Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einmischung von mehreren Fluiden in einen von einer Kanalwand begrenzten Hauptstrom, wobei die Fluide vor dem Hauptstrom in eine Kammer und über deren Auslauf in den Hauptstrom geführt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Einmischung mehrerer Fluide mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der Herstellung einer Faserstoffsuspension kommen zunehmend Chemikalien zum Einsatz, die den Herstellungsprozess und/oder die Qualität der Faserstoffbahn positiv beeinflussen sollen. Dabei handelt es sich meist um Fixier- oder Retentionsmittel.

Beim Zuführen eines Fluids in einen Hauptstrom, insbesondere jedoch in eine strömende Faserstoffsuspension stellt sich grundsätzlich das Problem einer möglichst guten Durchmischung. Dabei ist der Grad der Durchmischung auch mit dem Fluidbzw. Chemikalienbedarf verbunden.

Um den Chemikalienbedarf zu minimieren gibt es bereits seit längerer Zeit Bestrebungen die Durchmischung zu verbessern, was jedoch bisher noch nicht ausreichend befriedigen kann.

Problematisch sind dabei insbesondere auch Ablagerungen im Bereich der Eindüsung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine möglichst schonende und effiziente Einmischung mehrerer Fluide zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kammer als Hydrozyklon mit einem Einlauf und einem am gegenüberliegenden Ende der Kammer vorhandenen Auslauf ausgebildet ist, wenigstens ein Fluid am Einlauf der Kammer zur Bildung einer Umfangsstromung tangential und zumindest ein Fluid in das Zentrum dieser Umfangsstromung in Richtung des Auslaufs eingedüst wird.

Mit Vorteil hat die Kammer dabei einen kreisförmigen Querschnitt zur Bildung einer kreisförmigen Umfangsstromung.

Die Umfangsstromung setzt sich über den Auslauf der Kammer als Verwirbelung im Hauptstrom fort und führt so zu einer Intensivierung der Vermischung. Dabei umkreist das tangential eingedüste Fluid das andere, ins Zentrum in Richtung Auslauf eingedüste Fluid und führt es so schonend in den Hauptstrom.

Die Eindüsung in das Zentrum der Kammer wird vereinfacht, wenn die tangentiale

Eindüsung der Fluide mit einer so großen Geschwindigkeit und/oder einer so kleinen Menge erfolgt, dass sich im Zentrum der Umfangströmung ein gasgefüllter Hohlraum bildet. Damit kann die Eindüsung in diesen Hohlraum ohne Kontakt der entsprechenden Düsen mit der Umfangsstromung realisiert werden.

Zur Minimierung des Aufwands können auch mehrere Fluide am Einlauf der Kammer tangential eingedüst werden.

Je nach Größe der Kammer und insbesondere der zuzuführenden Menge der einzelnen Fluide kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die Fluide in Umfangsrichtung nacheinander und/oder nebeneinander eingedüst werden. Sollen noch weitere Fluide tangential in die Umfangsstromung eingedüst werden, so ist dies insbesondere bei kleinen zuzuführenden Mengen problemlos zwischen Ein- und Auslauf der Kammer möglich.

Auch in das Zentrum der Umfangsstromung können mehrere Fluide in Richtung des Auslaufs eingedüst werden. In Abhängigkeit von der Anzahl und der Menge der zuzuführenden Fluide sowie der Größe und Gestalt eines Hohlraums innerhalb der Umfangsströmung kann die Eindüsung der Fluide in das Zentrum in gleicher und/oder mit unterschiedlicher Entfernung zum Einlauf erfolgen. Um eine intensive Verwirbelung der Fluide mit dem Hauptstrom zu ermöglichen, sollte die durch das Zentrum der Umfangsströmung zwischen Einlauf und Auslauf verlaufende Zentrumsachse der Kammer zwischen 45 und 135 ° zur Strömungsrichtung des Hauptstroms geneigt verlaufen. Sollte der Hohlraum innerhalb der Umfangsströmung bereits vor dem Hauptstrom enden, so stellt sich eine Vorvermischung der tangential zugeführten, mit den ins Zentrum zugführten Fluide vor ihrer Einleitung in den Hauptstrom ein.

Im Interesse einer späten Vermischung oder einer intensiven Verwirbelung im Hauptstrom kann es aber von Vorteil sein, wenn der Hohlraum innerhalb der Umfangströmung bis zum Hauptstrom oder in diesen hineinreicht.

Wann eine Vermischung erfolgen soll, hängt wesentlich auch davon ab, ob und wann die Fluide miteinander in Kontakt kommen sollen oder dürfen, insbesondere um ungewollte Vorreaktionen zu verhindern.

Hierbei kann der Hauptstrom von einer Faserstoffsuspension zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder aber von Prozess-, Frischwasser o.ä gebildet werden.

Bei den in die Kammer eingedüsten Fluiden sollte wenigstens ein Fluid von einer Chemikalie, beispielsweise einem Retentionsmittel oder einem Biozid oder von einem Gas, beispielsweise Kohlendioxid gebildet werden.

Im Ergebnis kann der Einsatz von Chemikalien auf ein Minimum reduziert werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. ln der beigefügten Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis 3 schematische Querschnitte durch verschieden gestaltete Vorrichtungen zur Einmischung von mehreren Fluiden 2,3,4,5 in einen, von einer Kanalwand 6 begrenzten Hauptstrom 1 . Während der Hauptstrom 1 aus einer Faserstoffsuspension, wie sie zur Herstellung einer Papierbahn verwendet wird, besteht, werden die Fluide 2,3,4,5 von einem Gas, wie Kohlendioxid oder zumindest teilweise von einer Chemikalie, wie beispielsweise einem Retentionsmittel, Stärke, einem Biozid, einem Neutralleimungsmittel, einem Farbstoff oder einem Aufheller gebildet. In wenigstens einem Fluid 2,3,4,5 können auch mineralische Stoffe oder Mikro- oder Nanopartikel, wie Bentonit oder Silikat enthalten sein.

