVAm), polyethylene oxide (PEO).
  • PAM polyacrylamide
  • PEI polyethyleneimine
  • PAAm polyamidoamine
  • PVAm polyvinylamine
  • PEO polyethylene oxide
  • the dosing chemicals may also be microparticles or nanoparticles, for example bentonite or a silicate.
  • the chemicals to be dosed may be starch or a biocide or a dye or an optical brightener. Other possible chemicals are neutral size such.
  • AKD Acrylketendimer
  • ASA alkenylsuccinic anhydride
  • the metered addition of the chemicals does not take place from the chemical nozzle directly into the process stream, but after the liquid chemical has been mixed with a dilution liquid and a fluid stream.
  • the dilution liquid and / or the fluid stream may be fresh water.
  • the second liquid may be a circulating liquid.
  • any liquid or fluid used in the process is conceivable.
  • the circulating liquid may be white water, clear filtrate, cloudy filtrate or another suitable non-pure liquid obtained in the papermaking process.
  • bio-water As a dilution liquid and / or fluid and the process water from a wastewater treatment plant, so-called bio-water can be used.
  • the process stream is preferably a pulp suspension flowing to a paper machine, with which the supplied chemical, in particular the retention chemical, should react.
  • the liquid or liquid chemical in a stream of chemical and the dilution fluid in a dilution fluid stream are provided.
  • the dilution fluid stream for example the fresh water stream or the circulating water stream
  • the chemical to be metered in the chemical stream before being fed to the process stream, for example in a mixing zone.
  • the chemical stream and the dilution fluid stream can be substantially mixed with one another prior to admixing with the fluid stream.
  • it allows the method of also adjusting the concentration of chemicals in the fluid stream by the addition of the amount of dilution fluid.
  • the ratios of the tube internal diameter for the dilution fluid flow to the tube internal diameter for the chemical stream can be varied, preferably in the range from 1: 1 to 20: 1, preferably from 5: 1 to 10: 1, ie the internal pipe diameter of the feed line for the dilution fluid is in Extreme case 20 times larger than the pipe inside diameter of the supply line for the flow of chemicals.
  • the supply of the chemical stream and the dilution stream and any other chemicals or other fluid streams to the fluid flow at an angle to the housing wall, in particular at an angle relative to the axis of symmetry of the mixing tube.
  • the angle at which the supply of the chemical stream and / or the dilution stream takes place can be in the range of 90 ° to 10 °, preferably at an angle of 60 ° to 65 °. Such an angle guarantees intensive mixing of chemical stream and dilution fluid stream.
  • a swirl may be generated so that the mixture exits the nozzle in a centrifugal flow as soon as it leaves the nozzle in the process stream.
  • the penetration depth of the jet with admixed chemical and dilution fluid in the process stream is increased.
  • the penetration of baffles not only allows a turbulent flow, but also a chemical and / or dilution fluid dosing.
  • the method comprises a purification step.
  • the mixing device is separated from the process stream, such that the mixing device can be cleaned independently of the process stream.
  • the separation of the mixing device from the process stream which enables independent cleaning of the mixing device from the process stream, is achieved, for example, by receiving the mixing device from a receiving device, wherein the mixing device is arranged in the receiving device in the cleaning step such that a cleaning chamber is formed.
  • cleaning fluid such as fresh water
  • the cleaning device and the feeders they are cleaned of deposits and so clogging of the mixing device and the feeders by deposits largely avoided.
  • the mixing area simultaneously also represents the cleaning chamber or the cleaning area.
  • the mixing device directly above the process stream z. B. are arranged in a receiving device, it is advantageous if the mixing device is designed to be displaceable in the receiving device for forming the cleaning chamber.
  • the mixing device in the receiving device is then moved away from the process stream, for example by means of manual, pneumatic, hydraulic or electromotive devices. By moving within the receiving device away from the process stream then a cleaning chamber is provided.
  • a sleeve To guide the mixing device in the receiving device may be provided a sleeve.
  • a slide can be integrated in the receiving device, which can be moved manually, pneumatically, electromotively or hydraulically in the receiving device. If the slide is spent over the complete cross section of the receiving device, then the slide is the separating device for separating the cleaning chamber.
  • the invention also provides an apparatus according to claim 1 for admixing a liquid chemical to a process stream.
  • correspondingly small line cross sections are selected at the feed lines of the fluid chemicals, so that flow rates in the range of 0, 05 to 20 m / sec, preferably in the range of 0.1 to 10 m / sec and especially in the range of 0.1 to 5 m / sec can be achieved.
  • the device In order to prevent buildup on the duct walls, flushing operations are performed on the small duct cross-sections leading to the high flow rates. It is particularly preferred if the device is designed such that no ball valves or other shut-off devices are provided to the supply lines. Thus, the possibility of the formation of deposits on the edges of the narrow contour of the ball valves or shut-off devices is prevented. In addition, the production is simplified because such components processed consuming, in particular must be electropolished.
  • the mixing device In order to bring the mixing device to the process stream and to move away from it, provision can be made for the mixing device to be displaceable within the receptacle.
  • the invention also provides a chemical feed system according to claim 9 for use in a paper machine, the chemical feed system being characterized in that the means for feeding the chemicals into the process stream comprise a mixing device according to the invention.
  • the device is connected via a pipe to process water recovery means in order to use process water as second liquid and / or dilution liquid.
  • FIG. 1 a mixing device 10 according to the invention is shown, comprising a chemical feed pipe 12 with a chemical feed opening 14 and a dilution fluid feed pipe 16 with dilution fluid inlet opening 18.
  • Both the Chemical feed line 18, like the chemical dilution feed line 12, opens into a housing, which is preferably designed as a mixing tube 20 of the mixing device 10.
  • the mixing tube 20 is charged with a fluid flow through a fluid inlet port 30.
  • the chemical stream is mixed with the dilution fluid and then mixed in from the mixing zone to the fluid supplied via the feed opening 30.
  • a fluid stream comprising the fluid, the dilution fluid and the chemical is introduced as mixed flow from the mixing tube into a nozzle 50.
  • the discharge opening By forming the discharge opening as a nozzle, an acceleration of the mixed flow can be achieved and thus a deep penetration of the mixed stream mixed into the process stream.
  • the drain opening 60 is preferably formed by the preferably cylindrical inner cross section of the mixing tube 20, which has a diameter d 4 in the region of the drain opening.
  • d 4 is smaller than d 3 , ie the mixing tube is formed in the region of the drain opening as a nozzle.
  • the flow velocity of the fluid flow is preferably to be selected as a function of the diameter d 3 or d 4 in such a way that preferably a turbulent flow characteristic is formed.
  • the degree of turbulence or the type of flow ie whether a turbulent or a laminar flow is present in the mixing tube can be described by the Reynolds number.
  • the type of flow or the Reynolds number can be influenced, in particular, by the volume flow of the fluid flow supplied before admixing dilution fluid and chemical.
  • the mixing tube has a step change and no continuous decrease in the diameter as shown, then it is possible to form the drain opening not in the illustrated nozzle shape but as a simple cylindrical hollow body with a diameter d 4 .
