CH665962A5

CH665962A5 - Begasungsvorrichtung fuer eine flotationseinrichtung und deren verwendung.

Info

Publication number: CH665962A5
Application number: CH3153/85A
Authority: CH
Inventors: Erich Dr Dipl-Ing Linck; Wolfgang Dr Dipl-Ing Siewert
Original assignee: Escher Wyss Gmbh
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1988-06-30
Also published as: SE8603022L; FR2584947B1; DE3529638A1; FR2584947A1; DE3529638C2; SE8603022D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal mit wenigstens einer stufenförmig und sprunghaften Erweiterung des Durchflussquerschnittes, durch den das zu begasende, fliess-fahige Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle mit sprunghafter Querschnittserweiterung wenigstens eine Öffnung zur Gaszuführung vorgesehen ist.

Eine mit einer solchen Begasungsvorrichtung versehene Flotationseinrichtung ist insbesondere zur Flotation von Faserstoffsuspensionen zur Papierherstellung geeignet, wobei sich aus der Suspension zu entfernende Partikel an die gebildeten Gasblasen anlagern und als Flotationsschaum von der Oberfläche abgeführt werden können. Einrichtungen dieser Art werden speziell zur Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen benötigt. Jedoch sind auch andere Verwendungen möglich, bei denen ein fliessfähiges Medium mit möglichst hoher Gasbeladung in einen Flotationsbehälter einzuführen ist, um eine Anlagerung von Partikeln an die Gasblasen zu erreichen. Als Gas kann dabei Luft oder ein geeignetes anderes Gas dienen.

Begasungsvorrichtung dieser Art sind beispielsweise aus CH-581 493 als sogenannte Stufendiffusoren in verschiedenen Varianten für unterschiedliche Verwendungen bekannt. Vorteilhaft ist dabei, dass solche Begasungsvorrichtungen selbstansaugend arbeiten, so dass deren Betriebssicherheit ausserordentlich gut ist.

Aus B. Eck «Technische Strömungslehre» (Springer 1966) sind Vorschriften für die geometrische Auslegung solcher Stufendiffusoren bekannt. Dabei wird empfohlen, dass der Geschwindigkeitsabfall an jedem Stufensprung etwa gleich gross ist, weil so der Druckgewinn am grössten ist, und die Länge der Teilstufen etwa das sechs- bis siebenfache der Durchmesserdifferenz betragen soll.

In der prioritätsälteren DE 3 401 161 sind besonders für die Reinigung von aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspensionen geeignete Flotationseinrichtungen mit speziell an-gepassten Begasungsvorrichtungen beschrieben. Unter Beachtung der genannten Dimensionierungsvorschriften Hessen sich damit Gasbeladungen, d.h. ein Quotient der zugeführten Luftmenge zur Flüssigkeitsmenge von 30—40% erreichen.

Um einen guten Wirkungsgrad speziell bei der Reinigung von stark verschmutztem Altpapier zu erreichen und um notwendige Reserven zu gewinnen, insbesondere für zwischengeschaltete Schieber und Messeinrichtungen zur Einstellbarkeit der Luftmenge, hat sich eine Erhöhung der möglichen Gasbeladung aufwerte von 50 — 60% als notwendig gezeigt.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, bekannte Begasungsvorrichtungen der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, dass sie einer Flotationseinrichtung ein fliessfähiges Medium mit erhöhter Gasbelastung zuzuführen vermögen. Ein weiteres Ziel ist die Blasengrösse in der begasten Flüssigkeit einstellbar zu machen, um eine verbesserte Anlagerung von unterschiedlichen Teilchen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass neben den genannten Dimensionierungsvorschriften eine bestimmte Mischlänge zur Verfügung stehen muss, um eine höhere Gasbeladung zur erzielen. Offenbar war es bisher nicht erkannt worden, dass eine Vergrösserung der Mischlänge auf über einen Meter, unter Einhaltung der anderen Dimensionierungsvorschriften, eine Gasbeladung von über 50% erreichen lässt.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Begasungsvorrichtung im Längsschnitt,

Figuren 2a, 2b und 2c zeigen Begasungsvorrichtungen im Querschnitt mit verschiedener Anordnung der Gaszuführungen,

Figur 3 zeigt eine mit einer Begasungsvorrichtung versehene Flotationseinrichtung im Schnitt,

Figur 4 zeigt eine für die Papierstoffreinigung verwendbare Flotationseinrichtung in der Aufsicht,

Figur 5 zeigt diese Flotationseinrichtung im Vertikalschnitt.

