FLUIDEN MEDIUMS IN EINEN PROZESSSTROM

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom. An die Dosierung und die nachfolgende Einmischung von Chemikalien in den Papierherstellungsprozess werden besondere Anforderungen gestellt. Dabei können mit einer effizienten Einmischung und einer bedarfsgerechten Dosierung wie beispielsweise einer von der Faserstoffmenge abhängigen Zugabe die Mengen an Chemikalien in erheblichem Umfang reduziert werden.

Zudem erfordern zunehmende Kosten für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien deren möglichst effizienten Einsatz. Dabei sind z.B. die Energiemengen zu berücksichtigen, die für die Erwärmung von Frischwasser für die Auflösung bzw. Verdünnung von Prozesschemikalien erforderlich sind. Eine Erwärmung der Prozesschemikalien auf Stofftemperatur ist erforderlich, um einen thermischen Schock bei der Einmischung zu vermeiden und damit eine effiziente Einmischung in den Stoff und die optimale Wirkung beispielsweise einer Retentionschemikalie zu gewährleisten. Um den Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien sowie auch den Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der Chemikalienaufbereitung in Grenzen zu halten, besteht ein Bedarf an einem möglichst effizienten Verfahren zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom während der Herstellung der Faser- und/oder Vliesstoffbahn. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine möglichst effiziente und kostengünstige Chemikaliendosierung und -einmischung in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, erreicht werden kann. Dabei soll insbesondere eine in Abhängigkeit vom Prozessstrom, beispielsweise in Abhängigkeit von dessen Konsistenz und/oder Ladungszustand, abhängige mengengeregelte Zudosierung insbesondere einer fluiden Prozess- und/oder Funktionschemikalie ermöglicht werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstroms zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein fluides Medium über einen Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüst wird.

Fluidoszillatoren sind als solche bereits bekannt und können insbesondere jeweils eine Düse, eine Mischkammer und Rückströmkanäle umfassen. Fluidoszillatoren oder fluidische Oszillatoren zeichnen sich durch eine selbsterregte Schwingung in ihrem Inneren aus, die sich entweder in einem oszillierenden Freistrahl am Ausgang des Bauteils oder durch ein periodisches Umschalten zwischen zwei diskreten Auslässen äußert. Wird das Bauteil mit einem Fluid beaufschlagt, legt sich der resultierende Strahl automatisch auf einer Seite in der Mischkammer an. Stromabwärts der Mischkammer prallt der Strahl gegen eine Wand und spaltet sich in zwei Ströme auf. Der Hauptstrom verlässt das Bauteil durch einen der Auslässe. Der zweite Strom wird durch einen der sogenannten Rückstromkanäle geleitet und trifft an der Düse auf den Hauptstrom und drückt diesen an die gegenüberliegende Wand in der Mischkammer. Der Prozess verläuft dann spiegelverkehrt ab und der Strahl verlässt das Bauteil durch den anderen Auslass. Anschließend wird der Prozess wird von Neuem initialisiert. Fluidoszillatoren bieten die Möglichkeit einer hohen Durchmischung, ohne dabei den Druck zu erhöhen oder bewegliche Teile einsetzen zu müssen. Sie erzeugen an ihrem Auslass einen periodisch oszillierenden Strahl. Mögliche Ausführungsformen solcher Fluidoszillatoren sind beispielsweise auch in der EP 0 319 594 B1 beschrieben. Durch den Einsatz eines oder mehrerer solcher Fluidoszillatoren ist eine effizientere Dosierung und Einmischung von Chemikalien in den Prozessstrom möglich, womit insbesondere auch die Kosten für Energie, Rohstoffe, Frischwasser und Chemikalien minimiert werden. Bevorzugt enthält wenigstens ein über einen Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüstes fluides Medium wenigstens eine Chemikalie.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn über wenigstens eine Anordnung aus jeweils wenigstens zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden. Dabei sind die Fluidoszillatoren einer jeweiligen Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander bevorzugt so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.

Indem eine Vermischung der aus den verschiedenen Fluidoszillatoren austretenden Fluidströme stattfindet, wird die Durchmischung weiter optimiert.

