EP3055071A1 - Verfahren und dispergierungsvorrichtung zur erzeugung eines dispergierten fluidgemischs - Google Patents

Verfahren und dispergierungsvorrichtung zur erzeugung eines dispergierten fluidgemischs

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EP3055071A1
EP3055071A1 EP14784421.1A EP14784421A EP3055071A1 EP 3055071 A1 EP3055071 A1 EP 3055071A1 EP 14784421 A EP14784421 A EP 14784421A EP 3055071 A1 EP3055071 A1 EP 3055071A1
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EP
European Patent Office
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fluid
volume flow
liquid
mixing
feed
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EP14784421.1A
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EP3055071B1 (de
EP3055071C0 (de
Inventor
Robert Fleck
Werner Hartmann
Sonja Wolfrum
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
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Publication date
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Publication of EP3055071A1 publication Critical patent/EP3055071A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3055071B1 publication Critical patent/EP3055071B1/de
Publication of EP3055071C0 publication Critical patent/EP3055071C0/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B03D1/242—Nozzles for injecting gas into the flotation tank
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B01F23/23231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits being at least partially immersed in the liquid, e.g. in a closed circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31243—Eductor or eductor-type venturi, i.e. the main flow being injected through the venturi with high speed in the form of a jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/83—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by controlling the ratio of two or more flows, e.g. using flow sensing or flow controlling devices

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a dispersed fluid mixture, wherein at least one gaseous and at least one liquid fluid are each fed at a specific volume flow into a dispersion device, wherein the at least one gaseous fluid comprises gas bubbles are formed, which are dispersed in the at least one liquid fluid.
  • dispersed fluid mixtures consisting of a gaseous fluid finely dispersed in a liquid fluid in the form of gas bubbles is required in many fields of technology.
  • the defined generation of dispersed fluid mixtures for flotation deposition processes in which the particular physicochemical properties, in particular the wettability, of the surface of solid particles contained in a suspension is utilized is of great importance.
  • the principle of the flotation separation which z. B. is used in the mining and paper industry, essentially based on introducing into a corresponding suspension of gas bubbles, to which connect the separated from the suspension of solid particles.
  • the gas bubbles with the attached solid particles are enriched at an interface from which the solid particles can be separated.
  • the efficiency of such flotation deposition processes depends significantly on the specific gas bubble surface area, ie the gas bubble surface area per unit gas volume, since this determines the interaction between the gas bubbles and the solid particles to be separated.
  • the specific gas bubble surface is inversely proportional to the gas bubble size, ie typically the gas bubble diameter. decision speaking, larger volumes of solid particles can generally be separated quantitatively with smaller gas bubbles.
  • the size of the gas bubbles must not be too small, since too small gas bubble sizes cause too low a buoyancy force acting on the gas bubbles, so that the solid particles to be separated can no longer be transported to the interface. It follows that the targeted adjustment of a specific gas bubble size or gas bubble size distribution is of great importance for the efficiency of corresponding flotation deposition processes.
  • the generation of gas bubbles or the setting of a specific gas bubble size distribution is carried out to date, in particular by the fact that a gaseous fluid is passed through a nozzle device.
  • the gas bubbles thus produced are fed to the suspension containing the solid particles to be separated.
  • the use of agitators introduces shear forces that can influence the gas bubble size.
  • the size of the gas bubbles thus depends essentially on the gas volume flow through the nozzle device and on the shear forces generated by the agitators, so that the setting of a specific gas bubble size distribution represents a regulation and especially energy-intensive technical approach.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a dispersed fluid mixture, which allows an improved adjustment of a specific gas bubble size distribution.
  • the object is achieved by a method of the type mentioned, which is characterized in that a certain gas bubble size of the gas bubbles formed from the gaseous fluid is adjusted by a certain volume flow ratio between the gaseous fluid and the liquid fluid.
  • gaseous fluid in short a gas such.
  • a liquid fluid in short a liquid such.
  • water or one, in particular aqueous suspension each supplied with a certain volume flow in a dispersing device.
  • gas bubbles are generated from the gaseous fluid, typically by means of a nozzle device, ie the gaseous fluid is separated into individual gas bubbles, which subsequently disperse, ie distribute, gas bubbles in the liquid fluid.
  • the volume flow of the gaseous fluid can be referred to as gas volume flow, the volume flow of the liquid fluid as liquid volume flow.
  • the volume flow ratio is thus understood to mean the quotient of the volume flow of the gaseous fluid to the volume flow of the liquid fluid, or vice versa, and hence the quotient of the ratio of the fluids supplied to the dispersion device (per unit time).
  • the principle according to the invention therefore represents a special possibility of generating desired gas bubble sizes or a desired gas bubble size distribution, the ratio of the respective volume flows relating to the gaseous and the liquid fluid being used as control or
  • Control size is used. In this case, the knowledge is made use of that targeted regulation or control of the respective fluid volume flows and thus the gas bubble sen size influencing variables, in particular shear rates, a targeted generation of a specific gas bubble size or gas bubble size distribution allowed.
  • gas bubble size is intended in particular to refer to the diameter of a gas bubble.
  • gas bubble size always means a mean, ie average gas bubble size of the gas bubbles contained in a certain volume. The term “gas bubble size” is therefore to be understood as average gas bubble size.
  • the above-described regulation or control of corresponding feed units of a feed device provided for the supply of the gaseous fluid and of the liquid fluid can take place via one or more control devices associated therewith as part of a dispersing device.
  • the volume flow of the gaseous fluid, d. H. the gas volume flow typically greater than the volume flow of the liquid
  • the volume flow of the liquid fluid, d. H. the liquid volume flow in a range between 1 and 80%, in particular in a range between 5 and 50%, of the volume flow of the gaseous fluid, d. H. the gas volume flow.
  • the liquid volume flow can therefore be adjusted, for example, to 6% of the gas volume flow.
  • This is z. B. given when the gas flow rate 100 volumes per unit time, d. H. z. B. 100 liters per minute, and the liquid volume flow 6 volume units per unit time, d. H. z. B. 6 liters per minute.
  • the gas volume flow is used as a driving force for the suction or supply of the liquid volume flow.
  • the volume flow ratio between the gaseous fluid and the liquid fluid is adjusted so that gas bubbles with a diameter smaller than 1 mm, in particular in the range between 0.1 and 0.9 mm, are generated.
  • the setting of a specific gas bubble size is expedient in all cases also taking into account the respective chemical-physical composition of the volume flows and possibly other substances added in the context of the method according to the invention. If the dispersed fluid mixture produced by the process according to the invention is used in flotation deposition processes, it is of course also necessary to take into account the particular properties of the solid particles to be separated off or the suspension containing them.
  • a means for preventing coalescence of the gas bubbles to be formed or formed from the gaseous fluid can be added to the gaseous fluid and / or the liquid fluid.
  • the agent therefore serves, in particular, to prevent coalescence between gas bubbles, ie to prevent gas bubbles of a certain gas bubble size from becoming gas bubbles having a comparatively larger gas bubble size. Consequently, it is thus possible to set a gas bubble size (distribution) by regulation, via a corresponding regulation or control of respective volume flows. especially reduction or prevention of coalescence effects to a large extent.
