EP2697428B1 - Verfahren und düsenanordnung zum einbringen von chemikalien und/oder additiven in einen prozessstrom eines herstellungsprozesses - Google Patents

Verfahren und düsenanordnung zum einbringen von chemikalien und/oder additiven in einen prozessstrom eines herstellungsprozesses Download PDF

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EP2697428B1
EP2697428B1 EP12715884.8A EP12715884A EP2697428B1 EP 2697428 B1 EP2697428 B1 EP 2697428B1 EP 12715884 A EP12715884 A EP 12715884A EP 2697428 B1 EP2697428 B1 EP 2697428B1
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    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0431—Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing chemicals and / or additives into a process stream of a production process, in particular a process for producing a fiber or nonwoven web, by means of a nozzle arrangement. It further relates to a nozzle arrangement, in particular for carrying out the method.
  • a respective change in the chemical concentration in the relevant feed device is hitherto only possible via a change in the volume flow of the dilution medium.
  • the metering concentration be set.
  • a reduction of the chemical concentration with the same chemical dosage amount leads to an increase in the volume and, with the nozzle geometry unchanged, to a change in the flow velocity at the outlet of the nozzle.
  • a change in the concentration of chemicals now has a direct influence on the effect of the chemical in question. With a change in question, the chemical can no longer be dosed with the optimum metering concentration into the process stream.
  • a disadvantage of the metering devices used hitherto is that their geometry and in particular the geometry of their outlet opening does not change and the respective desired flow rate can not be achieved without changing the chemical concentration.
  • WO 2007/096383 A1 describes a method for carrying out chemical and physical processes in which reactants are introduced into a reaction space of a reaction cell and the product formed by mixing the reactants is removed from the reaction space.
  • the product can be discharged by means of a gas and in particular by means of compressed air from the reaction cell.
  • the reaction cell may comprise a product nozzle.
  • a metering device via which a freely flowing first sterile liquid via a regulating valve continuously smaller amounts of a second sterile liquid are supplied, wherein the supply of the second liquid through the regulating valve can either be released or interrupted.
  • the invention has for its object to provide an improved method and an improved nozzle assembly of the type mentioned, in which the aforementioned disadvantages are at least substantially eliminated.
  • the efficiency of the metering and mixing of chemicals or additives in the process stream should be increased.
  • a nozzle arrangement is used with at least one mixing zone and arranged in the nozzle outlet opening throttling device whose flow characteristics variably changeable and / or for a variable changeability of the flow characteristics in the nozzle outlet opening against a respective other throttle device is interchangeable with a different flow characteristic, in each case at least two media are mixed together in a respective mixing zone and for setting different flow velocities of the Exiting the nozzle outlet opening, to be introduced into the process flow mixed flow in each case the flow characteristics of the throttle device respectively changed or a respective throttle device is replaced by a throttle device with a different flow characteristic.
  • this flow rate can be adjusted in particular also independent of the chemical concentration and at a constant metered amount of the chemical.
  • the flocculation characteristic for example, can be favorably influenced.
  • a nozzle arrangement with a plurality of mixing zones arranged one behind the other in the main flow direction is used.
  • At least one injection stream can be supplied to the nozzle arrangement via a respective nozzle inlet opening.
  • At least one in particular fluid chemical and / or at least one additive stream is fed to at least one mixing zone.
  • At least one dilution fluid stream to be fed to at least one mixing zone.
  • At least one gas stream is fed to at least one mixing zone.
  • the turbulence promoting the mixing of the media in question is generated in a respective mixing zone.
  • the turbulences in a respective mixing zone are preferably generated at least partially by a cross-sectional widening of the main flow cross-section of the nozzle arrangement. It is of particular advantage in this case if at least one chemical stream, at least one additive stream, at least one gas stream and / or at least one dilution fluid stream is introduced into the region of maximum turbulence of the mixing zone, thereby ensuring optimum mixing.
  • At least one zone, in particular a mixing zone, of the nozzle arrangement is at least one Chemical stream, in particular gas stream supplied and in this reaction or mixing and reaction zone with the relevant chemical and at least one other reactants a chemical reaction, in particular precipitation reaction, brought about.
  • the precipitation product in the respective zone can advantageously be admixed with an injection stream fed to the nozzle arrangement via a nozzle inlet opening.
  • the chemical reaction, in particular precipitation reaction, in the respective zone is brought about with at least one further reaction partner which is contained in an injection stream supplied to the nozzle arrangement via a nozzle inlet opening, in particular partial fluid flow.
  • a nozzle arrangement according to the invention which is suitable in particular for carrying out the method for introducing chemicals and / or additives into a process stream of a production process, in particular a process for producing a fiber or nonwoven web, is characterized in that the nozzle arrangement has a base section with at least one mixing and / or or reaction zone which can be supplied with at least two media to be mixed or chemically reacted with one another and a throttle device arranged in the region of the nozzle outlet opening, whose flow characteristic can be varied variably and / or which enables a respective exchange with another throttle device having a different flow characteristic releasably connected to the base section.
  • the nozzle arrangement preferably comprises a plurality of mixing and / or reaction zones arranged one after the other in the main flow direction.
  • Nozzle arrangement has its main flow cross-section in the region of at least one mixing and / or reaction zone to a turbulence-generating cross-sectional widening.
  • the nozzle outlet opening via the throttle device is also completely closable.
  • the nozzle assembly can thus be completely shut off, for example, for cleaning purposes against the process stream.
  • the throttle device comprises a valve designed in particular as a pinch valve with preferably at least one flexible hose or flexible sleeve which can be acted upon in particular mechanically, pneumatically or hydraulically.
  • Nozzle arrangement significantly increases the efficiency of metering and mixing of chemicals and / or additives into the process stream.
  • the invention can be used with particular advantage, in particular in the production of a fibrous or nonwoven web.
  • an admixing of one medium with another can take place, wherein one such mixing process can be repeated in one or more further downstream zones before the resulting resulting mixed stream is metered into the process stream, preferably by an adjustable, advantageously also completely closable throttling device becomes.
  • the optional throttle device may include the function of a valve, whereby the outlet opening of the nozzle arrangement and thus the flow velocity in the region of the outlet opening can be variably adjusted or controlled and / or regulated.
  • an exchangeable throttle device is also conceivable. In this case, for example, a corresponding construction of the housing of the nozzle assembly is provided by which a respective throttle device can be easily exchanged for another throttle device with a different flow characteristics.
  • the nozzle arrangement can be designed, for example, as a mixing nozzle with one or more mixing zones arranged at least substantially successively in the main flow direction.
  • at least one fluid chemical or fluid additive for example an injection stream
  • one or more mixing zones may also be admixed with two or more fluid chemicals or additives at the same time and, for example, mixed with the injection stream, which may, for example, also be a partial stream. This mixing principle can be repeated in one or more subsequent mixing zones.
  • the preferably fluid chemical or additive to be metered may be, for example, a retention agent, for example polyacrylamide (PAM), polyethyleneimine (PEI), polyamidoamine (PAAm), crosslinkable polyamidoamine resins, polyDADMAC, polyvinylamine (PVAm) , Polyethylene oxide (PEO).
  • a retention agent for example polyacrylamide (PAM), polyethyleneimine (PEI), polyamidoamine (PAAm), crosslinkable polyamidoamine resins, polyDADMAC, polyvinylamine (PVAm) , Polyethylene oxide (PEO).
  • the chemical to be metered may also be microparticles or nanoparticles, for example bentonite or a silicate.
  • the chemical to be dosed may contain starch, a biocide and / or, for example, a dye or an optical brightener.
  • the chemical may be, for example, neutral size agents such as alkyl ketene dimer (AKD) or alkenyl succinic anhydride (ASA).
  • neutral size agents such as alkyl ketene dimer (AKD) or alkenyl succinic anhydride (ASA).
  • mineral substances such as calcium carbonate and / or titanium dioxide, in the form of a "slurry", are dosed.
  • the mixing nozzle may in particular comprise a cylindrical housing in which one or more mixing zones forming mixing zones are located.
  • a respective mixing element may, for example, comprise a cylindrical body, the outer peripheral surface of which has an annular recess in which holes are bored in the radial direction, which open into the central, axial bore of the mixing element.
  • the annular gap of a respective mixing element may be connected through the wall of the housing with one or more media feeds.
  • the individual mixing elements can be sealed against each other and the housing wall by means of seals.
  • the angle between the axial bore and the radial bores is expediently in each case 90 °.
  • the cylindrical diameter of the inner cross-sectional area (axial bore) of a respective preceding mixing element in the main flow direction is preferably smaller than the cylindrical diameter of the inner cylindrical, in particular circular-cylindrical cross-section of the respective subsequent mixing element.
  • Such a cross-sectional enlargement or increment may also be provided in the region of the front end of the first mixing element viewed in the main flow direction.
  • the step-like enlargement of the rotationally symmetrical cross-section of the cylindrical flow channel resulting inter alia from the succession of the individual mixing elements leads to the following effect.
  • the increase in the flow cross section of the cylindrical bore causes a return vortex in the flow.
  • the boundary layers of the vortex there are large shear stresses which cause turbulences, by means of which efficient mixing of the introduced fluid chemical or additives or gases in the mixing element is achieved.
  • the shearing field forming through the cross-sectional widening can therefore be used for the interference of the respective fluid media.
  • the chemical or the additive or gas can be introduced in particular into the zone of maximum turbulence of the respective mixing element or zone. This can be done for example by a corresponding arrangement of provided for the application of the medium in question radial holes.
  • the ratio between the diameter D 2 after the increment and the diameter D 1 before the increment is advantageously in a range between about 1.1 to about 5.0, in particular in a range of about 1 , 1 to about 2.0, and preferably in a range of about 1.2 to about 1.5.
