FI109281B

FI109281B - Menetelmä ja laitteisto kaasun sekoittamiseksi nesteeseen

Info

Publication number: FI109281B
Application number: FI964389A
Authority: FI
Inventors: Heikki Manninen; Arto Koso
Original assignee: Sulzer Pumpen Ag
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2002-06-28
Also published as: CA2268325A1; FI964389A; EP0936942A1; FI964389A0; JP2001502962A; US6103128A; WO1998018544A1

Description

2 109281

Siihen tarkoitukseen on olemassa useita erilaisia menetelmiä. Tavallisin on käyttää ylipaineista, kompressorin tuottamaa ilmaa, joka puhalletaan jätevesialtaiden pohjalle, sen yhteydessä olevien hajotinsuuttimien läpi. Ilman liukoisuus on sitä nopeampaa, mitä 5 pienempiä ovat kuplat. Tämän takia pyritään saamaan hajotinsuuttimet tuottamaan erittäin pieniä ilmakuplia, mikä vaatii ylimääräistä painetta ilmapuhalluksessa. Tämä paine menee periaatteessa hukkaan ts. ilman hajottamiseen veteen, sillä liukoisuuteen vaikuttaa vain hajotussuuttimen syvyys nestepinnan alapuolella. Täten menetelmä ei ole. taloudellinen, vaikka se on yleisesti käytössä teknisen toteutuksen helppouden takia. Pait-10 si että menetelmä on epätaloudellinen, on sen varjopuolena paineilmassa olevien epäpuhtauksien aiheuttama suuttimien tukkeutumishaitta.

Toinen tapa sekoittaa happi veteen on käyttää erilaisia, suuria sekoittimia. Näissä vesi ! nostetaan lentämään ilmaan suurina vesimäärinä, pisaroina, jolloin samalla syntyvä il- 15 ma virta koskettaa pisaroita. Seurauksena on hapen liukeneminen käsiteltyyn veteen.

Menetelmä on käytössä mm. puunjalostusteollisuuden jätevesien käsittelyssä. Kuiten- kaan sitä ei voida pitää energiataloudellisesta tehokkaana, vaikkakin käsiteltävät neste- : V: määrät ovat suuria,

il I

I · ’ : 20 Eräs ratkaisu on käyttää nesteen sisällä nopeasti pyörivää roottoria, johon syötetään joko ♦. ·,: itseimuna tai muuten paineistettua ilmaa, minkä roottori sitten sekoittaa nesteeseen voi- :: : makkaasti hajottaen. Näissä ratkaisuissa on sekä hyviä että heikompia hyötysuhteita to dettu.

• » • ♦ · • « » » * 25 Edellä mainitun EI patentin 86381 mukainen laitteisto perustuu pumppuun, jossa liuotet- ;: * tava kaasu sekoitetaan nesteeseen siten, että pumpun imuaukossa on kaasulle erillinen * * « syöttöyhde, jolloin juoksupyörän synnyttämä imu imee halutun määrä kaasua juoksu-| . *. pyörälle ja siitä edelleen pumpun pesään, jonka jälkeen pumpun paineellinen poistoputki ; · · varustetaan painesekoitinyksiköllä, missä neste ja kaasu sekoittuvat perusteellisesti vir- 30 ratessaan paineisena läpi sekoitinyksikön ylimääräkaasun erottimeen.

Neste virtaa tässä tekniikan tason mukaisessa ratkaisussa venttiilin kautta ja sen säätä-mänä pumpun imuyhteeseen. Tällaiselle ratkaisulle on tyypillistä, että tavanomainen ' 3 109281 ! keskipakopumppu ei voi pumpata nestettä, jonka imupuolen virtausta on säädetty edellä kuvatulla tavalla. Imuyhde ohjaa virtauksen juoksupyörälle, joka on pumpun pesässä. Imuyhteeseen 5 on sijoitettu putkiyhde ohjaamaan sitä kautta tuleva kaasuvirta suoraan juoksupyörälle. Kaasuvirtaa säädetään tässä tapauksessa parhaiten säätöventtiilillä.

5 Pumpun painepuolella, sen ulostuloon liitettynä on painesekoitinyksikkö, jonka jälkeen on säätö venttiili, josta ulostulovirtaus voidaan säätää siten, että sekoittimeen saadaan haluttu paine. Tähän ratkaisuun voidaan vielä sisällyttää sinänsä tunnettu painemittari-valvonta.