  • organic compounds in particular hydroxy or ether compounds, or mixtures of organic compounds, in particular mixtures of hydroxy or ether compounds can be used. Specifically, it is z.
  • non-ionic surfactants such as aliphatic alcohols such. Hexanol or methyl isobutylcarbinol, terpene alcohols, and / or polyglycol ethers.
  • the concentration of the added coalescing preventing agent in the gaseous fluid and / or the liquid fluid may be in the range of 50 to 300 ppm (parts per million), more preferably in the range of 100 to 200 ppm. Of course, in exceptional cases, the concentration may also be below 50 ppm and / or above 300 ppm.
  • the gaseous fluid is already converted to gas bubbles in the dispersing device before mixing with the liquid fluid. It is therefore possible, in contrast to the principles known from the prior art, already a correspondingly dispersed fluid mixture, consisting of dispersed in a liquid fluid gas bubbles, in a reactor vessel, such as. As a flotation cell, and introduce appropriate gas bubbles not only in the reactor vessel, such. B. the flotation cell to produce.
  • a dispersing device which has a feed device with at least two separate feed units, each of which is set up to supply a fluid having a certain volume flow, a mixing device connected downstream of the feed device for mixing the fluids fed into the feed device and one of the mixing device downstream distributor device, comprising at least one outlet opening for the exit of the mixed in the mixing means fluids from the dispersion device comprises.
  • a dispersing device i. H. a device for producing a dispersed fluid mixture, comprising:
  • a feed device with at least two separate feed units, each of which is set up to supply a fluid having a certain volume flow
  • a distribution device downstream of the mixing device comprising at least one outlet opening for the exit of the mixed in the mixing means fluids from the dispersing device.
  • the feeding device or the feed units belonging thereto are equipped or connected with a suitable control device, via which the respective volume flows of the fluids to be supplied are in particular independently controllable or controllable.
  • the dispersing device according to the invention is therefore designed, in particular, for carrying out the method according to the invention described above. Consequently, with regard to the dispersing device according to the invention, all statements in connection with the method according to the invention apply analogously.
  • the mixing device comprises at least one elongated, in particular conical or frustoconical mixing body delimiting a mixing space, the cross-sectional area of the mixing space starting from the end facing the feed device to the end facing the distributor device, especially continuous, extended.
  • the mixing space serves for intimate mixing between the gas bubbles and the liquid fluid, ie the fluids contained in the dispersed fluid mixture. Due to the special cross-sectional dimensioning of the mixing space, ie its enlargement in the flow direction or in the direction of the distribution device connected downstream of the mixing device, a diffuser effect can be realized, ie the flow speed of the dispersed fluid mixture is reduced. It is thus possible to establish an equilibrium state between the gas bubbles formed and the liquid fluid in the dispersed fluid mixture.
  • the feed units belonging to the feed device can each have at least one feed body delimiting a feed space, wherein a first feed body is received at least in sections in a second feed body.
  • the gaseous fluid is typically supplied via the first feed body, and the liquid fluid is typically supplied via the second feed body. Nevertheless, it is also possible that the liquid fluid is supplied via the first supply body and the gaseous fluid is supplied via the second supply body.
  • the first supply element associated with the first supply unit can have at least one nozzle device, in particular provided on a conical or frustoconical section.
  • the nozzle device serves, in particular, for converting fluid supplied into the first supply body, which is typically the gaseous fluid, into gas bubbles, ie. H. to divide so that form gas bubbles.
  • the arrangement of the nozzle device on a conical or frustoconical portion, d. H. a section whose cross-sectional area decreases in the flow direction or in the direction of the nozzle device, advantageous because the fluid is accelerated before entering the nozzle device, which serves to set a defined relative velocity between the two fluids and thus is essential for the formation of gas bubbles.
  • Fig. A schematic diagram of a dispersion device for carrying out a method according to an embodiment of the invention.
  • the dispersion device 1 shown in the figure as a basic representation serves to produce a dispersed fluid mixture and can thus also be referred to as a device for producing a dispersed fluid mixture.
  • the dispersed fluid mixture contains a gaseous fluid, thus a gas such.
  • a gas such.
  • air, nitrogen, etc. which in the form of gas bubbles, in a liquid fluid, thus a liquid such.
  • a liquid fluid thus a liquid such.
  • the dispersing device 1 comprises a feed device 2, a mixing device 3 connected downstream thereof and a distributor device 4 connected downstream of the mixing device 3.
  • the feed device 2 comprises two separate feed units 5, 6, which are each designed to supply a fluid having a specific volume flow.
  • the feed units 5, 6 each have a feed space defining a cylindrical feed body 7, 8.
  • the feed unit 7 belonging to the feed unit 5 is partially accommodated in the feed unit 8 belonging to the feed unit 6.
  • the feeders 7, 8 preferably have axisymmetric cross-sections, e.g. B. in cylindrical or conical (frusto-conical) shape.
  • the Zulite Economics 7, 8 can also other cross-sectional geometries, such. B. oval or polygonal have.
  • the feed body 7 belonging to the feed unit 5 is provided with a conical or frustoconical section which is closed at the end by a nozzle device 9 having a plurality of channels or openings.
  • the cross-sectional area of the section of the feed body 7 therefore tapers continuously in the flow direction indicated by the arrows in the feed body 7 Fluids, causing an acceleration of the fluid flowing through this.
  • the feed device 2 is respectively the associated feed units 5, 6 are equipped with a control device 10 and connected, via which the respective volume flows of the feed in the body 7, 8 supplied fluids can be controlled or controlled.
  • the volume flows supplied to the feed bodies 7, 8 are a gas volume flow GV and a liquid volume flow FV.
  • the gas volume flow GV is supplied via the feed device 5 with a specific volume throughput controllable via the control device 10; the liquid volume flow FV is supplied via the feed device 6 with a specific volume throughput controllable via the control device 10.
  • the gas volume flow GV is, as mentioned, a gas such. As air, nitrogen, etc.
  • the gas flow GV may also contain other process gas.
  • the liquid volume flow FV is a liquid, such as. As water or a mixture of water and other substances, or solvents and / or liquid reagents.
  • means for preventing coalescence of gas bubbles formed from the gas volume flow GV can be contained.
  • These agents correspond to the abovementioned substances admixed with the water.
  • these agents are typically organic compounds, in particular hydroxy or ether compounds, or mixtures of organic compounds, in particular mixtures of hydroxy or ether compounds.
  • these agents may be aliphatic alcohols, such as. Hexanol or terpene alcohols, and / or polyglycol ethers.
  • concentration of funds in the Liquid volume flow FV is typically in a range between 50 and 200 ppm. Depending on the application, however, significantly lower or higher concentrations can be provided.
  • the feed device 2 is connected downstream of the mixing device 3 in the flow direction of the volume flows.
  • the mixing device 3 comprises a predominantly conical or truncated cone-shaped mixing body 11 delimiting a mixing space.
  • the cross-sectional area of the mixing body 11 and, accordingly, the flow cross-section of the mixing space bounded by the mixing body 11 extend continuously from the end facing the feeding device 2 to the mixing body 11 the distributor device 4 facing the end.
