DE4009042C2 - Vorrichtung zur Abtrennung von Luft aus Flotationstrüben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Abtrennung von Luft aus Suspensionstrüben, die bei der Flotation z. B. von Fasersuspensionen der Altpapieraufbereitung anfallen, ist ein erhebliches Problem. Man hat bereits Schaumzerstörer entwickelt, die jedoch nicht dazu führen können, die gesamte Flotationstrübe zu entlüften.

Aus der DE 31 53 358, der DE 31 11 225 und DE 35 19 374 sind Vorrichtungen zum Abtrennen von Luft aus einer Suspensionstrübe bekannt geworden. Im Fall der DE 31 53 358 und der DE 31 11 225 werden Pumpen an einem Behälter angebaut, um bereits beim Abpumpen der Flüssigkeit aus dem Behälter Luft abzuscheiden.

Aus der DE 35 19 374 ist ein mechanischer Schaumzerstörer bekannt, bei dem ein Gebläserad vorgesehen ist. Durch die Rotation der angesaugten Luftströmung wird der Schaum mitgerissen und die Schaumbläschen aufgrund der Einwirkung der Beschleunigungskräfte zum Zerplatzen gebracht.

Nachteilig an der Vorrichtung gemäß der DE 35 19 374 ist, daß Luft nicht vollständig aus der Suspension entfernt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die diesen Nachteil überwindet.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist vorgesehen, daß an den Sammelbehälter für die Flotationstrübe der Flotationseinrichtung ein Hydrozyklon besonderer Bauart in bestimmter Weise angeschlossen ist. Dabei wird am Auslaßende des konischen Teils des Hydrozyklons die entlüftete Suspension abgezogen, wobei ein Gegendruck an dieser Öffnung eingestellt wird, der in der Weise geregelt wird, daß eine relativ große, schmale Eintrittsöffnung des Hydrozyklons für die noch stark mit Luft versetzte Suspension nicht vollständig von dem Flüssigkeitswirbel, der sich in dem Hydrozyklon bildet, verschlossen wird, so daß noch genügend Eintrittsquerschnitt für den Eintritt des Schaumanteils in den Hydrozyklon verbleibt. Es bildet sich in dem Hydrozyklon aufgrund einer relativ großen Rotationsgeschwindigkeit ein Gas- bzw. Luftkern, in welchem sich auch der Schaum zu einem großen Teil ansammelt. Dieser Schaum wird durch den vorhandenen Zulaufdruck nach oben ge­ preßt, wo er zu dem mechanischen, einen mit Radialbeschaufelung versehenen Rotor aufweisenden Schaumzerstörer über einen konischen, kegelstumpfförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Saugstutzen gelangt. Es werden dadurch relativ große Scher­ kräfte auf die Schaumbläschen ausgeübt, so daß sie zerstört werden. Die Luft gelangt nach oben hin ins Freie, während die abgetrennte Flüssigkeit aus dem unteren Teil dieses Schaumzer­ störers abfließt.

Dabei ist es günstig, wenn am Austrittsende des in der Kegel­ spitze des kegelstumpfförmigen Teils des Hydrozyklons sich eine Wirbelkernstütze von rotationssymmetrischer Gestalt befindet, dessen Höhe vorzugsweise 3 bis 8% des Durchmessers dieser Aus­ trittsöffnung der entlüfteten Flüssigkeit beträgt, wenn diese Wirbelkernstütze auf einer der genannten Austrittsöffnung ge­ genüberliegend angeordneten Prallplatte befestigt ist, die einen Abstand zu der Auslaßöffnung zwischen 10 und 25% des Durchmessers dieser Öffnung hat. Vorzugsweise beträgt dabei der Außendurchmesser dieser Prallplatte zwischen dem 2- und 3-fachen des Durchmessers dieser Auslaßöffnung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei stellt

