DE3101221A1

DE3101221A1 - "einrichtung zur schaumflotation"

Info

Publication number: DE3101221A1
Application number: DE19813101221
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 7920 Heidenheim Dörflinger; Lothar Dr. Pfalzer; Peter 7915 Elchingen Schweiss
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE3101221C2; JPS57136987A

Description

Kennwort: "Injektorflotation"
Einrichtung zur Schaumflotation Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schaumfiotation entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind die verschiedensten Flotationseinrichtungen bekannt, die nach den verschiedensten Systemen arbeiten. In letzter Zeit hat sich zunehmend das Prinzip eingeführt, bei dem die Suspension dem Flotationsbehälter tangential zugeführt wird.
Dabei ist durch die CH-PS 614 636 eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die Zufuhrung der Suspension durch einen Injektor erfolgt.
Die bekannten Einrichtungen konnten aber nicht in jeder Hinsicht befriedigen.
Flotationseinrichtungen mit Rührwerke sind in den verschiedensten Ausführungsformen auch bekannt, weisen aber den Nachteil eines relativ großen Leistungsbedarfs und eine, durch die R2hrergeometrie bedingte, maximale Luftblasenerzeugungsmenge (Uberflutung) auf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber eine Flotatocseinrichtung für Schaumelotation zu schaffen, bei der leiswngsarm eine möglichst gute Durchmischung der Suspension mit TuStbiäschen erfolgt und auch eine gute Kontaktierung zwischen LuRtbiäschen und Schmutzpartikeln erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen, insbesondere 3 bis 11 und 16 bis 19, hervor.
Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird einerseits eine feine Verteilung der Luftbläschen und gute Durchmischung derselben mit der Suspension erzielt, was durch Geschwindigkeitsdifferenzen quer zur Strömung im Behälter, d.h. dort auftretende Scherkräfte, prinzipiell erreicht wird. Weiterhin wird durch die im Behälter erzeugte Turbulenz die weitere Verteilung der Luftbläschen und die Kontaktaufnahme zwischen Luftbläschen und Schmutzteilchen wesentlich gefördert. Somit wird eine Einrichtung geschaffen, die eine hervorragende Wirkungsweise bei geringem Leistungsbedarf hat.
Insbesondere ist die Ausführungsform bevorzugt, bei der die nach Art einer Wasserstrahlpumpe arbeitende Injektordüse einem Mischrohr zugeordnet ist, mit dem es einen Ansaugspalt für die in der Suspension zu verteilende Luft bildet. Dabei wird günstigerweise das Austrittsende des Mischrohrs diffusorartig gestaltet und mit einer im wesentlichen parallel zum Behälterboden verlaufenden Ringplatte versehen, welche, und damit auch die Austrittsöffnung des Mischrohrs, vorzugsweise sich etwa in einem Abstand von etwa der Hälfte der lichten Weite des Mischrohrs vom Behälterboden befindet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Dabei zeigen: Fig. la und 1b einen schematischen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Flotationsbehälter, Fig. 2 und 3 andere Ausführungsformen im Querschnitt gemäß der Erfindung und Fig. 4 eine Serienschaltung erfindungsgemäßer Flotationseinrichtungen.
In Fig. la und lb ist mit 1 der Flotationsbehälter, mit 2 das Suspensioszuführungsrohr, mit 3 das Mischrohr und mit 8 die Injektordüse bezeichnet. Der Behälter 1 kann z.B. insbesondere kreiszylindrisch oder der Kreis form angenähert polygonal geformt sein.
Die Suspension gelangt von dem ZufUhrungsrohr 2 durch dS Düse zunächst in das Mischrohr 3, wobei sie durch den Ringraum lc, der zwischen der Düse und dem trichterförmigen Mundstück 17 des Mischrohres gebildet wird, die Luft ansaugt.
In Fig. la, 1b ist dargestellt, daß das Gehäuse oben geschlossen sein kann und daß dabei die Injektordüse 8 innerhalb eines Ansaugkastens 9 angeordnet ist, an welchen ein Luftansaugrohr 10 angeschlossen ist, das eine regelbare Blende oder Drossel 18 aufweist. Durch die Eintrittsöffnung 19 des Ansaugrohres 10 wird die im Behälter zirkulierende Luft angesaugt. Auf diese Weise wird eine Geruchsbelästigung der Umwelt weitgehend vermieden.
Es ist aber auch durchaus möglich, den Behälter oben offen auszuführten und ebenso das Mischrohr 3 mit dem Ansaugstutzen 17 enden zu lassen (siehe auch Figur 2).
