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Flotationsapparat für Trüben mit unter Druck gelöstem Gas, die eine
Düse durchströmen Die Erfindung bezieht sich auf einen Flotationsapparat für Trüben
mit unter Druck gelöstem Gas.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Flotation fester
Stoffe, die in einer Flüssigkeit, wie Wasser, suspendiert sind, ein Gas, üblicherweise
Luft, unter Druck in der Flüssigkeit zu lösen und dann die Suspension mit dem darin
gelösten Gas eine Düse passieren zu lassen, in welcher die Druckenergie der Flüssigkeit
in kinetische Energie umgesetzt wird, wobei ein unterhalb des Atmosphärendruckes
liegender Druck entsteht, der allmählich während des Durchtritts der Suspension
durch die Düse ausgeglichen wird, so daß der Druck der Suspension beim Austritt
aus der Düse gleich oder im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist. Unter
dem Einfluß dieses unter dem atmosphärischen Druck liegenden Druckes trennt sich
das Gas von der Flüssigkeit in Form von feinen Blasen, welche aus der Flüssigkeit
entweichen, im wesentlichen innerhalb einer Flotationskammer. Wenn die Gasblasen
zur Oberfläche der Flüssigkeit in dieser Kammer aufsteigen, nehmen sie suspendierte
feste Teilchen mit sich, insbesondere wenn der Suspension ein Flotationsmittel zugesetzt
wird.
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Es ist bereits eine Düse des vorstehend erwähnten Typs in Form eines
Paares von relativ zueinander einstellbaren Scheiben bekannt, welche parallele oder
im wesentlichen parallele einander entgegengesetzte Oberflächen besitzen, wobei
außerdem die eine dieser Scheiben mit einer mittleren Einlaßöffnung versehen ist,
welche zu dem Düsenkanal führt, der durch den Zwischenraum zwischen den einander
entgegengesetzten Oberflächen gebildet wird. Bei dieser bekannten Konstruktion kann
der Abstand zwischen den einander parallelen Oberflachen
der Scheiben
so eingestellt werden, daß eine Flüssigkeit, welche in die Einlaßöffnung der Düse
unter einem höheren als dem atmosphärischen Druck eintritt, einer plötzlichen großen
Geschwindigkeitssteigerung unterworfen wird, während sie von der Einlaßöffnung zu
dem eigentlichen Düsenkanal strömt, wobei infolge dieser Beschleunigung ein Druckabfall
der Flüssigkeit bis auf einen unterhalb des atmosphärischen liegenden Druck eintritt.
Dieser reduzierte Druck steigt allmählich während des Weges der Flüssigkeit bis
zum Umfang der Scheiben wieder an.
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Infolge der Tatsache, daß der Abstand zwischenden einander entgegengesetzten
Oberflächen der Scheiben der vorstehend beschriebenen Düsen- -konstruktion in sämtlichen
Radien gleich oder annähernd gleich ist, erweitert sich der Durchtrittsbereich des
Düsenkanals im wesentlichen gleichmäßig vom Zentrum nach er Peripherie.
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Durch sorgfältige Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, daß erhebliche
Vorteile erzielt werden können, wenn der Düsenkanal zwischen den Scheiben so ausgebildet
wird, daß sich bestimmte Zonen ergeben, von denen jede eine von der der anderen
Zone verschiedene Wirkung besitzt.
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Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die einander zugekehrten
Scheibenflächen, welche die Begrenzung des Düsenspaltes darstellen, diesen in eine
Anzahl von zueinander kornzentrischen Zonen teilen, nämlich i. eine Einlaßzone,
2. eine Zone zur Bewirkung einer Geschwindigkeitssteigerung und gleichzeitigen Druckabnahme
der Suspension bis auf unterhalb des Dampfdruckes bei der gegebenen Temperatur,
in welcher das in der Trübe gelöste Gas sich in Bläschenform abscheiden kann, 3.
ferner eine Zone, durch welche die Suspension mit nahezu konstanter Geschwindigkeit
und konstantem Druck entsprechend dem Dampfdruck der Flüssigkeit strömt, und 4.
eine äußere Zone, die eine Steigerung des Druckes der Suspension vom Dampfdruck
bis zu dem atmosphärischen Druck und als Ergebnis ein Zusammendrücken der Gasbläschen
auf eine sehr kleine Größenordnung bewirkt.
