EP3174624A1 - Verfahren und vorrichtung zur dosierung und einmischung wenigstens eines fluiden mediums in einen prozessstrom - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur dosierung und einmischung wenigstens eines fluiden mediums in einen prozessstrom

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Publication number
EP3174624A1
EP3174624A1 EP15739548.4A EP15739548A EP3174624A1 EP 3174624 A1 EP3174624 A1 EP 3174624A1 EP 15739548 A EP15739548 A EP 15739548A EP 3174624 A1 EP3174624 A1 EP 3174624A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
process stream
fluid
fluidic
mixing
oscillators
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15739548.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Jaschinski
Walter Notar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP3174624A1 publication Critical patent/EP3174624A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18—Carbonates
    • C01F11/181—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by control of the carbonation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0072—Crystallisation in microfluidic devices
    • 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
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • 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
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/71755—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using means for feeding components in a pulsating or intermittent manner

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for metering and mixing at least one fluid medium into a process stream which is used in particular for producing a fibrous or nonwoven web. Dosing and subsequent mixing of chemicals into the papermaking process are subject to special requirements. In this case, the amounts of chemicals can be reduced to a considerable extent with an efficient mixing and a needs-based dosage such as an addition dependent on the amount of pulp.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device of the type mentioned, with which the most efficient and cost-effective chemical dosing and -einmischung in a process stream, in particular a process stream of a process for producing a fiber or nonwoven web can be achieved ,
  • a dependent on the process stream for example, depending on the consistency and / or state of charge, dependent volume-controlled metering in particular a fluid process and / or functional chemical is to be made possible.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 10.
  • Preferred embodiments of the method according to the invention and preferred embodiments of the device according to the invention are specified in the subclaims.
  • the process according to the invention for metering and mixing at least one fluid medium into a process stream which is used in particular for producing a fiber or nonwoven web is characterized in that at least one fluid medium is injected into the process stream via a fluidic oscillator.
  • Fluidic oscillators are already known as such and may in particular each comprise a nozzle, a mixing chamber and return flow channels. Fluidic oscillators or fluidic oscillators are characterized by a self-excited oscillation in their interior, which manifests itself either in an oscillating free jet at the output of the component or by a periodic switching between two discrete outlets.
  • the resulting jet When fluid is applied to the component, the resulting jet automatically lays on one side in the mixing chamber. Downstream of the mixing chamber, the jet bounces against a wall and splits into two streams. The main flow leaves the component through one of the outlets. The second stream is passed through one of the so-called return flow channels and arrives the nozzle on the main stream and pushes it to the opposite wall in the mixing chamber.
  • Fluidic oscillators offer the potential for high mixing without increasing pressure or having to use moving parts. They produce at their outlet a periodically oscillating beam. Possible embodiments of such fluidic oscillators are also described, for example, in EP 0 319 594 B1. By using one or more such fluidic oscillators, a more efficient metering and mixing of chemicals into the process stream is possible, which in particular also minimizes the costs for energy, raw materials, fresh water and chemicals.
  • at least one fluid medium injected into the process stream via a fluidic oscillator contains at least one chemical.
  • fluid media are injected into the process stream via at least one arrangement of in each case at least two fluidic oscillators.
  • the fluid oscillators of a respective fluid oscillator arrangement are preferably arranged relative to one another such that their exit beams are pivoted in different planes.
  • the mixing is further optimized.
  • fluid media can be injected into the process stream, which are arranged relative to each other so that their exit beams are pivoted in orthogonal planes.
  • the two fluidic oscillators a corresponding fluidic oscillator arrangement relative to each other, for example, be arranged so that the exit jets are pivoted in a vertical and in a horizontal plane.
  • fluid media are injected into the process stream via at least one arrangement of more than two fluid oscillators in each case.
  • the fluid oscillators are preferably arranged relative to one another such that their exit jets are pivoted in different planes.
  • fluid media are injected into the process stream over a plurality of circumferentially distributed around the process flow fluid oscillators and / or fluid oscillator arrangements of a plurality of fluidic oscillators fluid.
  • At least one fluid medium is injected into the process stream via a combination of a mixing nozzle and at least one fluidic oscillator.
  • a mixing nozzle for example, an arrangement of at least two fluid generators can be used in combination with a mixing nozzle, wherein, for example, a chemical is previously mixed with a carrier fluid and then applied prior to metering to eg one or more fluid oscillators arranged at an angle to each other.
  • the chemical to be metered for example premixed in a carrier fluid can be mixed in an oscillating manner in another fluid stream.
  • the mixing nozzle is preferably connected upstream of the fluidic oscillator.
  • the mixing nozzle is supplied with at least two fluids and mixed and / or reacted with one another in this mixture.
  • the device according to the invention for metering and mixing at least one fluid medium into a process stream which in particular serves to produce a fibrous or nonwoven web is correspondingly characterized in that it comprises at least one fluid oscillator for injecting at least one fluid medium into the process stream.
  • At least one fluid medium which can be injected into the process stream via such a fluidic oscillator contains at least one chemical.
  • this device comprises at least one arrangement of at least two fluidic oscillators for the injection of fluid media into the process stream.
  • the fluid oscillators of a respective fluid oscillator arrangement are preferably arranged relative to one another such that their exit beams are pivoted in different planes.
  • the device may in particular comprise at least one arrangement of two fluidic oscillators for the injection of fluid media into the process stream, which are arranged relative to each other so that their exit jets in orthogonal planes, for example in a horizontal and a vertical plane, are pivoted.
  • the device comprises at least one arrangement of more than two fluidic oscillators for the injection of fluid media into the process stream, the relative in particular are arranged so that their exit jets are pivoted in different planes.
  • the device comprises a plurality of circumferentially distributed around the processor fluid oscillators and / or fluid oscillator arrangements of a plurality of fluidic oscillators for the injection of fluid media in the process stream.
  • this comprises at least one combination of a mixing nozzle and at least one fluidic oscillator for injecting a fluid medium into the process stream.
  • the mixing nozzle is preferably connected upstream of the fluidic oscillator.
  • At least two fluids can be fed to the mixing nozzle and can be mixed with one another and / or reacted in the mixing nozzle.