  • the mixing body 11 acts as a diffuser, since the flow velocity of the fluid mixture flowing through it is reduced by the widening cross-sectional area. This favors the formation of a state of equilibrium within the fluid mixture, i. H. a state of equilibrium between the formed gas bubbles and the liquid.
  • the mixing device 3 is connected downstream of the distributor device 4 in the flow direction of the volume flows.
  • the distributor device 4 has a preferably cylindrical distributor body 12 with outlet openings 13, which are distributed circumferentially on its lateral surface, for the exit of the distributor
  • the size of the gas bubbles formed from the gas volume flow GV is adjusted by a special regulation or control of the volume flow ratio between the gas volume flow GV and the liquid volume flow FV implemented via the control device 10.
  • a targeted regulation or control of the respective volume flows ie in particular the ratio of these to each other, a wide range of gas bubble sizes can be covered with a single nozzle device 9.
  • mean gas bubble sizes of ty- Typically, about 50 ⁇ to produce by a certain gas flow GV is combined with a certain liquid flow rate FV.
  • the dispersing device 1 in addition to the use in the context of a Flotationsabscheidungsreaes z. B. also in the paper industry, in particular paper processing to use, since the generation of defined gas bubble sizes is also advantageous to very small particles such. B. Farbstoffpigmen- te to separate via flotation.
  • the regulation or control of the volume flows is such that the gas volume flow GV is many times higher than the liquid volume flow FV.
  • the liquid volume flow FV can be in a range between 1 and 80%, in particular in a range between 5 and 50%, of the gas volume flow GV.
  • the liquid volume flow FV is adjusted so that it is 6% of the gas volume flow GV, which z. B. is given
  • the gas volume flow GV 100 volume units per unit time ie, for example, 100 liters per minute
  • the liquid volume flow FV 6 volume units per unit time ie, for example 6 liters per minute
  • the cross-sectional ratio between the cross-sectional area AI of the nozzle device 9, from which the gas bubbles emerge, and the cross-sectional area A2 of the inlet region of the mixing device 3 of 0.2 gas bubble sizes of about 0.5 mm are generated.
  • the gas volume flow GV can be considered or used as a propulsion jet, which, taking advantage of the Venturi effect, aspirates the liquid volume flow FV from the feed body 8 into the feed device 2 and subsequently the Mixer 3 allows.
  • Suction or conveying devices (not shown), via which the liquid volume flow FV is formed or accelerated, can thus be compared in terms of their power consumption. be made. Optionally, such suction devices can even be dispensed with.
  • fluid mixture formed in the dispersion device 1 is to be introduced into a suspension containing a liquid and solid particles to be separated therefrom in the course of a flotation deposition process.
  • the suspension may be z. B. be a pulp or pulp, from which solid particles are separated as recyclable particles.
  • the dispersion device 1 is completely in a reactor vessel 14, d. H. in particular a flotation cell, immersed. It follows that with the dispersing device 1 already a dispersed gas bubbles containing fluid mixture is introduced into the reactor vessel 14. It is therefore possible, in contrast to the principles known from the prior art, already a suitably dispersed fluid mixture, consisting of dispersed in a liquid fluid gas bubbles, in a reactor vessel 14, such as. As a flotation cell to bring and corresponding gas bubbles not only in a reactor vessel 14 to produce.
  • the process for producing a dispersed fluid mixture which can be achieved via the dispersing device 1 has a number of advantages, in particular when it is used in the context of a flotation-separation process.
  • Mixing device 3 associated mixing body 11 prevailing flow profile with the same power input, which essentially results from the pressure conditions to be set, a significantly higher proportion of ultrafine bubbles, d. H.
  • Gas bubbles are formed with a gas bubble size below 1 mm, which in turn causes an increase of the specific gas bubble surface and thus allows a larger amount of separated solid particles.
  • the formation of relatively narrowly distributed shear rates, which is possible with the dispersing device 1, can produce and regulate a narrow distribution of gas bubble size. This is hardly possible, for example, with stirrers known from the prior art, since in areas outside the stirrer, for example, B. at the Rlickblatt Spotifyn, in

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs, wobei wenigstens ein gasförmiges und wenigstens ein flüssiges Fluid jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom (FV, GV) in eine Dispergierungsvorrichtung (1) zugeführt werden, wobei aus dem wenigstens einen gasförmigen Fluid Gasblasen gebildet werden, welche in dem wenigstens einen flüssigen Fluid dispergiert werden, wobei eine bestimmte Gasblasengröße der aus dem gasförmigen Fluid gebildeten Gasblasen durch ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid eingestellt wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND DISPERGIERUNGSVORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINES DISPERGIERTEN FLUIDGEMISCHS Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines dis- pergierten Fluidgemischs , wobei wenigstens ein gasförmiges und wenigstens ein flüssiges Fluid jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom in eine Dispergierungsvorrichtung zugeführt werden, wobei aus dem wenigstens einen gasförmigen Fluid Gas- blasen gebildet werden, welche in dem wenigstens einen flüssigen Fluid dispergiert werden.
Die Erzeugung dispergierter Fluidgemische , bestehend aus einem in einem flüssigen Fluid in Form von Gasblasen fein dis- pergierten gasförmigen Fluid ist in vielen Bereichen der Technik erforderlich.
Beispielsweise ist die definierte Erzeugung dispergierter Fluidgemische für Flotationsabscheidungsprozesse , bei welchen sich die besonderen chemisch-physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Benetzbarkeit, der Oberfläche von in einer Suspension enthaltenen Feststoffpartikel zunutze gemacht wird, von großer Bedeutung. Das Prinzip der Flotationsab- scheidung, welche z. B. in der Bergbau- und Papierindustrie eingesetzt wird, beruht im Wesentlichen darauf, in eine entsprechende Suspension Gasblasen einzubringen, an welche die aus der Suspension abzutrennenden Feststoffpartikel anbinden. Die Gasblasen mit den daran angebundenen FeststoffPartikeln werden an einer Grenzfläche angereichert, von welcher die Feststoffpartikel abgetrennt werden können.
Die Effizienz entsprechender Flotationsabscheidungsprozesse hängt erheblich von der spezifischen Gasblasenoberfläche, d. h. der Gasblasenoberfläche pro Gasvolumeneinheit, ab, da die- se die Wechselwirkung zwischen den Gasblasen und den abzutrennenden FeststoffPartikeln bestimmt. Die spezifische Gasblasenoberfläche ist umgekehrt proportional zu der Gasblasengröße, d. h. typischerweise dem Gasblasendurchmesser. Ent- sprechend können mit kleineren Gasblasen grundsätzlich quantitativ höhere Mengen an FeststoffPartikeln abgetrennt werden. Allerdings darf die Größe der Gasblasen nicht zu gering sein, da zu geringe Gasblasengrößen eine zu niedrige auf die Gasblasen wirkende Auftriebskraft bedingen, so dass die abzutrennenden Feststoffpartikel nicht mehr an die Grenzfläche befördert werden können. Hieraus ergibt sich, dass die gezielte Einstellung einer bestimmten Gasblasengröße bzw. Gas- blasengrößenverteilung von großer Bedeutung für die Effizienz entsprechender Flotationsabscheidungsprozesse ist.