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Ein wesentlicher, als Ergebnis der Erfindung erzielter Vorteil besteht
darin, daß man nun nicht länger darauf beschränkt ist, den Düsenkanal als Ganzes
einzustellen, um die beste Wirkung der Düse zu erzielen, sondern daß man nunmehr
die einzelnen Zonen voneinander unabhängig einstellen kann, um die günstigste Wirkung
jeder der getrennten Zonen herbeizuführen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für eine gegebene Kapazität
der Durchmesser der Scheiben erheblich verringert werden kann.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. i ist ein Längsschnitt einer Düse nach der Erfindung und Fig.
2 ein Diagramm, welches in einem übertriebenen Maßstab hinsichtlich der axialen
Richtung die Zonen des Düsenkanals veranschaulicht.
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Die in Abb. i dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus
zwei übereinander gelagerten Scheiben, nämlich einer unteren Scheibe i und- einer
oberen Scheibe ä, die so angeordnet sind, daß sich zwischen ihnen ein Zwischenraum
3 ergibt, der den Düsenkanal für die zu foltierende Flüssigkeit darstellt. Die untere
Scheibe i wird durch einen hohlen Fuß 4 getragen, an dessen unterem Ende sich ein
nach außen hervorragender Flansch 5 befindet, der zur Verbindung des Fußes 4 mit
der Scheibe i mit einem., geeigneten, nicht dargestellten Träger dient. Das Innere
des hohlen Fußes 4 bildet einen Flüssigkeitseinlaß, der an seinem unteren Ende mit
einer nicht dargestellten Zuleitung für die Einführung der' Flüssigkeit mit dem
darin gelösten Gas unter einem oberhalb des atmosphärischen liegenden Druckverbunden
ist. An seinem oberen Ende steht der Innenraum des Fußes 4 über einen eingeschnürten
Durchlaß 40 mit der Mitte des Kanals 3 in Verbindung.
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Die obere Scheibe 2 wird durch einen vertikalen Schaft oder eine Spindel
6 getragen, die sich in zentraler Anordnung durch den Fuß 4 hindurch erstreckt und
an ihrem unteren Ende einstellbar mit diesem verbunden ist. In dieses Ende ist der
untere Endteil 7 des Schaftes eingeschraubt, wie dies bei 7 dargestellt ist, und
greift in eine Mutter S ein, die durch eine Anzahl von Armen 9 mit der Wandung des
Fußes 4 verbunden ist. Um die obere Scheibe 2 zu tragen, ist an dem Schaft 6 ein
Haltekörper io angebracht, der auf einer Schulter des Schaftes ruht, welche durch
eine kugelsegmentförmige obere Fläche gebildet wird, die in eine entsprechende kugelsegmentförmige
Aussparung, welche zentrisch in der unteren Fläche der Scheibe 2 gebildet ist, eingreift.
Der Schaft erstreckt sich oberhalb der Scheibe 2 durch eine mittlere Öffnung in
dieser und setzt sich weiter mit einem vorzugsweise röhrenförmigen Glied i i fort,
dessen oberes Ende bis oberhalb der Flüssigkeit reicht, in welcher sich die Düse
während des Gebrauches befindet. Die Verlängerung i i trägt an ihrer Spitze einen
viereckigen Kopf 12, auf den ein Schlüssel aufgesetzt werden kann. Durch Drehung
des Schaftes mit Hilfe dieses Schlüssels können die Scheiben i und 2 einander genähert
oder voneinander entfernt werden.
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Die Scheiben i und 2 sind kreisförmig ausgebildet. Die obere Scheibe
2 besitzt einen größeren Durchmesser als die untere Scheibe, so daß ihr Umfang über
den Umfang der unteren Scheibe vorspringt, wobei der vorspringende Teil der Scheibe
2 einen nach unten gerichteten Flansch 13 aufweist, der dazu dient, die aus dem
Düsenkanal 3 austretende Flüssigkeit nach unten abzulenken.
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Um die Scheiben in axialer Richtung in bezug aufeinander an ihrem
Umfang zu führen, ist eine Anzahl von Führungszapfen vorgesehen, von denen einer
bei 14 in der Abbildung dargestellt ist, wo er mit der unteren Scheibe mi,t Hilfe
einer auf das verjüngte untere Ende des Zapfens aufgeschraubter Mutter verbunden
gezeigt ist, so daß die Scheibe zwischen der. Mutter und einem Schulteransatz des
Zapfens eingeklemmt ist, während der obere Teil des Zapfens glatt und gleitbar in
einer Bohrung
in der oberen Scheibe angeordnet ist. Gemäß Abb. i
dient der Führungszapfen ferner dazu, einen Träger 15 für eine Rohrleitung 16 zu
befestigen, mittels welcher Flotationsmittel in die Suspension eingeführt werden.
