DE3245847C1 - Vorrichtung zum Flottieren von Suspensionen - Google Patents

Abstract

Eine Flotationsvorrichtung zum Flottieren von faserstoffhaltigen Suspensionen ist mit Injektoren ausgerüstet, in deren Mischkammer (1) ein Kegelstumpf (2) angeordnet ist. Der Kegelstumpf (2) verringert den Querschnitt (Q3) der Mischkammer (1) auf einen Ringspalt (3), wobei der Querschnitt (Q2) des Ringspaltes (3) 20 bis 50% größer als der Querschnitt (Q1) des Düsenmundes (5) ist, die Breite des Ringspaltes (3) das 0,15- bis 0,40fache des Durchmessers (d) des Düsenmundes (5) beträgt und der Boden (15) des Kegelfußes das 1,3- bis 2,2fache des Durchmessers (d) des Düsenmundes (5) aufweist.

Description

• Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Flotieren von Suspensionen, insbesondere Fasern enthaltenden Suspensionen, die im wesentlichen aus einer Flotationszelle und mindestens einem dieser zugeordneten Injektor zum Einbringen, Umwälzen und Belüften der Suspension besteht, wobei der Injektor einen Düsenmund mit einem Querschnitt Q 1 aufweist, der in eine Mischkammer mit einem Querschnitt Q3 mündet, die mindestens mit einer Belüftungsöffnung versehen ist, durch die Kombination folgender Merkmale: a) in der Mischkammer mit dem Querschnitt Q3 ist ein Kegelstumpf angeordnet, der den Querschnitt Q3 der Mischkammer zu einem Ringspalt mit dem Querschnitt Q2 verändert, b) das Verhältnis von Q2 zu Q 1 liegt zwischen 1,2 und 1,4, c) der Ringspalt weist eine Breite von größer als 0,15 d und kleiner als 0,40 dauf, wobei dder Innendurchmesser des Düsenmundes ist, d) der Innendurchmesser D der Mischkammer beträgt im Bereich des Bodens des Kegelfußes das 1,3 bis 2,2fache des Innendurchmessers d des Düsenmundes.
• Beim Stand der Technik muß, wie bereits oben dargestellt, ein bestimmtes Verhältnis von Querschnitt zu Umfang des Düsenmundes eingehalten werden, wenn eine optimale Belüftung erreicht werden soll. Bei einem jetzt erfindungsgemäß geforderten Verhältnis vom Querschnitt der Mischkammer Q2 zum Querschnitt des Düsenmundes Q1 zwischen 1,2 und 1,4 ist das bekannte Verhältnis von Umfang zu Querschnitt nicht mehr gewährleistet, d, h. der Umfang liegt wesentlich niedriger im Verhältnis zum größer ausgebildeten Querschnitt.
• Damit ist eine Vermischung von Luft und Suspension nicht mehr gegeben, ohne daß eine weitere Komponente hinzukommt. Diese Komponente kommt in Gestalt des Kegelstumpfes hinzu, der den Querschnitt Q 3 zunächst überhaupt einmal auf den Querschnitt Q 2, also den Ringquerschnitt, reduziert, als wesentlichstes jedoch aber die aus dem Düsenmund mit dem Querschnitt Q 1 ausströmende Suspension aufteilt, d. h., daß die Suspension, die normalerweise ohne Einbauten in der Mischkammer von einem Luftring umgeben diese durchströmen würde, durch den mit dem kleinen Durchmesser gegen die Strömungsrichtung gerichteten Kegelstumpf aufgeweitet und an die Wandung der Mischkammer geschleudert wird. An dieser Wandung befindet sich jedoch die Luft, die nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe in die Mischkammer eingesaugt wurde, so daß es hier bereits zu einem Vermischen von Luft und Suspensionsstrahl kommt. Als weiteres kommt jedoch hinzu, daß sich am Boden des Kegelstumpffußes, also im Bereich des größten Durchmessers des Kegelstumpfes, ein Vakuum bildet. Die Luft hat das Bestreben, in dieses Vakuum einzudringen, die Suspension hingegen durch die Aufweitung am Kegel versucht, an die Innenwand der Mischkammer zu gelangen, so daß sich hier zunächst ein Kreuzstrom und später in geringem Abstand vom Boden des Kegelfußes eine Verwirbelung von Luft und Suspension ergibt. Der Querschnitt des Ringspaltes ist 20 bis 40% größer als der des Düsenmundes, berücksichtigt also die Volumenzunahme des Suspensionsstromes durch Einsaugen von Luft. Er weist eine Breite von 0,15 d bis 0,40 d auf, wodurch die Gefahr der Verstopfung dieses Ringspaltes praktisch restlos beseitigt ist, d. h., daß auch Faserstoffsuspensionen, die ggf. nicht völlig frei dispergierte Fasern enthalten, sondern noch mit Faserzusammenballungen versehen sind, diesen Ringspalt passieren können, ohne daß eine Verstopfung erfolgt.
