DREYER, Axel (Singenberg 94, Amtzell, 88279, DE)
| Voith Patent GmbH 8 Akte: RPS14295 WO 89522 Heidenheim „'Injektor-Spaltverstellung1" Patentansprüche 1. Verfahren zur Entfernung von Feststoffen mit Hilfe von Gasblasen (4) aus einer wässrigen Faserstoffsuspension (S), insbesondere Altpapiersuspension, wobei der Fasersuspension (S) in mindestens einer Mischvorrichtung (1 ) Gas (6) zugeführt und Gasblasen gebildet werden, wonach der Strom der begasten Suspension (S') aus der Mischvorrichtung (1 ) in einen Flotationsbehälter (3) geführt wird und Feststoffe aus der Faserstoffsuspension (S) in einem Flotationsschaum (2) gesammelt und mit diesem abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die begaste Fasersuspension (S') über einen einstellbaren Strömungswiderstand in den Flotationsbehälter (3) geführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand durch mindestens eine einstellbare Drossel (4 ) gebildet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einstellbare Drossel (4 ) am stromabwärtigen Ende der Mischvorrichtung (1 ) befindet . 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Drossel (4) ein am Auslauf der Mischvorrichtung (1 ) im Abstand (13) zum Auslauf angeordnete Abschlusselement, insbesondere eine Abschlussscheibe (12') verwendet wird, und dass dessen Abstand (13) eingestellt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einstellbare Drossel (4 ) innerhalb der Mischvorrichtung (1 ) befindet. 6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) durch einen integrierten oder direkt angekuppelten Motor verstellt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4 ) hydraulisch verstellt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4 ) pneumatisch verstellt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) durch ein Gestänge verstellt wird. 10. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Mischvorrichtung (1 ) mindestens ein verformbarer Hohlkörper (17, 19) verwendet wird, dessen Form oder Größe zur Einstellung des Strömungswiderstandes verändert wird. 11. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Strom der Fasersuspension (S) nach dem Eintritt in die Mischvorrichtung (1 ) mindestens ein Freistrahl (7) gebildet wird, so dass durch Injektionswirkung das Gas (6) angesaugt wird und sich mit der Fasersuspension (S) vermischt. 12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Fasersuspension (S) nach dem Eintritt in eine Mischvorrichtung (1 ) aufgeteilt und jeweils mehrere Freistrahlen (7) gebildet und begast werden. 13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme vor dem Auslauf aus der Mischvorrichtung (1 ) wieder vereinigt werden. 14. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die begaste Fasersuspension (S') über einen Umlenkdiffusor (10) aus der Mischvorrichtung (1 ) in den Flotationsbehälter (3) herausgeführt wird. 15. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die begaste Fasersuspension (S') nach der Zuführung des Gases (6) in mindestens einem innerhalb der Mischvorrichtung (1 ) angeordneten Strömungskanal (8) weitergeführt wird. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die begaste Fasersuspension (S') im Strömungskanal (8) durch mindestens eine Erweiterung (25, 26) des Strömungsquerschnittes auf eine um mindestens 15%, vorzugsweise mindestens 30% geringere mittlere Strömungsgeschwindigkeit gebracht wird. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (25) des Strömungsquerschnittes sprunghaft erfolgt. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (26) des Strömungsquerschnittes stetig erfolgt. 19. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Flotation verwendete Gas (6) zu mindestens 80% vorzugsweise mindestens 90% das innerhalb eines zur Durchführung des Verfahrens verwendeten vorzugsweise geschlossenen Flotationsbehälters (3) freigewordene Gas ist. 20. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fasersuspension (S) bei der Zugabe von Gas (6) eine Faserstoffdichte zwischen 0,5 % und 2%, vorzugsweise zwischen 0,8 % und 1 ,2 % eingestellt wird. 21. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Mischvorrichtung (1 , 1 ') in die sich im Flotationsbehälter (3) befindende Fasersuspension (S') eintaucht. 22. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Strom der Fasersuspension (S) durch Verengung des Strömungsquerschnittes vor der Zuführung des Gases (6) auf eine Strömungsgeschwindigkeit gebracht wird, die mindestens doppelt so hoch, vorzugsweise mindestens fünffach so hoch ist wie beim Einlauf in die Mischvorrichtung (1 , 1 '). 23. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Strömungswiderstandes mit einem Regler vorgenommen wird, der Messsignale aus der Flotationsanlage verarbeitet. 24. Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffsuspension (S) aus störstoffhaltigem Altpapier gebildet wird, dass zumindest ein Teil der Störstoffe mit Hilfe der Gasblasen entfernt wird, und dass zumindest der überwiegende Teil der Fasern als Akzept (A) aus dem Flotationsbehälter (3) abgeführt wird. 25. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voran stehenden Ansprüche, welche einen Flotationsbehälter (3) mit mindestens einer von einer Fasersuspension (S) durchströmbaren Mischvorrichtung (1 ) zur Zuführung von Gas (6) aufweist und außerdem mindestens eine Ableitung für den gebildeten Flotationsschaum (2) und mindestens eine Ableitung für den gereinigten Akzept (A) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sich in oder an der Mischvorrichtung (1 ) stromabwärts der Stelle, an der das Gas (6) zur Fasersuspension (S) zuführbar ist, mindestens eine verstellbare Drossel (4) befindet, mit der sich die Fläche des Strömungsquerschnitts ändern lässt, der zur Führung der begasten Fasersuspension (S') vorgesehen ist. 26. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Drossel (4) einen Stellbereich aufweist, der mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% der Strömungsquerschnittsfläche erfasst. |
89522 Heidenheim „'Injektor-Spaltverstellung 1 "
Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus einer Fasersuspension durch Flotation sowie Flotationsvorrichtung zu seiner Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Feststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch Flotation wird ein auszuscheidende Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall für solche Verfahren ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen Suspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und auszuscheidenden Feststoffen, insbesondere von unerwünschten Störstoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Störstoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Dabei werden also nicht alle Feststoffe ausflotiert, sondern Fasern von Verunreinigungen getrennt. Der oft benutzte Begriff „Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die Flotation von feinen Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.
Die DE 31 20 202 A1 , beschreibt einen Injektorapparat bei dem eine Ansaugung von Luft aus dem Inneren der Flotationszelle erfolgt sowie die Bildung von zur Flotation benötigten Luftblasen.
Anlagen, die zur Durchführung solcher Verfahren verwendet werden, müssen für einen stabilen Dauerbetrieb geeignet sein. Das erfordert zumeist einen hohen regelungstechnischen Aufwand, da eine Veilzahl von Prozessparametern optimal aufeinander abzustimmen ist. So sollte auch der Gasgehalt der begasten Fasersuspension an die
Anforderungen und Bedingungen angepasst sein. Bei einem Flotationsverfahren gemäß DE 102 36 123 A1 wird die Luftzufuhr für einen Teil der Flotationszellen insbesondere für die letzte Flotationszelle durch Verändern des hydraulischen Durchsatzes durch die jeweils diese Zellen versorgenden Mischvorrichtungen eingestellt.
Aus der DE 10 2008 016 264 A1 ist es bekannt, die Mischvorrichtungen so zu bauen, dass in ihnen Teilströme gebildet werden, die sich z. B. durch diverse Zwischenwände am Lufteintritt unterschiedlich belüften lassen. Dadurch werden verschiedene Suspensionsströme mit unterschiedlichem Luftgehalt gebildet, um eine als günstig oder notwendig erachtete Anpassung an die Form des Flotationsbehälters zu ermöglichen. Eine Veränderung des Luftgehaltes oder des gesamten Lufteintrages während des Betriebes ist durch diese Maßnahmen nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Wirtschaftlichkeit und Effektivität des Verfahrens weiter zu verbessern. Insbesondere soll es möglich werden, den Gas- oder Luftgehalt der Fasersuspension während des ganzen Betriebes auf einen optimalen Wert einzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die Unteransprüche 25 und 26 beschreiben vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Durch Änderung des Strömungswiderstandes ändert sich in der zu begasenden Fasersuspension der Druck und damit - auch bei unverändertem Suspensions-Mengenstrom - die Menge des angesaugten Gases. Infolgedessen kann der erfindungsgemäß vorgesehene Regeleingriff zur Veränderung der Gasbeladung so erfolgen, dass der der Mischvorrichtung zugeführte volumetrische Suspensions-Mengenstrom davon unabhängig einstellbar ist. Das führt zu einem zusätzlichen Freiheitsgrad, der für die Prozessführung und - regelung ein großer Vorteil ist. Der Regeleingriff erfolgt mit besonderem Vorteil an einem Teil der Mischvorrichtung, an dem eine Druckveränderung unproblematisch vorgenommen werden kann, insbesondere keine Verschmutzungsprobleme zu befürchten sind. Eine direkte Drosselung des Luftstromes, die zumindest bei Verwendung von aus dem
