NO323530B1 - Anordning og fremgangsmate for a ventilere en vaeske med gass - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en prosess for lufting av en væske med gass, spesielt for anvendelse i prosesser for separering av urenheter fra suspensjoner ved hjelp av fiotasjon, dekking av innsprøyting av væsker med en dyse inn i et gassvolum, så vel som en anordning for utlufting av en væske med gass, spesielt for anvendelse i anlegg og utstyr for utskilling av urenheter fra en suspensjon ved fiotasjon, dekking av en trykkbeholder for væsken og et gassvolum over den, med en trykkforbindelse for gassen i den øvre delen av trykkbeholderen og en dyse gjennom hvilken det kan innsprøytes væske inn i den.

Fiotasjon er en fysikalsk-mekanisk prosess for fjerning av urenheter fra suspensjoner. Denne prosessen krever at det dannes gassbobler i en egnet lengde og størrelsesdistribusjon. Hydrofobe eller "vannfaste" stoffer bæres til overflaten av væsken med gassboblene festet til seg og kan fjernes derfra sammen med skummet. Prosesser av dette slaget er kjent for eksempel fira DE 41 16 816 C2, og har nådd en høy teknisk standard. Selvoverkokende innsprutningspumper brukes ofte for å lage gassboblene og blande dem inn i suspensjonen. Her vil strømningen av suspensjonen lages med urenheter som kommer ut fra en dyse danne negativt trykk og suge inn gass som blandes med suspensjonen som et resultat av pulsutvekslingen mellom gass og væske. En anordning av denne typen er beskrevet for eksempel i DE 34 12 431 Al.

Et spesielt problem i flotasjonsprosessen er hvordan man tilgjengeliggjør væsken mettet med gass og i hvilken gassboblene så skal dannes i. I EP 7S9 672 Al er det beskrevet en anordning der trykksatt væske sprøytes inn i toppdelen av en trykkbeholder gjennom en dyse, mens denne toppdelen er full av trykksatt gass. Her er væsken kun i kontakt med gassen i et kort tidsrom slik at svært lite gass innføres inn i væsken og det dannes for lite turbulens. Som et resultat av dette må typisk væsken sirkuleres flere ganger eller det trengs høyere metningstrykk, hvilket fører til høyere energiforbruk og det kreves høyere energitilgang i det påfølgende flotasjonstrinnet. I tillegg kan også gassbobler tømmes ut i utstrømningen av en mettet væske, som drastisk reduserer effektiviteten til den påfølgende flotasjonen.

Videre er det kjent fra AT 407 844 en prosess for utlufting av dispersjoner med flotasjonstanker med en fri suspensjonsoverflate der skummet separeres fra overflaten ved utstrømning. Også DE 198 45 536 viser en prosess der gass blandes med væsken. Som gass anvendes fordelaktig luft som løses opp i væsken. På grunn av den eksisterende høye strømningshastigheten kan kun en liten del av den tilgjengelige luften faktisk løses opp. Videre suges ikke luften inn fra et volum under trykk, slik at i tillegg er oppløseligheten av gassen/luften kun liten. DE 40 29 982 viser et par variasjoner av dyser der spesielle lengderetninger, som gjennomhullede rør anvendes for bedre fordeling av luften i suspensjonen. Ved en slik konstruksjon skapes et tilleggstrykkfall på gass-siden som fører til en svært redusert løselighet i væsken. Innsugingen av gass/luft av væsken er også sterkt påvirket av denne spesielle fordelingsinnretningen. Hvis væsken er en fibersuspensjon kan blokkering av hullene/boringene oppstå i tillegg.

US 4210534 beskriver en fremgangsmåte for ventilering av en væske med en gass der gassvolumet suges inn i væsken ved hjelp av vakuumet som oppstår når væsken sprutes inn. Gassen bæres videre og blandes sammen med væsken.

Formålene med den foreliggende oppfinnelsen er således å finne en prosess og en anordning for å mette en væske med en gass med svært forbedret masseoverføring, mens man oppnår at man kommer adskillig nærmere den maksimale graden av metning.

For å oppnå dette formålet, frembringer oppfinnelsen en prosess der en del av gassvolumet suges inn av vakuumet som skapes av den innsprøytede væsken, bæres sammen med væsken og blandes godt med væsken samtidig. For å oppnå en maksimal masseoverføring, er væskefasen med et stort overflateareal for masseoverføring således ledet inn med så mye turbulens som mulig.