  • the mixing nozzles can be designed, for example, as described in DE 10 2010 028 573 A1 or DE 10 2010 028 572 A1.
  • At least one fluid medium and one fluid chemical can be metered and mixed into a process stream by means of the method or device according to the invention.
  • the process stream may in particular be a fluid process stream of a production process, preferably a process for producing a fiber or nonwoven web.
  • a metered addition of a fluid medium diluted in a dilution medium for example a process or functional chemical or a partial fluid stream, may be mixed in a mixing nozzle.
  • the fluid medium can be passed into a fluidic oscillator and then metered into the process stream, ie the further fluid stream.
  • only one fluid can be metered by means of a fluidic oscillator or by means of a combination of a mixing nozzle and at least one fluidic oscillator.
  • the outflow of a fluidic oscillator can, for example, be arranged perpendicularly or transversely to the fluid flow of the fluid flow into which the mixture flows.
  • several combinations of mixing nozzle and fluidic oscillator can be arranged, for example, around a pipeline.
  • the penetration of the process stream can be adjusted.
  • the energy required for metering can be adjusted controllably, so that the metering process can be performed energy-efficiently.
  • the entire process stream for producing a paper or nonwoven web for example a fibrous or nonwoven suspension
  • the fluid process or functional chemical is mixed with the process stream .
  • the fluid chemical may also be a mixture of process and functional chemical.
  • it may be a solid suspended in a fluid medium, such as a filler slurry.
  • the outlet nozzles of the fluidic oscillator can in particular be arranged in such a way that they cover at least part of a circular arc (arc length) on a cylindrical, curved surface, for example a pipeline, wherein in the case of a plurality of juxtaposed openings, one circular segment can be covered by a respective nozzle arrangement and thus a complete annular arrangement around the cylindrical circumference of a pipe through a corresponding number of nozzle arrangements (fluidic oscillators) is given.
  • the metering streams can be very efficiently mixed with the entire process stream.
  • a particular partial stream may be part of the process stream itself. However, it may also be, for example, other process streams, such as e.g. White water, or filtrates, such as clear filtrate or super clear filtrate or also fresh water, e.g. Hot water, act.
  • process streams such as e.g. White water, or filtrates, such as clear filtrate or super clear filtrate or also fresh water, e.g. Hot water, act.
  • the chemical to be metered may be, for example, a retention agent, for example polyacrylamide (PAM), polyethyleneimine (PEI), polyamidoamine (PAAm), crosslinkable polyamidoamine resins, PolyDADMAC, polyvinylamine (PVAm) or polyethylene oxide (PEO).
  • PAM polyacrylamide
  • PEI polyethyleneimine
  • PAAm polyamidoamine
  • PDADMAC polyvinylamine
  • PVAm polyvinylamine
  • PEO polyethylene oxide
  • the chemical to be metered may also be, for example, a microparticle or nanoparticle, e.g. Concrete or a silicate.
  • the chemical to be dosed may be starch or a biocide, or e.g. to act a dye or an optical brightener.
  • the chemical may be neutralizing agents, e.g. AKD (alkyl ketene dimer) or ASA (alkenyl succinic anhydride) act.
  • AKD alkyl ketene dimer
  • ASA alkenyl succinic anhydride
  • the chemicals to be dosed may generally be all chemicals and additives used in papermaking in particular fluid form (solution, dispersion or suspension) can be brought.
  • a gas can also be metered in addition to a fluid flow or a plurality of further fluid flows.
  • the flow rate in the feed device for example, of the partial fluid flow or the chemical metering flow is expediently to be chosen so high that no deposits can form.
  • the flow rate may in particular be in the range of 0.05 to 20 m / s, preferably in the range of 0.1 to 10 m / s and especially in the range of 0.1 to 5 m / s.
  • a particular combination of mixing nozzle and fluidic oscillator can be used with advantage in particular also for generating a precipitation reaction with subsequent metering.
  • the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator is not limited to the exclusive dosage of liquid, fluid chemicals.
  • a gas such as e.g. CO2 and e.g. Hydrated lime, e.g. as a suspension (milk of lime, slurry of calcium hydroxide in water) or as lime water to be reacted.
  • the solubility of hydrated lime Ca (OH) 2 in water is only 1.7 g / l at 20 ° C., the solubility decreasing as the temperature increases.
  • a Kalkmilchsuspension is used, which then has a much higher concentration of, for example, 30 to 150 g / l of Ca (OH) 2 .
  • carbonic acid water may also be brought in the combination of the mixing nozzle and the fluidic oscillator in reaction with a slurry of lime (lime milk) or an aqueous solution of hydrated lime.
  • a slurry of lime lime milk
  • an aqueous solution of hydrated lime aqueous solution of hydrated lime.
  • the suspension can be adjusted immediately to the use concentration. It is also conceivable, for example, to adjust the use concentration directly in the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator prior to contact with the CO2 by mixing in another dilution fluid in an upstream mixing zone.
  • a filter is connected upstream in the feed to the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator, so that insoluble constituents are retained in order to prevent clogging of the metering system.
  • filters can be dispensed with.
  • the flow rate should expediently not fall below 1, 0 m / s and preferably greater than 1, 5 m / s are selected.
  • the dosage of lime from a loop system is advantageous to avoid deposits in the piping system.
  • a hydrated lime suspension (lime milk) special requirements are placed on the particle size distribution and grain size, as these parameters significantly influence the reactivity of the milk of lime.
  • the particle size distribution should 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 precipitation reaction occurs, for example through the reaction of milk of lime and carbon dioxide, whereby the precipitated calcium carbonate thus produced can be metered into the process stream by means of a further fluid stream (injection stream) or the preferably aqueous phase of the lime milk.
  • injection stream the precipitation reaction and the metering into the process stream can take place simultaneously.
  • the dwell or reaction time can be adjusted by the geometry of the corresponding zone.
  • the execution of a possible combination in the reaction mixing zone can be made of a plurality of bores with a preferably relatively small diameter.
  • the (primary) precipitation reaction of the calcium carbonate outside the process stream or the constant part of the paper machine preferably takes place in the combination of mixing nozzle and fluid oscillator, so that the process of the precipitation reaction can be influenced by the choice of the injection medium.