  • the length L 1 of the first cylindrical mixing element considered in the main flow direction is advantageously dependent on the step-like widening and is expediently 10 to 50 times the length (D 2 -D 1 ) / 2.
  • the turbulence is greatest in this length range. With a longer version of the mixing zone it decreases again.
  • the selected length of a respective mixing element or mixing zone can also be dependent on the type of the respective chemical or additive or the physical state.
  • the length L 1 of the axially extending in the main flow axial cylindrical bore of the first mixing zone is equal to kx (D 2 / D 1 ), wherein the constant factor k is of the metered in the mixing element chemical or additive, and in particular can assume values which are in a range between about 20 to about 180.
  • the factor k In the metering of gases larger values are allowed for the factor k in order to introduce the number of maximum necessary radial bores (exit surface) in the cylindrical wall of the mixing element, whereby the introduction of a respective gas itself further increases the turbulence in the mixing zone becomes.
  • the throttle device comprises a valve, for example a pinch valve
  • this may expediently be detachably connected in a separate housing, for example by means of a flange connection, to the base section comprising the at least one mixing and / or reaction zone.
  • the particular pneumatically or hydraulically operated valve may comprise an elastomeric hose or sleeve made of an elastomer, which is arranged, for example, in an encapsulated valve body or housing below or after the last mixing zone.
  • the housing of the nozzle arrangement and at least the housing of a pressure chamber associated with the pinch valve can be dimensioned with respect to the requirements of the pressure range and in particular designed in bivalve design to obstruct the cuff therein.
  • the pressure chamber housing can also be designed as a separate component and with the Housing of the nozzle assembly in the usual way, for example by means of screw, flange connection, etc., be connected.
  • the pressure chamber housing can be designed with flange connections on both sides.
  • the tube or sleeve is compressed and changes the flow of the medium through the tube or the sleeve.
  • the opening or the gap width of the sleeve can be adjusted pneumatically or hydraulically variable depending on the pressure.
  • the pressurization of the valve housing can be done for example with filtered or oil-free compressed air or water.
  • the flexible elastomer hose or sleeve can be suitably closed completely.
  • a differential pressure supply for example in a range of about 0.5 to about 30 bar, preferably in a range of about 1 to 3 bar above the depending on the elastomer quality medium / operating pressure in the pinch valve housing, the pinch valve can be closed, for example. This creates, for example, a lip-shaped closing image.
  • the pinch valve sleeve opens completely back to its original diameter due to its rebound resilience.
  • a pressure switch between the pinch valve and a pilot valve may be provided, with which the opening pressure and closing pressure of the cuff can be queried.
  • a quick exhaust valve can be connected directly to the example air connection of the housing of the pinch valve.
  • the adjustment of the gap width of the nozzle can also be done in other ways.
  • the gap formed in the sleeve for example, mechanically deformed by means of one or more adjusting elements or even completely closed.
  • these control elements can be adjusted for example by means of manually, electrically, pneumatically or hydraulically driven adjusting devices. It can be applied to all commonly used in pinch valves methods for deformation of the crimp sleeve.
  • the sleeve can be made of different elastomers and adapted to the media properties such as pressure, temperature, but also other environmental criteria.
  • the sleeve can be made, for example, at least partially of natural rubber, neoprene, EPDM, Viton, silicone, nitrile, butyl, hypalon, etc.
  • the cuff materials used with Teflon or other coating materials are made with an inner fabric which preferably contains plastic fibers, for example nylon.
  • the inner contour of the particular made of an elastomeric sleeve can be designed differently, it may be cylindrical or conical, for example.
  • the inner contour of the sleeve is designed so that a variable adjustment of a flow velocity in the outlet region of the nozzle assembly of, for example, up to 30 m / s can be reproducibly achieved.
  • the outer contour of the sleeve can in particular be chosen so that a reproducible throttle is obtained.
  • An advantageous embodiment further consists in concentrating at least two streams in the mixing zone and mixing them together in the outflow in the mixing zone, wherein the outlet opening from the mixing chamber can be narrowed or closed by a throttle of the type described.
  • inventive method and the nozzle assembly according to the invention are not limited to the dosage of liquid chemicals or additives. Rather, such embodiments or designs are conceivable in which in the nozzle arrangement in addition to eg liquid chemicals, a gas such as CO 2 , and for example hydrated lime, for example as a suspension (milk of lime, slurry of calcium hydroxide in water) or as lime water, for the reaction to be brought.
  • a gas such as CO 2
  • hydrated lime for example as a suspension (milk of lime, slurry of calcium hydroxide in water) or as lime water
  • the solubility of hydrated lime (Ca (OH) 2 ) in water is only 1.7 g / l at 20 ° C, whereby the solubility decreases with increasing temperature.
  • a lime milk suspension is used which has a substantially higher concentration in a range of, for example, about 30 to about 150 g / l of Ca (OH) 2 .
  • carbonated water may be brought in reaction with a slurry of lime (milk of lime) or an aqueous solution of hydrated lime.
  • the suspension can be adjusted immediately to the use concentration.
  • the use concentration can also be adjusted directly in the mixing and reaction nozzle arrangement prior to contact with the CO 2 by mixing in another dilution fluid in an upstream mixing zone.
  • a filter is preceded by the insoluble constituents are retained to exclude a blockage of the dosing.
  • a dosage of lime water can be dispensed with filters.
  • the flow rate should in particular not fall below 1.0 m / s and preferably be greater than 1.5 m / s.
  • the dosage of lime from a loop system is advantageous to exclude deposits in the piping system.
  • the particle size distribution should advantageously be as homogeneous as possible in order to allow the precipitation of calcium carbonate achieved in the reaction with carbon dioxide to proceed efficiently.
  • a hydrated lime (Ca (OH) 2 ) should be used, whose homogeneous grain spectrum consists of many small particles, as the Reaction rate is essentially influenced by the particle size.
  • the method according to the invention and the nozzle arrangement according to the invention in which there is a precipitation reaction in the nozzle arrangement, for example by the reaction of milk of lime with carbon dioxide.
  • the precipitated calcium carbonate produced in this way can advantageously be metered into the process stream by means of a further fluid stream, in particular the injection stream, and / or the aqueous phase of the lime milk.
  • the precipitation reaction and the metering into the process stream can take place simultaneously.
  • further fluid chemicals or additives can be metered into the process.
  • a particular T-shaped combination of the respective reactants takes place in the nozzle arrangement and thus at least one mixing zone is formed, wherein the dwell or reaction time can be adjusted by the geometry of the corresponding zone.
  • the dwell or reaction time can be adjusted by the geometry of the corresponding zone.
  • a corresponding combination in a reaction and mixing zone by a plurality of particular radial bores preferably small diameter can be realized.
  • At least one primary precipitation reaction of the calcium carbonate takes place outside the process stream or the constant part of the paper machine in the mixing and reaction nozzle arrangement, so that the process of the precipitation reaction can be influenced by the choice of the injection medium.
  • Is used as an injection medium for example, process water without Fiber constituents, for example filtered flotate or filtrate or fresh water, calcium carbonate is provided due to the precipitation reaction in the nozzle assembly and this metered into the process stream.
  • the pulp suspension itself is used as the injection medium, that is, for example, a partial fluid flow as the injection flow, the precipitation reaction to the pulp contained in the partial fluid flow already takes place in the mixing and reaction nozzle arrangement.
  • a reaction of carbon dioxide and milk of lime can already take place in the nozzle arrangement, ie outside the process stream. If the reaction takes place, for example, in a partial stream of the pulp suspension fed to the nozzle arrangement, the calcium carbonate is already precipitated in the nozzle arrangement onto the fibers of the suspension of the partial stream (in particular primary reaction) and then metered into the process stream.
  • the reaction of the milk of lime and the carbon dioxide in the mixing and reaction nozzle arrangement can be done much more selectively by changing the mixing conditions, as this is possible in the process stream itself.
  • the bubble size and the number of carbon dioxide gas bubbles can be adjusted by means of the bore diameter and the number of holes in the mixing zone.
  • unreacted lime or unreacted CO 2 can completely react with each other during a secondary reaction in the process stream.
  • the preferred geometry of the mixing and reaction nozzle arrangement the necessary reaction time can be significantly reduced, so that the actual primary reaction or primary reaction is completed in less than, for example, 3 seconds, preferably less than 1 second.
  • the precipitation reaction can be controlled and / or regulated, for example, via the size of the gas bubbles, whereby the efficiency is further increased.
  • the efficiency of the reaction of milk of lime and CO 2 can be significantly increased.
  • the Homogeneity of the precipitated calcium carbonate can be variably adjusted by the geometry of a respective mixing zone of the nozzle assembly and the mixing parameters.
  • the crystal structure of the precipitated calcium carbonate with respect to the required paper properties for example, in terms of opacity and light scattering and the bulk, etc., can be influenced.
  • Fig. 1 1 shows a schematic illustration of a base section 12 comprising a plurality of mixing and / or reaction zones 10 1 , 10 2 of an exemplary embodiment of a nozzle arrangement 14 according to the invention for introducing chemicals and / or additives into a process stream 16 (cf. Fig. 6 to 8 ) a manufacturing process, which may in particular be a process for producing a fiber or nonwoven web.
  • a manufacturing process which may in particular be a process for producing a fiber or nonwoven web.
  • at least two media 28, 54 which are to be mixed with one another and / or chemically react with one another are supplied to a respective mixing and / or reaction zone 10 1 , 10 2 .
  • the nozzle assembly 14 may include a arranged in the region of the nozzle outlet opening 18 throttle device 20.