Dabei können beispielsweise über wenigstens eine Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in orthogonalen Ebenen verschwenkt werden. Dabei können die beiden Fluidoszillatoren einer entsprechenden Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander beispielsweise so angeordnet werden, dass deren Austrittsstrahlen in einer vertikalen und in einer horizontalen Ebene verschwenkt werden. Diese Anordnung ermöglicht somit das gleichzeitige Austreten von Strahlen in einer vertikalen und einer horizontalen Ebene relativ zueinander, wobei beim Austreten der beiden Strahlen aus den Fluidoszillatoren eine Vermischung der beiden Ströme stattfindet.

Es sind jedoch auch solche Ausgestaltungen des Verfahrens denkbar, bei denen über wenigstens eine Anordnung aus jeweils mehr als zwei Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst werden. Dabei sind die Fluidoszillatoren relativ zueinander vorzugsweise so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden über mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessstrom verteilte Fluidoszillatoren und/oder Fluidoszillator-Anordnungen aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren fluide Medien in den Prozessstrom eingedüst.

Mit einer solchen Ausführung wird der Dosier- und Mischprozess weiter optimiert.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein fluides Medium über eine Kombination aus einer Mischdüse und wenigstens einem Fluidoszillator in den Prozessstrom eingedüst. Dabei kann beispielsweise eine Anordnung von wenigstens zwei Fluidgeneratoren in Kombination mit einer Mischdüse verwendet werden, wobei beispielsweise eine Chemikalie mit einem Trägerfluid vorher vermischt und dann vor der Dosierung auf z.B. einen oder mehrere in einem Winkel zueinander angeordnete Fluidoszillatoren aufgegeben wird. Mittels einer solchen Anordnung kann die zu dosierende Chemikalie beispielsweise vorgemischt in einem Trägerfluid oszillierend in einen weiteren Fluidstrom eingemischt werden. Dabei wird die Mischdüse dem Fluidoszillator bevorzugt vorgeschaltet.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Mischdüse zumindest zwei Fluide zugeführt und in dieser miteinander vermischt und/oder zur Reaktion gebracht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstrom zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass sie wenigstens einen Fluidoszillator zur Eindüsung wenigstens eines fluiden Mediums in den Prozessstrom umfasst.

Bevorzugt enthält wenigstens ein über einen solchen Fluidoszillator in den Prozessstrom eindüsbares fluides Medium wenigstens eine Chemikalie.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese wenigstens eine Anordnung aus wenigstens zwei Fluid- oszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom. Dabei sind die Fluidoszillatoren einer jeweiligen Fluidoszillator-Anordnung relativ zueinander bevorzugt so angeordnet, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.

Dabei kann die Vorrichtung insbesondere wenigstens eine Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom umfassen, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in orthogonalen Ebenen, beispielsweise in einer horizontalen und einer vertikalen Ebene, verschwenkt werden.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Anordnung aus mehr als zwei Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom, die relativ zueinander insbesondere so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen in unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Vorrichtung mehrere in Umfangsrichtung um den Prozessor verteilte Fluidoszillatoren und/oder Fluidoszillator-Anordnungen aus jeweils mehreren Fluidoszillatoren zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom umfasst.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese wenigstens eine Kombination aus einer Mischdüse und wenigstens einem Fluidoszillator zur Eindüsung eines fluiden Mediums in den Prozessstrom. Dabei ist die Mischdüse dem Fluidoszillator bevorzugt vorgeschaltet.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Mischdüse zumindest zwei Fluide zuführbar und in der Mischdüse miteinander vermischbar und/oder zur Reaktion bringbar.