  • calcium carbonate can be provided due to the precipitation reaction in the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator, which is dosed into a process stream.
  • the precipitation reaction to the pulp contained in the partial fluid flow can already take place in the combination of mixing nozzle and fluid oscillator.
  • the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator for example, the The following different forms of application of calcium carbonate are provided:
  • the pH or other parameters e.g. the temperature of the injection fluid with respect to reaching optimum precipitation conditions in a mixing zone upstream of the precipitation reaction of the same combination of mixing nozzle and fluidic oscillator can be adjusted.
  • a reaction of the carbon dioxide and the milk of lime outside the process stream already takes place in the mixing reaction / nozzle arrangement.
  • the already precipitated in the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator on the fibers of the suspension of the partial flow calcium carbonate (primary reaction) is then metered into the process stream.
  • the reaction of the milk of lime and the carbon dioxide in the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator can be done much more selectively by changing the mixing conditions, as in the process stream even possible.
  • the bubble size and the number of gas bubbles of the carbon dioxide can be adjusted by means of the bore diameter and the number of holes in the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator (mixing zone).
  • unreacted milk of lime or unreacted CO2 can then react completely with one another during the secondary reaction in the process stream. Due to the geometry of the communication from the mixing nozzle and the fluidic oscillator, the necessary reaction time can be considerably reduced, so that the actual primary reaction (primary reaction) is completed in less than 3 s, preferably less than 1 s.
  • the precipitation reaction can be controlled by means of the size of the gas bubbles and the efficiency can be increased.
  • the efficiency of the conversion of milk of lime and CO 2 can be significantly increased.
  • the homogeneity of the precipitated calcium carbonate can be adjusted by the geometry of the combination of mixing nozzle and fluidic oscillator and the mixing parameters.
  • the crystal structure of the precipitated calcium carbonate in terms of the required paper properties for example, in terms of opacity and light scattering and the bulk, etc., can be influenced.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a fluidic oscillator of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of an exemplary arrangement of two fluidic oscillators of a device according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of an exemplary arrangement of three
  • FIG. 4 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention with a plurality of circumferentially distributed around the process flow fluid oscillator arrangements
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary combination of a mixing nozzle and a fluidic oscillator of a device according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a mixing nozzle of a device according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a mixing nozzle of a device according to the invention
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a mixing nozzle of a device according to the invention
  • FIG. 9 is a schematic representation of another exemplary embodiment of a mixing nozzle of a device according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a mixing nozzle provided with a shut-off device
  • Device according to the invention. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a fluidic oscillator 10 of a device according to the invention for metering and mixing at least one fluid medium into a process stream 12 serving in particular for producing a fibrous or nonwoven web (compare also FIG.
  • the fluidic oscillator 10 comprises a nozzle 14, a mixing and / or reaction chamber 16 and return flow channels 18.
  • the fluidic oscillator 10 is characterized by a self-excited oscillation in its interior, which manifests itself in an oscillating free jet at its outlet 20.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary arrangement 22 of two fluidic oscillators 10 of the device according to the invention, which are arranged relative to each other such that their exit beams 24 are pivoted in orthogonal planes 26, 26 ', here for example in a horizontal and a vertical plane.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary arrangement 22 of three fluidic oscillators 10 for injecting fluid media into the process stream 12, which are arranged relative to one another such that their exit jets 24 are pivoted in three different planes 26, 26 ', 26 ".
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the device according to the invention with a plurality of circumferentially distributed around the process stream 12 and a process pipe 12 leading pipe 28 fluid oscillator assemblies 22.
  • the fluid oscillator assemblies 22 in the present case, for example, each two fluidic oscillators 10 for the injection of fluid media in the process stream 12, which are arranged relative to each other so that their exit jets 24 are pivoted in orthogonal planes.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of an exemplary combination of a mixing nozzle 32 and a fluidic oscillator 10 of the device according to the invention.
  • the fluidic oscillator 10 has the same structure as the fluidic oscillator already described with reference to FIG. 1, wherein like reference numerals are assigned to corresponding parts.
  • the mixing nozzle 32 essentially comprises two nozzles 34, 36, which inject a first fluid 1 and a second fluid 3 into the fluidic oscillator 10.
  • the outlet openings of the two nozzles 34, 36 are in the present case, for example, in a plane, wherein the outlet opening of the nozzle 36 is located within the outlet opening of the nozzle 34.
  • Fig. 6 shows in a schematic representation again a mixing nozzle 32 of the type, as has already been described with reference to FIG. 5. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • the transition region to the (not shown here), the fluidic oscillator 10 is designated in the present illustration with 38.
  • the first fluid 1 may be a partial fluid flow and the second fluid 3 may be, for example, a chemical dosing flow.
  • 7 shows a schematic representation of another exemplary embodiment of a mixing nozzle 32 of the device according to the invention, which differs from the mixing nozzle 32 shown in FIG. 6 only in that the nozzle 36 for the second fluid 3 passes through the nozzle opening of the nozzle 34 extends into the (not shown), the fluidic oscillator 10. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of another exemplary embodiment of a mixing nozzle of the device according to the invention, in addition to the nozzles 34 and 36 for injection of the fluid formed for example by a Partialfluidstrom 1 and the example formed by a chemical dosing Fluid 3 in the (not shown) the fluidic oscillator 10 further nozzles 40, 42 for injecting a further fluid formed for example by a Partialfluidstrom 2 or a further example formed by a chemical stream 4 further fluid 4 in the fluidic oscillator 10 includes.
  • the outlet openings of all the nozzles 34, 36, 40, 42 lie in a plane in the region of the transition to the fluidic oscillator 10.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of another exemplary embodiment of a mixing nozzle 32, which differs substantially from the mixing nozzle 32 described with reference to FIG. 8 only in that the nozzles 36 and 42 extend beyond the plane of the transition 38 into the fluid oscillator 10 into it. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of another exemplary embodiment of a mixing nozzle 32 of the device according to the invention.
  • the mixing nozzle 32 comprises a first flow channel 44, a second flow channel 46, which surrounds the first flow channel in an annular manner, and a third flow channel 48, which surrounds the second flow channel 46 in an annular manner.