10 Kun juoksupyörän sisään virtaus on sopiva tai halutusti kuristettu, imeytyy kaasuvirta itsestään nesteen mukaan juoksupyörälle. Kun kaasumäärä on sopiva ja kun painepuoli on joko putkiston kuormittamana tai venttiilillä säädetty sopivaksi, virtaus on kaasulla kyllästettyä nestettä. Jos ja kun tämän virtauksen paine alenee esimerkiksi vapaaseen atmosfääripaineeseen, purkautuu ylimääräinen kaasu nesteestä ulos molekylaarisen pie-15 ninä kuplina, jotka ovat valmiita tarrautumaan kiintoaineisiin, öljyyn, rasvoihin, flokkei-hin, sakkoihin tai vastaaviin hiukkasiin, jotka yhdessä nousevat pintaan. Tätä ilmiötä ts.

*:\ kaasun vapautumista voidaan käyttää hyväksi monissa eri sovellutuksissa, esimerkiksi i notaatiossa.

I * * • · · 20 Koska ilmassa on typpeä suhteellisesti neljä kertaa enemmän kuin happea ja koska typen : liukoisuus veteen on noin puolet hapen liukoisuudesta, tulee suuri osa (n. 70%) typestä : Y; jäämään nesteeseen kaasumaiseen muotoon. Tämä osa voidaan jättää, riippuen olosuh teista joko nesteeseen kupliksi tai poistaa erillisen kaasunerottajan avulla. Sen ratkaisu • · voi olla sinänsä tunnettu, mutta tässä tekniikan tason mukaisessa ratkaisussa oleellista •« * ‘; 25 siinä on, että säädettävällä venttiilillä valitaan se painealue, jolla kaasunerottajan ylä- • I · osaan kertynyt kaasu pääsee virtaamaan ulos. Tämä painealue on alhaisempi kuin vent- : ” ‘: tiilin tai sen perässä olevan putkiston pumppuun synnyttämä vastapaine.

* 1 · ....: Edellä kuvattu laitteisto on mielestämme kuitenkin tarpeettoman monimutkainen niinkin 30 yksinkertaisen asian kuin ilman sekoittamisen nesteeseen suorittamiseksi. Tarvitseehan edellä kuvattu laite ensinnäkin pumpun imupuolelle venttiilin, jolla säädetään pumpulle tuleva nestevirta, vastaavasti tarvitaan erillinen sekoitettavan kaasun imuyhde säätövent-tiileineen. Kuitenkin kaikkein monimutkaisin laite tässä tekniikan tason mukaisessa lait- j 4 109281 i toistossa on pumpun painepuolelle jäljestetty painesekoitinyksikkö säätöventtiileineen ja j kaasunerottimineen. Tämän lisäksi kyseessä olevassa tapauksessa ei tavanomainen kes kipakopumppu tule kysymykseen, koska se ei kykene pumppaamaan kaasupitoista nestettä.

5

Keksintömme lähtökohtana on yksinkertaistaa sekä kaasun sekoituslaitteiston rakennetta että siihen mahdollisesti liittyvien muiden laitteistojen rakennetta mahdollisimman paljon ja pyrkiä käyttämään keskipakopumppua.

10 Mitä tulee kaasun sekoituslaitteistoon liittyviin muihin laitteistoihin, kannattaa huomata, että em. FI patentin mukaista laitteistoa esitetään käytettäväksi sekä järvien ja lampien ilmastamiseen/hapettamiseen että myöskin vaikkapa puunjalostusteollisuuden jätevesien ilmastamiseen/hapettami seen. Edelleen kannattaa huomata, että ao. julkaisun mukainen laitteisto vaatii, että pumpun tulopuolella on varmistettu se, että pumpulle tulee tasainen 15 nestevirta. Toisin sanoen, pumpun imupuolelle on jäljestettävä, vaikka erikseen rakentamalla, erityinen puskurisäiliö riittävän nestevirran varmistamiseksi.

: ’: Keksintömme tuo mukanaan paitsi yksinkertaisen sekoituslaitteiston, myös sen, että käy- •": tetty sekoituslaitteisto ei vaadi sen enempää tulo- kuin painepuolelleen mitään erityisiä ! ': · 20 laitteita, vaan se voidaan sijoittaa suoraan prosessiin. Esimerkiksi edellä mainitun FI pa- | : tentin mukainen laitteisto vaatii pumpun jälkeen erillisen sekoittimen, kuten myös muut v : tiedossamme olevat kaasun sekoituslaitteistot.