Im folgenden werden im einzelnen die neuen Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme
auf Abb. 2 beschrieben.
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In Abb. 2 bedeutet das Bezugszeichen D den Durchmesser des Einlasses
entsprechend 4o nach Abb. i, unter der Annahme, daß durch diesen Einlaß nicht, wie
nach Abb. i, ein Schaft 6 hindurchgeht. Der Durchmesser D kann als der Mindestdurchmesser
der Einlaßzone der Vorrichtung angesehen werden, während mit E der maximale Durchmesser
derselben bezeichnet ist. Mit anderen Worten umfaßt die Einlaßzone den Teil der
Vorrichtung, dessen radiale Erstreckung durch die Ziffer I (Abb. 2) angedeutet ist.
Innerhalb dieser Zone bildet die Wandung des Einlaßkanals einer gleichmäßigen Übergang
von dem Durchmesser D zu dem Durchmesser E und bewirkt hierdurch eine völlige Umsetzung
der axialen Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die radiale.
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Ein besonders zweckmäßiges Verhältnis zwischen den Durchmessern C
und E unter der betreffenden Bedingung, nämlich der, daß kein durch die Düse hindurchgehender
Schaft vorhanden ist, ist i : 2. Eine wichtige Regel für die Dimensionierung und
Gestaltung des Einlaßteiles I ist die, daß die Flüssigkeit durch diese Zone im wesentlichen
ohne Druck- oder Geschwindigkeitsänderung hindurchströmen kann. Bei der Bestimmung
der Abmessungen der Zone I ist es ratsam, zunächst einen gewissen Druck oberhalb
des atmosphärischen der durch den Einlaßteil hindurchströmenden Flüssigkeit in Betracht
zu ziehen, um den Druckverlust auszugleichen, dem die Flüssigkeit während ihres
Durchtrittes durch den Düsenkanal ausgesetzt ist.
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Anschließend an die Einlaßzone I liegt die Zone 1I zwischen den Durchmessern
E und F, deren Abmessungen so gewählt sind, daß hier eine Beschleunigung der Geschwindigkeit
der Flüssigkeit bis auf einen solchen Wert erzielt wird, daß der statische Druck
der Flüssigkeit, die in die Zone II eintritt, bis auf nahe dem Dampfdruck der Flüssigkeit
absinkt, wenn die Flüssigkeit die Zone II verläßt und in die Zone III eintritt.
Die Zone III, welche sich zwischen den Durchmessern S und G erstreckt, wird so bemessen
und ausgeführt, daß der Dampfdruck innerhalb der gesamten Zone im wesentlichen aufrechterhalten
wird, d. h. bis die Flüssigkeit den Durchmesser G erreicht.
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Es ist hiernach ersichtlich, daß während des Durchtrittes der Flüssigkeit
durch die Zone III nicht nur ihr Druck, sondern auch ihre Geschwindigkeit annähernd
konstant gehalten wird und eine etwaige scheinbare Vergrößerung des Volumens auf
Gasblasen und etwa entstandenen Dampf zurückzuführen ist.
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Die darauf folgende Zone IV ist die letzte Zone des Kanals, welche
sich zwischen den Durchmessern G und H erstreckt. In diesem Falle ist ein gleicher
Durchmesser der Scheiben angenommen. Die Zone IV ist so ausgeführt, daß der Druck
der Flüssigkeit von dem Dampfdruck innerhalb des Durchmessers G bis auf den atmosphärischen
Druck innerhalb des Durchmessers H ansteigt, wobei demzufolge eine Zusammenpressung
der Gasblasen auf eine sehr kleine Größenanordnung erfolgen kann. Um diesen Druckanstieg
innerhalb eines Mindestabstandes zwischen den Durchmessern G und H zu erzielen,
d. h. mit einer Mindestradialerstreckung der Zone IV, erhöht sich der Durchschnittsquerschnitt
der Zone IV nach dem Umfang der Scheiben zu nicht nur als Folge des allmählich ansteigenden
Durchmessers, sondern auch dadurch, daß vorzugsweise die Oberflächen dieser Scheiben
innerhalb dieser Zone konisch divergieren.
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Die Arbeitsweise der neuen Vorrichtung geht aus der vorstehenden Beschreibung
im einzelnen hervor und bedarf daher keiner nochmaligen besonderen Erläuterung.
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Es sind zahlreiche Abänderungen des dargestellten Ausführungsbeispiels
möglich, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.