Die Erzeugung von Gasblasen respektive die Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung erfolgt bis dato insbesondere dadurch, dass ein gasförmiges Fluid durch eine Düsen- Vorrichtung geleitet wird. Die derart erzeugten Gasblasen werden der die abzutrennenden Feststoffpartikel enthaltenden Suspension zugeführt. Durch den Einsatz von Rührwerken werden Scherkräfte eingebracht, über welche die Gasblasengröße be- einflusst werden kann. Die Größe der Gasblasen hängt sonach im Wesentlichen von dem Gasvolumenstrom durch die Düsenvorrichtung und von den durch die Rührwerke erzeugten Scherkräften ab, so dass die Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung einen regelungs- und insbesondere energieintensiven technischen Ansatz darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs anzugeben, welches eine verbesserte Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenverteilung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine bestimmte Gasblasengröße der aus dem gasförmigen Fluid gebildeten Gasblasen durch ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid eingestellt wird.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sonach ein gasförmiges Fluid, kurz ein Gas, wie z. B. Luft, und ein flüssiges Fluid, kurz eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder eine, insbesondere wässrige, Suspension, jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom in eine Dispergierungsvorrichtung zugeführt. In der Dispergierungsvorrichtung werden aus dem gas- förmigen Fluid, typischerweise mittels einer Düsenvorrichtung, Gasblasen erzeugt, d. h. das gasförmige Fluid wird in einzelne Gasblasen aufgetrennt bzw. zerteilt, welche Gasblasen im Weiteren in dem flüssigen Fluid dispergiert, d. h. verteilt, werden.
Der Volumenstrom des gasförmigen Fluids kann als Gasvolumenstrom, der Volumenstrom des flüssigen Fluids als Flüssigkeitsvolumenstrom bezeichnet werden. Die Einstellung einer gewünschten Gasblasengröße bzw. einer gewünschten Gasblasengrößenverteilung wird erfindungsgemäß durch eine gezielte Steuerung des Volumenstroms des gasförmigen Fluids, d. h. des Gasvolumenstroms, und des Volumenstroms des flüssigen Fluids, d. h. des Flüssigkeitsvolumenstroms, derart, dass ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom gegeben ist bzw. sich ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom einstellt, realisiert. Unter dem Volumenstromverhältnis ist so- nach der Quotient aus dem Volumenstrom des gasförmigen Fluids zu dem Volumenstrom des flüssigen Fluids, oder umgekehrt, und sonach der Quotient aus dem Mengenverhältnis der in die Dispergierungsvorrichtung (pro Zeiteinheit) zugeführten Fluide zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Prinzip stellt sonach eine besondere Möglichkeit der Erzeugung von gewünschten Gasblasengrößen bzw. einer gewünschten Gasblasengrößenverteilung vor, wobei das Verhältnis aus den jeweiligen, das gasförmige und das flüssige Fluid betreffenden Volumenströmen als Regel- oder
Steuergröße verwendet wird. Hierbei wird sich die Erkenntnis zunutze gemacht, dass eine gezielte Regelung bzw. Steuerung der jeweiligen Fluidvolumenströme und damit der die Gasbla- sengröße beeinflussenden Größen, wie insbesondere Scherraten, eine gezielte Erzeugung einer bestimmten Gasblasengröße bzw. Gasblasengrößenverteilung erlaubt . Der Begriff „Gasblasengröße" zielt dabei insbesondere auf den Durchmesser einer Gasblase ab. Unter dem Begriff „Gasblasengröße" ist stets eine mittlere, d. h. durchschnittliche Gasblasengröße der in einem bestimmten Volumen enthaltenen Gasblasen zu verstehen. Der Begriff „Gasblasengröße" ist daher als mittlere Gasblasengröße zu verstehen.
Es handelt sich dabei um ein regelungs- bzw. steuerungstechnisch vergleichsweise einfaches Prinzip zur Einstellung einer gewünschten Gasblasengröße respektive einer gewünschten Gas- blasengrößenverteilung, welches letztlich allein einer bestimmten Regelung bzw. Steuerung entsprechender einer einer Zuführeinrichtung zugehöriger Zuführeinheiten, über welche die Fluide mit einem bestimmten Durchsatz bzw. Volumenstrom in die Dispergierungsvorrichtung zugeführt werden, bedarf.
Insbesondere ist es möglich, durch eine das Volumenstromverhältnis beeinflussende Einstellung eines bestimmten Gasvolumenstroms und/oder Flüssigkeitsvolumenstroms eine bestimmte auf den Flüssigkeitsvolumenstrom wirkende Scherrate sowie ei- ne bestimmte Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gasvolumenstrom und dem Flüssigkeitsvolumenstrom zu realisieren, welche Scherrate und Relativgeschwindigkeit maßgeblich für die Größe der aus dem Gasvolumenstrom zu erzeugenden Gasblasen ist. In Abhängigkeit der jeweiligen Volumenströme kann sonach ein charakteristisches Strömungsprofil der beiden Fluide bzw. Fluidvolumenströme erzeugt werden, welches Strömungsprofil die vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeiten und Scherraten, die schließlich für die Bildung und die Zerteilung der Gasblasen maßgeblich sind, bestimmt. Im Allgemeinen ist die Gasblasengröße umgekehrt proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit und Scherrate. Prinzipiell gilt daher, dass im Verhältnis kleinere Flüssigkeitsvolumenströme zu größeren Gasblasen führen, was, wie vorstehend prinzipiell erwähnt, damit zusammenhängt, dass kleinere Flüssigkeitsvolumenströme, d. h. kleinere Strömungs- geschwindigkeiten des flüssigen Fluids, zu geringeren auf den Gasvolumenstrom wirkenden Scherkräften bzw. Scherraten führen, was die Ausbildung größerer Gasblasen ermöglicht. Umgekehrt ist es sonach möglich, kleine Gasblasen durch im Verhältnis große Flüssigkeitsvolumenströme zu erzeugen.
Es ist daher möglich, durch eine Erhöhung des Flüssigkeitsvolumenstroms bei konstantem Gasvolumenstrom eine Verschiebung der Gasblasengröße (nverteilung) hin zu kleineren Gasblasen zu erreichen. Ebenso ist es möglich, durch eine Erhöhung des Gasvolumenstroms bei konstantem Flüssigkeitsvolumenstrom eine Verschiebung der Gasblasengröße (nverteilung) hin zu kleineren Gasblasen zu erreichen.
Die weiter oben beschriebene Regelung bzw. Steuerung entspre- chender für die Zuführung des gasförmigen Fluids und des flüssigen Fluids vorgesehener Zuführeinheiten einer Zuführeinrichtung kann über eine oder mehrere diesen zugeordnete Steuereinrichtung (en) als Teil einer Dispergierungsvorrich- tung erfolgen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Volumenstrom des gasförmigen Fluids, d. h. der Gasvolumenstrom, typischerweise größer als der Volumenstrom des flüssigen
Fluids, d. h. der Flüssigkeitsvolumenstrom, eingestellt.