, ’ ·: Esillä oleva keksintömme mukaiselle menetelmälle ja laitteistolle tunnusmerkilliset piir- • » * 25 teet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista.

* · » · : ]: Seuraavassa esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa selitetään yksi- : . *. tyiskohtaisemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää kaavamaisesti keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista lait-30 toistoa.

Kuvion 1 mukaisesti keksinnön mukainen laitteisto koostuu pääasiassa sekoittavasta laitteesta 12, tuloputkesta 10, erotetun kaasun poistolaitteista 14 ja paineputkesta 16. Edellä 5 109281 kuvattu laitteisto toimii siten, että neste ja kaasu virtaavat vapaasti tuloputkea 10 pitkin sekoituslaitteeseen 12. Siten on esimerkiksi mahdollista, että esimerkiksi ilmastettava järvivesi otetaan järven pinnalta putkea pitkin niin, että puolet tuloputken poikkipinta-alasta on pinnan alla ja puolet pinnan päällä. Sekoituslaite 12 on painetta kohottava se-5 koitin, joka pyrkii pumppaamaan putkea 10 pitkin tulleen nesteen paineputkeen 16.

Koska keksinnölle on mm. ominaista, että tuloputkessa 10 sekoituslaitteeseen saapuu myös suuri määrä kaasua, että käytetyn sekoituslaitteen pumppauskapasiteetti on edullisesti mitoitettu suuremmaksi kuin suurin mahdollinen laitteeseen tuleva nestevirta, ja että paineputki tai ainakin virtaus sinne on edullisesti säädetty sekoituslaitteelle tulevan 10 nestevirran mukaan, tapahtuu seuraavaa. Johtuen sekoituslaitteeseen tulevan nestevirran suhteellisen pienestä määrästä sekoituslaitteen kapasiteettiin nähden sekoituslaite 12 pystyy kehittämään sellaisen paineen, että pieni määrä nestettä kulkeutuu paineputkeen.

Tällöin kuitenkin osa nesteestä jää kiertämään pumpun sisälle samalla, kun sekoituslaitteen roottori pumppaa myös sekoituslaitteeseen tullutta kaasua laitteen pesään. Näin ol-15 Ien sekä kaasua että nestettä on samassa paineellisessa tilassa sekoituslaitteessa, jolloin j kaasua liukenee nesteeseen se määrä, mikä kulloisissakin olosuhteissa on mahdollista.

! * * · . ·'.; Edellä kuvatulla tavalla sekoituslaitteeseen jäljestetään sopiva viive, jolla annetaan kaa- sulle aikaa liueta nesteeseen. Viiveeseen vaikuttavia tekijöitä ovat luonnollisesti käytet-. 20 tävän sekoituslaitteen kapasiteetti verrattuna tulevaan nestevirtaan, sekoituslaitteen pai- .:. * neputken koko ja mahdollinen säätö venttiilillä jne.

Eräänä toisena keksinnön sovellutuskohteena tulee kysymykseen ratkaisu, jossa kaasua • · * » t ‘: ei suorastaan liuoteta nesteeseen, vaan se sekoitetaan nesteen joukkoon pieninä kuplina.

» · 1; · * 25 Tällöin pumpun pesään ei tarvitse jäljestää liuotukseen vaatimaa suurempaa painetta, » vaan vastaavasti suurempi tilavuusvirta. Tällainen ratkaisu on erityisen käyttökelpoinen ’... ’ esimerkiksi keräyskuidun käsittelyssä, jossa vaahdotettamalla poistetaan kuitususpensi- i : ’: ossa olevat painomuste- yms. notaatiolla poistettavissa olevat partikkelit. Luonnollisesti ' ·" · i sovellutuskohteiksi soveltuvat myös muut flotaation käyttökohteet.

