PL199064B1 - Sposób i urządzenie do oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji oraz urządzenie do wytwarzania pęcherzyków gazu w nasyconej gazem cieczy - Google Patents

Abstract

Sposób oddzielania substancji szkodliwych z za- wiesin w drodze flotacji obejmuje napowietrzanie cie- czy gazem a z do nasycenia i nast epuj ace potem rozprezanie nasyconej gazem cieczy z utworzeniem p echerzyków gazu. Aby zapewni c lepsze warunki dla osi agni ecia optymalnej wielko sci i ilo sci p echerzyków gazu w zawiesinie, czyni ac sposób bardziej efektyw- nym, rozprezanie nasyconej gazem cieczy przepro- wadza si e oddzielenie i przed wprowadzeniem cieczy, zawieraj acej p echerzyki gazu, do zawiesiny z sub- stancjami szkodliwymi. Urz adzenie do oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji, zawieraj ace co najmniej urz adzenia do napowietrza- nia cieczy gazem a z do nasycenia, do nast epuj acego potem rozprezania nasyconej gazem cieczy z utwo- rzeniem p echerzyków gazu, do wprowadzania cieczy wraz z p echerzykami gazu do zawiesiny i komory flotacyjnej, charakteryzuje si e tym, ze urz adzenie (4) do rozpr ezania cieczy jest usytuowane oddzielnie wzgl edem urz adzenia (2) do wprowadzania cieczy wraz z p echerzykami gazu do zawiesiny i wzgl edem komory flotacyjnej (6). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji oraz urządzenie do wytwarzania pęcherzyków gazu w nasyconej gazem cieczy.

Flotacja rozprężeniowa jest fizyczną metodą oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin. Metoda ta jest związana z wytwarzaniem pęcherzyków gazu w odpowiedniej ilości i o właściwym rozkładzie wielkości. Substancje hydrofobowe lub hydrofobizowane są wynoszone przez przywierające do nich cząsteczki gazu na powierzchnię cieczy, skąd można je zebrać wraz z pianą. Sposoby tego rodzaju są znane na przykład z niemieckiego opisu patentowego nr DE 41 16 916 C2 i zostały doprowadzone od wysokiego standardu technicznego. Do wytwarzania pęcherzyków gazu i mieszania ich z zawiesiną stosuje się najczęściej samozasysają ce iniektory, w których wychodzą cy z dyszy strumień zawierającej szkodliwe substancje zawiesiny wytwarza podciśnienie i zasysa gaz, który w następstwie wymiany impulsów pomiędzy gazem i cieczą zostaje zmieszany z zawiesiną. Tego typu urządzenie jest przedstawione przykładowo w niemieckim opisie patentowym nr DE 34 12 431 A1.

W niemieckim opisie patentowym nr DE 198 45 536 przedstawiona jest metoda Deinkinga, w której w nasyconej gazem zawiesinie wytwarza się w połączeniu z rozprężaniem pęcherzyki flotacyjne, przy czym przywierające włókna oddziela się w następnym etapie. W sposobie tym stosuje się ciśnienia od około 0,6 do 1,2 bar, zaś wielkość powstających pęcherzyków jest trudna do regulowania.

Ponadto znany jest sposób, polegający na tym, że do komory flotacyjnej wtryskuje się przez dysze wodę pod ciśnieniem, nasyconą gazem, powodując wytworzenie pęcherzyków gazu. W międzynarodowym opisie patentowym nr WO 90/10502 A1 przedstawiona jest przeznaczona do tego celu dysza, w której można zmieniać drogę i kierunki przepływu, co ułatwia czyszczenie dyszy.

Z DE 37 17 947 A1 znany jest sposób, w którym za pomp ą strumieniową rozpręża się mieszaninę wody i powietrza, a następnie doprowadza się przeznaczoną do oczyszczania wodę.

Celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu flotacji i urządzenia do jego realizacji, które zapewniają lepsze warunki dla osiągnięcia optymalnej wielkości i ilości pęcherzyków gazu w zawiesinie, czyniąc sposób bardziej efektywnym.

Sposób oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji, w którym napowietrza się ciecz gazem aż do nasycenia, po czym rozpręża się nasyconą gazem ciecz, wytwarzając w niej pęcherzyki gazu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że nasyconą gazem ciecz rozpręża się oddzielnie przed wprowadzeniem cieczy, zawierającej pęcherzyki gazu, do zawiesiny z substancjami szkodliwymi, rozpryskując strumień nasyconej gazem cieczy w zamkniętej przestrzeni.