Flotationsschaum stammender Luft wegen Feuchtigkeit und Restschaum problematisch wäre, wird nicht vorgenommen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, die Versorgung der Fasersuspension mit Gas einfach und zuverlässig zu regeln.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Flotationszelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2-6 jeweils spezielle technische Möglichkeiten zur Beeinflussung des Strömungswiderstandes; Fig. 7 einen Teil einer mehrere Freistrahlen bildenden
Mischvorrichtung
In Fig. 1 ist der Schnitt durch einen Flotationsbehälter 3 mit ovalem Querschnitt dargestellt, einer Form, die sich als besonders günstig erwiesen hat. Die Fasersuspension S wird unter einem Druck, der über dem der Umgebung liegt, in die Mischvorrichtung 1 eingepumpt. Mit Vorteil ist die Mischvorrichtung 1 exmittig im Flotationsbehälter 3 angeordnet. Sie kann so gestaltet sein, dass in ihr mehrere Suspensionsströme gebildet und begast werden, was hier zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Aus dem Strom der Fasersuspension S wird nach dem Eintritt in die Mischvorrichtung 1 mindestens ein Freistrahl 7 gebildet, so dass durch Injektionswirkung das Gas 6 angesaugt wird und sich mit der Fasersuspension S vermischt. Dabei kann das Gas 6 aus dem Flotationsbehälter 3 oberhalb des Flotationsschaumes 2 direkt entnommen werden. Die begaste Suspension S ' wird dann in einem in der Mischvorrichtung 1 angeordneten Strömungskanal 8, vorzugsweise mit rundem Querschnitt, weitergeführt. In den meisten technischen Ausführungen sind die den - A -
Einlaufbereich und die den Strömungskanal 8 bildenden Bauteile mechanisch miteinander verbunden, wobei das Gas 6 zutreten kann.
Die Mischvorrichtung 1 endet hier stromabwärts in einem Umlenkdiffusor 10, in dem eine Umlenkung der begasten Suspension um etwa 90 grad in die Waagerechte und eine Verteilung auf den ganzen Umfang (360 grad) erfolgt. Der Umlenkdiffusor 10 umfasst ein Umlenkteil 15, das mit einer Abschlussscheibe 12 zusammenwirkt (s. auch z. B. Fig. 2). Um den auf die begaste Suspension S ' einwirkenden Strömungswiderstand einstellen zu können, ist hier eine veränderbare im Umlenkdiffusor 10 angebrachte Drossel 4 schematisch angedeutet. Auf wichtige Ausführungsformen dieser Drossel 4 wird noch näher eingegangen werden. Die Verstellung dieser Drossel 4 und damit des Strömungswiderstandes erfolgt von einem Steuerteil 9 über einer mit der Drossel 4 verbundenen Steuerleitung 14. Der Regelbereich der Drossel ist mit Vorteil mindestens 10%, besser 20% der Fläche des Strömungsquerschnittes an der Drosselstelle. Die Einstellung des Strömungswiderstandes kann mit einem Regler vorgenommen wird, der Messsignale aus der Flotationsanlage, z. B. die Menge des abfließenden Flotationsschaumes 2 verarbeitet. Es ist auch eine Verstellung nach
Augenschein möglich, etwa wenn zuviel oder zuwenig Flotationsschaum gebildet wird.
Der die ausflotierten Feststoffe , insbesondere unerwünschte Störstoffe enthaltende Flotationsschaum 2 wird in einer Schaumrinne 11 gesammelt und als Rejekt R entsorgt, weiterverarbeitet oder dem Flotationsbehälter einer weiteren Flotationsstufe (nicht dargestellt) zugeführt. Die durch Flotation gereinigte Fasersuspension, also der Gutstoff wird hier aus dem unteren Teil des Flotationsbehälters 3 als Akzept A abgeführt.
In Fig. 2 wird eine besonders günstige Möglichkeit zur Einstellung des Strömungswiderstandes am Auslauf der Mischvorrichtung 1 gezeigt. Dabei ist der Umlenkdiffusor 10 mit einer Abschlussscheibe 12 ' versehen, die sich in einem einstellbaren Abstand 13 zum auslaufseitigen Ende des Umlenkteils 15 befindet. Die Abschlussscheibe 12 ' muss nicht wie hier eben sein, sie kann auch eine Form aufweisen, die der Form des Umlenkteils 15 angenähert ist oder ihr entspricht. Durch Verändern des Abstandes 13 lässt sich der Strömungswiderstand hydraulisch optimal in einem großen Regelbereich einstellen. Verstopfungen oder störende Wirbel können dadurch nicht auftreten. Die hierzu verwendeten Stellmotore 16 können z. B. hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben sein.