Gassen kan suges enkelt inn i væsken hvis væsken uttømmes fira dysen ifølge "open jet"-prinsippet.

Det skapes høy turbulens hvis det frembringes store mengder luft som sirkuleres, ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen utføres denne prosessen ved ladeluft på "air chargés" på 80-170 %, fortrinnsvis over 100 %.

Det er en fordel hvis gassboblene som kommer ut etter blandingen, resirkuleres til gassvolumet.

For å oppnå formalet beskrevet ovenfor, er anordningen ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at dysen er forbundet med toppen av en innsprutningsanordning montert på innsiden av trykkbeholderen, der innsprutningsanordningen stikker frem inn i den nedre delen av trykkbeholderen som rommer væsken, og toppen av innsprutningsanordningen er forbundet til toppdelen av trykkbeholderen, som inneholder gassvolumet.

Hastigheten og turbulensen i blandingsområdet kan økes ytterligere hvis tverrsnittsarealet av en endedel av innsprutningsanordningstoppen minsker i retning av strømningen.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for ventilering av en væske med gass, spesielt for anvendelse i prosesser for separering av urenheter fra suspensjoner ved hjelp av fiotasjon og dekking av injeksjonen av væske gjennom en dyse inn i et gassvolum over et væskevolum. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at gassvolumet trykksettes og en del av volumet av gassvolumet suges inn av vakuumet over væsken som oppstår fra en dyse som fører inn i toppen av en innsprutningsinnretning montert inne i trykkbeholderen. Denne blir så transportert sammen med væsken, derved blir den nøye blandet med væsken og ført med sammen med væsken. Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 5.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en anordning for ventilering av en væske

med gass, spesielt for anvendelse i anlegg eller utstyr for separering av urenheter fra en suspensjon ved fiotasjon, omfattende en trykkbeholder for væsken og et gassvolum over den, med en trykkforbindelse for gassen i den øvre delen av trykkbeholderen og en dyse gjennom hvilken det injiseres væske. Anordningen er kjennetegnet ved at dysen fører inn til toppen av en innsprutningsinnretning montert på innsiden av trykkbeholderen, der innsprutningsinnretningen stikker fram inn i den nedre delen av trykkbeholderen som holder væsken, og toppen er forbundet til toppdelen av trykkbeholderen, som inneholder gassvolumet. Fordelaktige utførelsesformer av anordningen fremgår av de uselvstendige kravene 7 til 13.

Ifølge en fordelaktig utførelsesform, kan oppfinnelsen også frembringe et blandingsrør med et stort sett konstant tverrsnitt som monteres umiddelbart i tilslutning til toppen av innsprutningsanordningen.

Ifølge en ytterligere utførelsesform, kan en spreder med et tverrsnittsareal som øker i strømningsretningen støte opp til innsprutningsanordningstoppen eller blandingsrøret.

I en fordelaktig konfigurasjon støter et avløpsrør/utsugningsrør for væsken mettet med gass opp mot sprederen, og i det minste dette avløpsrøret er neddykket i væsken.

Her genererer væskestrømningen som tømmes ut fra jet-driftdysen ifølge "open jet"-prinsippet, et vakuum som anvendes til å suge inn luften i toppen av den mettede trykksatte tanken (3 to 10 bar). I blandingsrøret, blandes luft og væske godt og den påfølgende spredning anvendes for energigjenvinning. Til slutt innføres bobledisper-sjon ved basisen av den mettede sylindertanken, således anvendes hele væskenivået for masseoverføring. Gassboblene som stiger opp samles i den øvre delen (toppen, "head") av den mettede tanken, der luften suges inn igjen, og således forårsaker at gassen sirkulerer.

For å fordele jevnere ut energien i væskestrømningen etter blanding av væske og gass, kan en radiell spreder nedsunket i væsken monteres bak sprederen eller utsugningsrøret.

Separasjon av ikke-oppløste gassbobler gjøres mulig ifølge oppfinnelsen av en stort sett sylindrisk strupeskive, som i det minste omgår bunnen av diffuserinnretningen, avløpsrøret/utsugingsrøret eller radielle diffusersektorer nedsunket i væsken, og der strupeskiven starter ved basisen av trykkbeholderen.