  • the diameter d1 of the dilution tube to the diameter d2 of the chemical tube is in a ratio of 1: 1 to 20: 1, preferably 5: 1 to 10: 1. So d1: d2 is in the range 1: 1 to 20: 1.
  • the distance AB between the dilution fluid supply port 18 and the chemicals supply port 14 is very small and preferably between 1 mm and 1/4 of the diameter d3 of the mixing tube.
  • the dilution fluid may be mixed with the chemical stream and then mixed into the fluid stream completely mixed.
  • a mixing of chemical flow and dilution fluid flow takes place before being introduced into the fluid flow.
  • the pressure difference ⁇ P of the dilution fluid with respect to the fluid flow is preferably in the range from 0.5 to 5 bar, preferably in the range from 1 to 2 bar, and the pressure difference between the chemical flow with respect to the fluid flow in the range from -0.25 to 0 bar.
  • FIG. 2 is a slightly modified embodiment of a feed according to Fig. 1 shown. Same components as in Fig. 1 are in Fig. 2a and 2b with the same reference numerals. As a major difference from the embodiment in Fig. 1 is to be considered that the supply lines for the dilution fluid flow and the chemical flow are not opposite in the same plane, but offset by a distance ABS in the mixing tube to each other.
  • the embodiment is characterized according to Fig. 2a characterized in that in the mixing tube baffles 100.1, 100.2 are provided, which serve to divert the dilution fluid stream, for example, the dilution water stream and the chemical stream exiting the dilution tube 16 and the chemical tube 12, and to increase the turbulence of the flow, so a swirl is generated and the mixture of dilution fluid stream and chemical stream as well as fluid flow as soon as it leaves the mixing tube from the nozzle into the process stream, for example in a centrifugal flow exits the nozzle.
  • baffles 100.1, 100.2 are provided, which serve to divert the dilution fluid stream, for example, the dilution water stream and the chemical stream exiting the dilution tube 16 and the chemical tube 12, and to increase the turbulence of the flow, so a swirl is generated and the mixture of dilution fluid stream and chemical stream as well as fluid flow as soon as it leaves the mixing tube from the nozzle into the process stream, for example in a centr
  • the mixing tube 20 has a mixing space or a mixing zone 25 (boundaries are shown in phantom).
  • the mixing chamber 25 may be formed over the entire length L mixing as a diffuser.
  • Such a diffuser can be realized in that the mixing tube has a step jump, ie a sudden expansion of the preferably cylindrical inner cross section of the mixing tube 20.
  • Such an abrupt extension of the cross section leads to an increase in the turbulence of the flow and thus to a more intensive mixing of the fluid stream, for example of the pulp stream, in particular of the pulp partial stream with the dilution fluid stream and / or the chemical stream to mix more intensively.
  • the mixing tube is designed as an ejector or multi-stage ejector.
  • FIG. 2b an embodiment of the mixing tube is shown as ejector in the form of a jet pump. Same components as in FIG. 1 and 2a are marked with the same reference numbers.
  • the mixing tube 20 is designed in the form of a jet pump 2000.
  • the mixing tube 20 narrows in the range 2010 from the diameter d 3 to the diameter d fluid .
  • the mixing tube again undergoes an expansion to the diameter d 3 in the region of the feed of the dilution fluid line 16th In the embodiment according to FIG.
  • the dilution fluid supply port 18 has a distance ABS to the chemical supply port 14 on.
  • the mixing zone is designated 25.
  • the mixing tube After delivery of both the dilution fluid and the chemical, the mixing tube again narrows continuously in the range of 2020.
  • the inner cross section of the mixing tube expands continuously again.
  • the mixing tube is also called an ejector.
  • the turbulence and thus the mixing efficiency can be influenced by the geometry and the course of vorzugswesie cylindrically shaped cross section of the diffuser or ejector.
  • baffles also a chemical and / or dilution fluid metering done.
  • This is in particular gem in the embodiment.
  • Fig. 3 the case. Again, the same components, as in the FIGS. 1 and 2 marked with the same reference numerals.
  • the difference of the embodiment according to Fig. 2 and Fig. 3 is to be seen in that the supply line for the dilution fluid and the chemical are substantially opposite.
  • baffles 100.1, 100.2 provided with which the flow can be deflected or introduced into the flow turbulence. The injection into the fluid stream takes place through opposing supply lines for the chemical stream and the dilution fluid stream.
  • baffles are in the embodiment according to Fig. 3 further baffles 100.3, 100.4, 100.5, 100.6 are provided, which serve to create a swirl so that the mixture, as soon as it discharges the nozzle into the process stream, exits in a centrifugal flow and further allows for chemical and / or dilution fluid dosing.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the embodiment according to Fig. 3 Similarly, ie, the dilution fluid supply port 18 and the chemical supply port 14 are opposed to each other, but in contrast to the embodiment shown in FIG Fig. 3 a similarly close distance A as in Fig. 1 which is preferably between 1 mm and 1 ⁇ 4 of the diameter D3 of the mixing tube, so that a largely complete mixing of dilution fluid and chemical takes place before it enters the fluid stream.
  • a mixing chamber or mixing zone 25 (boundaries are dash-dotted lines) formed in the dilution fluid and Chemical stream and fluid stream are mixed together, so that at the outlet opening 60 to the process stream 70 is an intense and virtually completely mixed mixed flow of fluid flow, dilution fluid flow and chemical flow.
  • the amount of dilution fluid determines the chemical concentration in the fluid stream.
  • the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 of the diluent supply line and the chemical supply line is 90 °
  • the distance between the chemical supply port 14 and the dilution fluid supply port 18 is very small, ie in the range of 1 mm to 1/4 of the diameter D3 of the mixing tube, so that prior to injection into the fluid stream, intensive mixing of the chemical stream and dilution fluid stream and thus concentration adjustment is achieved.
  • another feed line 300 provided. From the additional supply line 300, a further fluid can be injected into the fluid flow in the mixing tube 20. For example, this could be another stream of chemicals or even the supply of filler slurry. Also, the supply line 300 is at an angle ⁇ 3, which is in the range 60 ° to 45 °, as the supply angles ⁇ 1 and ⁇ 2 for the chemical line and the dilution fluid supply line is located.
  • Fig. 7 shows a combination of at an angle in the range 60 ° to 45 ° arranged supply lines for the dilution fluid 16 and the chemical 12 with baffles 100.3, 100.4, 100.5, 100.6, which serve the turbulence generation and the chemical and / or fluid dosage.
  • FIG. 8 Particularly preferred is an embodiment according to Fig. 8 in which, in addition to the feed lines, the mixing device can be moved within a receptacle in the axial direction. Same components as in Fig. 6 are assigned the same reference numbers.
  • the mixing chamber can also be used as a cleaning chamber.
  • the end portion 54 may be varied in length so that it can be adjusted whether the second liquid stream supplied through the second flow channel exits simultaneously, before, or after the chemical stream or first liquid stream supplied via the first flow channel 12.
  • the mixing device 200 can be moved within a receiving housing 220 or a receptacle in the axial direction 222.
  • the receiving device 220 comprises a gate valve 230.
  • the gate valve 230 is in the direction 232 designed movable.
  • the mixing device 200 or metering nozzle can be guided through the gate valve shown open.