• Nach dem Passieren des Ringspaltes erfolgt aufgrund des sich bildenden Vakuums eine sehr innige Vermischung von Luft und Suspension, außerdem jedoch eine erhebliche Abbremsung der Geschwindigkeit der Suspension, da der Querschnitt Q 3 erheblich größer ist als der Querschnitt Q 2. Die aufgebrachte Energie wird also zu einem wesentlichen Teil zur Vermischung der Suspension mit der Luft im Bereich des Kegelfußes verbraucht und nur ein geringerer Teil wird als Bewegungsenergie zum Einleiten der Suspension in die Flotationsvorrichtung ausgenutzt Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Mischkammer 2stufig ausgebildet ist An den Düsenmund mit dem Querschnitt Q 1 schließt sich dabei eine erste Stufe der Mischkammer mit dem Querschnitt Q2' an, wobei zweckmäßig in diese erste Stufe die Luftansaugöffnungen oder die Luftansaugöffnung einmündet. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Dosierung der Luftmenge innerhalb des gegebenen Rahmens unabhängig vom Durchmesser der zweiten Stufe und dem darin angeordneten Kegelstumpf zu wählen, d. h., durch Wahl des Innendurchmessers der zweiten Stufe der Mischkammer in Verbindung mit dem Durchmesser des Kegelfußes, wodurch die Breite des Ringquerschnittes festgelegt wird, die Energie festzulegen, die bei der Vermischung von Luft und Suspension aufgezehrt wird, woraus sich gleichzeitig die noch verbleibende Bewegungsenergie der Suspension ergibt.
• An die erste Stufe der Mischkammer schließt sich deren zweite Stufe mit dem Querschnitt Q3 an, wobei in dieser zweiten Stufe der Kegelstumpf angeordnet ist Der Kegelstumpf reduziert am Kegelfuß den Querschnitt Q3 der zweiten Stufe der Mischkammer auf den Querschnitt Q 2, der gemäß- einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung im wesentlichen dem Querschnitt Q2' der ersten Stufe entspricht. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich auf der einen Seite der Vorteil, daß die Geschwindigkeit im Querschnitt Q2' und im Querschnitt Q2 identisch ist, wodurch man die Strömungsverhältnisse besser beherrschen kann. Zusätzlich ergibt sich jedoch bei dieser Auslegung, daß der Durchmesser des Kegelfußes im wesentlichen gleich dem Durchmesser der ersten Stufe ist, d h., daß der aus der ersten Stufe austretende, luftbeladende Suspensionsstrahl voll von dem Kegelstumpf erfaßt und abgelenkt wird. Der Kegelstumpf verringert also den Querschnitt Q3 der zweiten Stufe der Mischkammer auf den Querschnitt Q 2, also auf einen Ringquerschnitt. Die beim Austritt aus der ersten Stufe zunächst abgebremste Suspension, die bereits mit Luft beladen ist, wird dadurch im Bereich des Kegelfußes erneut beschleunigt und im Anschluß daran wieder abgebremst, was die Durchmischung der Suspension mit Luft erheblich begünstigt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Kegelwinkel des Kegelstumpfes zwischen 20 und 8 Grad. Durch die Wahl des Kegelwinkels wird der Bereich in der Mischkammer bzw. in der zweiten Stufe der Mischkammer festgelegt, in dem das Vermischen der Suspension mit der Luft besonders innig erfolgt. Wird der Kegelwinkel groß gewählt, so ergibt sich nur eine relativ kurze Mischzone, d. h., daß oberhalb 20 Grad die Vermischung wesentlich schlechter wird. Unterhalb 8 Grad ergibt sich ein sehr schlanker Kegel, der eine entsprechend größere Dimensionierung des Injektors erfordert, außerdem jedoch zu einer verschlechterten Vermischung von Luft und Suspension führt Bevorzugt ist der Kegelstumpf über mindestens einen ellipsenförmigen Tragarm im Düsenmund gelagert. Der ellipsenförmige Tragarm setzt dabei der Strömung einen relativ geringen Widerstand entgegen, außerdem verhindert die ellipsenförmige Form das Festhaften von Partikeln, beispielsweise Fasern, am Tragarm, d. h., daß diese durch den Strom der Suspension immer vom Tragarm freigespült werden.