In Fig. 1b ist eine Schaumabzugsrinne 14 dargestellt, die an der Umfangs wandung des Behälters 1 umläuft und durch eine mehrfach abgewinkelte im wesentlichen schräg nach oben verlaufende Wand 13 gebildet wird. Es ist aber auch möglich, wie im linken Teil von Fig. 1 gezeigt, eine zentrale als Ring ausgebildete Schaumabzugsrinne vorzusehen.
Ferner zeigen Fig. la, Ib gegenüber der Austrittsöffnung 11 angeordnete, vom Boden 15 des Flotationsbehälters 1 sich nach oben erstreckende und von der Mittelachse des Mischrohres 3 strahlenförmig radial nach außen sich erstreckende Leitbleche 4.
Diese dienen zur geordneten radialen Ausrichtung der Suspensionsströmung am Boden des Behälters. An diesem befindet sich ferner ein umlaufender Kanal 12 für gereinigte Suspension, d.h. den Gutstoff, der durch eine vom Boden sich etwa senkrecht nach oben erstreckende umlaufende Wand 6 gebildet ist.Diese Wand dient zur Umlenkung der Suspensionsströmung nach deren Austritt aus dem Mischrohr 3 und führt einerseits zu Scherkrften innerhalb der Suspension aufgrund der Geschwindigkeitsunterschiede quer zur Strömungsrichtung und zu einer derartigen Turbulenz, die nötig ist, damit erstens ausreichende Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutz stattfinden und auch ein Aufsteigen der mit Schmutz beladenen Luftblasen ermöglicht wird. Die Höhe die ser Trennwand beträgt etwa 1/3 bis zu 2/5 der Höhe des Flüssigkeltsspiegels im Behälter. Die Länge des Mischrohres kann relativ kurz gehalten sein und liegt bei etwa 4 bis 8 mittleren Durchmessern des Rohres.
In Fig. 2 ist eine andere, bevorzugte Variante der Austrittsöffnung 11 dargestellt, welche in diesem Fall durch ein trichterförmig sich erweiterndes,diffusorartiges Mundstück des Mischrohres 3 und eine an dessen Ende befestigte ringförmige Platte 22 gebildet wird. Der Abstand zwischen der etwa horizontal zum Behälterboden 15 verlaufenden Platte 22 und dem Behälterboden 15 beträgt etwa einhalb bis ein Drittel des Durchmessers des Mischrohres. Ferner ist dort der diffusorartige Aufbau der DU-se 8 erkennbar, der die bevorzugte Form darstellt, da damit eine bessere Aufweitung des Strahls,um das Mischrohr 3 besser auszufüllen, erreicht wird. Der Diffusoröffnungswinkel liegt zwischen 60 und 100. Außerdem wird dadurch der Düsenverlust verringert.
Mit dieser Anordnung kann die Gesamthöhe des Flotationsbehälters noch etwas gekürzt werden, so daß sich für diesen dann insgesamt eine Höh«ion etwa 2 - 3 m ergibt, wobei die Höhe der Suspension bei etwa 1 - 1,5 m liegt.
Der dargestellte Kegel 27 setzt die mit dem durch die Umlenkung der Strömung erzeugten erhöhten Druckgefälle verbundene teilweise Entgasung des mittleren Stoffstromes durch R5ckvermischung zumindest zum großen Teil herab und erzeugt kleinere Luftblasen.
Neben der Form der Trennwand 6 ist auch die Form der die Schaumabzugsrinne 14 bildenden Wand 13 von gewisser Bedeutung für den Flotationsmechanismus.
Nachfolgend wird dessen Funktionsweise näher erläutert.
Der Graustoff strömt mit hoher Geschwindigkeit von etwa 2 bis 8, insbesondere 6, Metern pro Sekunde im Mischrohr 3. Der angesaugte Luftvolumenstrom liegt im Bereich zwischen dem 0,3- bis l-fachen des Stoffvolumenstroms. Durch die Anordnung bzw. Zuordnung des Mischrohrs zum Behälter bedingt, entsteht unterhalb der Austrittsöffnung 11 des Mischrohres 3 eine Strömung, die durch die Umlenkung des Strahls von einer axialen Richtung in die radiale Richtung gekennzeichnet ist. In diesem Umlenkungsbereich treten große Scherkräfte aufgrund des Geschwindigkeitsgefälles quer zur örtlichen Strömungsrichtung auf, die eine weitere Verteilung des Luftstromes aus dem Mischrohr durchführen.
Außerdem ergibt sich durch die großen örtlichen Relativgeschwindigkeiten in diesem Raum eine hohe Wahrscheinlichkeit fUr zahlreiche Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln.
Da zwischen der am Boden des Eehälters anliegenden radialen Strömung und dem darüber befindlichen Stoff ebenfalls eine hohe Relativgeschwindigkeit existiert, ist dort auch ein Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit für Kontakte zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln.