  • Fig. 8 is the mixing device 200 within the receptacle or the receiving housing in the direction 222 from the process stream with open slide 230, z. B. pulled out pneumatically, hydraulically or by electric motor.
  • the slide 230 can, over the entire cross-section of the receiving device 220, at a position of the mixing device 200 according to FIG Fig. 8 be introduced.
  • the mixing device 200 is separated from the process stream 70.
  • a cleaning space 400 is formed, which preferably coincides with the mixing area.
  • fresh water can be fed into the chemical supply line instead of a chemical stream.
  • the feed would also be possible via the dilution feed line or the further feed line.
  • the supplied via, for example, the chemical supply line fresh water bounces on the in the cleaning step to the closed shut-off device 230 and can be performed in the other two supply lines 16, 300.
  • the nozzles and the feeders, in particular the mixing device can be represented by such a cleaning step, be cleaned by the chemicals contained therein, in particular their deposits.
  • polymers for example adhesives, which are added to the process stream in the papermaking process can be used as dosing chemicals.
  • examples of such chemicals or polymers are polyacrylamide (PAM), polyethyleneimine (PEI), polyamidoamine (PAAm), crosslinkable polyamidoamine resins, polydadmac, polyvinylamine (PVAm), polyethylene oxide (PEO).
  • the dosing chemicals may also be microparticles or nanoparticles, for example bentonite or a silicate.
  • the chemicals to be dosed may be starch or a biocide or a dye or an optical brightener. Other possible chemicals are neutral size such.
  • AKD Acrylketendimer
  • ASA alkenylsuccinic anhydride
  • a method and a device with which a virtually complete mixing of a chemical stream with a dilution fluid flow and a fluid flow is achieved, which is supplied to a process stream.
  • a swirl is also generated with the aid of baffles, so that the mixed flow, when it enters the process stream, has a centrifugal flow and thus a very large penetration depth into the process stream.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom und ein Chemikalieneinspeissystem, umfassend eine derartige Vorrichtung
  • An die Dosierung und nachfolgende Einmischung von Chemikalien, beispielsweise in den Papierherstellungssprozess, werden besondere Anforderungen gestellt, insbesondere mit Blick auf eine effiziente Einmischung und eine bedarfsgerechte Dosierung der Chemikalien. Unter einer bedarfsgerechten Dosierung wird beispielsweise beim Papierherstellungsprozess eine von der Faserstoffmenge abhängige Zugabe an Chemikalien in einen Prozessstrom einer Papiermaschine verstanden. Durch eine derartige Maßnahme können die zugegebenen Mengen an Chemikalien beim Papierherstellungsprozess in erheblichem Umfang reduziert werden. Ein weiterer Grund für einen effizienten Einsatz der Chemikalien sind die hohen Energiemengen, die benötigt werden, um das Frischwasser zu erwärmen für eine Auflösung bzw. Verdünnung der Prozesschemikalien. Eine derartige Erwärmung ist vorteilhaft, um einen thermischen Schock bei der Einmischung der Chemikalien in das Frischwasser zu vermeiden. Durch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in einen Prozessstrom bei der Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom bei der Herstellung einer Faser- und/oder Fliesstoffbahn, kann der Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien, aber auch der Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung in erheblichem Umfang reduziert werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zum Einmischen eines Chemikalienstromes zu einem Prozessstrom bekannt geworden. So stellt die EP-A-1 219 344 ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie in einem Prozessflüssigkeitsstrom zur Verfügung, bei dem die Chemikalie und eine zweite Flüssigkeit im Wesentlichen in Verbindung miteinander gebracht werden, wenn Chemikalie und zweite Flüssigkeit aus einer Mischerdüse mit hoher Geschwindigkeit in einen Prozessstrom eingeleitet werden.
  • Die EP-A-1 064 427 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Mischung eines flüssigen Chemikalienstromes in einen zweiten Flüssigkeitsstrom in einer Mischeinrichtung, bei der der Chemikalienstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen gleichzeitig bei der Ausbringung der Chemikalien in der zweiten Flüssigkeit in einen weiteren vierten Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen Prozessstrom, gemischt wird.
  • Die WO-A-2005/32704 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung einer Chemikalie in einen Flüssigkeitsstrom, wobei die Chemikalie in den Flüssigkeitsstrom mit Hilfe eines Mischers eingebracht wird, wobei die Chemikalie in den Mischraum beispielsweise mit Mischwasser oder einer in der Papiermaschine zirkulierenden Flüssigkeit vermischt wird, um eine Zumischflüssigkeit auszubilden, bevor diese in einen Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen Prozessstrom, eingebracht wird.
  • Nachteilig an der Anordnung gemäß der WO-A-2005/32704 war, dass zum einen ein separater Mischraum in Form einer Mischkammer zur Verfügung gestellt werden musste, zum anderen die Mischkammer von dem Fluidstrom getrennt war und so keine vollständige Mischung von Fluidstrom, Chemikalienstrom und Verdünnungswasserstrom in den Prozessstrom eingedüst wurde, sondern die Mischung aus Chemikalienstrom und Verdünnungswasserstrom separat zu dem Fluidstrom erfolgt.
  • Aus der WO 91/02119 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der Additive in eine wässrige Fasersuspensionslösung gemischt werden, die für die Herstellung von Papier verwendet wird.
  • Bei der Ausgestaltung gemäß der WO 91/02119 werden zwei getrennt zugeführte Ströme außerhalb eines Prozessstromes gemischt und der vermischte Strom nach vollständiger Durchmischung quer zum Prozessstrom eingedüst. Nachteilig an der WO 91/02119 war, dass keine beschleunigte Eindüsung in einen Prozessstrom erfolgte.
  • Des Weiteren wurde der Chemikalienstrom und der Verdünnungswasserstrom direkt in den Prozessstrom eingeleitet, nicht jedoch in einen Fluidstrom.
  • Alle vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen haben des Weiteren den Nachteil, dass bei längerem Betrieb Ablagerungen in den Zuleitungen und auch in der Mischvorrichtung, insbesondere der Düse selbst, entstehen. Insbesondere im Bereich der Mischvorrichtung, beispielsweise in Form einer Düse ist die Bildung derartiger Ablagerungen kritisch, da die Querschnitte der Kanäle klein sind und bereits geringe Ablagerungen aufgrund der kleinen Querschnitte die Einmischung der Chemikalie, beispielsweise in einen Prozessstrom, erheblich beeinflussen können.
  • US-A-4 515 655 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Auch bei ungeplanten, plötzlichen Produktionsstillständen, bei denen die Chemikalien in den Zuführleitungen und der Mischvorrichtung, insbesondere der Düse, verbleiben, können Ablagerungen auftreten. Ablagerungen können nicht nur den Mischprozess, wie zuvor beschrieben, beeinflussen, sondern sich bei Aufnahme des Produktionsprozesses nach einem Maschinenstillstand ablösen. Sie führen dann beispielsweise zu Löchern in einer Papierbahn bzw. zu Ablagerungen auf Sieben, was wiederum zu einem aufwendigen Reinigungsstillstand der Maschine führt. Diese Probleme werden vor allem bei einer Zudosierung nach einem Sortieraggregat in einer Papiermaschine begünstigt, da ungelöste Chemikalien, insbesondere ungelöste Polymere, nicht aus der Faserstoffsuspension entfernt werden können.