• Der Tragarm selbst ist zweckmäßig mit dem Kegelstumpf über einen zylindrischen Ansatz verbunden. Der zylindrische Ansatz gibt dabei die Möglichkeit, den Kegelstumpf auswechselbar zu gestatten, d. h., daß der zylindrische Ansatz in eine Steck- oder Schraubverbindung übergeht, die den Kegelstumpf aufnimmt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, durch Austausch des Kegelstumpfes einmal die Winkel des Kegelstumpfes zu ändern, zum anderen aber auch, den Durchmesser des Kegelfußes - ggf. unter Beibehaltung des Kegelwinkels - und dadurch die Flotationsvorrichtung bzw. den Injektor der zu belüftenden Suspension anzupassen.
• Wegen des Verschleißes durch die Suspension beträgt die Länge des Düsenmundes zweckmäßig mindestens das 0,ifache seines Durchmessers.
• Die Länge der Mischkammer beträgt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das 3 bis 6fache des Mischkammerinnendurchmessers D. Besonderer Bedeutung kommt dabei der Länge zu, die sich im Anschluß an den Boden des Kegelfußes erstreckt. Diese Länge soll mindestens so groß wie der Mischkammerinnendurchmesser D sein, weil das die Mindestlänge ist, die zur Durchmischung von Luft und Suspension erforderlich ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung greift der ellipsenförmige Tragarm am Absatz der ersten Stufe der Mischkammer an. Durch den Angriff des Tragarmes an der Stufe der Mischkammer wird der Querschnitt des Düsenmundes nicht beeinträchtigt. Dadurch, daß dieser Absatz zweckmäßig Teil des austauschbaren Düseneinsatzes ist, ist eine schnelle Austauschmöglichkeit des daran befestigten Tragarmes mit dem ICegelstumpf gewährleistet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt einen Injektor im Schnitt gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 bis 4 den erfindungsgemäßen Injektor in unterschiedlichen Ausführungsformen.
• Gemäß Fig.1, 2 wird über eine nicht dargestellte Pumpe dem Konfusor 7, der über eine Überwurfmutter 9 mit dem Leitungssystem 10 verbunden ist, faserhaltige Suspension zugeführt. Die Faserstoffsuspension passiert den Düsenmund 5 und tritt in die Mischkammer 1 ein. In die Mischkammer 1 mündet die Luftzufuhröffnung dl, die mit einem Schlauchansatz 12 verbunden ist, der einen Schlauch 13 trägt, der sich bis über die Höhe der Flotationszelle 14 erstreckt.
• Im Düsenmund 5 trifft die Faserstoffsuspension auf den Tragarm 4, der einen elliptischen Querschnitt aufweist und sich bis zur Seelenachse S der Mischkammer 1 erstreckt. An den elliptischen Querschnitt des Tragarmes 4 schließt sich im Bereich der Seelenachse S der Mischkammer 1 ein zylindrischer Ansatz 6 an, der in den Kegelstumpf 2 übergeht Der Kegelstumpf 2 ist zentrisch in der Mischkammer 1 angeordnet und verringert ihren Querschnitt auf einen Ringspalt 3, wobei dieser Ringspalt 3 ein größeres Volumen aufweist als der Querschnitt des Düsenmundes 5. Die Querschnittsvergrößerung beträgt im Beispiel 30%, d. h., daß bei einer lichten Weite des Düsenmundes 5 von 30 mm und einem Innendurchmesser der Mischkammer 1 von 49 mm ein Ringspalt 3 mit einer Breite von 7 mm gebildet wird, wenn der max. Durchmesser des Kegelstumpfes 2 35 mm beträgt. Die Faserstoffsuspension tritt in den Düsenmund 5 unter einem Druck von 1,2 bar ein und reißt aufgrund der plötzlichen Erweiterung durch die Luftzufuhröffnung 11 Luft in die Mischkammer 1, wobei diese Luft sich entsprechend der Anordnung der Luftzufuhröffnung 11 und der Geschwindigkeit des durch den Düsenmund 5 gebildeten Strahles der Faserstoffsuspension ringförmig um diesen Strahl forciert Der Strahl der Faserstoffsuspension wird durch den Kegelstumpf 2 aufgeweitet und auf die Innenwand der Mischkammer 1 gerichtet Gleichzeitig bildet sich am Boden des Kegelfußes 15 ein Vakuum aus, in das die den Strahl der Faserstoffsuspension als Ring umgebende Luft eindringt. Damit findet im Bereich des Bodens des Kegelfußes d5 eine