Hierdurch kann es, bedingt durch den Venturi -Effekt , möglich sein, ein Ansaugen des im Vergleich langsamer strömenden bzw. zugeführten flüssigen Fluids mittels des im Vergleich schneller strömenden bzw. zugeführten gasförmigen Fluids zu realisieren. Das gasförmige Fluid kann daher als Treibstrahl er- achtet werden. Entsprechende Ansaugvorrichtungen, über welche das flüssige Fluid angesaugt wird, um in die Dispergierungs- vorrichtung zu gelangen respektive durch diese zu strömen, können sonach in ihrer Leistungsaufnahme reduziert werden bzw. kann auf derartige Ansaug- oder Fördervorrichtungen gegebenenfalls sogar verzichtet werden.
Bevorzugt liegt der Volumenstrom des flüssigen Fluids, d. h. der Flüssigkeitsvolumenstrom, in einem Bereich zwischen 1 und 80%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 50%, des Volumenstroms des gasförmigen Fluids, d. h. des Gasvolumenstroms . Der Flüssigkeitsvolumenstrom kann sonach beispielsweise auf 6% des Gasvolumenstroms eingestellt werden. Dies ist z. B. gegeben, wenn der Gasvolumenstrom 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom 6 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 6 Liter pro Minute, beträgt. In diesem Fall ist es, durch den großen quantitativen Unterschied der beiden Volumenströme, wie erwähnt, z. B. bei einem Gasvolumenstrom in Form eines Luftvolumenstroms und einem Flüssigkeitsvolumenstrom in Form eines Wasservolumenstroms, möglich, dass der Gasvolumenstrom als Triebkraft für die Ansaugung bzw. Zuführung des Flüssigkeitsvolumenstroms genutzt wird.
Dies wäre in dem Fall, in dem der Flüssigkeitsvolumenstrom 50% des Gasvolumenstroms beträgt, was z. B. gegeben wäre, wenn der Gasvolumenstrom 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom 50 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 50 Liter pro Minute beträgt, für das vorstehende genannte Beispiel entsprechender Volumenströme in der Regel nicht mehr möglich.
Bevorzugt wird das Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid derart eingestellt, dass Gasblasen mit einem Durchmesser kleiner 1 mm, insbeson- dere im Bereich zwischen 0,1 und 0,9 mm, erzeugt werden.
Selbstverständlich können durch eine bestimmte Regelung bzw. Steuerung der jeweiligen Volumenströme respektive deren Ver- hältnis zueinander prinzipiell auch Gasblasen kleiner als 0,1 mm und größer als 1 mm erzeugt werden.
Für das vorstehend genannte Beispiel eines Luftvolumenstroms und eines Wasservolumenstroms, wobei der Flüssigkeitsvolumenstrom auf 6% des Gasvolumenstroms eingestellt wird, lässt sich bei einer gegebenen Geometrie einer Dispergierungsvor- richtung eine mittlere Gasblasengröße von ca. 0,5 mm erzeugen. Insbesondere ist dabei vorrichtungsseitig das Quer- Schnittsverhältnis zwischen der Austrittsfläche einer Düsenvorrichtung, aus der die Gasblasen austreten, und der Eintrittsfläche einer der Düsenvorrichtung nachgeschalteten Mischeinrichtung, in die die Gasblasen eintreten, zu berücksichtigen .
Die Einstellung einer bestimmten Gasblasengröße ist in allen Fällen zweckmäßig auch unter Berücksichtigung der jeweiligen chemisch-physikalischen Zusammensetzung der Volumenströme sowie gegebenenfalls weiterer im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegebener Substanzen vorzunehmen. Sofern das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte dispergierte Fluid- gemisch im Rahmen von Flotationsabscheidungsprozessen eingesetzt wird, sind selbstverständlich auch die besonderen Eigenschaften der abzutrennenden Feststoffpartikel respektive der diese enthaltenden Suspension zu berücksichtigen.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem gasförmigen Fluid und/oder dem flüssigen Fluid ein Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung der aus dem gasförmigen Fluid zu bildenden oder gebildeten Gasblasen zugegeben werden. Das Mittel dient sonach insbesondere dazu, Koaleszenz zwischen Gasblasen zu verhindern, d. h. zu verhindern, dass sich Gasblasen einer bestimmten Gasblasengröße zu Gasblasen mit einer im Vergleich größeren Gasblasengröße ver- einen. Mithin ist es derart möglich, eine über eine entsprechende Regelung bzw. Steuerung jeweiliger Volumenströme eingestellte Gasblasengröße (nverteilung) durch die Regelung, insbesondere Reduzierung bzw. Verhinderung, von Koaleszenz- effekten weitgehend aufrechtzuerhalten.
Als Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung können z. B. organische Verbindungen, insbesondere Hydroxy- oder Ether- verbindungen, oder Mischungen organischer Verbindungen, insbesondere Mischungen aus Hydroxy- oder Etherverbindungen, verwendet werden. Konkret handelt es sich dabei z. B. um nicht-ionische grenzflächenaktive Substanzen, wie beispiels- weise aliphatische Alkohole, wie z. B. Hexanol oder Methyl - Isobutylcarbinol , Terpenalkohole , und/oder Polyglykolether .
Durch die Konzentration der Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung kann die Koaleszenz der erzeugten Gasblasen gezielt geregelt, d. h. insbesondere verhindert, werden. Die Konzentration des zugegebenen Mittels zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung in dem gasförmigen Fluid und/oder dem flüssigen Fluid kann in einem Bereich zwischen 50 und 300 ppm (parts per million) , insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 200 ppm, liegen. Selbstverständlich kann die Konzentration in Ausnahmefällen auch unterhalb 50 ppm und/oder oberhalb 300 ppm liegen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es denkbar, dass das gasförmige Fluid vor dem Vermischen mit dem flüssigen Fluid bereits in der Dispergierungsvorrichtung zu Gasblasen umgesetzt wird. Es ist also im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien möglich, bereits ein entsprechend dispergiertes Fluidgemisch, bestehend aus in ei- nem flüssigen Fluid dispergierten Gasblassen, in einen Reaktorbehälter, wie z. B. eine Flotationszelle, einzubringen und entsprechende Gasblasen nicht erst in dem Reaktorbehälter, wie z. B. der Flotationszelle, zu erzeugen. Letzteres ist insofern problematisch, als es bei der aus dem Stand der Tech- nik bekannten Bildung von Gasblasen in der Suspension zunächst diffusiver Kontakte zwischen dem Gas bzw. den Gasblasen und bestimmten oberflächenaktiven Substanzen der Suspension bedarf, um die Gasblasen zu stabilisieren, wobei es zu unerwünschten Koaleszenzen kommen kann. Dadurch, dass das gasförmige Fluid erfindungsgemäß bereits vor dem Vermischen mit dem flüssigen Fluid zu Gasblasen umgesetzt werden kann, ist es sonach möglich, den Begasungsprozess definierter zu gestalten, wodurch sich beispielsweise die Effizienz eines Flotationsabscheidungsprozesses steigern lässt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßig eine Dispergierungsvorrichtung verwendet, welche eine Zuführeinrichtung mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind, eine der Zuführeinrichtung nachgeschaltete Mischeinrichtung zur Vermischung der in die Zuführeinrichtung zugeführten Fluide und eine der Mischeinrichtung nachgeschaltete Verteilereinrichtung, aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung zum Austritt der in der Mischeinrichtung vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung, umfasst. Entsprechend betrifft die Erfindung ferner eine Dispergierungsvorrichtung, d. h. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs , umfassend:
- eine Zuführeinrichtung mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind,
- eine der Zuführeinrichtung nachgeschaltete Mischeinrichtung zur Vermischung der in die Zuführeinrichtung zugeführten Fluide und
- eine der Mischeinrichtung nachgeschaltete Verteilereinrich- tung, aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung zum Austritt der in der Mischeinrichtung vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung.