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der Schaltung der Flotationseinrichtung einschließlich der Anordnung der Entlüftungseinrichtung, im wesentlichen im Längsschnitt in bezug auf die Flotationsein­ richtung,

Fig. 2 in etwas vergrößertem Maßstab ebenfalls prinzi­ piell, und zwar im wesentlichen im Querschnitt der Flotationseinrichtung, die Schaltungsanordnung,

Fig. 3 einen prinzipiellen Axialschnitt durch die Entlüf­ tungseinrichtung,

Fig. 4 eine Vergrößerung des oberen Teils derselben,

Fig. 5 eine Vergrößerung des unteren Teils derselben und

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Laufrad des Rotors des mechanischen Schaumzerstörers dar.

Nachfolgend wird zunächst die Entlüftungseinrichtung anhand der Fig. 3 bis 6 erläutert.

Der Hydrozyklon 1 weist einen zylindrischen Eintrittsbereich 2 und einen kegelstumpfförmigen Trennbereich 3 auf, dessen Kegel­ spitzenwinkel zwischen 8 und 16° beträgt. Die Einlaßöffnung 4 für das stark mit Luft versetzte Gemisch aus Flüssigkeit und Schaum ist relativ schmal ausgeführt mit einem Verhältnis der Breite b zur Höhe h b/h = 2 : 5 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 3. Am Austrittsende für die entlüftete Flüssigkeit an der Kegel­ stumpfspitze befindet sich eine Prallplatte 8 mit einem Abstand gegenüber der Auslaßöffnung 6 zwischen 10 und 25% des Durch­ messers dieser Öffnung. Eine Wirbelkernstütze 9 ist auf dieser Prallplatte 8 zentral angeordnet, die eine Höhe zwischen 3 und 8% und einen Durchmesser zwischen 10 und 20% des Durchmessers dieser Auslaßöffnung 6 aufweist. Gegenüber der Prallplatte be­ findet sich eine Gegenplatte 7 gleichen Durchmessers, die an der Austrittsöffnung an dem Hydrozyklon befestigt ist. Der Ab­ stand zwischen den beiden Platten wird durch Flanschstücke 30 hergestellt, die mittels Schraubbolzen 31 und Schraube 32 je­ weils festgelegt sind. Der Durchmesser der Prallplatte 8 (der gleich dem Außendurchmesser der Gegenplatte 7 ist) beträgt zwi­ schen dem 2- und 3-fachen des Durchmessers der Auslaßöffnung 6.

In den Fig. 3 und 4 ist durch die strichpunktierten Linien die Flüssigkeitssäule angedeutet, die sich als Wirbel in dem Hydrozyklon einstellt. Man erkennt, daß dieser Wirbel durch Ge­ gendruckaufbau so eingestellt ist, daß an der Eintrittsöffnung 4 genügend Raum für den Eintritt von Schaum verbleibt. Dieser Schaum wird samt der abgeschiedenen Luft nach oben gedrückt, wo er durch einen Zufuhrstutzen 20 in einen Saugstutzen 14 des Ro­ tors 10 des mechanischen Schaumzerstörerteils 5 gelangt. In diesem Fall ist dieses Teil 5 als ein Aufsatzteil zum Hydro­ zyklon 1 ausgebildet. Der Rotor 10 weist ein Laufrad auf, das mit radialen Schaufeln 16 und einer Deckplatte 15 ausgebildet ist. Dieses Laufrad wird über eine Welle 22 von einem Motor 21 angetrieben, der auf dem Aufsatzteil 5 mittels einem Lagerbock 23 abgestützt ist.