  • Um zu verhindern, dass Ablagerungen während des laufenden Betriebes erfolgen, kann im Stand der Technik vorgesehen sein, die Leitungsquerschnitte der Zuleitungen und im Bereich der Mischvorrichtung so groß zu wählen, dass derartige Ablagerungen weitgehend vermieden werden. Dies hat dann allerdings zur Folge, dass, um derartigen Ablagerungen vorzubeugen, die Querschnitte der Zuleitungen bzw. Düsen der Mischvorrichtung so dimensioniert werden, dass keine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Wird hingegen der Querschnitt vermindert, so können die Folge Verstopfungen und somit Funktionsstörungen der Zumischvorrichtung, insbesondere der Düse, sein, die zu einem Produktionsstillstand führen und zum Ersatz der kompletten Düse oder Zuleitungen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden.
  • Insbesondere soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung bzw. Mischung eines Fluides bzw. einer Flüssigkeit, insbesondere einer Flüssigkeit enthaltend eine Chemikalie oder auch einer flüssigen Chemikalie selbst, vorzugsweise in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom zur Erzeugung einer Faser- oder Fliesstoffbahn, angegeben werden, wobei möglichst eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid-Faserstoffmischung in einen Prozessstrom eindosiert und mit diesem vermischt werden soll. Des Weiteren sollen auch Stillstände durch Ablagerungen und die Ablösung von Ablagerungen vermieden werden, die beispielsweise bei einer erneuten Aufnahme des Produktionsprozesses zu Löchern in der Faserstoffbahn führen können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
  • Bei dem Fluidstrom kann es sich um jedes Prozesswasser handeln, das üblicherweise bei der Erzeugung einer Faser- oder Vliesstoffbahn eingesetzt wird beziehungsweise zur Verfügung steht. Insbesondere kann es sich um eine wässrige Faserstoffsuspension handeln, wobei es sich bei dem Faserstoff bevorzugt um Cellulosefasern handelt.
  • Dadurch, dass eine intensive Vermischung eines Fluidstroms mit dem Verdünnungsfluid und der Chemikalie erfolgt, kann weitgehend eine totale Vermischung mit dem Fluidstrom erreicht werden und eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid-Faserstofflösung anschließend über eine Ablauföffnung in einen Prozessstrom eindosiert und dabei mit diesem vermischt werden.
  • Bei den zu dosierenden Chemikalien handelt es sich insbesondere um Polymere, beispielsweise Ädhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem Prozessstrom zugegeben werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonit oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD (Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B. Calziumcarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass die Zudosierung der Chemikalien nicht aus der Chemikaliendüse direkt in den Prozessstrom erfolgt, sondern nachdem die flüssige Chemikalie mit einer Verdünnungsflussigkeit und einem Fluidstrom vermischt wurde. Bei der Verdünnungsflüssigkeit und/oder dem Fluidstrom kann es sich um Frischwasser handeln. Alternativ hierzu kann es sich bei der zweiten Flüssigkeit um eine Umlaufflüssigkeit handeln. Prinzipiell ist jede Flüssigkeit bzw. Fluid, das im Prozess eingesetzt wird, denkbar. Insbesondere bei einem Herstellprozess für eine Faserstoffbahn kann die Umlaufflüssigkeit Siebwasser, Klarfiltrat, Trübfiltrat oder eine andere geeignete nicht reine Flüssigkeit, die im Papierherstellprozess anfällt, sein. Denkbar sind aber auch Klarwasser aus der Mikroflotation (DAF), oder Klarfiltrat beziehungsweise Superklarfiltrat beispielsweise eines Scheibenfilters. Als Verdünnungsflüssigkeit und/oder Fluid kann auch das Prozesswasser aus einer Abwasserreinigungsanlage, so genanntes Biowasser eingesetzt werden. Bei dem Prozessstrom handelt es sich bevorzugt um eine zu einer Papiermaschine hinfließenden Faserstoffsuspension, mit der die zugeführte Chemikalie, insbesondere die Retentionschemikalie, reagieren soll.
  • Bevorzugt wird in der Mischvorrichtung die Flüssigkeit bzw. die flüssige Chemikalie in einem Chemikalienstrom und das Verdünnungsfluid in einem Verdünnungsfluidstrom zur Verfügung gestellt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verdünnungsfluidstrom, beispielsweise der Frischwasserstrom oder des Umlaufwasserstrom mit der zu dosierenden Chemikalie des Chemikalienstromes vor Zuführung zum Prozessstrom, beispielsweise in einem Mischbereich vermischt wird.
  • Insbesondere ist es in einer weitergebildeten Ausführungsform möglich, dass der Chemikalienstrom und der Verdünnungsfluidstrom vor dem Zumischen zum Fluidstrom im Wesentlichen miteinander vermischt ist. Insbesondere ermöglicht es das Verfahren, auch die Chemikalienkonzentration im Fluidstrom durch die Zugabe der Menge an Verdünnungsfluid einzustellen. Hierzu können beispielsweise die Verhältnisse der Rohrinnendurchmesser für den Verdünnungsfluidstrom zum Rohrinnendurchmesser für den Chemikalienstrom variiert werden, bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 20:1, vorzugsweise von 5:1 bis 10:1, d.h. der Rohrinnendurchmesser der Zulaufleitung für das Verdünnungsfluid ist im Extremfall 20mal größer als der Rohrinnendurchmesser der Zuführleitung für den Chemikalienstrom.
  • Bevorzugt erfolgt die Zuführung des Chemikalienstroms und des Verdünnungsstroms sowie etwaiger weiterer Chemikalien oder weitere Fluidströme zu dem Fluidstrom unter einem Winkel zur Gehäusewandung, insbesondere unter einem Winkel gegenüber der Symmetrieachse des Mischrohrs.
  • Der Winkel, unter dem die Zuführung des Chemikalienstroms und/oder des Verdünnungsstroms erfolgt, kann im Bereich von 90° bis 10°, vorzugsweise in einem Winkel von 60° bis 65°, erfolgen. Ein derartiger Winkel garantiert eine intensive Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn im Bereich des Gehäuses bzw. Mischrohrs Maßnahmen getroffen werden, damit Turbulenzen in der Strömung, die der Prozessströmung zugeführt wird, erzeugt bzw. erhöht wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Prallflächen geschehen.
  • Alternativ hierzu kann ein Drall erzeugt werden, sodass die Mischung, sobald sie die Düse im Prozessstrom verlässt, in einer Zentrifugalenströmung aus der Düse austritt. Hierdurch wird die Eindringtiefe des Strahles mit zugemischter Chemikalie und Verdünnungsfluid in dem Prozessstrom vergrößert. Des Weiteren ermöglicht das Eindringen von Prallflächen nicht nur eine turbulente Strömung, sondern auch eine Chemikalien- und/oder Verdünnungsfluiddosierung.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verfahren neben einem Mischschritt, bei dem eine flüssige Chemikalie dem Fluidstrom zugeführt wird, einen Reinigungsschritt umfasst. Bei dem Reinigungsschritt wird die Mischvorrichtung von dem Prozessstrom getrennt, derart, dass die Mischvorrichtung unabhängig vom Prozessstrom gereinigt werden kann.