I en fordelaktig konfigurasjon er utgangspunktet for væsken mettet med gass og forlater trykkbeholderen anbragt under toppkanten av strupeskiven.

Oppfinnelsen skal nå forklares mer detaljert i den følgende beskrivelsen som henviser til utformingseksempler vist på tegningene. Her viser fig. 1 et skjematisk riss av et flotasjonsanlegg ifølge oppfinnelsen, fig. 2 og 3 viser innretninger for ventilering/ utlufting av en væske ifølge oppfinnelsen, også som et skjematisk riss.

Fig. 1 er et skjematisk riss av et flotasjonsanlegg med en innretning 4 for ventilering av væske med gass. Flotasjonscellen 6 er stort sett fylt med en suspensjon 5 på hvilken overflate det dannes skum 7 som inneholder så mye som mulig av de faste partiklene som skal fjernes ved fiotasjon. En avskumningsinnretning 18 bringer skummet til skumkanal 8 der det renner av som flotat F.

En del av det klare vannet K, i form av en resirkuleirngsstrøm, økes til det ønskede metningstrykket mellom 3 og 10 bar ved anvendelse av hjelpepumpen 1 og mates til metningstanken 2 ifølge oppfinnelsen. Luft fra det omgivende området komprimeres til det ønskede metningstrykket av en kompressor 3, etter hvilket det også mates til metningstanken 2, som er spesielt utformet for å øke graden av metning, og løses opp i væsken ved hjelp av intensiv masseoverføring. Det hydrauliske fluidet med et trykk som er økt til metningspunktet går så inn i en ekspansjonstilpasning for trykkreduksjon og mates sammen med innstrømningen Z inneholdende faste stoffer og muligens med flotasjonsmidler C tilsatt, til flotasjonscellen 6 der flotasjonsprosessen finner sted. De svært små gassboblene som har blitt dannet som et resultat av trykkekspansjonen kleber seg til de hydrofobe faste stoffene og bærer dem til overflaten. Suspensjonen som har blitt renset ved fiotasjon forlater flotasjonscellen som klarvann K.

Fig. 2 viser innretningen ifølge oppfinnelsen for luftmetmngsgraden. Trykkbeholderen 9 er stort sett fylt med væske, der luften L som kreves for økning av graden av mettethet økes til det ønskede metningstrykket ved anvendelse av en kompressor og går inn i luft-kammeret ved toppen av trykkbeholderen. Trykkbeholderen inneholder en selvfyllende irmspratningsinnretning 10 utformet for ekstreme sugeforhold fordi luft er oppløst i

vann ifølge Henry's lov og fungerer mest effektiv i et boblesystem på grunn av de dårlige oppløsningsegenskapene til luft i vann. I den foreliggende innretningen blandes luften inn i væskefasen i form av mikrobobler av den selvfyllende innsprutningsinnretningen 10 utformet for ekstreme sugeforhold (SO til 170 %). Driften av innsprutningsinnretningen 10 ved høye luftmengder (80 til 170 %) av fortrinnsvis >100 % betyr at mer gass suges inn enn det innføres væske. På grunn av den store mengden av sirkulert luft som dette produserer, er det ekstrem turbulens i væskefasen, så vel som et stort masseoverføringsareal som fører til en svært forbedret grad av mettethet sammenlignet med eksisterende systemer. Prosessen tillater høye grader av mettethet med luft, selv ved lave trykk, og tillater således energisparinger eller reduserer væsketilbakeholdstiden i metningstanken, det vil si at mindre anordninger kan bygges.

Deretter utføres gass/væskedispersjonen gjennom et rør 14 til bunnen av trykkbeholderen, der en radiell diffuser IS fordeler den over tverrsnittet av det sylindriske indre kammeret 16. Gassboblene som således dannes, stiger opp gjennom den omgivende væsken til overflaten, under hvilket luft samles ved toppen av trykkbeholderen for å resirkuleres. Således trenger kun den oppløste luften å økes til metningstrykket i kompressoren og tilsettes igjen. Den trykksatte væsken D bragt opp til metningspunktet forlater trykkbeholderen for å fjerne eventuelt gjenværende gassbobler ved bunnen av det ytre kammeret 17. Siden bobledispersjonen innføres ved bunnen av det sylindriske indre kammeret, er det i tillegg mulig å fjerne ikke-oppløste gassbobler fra den mettede væsken. Som et resultat av dette kan det påfølgende flotasjonstrinnet kjøres optimalt.