  • the nozzle arrangement 14 comprises, for example, two mixing and / or reaction zones 10 1 , 10 2 arranged one behind the other in the main flow direction 22.
  • the main flow cross-section of the nozzle assembly 14 in the region of at least one mixing and / or reaction zone 10 i have a turbulence-generating cross-sectional widening 24.
  • such a cross-sectional widening viewed in the main flow direction 22 is located both in the region of the front end of the first mixing and / or reaction zone 10 1 and in the region of the front end of the second mixing and / or reaction zone 10 2 .
  • nozzle assembly 14 via a nozzle inlet opening 26, an injection stream 28 are supplied.
  • the nozzle arrangement 14 may in particular comprise at least one mixing and / or reaction zone 10 i to which at least one fluid chemical or additive stream 50 is supplied.
  • at least one dilution fluid stream 48 it is also possible for at least one dilution fluid stream 48 to be fed to at least one mixing zone 10 i .
  • embodiments of the nozzle arrangement 14 are conceivable in which at least one gas stream is supplied to at least one mixing zone 10 i .
  • Fig. 1 Be as in Fig. 1 represented, generated in a respective zone 10 i turbulence, for example by a cross-sectional widening 24 of the Main flow cross section of the nozzle assembly 14, so for example, a respective chemical or additive stream 50, gas flow and / or dilution fluid 48 are advantageously introduced into the range of maximum turbulence of the zone 10 i .
  • At least one zone 10 i of the nozzle arrangement 14 is supplied with at least one chemical stream 50, in particular gas stream, and brings about a chemical reaction, in particular a precipitation reaction, in this zone 10 i with the relevant chemical and at least one further reaction partner becomes.
  • the precipitation product in the respective mixing or reaction zone 10 i can be admixed, for example, with the injection stream 28 fed to the nozzle arrangement 14 via the nozzle inlet opening 26.
  • the chemical reaction, in particular precipitation reaction in the respective zone 10 i can also be brought about, for example, with at least one further reaction partner which is contained in an injection stream 28, in particular a partial fluid stream, fed to the nozzle arrangement via the nozzle inlet opening 26.
  • the nozzle assembly 14 may include a cylindrical housing 30 in which one or more, the zones are 10 i-forming mixing elements each comprising a cylindrical body 32 whose outer peripheral surface is provided with an annular recess 34 in which in the radial direction bores 36 are introduced, which open into the main flow direction 22 extending central axial bore 38 of the mixing element.
  • the annular recess 34 of the respective mixing element is connected through the wall of the housing 30 with at least one media feed.
  • the individual mixing elements are sealed by means of seals 40 against each other and the housing wall.
  • the angle between the axial bore 38 and the radial bores 36 is preferably 90 °.
  • the injection stream 28 is first conducted in the cylindrical inner cross section of the first mixing zone 10 1 forming mixing element and then continued in a step jump in the second mixing zone 10 2 forming the second mixing element.
  • the injection stream 28 can be guided via a first section 44 of the base section 12 into the first mixing zone 10 1 .
  • the diameter of the inner cylindrical cross section of the portion 44 is denoted by D i , the diameter of the inner cylindrical cross section of the first mixing zone 10 1 with D 2 and the diameter of the inner cylindrical cross section of the second mixing zone 10 2 with D 3 .
  • the ratio between the diameter D 2 and the diameter D 1 is advantageously in a range of about 1, 1 to about 5.0, more preferably in a range of about 1.1 to about 2.0, and preferably in a range of about 1.2 to about 1.5.
  • the length L 1 of the first cylindrical mixing zone 10 1 is dependent on the step-like extension and is advantageously in a range of 10 to 50 times the length (D 2 -D 1 ) / 2.
  • the turbulence is greatest in this length range. With a longer execution of the mixing zone, the turbulence decreases again.
  • the length L 1 of the first cylindrical mixing element is advantageously equal to kx (D 2 / D 1 ).
  • the constant factor k is dependent on the chemical or additive to be metered in the mixing element and can advantageously assume values in a range between approximately 20 and approximately 180.
  • a respective zone 10 i can also be provided as a reaction or mixing and reaction zone in which at least two reactants cause a chemical reaction, in particular a precipitation reaction.
  • a T-shaped combination of at least two media and in particular of respective reactants in the nozzle assembly 14 is advantageous in order to form at least one mixing zone, wherein the dwell or reaction time can be adjusted by the geometry of the corresponding zone.
  • a multiplicity of generally radial bores, preferably of small diameter can be provided for a suitable combination in the reaction mixing zone.
  • the nozzle assembly 14 may include a arranged in the nozzle outlet opening 18 throttle device 20 whose flow characteristics variably changeable and / or is connected to enable a respective exchange against another throttle device with a different flow characteristics releasably connected to the base portion 12.
  • the throttle device 20 may for example be releasably connected to the housing 30 of the nozzle assembly 14.
  • the nozzle outlet opening 18 can be suitably also completely closed via the throttle device 20, so that the nozzle assembly 14 can be completely separated from the process stream 16.
  • the throttle device 20 may comprise a particular designed as a pinch valve with preferably at least one particular pneumatically or hydraulically acted upon flexible hose or flexible sleeve.
  • a pinch valve with preferably at least one particular pneumatically or hydraulically acted upon flexible hose or flexible sleeve.
  • the crimp tube 46 according to Fig. 2 for example, have a groove profile.
  • the squeeze tube 46 has a profile shape in the manner of a double cone with respect to the inner cross section.
  • the crimp tube 46 may also have a continuous cylindrical inner profile.
  • Fig. 5 shows an exemplary embodiment, according to which the crimp tube 46 has an inner profile in the form of a single cone.
  • the mixing and / or reaction nozzle assembly 14 may suitably be completely shut off against the process stream 16.
  • the pinch valve which may consist at least partially of a deformable sleeve, can be adjusted in any position between fully open and closed.
  • the outflow velocity in the region of the nozzle outlet opening 18 can be adjusted variably by means of the variably variable cross section in the area of the nozzle outlet or via a corresponding change in the cross-sectional area of the sleeve.
  • This can be the Flow rate in the region of the nozzle outlet opening 18 are set independently of the chemical or additive concentration and also at a constant metered amount of the chemical or additive.
  • the flocculation characteristic for example, can be favorably influenced.
  • the throttle device 20 may include, for example, a pneumatically or hydraulically adjustable pinch valve with a squeeze tube or sleeve 46 and an associated pressure housing 48.
  • the nozzle assembly 14 can be supplied via a nozzle inlet opening 26, an injection stream 28, which may be, for example, a partial fluid flow.
  • the first mixing zone 10 1 for example, a dilution fluid stream is supplied as a mixed stream 48.
  • the second mixing stage 10 2 for example, a chemical or additive stream 50 are supplied. In principle, however, only one or more than two zones may be provided, wherein, as already mentioned, these zones may each be mixing and / or reaction zones.
  • at least one chemical stream, at least one additive stream, at least one gas stream and / or at least one dilution fluid stream can be supplied to a respective mixing and / or reaction zone 10 i, for example.
  • the throttle device 20 may include, for example, a mechanically adjustable squeeze sleeve or sheath 46.
  • the squeezing sleeve 46 can be acted upon here, for example, by a mechanical adjusting element 52 which is adjustable, for example, transversely to the main flow direction 22.
  • the crimp sleeve 46 is in the present case played in the open state.
  • the basic section 12 of the nozzle arrangement 14 encompassing the mixing and / or reaction zones 10 i can, in particular, again be designed as described with reference to FIGS Fig. 1 and 6 has been described. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • Fig. 8 shows the nozzle assembly 14 according to Fig. 7
  • the crimping cuff 46 is shown in the present case in a fully closed state.
  • Corresponding parts are again assigned the same reference numerals.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung. Sie betrifft ferner eine Düsenanordnung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
  • Die gestiegenen Kosten insbesondere für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien erfordern deren effizienten Einsatz. Insbesondere bei der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn kann der Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien, aber auch der Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung durch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom in erheblichem Umfang reduziert werden.
  • Die bisher bei der Dosierung von fluiden Chemikalien in einen Prozessstrom zur Erzeugung einer Papier- oder Vliesstoffbahn angewandten Prinzipien besitzen unter anderem den Nachteil, dass die Chemikalienkonzentration in der Düse nicht eingestellt werden kann und der Düse stattdessen eine auf eine bestimmte Konzentration eingestellte Chemikalie zugeführt werden muss.
  • Eine jeweilige Änderung der Chemikalienkonzentration in der betreffenden Zuführeinrichtung ist bisher lediglich über eine Änderung des Volumenstroms des Verdünnungsmediums möglich. Zudem kann bisher lediglich durch eine Änderung der Ausgangskonzentration der eingesetzten fluiden Chemikalie die Dosierkonzentration eingestellt werden. Auch im letzteren Fall führt eine Reduzierung der Chemikalienkonzentration bei gleicher Chemikaliendosiermenge jedoch zu einer Zunahme des Volumens und bei unveränderter Düsengeometrie zu einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit am Austritt der Düse. Eine Änderung der Chemikalienkonzentration besitzt nun aber unmittelbaren Einfluss auf die Wirkung der betreffenden Chemikalie. Bei einer betreffenden Änderung kann die Chemikalie nicht mehr mit der optimalen Dosierkonzentration in den Prozessstrom dosiert werden.
  • Ein Nachteil der bisher eingesetzten Dosierapparate besteht zudem darin, dass deren Geometrie und insbesondere die Geometrie deren Austrittsöffnung nicht verändert und die jeweils gewünschte Strömungsgeschwindigkeit nicht ohne Änderung der Chemikalienkonzentration erreicht werden kann.