  • the inner flow channel 44 extends through the outlet opening of the flow channel 46 into a mixing chamber 50 in which the fluids supplied via the flow channels 44 to 48 are premixed prior to injection into the fluidic oscillator 10.
  • a mixture of a chemical e.g. two other fluids are premixed in at least one mixing chamber 50 and the mixture is then injected into the fluidic oscillator 10 and a fluidic oscillator assembly 22, respectively.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom wird wenigstens ein fluides Medium über einen Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüst. Es wird auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DOSIERUNG UND EINMISCHUNG WENIGSTENS EINES
FLUIDEN MEDIUMS IN EINEN PROZESSSTROM
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom. An die Dosierung und die nachfolgende Einmischung von Chemikalien in den Papierherstellungsprozess werden besondere Anforderungen gestellt. Dabei können mit einer effizienten Einmischung und einer bedarfsgerechten Dosierung wie beispielsweise einer von der Faserstoffmenge abhängigen Zugabe die Mengen an Chemikalien in erheblichem Umfang reduziert werden.
Zudem erfordern zunehmende Kosten für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien deren möglichst effizienten Einsatz. Dabei sind z.B. die Energiemengen zu berücksichtigen, die für die Erwärmung von Frischwasser für die Auflösung bzw. Verdünnung von Prozesschemikalien erforderlich sind. Eine Erwärmung der Prozesschemikalien auf Stofftemperatur ist erforderlich, um einen thermischen Schock bei der Einmischung zu vermeiden und damit eine effiziente Einmischung in den Stoff und die optimale Wirkung beispielsweise einer Retentionschemikalie zu gewährleisten. Um den Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien sowie auch den Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung in Grenzen zu halten, besteht ein Bedarf an einem möglichst effizienten Verfahren zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom während der Herstellung der Faser- und/oder Vliesstoffbahn. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine möglichst effiziente und kostengünstige Chemikaliendosierung und -einmischung in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, erreicht werden kann. Dabei soll insbesondere eine in Abhängigkeit vom Prozessstrom, beispielsweise in Abhängigkeit von dessen Konsistenz und/oder Ladungszustand, abhängige mengengeregelte Zudosierung insbesondere einer fluiden Prozess- und/oder Funktionschemikalie ermöglicht werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstroms zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein fluides Medium über einen Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüst wird.
Fluidoszillatoren sind als solche bereits bekannt und können insbesondere jeweils eine Düse, eine Mischkammer und Rückströmkanäle umfassen. Fluidoszillatoren oder fluidische Oszillatoren zeichnen sich durch eine selbsterregte Schwingung in ihrem Inneren aus, die sich entweder in einem oszillierenden Freistrahl am Ausgang des Bauteils oder durch ein periodisches Umschalten zwischen zwei diskreten Auslässen äußert. Wird das Bauteil mit einem Fluid beaufschlagt, legt sich der resultierende Strahl automatisch auf einer Seite in der Mischkammer an. Stromabwärts der Mischkammer prallt der Strahl gegen eine Wand und spaltet sich in zwei Ströme auf. Der Hauptstrom verlässt das Bauteil durch einen der Auslässe. Der zweite Strom wird durch einen der sogenannten Rückstromkanäle geleitet und trifft an der Düse auf den Hauptstrom und drückt diesen an die gegenüberliegende Wand in der Mischkammer. Der Prozess verläuft dann spiegelverkehrt ab und der Strahl verlässt das Bauteil durch den anderen Auslass. Anschließend wird der Prozess wird von Neuem initialisiert. Fluidoszillatoren bieten die Möglichkeit einer hohen Durchmischung, ohne dabei den Druck zu erhöhen oder bewegliche Teile einsetzen zu müssen. Sie erzeugen an ihrem Auslass einen periodisch oszillierenden Strahl. Mögliche Ausführungsformen solcher Fluidoszillatoren sind beispielsweise auch in der EP 0 319 594 B1 beschrieben. Durch den Einsatz eines oder mehrerer solcher Fluidoszillatoren ist eine effizientere Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom möglich, womit insbesondere auch die Kosten für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien minimiert werden. Bevorzugt enthält wenigstens ein über einen Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüstes fluides Medium wenigstens eine Chemikalie.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn über wenigstens eine Anordnung aus jeweils wenigstens zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden. Dabei sind die Fluidoszillatoren einer jeweiligen Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander bevorzugt so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.
Indem eine Vermischung der aus den verschiedenen Fluidoszillatoren austretenden Fluidströme stattfindet, wird die Durchmischung weiter optimiert.
Dabei können beispielsweise über wenigstens eine Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in orthogonalen Ebenen verschwenkt werden. Dabei können die beiden Fluidoszillatoren einer entsprechenden Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander beispielsweise so angeordnet werden, dass deren Austrittsstrahlen in einer vertikalen und in einer horizontalen Ebene verschwenkt werden. Diese Anordnung ermöglicht somit das gleichzeitige Austreten von Strahlen in einer vertikalen und einer horizontalen Ebene relativ zueinander, wobei beim Austreten der beiden Strahlen aus den Fluidoszillatoren eine Vermischung der beiden Ströme stattfindet.
Es sind jedoch auch solche Ausgestaltungen des Verfahrens denkbar, bei denen über wenigstens eine Anordnung aus jeweils mehr als zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden. Dabei sind die Fluidoszillatoren relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden über mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessstrom verteilte Fluidoszillatoren und/oder Fluidoszillator-Anordnungen aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst.
Mit einer solchen Ausführung wird der Dosier- und Mischprozess weiter optimiert.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein fluides Medium über eine Kombination aus einer Mischdüse und wenigstens einem Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüst. Dabei kann beispielsweise eine Anordnung von wenigstens zwei Fluidgeneratoren in Kombination mit einer Mischdüse verwendet werden, wobei beispielsweise eine Chemikalie mit einem Trägerfluid vorher vermischt und dann vor der Dosierung auf z.B. einen oder mehrere in einem Winkel zueinander angeordnete Fluidoszillatoren aufgegeben wird. Mittels einer solchen Anordnung kann die zu dosierende Chemikalie beispielsweise vorgemischt in einem Trägerfluid oszillierend in einen weiteren Fluidstrom eingemischt werden. Dabei wird die Mischdüse dem Fluidoszillator bevorzugt vorgeschaltet.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Mischdüse zumindest zwei Fluide zugeführt und in dieser miteinander vermischt und/oder zur Reaktion gebracht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass sie wenigstens einen Fluidoszillator zur Eindüsung wenigstens eines fluiden Mediums in den Prozessstrom umfasst.