Die Mischdüsen können beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies in der DE 10 2010 028 573 A1 oder der DE 10 2010 028 572 A1 beschrieben ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit beispielsweise wenigstens ein fluides Medium und eine fluide Chemikalie in einen Prozessstrom dosiert und eingemischt werden. Bei dem Prozessstrom kann es sich insbesondere um einen fluiden Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, vorzugsweise eines Prozesses zur Herstellung einer Faseroder Vliesstoffbahn handelt. Es kann beispielsweise eine Dosierung eines in einem Verdünnungsmedium verdünnten fluiden Mediums erfolgen, z.B. einer Prozess- oder Funktionschemikalie oder eines Partialfluidstroms in einer Mischdüse gemischt. Anschließend kann das fluide Medium in einen Fluidoszillator geleitet und anschließend in den Prozessstrom, d.h. den weiteren Fluidstrom, dosiert werden. Grundsätzlich kann mittels eines Fluidoszillators oder auch mittels einer Kombination einer Mischdüse und wenigstens eines Fluidoszillators auch lediglich ein Fluid dosiert werden. Die Ausströmung eines Fluidoszillators kann beispielsweise senkrecht oder transversal zur Fluidströmung des Fluidstroms angeordnet sein, in den die Mischung ausströmt. Zudem können auch mehrere Kombinationen aus Mischdüse und Fluid- oszillator beispielsweise um eine Rohrleitung angeordnet sein. Durch die Überlappung des Strahlbildes einzelner Fluidoszillatoren mit dem Strahlbild jeweils benachbarter Fluidoszillatoren kann eine gleichmäßige Querverteilung in den Prozessstrom erreicht werden.

Mittels der Winkeländerung kann so z.B. die Durchdringung des Prozessstromes eingestellt werden. Damit ist es beispielsweise möglich, einen zu dosierenden Partialfluidstrom oder einen Chemikaliendosierstrom in seiner Intensität in der Weise zu beeinflussen, dass dieser den Prozessstrom nicht ganz durchdringt und so den Prozessstrom beispielsweise lediglich bis zur Mitte durchdringt. Mittels der einstellbaren Strahlintensität kann die für die Eindosierung benötigte Energie regelbar eingestellt werden, so dass der Dosierprozess energieeffizient geführt werden kann.

Mittels des Dosierprinzips kann erreicht werden, dass der gesamte Prozessstrom zur Herstellung einer Papier- oder Vliesstoffbahn, beispielsweise einer Faser- oder Vliesstoffsuspension, im Wesentlichen gleichzeitig von der fluiden Prozess- oder Funktionschemikalie durchdrungen und die fluide Prozess- oder Funktionschemikalie dabei mit dem Prozessstrom gemischt wird. Wesentlich ist hierbei, dass die fluide Prozess- oder Funktionschemikalie bereits gleichmäßig verteilt in den Prozessstrom eingemischt wird. Bei der fluiden Chemikalie kann es sich zudem um eine Mischung aus Prozess- und Funktionschemikalie handeln. Zudem kann es sich um einen in einem fluiden Medium suspendierten Feststoff wie z.B. um eine Füllstoffslurry handeln. Die Austrittsdüsen des Fluidoszillators können insbesondere in der Weise angeordnet sein, dass diese wenigstens einen Teil eines Kreisbogens (Bogenlänge) auf einer zylindrischen, gekrümmten Oberfläche, beispielsweise einer Rohrleitung, abdecken, wobei bei mehreren nebeneinandergeordneten Öffnungen jeweils ein Kreissegment durch jeweils eine Düsenanordnung abgedeckt sein kann und somit eine komplette ringförmige Anordnung um den zylindrischen Umfang eines Rohres durch eine entsprechende Anzahl von Düsenanordnungen (Fluidoszillatoren) gegeben ist. Auf diese Art können die Dosierströme sehr effizient mit dem gesamten Prozessstrom vermischt werden.

Bei einem jeweiligen Partialstrom kann es sich beispielsweise um einen Teil des Prozessstromes selbst handeln. Es kann sich dabei jedoch beispielsweise auch um andere Prozessströme, wie z.B. Siebwasser, oder Filtrate, wie Klarfiltrat oder Superklarfiltrat oder auch Frischwasser, so z.B. Warmwasser, handeln.

Bei der zu dosierenden Chemikalie kann es sich beispielsweise um ein Retentionsmittel handeln, beispielsweise um Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidamin-Harze, PolyDADMAC, Polyvinylamin (PVAm) oder Polyethylenoxid (PEO). Zudem kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie beispielsweise auch um ein Mikropartikel bzw. Nanopartikel handeln, z.B. um Betonit oder ein Silikat.