  • Die Trennung der Mischvorrichtung von dem Prozessstrom, die eine unabhängige Reinigung der Mischvorrichtung vom Prozessstrom ermöglicht, wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Mischvorrichtung von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, wobei die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung im Reinigungsschritt derart angeordnet ist, dass eine Reinigungskammer ausgebildet wird. In die Reinigungskammer kann Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Frischwasser, zugeführt werden, mit dem die Zuführleitungen und die Düsen gespült wird. Durch das Spülen der Mischvorrichtung und der Zuführungen werden diese von Ablagerungen gereinigt und so ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der Zuführungen durch Ablagerungen weitgehend vermieden.
  • Bevorzugt ist es bevorzugt, wenn der Mischbereich gleichzeitig auch die Reinigungskammer bzw. den Reinigungsbereich darstellt. Kann die Mischvorrichtung direkt oberhalb des Prozessstromes z. B. in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet werden, so ist es vorteilhaft, wenn die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung zur Ausbildung der Reinigungskammer verschiebbar ausgebildet ist. Zur Reinigung der Mischvorrichtung wird die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung dann vom Prozessstrom weg verschoben, beispielsweise mittels manueller, pneumatischer, hydraulischer oder elektromotorischer Einrichtungen. Durch das Verschieben innerhalb der Aufnahmeeinrichtung weg vom Prozessstrom wird dann eine Reinigungskammer zur Verfügung gestellt.
  • Zur Führung der Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung kann eine Muffe vorgesehen sein. Bevorzugt kann in der Aufnahmeeinrichtung beispielsweise ein Schieber integriert sein, der manuell, pneumatisch, elektromotorisch oder hydraulisch in der Aufnahmeeinrichtung bewegt wird. Ist der Schieber über den vollständigen Querschnitt der Aufnahmeeinrichtung verbracht, so stellt der Schieber die Trenneinrichtung zur Abtrennung des Reinigungsraumes dar.
  • Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittel einer Mischvorrichtung stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom zur Verfügung. Um die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischvorrichtung bzw. in den Zuführungseinrichtungen so hoch wählen zu können, dass keine oder nur wenige Ablagerungen sich während des laufenden Betriebes bilden, werden entsprechend kleine Leitungsquerschnitte bei den Zuleitungen der fluiden Chemikalien gewählt, so dass Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 m/sec und besonders im Bereich von 0,1 bis 5 m/sec erreicht werden.
  • Um Anhaftungen an den Leitungswänden vorzubeugen, werden bei den kleinen Leitungsquerschnitten, die zu den hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen, Spülvorgänge durchgeführt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass keine Kugelhähne oder andere Absperrvorrichtungen zu den Zuleitungen vorgesehen sind. Damit wird die Möglichkeit der Bildung von Ablagerungen an den Kanten der engen Kontur der Kugelhähne bzw. Absperrvorrichtungen vorgebeugt. Außerdem wird die Fertigung vereinfacht, da derartige Bauteile aufwendig bearbeitet, insbesondere elektropoliert werden müssen.
  • Um die Mischvorrichtung an den Prozessstrom zu bringen und von diesem wegzubewegen, kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Aufnahme die Mischvorrichtung verschiebbar ausgebildet ist.
  • Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Erfindung auch ein Chemikalieneinspeissystem gemäß Anspruch 9 für den Einsatz in einer Papiermaschine zur Verfügung, wobei das Chemikalieneinspeissystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel zur Einspeisung der Chemikalien in den Prozessstrom eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung umfassen. In einer fortgebildeten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung über ein Rohr mit Prozesswasser-Rückgewinnungsmitteln verbunden ist, um Prozesswasser als zweite Flüssigkeit und/oder Verdünnungsflüssigkeit zu verwenden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend ohne Beschränkung hierauf beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben werden:
    • Fig. 1:
    eine erfindungsgemäße Dosierdüse in einer ersten Ausgestaltung
    Fig. 2a-b:
    eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Dosierdüse mit versetzten Zuführöffnungen
    Fig. 3:
    Zuführeinrichtung mit gegenüberliegenden Zuführöffnungen und Turbulenterzeuger
    Fig. 4:
    gegenüberliegende Zuführöffnungen für Chemikalienstrom und Verdünnungsflüssigkeit mit Turbulenterzeuger
    Fig. 5:
    erfindungsgemäße Vorrichtung mit schräger Eindüsung
    Fig. 6:
    erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit schräger Zuführung und weiterer Zuführleitung
    Fig. 7:
    erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit schräger Zuführung und Turbulenzerzeuger
    Fig. 8:
    Mischvorrichtung mit schräger Eindüsung und Reinigungsvorrichtung
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung 10 gezeigt, umfassend ein Chemikalienzulaufrohr 12 mit einer Chemikalienzulauföffnung 14 sowie einem Verdünnungsfluidzulaufrohr 16 mit Verdünnungsfluidzulauföffnung 18. Sowohl die Chemikalienzulaufleitung 18 wie die Chemieverdünnungszulaufleitung 12 münden in ein Gehäuse, das bevorzugt als Mischrohr 20 der Mischvorrichtung 10 ausgebildet. Das Mischrohr 20 wird durch eine Fluidzulauföffnung 30 mit einem Fluidstrom beschickt. Im Bereich der Mischzone 40 wird der Chemikalienstrom mit dem Verdünnungsfluid gemischt und anschließend aus der Mischzone an das über Zulauföffnung 30 zugeführte Fluid eingemischt. Unterhalb der Mischzone wird ein Fluidstrom umfassend das Fluid, das Verdünnungsfluid sowie die Chemikalie als Mischstrom aus dem Mischrohr in eine Düse 50 eingeleitet. Durch die Ausbildung des Mischrohres im Bereich 50 als Düse kann der Mischstrom beschleunigt und über die Ablauföffnung 60 dem Prozessstrom 70 zugeführt werden.
  • Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß Anordnung erreicht, dass eine praktisch vollständige Vermischung von Fluidstrom und Chemikalienstrom sowie Verdünnungsstrom erreicht wird, um eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid-Faserstoffmischung über die Ablauföffnung 60 in den Prozessstrom eindosiert und mit diesem vermischt werden kann.
  • Durch die Ausbildung der Ablauföffnung als Düse kann eine Beschleunigung des Mischstroms erreicht werden und so ein tiefes Eindringen des zugemischten Mischstroms in den Prozessstrom.
  • Die Ablauföffnung 60 wird bevorzugt durch den vorzugsweise zylindrischen inneren Querschnitt des Mischrohres 20 gebildet, der im Bereich der Ablauföffnung eine Durchmesser d4 aufweist. Im Allgemeinen ist d4 kleiner als d3, d.h. das Mischrohr ist im Bereich der Ablauföffnung als Düse ausgebildet.