Figur 1 zeigt eine Begasungseinrichtung 1, die als zweistufiger Stufendiffusor ausgeführt ist, bei dem das fliessfähi-ge Medium S beispielsweise eine aus Altpapier gewonnene Faserstoffsuspension ein aus mehreren Abschnitten 2, 3 und 4 bestehenden Strömungskanal durchströmt. Zwischen den einzelnen Abschnitten erweitert sich der Querschnitt stufenförmig und sprunghaft, z.B. zwischen der Eingangsstufe 2 und der folgenden Stufe 3 an der Sprungstelle 5 von einem Strömungsquerschnitt A0 auf einen Querschnitt AI, sowie an der folgenden Sprungstelle 6 zwischen den Stufen 3 und 4 von einem Querschnitt AI auf den Querschnitt A2. Die Verhältnisse der Querschnitte an den einzelnen Stufen 5 und 6 sind dabei so gewählt, dass der Geschwindigkeitsabfall an jedem Stufensprung etwa gleich gross ist. Die Längen der Teilstufen LI und L2 betragen dabei mindestens das sechsfa2

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che der Durchmesserdifferenz, die sich aus den Querschnitten (AI — AO) bzw. (A2 —AI) ergibt.

An den sprungartigen Erweiterungen 5 und 6 bilden sich bei Durchströmung des Stufendiffusors 1 Zonen 7 mit hoher Durchmischung zur hohem Turbulenzgrad der Strömung. Gleichzeitig bildet sich an diesen Stellen ein Unterdruck. Durch Öffnungen 8,9 wird über Zuleitungen 10, 11 ein beizumischendes Gas, beispielsweise Luft, in die entsprechende Stufe 3 bzw. 4 hineingesaugt und zufolge der Wirbelströmung mit dem fliessfähigen Medium S, beispielsweise einer Faserstoffsuspension, in der Form von kleinen Luftblasen vermischt.

Es sei bemerkt, dass zur Erzielung einer guten Durchmischung mindestens eine stufenartige Querschnittserweiterung vorhanden sein muss, in deren Nähe das beizumischende Gas zugeführt wird. Es können jedoch auch zwei oder mehr stufenartige Erweiterungen vorgesehen sein, um die Wirkung zu verbessern. Die Gas- oder Luftbeimischung muss an mindestens einer stufenartigen Erweiterung erfolgen, am günstigsten an der ersten Stufe, jedoch können auch an mehreren Stufen Luftzuführungen vorgesehen sein.

Die Gas- oder Luftzuführung kann dabei, wie in Figur 2a gezeigt, lediglich an einer Stelle 12 des Umfanges mittels einer einzigen Leitung 13 erfolgen. Stattdessen können über den Umfang verteilt auch mehrere Zuführungsleitungen 14, 15,16 und 17 vorgesehen sein, welche das Gas oder die Luft sternförmig in den Kanal hineinführen, wie Figur 2 demonstriert. Stattdessen kann die Luftzuführung auch, wie in Figur 2c gezeigt, etwa tangential erfolgen. Anstatt unmittelbar hinter der stufenartigen Erweiterung 5 bzw. 6 am Umfang des folgenden Kanalabschnittes 3 bzw. 4 kann die Luftzufuhr auch zentral über in die Strömung hineingeführte Zuführungen erfolgen, oder aber auch über Öffnungen in den Querflächen der stufenartigen Erweiterungen, analog zu den Beispielen in CH-581 493.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Stufendiffusors zur Verwendung für die Zufuhr einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension zu einer Flotationszelle wurde ein dreistufiger Diffusor verwendet mit einem Durchmesser der ersten Zone 2 von 2,5 cm, der zweiten Zone 3 von 3 cm und der vierten Zone 4 von 4 cm. Die Luftzufuhr folgte unmittelbar nach der ersten stufenartigen Erweiterung zwischen den Abschnitten 2 und 3. Nach den bekannten Dimensionierungsvorschriften wurde bei einer frei wählbaren Länge des ersten Abschnittes 2 die Länge LI des zweiten Abschnittes 3 mit 3,5 cm und die Länge L2 des dritten Abschnittes 4 mit 7 cm berechnet. Bei einem Durchsatz der zugeführten Faserstoffsuspension von 2401/m Hess sich hiermit eine Luftbeladung von ca. 30% erreichen.

Zur Steigerung der Luftbeladung wurde versucht, die einzelnen Parameter unter Beachtung der bekannten Dimensionierungsvorschriften so zu ändern, dass die gewünschte Verbesserung erreicht wurde. Überraschenderweise ergab sich als Bedingung für das Erreichen einer derart verbesserten Gasbeladung, dass die Mischlänge im Diffusor mindestens etwa 1 m, vorzugsweise etwas darüber betragen muss.

Unter der Mischlänge L ist dabei für den Fall, dass die Luftzuführung am ersten Stufensprung 5 erfolgt, das Verhältnis der auf den Stufensprung 5 folgenden Volumina VI und V2 zum Eintrittsquerschnitt AO zu verstehen. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel mit den angeführten Querschnitten der einzelnen Abschnitte genügte es, die Längen der Abschnitte 3 und 4 aufwerte von LI = 5 cm und L2 = 36 cm zu vergrössern, um die gewünschte Verbesserung zu erzielen.