Ferner kann es sich bei der zu dosierenden Chemikalie um Stärke oder ein Biozid, oder z.B. um einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln.

Weiter kann es sich bei der Chemikalie um Neutralleimungsmittel wie z.B. AKD (Alkylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid) handeln.

Bei der zu dosierenden Chemikalie kann es sich generell um alle insbesondere bei der Papierherstellung eingesetzten Chemikalien und Additive handeln, die in eine fluide Form (Lösung, Dispersion oder Suspension) gebracht werden können. Daneben kann mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auch ein Gas neben einem Fluidstrom oder mehreren weiteren Fluidströmen dosiert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zuführungseinrichtung beispielsweise des Partialfluidstroms oder des Chemikaliendosierstroms ist dabei zweckmäßigerweise so hoch zu wählen, dass sich keine Ablagerungen bilden können. Die Strömungsgeschwindigkeit kann sich dabei insbesondere im Bereich von 0,05 bis 20 m/s, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 m/s und besonders im Bereich von 0,1 bis 5 m/s bewegen.

Eine jeweilige Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator ist mit Vorteil insbesondere auch zur Erzeugung einer Fällungsreaktion mit anschließender Dosierung einsetzbar.

Dabei ist die Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator nicht auf die ausschließliche Dosierung von flüssigen, fluiden Chemikalien beschränkt. So können in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator neben flüssigen, fluiden Chemikalien auch ein Gas, wie z.B. CO2 und z.B. Kalkhydrat, z.B. als Suspension (Kalkmilch, Aufschlämmung von Kalziumhydroxid in Wasser) oder als Kalkwasser zur Reaktion gebracht werden.

Die Löslichkeit von Kalkhydrat Ca(OH) ₂ in Wasser beträgt nur 1 ,7 g/l bei 20°C, wobei sich die Löslichkeit bei zunehmender Temperatur verringert. Vorzugsweise wird deshalb eine Kalkmilchsuspension eingesetzt, die dann eine wesentlich höhere Konzentration von z.B. 30 bis 150 g/l an Ca(OH) ₂ aufweist. Es kann beispielsweise auch eine hochreine wässrige Lösung aus Kalkhydrat eingesetzt werden und in dem, mittels der Misch-/Reaktions-/Düsenanordnung, bereitgestellten Mischraum mit CO2 zur Reaktion gebracht werden. Es kann beispielsweise auch ein kohlensaures Wasser in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator in Reaktion mit einer Aufschlämmung von Kalk (Kalkmilch) oder einer wässrigen Lösung von Kalkhydrat gebracht werden. Bei der Herstellung von Kalkmilch aus Kalkhydrat Ca(OH) ₂ kann die Suspension sofort auf die Gebrauchskonzentration eingestellt werden. Denkbar ist beispielsweise auch, die Gebrauchskonzentration direkt in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator vor dem Kontakt mit dem CO2 durch die Einmischung eines weiteren Verdünnungsfluids in einer vorgeschalteten Mischzone einzustellen.

Bei der Verwendung von Kalkmilch kann es auch von Vorteil sein, wenn in der Zuführung zur Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator ein Filter vorgeschaltet ist, damit unlösliche Bestandteile zurückgehalten werden, um Verstopfungen des Dosiersystems auszuschließen. Bei der Dosierung von Kalkwasser kann auf Filter verzichtet werden. Bei der Verwendung von Kalkmilch sollte die Strömungsgeschwindigkeit zweckmäßigerweise 1 ,0 m/s nicht unterschreiten und vorzugsweise größer 1 ,5 m/s gewählt werden. Insbesondere bei größeren Leitungslängen bzw. Zuführungen zur Düsenanordnung größer als 20 m ist die Dosierung der Kalkmilch aus einem Ringleitungssystem von Vorteil, um Ablagerungen im Leitungssystem zu vermeiden.