  • Bevorzugt ist innerhalb des Mischrohres die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstromes in Abhängigkeit vom Durchmesser d3 bzw. d4 so zu wählen, dass sich vorzugsweise eine turbulente Strömungscharakteristik ausbildet. Der Grad der Turbulenz beziehungsweise die Art der Strömung, d.h. ob eine turbulente oder eine laminare Strömung im Mischrohr vorliegt kann durch die Reynolds-Zahl beschrieben werden. Die Art der Strömung bzw. die Reynolds-Zahl kann insbesondere durch den Volumenstrom des vor Zumischung von Verdünnungsfluid und Chemikalie zugeführten Fluidstromes beeinflusst werden.
  • Weist das Mischrohr einen Stufensprung und keine kontinuierliche Abnahme des Durchmessers wie dargestellt auf, so ist es möglich die Ablauföffnung nicht in der dargestellten Düsenform sondern als einfachen zylinderischen Hohlkörper mit einem Durchmesser d4 auszubilden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der Durchmesser d1 des Verdünnungsrohres zum Durchmesser d2 des Chemikalienrohres in einem Verhältnis von 1:1 bis 20:1 steht, vorzugsweise 5:1 bis 10:1. Also d1:d2 im Bereich 1:1 bis 20:1 liegt.
  • Wie in Figur 1 dargestellt, tritt sowohl das Verdünnungsrohr unter einem Winkel α1 = 90° wie auch das Chemikalienzulaufrohr unter einem Winkel α2 = 90° relativ zur Gehäusewand 55 in das Mischrohr ein.
  • Des Weiteren zu erkennen ist, dass der Abstand AB zwischen der Zuführöffnung 18 für das Verdünnungsfluid und der Zuführöffnung 14 für die Chemikalien sehr gering ist und bevorzugt zwischen 1 mm und ¼ des Durchmessers d3 des Mischrohres liegt.
  • Wenn die Zuführöffnung für den Verdünnungsfluidstrom und den Chemikalienstrom sehr nahe beieinander liegt, kann das Verdünnungsfluid mit dem Chemikalienstrom vermischt und dann komplett vermischt in den Fluidstrom eingemischt werden. Bei der Ausführungsform in Figur 1 findet also eine Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom vor Einleiten in den Fluidstrom statt.
  • Durch entsprechende Dimensionierung der Rohrdurchmesser des Verdünnungswasserstroms zum Rohrdurchmessers des Chemikalienstroms können die Mischungsverhältnisse bzw. die Konzentration der Chemikalie eingestellt werden, bevor der gemischte Strom dem Fluidstrom zugemischt und schlussendlich in die Prozessflüssigkeit eingeführt wird. Bevorzugt liegt der Druckunterschied δP des Verdünnungsfluides im Bezug auf den Fluidstrom im Bereich 0,5 bis 5 bar, vorzugsweise im Bereich 1 bis 2 bar und der Druckunterschied zwischen dem Chemikalienstrom in Bezug auf den Fluidstrom im Bereich -0,25 bis 0 bar.
  • In Figur 2 ist eine leicht geänderte Ausgestaltung einer Zuführrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1 sind in Fig. 2a und 2b mit denselben Bezugsziffern belegt. Als wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausführungsform in Fig. 1 ist anzusehen, dass die Zuführleitungen für den Verdünnungsfluidstrom und den Chemikalienstrom nicht in derselben Ebene gegenüberliegen, sondern um einen Abstand ABS im Mischrohr versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Ausführungsform gemäß Fig. 2a dadurch aus, dass im Mischrohr Prallflächen 100.1, 100.2 vorgesehen sind, die dazu dienen zum einen den Verdünnungfluidstrom, beispielsweise den Verdünnungswasserstrom sowie den Chemikalienstrom, der aus dem Verdünnungsrohr 16 bzw. dem Chemikalienrohr 12 austritt, umzulenken und die Turbulenz der Strömung zu erhöhen, sodass ein Drall erzeugt wird und die Mischung aus Verdünnungsfluidstrom und Chemikalienstrom sowie Fluidstrom sobald sie das Mischrohr aus der Düse in den Prozessstrom verlässt, beispielsweise in einer zentrifugalen Strömung aus der Düse austritt. Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass die Eindringtiefe des Strahls aus der Düse vergrößert wird.
  • Das Mischrohr 20 weist einen Mischraum bzw. eine Mischzone 25 (Grenzen sind strichpunktiert dargestellt) auf. Bevorzugt kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform der Mischraum 25 über die gesamte Länge LMisch als Diffusor ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass nur der Abschnitt nach der Chemikalienzufuhröffnung 14 des Chemikalienrohres 12 als LCHEM als Diffusor (nicht gezeigt) ausgeführt ist. Ein derartiger Diffusor kann dadurch realisiert werden, dass das Mischrohr einen Stufensprung, d.h. eine sprunghafte Erweiterung des vorzugsweise zylinderischen inneren Querschnittes des Mischrohres 20 aufweist. Eine derartige sprunghafte Erweiterung des Querschnittes führt zu einer Erhöhung der Turbulenz der Strömung und so zu einer intensiveren Vermischung des Fluidstromes, beispielsweise des Faserstoffstromes, insbesondere des Faserstoffteilstromes mit dem Verdünnungsfluidstrom und/oder dem Chemikalienstrom intensiver zu vermischen.
  • Generell ist auch bei konstantem Querschnitt des Mischrohres möglich durch eine Erhöhung der Volumenströmungsgeschwindigkeit den Turbulenzgrad, beispielsweise durch Volumenerhöhung des der Mischvorrichtung zugeführten Fluidstromes den Turbulenzgrad zu beeinflussen.
  • In einer alternativen Ausgestaltung einer Mischvorrichtung der Erfindung ist das Mischrohr als Ejektor oder Mehrstufenejektor ausgebildet. In Figur 2b ist eine Ausbildung des Mischrohres als Ejektor in Form einer Strahlpumpe gezeigt. Gleiche Bauteile wie in Figur 1 und 2a sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. In Figur 2b ist das Mischrohr 20 in Form einer Strahlpumpe 2000 ausgestaltet. Zunächst verengt sich das Mischrohr 20 im Bereich 2010 vom Durchmesser d3 auf den Durchmesser dFluid. Nach der Verengung des Mischrohres 20 im Bereich 2010 erfährt das Mischrohr wieder eine Erweiterung auf den Durchmesser d3 im Bereich der Zuführung der Verdünnungsfluidleitung 16. aufweist. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2b werden Verdünnungsfluid und Chemikalie wieder nacheinander zugeführt, d.h. die Verdünnungsfluidzufuhröffnung 18 weist einen Abstand ABS zur Chemikalienzufuhröffnung 14 auf. Die Mischzone ist mit 25 bezeichnet. Nach Zuführung sowohl des Vedünnungsfluides als auch der Chemikalie verengt sich das Mischrohr wieder kontinuierlich im Bereich 2020. Im Abschnitt 2030 erweitert sich der innere Querschnitt des Mischrohres kontinuierlich wieder. Bei einer solchen Konfiguration des Mischrohres spricht man auch von einem Ejektor. Die Turbulenz und damit die Mischeffizienz kann durch die Geometrie und den Verlauf des vorzugswesie zylindersichen Querschnittes des Diffusors bzw. Ejektors beeinflusst werden.