30

Koska sekoituslaitteeseen otettavan nesteen ja kaasun suhde on käytännöllisesti katsoen mielivaltainen, on sekoituslaitteeseen jäljestetty kaasunerotuslaitteet, joilla roottorin eteen kerääntynyt ylijäämäkaasu voidaan poistaa laitteesta. Mikäli kaasua pääsee kerään 6 109281 tymään laitteeseen liikaa on seurauksena se, että laite täyttyy kaasulla eikä enää pysty toteuttamaan painetta kohottavaa ja sitä kautta kaasua liuottavaa tehtäväänsä. Kyseinen sekoituslaite voidaan esimerkiksi järjestää käsittelemään flotaatiolaitokseen tulevaa nes-tevirtaa tai flotaatiolaitoksen dispersiovesikiertoa.

5

Eräänä keksinnön edullisena suoritusmuotona kannattaa mainita sekoituslaitteeksi soveltuva kaasua erottamaan kykenevä keskipakopumppu. Toisin sanoen pumppu, jossa edullisesti juoksupyörän yhteyteen on jäljestetty laitteet kaasun poistamiseksi pumpusta. Mainittuihin laitteisiin voi mm. kuulua pumpun juoksupyörään järjestetyt reiät tai aukot, 10 joiden kautta kaasu ohjataan juoksupyörän takapuolelle, sekä tyhjölaite, tavallisimmin nesterengaspumppu, joka on sijoitettu joko juoksupyörän kanssa samalle akselille tai omalla erillisellä käytöllään pumpun ulkopuolelle. Erästä kyseiseen tarkoitukseen sopivaa pumppua on esitelty mm. EP patenttijulkaisussa 0 478 228.

15 Vielä eräänä keksinnön edullisena sovellutuksena voidaan mainita, että keksinnön mukaiseen laitteistoon tulevaan nestevirtaan voidaan lisätä erilaisia prosessissa tarvittavia ί ‘: kemikaaleja, kuten esimerkiksi flokkulointikemikaaleja ja dispergointiaineita.

; ' Kuten edellä esitetystä huomataan on pystytty kehittämään huomattavasti tekniikan ta- { 20 son laitteita yksinkertaisempi ja helppokäyttöisempi laitteisto kaasun sekoittamiseksi , i.: nesteeseen. Kannattaa vielä mainita, että eräälle keksinnön edulliselle suoritusmuodolle .: * on ominaista, että laitteen paineputki voidaan yhdistää esimerkiksi flotaatiosäiliöön, jol loin siis samaa laitetta käytetään samalla sekä sekoittamaan ilmaa nesteen joukkoon, se- > * * ' koittamaan erilaisia flotaatiokemikaaleja nesteeseen, erottamaan ylijäämäkaasu ja * · · » · ···* 25 pumppaamaan neste flotaatiosäiliöön. Edelleen on todettava, että edellä esitettyjä kek- ., I · * sinnön edullisia suoritusmuotoja ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksintöä sen varsinai-

« t I

•..,: sesta laajuudesta ja suojapiiristä, joka on yksin määritelty oheisissa patenttivaatimuksis- : sa.

• ‘ I t 7 109281

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Menetelmä kaasun sekoittamiseksi nesteeseen, tunnettu siitä, että annetaan sekä kaasun että nesteen virrata atmosfäärisessä paineessa vapaalla vir-5 tauksella mielivaltaisessa suhteessa keskipakopumppuun (12), kehitetään keskipakopumpulla (12) sinänsä tunnetulla tavalla paine, jonka alaisena kaasun annetaan liueta tai sekoittua pieninä kuplina nesteeseen, erotetaan ylimääräinen kaasu keskipakopumpussa (12,14), ja poistetaan neste ja siihen liuennut/sekoitettu kaasu keskipakopumpusta (12) ko-10 rotetussa paineessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste ja siihen liuennut/sekoitettu kaasu poistetaan keskipakopumpusta (12) seuraavaan prosessivaiheeseen, esimerkiksi flotaatiosäiliöön.

15 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen nes- : : teen virtausta keskipakopumppuun (12) nesteen joukkoon lisätään muita prosessissa ,: _ ·' käytettäviä kemikaaleja, jotka sekoitetaan nesteen joukkoon keskipakopumpussa (12).

» ♦ j * 20 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettu ylimää- :. · räinen kaasu poistetaan keskipakopumpusta (12) tyhjölaitteen avulla.