Bei der Verwendung einer Kalkhydrat-Suspension (Kalkmilch) werden besondere Anforderungen an die Kornverteilung und die Korngröße gestellt, da diese Parameter die Reaktionsfähigkeit der Kalkmilch wesentlich beeinflussen. Die Korngrößenverteilung sollte möglichst homogen sein, um die bei der Reaktion mit Kohlendioxid erreichte Ausfällung an Kalziumcarbonat effizient ablaufen zu lassen. Eingesetzt werden kann insbesondere ein Kalkhydrat Ca(OH) ₂ , dessen homogenes Kornspektrum aus vielen kleinen Partikeln besteht, da die Reaktionsgeschwindigkeit im Wesentlichen von der Partikelgröße beeinflusst wird. Bevorzugt kommt es in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator zu einer Fällungsreaktion, z.B. durch die Reaktion von Kalkmilch und Kohlendioxid, wobei das so erzeugte gefällte Kalziumcarbonat mittels eines weiteren Fluidstroms (Injektionsstroms) oder der vorzugsweise wässrigen Phase der Kalkmilch in den Prozessstrom dosiert werden kann. Mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator können dabei gleichzeitig die Fällungsreaktion und die Dosierung in den Prozessstrom erfolgen.

Von Vorteil zudem, wenn eine Zusammenführung der jeweiligen Reaktionspartner in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator erfolgt und damit wenigstens eine Mischzone ausgebildet wird, wobei durch die Geometrie der entsprechenden Zone die Verweil- bzw. Reaktionszeit eingestellt werden kann. Bei der Applikation von CO ₂ kann die Ausführung einer möglichen Zusammenführung in der Reaktions-Mischzone aus einer Vielzahl von Bohrungen mit einem vorzugsweise relativ kleinen Durchmesser ausgeführt sein.

Bevorzugt erfolgt die (primäre) Fällungsreaktion des Kalziumcarbonats außerhalb des Prozessstroms oder des konstanten Teils der Papiermaschine in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator, so dass durch die Wahl des Injektionsmediums der Prozess der Fällungsreaktion beeinflusst werden kann.

Bei der Wahl eines Prozesswassers, das keine Faserbestandteile enthält, z.B. gefiltertes Filtrat oder Filtrat bzw. Frischwasser, kann aufgrund der Fällungsreaktion in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator Kalziumcarbonat bereitgestellt werden, das in einen Prozessstrom dosiert wird. Bei der Verwendung der Faserstoffsuspension selbst, beispielsweise eines Partialfluidstroms als Injektionsstrom, kann die Fällungsreaktion auf den im Partialfluidstrom enthaltenen Faserstoff bereits in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator erfolgen. Mittels der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator können beispielsweise die folgenden verschiedenen Applikationsformen von Kalziumcarbonat bereitgestellt werden:

1 ) Der Dosierung eines in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auf die Faser des Partialfluidstroms gefällten Kalziumcarbonats (bei der Verwendung eines Teilstoffstroms der Faserstoffsuspension als Injektionsstrom).

2) Dosierung eines gefällten Kalziumcarbonats mittels der Kombination aus

Mischdüse und Fluidoszillator bei der Verwendung eines faserstofffreien Injektionsstroms (Filtrat, gefiltertes Flotat oder Frischwasser).

3) Verwendung der Kalkmilch-Suspension selbst als Injektionsstrom ohne weiteres Fluid und gleichzeitige Reaktion der Kalkmilch mit dem CO2 in der Misch- (Reaktions-)Zone der Kombination aus Mischzone und Fluidoszillator unmittelbar vor der Dosierung.

Es können beispielsweise auch der pH-Wert oder andere Parameter wie z.B. die Temperatur des Injektionsfluids hinsichtlich des Erreichens optimaler Fällungsbedingungen in einer der Fällungsreaktion vorgeschalteten Mischzone derselben Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator eingestellt werden.