Diese untere Zone, die etwa bei einem Drittel der Flüssikeitshöhe aufhört, in der also die Luftdispergierung die vermischung der Luftblasen mit dem Stoff und gleichzeitig der größte Teil der Kontaktierung zwischen Luftblasen uS Schmutzpartikeln stattfindet, bildet die Grundlage für die überraschend kurze Verweilzeit gegenüber bisherigen Apparaten. Denn bei den bisherigen Apparaten war die Kontaktierzone im wesentlichen auf das innere bzw. bei Flotationszellen mit Rührwerke auch nur auf die unmittelbare Umgebung des letzteren beschränkt. Da diese Zone bei der Erfindung auf den gesamten Zellenquerschnitt ausgedehnt ist, kann hier mit extrem hohen Luftmengen gearbeitet werden, ohne daß im wesentlichen eine Luftblasenkoagulation stattfindet.
Bedingt durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten im unteren Bereich der Zelle herrscht auch im darüberliegenden Bereich eine hohe Turbulenz, die zum einen weitere Möglichkeiten von Kontakten zwischen Luftblasen und Schmutzpartikeln ermöglicht und andererseits aber nicht so hoch ist, daß bestehende Luftblasen -Schmutzpartikelgebilde (Mizellen) im größeren Umfang zerstört werden. Ebenfalls bedingt durch die hohe Turbulenz im Flotationsbehälter, kann dieser Apparat auch mit höherer Stoffdichte als konventionelle Apparate betrieben werden, ohne daß eine wesentliche Reduzierung des Reinigungseffektes eintritt.
Der freie Schaumabzug ohne Schaumpaddel o.ä. durch die radial außen liegende Rinne 14 wird begünstigt durch einen erhöhten Anteil von Luftblasen, die im Bereich des Mischrohres 3 an die Oberfläche der Suspension aufsteigen und ist daher vorzuziehen.
Es versteht sich, daß anstelle der runden Querschnittsform des Flotationsbehälters auch eine die runde annähernde, polygonale Form treten kann.
In Fig. 2 ist weiter gezeigt, da3 man auf die Leitwand 6 verzichten kann und ein entsprechendes Strömungsbild auch durch einen verengten Zuströmspalt 28 zum Abzugskanal 12' für die Suspension erzeugen kann. Entsprechend kann man auch, wie in Fig. 3 gezeigt, den Abzugskanal 12" ziemlich weit oben, z.B.
direkt unterhalb der Schaumabzugsrinne 14', anbringen.
Eine Regelung der Höhe des Flüssigkeitsniveaus in den Flotationsbehältern bei mehreren hintereinandergeschalteten Flotationsbehältern, bei denen die Suspension vom jeweils orangehenden zum nachfolgenden Flotationsbehälter durch eine Förderpumpe gefördert wird, wird nachfolgend beschrieben. Zu dem Zweck werden gemäß Fig. 4 in die Injektordüsen 8, 8', 8" usw.
Steuerluftleitungen 30, 30', 30" usw. eingeführt, die zweckmäßig in der engsten Stelle der Düsen münden. Jede dieser Luftleitungen weist eine Drosselstelle auf, und zwar gemäß dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 3 in Form eines durch einen Schwimmer 35 gesteuerten Ventils 32, 32', 32" usw., wobei die Steuerluftleitung jeweils in dem einem Flotationsbehälter vorangehenden Flotationsbehälter ihren Anfang nimmt.
Die Wirkungsweise beruht auf folgender Überlegung, Durch die Zuführung von Luft in die engste Stelle der Düse, wo deren statischer Druck bekanntlich am geringsten ist und erheblich unter dem Luftdruck der umgebenden Atmosphäre liegt, steigt der statische Druck in der Düse an. Ebenfalls steigt damit der statische Druck in der Suspension am Eintritt in die jeweilige Suspensionsförderleitung 2, 2' usw., d.h. am Austritt der jeweiligen Förderpumpe 33, 33', 33" usw. Das bedeutet, daß auch die Jesamtrörderhöhe der Pumpe steigt, was entsprechend der bekannten Kennlinie der Pumpen dazu führt, daß entsprechend dem Anstieg der vörderhöhe die Fördermenge der Pumpe zurückgeht. Für den Fall, da3 nun in einem vorderen Flotationsbehälter der Flüssigkeitsspiegel ansteigt, führt die aufgrund des schwimmergesteuerten Ventils verstärkte Drosselung der Eintrittsöffnung der jeweiligen Steuerluftleitung dazu, daß nur eine geringere Luftmenge von der Düse aus dieser Leitung angesaugt werden kann, so daß sich der statische Druck entsprechend weniger erhöht. Dies führt dazu, da3 die Förderpumpe, die durch die zugehörige Suspensionsleitung zu der betreffenden Düse fördert, nun eine entsprechend höhere Flüssigkeitsmenge aus dem Flotationsbehälter fördert, in welchem der Flüssigkeitsstand zu hoch angestiegen war. Für die nachfolgenden Flotationsbehälter wiederholt sich der gleiche Vorgang entsprechend. Auf diese Weise bleibt in allen Flotationsbehältern das Flüssigkeitsniveau im wesentlichen konstant.