Bevorzugt enthält wenigstens ein über einen solchen Fluidoszillator in den Prozessstrom eindüsbares fluides Medium wenigstens eine Chemikalie.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese wenigstens eine Anordnung aus wenigstens zwei Fluid- oszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom. Dabei sind die Fluidoszillatoren einer jeweiligen Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander bevorzugt so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.
Dabei kann die Vorrichtung insbesondere wenigstens eine Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom umfassen, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in orthogonalen Ebenen, beispielsweise in einer horizontalen und einer vertikalen Ebene, verschwenkt werden.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Anordnung aus mehr als zwei Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom, die relativ zueinander insbesondere so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Vorrichtung mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessor verteilte Fluidoszillatoren und/oder Fluidoszillator-Anordnungen aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom umfasst.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese wenigstens eine Kombination aus einer Mischdüse und wenigstens einem Fluidoszillator zur Eindüsung eines fluiden Mediums in den Prozessstrom. Dabei ist die Mischdüse dem Fluidoszillator bevorzugt vorgeschaltet.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Mischdüse zumindest zwei Fluide zuführbar und in der Mischdüse miteinander vermischbar und/oder zur Reaktion bringbar.
Die Mischdüsen können beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies in der DE 10 2010 028 573 A1 oder der DE 10 2010 028 572 A1 beschrieben ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit beispielsweise wenigstens ein fluides Medium und eine fluide Chemikalie in einen Prozessstrom dosiert und eingemischt werden. Bei dem Prozessstrom kann es sich insbesondere um einen fluiden Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, vorzugsweise eines Prozesses zur Herstellung einer Faseroder Vliesstoffbahn handelt. Es kann beispielsweise eine Dosierung eines in einem Verdünnungsmedium verdünnten fluiden Mediums erfolgen, z.B. einer Prozess- oder Funktionschemikalie oder eines Partialfluidstroms in einer Mischdüse gemischt. Anschließend kann das fluide Medium in einen Fluidoszillator geleitet und anschließend in den Prozessstrom, d.h. den weiteren Fluidstrom, dosiert werden. Grundsätzlich kann mittels eines Fluidoszillators oder auch mittels einer Kombination einer Mischdüse und wenigstens eines Fluidoszillators auch lediglich ein Fluid dosiert werden. Die Ausströmung eines Fluidoszillators kann beispielsweise senkrecht oder transversal zur Fluidströmung des Fluidstroms angeordnet sein, in den die Mischung ausströmt. Zudem können auch mehrere Kombinationen aus Mischdüse und Fluid- oszillator beispielsweise um eine Rohrleitung angeordnet sein. Durch die Überlappung des Strahlbildes einzelner Fluidoszillatoren mit dem Strahlbild jeweils benachbarter Fluidoszillatoren kann eine gleichmäßige Querverteilung in den Prozessstrom erreicht werden.
Mittels der Winkeländerung kann so z.B. die Durchdringung des Prozessstromes eingestellt werden. Damit ist es beispielsweise möglich, einen zu dosierenden Partialfluidstrom oder einen Chemikaliendosierstrom in seiner Intensität in der Weise zu beeinflussen, dass dieser den Prozessstrom nicht ganz durchdringt und so den Prozessstrom beispielsweise lediglich bis zur Mitte durchdringt. Mittels der einstellbaren Strahlintensität kann die für die Eindosierung benötigte Energie regelbar eingestellt werden, so dass der Dosierprozess energieeffizient geführt werden kann.
Mittels des Dosierprinzips kann erreicht werden, dass der gesamte Prozessstrom zur Herstellung einer Papier- oder Vliesstoffbahn, beispielsweise einer Faser- oder Vliesstoffsuspension, im Wesentlichen gleichzeitig von der fluiden Prozess- oder Funktionschemikalie durchdrungen und die fluide Prozess- oder Funktionschemikalie dabei mit dem Prozessstrom gemischt wird. Wesentlich ist hierbei, dass die fluide Prozess- oder Funktionschemikalie bereits gleichmäßig verteilt in den Prozessstrom eingemischt wird. Bei der fluiden Chemikalie kann es sich zudem um eine Mischung aus Prozess- und Funktionschemikalie handeln. Zudem kann es sich um einen in einem fluiden Medium suspendierten Feststoff wie z.B. um eine Füllstoffslurry handeln. Die Austrittsdüsen des Fluidoszillators können insbesondere in der Weise angeordnet sein, dass diese wenigstens einen Teil eines Kreisbogens (Bogenlänge) auf einer zylindrischen, gekrümmten Oberfläche, beispielsweise einer Rohrleitung, abdecken, wobei bei mehreren nebeneinandergeordneten Öffnungen jeweils ein Kreissegment durch jeweils eine Düsenanordnung abgedeckt sein kann und somit eine komplette ringförmige Anordnung um den zylindrischen Umfang eines Rohres durch eine entsprechende Anzahl von Düsenanordnungen (Fluidoszillatoren) gegeben ist. Auf diese Art können die Dosierströme sehr effizient mit dem gesamten Prozessstrom vermischt werden.
Bei einem jeweiligen Partialstrom kann es sich beispielsweise um einen Teil des Prozessstromes selbst handeln. Es kann sich dabei jedoch beispielsweise auch um andere Prozessströme, wie z.B. Siebwasser, oder Filtrate, wie Klarfiltrat oder Superklarfiltrat oder auch Frischwasser, so z.B. Warmwasser, handeln.
Bei der zu dosierenden Chemikalie kann es sich beispielsweise um ein Retentionsmittel handeln, beispielsweise um Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidamin-Harze, PolyDADMAC, Polyvinylamin (PVAm) oder Polyethylenoxid (PEO). Zudem kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie beispielsweise auch um ein Mikropartikel bzw. Nanopartikel handeln, z.B. um Betonit oder ein Silikat.
Ferner kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie um Stärke oder ein Biozid, oder z.B. um einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln.