Korzystnie ciecz rozpręża się oddzielnie po napowietrzaniu cieczy gazem.

Korzystnie nasyconą gazem ciecz przed rozprężaniem utrzymuje się pod ciśnieniem od 3 do 10 bar.

Urządzenie do wytwarzania pęcherzyków gazu w nasyconej gazem cieczy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dyszę o zmiennym przekroju, korzystnie również zmiennej powierzchni przekroju, która to dysza uchodzi do zamkniętej przestrzeni, przy czym centralną część dyszy stanowi stożek, wchodzący swym wierzchołkiem w zamkniętą przestrzeń, zaś zamkniętą przestrzeń stanowi rura impulsowa, mającą w zasadzie stały przekrój i zakończona korzystnie dyfuzorem o przekroju zwiększającym się w kierunku przeciwnym do dyszy, przy czym średnica rury impulsowej jest znacznie większa niż średnica otworu dyszy.

Korzystnie dysza ma pierścieniowy otwór przelotowy.

Korzystnie dysza ma postać dyszy Lavala.

Korzystnie stożek jest osadzony przesuwnie w kierunku osiowym i/lub obrotowo wokół swej osi.

Urządzenie do oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji, zawierające co najmniej urządzenia do napowietrzania cieczy gazem aż do nasycenia, do następującego potem rozprężania nasyconej gazem cieczy z utworzeniem pęcherzyków gazu, do wprowadzania cieczy wraz z pęcherzykami gazu do zawiesiny i komory flotacyjnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że urządzenie zawiera dyszę o zmiennym przekroju, korzystnie również zmiennej powierzchni przekroju, która to dysza uchodzi do zamkniętej przestrzeni, przy czym centralną część dyszy stanowi stożek, wchodzący swym wierzchołkiem w zamkniętą przestrzeń, zaś zamkniętą przestrzeń stanowi rura impulsowa, mająca w zasadzie stały przekrój i zakończona korzystnie dyfuzorem o przekroju zwiększającym się w kierunku przeciwnym do dyszy, przy czym średnica rury impulsowej jest znacznie większa niż średnica otworu dyszy, zaś urządzenie do rozprężania cieczy jest usytuowane oddzielnie względem urządzenia do wprowadzania cieczy wraz z pęcherzykami gazu do zawiesiny i względem komory flotacyjnej.

PL 199 064 B1

Sposób według wynalazku umożliwia oddzielenie procesu tworzenia pęcherzyków gazu od wprowadzania cieczy do komory flotacyjnej i uniezależnienie go od panujących w niej warunków, co z kolei pozwala zoptymalizować proces wytwarzania pęcherzyków.

Rozprężanie cieczy poprzez rozprężanie strumienia nasyconej gazem cieczy w zamkniętej przestrzeni pozwala w prosty sposób osiągnąć różnicę ciśnień zapewniającą efektywne wytwarzanie pęcherzyków gazu.

Aby można było w prosty sposób sterować spadkiem ciśnienia przy rozprężaniu, optymalizując tym samym powstawanie pęcherzyków gazu w zależności od konkretnego zastosowania i danych ewentualnie żądanych parametrów, urządzenie według wynalazku zawiera dyszę o zmiennym przekroju, korzystnie również zmiennej powierzchni przekroju. Tego typu urządzenie można stosować we wszystkich instalacjach i komorach flotacyjnych, nawet wówczas, gdy ciecz wraz z zawartymi w niej pęcherzykami gazu, zwłaszcza zaś samą zawiesinę, wtryskuje się bezpośrednio do komory flotacyjnej.

Wyjątkowo korzystną charakterystykę przepływową i rozprężanie strumienia cieczy, wychodzącego z dyszy, osiąga się wówczas, gdy zewnętrzny element ograniczający dyszę ma kształt dyszy Lavala.

Ukształtowanie centralnej części dyszy o pierścieniowym otworze w postaci stożka, wchodzącego swym wierzchołkiem w zamkniętą przestrzeń, przyczynia się do polepszenia charakterystyki przepływu po wyjściu strumienia cieczy.

Jeżeli stożek jest osadzony przesuwnie w kierunku osiowym i/lub obrotowo wokół swej osi, wówczas można w prosty sposób zmieniać powierzchnię przekroju otworu przelotowego, a co za tym idzie, regulować spadki ciśnienia. Rozwiązanie to umożliwia również czyszczenie dyszy strumieniowej lub przepłukiwanie w przypadku jej zatkania.