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Claims

Kennwort: InJektorflotation" Patentansprüche 1. Einrichtung zur Schaumrlotation von Suspensionen, insbesondere Fasersuspensionen, bei der die Suspension durch einen eine im wesentlichen rohrförmige Mischkammer aufweisenden Injektor mit Luft beladen aus der Mischkammer dem Flotationsbehälter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung oder -öffnungen (1l) ) der rohrförmigen Mischkammer (3) zum Boden (15) des Flotationsbehälters (1) gerichtet sind und sich zumindest angenähert in der Mittelachse und in Bodennähe (15) des Flotationsbehälters (1) befinden und daß dieser einen ringförmigen Abzugsquerschnitt (28) für den Abzug der Suspension aus dem Flotationsbehälter aufweist, der radial au3en an diesem umlaufend angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Abzugsquerschnitt (28) ein ringförmig am Umfang des Flotationsbehälters (1) umlaufender Abzugskanal rl2, 12', 12" fUr die Suspension angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Mischkammer aus einem Rohr (3) besteht, das gegenüber der InJektordUse (8) durch einen Ansaugspalt beabstandet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugspalt im wesentlichen eben ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (3) sich zentral senkrecht von oben in die Suspension erstreckt und Duse (8) und Mischrohr (3; im wesentlichen koaxial sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (3) an seiner Austrittsöffnung (11) diffusorartig erweitert ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am austrittsseitigen Ende des Diffusors (24) des Mischrohrs (3) eine Manschette in Form einer horizontalen, in konstantem Abstand gegenüber dem Behälterboden (15) angeordneten Ringplatte (22) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen am Behälterumfang am Boden (15) des Flotationsbehälters (1) verlaufenden Kanal (12) für gereinigten Gutstoff, der durch eine umlaufende, vom Behälterboden (15) nach oben sich erstreckende Trennwand (6) von einem zentralen Dispergierraum (20) getrennt ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzugsquerschnitt (28> für die Suspension aus dem Flotationsbehälter in Bodennähe desselben angeordnet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Austrittsöffnung (11') oder Ringplatte (22) und dem Behälterboden (15) höchstens gleich der halben lichten Weite des Mischrohres (3) ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaumabzugsrinne (14) ringförmig entlang der Umfangswand des Flotationsbehälters verläuft.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (1) lKreiszylinderförmig ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Trennwand (6) etwa 1/3 bis 2/5 der Höhe des Flüssigkeitsspiegels beträgt.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, da3 die Trennwand (6) in ihrem oberen Teil radial nach innen abgewinkelt ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumabzugsrinne (14) durch einyEehrfach abgewinkelte, sich radial nach innen neigende Teile aufweisende, von der Behälterumfangswand nach oben und radial innen abgehende Wand (13) gebildet ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen als Leitwand wirkenden, der Austrittsöffnung (11) des Mischrohres (3) gegenüberliegenden, auf den Boden (15) des Flotationsbehälters aufgesetzten Kegel (2'), dessen Grundfläche etwa dem Durchmesser des Mischrohres {3, entspricht.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, da3 der Kegelspitzenwinkel () etwa 900 beträgt.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren hintereinandergeschalteten Flotationsbehältern mit Förderung der Suspension vom jeweils vorangehenden zum folgenden Flotationsbehälter durch jeweils eine jedem Flotationsbehälter nachgeschaltete Förderpumpe, jeweils eine drosselbare Steuerluftleitung (30, 30', 30" usw.) zwischen der atmosphärischen Luft und dem Inneren der Injektordüsen (8, 8', 8" usw.) geschaltet ist und daß jeweils die Drosselung der Steuerluftleitung (30, 30'> 30" usw.) eines Flotationsbehälters (1, 1', 1" usw.) abhängig vom Flüssigkeitsstand in dem betreffenden Flotationsbehälter (1' bzw. 1" usw.) vorangehenden Flotationsbehälter (1 bzw. 1' usw.
erfolgt 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluftleitungen jeweils in die engste Stelle der InJektordüsen mUnden.
20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung durch jeweils ein schwimmergesteuertes Ventil (32, 32', 32" usw.) erfolgt.