  • In der WO 2007/096383 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung chemischer und physikalischer Prozesse beschrieben, bei dem Reaktanden in einen Reaktionsraum einer Reaktionszelle eingebracht werden und das durch Vermischen der Reaktanden entstandene Produkt aus dem Reaktionsraum entfernt wird. Dabei kann das Produkt mittels eines Gases und insbesondere mittels Druckluft aus der Reaktionszelle ausgetragen werden. Die Reaktionszelle kann eine Produktdüse umfassen. Durch die Vermischung der Reaktanden kann beispielsweise eine Fällung initiiert werden.
  • In der WO 99/58234 A1 ist eine Dosiervorrichtung beschrieben, über die einer frei fließenden ersten sterilen Flüssigkeit über ein Regulierventil kontinuierlich kleinere Mengen einer zweiten sterilen Flüssigkeit zuführbar sind, wobei die Zufuhr der zweiten Flüssigkeit durch das Regulierventil entweder freigegeben oder unterbrochen werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Düsenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die zuvor genannten Nachteile zumindest im Wesentlichen beseitigt sind. Allgemein soll die Effizienz der Dosierung und Einmischung von Chemikalien bzw. Additiven in den Prozessstrom erhöht werden.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Mischzone und einer im Bereich der Düsenaustrittsöffnung angeordneten Drosseleinrichtung verwendet wird, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die für eine variable Änderbarkeit der Strömungscharakteristik im Bereich der Düsenaustrittsöffnung gegen eine jeweilige andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik austauschbar ist,
    in einer jeweiligen Mischzone jeweils wenigstens zwei Medien miteinander vermischt werden und zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten der aus der
    Düsenaustrittsöffnung austretenden, in den Prozessstrom einzubringenden Mischströmung jeweils die Strömungscharakteristik der Drosseleinrichtung entsprechend geändert bzw. eine jeweilige Drosseleinrichtung durch eine Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik ausgetauscht wird.
  • Indem die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Düsenaustritts über die Strömungscharakteristik einer Drosseleinrichtung variabel änderbar ist, kann diese Strömungsgeschwindigkeit insbesondere auch unabhängig von der Chemikalienkonzentration und bei konstanter Dosiermenge der Chemikalie eingestellt werden. Gleiches gilt für eventuell zugeführte Additive. Durch die Einstellung der optimalen Strömungsgeschwindigkeit, zum Beispiel eines in der Düsenanordnung verdünnten Retentionsmittels, kann beispielsweise die Flockungscharakteristik günstig beeinflusst werden.
  • Bevorzugt wird eine Düsenanordnung mit mehreren in Hauptströmungsrichtung betrachtet hintereinander angeordneten Mischzonen verwendet.
  • Der Düsenanordnung kann über eine jeweilige Düseneintrittsöffnung insbesondere wenigstens ein Injektionsstrom zugeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens einer Mischzone wenigstens ein insbesondere fluider Chemikalien- und/oder wenigstens ein Additivstrom zugeführt.
  • Denkbar ist insbesondere auch, dass wenigstens einer Mischzone wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt wird.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird wenigstens einer Mischzone wenigstens ein Gasstrom zugeführt.
  • Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn in einer jeweiligen Mischzone die Durchmischung der betreffenden Medien fördernde Turbulenzen erzeugt werden. Bevorzugt werden die Turbulenzen in einer jeweiligen Mischzone zumindest teilweise durch eine Querschnittserweiterung des Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung erzeugt. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom in den Bereich maximaler Turbulenz der Mischzone eingebracht wird, wodurch eine optimale Durchmischung gewährleistet wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens einer Zone, insbesondere Mischzone, der Düsenanordnung wenigstens ein
    Chemikalienstrom, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Reaktions- bzw. Misch- und Reaktionszone mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt.
  • Dabei kann das Fällungsprodukt in der jeweiligen Zone vorteilhafterweise einem der Düsenanordnung über eine Düseneintrittsöffnung zugeführten Injektionsstrom zugemischt werden.
  • In bestimmten Fällen ist jedoch auch von Vorteil, wenn die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, in der jeweiligen Zone mit wenigstens einem weiteren Reaktionspartner herbeigeführt wird, der in einem der Düsenanordnung über eine Düseneintrittsöffnung zugeführten Injektionsstrom, insbesondere Partialfluidstrom, enthalten ist.
  • Eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignete erfindungsgemäße Düsenanordnung zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn zeichnet sich dadurch aus, dass die Düsenanordnung einen Grundabschnitt mit wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone besitzt, der zumindest zwei miteinander zu mischende bzw. chemisch miteinander reagierende Medien zuführbar sind, und eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung angeordnete Drosseleinrichtung umfasst, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt verbunden ist.
  • Vorzugsweise umfasst die Düsenanordnung mehrere in Hauptströmungsrichtung betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen.
  • Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenanordnung weist deren Hauptströmungsquerschnitt im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung auf.
  • Zweckmäßigerweise ist die Düsenaustrittsöffnung über die Drosseleinrichtung auch vollständig schließbar. Die Düsenanordnung kann damit beispielsweise zu Reinigungszwecken vollständig gegen den Prozessstrom abgesperrt werden.
  • Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Drosseleinrichtung ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfasst.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
  • Düsenanordnung wird die Effizienz der Dosierung und Einmischung von Chemikalien und/oder Additiven in den Prozessstrom deutlich erhöht. Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil insbesondere bei der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn einsetzbar.
  • Erfindungsgemäß kann in einer Zone der Düsenanordnung eines Einmischung eines Mediums mit einem anderen erfolgen, wobei in einer oder mehreren weiteren nachgeschalteten Zonen sich ein solcher Einmischvorgang wiederholen kann, bevor der erhaltene resultierende Mischstrom vorzugsweise durch eine einstellbare, vorteilhafterweise auch vollständig verschließbare Drosseleinrichtung in den Prozessstrom dosiert wird. Die optionale Drosseleinrichtung kann die Funktion eines Ventils umfassen, wodurch die Austrittsöffnung der Düsenanordnung und damit die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Austrittsöffnung veränderbar eingestellt bzw. gesteuert und/oder geregelt werden kann. Gemäß einer einfacheren Ausführungsform ist auch eine austauschbare Drosseleinrichtung denkbar. Dabei ist beispielsweise eine entsprechende Konstruktion des Gehäuses der Düsenanordnung vorgesehen, durch die eine jeweilige Drosseleinrichtung leicht gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer andern Strömungscharakteristik ausgetauscht werden kann.
  • Die Düsenanordnung kann beispielsweise als Mischdüse mit einer oder mehreren in Hauptströmungsrichtung zumindest im Wesentlichen nacheinander angeordneten Mischzonen ausgeführt sein. Dabei kann in einer Mischzone wenigstens eine fluide Chemikalie oder fluides Additiv z.B. einem Injektionsstrom zugegeben werden. Einer oder mehreren Mischzonen können beispielsweise auch zwei oder mehrere fluide Chemikalien oder Additive gleichzeitig zugegeben werden und beispielsweise mit dem Injektionsstrom, bei dem es sich beispielsweise auch um einen Partialstrom handeln kann, vermischt werden. Dieses Mischprinzip kann sich in einer oder mehreren nachfolgenden Mischzonen wiederholen.
  • Bei der zu dosierenden, vorzugsweise fluiden Chemikalie bzw. Additiv kann es sich zum Beispiel um ein Retentionsmittel handeln, zum Beispiel um Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidamin-Harze, PolyDADMAC, Polyvinylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO).
  • Überdies kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie auch um Mikropartikel bzw. Nanopartikel handeln, so zum Beispiel um Bentonit oder ein Silikat.
  • Ferner kann die zu dosierende Chemikalie Stärke, ein Biozid und/oder zum Beispiel einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller enthalten.
  • Zudem kann es sich bei der Chemikalie beispielsweise um Neutralleimungsmittel wie zum Beispiel Alkylketendimer (AKD) oder Alkenylbernsteinsäureanhydrid (ASA) handeln. Überdies können zum Beispiel auch mineralische Stoffe, wie zum Beispiel Calciumcarbonat und/oder Titandioxid, in Form einer "Slurry", dosiert werden.
  • Die Mischdüse kann insbesondere ein zylindrisches Gehäuse umfassen, in dem sich ein oder mehrere Mischzonen bildende Mischelemente befinden. Ein jeweiliges Mischelement kann beispielsweise einen zylindrischen Körper umfassen, dessen Außenumfangsfläche eine ringförmige Vertiefung aufweist, in der in radialer Richtung Bohrungen eingebracht sind, die in die zentrale, axiale Bohrung des Mischelements münden. Der Ringspalt eines jeweiligen Mischelements kann durch die Wand des Gehäuses hindurch mit einer oder mehreren Medienzuführungen verbunden sein. Die einzelnen Mischelemente können über Dichtungen gegeneinander und die Gehäusewand abgedichtet sein. Der Winkel zwischen der axialen Bohrung und den radialen Bohrungen beträgt zweckmäßigerweise jeweils 90°.
  • Der zylindrische Durchmesser der inneren Querschnittsfläche (axiale Bohrung) eines in Hauptströmungsrichtung betrachtet jeweils vorangehenden Mischelements ist bevorzugt kleiner als der zylindrische Durchmesser des inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnitts des jeweiligen darauffolgenden Mischelements. Eine solche Querschnittsvergrößerung oder Stufensprung kann auch im Bereich des in Hauptströmungsrichtung betrachtet vorderen Endes des ersten Mischelements vorgesehen sein. Die stufenartige Vergrößerung des rotationssymmetrischen Querschnitts des sich u.a. aus der Aufeinanderfolge der einzelnen Mischelemente ergebenden zylindrischen Strömungskanals führt zu folgendem Effekt.