Weiter kann es sich bei der Chemikalie um Neutralleimungsmittel wie z.B. AKD (Alkylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid) handeln.
Bei der zu dosierenden Chemikalie kann es sich generell um alle insbesondere bei der Papierherstellung eingesetzten Chemikalien und Additive handeln, die in eine fluide Form (Lösung, Dispersion oder Suspension) gebracht werden können. Daneben kann mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auch ein Gas neben einem Fluidstrom oder mehreren weiteren Fluidströmen dosiert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zuführungseinrichtung beispielsweise des Partialfluidstroms oder des Chemikaliendosierstroms ist dabei zweckmäßigerweise so hoch zu wählen, dass sich keine Ablagerungen bilden können. Die Strömungsgeschwindigkeit kann sich dabei insbesondere im Bereich von 0,05 bis 20 m/s, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 m/s und besonders im Bereich von 0,1 bis 5 m/s bewegen.
Eine jeweilige Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator ist mit Vorteil insbesondere auch zur Erzeugung einer Fällungsreaktion mit anschließender Dosierung einsetzbar.
Dabei ist die Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator nicht auf die ausschließliche Dosierung von flüssigen, fluiden Chemikalien beschränkt. So können in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator neben flüssigen, fluiden Chemikalien auch ein Gas, wie z.B. CO2 und z.B. Kalkhydrat, z.B. als Suspension (Kalkmilch, Aufschlämmung von Kalziumhydroxid 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 bei zunehmender Temperatur verringert. Vorzugsweise wird deshalb eine Kalkmilchsuspension eingesetzt, die dann eine wesentlich höhere Konzentration von z.B. 30 bis 150 g/l an Ca(OH)2 aufweist. Es kann beispielsweise auch eine hochreine wässrige Lösung aus Kalkhydrat eingesetzt werden und in dem, mittels der Misch-/Reaktions-/Düsenanordnung, bereitgestellten Mischraum mit CO2 zur Reaktion gebracht werden. Es kann beispielsweise auch ein kohlensaures Wasser in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator 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. Denkbar ist beispielsweise auch, die Gebrauchskonzentration direkt in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator vor dem Kontakt mit dem CO2 durch die Einmischung eines weiteren Verdünnungsfluids in einer vorgeschalteten Mischzone einzustellen.
Bei der Verwendung von Kalkmilch kann es auch von Vorteil sein, wenn in der Zuführung zur Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator ein Filter vorgeschaltet ist, damit unlösliche Bestandteile zurückgehalten werden, um Verstopfungen des Dosiersystems auszuschließen. Bei der Dosierung von Kalkwasser kann auf Filter verzichtet werden. Bei der Verwendung von Kalkmilch sollte die Strömungsgeschwindigkeit zweckmäßigerweise 1 ,0 m/s nicht unterschreiten und vorzugsweise größer 1 ,5 m/s gewählt werden. Insbesondere bei größeren Leitungslängen bzw. Zuführungen zur Düsenanordnung größer als 20 m ist die Dosierung der Kalkmilch aus einem Ringleitungssystem von Vorteil, um Ablagerungen im Leitungssystem zu vermeiden.
Bei der Verwendung einer Kalkhydrat-Suspension (Kalkmilch) werden besondere Anforderungen an die Kornverteilung und die Korngröße gestellt, da diese Parameter die Reaktionsfähigkeit der Kalkmilch wesentlich beeinflussen. Die Korngrößenverteilung sollte möglichst homogen sein, um die bei der Reaktion mit Kohlendioxid erreichte Ausfällung an Kalziumcarbonat effizient ablaufen zu lassen. Eingesetzt werden kann insbesondere ein Kalkhydrat Ca(OH)2, dessen homogenes Kornspektrum aus vielen kleinen Partikeln besteht, da die Reaktionsgeschwindigkeit im Wesentlichen von der Partikelgröße beeinflusst wird. Bevorzugt kommt es in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator zu einer Fällungsreaktion, z.B. durch die Reaktion von Kalkmilch und Kohlendioxid, wobei das so erzeugte gefällte Kalziumcarbonat mittels eines weiteren Fluidstroms (Injektionsstroms) oder der vorzugsweise wässrigen Phase der Kalkmilch in den Prozessstrom dosiert werden kann. Mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator können dabei gleichzeitig die Fällungsreaktion und die Dosierung in den Prozessstrom erfolgen.
Von Vorteil zudem, wenn eine Zusammenführung der jeweiligen Reaktionspartner in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator erfolgt und damit wenigstens eine Mischzone ausgebildet wird, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Bei der Applikation von CO2 kann die Ausführung einer möglichen Zusammenführung in der Reaktions-Mischzone aus einer Vielzahl von Bohrungen mit einem vorzugsweise relativ kleinen Durchmesser ausgeführt sein.
Bevorzugt erfolgt die (primäre) Fällungsreaktion des Kalziumcarbonats außerhalb des Prozessstroms oder des konstanten Teils der Papiermaschine in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator, so dass durch die Wahl des Injektionsmediums der Prozess der Fällungsreaktion beeinflusst werden kann.
Bei der Wahl eines Prozesswassers, das keine Faserbestandteile enthält, z.B. gefiltertes Filtrat oder Filtrat bzw. Frischwasser, kann aufgrund der Fällungsreaktion in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator Kalziumcarbonat bereitgestellt werden, das in einen Prozessstrom dosiert wird. Bei der Verwendung der Faserstoffsuspension selbst, beispielsweise eines Partialfluidstroms als Injektionsstrom, kann die Fällungsreaktion auf den im Partialfluidstrom enthaltenen Faserstoff bereits in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator erfolgen. Mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator können beispielsweise die folgenden verschiedenen Applikationsformen von Kalziumcarbonat bereitgestellt werden:
1 ) Der Dosierung eines in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auf die Faser des Partialfluidstroms gefällten Kalziumcarbonats (bei der Verwendung eines Teilstoffstroms der Faserstoffsuspension als Injektionsstrom).
2) Dosierung eines gefällten Kalziumcarbonats mittels der Kombination aus
Mischdüse und Fluidoszillator bei der Verwendung eines faserstofffreien Injektionsstroms (Filtrat, gefiltertes Flotat oder Frischwasser).