  • Des Weiteren kann durch die Prallflächen auch eine Chemikalien- und/oder Verdünnungsfluiddosierung erfolgen. Dies ist insbesondere beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 der Fall. Wiederum sind gleiche Bauteile, wie in den Figuren 1 und 2 mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Der Unterschied der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ist darin zu sehen, dass sich die Zuleitung für das Verdünnungsfluid und die Chemikalie im Wesentlichen gegenüberliegen. Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind wieder Prallflächen 100.1, 100.2 vorgesehen, mit denen die Strömung umgelenkt bzw. in die Strömung Turbulenzen eingebracht werden kann. Die Eindüsung in den Fluidstrom erfolgt durch gegenüberliegende Zuführleitungen für den Chemikalienstrom und den Verdünnungsfluidstrom.
  • Über die bereits in Fig. 2 gezeigten Prallflächen hinaus, sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 weitere Prallflächen 100.3, 100.4, 100.5, 100.6 vorgesehen, die dazu dienen einen Drall zu erzeugen, sodass die Mischung, sobald sie die Düse in den Prozessstrom entlässt in einer zentrifugalen Strömung austritt und des Weiteren eine Chemikalien- und/oder Verdünnungsfluiddosierung ermöglicht.
  • Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ähnlich ist, d. h. die Zuführöffnung 18 für die Verdünnungsfluid und die Zuführöffnung 14 für die Chemikalie liegen einander gegenüber, weisen aber im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 einen ähnlich engen Abstand A wie in Fig. 1 auf, der bevorzugt zwischen 1 mm und ¼ des Durchmessers D3 des Mischrohres liegt, sodass eine weitgehend vollständige Vermischung von Verdünnungsfluid und Chemikalie erfolgt, bevor diese in den Fluidstrom eintritt. Im Mischrohr 20 wird in allen bislang beschriebenen Ausführungsformen ein Mischraum bzw. Mischzone 25 (Grenzen sind strichpunktiert) ausgebildet, in dem Verdünnungsfluid und Chemikalienstrom sowie Fluidstrom miteinander vermischt werden, sodass an der Ablauföffnung 60 zum Prozessstrom 70 eine intensiv und praktisch vollständig vermischte Mischströmung aus Fluidstrom, Verdünnungsfluidstrom und Chemikalienstrom vorliegt.
  • Bevor diese Durchmischung vor der Düsenanordnung erreicht durch die Düsenanordnung dieser Mischstrom beschleunigt und in dem Prozessstrom eingedüst werden kann. Die Menge an Verdünnungsfluid bestimmt die Chemikalienkonzentration im Fluidstrom.
  • Während in allen Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 4 der Winkel α1 und der Winkel α2 der Verdünnungszuführleitung bzw. der Chemikalienzuführleitung 90° beträgt, zeigen die Ausführungsformen gemäß der Fig. 5, 6 und 7 Ausgestaltungen der Erfindung, bei der der Winkel der Zuführleitungen weniger als 90° beträgt, also bevorzugt in einem Winkelbereich von 60° bis 45° gegenüber der Gehäusewandung des Mischrohres bzw. der Symmetrieachse 201 des Mischrohres liegt..
  • Durch eine Neigung im Bereich 60° bis 45° kann eine Mischung erfolgen, ohne dass der Strom sehr stark in Richtung der Austrittsöffnung umgelenkt werden muss. Wiederum bezeichnen gleiche Bauteile, wie in Fig. 1 bis 4, gleiche Bezugsziffern.
  • Bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 5 ist wiederum der Abstand zwischen Chemikalienzuführöffnung 14 und der Verdünnungsfluidzuführöffnung 18 sehr gering, d. h. im Bereich 1 mm bis ¼ des Durchmessers D3 des Mischrohres, sodass vor Eindüsung in den Fluidstrom eine intensive Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom und damit Konzentrationseinstellung erzielt wird.
  • Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 wird zusätzlich zu den Verdünnungsleitungen und den Chemikalienleitungen, die in Fig. 5 gezeigt sind, eine weitere Zuführleitung 300 vorgesehen. Aus der zusätzlichen Zuführleitung 300 kann ein weiteres Fluid in den Fluidstrom im Mischrohr 20 eingedüst werden. Beispielsweise könnte dies ein weiterer Chemikalienstrom sein oder auch die Zuführung von Füllstoff-Slurry. Auch die Zuführleitung 300 ist in einem Winkel α3, der im Bereich 60° bis 45°, wie die Zuführwinkel α1 und α2 für die Chemikalienleitung und die Verdünnungsfluidzuführleitung liegt angeordnet.
  • Fig. 7 zeigt eine Kombination von unter einem Winkel im Bereich 60° bis 45° angeordneten Zuführleitungen für das Verdünnungsfluid 16 bzw. die Chemikalie 12 mit Prallflächen 100.3, 100.4, 100.5, 100.6, die der Turbulenzerzeugung bzw. der Chemikalien- und/oder Fluiddosierung dienen.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform gemäß Fig. 8, bei der zusätzlich zu den Zuführleitungen die Mischvorrichtung innerhalb einer Aufnahme in axialer Richtung bewegt werden kann. Gleiche Bauteile wie in Fig. 6 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 8 kann die Mischkammer zugleich als Reinigungskammer eingesetzt werden. Hierzu ist die Zuführung der zweiten Flüssigkeit in den Prozessstrom hinein erfolgt. Der Endabschnitt 54 kann in seiner Länge variiert werden, so dass eingestellt werden kann, ob der durch den zweiten Strömungskanal zugeführte zweite Flüssigkeitsstrom gleichzeitig, vor oder nach dem über den ersten Strömungskanal 12 zugeführten Chemikalienstrom bzw. ersten Flüssigkeitsstrom austritt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 kann die Mischvorrichtung 200 innerhalb eines Aufnahmegehäuses 220 bzw. einer Aufnahme in axialer Richtung 222 bewegt werden.
  • Zusätzlich zu den in Fig. 1 - Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung umfasst die Aufnahmeeinrichtung 220 einen Absperrschieber 230. Der Absperrschieber 230 ist in der Richtung 232 beweglich ausgestaltet. Die Mischvorrichtung 200 bzw. Dosierdüse kann durch den geöffnet dargestellten Absperrschieber geführt werden.
  • In Fig. 8 ist die Mischvorrichtung 200 innerhalb der Aufnahme bzw. des Aufnahmegehäuses in Richtung 222 aus dem Prozessstrom bei geöffnetem Schieber 230, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch herausgezogen.
  • Um den Reinigungsvorgang zu starten, kann der Schieber 230 über den gesamten Querschnitt der Aufnahmevorrichtung 220 bei einer Stellung der Mischvorrichtung 200 gemäß Fig. 8 eingebracht werden. Durch den geschlossenen Absperrschieber 230 wird die Mischvorrichtung 200 von dem Prozessstrom 70 getrennt. Zwischen der Mischvorrichtung 200 und dem Absperrschieber 230 wird ein Reinigungsraum 400 ausgebildet, der bevorzugt mit dem Mischbereich zusammenfällt.
  • Um die Reinigung zu starten, kann beispielsweise in die Chemikalienzuführleitung anstatt eines Chemikalienstromes Frischwasser zugeführt werden. Selbstverständlich wäre die Zuführung auch über die Verdünnungszuführleitung oder die weitere Zuführleitung möglich.