  • Die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zylindrischen Bohrung bewirkt in der Strömung einen rücklaufenden Wirbel. Dabei kommt es vor allem in den Grenzschichten des Wirbels zu großen Schubspannungen, die Turbulenzen bewirken, mittels derer eine effiziente Vermischung der eingebrachten fluiden Chemikalie bzw. Additivs oder Gases in dem Mischelement erreicht wird. Das sich durch die Querschnittserweiterung ausbildende Scherfeld kann also für die Einmischung des bzw. der jeweiligen fluiden Medien genutzt werden. Dabei kann die Chemikalie bzw. das Additiv oder Gas insbesondere in die Zone der maximalen Turbulenz des jeweiligen Mischelements bzw. -zone eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Anordnung von für die Applikation des betreffenden Mediums vorgesehenen radialen Bohrungen erfolgen.
  • Es sind insbesondere solche Ausführungen der Düsenanordnung denkbar, bei denen der Injektionsstrom zunächst in dem inneren zylindrischen Querschnitt des in Hauptströmungsrichtung betrachtet ersten Mischelements geführt und dann über einen Stufensprung in dem einen entsprechend größeren inneren zylindrischen Querschnitt aufweisenden darauffolgenden Mischelement weitergeführt wird. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D2 nach dem Stufensprung und dem Durchmesser D1 vor dem Stufensprung (Stufensprungverhältnis = D2/D1) liegt vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen etwa 1,1 bis etwa 5,0, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,5.
  • Die Länge L1 des in Hauptströmungsrichtung betrachtet ersten zylindrischen Mischelements ist vorteilhafterweise abhängig von der stufenartigen Erweiterung und beträgt zweckmäßigerweise das 10- bis 50-fache der Länge (D2 - D1)/2. In diesem Längenbereich ist die Turbulenz am größten. Bei einer längeren Ausführung der Mischzone nimmt sie wieder ab.
  • Die gewählte Länge eines jeweiligen Mischelements bzw. Mischzone kann auch von der Art der jeweiligen Chemikalie bzw. Additiv bzw. dem Aggregatzustand abhängig sein. Bevorzugt ist die Länge L1 der sich in Hauptströmungsrichtung erstreckenden axialen zylindrischen Bohrung der ersten Mischzone gleich k x (D2/D1), wobei der konstante Faktor k von der in dem Mischelement zu dosierenden Chemikalie bzw. Additiv ist und insbesondere Werte annehmen kann, die in einem Bereich zwischen etwa 20 bis etwa 180 liegen. Bei der Dosierung von Gasen sind für den Faktor k größere Werte zulässig, um die Anzahl der maximal notwendigen radialen Bohrungen (Austrittsfläche) in der zylindrischen Wand des Mischelements einbringen zu können, wobei durch das Einbringen eines jeweiligen Gases selbst die Turbulenz in der Mischzone weiter gesteigert wird.
  • Umfasst die Drosseleinrichtung ein Ventil, beispielsweise ein Quetschventil, so kann dieses zweckmäßigerweise in einem separaten Gehäuse beispielsweise mittels einer Flanschverbindung mit dem die wenigstens eine Misch- und/oder Reaktionszone umfassenden Grundabschnitt lösbar verbunden sein. Das insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betriebene Ventil kann einen Elastomerschlauch bzw. eine Manschette aus einem Elastomer umfassen, der bzw. die zum Beispiel in einem gekapselten Ventilkörper bzw. Gehäuse unterhalb bzw. nach der letzten Mischzone angeordnet ist. Das Gehäuse der Düsenanordnung und zumindest das Gehäuse einer dem Quetschventil zugeordneten Druckkammer kann hinsichtlich den Anforderungen an den Druckbereich dimensioniert und insbesondere in zweischaliger Bauweise ausgeführt sein, um die Manschette darin zu verbauen. Das Druckkammergehäuse kann zudem als separates Bauteil ausgeführt und mit dem Gehäuse der Düsenanordnung auf übliche Art, beispielsweise mittels Verschraubung, Flanschverbindung usw., verbunden sein. So kann das Druckkammergehäuse beispielsweise beidseitig mit Flanschverbindungen ausgeführt sein.
  • Erhöht sich der Druck im Innenraum des Ventilkörpers gegenüber dem Druck im Inneren des Elastomerschlauches, so wird der Schlauch bzw. die Manschette zusammengedrückt und verändert den Durchfluss des Mediums durch den Schlauch bzw. die Manschette. Damit kann die Öffnung bzw. die Spaltweite der Manschette in Abhängigkeit vom Druck pneumatisch oder hydraulisch variabel eingestellt werden.
  • Die Druckbeaufschlagung des Ventilgehäuses kann zum Beispiel mit gefilterter oder ölfreier Druckluft oder Wasser erfolgen. Der flexible Elastomerschlauch bzw. Manschette kann zweckmäßigerweise auch vollständig geschlossen werden. Durch eine Differenzdruckzufuhr beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 30 bar, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 bis 3 bar über dem von der Elastomerqualität abhängigen Mediums-/Betriebsdruck in das Quetschventilgehäuse kann das Quetschventil beispielsweise geschlossen werden. Hierbei entsteht zum Beispiel ein lippenförmiges Schließbild. Sobald sich der Druck im Innern des gekapselten Ventilkörpers verringert bzw. die Druckzufuhr unterbrochen und das Quetschventilgehäuse entlüftet wird, öffnet sich die Quetschventil-Manschette aufgrund deren Rückprallelastizität wieder vollständig auf den ursprünglichen Durchmesser. Aufgrund der Rückprallelastizität der Manschette und des Mediumdrucks ist nach dem Öffnen ein freier Querschnitt gewährleistet. Die Bewegung der Manschette beim Schließen und Öffnen verhindert, dass sich an der Manschettenwand Ablagerungen anlagern. Festkörper im zu dosierenden Medium werden beim Schließen der Manschette eingeschlossen, sodass die Dichtigkeit des Ventils sichergestellt bleibt. Dadurch kann ein sehr wartungsarmer und insbesondere bei der Dosierung von fluiden Medien dichter Betrieb gewährleistet werden.
  • Zudem ist eine automatisierte Beaufschlagung eines solchen Quetschventils denkbar, wobei zum Beispiel ein Druckschalter zwischen dem Quetschventil und einem Pilotventil vorgesehen sein kann, mit dem der Öffnungsdruck und Schließdruck der Manschette abgefragt werden kann. Um eine möglichst kurze Öffnungszeit sicherzustellen, kann ein Schnellentlüftungsventil direkt am beispielsweise Luftanschluss des Gehäuses des Quetschventils angeschlossen sein.
  • Die Einstellung der Spaltweite der Düse kann aber auch auf anderem Wege erfolgen. So kann der in der Manschette gebildete Spalt beispielsweise mechanisch mittels einer oder mehrerer Stellelemente verformt bzw. auch völlig verschlossen werden. Dabei können diese Stellelemente beispielsweise mittels manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebener Verstelleinrichtungen eingestellt werden. Es können alle üblicherweise bei Quetschventilen vorgesehenen Methoden zur Verformung der Quetschmanschette angewendet werden.
  • Die Verwendung eines Quetschventils bringt neben der Möglichkeit einer vollständigen Absperrfunktion, womit die Düse vom übrigen Prozessstrom vollständig getrennt werden kann, insbesondere auch den Vorteil einer von der Fläche der Öffnung der Quetschmanschette abhängigen Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung mit sich. Damit kann die Strömungsgeschwindigkeit aus der Düsenanordnung in den Prozessstrom hinein variabel eingestellt werden. Von besonderem Vorteil ist, dass das optimale Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Prozessstrom und Dosierstrom mittels der verstellbaren Austrittsöffnung variabel eingestellt und appliziert werden kann.
  • Die Manschette kann insbesondere aus verschiedenen Elastomeren hergestellt und an die Medieneigenschaften wie zum Beispiel Druck, Temperatur, aber auch andere Umgebungskriterien angepasst sein. In Abhängigkeit von den Medieneigenschaften und dem Druckbereich kann die Manschette dabei beispielsweise zumindest teilweise aus Naturgummi, Neopren, EPDM, Viton, Silikon, Nitril, Butyl, Hypalon usw. ausgeführt sein. Zudem können die verwendeten Manschettenmaterialen mit Teflon oder anderen Beschichtungsmaterialien beschichtet sein. Bevorzugt sind die verwendeten, insbesondere aus einem Elastomer bestehenden Manschetten mit einem Innengewebe ausgeführt, das vorzugsweise Kunststofffasern, zum Beispiel Nylon, enthält.
  • Die Innenkontur der insbesondere aus einem Elastomer bestehenden Manschette kann verschieden ausgeführt sein, wobei sie beispielsweise zylindrisch oder konisch sein kann. Vorteilhafterweise ist die Innenkontur der Manschette so gestaltet, dass reproduzierbar eine variable Einstellung einer Strömungsgeschwindigkeit im Austrittsbereich der Düsenanordnung von beispielsweise bis zu 30 m/s erreicht werden kann. Die Außenkontur der Manschette kann insbesondere so gewählt werden, dass eine reproduzierbare Drossel erhalten wird.
  • Eine vorteilhafte Ausführung besteht des Weiteren darin, dass in der Mischzone wenigstens zwei Ströme konzentrisch zusammengführt und bei der Ausströmung in der Mischzone miteinander vermischt werden, wobei die Austrittsöffnung aus der Mischkammer von einer Drossel der beschriebenen Art verengt, bzw. verschlossen werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Düsenanordnung sind nicht auf die Dosierung von flüssigen Chemikalien bzw. Additiven beschränkt. Es sind vielmehr auch solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungen denkbar, bei denen in der Düsenanordnung neben z.B. flüssigen Chemikalien auch ein Gas wie z.B. CO2, und z.B. Kalkhydrat, beispielsweise als Suspension (Kalkmilch, Aufschlämmung von Calciumhydroxid in Wasser) oder als Kalkwasser, zur Reaktion gebracht werden.