Poprawę charakterystyki przepływowej, prowadzącą do optymalizacji procesu tworzenia pęcherzyków gazu, zapewnia również rozwiązanie, w którym zamkniętą przestrzeń stanowi rura impulsowa, mająca w zasadzie stały przekrój i zakończona korzystnie dyfuzorem o przekroju zwiększającym się w kierunku przeciwnym do dyszy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji flotacyjnej, fig. 2 - schemat iniektora rozprężeniowego, zastosowanego korzystnie w instalacji z fig. 1, fig. 3 - schemat iniektora rozprężeniowego w innym przykładzie wykonania w połączeniu z dyfuzorem promieniowym, fig. 4 - schemat początku iniektora rozprężeniowego ze specjalnym ukształtowaniem centralnego stożka, zaś fig. 5 - schemat odpowiadający fig. 4, z zastosowaniem dyszy strumieniowej typu dyszy Lavala.

Na fig. 1 widoczny jest schemat instalacji flotacyjnej z urządzeniem według wynalazku do rozprężania nasyconej uprzednio gazem cieczy, mającym postać iniektora rozprężeniowego 4, przy czym w urządzeniu tym wytwarza się w cieczy pęcherzyki gazu, niezbędne do procesu flotacji. Właściwa komora flotacyjna 6 jest w większej części napełniona zawiesiną 5, na której powierzchni, jak już wspomniano, tworzy się złożona z pęcherzyków gazu piana 7, która zawiera jak największą część cząstek stałych, które należy oddzielić w drodze flotacji. Transportuje się ją za pomocą zgarniacza 16 do rynny 8, gdzie może spływać w postaci produktu F flotacji.

Część oczyszczonej wody K doprowadza się, jako strumień odzyskowy, za pomocą pompy 1 zwiększającej ciśnienie do żądanego ciśnienia nasycenia, wynoszącego od 3 do 10 bar, i umieszcza się ją w zbiorniku nasycania 2. Powietrze z otoczenia spręża się przy użyciu kompresora 3 do wymaganego ciśnienia nasycania, także wprowadza do zbiornika nasycania 2 i poprzez intensywną wymianę masy rozpuszcza się je w cieczy. Nasycona ciecz pod ciśnieniem przedostaje się następnie celem zredukowania ciśnienia do iniektora rozprężeniowego 4, przystosowanego do wytwarzania jak najdrobniejszych pęcherzyków gazu, po czym wraz ze strumieniem doprowadzanym Z, zanieczyszczonym substancjami stałymi, i ewentualnym dodatkiem C środków wspomagających flotację wprowadza się ją do komory flotacyjnej 6, gdzie zachodzi proces flotacji. Pęcherzyki powstałe w wyniki rozprężania gazu przywierają do hydrofobowych substancji stałych i wynoszą je na powierzchnię. Oczyszczona w drodze flotacji zawiesina wychodzi w postaci oczyszczonej wody K z komory flotacyjnej.

Na fig. 2 przedstawione jest urządzenie 4 według wynalazku do redukcji ciśnienia i wytwarzania jak najdrobniejszych pęcherzyków gazu. Nasycona powietrzem ciecz D pod ciśnieniem, pochodząca ze zbiornika nasycania, wchodzi przed dyszą strumieniową 10 do iniektora rozprężeniowego 4. Wymagane obniżenie ciśnienia w dyszy strumieniowej 10 można nastawiać, zmieniając przekrój pierścieniowej szczeliny pomiędzy wewnętrzną krawędzią dyszy strumieniowej 10 oraz usytuowanym centralnie i współosiowo stożkiem 9. W tym celu stożek 9 można przesuwać wzdłuż osi w kierunku dyszy strumieniowej lub w kierunku do niej przeciwnym. Korzystnie realizuje się to, obracając stożek 9, za4

PL 199 064 B1 mocowany na gwintowanym drążku 15, osadzonym obrotowo na gwincie 14. Ten ruch obrotowy działa dodatkową siłą na obecne ewentualnie cząstki substancji stałych lub płatki, powodując czyszczenie dyszy strumieniowej 10. Wychodzący z dyszy strumieniowej 10, uderzeniowo rozprężony strumień cieczy wytwarza wskutek swego rozprężenia w rurze impulsowej 12 do postaci swobodnego strumienia 11 podciśnienie, wskutek czego powstaje więcej, a przede wszystkim mniejszych pęcherzyków gazu. Dyspersja mikropęcherzykowa M opuszcza iniektor rozprężeniowy 4 po przejściu przez dyfuzor 13, znajdujący się za rurą impulsową 12.