Vorteilhafterweise findet eine Reaktion des Kohlendioxids und der Kalkmilch außerhalb des Prozessstroms, vorzugsweise in einem Partialstrom der Faserstoffsuspension, bereits in der Misch-Reaktions-/Düsenanordnung statt. Das so bereits in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator auf die Fasern der Suspension des Partialstroms ausgefällte Kalziumcarbonat (Primärreaktion) wird dann in den Prozessstrom dosiert. Die Reaktion der Kalkmilch und des Kohlendioxids in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator kann dabei durch die Änderung der Einmischbedingungen wesentlich selektiver erfolgen, als dies im Prozessstrom selbst möglich ist. So kann z.B. die Blasengröße und die Anzahl der Gasblasen des Kohlendioxids mittels der Bohrungsdurchmesser und der Anzahl der Bohrungen in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator (Mischzone) eingestellt werden. Während der Primärreaktion in der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator nicht umgesetzte Kalkmilch, bzw. nicht in Reaktion gebrachtes CO2, kann dann während der Sekundärreaktion im Prozessstrom vollständig miteinander reagieren. Durch die Geometrie der Kommunikation aus Mischdüse und Fluidoszillator kann die notwendige Reaktionszeit erheblich reduziert werden, so dass die eigentliche primäre Umsetzung (Primärreaktion) bereits in weniger als 3 s, vorzugsweise weniger als 1 s, abgeschlossen ist.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Fällungsreaktion mittels der Größe der Gasblasen gesteuert und die Effizienz gesteigert werden.

Durch die Zerlegung in einen mehrstufigen Reaktionsprozess kann die Effizienz der Umsetzung von Kalkmilch und CO ₂ erheblich gesteigert werden. Ferner kann die Homogenität des gefällten Kalziumcarbonats durch die Geometrie der Kombination aus Mischdüse und Fluidoszillator und der Mischungsparameter eingestellt werden. Damit kann die Kristallstruktur des gefällten Kalziumcarbonats hinsichtlich der geforderten Papiereigenschaften, z.B. hinsichtlich der Opazität und der Lichtstreuung und des Bulks etc., beeinflusst werden. Mittels eines entsprechend mehrstufigen Verfahrens wird zudem eine gleichmäßigere Verteilung des gefällten Kalziumcarbonats auf dem Faserstoff erreicht, womit die optischen Eigenschaften und die Retention des so eingebrachten Kalziumcarbonats erheblich verbessert werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Fluidoszillators einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung aus zwei Fluidoszillatoren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung aus drei

Fluidoszillatoren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren in Umfangsrichtung um den Prozessstrom verteilten Fluidoszillator-Anordnungen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Kombination aus einer Mischdüse und einem Fluidoszillator einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Mischdüse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer mit einer Absperreinrichtung versehenen Mischdüse einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines Fluidoszillators 10 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dosierung und Einmischung wenigstens eines fluiden Mediums in einen insbesondere der Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn dienenden Prozessstroms 12 (vgl. auch Fig. 4). Der Fluidoszillator 10 umfasst eine Düse 14, eine Misch- und/oder Reaktionskammer 16 sowie Rückströmkanäle 18.

Der Fluidoszillator 10 zeichnet sich durch eine selbsterregte Schwingung in seinem Inneren aus, die sich in einem oszillierenden Freistrahl an seinem Auslass 20 äußert.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Anordnung 22 aus zwei Fluidoszillatoren 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in orthogonalen Ebenen 26, 26', hier beispielsweise in einer horizontalen und einer vertikalen Ebene verschwenkt werden.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Anordnung 22 aus drei Fluidoszillatoren 10 zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom 12, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in drei unterschiedlichen Ebenen 26, 26', 26" verschwenkt werden.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren in Umfangsrichtung um den Prozessstrom 12 bzw. ein diesen Prozessstrom 12 führendes Rohr 28 verteilten Fluidoszillator-Anordnungen 22. Dabei umfassen die Fluidoszillator-Anordnungen 22 im vorliegenden Fall beispielsweise jeweils zwei Fluidoszillatoren 10 zur Eindüsung von fluiden Medien in den Prozessstrom 12, die relativ zueinander so angeordnet sind, dass deren Austrittsstrahlen 24 in orthogonalen Ebenen verschwenkt werden.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Kombination aus einer Mischdüse 32 und einem Fluidoszillator 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Fluidoszillator 10 umfasst denselben Aufbau wie der anhand der Fig. 1 bereits beschriebene Fluidoszillator, wobei einander entsprechenden Teilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind. Die Mischdüse 32 umfasst im Wesentlichen zwei Düsen 34, 36, die ein erstes Fluid 1 und ein zweites Fluid 3 in den Fluidoszillator 10 eindüsen. Wie anhand der Fig. 5 zu erkennen ist, liegen die Austrittsöffnungen der beiden Düsen 34, 36 im vorliegenden Fall beispielsweise in einer Ebene, wobei die Austrittsöffnung der Düse 36 innerhalb der Austrittsöffnung der Düse 34 liegt.

Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung nochmals eine Mischdüse 32 der Art, wie sie bereits anhand der Fig. 5 beschrieben wurde. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet. Der Übergangsbereich zum (hier nicht mehr dargestellten) Fluidoszillator 10 ist in der vorliegenden Darstellung mit 38 bezeichnet.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem ersten Fluid 1 beispielsweise um einen Partialfluidstrom und bei dem zweiten Fluid 3 beispielsweise um einen Chemikaliendosierstrom handeln. Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der in der Fig. 6 dargestellten Mischdüse 32 nur dadurch unterscheidet, dass sich die Düse 36 für das zweite Fluid 3 durch die Düsenöffnung der Düse 34 hindurch in den (nicht gezeigten) Fluidoszillator 10 erstreckt. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zusätzlich zu den Düsen 34 und 36 zur Eindüsung des beispielsweise durch einen Partialfluidstrom gebildeten Fluids 1 und des beispielsweise durch einen Chemikaliendosierstrom gebildeten Fluids 3 in den (nicht gezeigten) Fluidoszillator 10 weitere Düsen 40, 42 zur Eindüsung eines beispielsweise durch einen Partialfluidstrom gebildeten weiteren Fluids 2 bzw. eines beispielsweise durch einen Chemikalienstrom 4 gebildeten weiteren Fluids 4 in den Fluidoszillator 10 umfasst. Dabei liegen die Austrittsöffnungen sämtlicher Düsen 34, 36, 40, 42 in einer Ebene im Bereich des Übergangs zum Fluidoszillator 10.

Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32, die sich von der anhand der Fig. 8 beschriebenen Mischdüse 32 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die Düsen 36 und 42 sich über die Ebene des Übergangs 38 hinaus in den Fluidoszillator 10 hineinerstrecken. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Mischdüse 32 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Mischdüse 32 umfasst einen ersten Strömungskanal 44, einen zweiten Strömungskanal 46, der den ersten Strömungskanal ringförmig umgibt, sowie einen dritten Strömungskanal 48, der den zweiten Strömungskanal 46 ringförmig umgibt. Der innere Strömungskanal 44 erstreckt sich durch die Austrittsöffnung des Strömungskanals 46 hindurch in eine Mischkammer 50, in der die über die Strömungskanäle 44 bis 48 zugeführten Fluide vor einer Eindüsung in den Fluidoszillator 10 vorgemischt werden. Dabei kann beispielsweise eine Mischung aus einer Chemikalie und z.B. zweier anderer Fluide in wenigstens einer Mischkammer 50 vorgemischt werden und die Mischung anschließend in den Fluidoszillator 10 bzw. eine Fluidoszillator-Anordnung 22 eingedüst werden.

Weitere denkbare Mischdüsen sind beispielsweise in der DE 10 2010 028 572 A1 beschrieben. Bezugszeichenliste

1 Fluid, Partialfluidstrom

2 Fluid, Partialfluidstrom

3 Fluid, Chemikaliendosierstrom

4 Fluid, Chemikalienstrom

10 Fluidoszillator

12 Prozessstrom

14 Düse

16 Misch- und/oder Reaktionskammer

18 Rückströmkanal

20 Auslass

22 Fluidoszillator-Anordnung

24 Austrittsstrahl

26 Ebene

26' Ebene

26" Ebene

28 Rohr

30 Kombination

32 Mischdüse

34 Düse

36 Düse

38 Übergang

40 Düse

42 Düse

44 erster Strömungskanal

46 zweiter Strömungskanal

48 dritter Strömungskanal

50 Mischkammer

52 Absperreinrichtung