  • Die Löslichkeit von Kalkhydrat (Ca(OH)2) in Wasser beträgt nur 1,7 g/l bei 20°C, wobei sich die Löslichkeit mit zunehmender Temperatur verringert. Bevorzugt wird deshalb eine Kalkmilchsuspension eingesetzt, die eine wesentlich höhere Konzentration in einem Bereich von beispielsweise etwa 30 bis etwa 150 g/l an Ca(OH)2 aufweist. Es ist jedoch beispielsweise auch der Einsatz einer hochreinen wässrigen Lösung aus Kalkhydrat denkbar, das in einem durch die Misch- und Reaktionsdüsenanordnung bereitgestellten Mischraum bzw. Mischzone mit CO2 zur Reaktion gebracht wird.
  • In der Düsenanordnung kann beispielsweise auch kohlensaures Wasser in Reaktion mit einer Aufschlämmung von Kalk (Kalkmilch) oder einer wässrigen Lösung von Kalkhydrat gebracht werden.
  • Bei der Herstellung von Kalkmilch aus Kalkhydrat (Ca(OH)2) kann die Suspension sofort auf die Gebrauchskonzentration eingestellt werden. Die Gebrauchskonzentration kann jedoch beispielsweise auch direkt in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung vor dem Kontakt mit dem CO2 durch Einmischen eines weiteren Verdünnungsfluids in einer vorgeschalteten Mischzone eingestellt werden.
  • Bei der Verwendung von Kalkmilch kann es von Vorteil sein, wenn in der betreffenden Zuführung zur Düsenanordnung ein Filter vorgeschaltet ist, durch das unlösliche Bestandteile zurückgehalten werden, um eine Verstopfung des Dosiersystems auszuschließen. Bei einer Dosierung von Kalkwasser kann auf Filter verzichtet werden. Bei einer Verwendung von Kalkmilch sollte die Strömungsgeschwindigkeit insbesondere 1,0 m/s nicht unterschreiten und vorzugsweise größer als 1,5 m/s sein. Vor allem bei Leitungslängen der Zuführung zur Düsenanordnung, die größer als etwa 20 m sind, ist die Dosierung der Kalkmilch aus einem Ringleitungssystem von Vorteil, um Ablagerungen im Leitungssystem auszuschließen.
  • Bei einer Verwendung von Kalkhydrat-Suspension (Kalkmilch) werden besondere Anforderungen an die Kornverteilung und die Korngröße gestellt, da diese Parameter wesentlich die Reaktionsfähigkeit der Kalkmilch beeinflussen. Die Korngrößenverteilung sollte vorteilhafterweise möglichst homogen sein, um die bei der Reaktion mit Kohlendioxid erreichte Ausfällung an Calciumcarbonat effizient ablaufen zu lassen. Bevorzugt sollte ein Kalkhydrat (Ca(OH)2) eingesetzt werden, dessen homogenes Kornspektrum aus vielen kleinen Partikeln besteht, da die Reaktionsgeschwindigkeit im Wesentlichen von der Partikelgröße beeinflusst wird.
  • Besonders vorteilhaft sind solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen, des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Düsenanordnung, bei denen es in der Düsenanordnung zu einer Fällungsreaktion kommt, zum Beispiel durch die Reaktion von Kalkmilch mit Kohlendioxid. Dabei kann das auf diese Weise erzeugte gefällte Calciumcarbonat vorteilhafterweise mittels eines weiteren Fluidstroms, insbesondere des Injektionsstroms, und/oder der wässrigen Phase der Kalkmilch in den Prozessstrom dosiert werden. Mittels der Düsenanordnung kann gleichzeitig die Fällungsreaktion und die Dosierung in den Prozessstrom erfolgen. Zudem können gleichzeitig, mittels ein und derselben Düsenanordnung, insbesondere auch weitere fluide Chemikalien bzw. Additive in den Prozess dosiert werden.
  • Von besonderem Vorteil ist, wenn in der Düsenanordnung eine insbesondere T-förmige Zusammenführung der jeweiligen Reaktionspartner erfolgt und damit wenigstens eine Mischzone ausgebildet wird, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Beispielsweise bei der Applikation von CO2 kann eine entsprechende Zusammenführung in einer Reaktions- und Mischzone durch eine Vielzahl von insbesondere radialen Bohrungen vorzugsweise kleinen Durchmessers verwirklicht werden.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass zumindest eine primäre Fällungsreaktion des Calciumcarbonats außerhalb des Prozessstroms bzw. des konstanten Teils der Papiermaschine in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung erfolgt, sodass durch die Wahl des Injektionsmediums der Prozess der Fällungsreaktion beeinflusst werden kann.
  • Verwendet man als Injektionsmedium beispielsweise Prozesswasser ohne Faserbestandteile, zum Beispiel gefiltertes Flotat oder Filtrate bzw. Frischwasser, so wird aufgrund der Fällungsreaktion in der Düsenanordnung Calciumcarbonat bereitgestellt und dieses in den Prozessstrom dosiert. Verwendet man als Injektionsmedium die Faserstoffsuspension selbst, also beispielsweise einen Partialfluidstrom als Injektionsstrom, so erfolgt die Fällungsreaktion auf den im Partialfluidstrom enthaltenen Faserstoff bereits in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung.
  • Mittels der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung können insbesondere verschiedene Applikationsformen des Calciumcarbonats bereitgestellt werden:
    1. 1) Dosierung eines in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung auf die Fasern des Partialfluidstroms gefällten Calciumcarbonats bei der Verwendung eines Teilstoffstroms der Faserstoffsuspension als Injektionsstrom,
    2. 2) Dosierung eines gefällten Calciumcarbonats mittels der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung bei Verwendung eines faserstofffreien Injektionsstroms, zum Beispiel Filtrat, gefiltertes Flotat oder Frischwasser,
    3. 3) Verwendung der Kalkmilch-Suspension selbst als Injektionsstrom ohne weiteres Fluid und gleichzeitige Reaktion der Kalkmilch mit dem CO2 in einer jeweiligen Misch- und Reaktionszone der Düsenanordnung insbesondere unmittelbar vor der Dosierung.
  • Es sind insbesondere auch solche Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Düsenanordnung denkbar, bei denen zum Beispiel der pH-Wert oder andere Parameter wie zum Beispiel die Temperatur des Injektionsfluids hinsichtlich des Erreichens optimaler Fällungsbedingungen in einer der Fällungsreaktion vorgeschalteten Mischzone ein und derselben Düsenanordnung eingestellt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann beispielsweise eine Reaktion von Kohlendioxid und Kalkmilch bereits in der Düsenanordnung, das heißt außerhalb des Prozessstroms erfolgen. Erfolgt die Reaktion beispielsweise in einem der Düsenanordnung zugeführten Partialstrom der Faserstoffsuspension, so wird das Calciumcarbonat bereits in der Düsenanordnung auf die Fasern der Suspension des Partialstroms ausgefällt (insbesondere Primärreaktion) und dann in den Prozessstrom dosiert. Die Reaktion der Kalkmilch und des Kohlendioxids in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung kann dabei durch die Änderung der Einmischbedingungen wesentlich selektiver erfolgen, als dies im Prozessstrom selbst möglich ist. So kann zum Beispiel die Blasengröße und die Anzahl der Gasblasen des Kohlendioxids mittels der Bohrungsdurchmesser und der Anzahl der Bohrungen in die Mischzone eingestellt werden.
  • Während der Primärreaktion in der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung nicht umgesetzte Kalkmilch bzw. nicht in Reaktion gebrachtes CO2 können während einer Sekundärreaktion im Prozessstrom vollständig miteinander reagieren. Durch die bevorzugte Geometrie der Misch- und Reaktionsdüsenanordnung kann die notwendige Reaktionszeit erheblich reduziert werden, sodass die eigentliche primäre Umsetzung bzw. Primärreaktion bereits in weniger als beispielsweise 3 Sekunden, vorzugsweise weniger als 1 Sekunde abgeschlossen ist.
  • Die Fällungsreaktion kann beispielsweise über die Größe der Gasblasen gesteuert und/oder geregelt werden, wodurch die Effizienz weiter gesteigert wird.
  • Insbesondere auch durch die Zerlegung der Reaktion in einen mehrstufigen Reaktionsprozess (z.B. Primär- und Sekundärreaktion) kann die Effizienz der Umsetzung von Kalkmilch und CO2 erheblich gesteigert werden. Zudem kann die Homogenität des gefällten Calciumcarbonats durch die Geometrie einer jeweiligen Mischzone der Düsenanordnung und der Mischungsparameter variabel eingestellt werden. Damit kann die Kristallstruktur des gefällten Calciumcarbonats hinsichtlich der geforderten Papiereigenschaften, zum Beispiel hinsichtlich der Opazität und der Lichtstreuung und des Bulks etc., beeinflusst werden.