kreuzweise Durchmischung von Faserstoffsuspension und Luft statt. Das Luftfaserstoffsuspensionsgemisch verläßt die Mischkammer 1 über den Diffusor 8, der mittels einer Überwurfmutter 9' mit der Flotationszelle 14 verbunden ist Der Düsenmund 5 ist in dem austauschbaren Düseneinsatz 17 angeordnet, der durch Dichtringe 18 gegen den Injektorkörper d9 und den Konfusor 7 abgedichtet ist. Seine Stirnfläche 16 formt, wie in Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, mit der Mischkammer 1 einen Absatz, wobei diese Querschnittsvergrößerung die Luftansaugung durch die Luftzufuhröffnung 11 bewirkt.
• Wie in F i g. 2 dargestellt, ist der Tragarm 4 in den Düsenmund 5 eingeschweißt. Dadurch wird der Querschnitt des Düsenmundes 5 nur geringfügig verkleinert, wenn es sich um große Durchmesser handelt Bei kleinen Durchmessern bietet sich deshalb die Ausgestaltung gemäß F i g. 3 an, d. h., daß der Tragarm 4 an die Stirnfläche 16 des Düseneinsatzes 17 angeschweißt ist, wodurch der Querschnitt Q 1 des Düsenmundes 5 nicht reduziert wird.
• F i g. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der F i g. 3 des Injektors, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Mischkammer 1 zwei-stufig ausgeführt ist. In der ersten Stufe mit dem Querschnitt Q 2', die relativ kurz gehalten ist, erfolgt das Ansaugen der Luft durch die Öffnungen 11, in der zweiten Stufe, die gegenüber der ersten Stufe eine erhebliche Erweiterung aufweist, ist der Kegelstumpf angeordnet. Damit ergibt sich auch konstruktiv die Möglichkeit, den Kegelstumpf 2 entweder an der Stirn fläche 16 des Düseneinsatzes 17 anzuordnen, oder an der Stufenfläche 20, d. h. dem Übergang von der ersten Stufe der Mischkammer 1 zur zweiten Stufe der Mischkammer 1.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Flotieren von Suspensionen, insbesondere Fasern enthaltenden Suspensionen, die im wesentlichen aus einer Flotationszelle und mindestens einem dieser zugeordneten Injektor zum Einbringen, Umwälzen und Belüften der Suspension besteht, wobei der Injektor einen Düsenmund mit einem Querschnitt Q 1 aufweist, der in eine Mischkammer mit einem Querschnitt Q3 mündet, die mit mindestens einer Belüftungsöffnung versehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) in der Mischkammer (1) mit dem Querschnitt Q3 ist ein Kegelstumpf (2) angeordnet, der den Querschnitt Q3 der Mischkammer (1) zu einem Ringspalt (3) mit dem Querschnitt Q2 verändert, b) das Verhältnis von Q2 zu Q 1 liegt zwischen 1,2 und 1,4, c) der Ringspalt (3) weist eine Breite von größer als 0,15 d und kleiner als 0,40 d auf, wobei dder Innendurchmesser des Düsenmundes (5) ist, d) der Innendurchmesser D der Mischkammer (1) beträgt im Bereich des Bodens des Kegelfußes (15) das 1,30 bis 2,20fache des Innendurchmessers ddes Düsenmundes (5).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) 2-stufig ausgebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt Q 2' der ersten Stufe der Mischkammer (1) im wesentlichen dem Querschnitt Q 2 des Ringspaltes 3 entspricht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe der Mischkammer (1) mit mindestens einer Luftzufuhröffnung (11) versehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel a des Kegelstumpfes (2) zwischen 20 und 8 Grad liegt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (2) über mindestens einen ellipsenförmigen Tragarm (4) im Düsenmund (5) gelagert ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ellipsenförmige Tragarm (4) am Absatz der ersten Stufe der Mischkammer (1) angreift.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (4) mit einem den Kegelstumpf (2) aufnehmenden zylindrischen Ansatz (6) versehen ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Düsenmundes (5) das mindestens 0,1 fache des Düseninnendurchmessers d, des Düsenmundes (5) beträgt.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Mischkammer (1) das 3,0 bis 6,0fache des Mischkammerinnendurchmessers D beträgt.