Die Zuführeinrichtung ist respektive die dieser zugehörigen Zuführeinheiten sind mit einer geeigneten Steuereinrichtung ausgestattet bzw. verbunden, über welche die jeweiligen Volumenströme der zuzuführenden Fluide insbesondere unabhängig voneinander, regelbar bzw. steuerbar sind. Die erfindungsgemäße Dispergierungsvorrichtung ist sonach insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Demzufolge gelten bezüglich der erfindungsgemäßen Dispergierungsvorrichtung sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren analog.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Einstellung einer bestimmten Gasblasengrößenver- teilung lässt sich vorrichtungsmäßig insbesondere dadurch realisieren, wenn die Vorrichtung unter Berücksichtigung des durch nachfolgende Gleichung beschriebenen Zusammenhangs konstruiert ist: D = R x C x FL _1.
Dabei steht D für die mittlere Gasblasengröße, R für das Volumenstromverhältnis zwischen dem Volumenstrom des gasförmigen Fluids (Gasvolumenstrom) und dem Volumenstrom des flüssi- gen Fluids (Flüssigkeitsvolumenstrom) , C für eine konstruktionsspezifische Konstante einer bestimmten, typischerweise in einer Zuführeinrichtung verbauten, Düseneinrichtung und FL für den Volumenstrom des flüssigen Fluids. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Mischeinrichtung wenigstens einen länglichen, insbesondere konus- oder kegelstumpfförmigen, einen Mischraum begrenzenden Mischkörper umfasst, wobei die Querschnittsfläche des Mischraums sich von dem der Zuführeinrichtung zugewandten Ende zu dem der Verteilereinrichtung zugewandten Ende, insbesondere kontinuierlich, erweitert. Der Mischraum dient einer innigen Vermischung zwischen den Gasblasen und dem flüssigen Fluid, d. h. der in dem dispergierten Fluidgemisch enthaltenen Fluide. Durch die be- sondere Querschnittsbemessung des Mischraums, d. h. dessen Vergrößerung in Strömungsrichtung bzw. in Richtung der der Mischeinrichtung nachgeschalteten Verteilereinrichtung, kann eine Diffusorwirkung realisiert werden, d. h. die Strömungs- geschwindigkeit des dispergierten Fluidgemischs wird reduziert. Es lässt sich derart in dem dispergierten Fluidgemisch ein Gleichgewichtszustand zwischen den gebildeten Gasblasen und dem flüssigen Fluid einstellen.
Die der Zuführeinrichtung zugehörigen Zuführeinheiten können jeweils wenigstens einen einen Zuführraum begrenzenden Zuführkörper aufweisen, wobei ein erster Zuführkörper zumindest abschnittsweise in einem zweiten Zuführkörper aufgenommen ist. Über den ersten Zuführkörper wird typischerweise das gasförmige Fluid zugeführt, über den zweiten Zuführkörper wird typischerweise das flüssige Fluid zugeführt. Gleichwohl ist es auch möglich, dass über den ersten Zuführkörper das flüssige Fluid und über den zweiten Zuführkörper das gasför- mige Fluid zugeführt wird.
Der der ersten Zuführeinheit zugehörige erste Zuführkörper kann wenigstens eine, insbesondere an einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt vorgesehene, Düsenvorrichtung aufweisen. Die Düsenvorrichtung dient insbesondere dazu, dass in den ersten Zuführkörper zugeführte Fluid, bei welchem es sich typischerweise um das gasförmige Fluid handelt, in Gasblasen umzusetzen, d. h. derart zu zerteilen, dass sich Gasblasen bilden. Hierfür ist die Anordnung der Düsenvorrichtung an einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt, d. h. einem Abschnitt, dessen Querschnittsfläche sich in Strömungsrichtung bzw. in Richtung der Düsenvorrichtung verringert, vorteilhaft, da das Fluid vor Eintritt in die Düsenvorrichtung beschleunigt wird, was zur Einstellung einer definierten Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fluiden dient und somit für die Ausbildung von Gasblasen essentiell ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige
Fig. eine Prinzipdarstellung einer Dispergierungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in der Fig. als Prinzipdarstellung gezeigte Dispergie- rungsvorrichtung 1 dient der Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs und kann somit auch als Vorrichtung zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs bezeichnet werden.
Das dispergierte Fluidgemisch enthält ein gasförmiges Fluid, mithin ein Gas, wie z. B. Luft, Stickstoff, etc., welches in Form von Gasblasen, in einem flüssigen Fluid, mithin einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser bzw. einem Gemisch aus Wasser und weiteren Substanzen, dispergiert bzw. verteilt ist.
Die Dispergierungsvorrichtung 1 umfasst eine Zuführeinrichtung 2, eine dieser nachgeschaltete Mischeinrichtung 3 und eine der Mischeinrichtung 3 nachgeschaltete Verteilereinrich- tung 4.
Die Zuführeinrichtung 2 umfasst zwei getrennte Zuführeinheiten 5, 6, welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom ausgebildet sind. Die Zuführeinheiten 5, 6 weisen jeweils einen einen Zuführraum begrenzenden zylindrischen Zuführkörper 7, 8 auf. Ersichtlich ist der der Zuführeinheit 5 zugehörige Zuführkörper 7 abschnittsweise in dem der Zuführeinheit 6 zugehörigen Zuführkörper 8 aufgenommen. Die Zuführkörper 7, 8 haben vorzugsweise achsensymmetri - sehe Querschnitte, z. B. in zylindrischer oder konischer (kegelstumpfförmiger) Form. Die Zuführkörper 7, 8 können jedoch auch andere Querschnittsgeometrien, wie z. B. oval oder polygonal, aufweisen. Der der Zuführeinheit 5 zugehörige Zuführkörper 7 ist im Bereich seines der Mischeinrichtung 3 zugewandten Endes mit einem konus- oder kegelstumpfförmigen Abschnitt versehen, welcher endseitig durch eine mehrere Kanäle oder Öffnungen aufweisende Düsenvorrichtung 9 abgeschlossen ist. Die Quer- schnittsfläche des Abschnitts des Zuführkörpers 7 verjüngt sich demnach kontinuierlich in der durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung des in den Zuführkörper 7 zugeführten Fluids, was eine Beschleunigung des durch diesen strömenden Fluids bedingt .