Der Saugstutzen weist eine Eintrittsöffnung 17 auf, die wesent­ lich kleiner ist als der Außendurchmesser der Rotorbeschaufe­ lung 16. Der Öffnungswinkel dieses kegelstumpfförmig ausgebil­ deten Saugstutzens beträgt zwischen 70 und 105°. Durch die Saugwirkung werden große Scherkräfte auf die Schaumbläschen ausgeübt, die, sofern sie am Ende des Saugstutzens noch nicht zerstört sind, durch die Prallwirkung der Radialbeschaufelung und die dort weiter erfolgende Beschleunigung noch weiter zer­ stört werden. Die abgetrennte Luft kann somit oben aus dem Stutzen 12 entweichen, und die entlüftete Flüssigkeit tritt durch den Stutzen 13 am unteren Teil des mechanischen Schaum­ zerstörers aus. Jedoch enthält diese Flüssigkeit noch einen be­ trächtlichen Anteil an Luft, vor allem aber auch an Druckfarbe für den Fall, daß es sich bei der Suspension um Altpapierfaser­ suspension aus bedrucktem Papier, wie Zeitungen, Karton o. ä., handelt. Diese Flüssigkeitsmenge wird vorzugsweise in einer Se­ kundär-Flotationsanlage weiter gereinigt. Dies ist in Fig. 2 mit der Pumpe 39 angedeutet, die die entlüftete Flüssigkeit über Leitung 46 der Sekundär-Flotationseinrichtung 60 zuführt, nachdem sie über Leitung 42 in einen Sammelbehälter 38 einge­ leitet wurde.

In Fig. 1 und 2 ist prinzipiell die Schaltung und die mit 50 bezeichnete primär-Flotationseinrichtung und die mit 60 be­ zeichnete Sekundär-Flotationseinrichtung dargestellt. Die Pri­ mär-Flotationseinrichtung besteht aus lauter parallel geschal­ teten einzelnen Flotationszellen 50′, 50′′ usw., die durch Lei­ tungen 51′ und 51′′ in Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Diese Leitungen münden jeweils in Gemisch-Zufuhreinrich­ tungen 52′, 52′′ usw., die die zu flotierende Suspension mit Luft vermischt in die einzelnen Flotationszellen einleiten. Al­ len Flotationszellen gemeinsam ist jeweils eine Schaumrinne, die in bezug auf die Primär-Flotationseinrichtung mit 37 in Fig. 2 angedeutet ist. Am Boden dieser Schaumrinne befindet sich die Auslaßöffnung 41 für die stark mit Schaum und Luft vermischte Trübe des Flotationsprozesses, die über einen Ab­ lauftrichter 40 in die Rohrleitung 36 eingeleitet wird, die die Suspensionsmischung dem Hydrozyklon 1 zuführt. Das Neigungsver­ hältnis der Trichterwandung in bezug auf die Mittelachse des Ablauftrichters liegt vorzugsweise zwischen 1 : 8 und 1 : 15. Der Höhenabstand h₁ zwischen der Auslaßöffnung 41 der Schaumrinne 37 und der Mittelachse Y der Eintrittsöffnung 4 des Hydro­ zyklons 1 sollte mindestens 2,5 m betragen.

Die Auslaßöffnung für die entlüftete Flüssigkeit des Hydro­ zyklons an seiner Kegelstumpfspitze ist in einem Sammelbehälter 38 angeordnet, in welcher sich ein Suspensionsspiegel ein­ stellt, der so geregelt wird, daß der gewünschte Gegendruck zu der Wirbelströmung im Hydrozyklon erzeugt wird. Dieses Flüssig­ keitsniveau soll etwa 1,5 bis 2 mWS entsprechen. Die in der Entlüftungseinrichtung abgetrennte Luft kann z. B. über Leitung 45 wieder in den Bereich der Schaumrinne 37 der Primär-Flota­ tionseinrichtung eingeleitet werden. Man erhält so hinsichtlich der Geruchsbelästigung ein geschlossenes System.

Als Bemessungshinweis für den Ablauftrichter der Schaumrinne 37 kann man folgende, ungefähre Werte annehmen:

D_1F = 500 mm, D_2F = 300 mm,

welcher Durchmesser dann auch der Rohrleitung 36 entspricht, und

L_F = 1000 mm.