3) Verwendung der Kalkmilch-Suspension selbst als Injektionsstrom ohne weiteres Fluid und gleichzeitige Reaktion der Kalkmilch mit dem CO2 in der Misch- (Reaktions-)Zone der Kombination aus Mischzone und Fluidoszillator unmittelbar vor der Dosierung.
Es können beispielsweise auch der pH-Wert oder andere Parameter wie z.B. die Temperatur des Injektionsfluids hinsichtlich des Erreichens optimaler Fällungsbedingungen in einer der Fällungsreaktion vorgeschalteten Mischzone derselben Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator eingestellt werden.
Vorteilhafterweise findet eine Reaktion des Kohlendioxids und der Kalkmilch außerhalb des Prozessstroms, vorzugsweise in einem Partialstrom der Faserstoffsuspension, bereits in der Misch-Reaktions-/Düsenanordnung statt. Das so bereits in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auf die Fasern der Suspension des Partialstroms ausgefällte Kalziumcarbonat (Primärreaktion) wird dann in den Prozessstrom dosiert. Die Reaktion der Kalkmilch und des Kohlendioxids in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator kann dabei durch die Änderung der Einmischbedingungen wesentlich selektiver erfolgen, als dies im Prozessstrom selbst möglich ist. So kann z.B. die Blasengröße und die Anzahl der Gasblasen des Kohlendioxids mittels der Bohrungsdurchmesser und der Anzahl der Bohrungen in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator (Mischzone) eingestellt werden. Während der Primärreaktion in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator nicht umgesetzte Kalkmilch, bzw. nicht in Reaktion gebrachtes CO2, kann dann während der Sekundärreaktion im Prozessstrom vollständig miteinander reagieren. Durch die Geometrie der Kommunikation aus Mischdüse und Fluidoszillator kann die notwendige Reaktionszeit erheblich reduziert werden, so dass die eigentliche primäre Umsetzung (Primärreaktion) bereits in weniger als 3 s, vorzugsweise weniger als 1 s, abgeschlossen ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Fällungsreaktion mittels der Größe der Gasblasen gesteuert und die Effizienz gesteigert werden.
Durch die Zerlegung in einen mehrstufigen Reaktionsprozess kann die Effizienz der Umsetzung von Kalkmilch und CO2 erheblich gesteigert werden. Ferner kann die Homogenität des gefällten Kalziumcarbonats durch die Geometrie der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator und der Mischungsparameter eingestellt werden. Damit kann die Kristallstruktur des gefällten Kalziumcarbonats hinsichtlich der geforderten Papiereigenschaften, z.B. hinsichtlich der Opazität und der Lichtstreuung und des Bulks etc., beeinflusst werden. Mittels eines entsprechend mehrstufigen Verfahrens wird zudem eine gleichmäßigere Verteilung des gefällten Kalziumcarbonats auf dem Faserstoff erreicht, womit die optischen Eigenschaften und die Retention des so eingebrachten Kalziumcarbonats 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 einer beispielhaften Ausführungsform eines Fluidoszillators einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung aus drei
Fluidoszillatoren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren in Umfangsrichtung um den Prozessstrom verteilten Fluidoszillator-Anordnungen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Kombination aus einer Mischdüse und einem Fluidoszillator einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer mit einer Absperreinrichtung versehenen Mischdüse einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines Fluidoszillators 10 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstroms 12 (vgl. auch Fig. 4). Der Fluidoszillator 10 umfasst eine Düse 14, eine Misch- und/oder Reaktionskammer 16 sowie Rückströmkanäle 18.
Der Fluidoszillator 10 zeichnet sich durch eine selbsterregte Schwingung in seinem Inneren aus, die sich in einem oszillierenden Freistrahl an seinem Auslass 20 äußert.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Anordnung 22 aus zwei Fluidoszillatoren 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in orthogonalen Ebenen 26, 26', hier beispielsweise in einer horizontalen und einer vertikalen Ebene verschwenkt werden.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Anordnung 22 aus drei Fluidoszillatoren 10 zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom 12, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in drei unterschiedlichen Ebenen 26, 26', 26" verschwenkt werden.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren in Umfangsrichtung um den Prozessstrom 12 bzw. ein diesen Prozessstrom 12 führendes Rohr 28 verteilten Fluidoszillator-Anordnungen 22. Dabei umfassen die Fluidoszillator-Anordnungen 22 im vorliegenden Fall beispielsweise jeweils zwei Fluidoszillatoren 10 zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom 12, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in orthogonalen Ebenen verschwenkt werden.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Kombination aus einer Mischdüse 32 und einem Fluidoszillator 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Fluidoszillator 10 umfasst denselben Aufbau wie der anhand der Fig. 1 bereits beschriebene Fluidoszillator, wobei einander entsprechenden Teilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind. Die Mischdüse 32 umfasst im Wesentlichen zwei Düsen 34, 36, die ein erstes Fluid 1 und ein zweites Fluid 3 in den Fluidoszillator 10 eindüsen. Wie anhand der Fig. 5 zu erkennen ist, liegen die Austrittsöffnungen der beiden Düsen 34, 36 im vorliegenden Fall beispielsweise in einer Ebene, wobei die Austrittsöffnung der Düse 36 innerhalb der Austrittsöffnung der Düse 34 liegt.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung nochmals eine Mischdüse 32 der Art, wie sie bereits anhand der Fig. 5 beschrieben wurde. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet. Der Übergangsbereich zum (hier nicht mehr dargestellten) Fluidoszillator 10 ist in der vorliegenden Darstellung mit 38 bezeichnet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem ersten Fluid 1 beispielsweise um einen Partialfluidstrom und bei dem zweiten Fluid 3 beispielsweise um einen Chemikaliendosierstrom handeln. Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der in der Fig. 6 dargestellten Mischdüse 32 nur dadurch unterscheidet, dass sich die Düse 36 für das zweite Fluid 3 durch die Düsenöffnung der Düse 34 hindurch in den (nicht gezeigten) Fluidoszillator 10 erstreckt. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zusätzlich zu den Düsen 34 und 36 zur Eindüsung des beispielsweise durch einen Partialfluidstrom gebildeten Fluids 1 und des beispielsweise durch einen Chemikaliendosierstrom gebildeten Fluids 3 in den (nicht gezeigten) Fluidoszillator 10 weitere Düsen 40, 42 zur Eindüsung eines beispielsweise durch einen Partialfluidstrom gebildeten weiteren Fluids 2 bzw. eines beispielsweise durch einen Chemikalienstrom 4 gebildeten weiteren Fluids 4 in den Fluidoszillator 10 umfasst. Dabei liegen die Austrittsöffnungen sämtlicher Düsen 34, 36, 40, 42 in einer Ebene im Bereich des Übergangs zum Fluidoszillator 10.
Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32, die sich von der anhand der Fig. 8 beschriebenen Mischdüse 32 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die Düsen 36 und 42 sich über die Ebene des Übergangs 38 hinaus in den Fluidoszillator 10 hineinerstrecken. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Mischdüse 32 umfasst einen ersten Strömungskanal 44, einen zweiten Strömungskanal 46, der den ersten Strömungskanal ringförmig umgibt, sowie einen dritten Strömungskanal 48, der den zweiten Strömungskanal 46 ringförmig umgibt. Der innere Strömungskanal 44 erstreckt sich durch die Austrittsöffnung des Strömungskanals 46 hindurch in eine Mischkammer 50, in der die über die Strömungskanäle 44 bis 48 zugeführten Fluide vor einer Eindüsung in den Fluidoszillator 10 vorgemischt werden. Dabei kann beispielsweise eine Mischung aus einer Chemikalie und z.B. zweier anderer Fluide in wenigstens einer Mischkammer 50 vorgemischt werden und die Mischung anschließend in den Fluidoszillator 10 bzw. eine Fluidoszillator-Anordnung 22 eingedüst werden.
Weitere denkbare Mischdüsen sind beispielsweise in der DE 10 2010 028 572 A1 beschrieben. Bezugszeichenliste
1 Fluid, Partialfluidstrom
2 Fluid, Partialfluidstrom
3 Fluid, Chemikaliendosierstrom
4 Fluid, Chemikalienstrom
10 Fluidoszillator
12 Prozessstrom
14 Düse
16 Misch- und/oder Reaktionskammer
18 Rückströmkanal
20 Auslass
22 Fluidoszillator-Anordnung
24 Austrittsstrahl
26 Ebene
26' Ebene
26" Ebene
28 Rohr
30 Kombination
32 Mischdüse
34 Düse
36 Düse
38 Übergang
40 Düse
42 Düse
44 erster Strömungskanal
46 zweiter Strömungskanal
48 dritter Strömungskanal
50 Mischkammer
52 Absperreinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom (12), bei dem wenigstens ein fluides Medium über einen Fluidoszillator (10) in den Prozessstrom (12) eingedüst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein über einen Fluidoszillator (10) in den Prozessstrom (12) eingedüstes fluides Medium wenigstens eine Chemikalie enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über wenigsten eine Anordnung (22) aus jeweils wenigstens zwei Fluidoszillatoren (10) fluide Medien in den Prozessstrom (12) eingedüst werden, wobei die Fluidoszillatoren (10) einer jeweiligen Fluidoszillator-Anordnung (22) relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in unterschiedlichen Ebenen (26, 26', 26") verschwenkt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über wenigstens eine Anordnung (22) aus zwei Fluidoszillatoren (10) fluide Medien in den Prozessstrom (12) eingedüst werden, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in orthogonalen Ebenen (26, 26') verschwenkt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über wenigstens eine Anordnung (22) aus jeweils mehr als zwei Fluidoszillatoren (10) fluide Medien in den Prozessstrom (12) eingedüst (24) werden, die relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in unterschiedlichen Ebenen (26, 26', 26") verschwenkt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessstrom (12) verteilte Fluidoszillatoren (10) und/oder Fluidoszillator-Anordnungen aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren (10) fluide Medien in den Prozessstrom (12) eingedüst werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein fluides Medium über eine Kombination (30) aus einer Mischdüse (32) und wenigstens einem Fluidoszillator (10) in den Prozessstrom (12) eingedüst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischdüse (32) dem Fluidoszillator (10) vorgeschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mischdüse (32) zumindest zwei Fluide zugeführt und in dieser miteinander vermischt und/oder zur Reaktion gebracht werden.
10. Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom (12), insbesondere zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Fluidoszillator (10) zur Eindüsung wenigstens eines fluiden Mediums in den Prozessstrom (12).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens ein Fluidoszillator (10) zur Eindüsung eines fluiden Mediums in den Prozessstrom (12) dient, das wenigstens eine Chemikalie enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung wenigsten eine Anordnung (22) aus wenigstens zwei Fluidoszillatoren (10) zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom (12) umfasst, die relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in unterschiedlichen Ebenen (26, 26', 26") verschwenkt werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung wenigstens eine Anordnung (22) aus zwei Fluidoszillatoren (10) zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom (12) umfasst, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in orthogonalen Ebenen (26, 26') verschwenkt werden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung wenigstens eine Anordnung (22) aus mehr als zwei Fluidoszillatoren (10) zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom (12) umfasst, die relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet sind, dass deren Austrittstrahlen (24) in unterschiedlichen Ebenen (26, 26', 26") verschwenkt werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessstrom (12) verteilte Fluidoszillatoren (10) und/oder Fluidoszillator-Anordnungen (22) aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren (10) zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom (12) umfasst.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung wenigstens eine Kombination aus einer Mischdüse (32) und wenigstens einem Fluidoszillator (10) zur Eindüsung eines fluiden Mediums in den Prozessstrom (12) umfasst.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischdüse (32) dem Fluidoszillator (10) vorgeschaltet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mischdüse (32) zumindest zwei Fluide zuführbar und in der Mischdüse (32) miteinander vermischbar und/oder zur Reaktion bringbar sind.
19. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 9, zur Durchführung einer Fällungsreaktion zur Bildung von Kalziumkarbonat und Dosierung des gefällten Kalziumkarbonats in den Prozessstrom (12).
20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 18, zur Durchführung einer Fällungsreaktion zur Bildung von Kalziumkarbonat und Dosierung des gefällten Kalziumkarbonats in den Prozessstrom (12).
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