Die Zuführeinrichtung 2 ist respektive die dieser zugehörigen Zuführeinheiten 5, 6 sind mit einer Steuereinrichtung 10 ausgestattet bzw. verbunden, über welche die jeweiligen Volumenströme der in die Zuführkörper 7, 8 zuzuführenden Fluide regelbar bzw. steuerbar ist. Konkret handelt es sich bei den in die Zuführkörper 7, 8 zugeführten Volumenströmen um einen Gasvolumenstrom GV und einen Flüssigkeitsvolumenstrom FV. Der Gasvolumenstrom GV wird mit einem bestimmten, über die Steuereinrichtung 10 regelbaren Volumendurchsatz über die Zuführeinrichtung 5 zugeführt, der Flüssigkeitsvolumenstrom FV wird mit einem bestimmten, über die Steuereinrichtung 10 regelbaren Volumendurchsatz über die Zuführeinrichtung 6 zugeführt .
Bei dem Gasvolumenstrom GV handelt es sich, wie erwähnt, um ein Gas, wie z. B. Luft, Stickstoff, etc. Bei Anwendungen in der chemischen Industrie kann der Gasvolumenstrom GV jedoch auch andere Prozessgasse enthalten. Bei dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV handelt es sich um eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und weiteren Substanzen, oder Lösungsmittel und/oder flüssige Reagenzien.
Insbesondere in dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV können Mittel zur Verhinderung von Koaleszenzen von aus dem Gasvolumenstrom GV gebildeten Gasblasen enthalten sein. Diese Mittel entspre- chen den vorstehend genannten, dem Wasser beigemischten Substanzen. Bei diesen Mitteln handelt es sich, insbesondere bei Flotationsanwendungen im Bereich des Bergbaus, typischerweise um organische Verbindungen, insbesondere Hydroxy- oder Ether- verbindungen, oder Mischungen organischer Verbindungen, ins- besondere Mischungen aus Hydroxy- oder Etherverbindungen .
Konkret kann es sich bei diesen Mitteln um aliphatische Alkohole, wie z. B. Hexanol oder Terpenalkohole, und/oder Poly- glykolether handeln. Die Konzentration der Mittel in dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 50 und 200 ppm. Anwendungsabhängig können jedoch deutlich niedrigere oder höhere Konzentrationen vorgesehen werden.
Der Zuführeinrichtung 2 ist in Strömungsrichtung der Volumenströme die Mischeinrichtung 3 nachgeschaltet. Die Mischeinrichtung 3 umfasst einen vorwiegend konus- oder kegelstumpf- förmigen, einen Mischraum begrenzenden Mischkörper 11. Er- sichtlich erweitert sich die Querschnittsfläche des Mischkörpers 11 und sonach der Durchflussquerschnitt des durch den Mischkörper 11 begrenzten Mischraums kontinuierlich von dem der Zuführeinrichtung 2 zugewandten Ende zu dem der Verteilereinrichtung 4 zugewandten Ende. Derart wirkt der Mischkör- per 11 als Diffusor, da die Strömungsgeschwindigkeit des durch diesen strömenden Fluidgemischs durch die sich erweiternde Querschnittsfläche reduziert wird. Dies begünstigt bzw. erlaubt die Ausbildung eines Gleichgewichtszustands innerhalb des Fluidgemischs, d. h. eines Gleichgewichtszustands zwischen den gebildeten Gasblasen und der Flüssigkeit.
Der Mischeinrichtung 3 ist in Strömungsrichtung der Volumenströme die Verteilereinrichtung 4 nachgeschaltet. Die Verteilereinrichtung 4 weist einen vorzugsweise zylindrischen Ver- teilerkörper 12 mit an dessen Mantelfläche umfangsmäßig verteilt gebildeten Austrittsöffnungen 13 zum Austritt des
Fluidgemischs aus der Dispergierungsvorrichtung 1 auf.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Größe der aus dem Gasvolumenstrom GV gebildeten Gasblasen durch eine besondere über die Steuereinrichtung 10 realisierte Regelung bzw. Steuerung des Volumenstromverhältnisses zwischen dem Gasvolumenstrom GV und dem Flüssigkeitsvolumenstrom FV eingestellt. Durch eine gezielte Regelung bzw. Steuerung der je- weiligen Volumenströme, d. h. insbesondere des Verhältnis dieser zueinander, kann ein weiter Bereich an Gasblasengrößen mit einer einzigen Düsenvorrichtung 9 abgedeckt werden. Es ist beispielsweise möglich, mittlere Gasblasengrößen von ty- pischerweise ca. 50 μπι zu erzeugen, indem ein bestimmter Gasvolumenstrom GV mit einem bestimmten Flüssigkeitsvolumenstrom FV kombiniert wird. Prinzipiell ist es daher denkbar, die Dispergierungsvorrichtung 1 neben dem Einsatz im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses z. B. auch in der Paperin- dustrie, insbesondere Papierverarbeitung, einzusetzen, da hier die Erzeugung definierter Gasblasengrößen ebenso von Vorteil ist, um kleinste Partikel, wie z. B. Farbstoffpigmen- te, über Flotationsprozesse abzutrennen.
Typischerweise ist die Regelung bzw. Steuerung der Volumenströme derart, dass der Gasvolumenstrom GV um ein Vielfaches höher als der Flüssigkeitsvolumenstrom FV ist. Der Flüssigkeitsvolumenstrom FV kann in einem Bereich zwischen 1 und 80%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 50%, des Gasvolumenstroms GV liegen.
Für den konkreten Fall, in dem der Flüssigkeitsvolumenstrom FV derart eingestellt wird, dass er 6% des Gasvolumenstroms GV beträgt, was z. B. gegeben ist, wenn der Gasvolumenstrom GV 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 100 Liter pro Minute, und der Flüssigkeitsvolumenstrom FV 6 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit, d. h. z. B. 6 Liter pro Minute beträgt, können bei einem Querschnittsverhältnis zwischen der Querschnittsfläche AI der Düsenvorrichtung 9, aus welcher die Gasblasen austreten, und der Querschnittsfläche A2 des Eintrittsbereichs der Mischeinrichtung 3 von 0,2 Gasblasengrößen von ca. 0,5 mm erzeugt werden. Dadurch, dass der Gasvolumenstrom GV typischerweise größer als der Flüssigkeitsvolumenstrom FV ist, kann der Gasvolumenstrom GV als Treibstrahl erachtet bzw. genutzt werden, welcher unter Ausnutzung des Venturi -Effekts ein Ansaugen des Flüssigkeitsvolumenstroms FV aus dem Zuführkörper 8 in die Zuführeinrichtung 2 und im Weiteren die Mischeinrichtung 3 ermöglicht. Ansaug- oder Fördervorrichtungen (nicht gezeigt), über welche der Flüssigkeitsvolumenstrom FV gebildet oder beschleunigt wird, können sonach in ihrer Leistungsaufnahme re- duziert werden. Gegebenenfalls kann auf derartige Ansaugvorrichtungen sogar verzichtet werden.
Das aus den beiden Volumenströmen, d. h. dem Flüssigkeitsvo- lumenstrom FV und dem Gasvolumenstrom GV, in der Dispergie- rungsvorrichtung 1 gebildete Fluidgemisch ist in eine Suspension, enthaltend eine Flüssigkeit und aus dieser im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses abzutrennende Fest- stoffpartikel , einzuleiten. Bei der Suspension kann es sich z. B. um eine Trübe oder Pulpe handeln, aus welcher Feststoffpartikel als Wertstoffpartikel abzutrennen sind.