Vorzugsweise ist der Saugstutzen 14 Bestandteil des Rotors des mechanischen Schaumzerstörers 5. Dieser braucht jedoch nicht unbedingt als Aufsatzteil für den Hydrozyklon ausgeführt zu sein, sondern kann mit der Auslaßöffnung 20 desselben über eine Rohrleitung verbunden sein, so daß er sich dann z. B. etwa auf dem Niveau des Bodens der Schaumrinne 37 befinden kann. Auch eine noch höhere Anordnung ist durchaus möglich. Ferner ist es auch möglich, diesen Schaumzerstörer so anzuordnen, daß die Ro­ tationsachse seines Rotors horizontal liegt. Die Höhendifferenz zwischen dem Boden der Schaumrinne 37 und der Einlaßöffnung 4 des Hydrozyklons ist im wesentlichen abhängig von den Eigen­ schaften des Schaumes (z. B. seines Widerstandes gegen Zerfal­ len).

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abtrennung von Luft aus einer Suspension, die als stark schaumhaltige Trübe in einer Flotationseinrichtung anfällt, gekennzeichnet durch

• a) einen Hydrozyklon (1), der in Bezug auf die Mittelachse (Y) seiner Einlaßöffnung (4) mindestens 2,5 m unterhalb der Ablaßöffnung (41) der Flotationseinrichtung (50) angeordnet ist, bestehend aus
• - dem oben angeordneten Einlaßbereich (2) mit tangentialer Zuführung der Suspension,
• - dem nach unten anschließenden, kegelstumpfförmigen Trennbereich (3), dessen Kegelspitzenwinkel zwischen 8 und 16° beträgt
• - dem Auslaß (6) im Bereich der Kegelspitze für den luftarmen Flüssigkeitsanteil,
• - der Prallplatte (8) im Abstand von 10 bis 25% des Durchmessers der Auslaßöffnung (6),
• b) einen oberhalb der Einlaßöffnung (4) des Hydrozyklons (1) angeordneten, in einem Aufsatz- oder Ansatzteil (5) des Hydrozyklons vorgesehenen oder über eine Rohrleitung mit dessen Einlaßbereich (2) verbundenen- mechanischen Schaumzerstörer (10), bei dem ein Rotorlaufrad (15, 16) mit radialer Beschaufelung (16) austrittsseitig einem kegelstumpfförmig oder pyramidenförmig ausgebildeten Saugstutzen (14) einer Länge (Höhe) von zwischen dem 1,5- bis 4-fachen der Höhe der Rotorschaufel (16) nachgeschaltet ist, dessen Eintrittsöffnung von seinem engeren Ende gebildet ist,
• c) eine schmale, rechteckige Einlaßöffnung (4) des Hydrozyklons mit einem Verhältnis der Breite (b) zu ihrer Höhe (h) b/h=0,25 bis 0,35, und
• d) einem Sammelbehälter (38), in den die Kegelstumpfspitze des Hydrozyklons (2) eintaucht, und in welchem ein geregelter Suspensionsspiegel als Gegendruck zu der Wirbelströmung im Hydrozyklon (2) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelspitzenwinkel zwischen 8 und 120 beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zylindrische Wirbelkernstütze (9) aufgesetzt auf die Prallplatte (8) in der Auslaßöffnung (6) des Hydrozyklons (1) mit einem Durchmesser von 10 bis 20% und einer Höhe von 3 bis 8% des Durchmessers der Auslaßöffnung (6).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine parallel zur Prallplatte (8) angeordnete Gegenplatte (7) an der Austrittsöffnung (6) des Hydrozyklons (1).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser von Prallplatte (8) bzw. Gegenplatte (7) zwischen dem 2- und 3-fachen des Durchmessers der Austrittsöffnung (6) des Hydrozyklons (1) beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Schaumzerstörer (10) höchstens 8 m oberhalb der Mittelachse (Y) der Einlaßöffnung (4) des Hydrozyklons (1) angeordnet ist.