  • Mittels des zuvor erwähnten mehrstufigen Verfahrens wird zudem eine gleichmäßigere Verteilung des gefällten Calciumcarbonats auf dem Faserstoff erreicht, womit die optischen Qualitätseigenschaften und die Retention des so eingebrachten Calciumcarbonats erheblich verbessert werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines beispielsweise mehrere Misch- und/oder Reaktionszonen umfassenden Grundabschnitts einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung,
    Fig. 2 bis 5
    eine schematische Darstellung unterschiedlicher, rein beispielhafter Profilformen eines Quetschschlauches,
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung mit einer ein pneumatisch oder hydraulisch einstellbares Quetschventil umfassenden Drosseleinrichtung,
    Fig. 7
    eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung mit einer ein mechanisch einstellbares Quetschventil umfassenden Drosseleinrichtung, wobei das Quetschventil in geöffnetem Zustand wiedergegeben ist, und
    Fig. 8
    die Düsenanordnung gemäß Fig. 7, wobei das Quetschventil im vorliegenden Fall jedoch in vollständig geschlossenem Zustand wiedergegeben ist.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen mehrere Misch- und/oder Reaktionszonen 101, 102 umfassenden Grundabschnitt 12 einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung 14 zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom 16 (vgl. auch Fig. 6 bis 8) eines Herstellungsprozesses, bei dem es sich insbesondere um einen Prozess zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn handeln kann. Dabei werden einer jeweiligen Misch- und/oder Reaktionszone 101, 102 zumindest zwei miteinander zu mischende und/oder chemisch miteinander reagierende Medien 28, 54 zuführbar.
  • Wie sich insbesondere aus den Fig. 6 bis 8 ergibt, kann die Düsenanordnung 14 eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 angeordnete Drosseleinrichtung 20 umfassen.
  • Im vorliegenden Fall umfasst die Düsenanordnung 14 beispielsweise zwei in Hauptströmungsrichtung 22 betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen 101, 102.
  • Wie anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, kann der Hauptströmungsquerschnitt der Düsenanordnung 14 im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone 10i eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung 24 aufweisen. Im vorliegenden Fall liegt eine solche Querschnittserweiterung in Hauptströmungsrichtung 22 betrachtet sowohl im Bereich des vorderen Endes der ersten Misch- und/oder Reaktionszone 101 als auch im Bereich des vorderen Endes der zweiten Misch- und/oder Reaktionszone 102 auf.
  • Wie am besten wieder anhand der Fig. 6 bis 8 zu erkennen ist, kann der Düsenanordnung 14 über eine Düseneintrittsöffnung 26 ein Injektionsstrom 28 zugeführt werden.
  • Die Düsenanordnung 14 kann insbesondere wenigstens eine Misch- und/oder Reaktionszone 10i umfassen, der wenigstens ein fluider Chemikalien- bzw. Additivstrom 50 zugeführt wird. Es ist insbesondere auch möglich, dass wenigstens einer Mischzone 10i wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom 48 zugeführt wird. Dabei sind insbesondere auch solche Ausführungen der Düsenanordnung 14 denkbar, bei der wenigstens einer Mischzone 10i wenigstens ein Gasstrom zugeführt wird.
  • Werden, wie in Fig. 1 dargestellt, in einer jeweiligen Zone 10i Turbulenzen erzeugt, beispielsweise durch eine Querschnittserweiterung 24 des
    Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung 14, so kann beispielsweise ein jeweiliger Chemikalien- bzw. Additivstrom 50, Gasstrom und/oder Verdünnungsfluidstrom 48 zweckmäßigerweise in den Bereich maximaler Turbulenz der Zone 10i eingebracht werden.
  • Vorteilhafterweise sind insbesondere auch solche Ausgestaltungen denkbar, bei denen wenigstens einer Zone 10i der Düsenanordnung 14 wenigstens ein Chemikalienstrom 50, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Zone 10i mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt wird. Dabei kann das Fällungsprodukt in der jeweiligen Misch- bzw. Reaktionszone 10i beispielsweise dem der Düsenanordnung 14 über die Düseneintrittsöffnung 26 zugeführten Injektionsstrom 28 zugemischt werden. Die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion in der jeweiligen Zone 10i kann jedoch beispielsweise auch mit wenigstens einem weiteren Reaktionspartner herbeigeführt werden, der in einem der Düsenanordnung 14 über die Düseneintrittsöffnung 26 zugeführten Injektionsstrom 28, insbesondere Partialfluidstrom, enthalten ist.
  • Die Düsenanordnung 14 kann ein zylindrisches Gehäuse 30 umfassen, in dem sich ein oder mehrere, die Zonen 10i bildenden Mischelemente befinden, die jeweils einen zylindrischen Körper 32 umfassen, dessen Außenumfangsfläche mit einer ringförmigen Vertiefung 34 versehen ist, in der in radialer Richtung Bohrungen 36 eingebracht sind, die in die sich in Hauptströmungsrichtung 22 erstreckende zentrale axiale Bohrung 38 des Mischelements münden. Die ringförmige Vertiefung 34 des jeweiligen Mischelements ist durch die Wand des Gehäuses 30 hindurch mit wenigstens einer Medienzuführung verbunden. Die einzelnen Mischelemente sind mittels Dichtungen 40 gegeneinander und die Gehäusewand abgedichtet. Der Winkel zwischen der axialen Bohrung 38 und den radialen Bohrungen 36 beträgt vorzugsweise 90°.
  • Wie insbesondere anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, ist der zylindrische Durchmesser D3 der inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnittsfläche (axiale Bohrung) 38 des die erste Mischzone 101 bildenden Mischelements kleiner als der zylindrische Durchmesser D3 der inneren zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Querschnittsfläche des darauffolgenden, die zweite Mischzone 102 bildenden Mischelements. Die stufenartige Vergrößerung des rotationssymmetrischen Querschnitts des sich aus der Aufeinanderfolge der einzelnen Mischelemente ergebenden zylindrischen Strömungskanals bzw. axialen zylindrischen Bohrung 38 führt zu folgendem Effekt:
    • Die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zylindrischen Bohrung 38 bewirkt in der Strömung einen rücklaufenden Wirbel 42 (siehe Fig. 1). Vor allem in den Grenzschichten dieses Wirbels 42 kommt es zu großen Schubspannungen, die Turbulenzen bewirken, mittels derer eine effiziente Vermischung der eingebrachten Medien in dem Mischelement erreicht wird. Das sich durch die Querschnittserweiterung 24 ausbildende Scherfeld wird hierfür die Einmischung des betreffenden Mediums, insbesondere fluiden Chemikalie, bzw. Gases, genutzt. Die Dosierung des betreffenden Fluidstroms bzw. die Anordnung der Bohrungen 36 für die Applikation des bzw. der betreffenden Medien erfolgt dabei bevorzugt in den Bereich der maximalen Turbulenz des entsprechenden Mischelements.
  • Der Injektionsstrom 28 wird zunächst in dem zylindrischen Innenquerschnitt des die erste Mischzone 101 bildenden Mischelements geführt und dann in einem Stufensprung in dem die zweite Mischzone 102 bildenden zweiten Mischelement weitergeführt. Der Injektionsstrom 28 kann über einen ersten Teilabschnitt 44 des Grundabschnitts 12 in die erste Mischzone 101 geführt werden. Der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts des Teilabschnitts 44 ist mit Di, der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts der ersten Mischzone 101 mit D2 und der Durchmesser des inneren zylindrischen Querschnitts der zweiten Mischzone 102 mit D3 bezeichnet. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D2 und dem Durchmesser D1, das heißt das Stufensprungverhältnis D2/D1, wobei D2 der Durchmesser nach dem Stufensprung und D1 der Durchmesser vor dem Stufensprung ist, liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 5,0, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,1 bis etwa 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,5.
  • Die Länge L1 der ersten zylindrischen Mischzone 101 ist abhängig von der stufenartigen Erweiterung und liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von dem 10-bis 50-fachen der Länge (D2 - D1)/2. In diesem Längenbereich ist die Turbulenz am größten. Bei einer längeren Ausführung der Mischzone nimmt die Turbulenz wieder ab.
  • Hinsichtlich der Auslegung der Länge des Mischelements ist diese auch von dem Chemikalientyp bzw. dem Aggregatzustand abhängig. Die Länge L1 des ersten zylindrischen Mischelements ist vorteilhafterweise gleich k x (D2/D1). Hierbei ist der konstante Faktor k abhängig von der in dem Mischelement zu dosierenden Chemikalie bzw. Additiv und kann vorteilhafterweise Werte in einem Bereich zwischen etwa 20 und etwa 180 annehmen.
  • Bei der Dosierung von Gasen sind für k größere Werte zulässig, um die Anzahl der maximal notwendigen allgemein radialen Bohrungen (Austrittsfläche) in der zylindrischen Wand des Mischelements einbringen zu können, wobei durch das Einbringen des Gases selbst die Turbulenz in der Mischzone weiter gesteigert wird.
  • Wie eingangs näher beschrieben, kann eine jeweilige Zone 10i auch als Reaktions- oder Misch- und Reaktionszone vorgesehen sein, in der zumindest zwei Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion bewirken.
  • Dabei ist insbesondere eine T-förmige Zusammenführung wenigstens zweier Medien und insbesondere von jeweiligen Reaktionspartnern in der Düsenanordnung 14 von Vorteil, um damit wenigstens eine Mischzone auszubilden, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Beispielsweise bei einer Applikation von CO2 kann für eine entsprechende Zusammenführung in der Reaktions-Mischzone beispielsweise eine Vielzahl von allgemein radialen Bohrungen vorzugsweise kleinen Durchmessers vorgesehen sein.
  • Wie insbesondere wieder anhand der Fig. 6 bis 8 zu erkennen ist, kann die Düsenanordnung 14 auch eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 angeordnete Drosseleinrichtung 20 umfassen, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt 12 verbunden ist. Dabei kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise mit dem Gehäuse 30 der Düsenanordnung 14 lösbar verbunden sein.
  • Die Düsenaustrittsöffnung 18 kann über die Drosseleinrichtung 20 zweckmäßigerweise auch vollständig schließbar sein, sodass die Düsenanordnung 14 vollständig vom Prozessstrom 16 getrennt werden kann.