Ersichtlich ist die Dispergierungsvorrichtung 1 komplett in einen Reaktorbehälter 14, d. h. insbesondere eine Flotations- zelle, eingetaucht. Hieraus ergibt sich, dass mit der Dispergierungsvorrichtung 1 bereits ein dispergierte Gasblasen enthaltendes Fluidgemisch in den Reaktorbehälter 14 eingebracht wird . Es ist also im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien möglich, bereits ein entsprechend disper- giertes Fluidgemisch, bestehend aus in einem flüssigen Fluid dispergierten Gasblassen, in einen Reaktorbehälter 14, wie z. B. eine Flotationszelle, einzubringen und entsprechende Gas- blasen nicht erst in einem Reaktorbehälter 14 zu erzeugen.
Das über die Dispergierungsvorrichtung 1 realisierbare Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidgemischs weist, insbesondere bei Verwendung im Rahmen eines Flotationsab- Scheidungsprozesses, eine Reihe von Vorteilen auf.
Beispielsweise kann das über den der Verteilereinrichtung 4 zugehörigen Verteilerkörper 12 in eine Suspension einzubringende Fluidgemisch, d. h. insbesondere die in diesem enthal- tenen Gasblasen, über einen breiten Querschnitt des Reaktorbehälters 14 in diesen eingebracht werden. Damit kann im Rahmen eines Flotationsabscheidungsprozesses ein intensiver Austausch zwischen den abzutrennenden FeststoffPartikeln, typi- scherweise Wertstoffpartikeln, und der Gasblasenoberfläche stattfinden und folglich die Effizienz des Gesamtprozesses erhöht werden. Des Weiteren kann aufgrund des in dem Mischraum des der
Mischeinrichtung 3 zugehörigen Mischkörpers 11 herrschenden Strömungsprofils bei gleichem Leistungseintrag, welcher sich im Wesentlichen aus den einzustellenden Druckverhältnissen ergibt, ein erheblich höherer Anteil an Feinstblasen, d. h. Gasblasen mit einer Gasblasengröße unterhalb 1 mm, gebildet werden, was wiederum eine Erhöhung der spezifischen Gasblasenoberfläche bedingt und so eine größere Menge an abgetrennten FeststoffPartikeln ermöglicht. Ferner kann durch die mit der Dispergierungsvorrichtung 1 mögliche Ausbildung vergleichsweise eng verteilter Scherraten eine eng verteilte Gasblasengroßenverteilung erzeugt und gut reguliert werden. Dies ist beispielsweise mit aus dem Stand der Technik bekannten Rührwerken kaum möglich, da in rühr- werksäußeren Bereichen, z. B. an den Rührblattspitzen, im
Vergleich zu rührwerksinneren Bereichen sehr hohe Scherraten gegeben sind. Diese große Scherratenverteilung resultiert in einer Ausbildung von Gasblasen mit einer breit verteilten Gasblasengröße .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines dispergierten Fluidge- mischs, wobei wenigstens ein gasförmiges und wenigstens ein flüssiges Fluid jeweils mit einem bestimmten Volumenstrom
(FV, GV) in eine Dispergierungsvorrichtung (1) zugeführt werden, wobei aus dem wenigstens einen gasförmigen Fluid Gasblasen gebildet werden, welche in dem wenigstens einen flüssigen Fluid dispergiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Gasblasengröße der aus dem gasförmigen Fluid gebildeten Gasblasen durch ein bestimmtes Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (GV) des gasförmigen Fluids größer als der Volumenstrom (FV) des flüssigen Fluids ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (FV) des flüssigen Fluids in einem Bereich zwischen 1 und 80%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 und 50%, des Volumenstroms (GV) des gasförmigen Fluids liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstromverhältnis zwischen dem gasförmigen Fluid und dem flüssigen Fluid derart eingestellt wird, dass Gasblasen mit einem Durchmesser kleiner 1 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,1 und 0,9 mm, erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem gasförmigen Fluid und/oder dem flüssigen Fluid Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung der aus dem gasförmigen Fluid zu bildenden oder gebildeten Gasblasen zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung organi- sehe Verbindungen, insbesondere Hydroxy- oder Etherverbin- dungen, oder Mischungen organischer Verbindungen, insbesondere Mischungen aus insbesondere Hydroxy- oder Etherverbindun- gen, verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des zugegebenen Mittels zur Verhinderung einer Koaleszenzbildung in dem gasförmigen Fluid
und/oder dem flüssigen Fluid in einem Bereich zwischen 50 und 300 g/t, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 200 g/t, liegt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Fluid vor dem Vermischen mit dem flüssigen Fluid zu Gasblasen umgesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Fluid Luft und als flüssiges Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, oder eine Suspension, aufweisend in einer Flüssigkeit verteilte Feststoffpartikel , verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dispergierungsvorrichtung (1) ver- wendet wird, welche eine Zuführeinrichtung (2) mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten (5, 6), welche jeweils zur Zuführung eines Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind, eine der Zuführeinrichtung (2) nachgeschaltete Mischeinrichtung (3) zur Vermischung der in die Zuführein- richtung (2) zugeführten Fluide und eine der Mischeinrichtung (3) nachgeschaltete Verteilereinrichtung (4), aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung (13) zum Austritt der in der Mischeinrichtung (3) vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung (1), umfasst.
11. Dispergierungsvorrichtung (1) zur Erzeugung eines disper- gierten Fluidgemischs , insbesondere zur Erzeugung eines dis- pergierten Fluidgemischs gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend:
eine Zuführeinrichtung (2) mit wenigstens zwei getrennten Zuführeinheiten (5, 6), welche jeweils zur Zuführung ei- nes Fluids mit einem bestimmten Volumenstrom eingerichtet sind,
eine der Zuführeinrichtung (2) nachgeschaltete Mischeinrichtung (3) zur Vermischung der in die Zuführeinrichtung (2) zugeführten Fluide und
- eine der Mischeinrichtung (3) nachgeschaltete Verteilereinrichtung (4), aufweisend wenigstens eine Austrittsöffnung (13) zum Austritt der in der Mischeinrichtung (3) vermischten Fluide aus der Dispergierungsvorrichtung (1) .
12. Dispergierungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (3) wenigstens einen länglichen, insbesondere kegelstumpfförmigen, einen Mischraum begrenzenden Mischkörper (11) umfasst, wobei die Querschnittsfläche des Mischraums sich von dem der Zuführeinrich- tung (2) zugewandten Ende zu dem der Verteilereinrichtung (4) zugewandten Ende erweitert.
13. Dispergierungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinheiten (5, 6) jeweils wenigstens einen einen Zuführraum begrenzenden Zuführkörper
(7, 8) aufweisen, wobei ein erster Zuführkörper (7) zumindest abschnittsweise in einem zweiten Zuführkörper (8) aufgenommen ist .
14. Dispergierungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zuführkörper (7) wenigstens eine, insbesondere an einem kegelstumpfförmigen Abschnitt vorgesehene, Düsenvorrichtung (9) aufweist.
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