Jak widać na fig. 3, urządzenie 4 według wynalazku może być umieszczone bezpośrednio przed komorą flotacyjną 6. W komorze tej, bezpośrednio za rurą impulsową 12 iniektora 10 rozprężeniowego 4, korzystnie zamontowaną na komorze flotacyjnej 6, umieszczony jest dyfuzor promieniowy 17, zapewniający lepszy rozkład dyspersji pęcherzykowej.

W iniektorze rozprężeniowym 4 z fig. 4 centralny stożek 9, którego osiowym ruchem reguluje się wielkość pierścieniowej szczeliny dyszy strumieniowej 10, jest zaopatrzony w dodatkowe drobne rowki 18. Poprawia to dodatkowo działanie czyszczące przy obrocie stożka 9.

Iniektor rozprężeniowy 4 w przykładzie wykonania z fig. 5 jest zaopatrzony w dyszę strumieniową 19 w postaci 20 dyszy Lavala, która służy do lepszego rozprężania strumienia 11 cieczy w przypadku skomplikowanych mediów (na przykład zawierających włókna), co także w przypadku tych mediów powoduje znaczne zwiększenie wytwarzanego podciśnienia, powodując powstawanie drobniejszych pęcherzyków gazu.

Claims (8)

1. Sposób oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji, w którym napowietrza się ciecz gazem aż do nasycenia, po czym rozpręża się nasyconą gazem ciecz, wytwarzając w niej pęcherzyki gazu, znamienny tym, że nasyconą gazem ciecz rozpręża się oddzielnie przed wprowadzeniem cieczy, zawierającej pęcherzyki gazu, do zawiesiny z substancjami szkodliwymi, rozpryskując strumień nasyconej gazem cieczy w zamkniętej przestrzeni.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz rozpręża się oddzielnie po napowietrzaniu cieczy gazem.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że nasyconą gazem ciecz przed rozprężaniem utrzymuje się pod ciśnieniem od 0,3 MPa do 1 MPa.

4. Urządzenie do wytwarzania pęcherzyków gazu w nasyconej gazem cieczy, znamienne tym, że zawiera dyszę (10) o zmiennym przekroju, korzystnie również zmiennej powierzchni przekroju, która to dysza uchodzi do zamkniętej przestrzeni, przy czym centralną część dyszy (10) stanowi stożek (9), wchodzący swym wierzchołkiem w zamkniętą przestrzeń (12), zaś zamkniętą przestrzeń stanowi rura impulsowa (12), mająca w zasadzie stały przekrój i zakończona korzystnie dyfuzorem (13) o przekroju zwię kszają cym się w kierunku przeciwnym do dyszy, przy czym średnica rury impulsowej (12) jest znacznie większa niż średnica otworu dyszy (10).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że dysza (10) ma pierścieniowy otwór przelotowy.

6. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że dysza (10) ma postać dyszy Lavala.

7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że stożek (9) jest osadzony przesuwnie w kierunku osiowym i/lub obrotowo wokół swej osi.

8. Urządzenie do oddzielania substancji szkodliwych z zawiesin w drodze flotacji, zawierające co najmniej urządzenia do napowietrzania cieczy gazem aż do nasycenia, do następującego potem rozprężania nasyconej gazem cieczy z utworzeniem pęcherzyków gazu, do wprowadzania cieczy wraz z pęcherzykami gazu do zawiesiny i komory flotacyjnej, znamienne tym, że urządzenie (4) zawiera dyszę (10) o zmiennym przekroju, korzystnie również zmiennej powierzchni przekroju, która to dysza uchodzi do zamkniętej przestrzeni, przy czym centralną część dyszy (10) stanowi stożek (9), wchodzący swym wierzchołkiem w zamkniętą przestrzeń (12), zaś zamkniętą przestrzeń stanowi rura impulsowa (12), mająca w zasadzie stały przekrój i zakończona korzystnie dyfuzorem (13) o przekroju zwiększającym się w kierunku przeciwnym do dyszy, przy czym średnica rury impulsowej (12) jest znacznie większa niż średnica otworu dyszy (10), zaś urządzenie (4) do rozprężania cieczy jest usytuowane oddzielnie względem urządzenia (2) do wprowadzania cieczy wraz z pęcherzykami gazu do zawiesiny i względem komory flotacyjnej (6).