  • Wie insbesondere anhand der Fig. 2 bis 8 zu erkennen ist, kann die Drosseleinrichtung 20 ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfassen. Hierbei zeigen die Fig. 2 bis 5 beispielhaft in schematischer Darstellung unterschiedliche vorteilhafte Profilformen eines geeigneten Quetschschlauches 46.
  • So kann der Quetschschlauch 46 gemäß Fig. 2 beispielsweise ein Riefenprofil aufweisen.
  • Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel besitzt der Quetschschlauch 46 in Bezug auf den Innenquerschnitt eine Profilform nach Art eines Doppelkonus.
  • Gemäß Fig. 4 kann der Quetschschlauch 46 beispielsweise auch ein durchgehendes zylindrisches Innenprofil aufweisen.
  • Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, gemäß der der Quetschschlauch 46 ein Innenprofil in Form eines Einfachkonus besitzt.
  • Mittels des Quetschventils der Drosseleinrichtung 20, das im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 und insbesondere zwischen dieser und dem zumindest eine Misch- und/oder Reaktionszone 10i umfassenden Grundabschnitt 12 angeordnet sein kann (vgl. die Fig. 6 bis 8), kann die Misch- und/oder Reaktionsdüsenanordnung 14 zweckmäßigerweise vollständig gegen den Prozessstrom 16 abgesperrt werden. Das Quetschventil, das zumindest teilweise aus einer verformbaren Manschette bestehen kann, kann dabei in jeder beliebigen Position zwischen vollständig geöffnet und verschlossen eingestellt werden. Die Ausströmungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 kann mittels des variabel veränderbaren Querschnitts im Bereich des Düsenaustritts bzw. über eine entsprechende Änderung der Querschnittsfläche der Manschette variabel eingestellt werden. Damit kann die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 unabhängig von der Chemikalien- bzw. Additivkonzentration und auch bei konstanter Dosiermenge der Chemikalie bzw. Additivs eingestellt werden. Durch die Einstellung der optimalen Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise eines in der Misch- und/oder Reaktionsdüse verdünnten Retentionsmittels im Bereich der Düsenaustrittsöffnung 18 kann z.B. die Flockungscharakteristik günstig beeinflusst werden.
  • Wie anhand der Fig. 6 zu erkennen ist, kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise ein pneumatisch oder hydraulisch einstellbares Quetschventil mit einem Quetschschlauch bzw. -manschette 46 und einem zugeordneten Druckgehäuse 48 umfassen.
  • Wie eingangs bereits erwähnt, kann der Düsenanordnung 14 über eine Düseneintrittsöffnung 26 ein Injektionsstrom 28 zugeführt werden, bei dem es sich beispielsweise um einen Partialfluidstrom handeln kann. Der ersten Mischzone 101 wird beispielsweise ein Verdünnungsfluidstrom als Mischstrom 48 zugeführt. Der zweiten Mischstufe 102 kann beispielsweise ein Chemikalien- oder Additivstrom 50 zugeführt werden. Grundsätzlich können jedoch auch nur eine oder mehr als zwei Zonen vorgesehen sein, wobei, wie eingangs bereits erwähnt, es sich bei diesen Zonen jeweils um Misch- und/oder Reaktionszonen handeln kann. Wie eingangs ebenfalls bereits erwähnt, kann einer jeweiligen Misch- und/oder Reaktionszone 10i beispielsweise wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt werden.
  • Wie der Fig. 7 entnommen werden kann, kann die Drosseleinrichtung 20 beispielsweise eine mechanisch einstellbare Quetschmanschette oder -mantel 46 umfassen. Die Quetschmanschette 46 ist hier beispielsweise über ein mechanisches, zum Beispiel quer zur Hauptströmungsrichtung 22 verstellbares Stellelement 52 beaufschlagbar. Die Quetschmanschette 46 ist im vorliegenden Fall in geöffnetem Zustand wiedergegeben.
  • Der die Misch- und/oder Reaktionszonen 10i umfassende Grundabschnitt 12 der Düsenanordnung 14 kann insbesondere wieder so ausgeführt sein, wie dies anhand der Fig. 1 und 6 beschrieben wurde. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
  • Fig. 8 zeigt die Düsenanordnung 14 gemäß Fig. 7, wobei die Quetschmanschette 46 im vorliegenden Fall jedoch in vollständig geschlossenem Zustand wiedergegeben ist. Einander entsprechenden Teilen sind wieder gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
    • Bezugszeichenliste
    • 10i
    Misch- und/oder Reaktionszone
    12
    Grundabschnitt
    14
    Düsenanordnung
    16
    Prozessstrom
    18
    Düsenaustrittsöffnung
    20
    Drosseleinrichtung
    22
    Hauptströmungsrichtung
    24
    Querschnittserweiterung
    26
    Düseneintrittsöffnung
    28
    Injektionsstrom
    30
    zylindrisches Gehäuse
    32
    zylindrischer Körper
    34
    ringförmige Vertiefung
    36
    radiale Bohrung
    38
    zentrale axiale Bohrung
    40
    Dichtung
    42
    rücklaufender Wirbel
    44
    Teilabschnitt
    46
    Quetschschlauch oder -manschette
    48
    Mischstrom
    50
    Chemikalien- bzw. Additivstrom
    52
    mechanisches Stellelement
    54
    Medium

Claims (17)

  1. Verfahren zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom (16) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, mittels einer Düsenanordnung (14),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Düsenanordnung (14) mit wenigstens einer Mischzone (10i) und einer im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) angeordneten Drosseleinrichtung (20) verwendet wird, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die für eine variable Änderbarkeit der Strömungscharakteristik im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) gegen eine jeweilige andere Drosseleinrichtung (20) mit einer anderen Strömungscharakteristik austauschbar ist,
    in einer jeweiligen Mischzone (10i) jeweils wenigstens zwei Medien miteinander vermischt werden und
    zur Einstellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten der aus der Düsenaustrittsöffnung (18) austretenden, in den Prozessstrom (16) einzubringenden Mischströmung jeweils die Strömungscharakteristik der Drosseleinrichtung (20) entsprechend geändert bzw. eine jeweilige Drosseleinrichtung (20) durch eine Drosseleinrichtung (20) mit einer anderen Strömungscharakteristik ausgetauscht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Düsenanordnung (14) mit mehreren in Hauptströmungsrichtung (22) betrachtet hintereinander angeordneten Mischzonen (101, 102) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Düsenanordnung (14) über eine jeweilige Düseneintrittsöffnung (26) wenigstens ein Injektionsstrom (28) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer Mischzone (10i) wenigstens ein insbesondere fluider Chemikalien- und/oder wenigstens ein Additivstrom zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer Mischzone (10i) wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer Mischzone (10i) wenigstens ein Gasstrom zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einer jeweiligen Mischzone die Durchmischung der betreffenden Medien fördernde Turbulenzen erzeugt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Turbulenzen in einer jeweiligen Mischzone (10i) zumindest teilweise durch eine Querschnittserweiterung (24) des Hauptströmungsquerschnitts der Düsenanordnung (14) erzeugt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens ein Chemikalienstrom, wenigstens ein Additivstrom, wenigstens ein Gasstrom und/oder wenigstens ein Verdünnungsfluidstrom in den Bereich maximaler Turbulenz der Mischzone (10i) eingebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens einer Zone, insbesondere Mischzone (10i), der Düsenanordnung (14) wenigstens ein Chemikalienstrom, insbesondere Gasstrom, zugeführt und in dieser Reaktions- bzw. Misch- und Reaktionszone (10i) mit der betreffenden Chemikalie und zumindest einem weiteren Reaktionspartner eine chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, herbeigeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Fällungsprodukt in der jeweiligen Zone (10i) einem der Düsenanordnung (14) über eine Düseneintrittsöffnung (26) zugeführten Injektionsstrom zugemischt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die chemische Reaktion, insbesondere Fällungsreaktion, in der jeweiligen Zone (10i) mit wenigstens einem weiteren Reaktionspartner herbeigeführt wird, der in einem der Düsenanordnung (14) über eine Düseneintrittsöffnung (26) zugeführten Injektionsstrom (28), insbesondere Partialfluidstrom, enthaltenen ist.
  13. Düsenanordnung (14) zum Einbringen von Chemikalien und/oder Additiven in einen Prozessstrom (16) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Düsenanordnung (14) einen Grundabschnitt (12) mit wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone (101, 102) besitzt, der zumindest zwei miteinander zu mischende und/oder chemisch miteinander reagierende Medien zuführbar sind, und eine im Bereich der Düsenaustrittsöffnung (18) angeordnete Drosseleinrichtung (20) umfasst, deren Strömungscharakteristik variabel änderbar und/oder die zur Ermöglichung eines jeweiligen Austausches gegen eine andere Drosseleinrichtung (20) mit einer anderen Strömungscharakteristik lösbar mit dem Grundabschnitt (12) verbunden ist.
  14. Düsenanordnung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sie mehrere in Hauptströmungsrichtung (22) betrachtet hintereinander angeordnete Misch- und/oder Reaktionszonen (101, 102) umfasst.
  15. Düsenanordnung nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hauptströmungsquerschnitt der Düsenanordnung (14) im Bereich wenigstens einer Misch- und/oder Reaktionszone (101, 102) eine Turbulenzen erzeugende Querschnittserweiterung (24) aufweist.
  16. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Düsenaustrittsöffnung (18) über die Drosseleinrichtung (20) auch vollständig schließbar ist.
  17. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Drosseleinrichtung (20) ein insbesondere als Quetschventil ausgeführtes Ventil mit vorzugsweise wenigstens einem insbesondere mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren flexiblen Schlauch oder flexiblen Manschette umfasst.
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