  • Das über beispielsweise die Chemikalienzuführleitung zugeführte Frischwasser prallt auf die im Reinigungsschritt auf die geschlossene Absperreinrichtung 230 und kann in die beiden anderen Zuführleitungen 16, 300 geführt werden. Dabei werden Medien, die in diesen Zuführungen enthalten sind, durch das Frischwasser bzw. das fluide Reinigungsmedium verdrängt. Die Düsen und die Zuführungen, insbesondere die Mischvorrichtung, können durch einen derartigen Reinigungsschritt dargestellt, von den darin befindlichen Chemikalien, insbesondere deren Ablagerungen, gereinigt werden. So wird ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der Zuführungen durch Ablagerungen bei Stillständen unabhängig vom Prozessstrom aktiv entgegengewirkt.
  • Als dosierende Chemikalien können insbesondere Polymere, beispielsweise Ädhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem Prozessstrom zugegeben werden, verwandt werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonit oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD (Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B. Calziumcarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, mit der eine praktisch vollständige Vermischung eines Chemikalienstroms mit einem Verdünnungsfluidstrom und einem Fluidstrom erreicht wird, der einem Prozessstrom zugeführt wird. Insbesondere wird auch mit Hilfe von Prallflächen ein Drall erzeugt, sodass die Mischströmung, wenn sie in den Prozessstrom eintritt, eine zentrifugale Strömung aufweist und dadurch eine sehr große Eindringtiefe in den Prozessstrom.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom (70), umfassend ein Gehäuse, wenigstens einen Fluidzulauf (30), einen Chemikalienzulauf (12) sowie einen Verdünnungsfluidzulauf (16) und einen Fluidstromablauf (60), wobei wenigstens der Chemikalienzulauf (17) und der Verdünnungsfluidzulauf (16) derart angeordnet sind, dass im Gehäuse ein Mischbereich (25) ausgebildet wird, in dem ein Chemikalienstrom und ein Verdünnungsfluidstrom in den Fluidstrom eingebracht werden und der resultierende durchmischte Strom aus der Ablauföffnung (60) in den Prozessstrom (70) eingeführt wird,
    wobei
    der Chemikalienzulauf (12) und der Verdünnungsfluidzulauf (16) räumlich so nahe beieinander liegen, dass der aus dem Chemikalienzulauf austretende Chemikalienstrom und der aus dem Verdünnungsfluidzulauf austretende Verdünnungsfluidstrom vor Vermischung mit dem Fluidstrom weitgehend miteinander vermischt sind, dadurh gekennzeichnet, dass der Abstand AB zwischen der Chemikalienzulauföffnung (14) des Chemikalienzulaufs (12) und der Verdünnungszulauföffnung (18) des Verdünnungsfluidzulaufs (18) zwischen 1 mm und 100 mm liegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens der Chemikalienzulauf (12) und/oder der Verdünnungsfluidzulauf (16) unter einem Winkel (α1, α2) gegenüber der Gehäusewandung geneigt ist(sind).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Winkel (α1, α2) zwischen 90° und 10 liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand AB zwischen der Chemikalienzulauföffnung (14) des Chemikalienzulaufs (12) und der Verdünnungszulauföffnung (18) des Verdünnungsfluidzufaufs (18) zwischen 1 mm und Viertel des Durchmessers (d3) des Mischrohres (20) liegt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Druckunterschied (δp) zwischen dem aus der Verdünnungsfluidzulauföffnung (18)austretenden Verdünnungsfluid und dem Fluidstrom im Bereich 0,5 bis 5 bar liegt und/oder der Druckunterschied (δp) des aus der Chemikalienzulauföffnung (14) austretenden Chemikalienstroms in Bezug auf den aus der Verdünnungszulauföffnung (18) austretenden Verdünnungsstrom im Bereich - 0,2 bis 0 bar liegt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verhältnis eines Rohrinnendurchmessers des Verdünnungsfluidzulaufs (16) zum Rohrinnendurchmesser des Chemikalienzulaufs (12) im Bereich 1:1 zu 20:1 liegt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gehäuse Prallflächen (100.1, 100.2, 100.3, 100.4, 100.5, 100.6), zur Turbulenzerzeugung und/oder zur Chemikaliendosierung und/oder Verdünnungsfluiddosierung umfasst.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gehäuse in Düsenform ausgebildet ist.
  9. Chemikalieneinspeisesystem für den Einsatz in einem Papiermaschinen-Zulaufsystem,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittel zur Einspeisung der Chemikalien in den Prozessstrom eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  10. Chemikalieneinspeisesystem nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung über ein Rohr mit den Prozesswasser-Rückgewinhungsmitteln verbunden ist, um das Prozesswasser als die zweite Flüssigkeit zu verwenden.
  11. Verfahren zur Zumischung eines Fluides bzw. Flüssigkeit , insbesondere einer Flüssigkeit enthaltend eine Chemikalie oder einer flüssigen Chemikalie selbst zu einem Prozessstrom mittels einer Vorrichtung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 (10, 200), umfassend ein Gehäuse, wenigstens einen Fluidzulauföffnung (30), eine Chemikalienzulauföffnung (14) eine Verdünnungsfluidzulauföffnung (18) und wenigstens eine Ablauföffnung (60) zu einem Prozessstrom (70), wobei ein Chemikalienstrom aus der Chemikalienzulauföffnung (14) und ein Verdünnungsfluidstrom aus der Verdünnungsfluidzulaüföffnung (18)in einen Fluidstrom zugemischt wird und der Fluidstrom nach Zumischen von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom über eine Ablauföffnung (60), einem Prozessstrom (70) durch eine Düse eingedüst wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein weiterer Chemikalien - oder weiterer Fluidstrom zu dem Fluidstrom zugeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Chemikalienstrom und der Verdünnungsfluidstrom vor Zumischen zum Fluidstrom im Wesentlichen miteinander vermischt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Chemikalienkonzentration im Fluidstrom durch die Zugabe der Menge an Verdünnungsfluid eingestellt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Chemikalienzulauföffnung und/oder die Verdünnungsfluidzulauföffnung unter einem Winkel gegenüber der Gehäusewandung des Mischrohrs geneigt sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Winkel (α1, α2, α3) zwischen 10° und 90° liegt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als weiterer Chemikalien- oder weiterer Fluidstrom eine Füllstoff-Slurry zu dem Fluidstrom zugeführt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16.
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Chemikalienstrom und/oder der Verdünnungsfluidstrom und/oder der Fluidstrom vor und/oder nach Zumischung derart beeinflusst wird, dass eine turbulente Strömung über die Ablauföffnung (60) dem Prozessstrom (70) zugeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verfahren neben einem Mischschritt, bei dem eine flüssige Chemikalie dem Fluidstrom zugeführt wird, einen Reinigungsschritt umfasst und in dem Reinigungsschritt die Mischvorrichtung (200) von dem Prozessstrom (70) getrennt wird, derart, dass die Mischvorrichtung (200) unabhängig vom Prozessstrom (70) gereinigt werden kann.
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