Figur 3 zeigt eine speziell für die Reinigung von aus Altpapier gewonnener Faserstoffsuspension geeignete Flotationseinrichtung. Diese weist einen Flotationsbehälter 18 auf, an welchen seitlich eine Zuführvorrichtung 1 zur Zuführung der zu reinigenden Faserstoffsuspension S zusammen mit einem Gas- oder Luftstrom G angeschlossen ist. Diese Zuführvorrichtung 1 ist als Begasungsvorrichtung in der Form eines Stufendiffusors gemäss Figur 1 ausgeführt, wobei die Längen der Abschnitte 3 und 4 so gewählt sind, dass sich eine Mischlänge von wenigstens 1 m ergibt. In der in die An-laufstrecke 19 und den eigentlichen Flotationsbehälter 18 eingeleitete Suspension schwimmen die Gasblasen mit angelagerten Fremdpartikeln zur Oberfläche bis zum Flüssigkeitsniveau N als Flotationsschaum auf. Über eine Ablaufrinne 20 wird dieser Flotationsschaum abgeführt, während der Gutstoff über ein Abflussrohr 21 mit einem von einem Niveauregler 23 betätigten Ventil 22 abgeführt wird.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Flotationseinrichtung, bei welcher der Behälter 24 zylindersymmetrisch mit vertikaler Achse 25 ausgebildet ist. Tangential an die Zylinderwand 24 sind Begasungseinrichtungen 26, 27,28 und 29 zur Zuführung einer Faser-stoffsuspension S vorgesehen, welche mit einem geeigneten Gas G, z. B. Luft begast ist. Die Begasungsvorrichtungen 26 — 29 sind jeweils aus drei parallelen Stufendiffusoren 1 gemäss Figur 1 zusammengesetzt. Die gebildeten Gasbläschen schwimmen mit angelagerten Fremdpartikeln zum Flüssigkeitsniveau N auf und werden über einen Überlauf 30 als Flotationsschaum abgeführt.

Abwandlungen und Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens sind möglich. So kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zur Erhöhung der Gasbeladung die Blasengrösse einstellen zu können. Dies kann beispielsweise durch Veränderung der Druckverhältnisse und der Geometrie der Stufen des Diffusors erreicht werden. Damit ist es möglich, mehrere Flotationsstufen mit verschiedener Blasengrösse hintereinander zu schalten, um verschiedene Partikelarten und Partikel unterschiedlicher Grösse zu erfassen. Zweckmässigerweise wird die Blasengrösse so beeinflusst, dass sie in den folgenden Flotationsstufen sukzessive abnimmt.

Ferner sei bemerkt, dass die Form der Querschnitte der Kanalabschnitte 2, 3,4 an sich beliebig ist. Meist wird zwar ein kreisförmiger Querschnitt gewählt, jedoch kann es zweckmässig sein, z.B. den letzten, zum Flotationsbehälter führenden Abschnitt 4 mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auszuführen, was in Figur 5 zu erkennen ist.

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Claims

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1. Begasungsvorrichtung für eine Flotationseinrichtung mit einem Kanal (1) mit wenigstens einer stufenförmigen und sprunghaften Erweiterung (5, 6) des Durchflussquerschnittes, durch den ein zu begasendes fliessfähiges Medium geführt ist, wobei in der Nachbarschaft wenigstens einer Stelle mit sprunghafter Querschnittserweiterung (5, 6) wenigstens eine Öffnung (8, 9) zur Gaszuführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischlänge (L), die als Quotient aus der Summe aller offenen Volumina zwischen der sprunghaften Erweiterung (5), bei der die erste Gaszufuhr (8) erfolgt, und dem Ende des Kanales (1), welche Summe als das Mischvolumen bezeichnet wird, und dem Eintrittsquerschnitt (AO) des fliessfähigen Mediums in dieses Mischvolumen gebildet wird, mindestens einen Meter beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritts-Querschnitt (AO) etwa in der Grössen-ordnung von 2,5 cm liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen (LI, L2) der Abschnitte (3, 4) des Kanals (1) zwischen den stufenartigen Querschnittserweiterungen mindestens das Sechsfache der Durchmesserdifferenz der Abschnitte beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Öffnung (8, 9) für die Gaszuführung am Umfang des Kanals (I) unmittelbar nach einer sprunghaften Änderung des Durchflussquerschnittes angeordnet ist.

5. Verwendung der Begasungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3 zur Zuführung einer gasbeladenen Suspension zu einer Flotationsvorrichtung, in welcher Fremdpartikel an die in der Suspension enthaltenen Gasblasen angelagert und als Flotationsschaum abgeführt werden.

6. Verwendung nach Anspruch 5 zur Reinigung einer aus Altpapier gewonnenen Faserstoffsuspension von Fremdpartikeln.