Der Abstand 13 der Abschlussscheibe 12 ' kann auch direkt durch mechanische Bauteile wie Gestänge, Seile, Spindeln oder
Schubstangen verstellt werden. So zeigt Fig. 3 eine Verstelleinheit 20, die unterhalb des Flotationsbehälters 3 montiert ist und mindestens ein durch dessen Wandung hindurchgehendes Hubelement 21 betätigt, wodurch der Abstand 13 zum - feststehenden - Umlenkteil 15 verändern werden kann.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Strömungsquerschnitt eine Drossel 4 mit einstellbarem Volumen zu installieren, was in Fig. 4 am Beispiel eines zentral auf der Abschlussscheibe 12 angebrachten verformbaren, insbesondere elastischen Hohlkörpers 17 angedeutet ist.
Dieser wird über eine Druckleitung 18 je nach betriebsmäßigen Anforderungen vergrößert oder verkleinert, was hydraulisch oder pneumatisch erfolgen kann. Etwas aufwändiger und hier nicht gezeigt wäre ein an dieser Stelle angebrachtes Zylinder/Kolben-System.
Der Strömungswiderstand lässt sich auch bereits stromaufwärts des Umlenkdiffusors 10 verstellen, wie Fig. 5 zeigt. Dort ist zwischen den Strömungskanälen 8 und dem Umlenkteil 15 ein sich über dem ganzen Umfang der Innenwand der Mischvorrichtung ersteckender verformbarer, insbesondere elastischer Hohlkörpers 19 eingesetzt.
Ähnliche Maßnahmen könnten mit dem demselben Ziel auch in den Strömungskanälen 8 erfolgen, was allerdings bei mehreren Strömungskanälen 8 in einer Mischvorhchtung 1 einen höheren Aufwand erfordert.
Gemäß Fig. 6 sind zwischen den Strömungskanälen 8 und dem Umlenkteil 12 schwenkbare Lamellen 22 angebracht, die durch mindestens eine Betätigungsvorrichtung 23 mehr oder weniger stark gegen die Strömung angestellt werden können. Bekanntlich gibt es viele weitere Möglichkeiten von verstellbaren Drosseln. Auch mit deren Hilfe kann das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden.
Da im Algemeinen die zu notierende Fasersuspension in mehrere Ströme aufgeteilt und diese dann begast werden, ergeben sich Möglichkeiten mehre Ströme in ein und derselben Mischvorrichtung mit Gasblasen zu vermischen. So können mehrere nebeneinander liegende parallel geführte Suspensionsströme in einer Mischvorrichtung 1 gebildet werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Durch ein spezielles Einlaufteil 24 ist die Zuführungsrichtung der Fasersuspension S zunächst quer zur Strömungsrichtung, die die Freistrahlen 7 während der Begasung haben.
Die Vermischung der Suspension mit Gasblasen und das Anlagern der
Feststoffe an die Gasblasen in der Mischvorrichtung 1 kann durch Maßnahmen in dem der Begasung folgenden Strömungskanal 8 weiter verbessert werden. So sind in Fig. 7 exemplarisch zwei Varianten zur Erzeugung von Turbulenzen in den Strömungskanälen 8 dargestellt: Dazu dienen sprunghafte Erweiterungen 25 oder allmähliche
Erweiterungen 26 des Strömungsquerschnittes, was zu lokal begrenzten Wirbeln führt. Diese liefern insbesondere die zum Zerkleinern von zu groß geratenen Gasblasen und/oder die zum Anlagern der Feststoffe an die Gasblasen benötigte Energie.
Bei Flotationsanlagen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, durchströmt die Fasersuspension zumeist mehrere zu einer Flotationsstufe gehörende Flotationsbehälter 3 nacheinander bis der geforderte Weißgrad erreicht ist. Da der Flotationsschaum, der bei einer einzigen Flotationsstufe gebildet wird, in den meisten Fällen noch einen beträchtlichen Anteil von Papierfasern enthält, werden Verfahren dieser Art oft mit mehreren Flotationsstufen durchgeführt, wobei der Überlauf, also der Flotationsschaum, der stromaufwärtigen Stufe als Einlauf in die nächste Stufe geführt wird. Üblicherweise spricht man dann von einer ersten und zweiten Flotationsstufe oder auch von Primär- und Sekundärflotation. Der Durchlauf der zweiten Flotationsstufe kann dem Zulauf der ersten
Flotationsstufe wieder zugegeben werden. Es gibt auch Fälle, in denen der Durchlauf der zweiten Stufe dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt wird. Flotationsvorrichtungen für die zweite Flotationsstufe sind zumeist ähnlich oder gleich aufgebaut wie die für die erste Stufe. Allerdings ist bei der zweiten (oder noch höheren) Flotationsstufe wegen der stärkeren Schaumentwicklung die optimale Regelung des Luftgehaltes noch wichtiger.
Next Patent: WASTE HEAT STEAM GENERATOR AND METHOD FOR IMPROVED OPERATION OF A WASTE HEAT STEAM GENERATOR