• · * * • · 5. Laitteisto kaasun sekoittamiseksi nesteeseen, johon laitteistoon kuuluu painetta * · " kohottava keskipakopumppu (12), siinä olevat yhteet tulevalle nesteelle ja kaasulle sekä 25 laitteesta poistettavalle nesteelle, tunnettu siitä, että samaa yhdettä (10) käytetään sekä .. I · * keskipakopumppuun (12) tulevalle nesteelle että sinne tulevalle kaasulle.

I i I « • 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kyseiseen keski- *; - · · pakopumppuun (12) kuuluu lisäksi laitteet (14) ylimääräisen kaasun poistamiseksi.

30 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että keskipakopumpussa (12) on painetta kohottava roottori, jonka yhteydessä on laitteet (14) ylimääräisen kaasun poistamiseksi keskipakopumpusta (12).

Claims

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaasun poistolait- | teisiin (14) kuuluu roottoriin jäljestettyjä aukkoja tai vastaavia, joilla ylimääräinen kaasu poistetaan roottorin takapuoliseen tilaan. 5
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että roottorin takapuoliseen tilaan on jäljestetty tai kytketty tyhjölaite kaasun poistamiseksi keskipakopumpusta.
10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sitä käytetään flo- taatiolaitoksen nestevirran pumppaukseen ja kaasun sekoittamiseen mainittuun nestevir-taan.
11. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sitä käytetään flo-15 taatiolaitoksen dispersioveden pumppaukseen ja kaasun sekoittamiseen mainittuun veteen. * f · i » I · : V: 12. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sitä käytetään ke- '' *': räyskuitususpension siistausvaahdotuksessa. * :· 20 * s * t * > ♦ i i * ',' · 1. Förfarande för inblandning av gas i vätska, kännetecknat av att *» · ... * 25 - bäde gas och vätska tillätes att flöda vid atmosfärstryck med fri strömning i arbiträrt * · förhällande tili en centrifugalpump (12), tl** : ‘ : - ett tryck utvecklas pä ett i och för sig känt sätt med centrifugalpumpen (12), under vil- « . : . ·. ket tryck gasen tillätes att upplösas eller inblandas som smä bubblor i vätskan, · » * * | - överflödig gas avskiljs i centrifugalpumpen (12,14), och 30. vätskan och den däri upplösta/inblandade gasen avdras vid förhöjt tryck frän centrifu galpumpen (12). i 9 109281
2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att vätskan och den däri up-plösta/inblandade gasen avdras frän centrifugalpumpen (12) tili nästa processteg, tili ex-empel tili en flotationstank. 5 3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat av att andra kemikalier som skall användas i processen tillsätts i vätskan före vätskeströmningen tili centrifugalpumpen (12), vilka kemikalier inblandas i vätskan i centrifugalpumpen (12).
4. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den avskilda överflödiga gasen 10 evakueras frän centrifugalpumpen (12) med hjälp av en vakuumanordning.
5. Anordningar för inblandning av gas i vätska, vilka anordningar innefattar en tryckförhöjande centrifugalpump (12), kanaler däri för inkommande vätska och gas samt för vätska som skall avdras frän anordningen, kännetecknade av att samma kanal (10) 15 används bäde för den i centrifugalpumpen (12) inkommande vätskan och den däri inkommande gasen. • · · .· : 6. Anordningar enligt patentkravet 5, kännetecknade av att centrifugalpumpen (12) in- . ·. · nefattar ytterligare anordningar (14) för evakuering av överflödig gas. V 20 - 7. Anordningar enligt patentkravet 5, kännetecknade av att centrifugalpumpen (12) ;; ·' uppvisar en tryckförhöjande rotor, i samband med vilken Finns anordningar (14) för eva- •' ’ kuering av överflödig gas frän centrifugalpumpen (12). * · ·
8. Anordningar enligt patentkravet 7, kännetecknade av att gasevakueringsanordnin- • · * gama (14) innefattar i rotom anordnade öppningar eller motsvarande, med vilka över- 10 109281
10. Anordningar enligt patentkravet 5, kännetecknade av att de används för pumpning I av vätskeflödet i en flotationsanläggning och för inblandning av gas i vätskeflödet.
11. Anordningar enligt patentkravet 5, kännetecknade av att de används för pumpning 5 av dispersionsvatten i en flotationsanläggning och för inblandning av gas i vattnet.
12. Anordningar enligt patentkravet 5, kännetecknade av att de används vid avsvärt-ningsflotation av returfibersuspension. t · » · 109281
12 I —I FIG. » t » >