Fig. 3 viser et skjematisk riss av en selvfyllende innsprutningsinnretning 10. Den består hovedsakelig av en dri<y>jet-dyse 11, blandings- eller pulsutvekslingsrør 12 og diffuser-innretning 13. Driwæsken T økt til drifttrykket akselereres i drivjet-dysen 11. Væske-strømningen 19 som kommer ut fra drivjet-dysen 11 genererer et vakuum ved spredning ifølge det åpne jetprinsippet, og dette vakuumet brukes for å suge inn luften R. I blandingsrøret 12, blandes luften med drivjet-væsken, under hvilket det dannes fine gassbobler og det er allerede intensiv maskeoverføring ved høy turbulens. Diffuserinnretningen 13 anvendes for energigjenvinning. Gass-væskedispersjonen transporteres i et rør 14 så langt som den radielle diffuserinnretningen 15, som fordeler bobledispersjonen B som suges ut.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for ventilering av en væske med gass, spesielt for anvendelse i prosesser for separering av urenheter fra suspensjoner ved hjelp av fiotasjon, dekking av injeksjonen av væske gjennom en dyse inn i et gassvolum over et væskevolum, karakterisert ved at gassvolumet trykksettes og en del av volumet av gassvolumet suges inn av vakuumet over væsken som oppstår fra en dyse som fører inn i toppen av en innsprutningsinnretning montert inne i trykkbeholderen, og blir transportert sammen med væsken, derved blir den nøye blandet med væsken og ført med sammen med væsken.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken kommer ut fra dysen ifølge det åpne jetprinsippet.

3. Prosess ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at prosessen utføres med luftmengder på 80 til 170 %, fortrinnsvis over 100 %.

4. Prosess ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at gassboblene som kommer ut etter blandingen blir resirkulert til gassvolumet.

5. Prosess ifølge krav 5, karakterisert ved at overtrykket i gassvolumet er mellom 3 og 10 bar.

6. Anordning for ventilering/utlufting av en væske med gass, spesielt for anvendelse i anlegg eller utstyr for separering av urenheter fra en suspensjon ved fiotasjon, omfattende en trykkbeholder for væsken og et gassvolum over den, med en trykkforbindelse for gassen i den øvre delen av trykkbeholderen og en dyse gjennom hvilken det injiseres væske, karakterisert ved at dysen (11) fører inn til toppen av en innsprutningsinnretning (10) montert på innsiden av trykkbeholderen (2), der innspmtoin<g>sirinretningen (10) stikker fram inn i den nedre delen av trykkbeholderen (2) som holder væsken, og toppen er forbundet til toppdelen av trykkbeholderen (2), som inneholder gassvolumet.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at tverrsnittsarealet av en endedel av toppen av inspnitningsinnretningen (10) reduseres i retning av strålen.

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at et blandingsrør (12) med et stort sett konstant tverrsnitt er anordnet tilsluttende til toppen av innsprutningsinnretningen (10).

9. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 8, karakterisert ved at diffuserinnretningen (13) har et tverrsnittsareal som øker i retning av strålen tilsluttende toppen eller blandingsrøret (12).

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at et avløpsrør (14) for væsken mettet med gass er tilgrensende diffuserinnretningen (13), der i det minste dette avløpsrøret (14) er nedsunket i væsken.

11. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 9 eller 10, karakterisert ved at en radiell diffuser (15) nedsunket i væsken monteres bak diffuserinnretningen (13) eller avløpsrøret (14).

12. Anordning ifølge kravene 10 eller 11, karakterisert ved at en stort sett sylindrisk strupeskive, som omgir i det minste den nedre del av diffuserinnretningen (13), avløpsrøret (14) eller radielldiffuserens (15) sektorer nedsunket i væsken, og der strupeskiven starter ved bunnen av trykkbeholderen (2).

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at utløpet for væsken mettet med gass fra trykkbeholderen (2) er anbragt under den øverste kanten under strupeskiven.