    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flotieren von Suspensionen, insbesondere von Fasern enthaltenden Suspensionen, die im wesentlichen aus einer Flotationszelle und mindestens einem, dieser zugeordneten Injektor zum Einbringen, Umwälzen und Belüften der Faserstoffsuspension besteht, wobei der Injektor einen Düsenmund mit einem Querschnitt Q1 aufweist, der in eine Mischkammer mit einem Querschnitt Q3 mündet, die mit mindestens einer Belüftungsöffnung versehen ist.

    Eine Flotationsvorrichtung der vorgenannten Art ist aus der DE-PS 29 14 392 bekannt, wobei Altpapierpulpe über einen Injektor mit Luft beladen und einer Flotationszelle zugeführt wird. Der Injektor dieser Flotationsvorrichtung weist eine Mischkammer auf, die einen 20% größeren Querschnitt besitzt als ihn der Düsenmund aufweist.

    Nachteilig bei dieser Konstruktion ist jedoch, daß der Injektor nur einen relativ engen Querschnitt aufweist -der Düsenmund hat einen Durchmesser von 10 mm -und daß eine einfache Vergrößerung des Düsenmunddurchmessers zu einer wesentlichen Verschlechterung der Luftbeladung führt. Es ist bei dieser Flotationsvorrichtung damit erforderlich, eine Vielzahl von kleinen Injektoren einzusetzen, um eine optimale Belüftung zu erreichen.

    Ein weiterer Vorschlag der gleichen Anmelderin, der seinen Niederschlag in der DE-OS 3015 788 fand, ging deshalb dahin, eine Flotationsvorrichtung mit Breitschlitzdüsen auszurüsten, wobei diese Breitschlitzdüsen ein bestimmtes Verhältnis Querschnitt zu Umfang aufweisen und dadurch eine optimale Belüftung der Flotationszelle ermöglichen. Als nachteilig stellte sich bei diesen Düsen inzwischen jedoch heraus, daß 1. die Fertigung der Breitschlitzdüsen wesentlich aufwendiger als die der Rundschlitzdüsen ist und 2. in der Flotationsvorrichtung eine erhebliche Wirbelbildung entstand, die zu einer unerwünschten Zentrifugierwirkung führte.

    Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Flotationsvorrichtung der vorgenannten Art mit Injektoren auszurüsten, die eine optimale Belüftung bei hohem Durchsatz gestatten, ohne daß eine Wirbelbildung und damit eine Zentrifugierung der zu flotierenden Suspension auftritt.