Gemeinsam ist bei allen Ausführungen, dass die Fluide 2,3,4,5 vor dem Hauptstrom 1 in eine Kammer 7 mit kreisförmigem Querschnitt eingedüst und über den Auslauf 9 der Kammer in den Hauptstrom 1 geführt werden.

Bei dieser Kammer 7 handelt es sich um einen Hydrozyklon mit einem Einlauf 8 und einem am gegenüberliegenden Ende der Kammer 7 vorhandenen Auslauf 9.

Am Einlauf 8 wird wenigstens ein Fluid 2 tangential in die Kammer 7 eingedüst. Hierdurch wird das Fluid 2 auf eine kreisförmige Bahn gebracht und infolge der Zentrifugalkraft gegen die Innenwand der Kammer 7 gedrückt.

Infolgedessen bildet sich bei ausreichend hoher Strömungsgeschwindigkeit und entsprechend begrenzt zugeführter Fluidmenge im Zentrum dieser kreisförmigen Umfangsströmung 10 ein gasgefüllter Hohlraum 13, der hier (schematisch dargestellt) zumindest bis Hauptstrom 1 reicht.

Wenigstens ein weiteres Fluid 3,4 wird vom Einlauf 8 her in das Zentrum der Umfangsströmung 10 in Richtung des Auslaufs 9 eingedüst. Diese Eindüsung erfolgt in den Hohlraum 13, so dass eine Vermischung mit den anderen Fluiden 2,5 im Wesentlichen erst am Ende des Hohlraums 13 erfolgt. Soll bereits in der Kannnner 7 eine Vorvernnischung dieser Fluide 2,3,4,5 erfolgen, so kann die Menge und/oder die Strömungsgeschwindigkeit bei den zugeführten Fluiden 2,5 so eingestellt werden, dass der Hohlraum 13 bereits vor dem Hauptstrom 1 endet. Falls die Fluide 2,3,4,5 jedoch erst beim Übertritt in den Hauptstrom 1 in Kontakt kommen sollen, so ist die Einstellung so zu wählen, dass der Hohlraum 13 zumindest bis zum Hauptstrom 1 reicht.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Fluide 2,3,4,5 sollte dabei so hoch sein, dass sich keine Ablagerungen an den Wänden der Zuführleitungen oder in der Kammer 7 bilden. Daher sollte die Strömungsgeschwindigkeit der Fluide 2,3,4,5 zwischen 0,05 und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 m/s und insbesondere zwischen 0,1 und 5 m/s liegen. Zur Verdünnung der Chemikalien kann wenigstens eines der Fluide 2,3,4,5 auch von Faserstoffsuspension oder Wasser, insbesondere Prozesswasser, wie Klarfiltrat oder Biowasser gebildet werden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn bestimmte Chemikalien vor der Vermischung mit Faserstoffsuspension in ihrer Konzentration soweit vermindert werden, dass es zu keiner Vorreaktion, insbesondere Flockung kommt.

Im Interesse einer intensiven Einmischung der Fluide 2,3,4,5 in den Hauptstrom 1 verläuft die durch das Zentrum der Umfangsströmung 10 zwischen Einlauf 8 und Auslauf 9 verlaufende Zentrumsachse 1 1 der Kammer 7 senkrecht zur Strömungsrichtung 12 des Hauptstroms 1 .

Um die Kanalwand 6 des Hauptstroms 1 herum können bei Bedarf auch mehrere derartige Vorrichtungen zur Einmischung von Fluiden 2,3,4,5 angeordnet werden. Auf diese Weise erfolgt bereits eine Verteilung dieser Fluide 2,3,4,5 um den Hauptstrom 1 . Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kammern 7 verringert sich der Durchmesser der Kammer 7 kontinuierlich vom Einlauf 8 zum Auslauf 9 hin, was zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit der Umfangströmung 10 beim Auftreffen auf den Hauptstrom 1 verbunden mit einer entsprechend größeren Verwirbelung und damit auch Vermischung führt.

Über die Verkleinerung der Kammer 7 zum Auslauf 9 hin wird auch die Ausbildung des Hohlraums 13 beeinflusst, so dass dieser allein hierdurch bereits vor dem Hauptstrom 1 enden kann. Die Kammer 7 bei Figur 3 ist zylindrisch ausgeführt, d.h. der Durchmesser der Kammer 7 bleibt vom Einlauf 8 zum Auslauf 9 hin annähernd konstant.

Darüber hinaus zeigt Figur 1 die Möglichkeit auf, einige Fluide bereits vor der Kammer 7 zu vermischen und gemeinsam als Misch-Fluid 3 in die Kammer 7, hier in das Zentrum der Umfangsströmung 10, einzudüsen.

Bei Figur 2 werden parallel zwei Fluide 3,4 gleichzeitig in den Hohlraum 13 innerhalb der Umfangsströmung 10 eingedüst. Figur 3 wiederum stellt eine Ausführung dar, bei der ein weiteres Fluid 5 tangential in die Kammer 7 eingedüst wird. Da dies aber zwischen Einlauf 8 und Auslauf 9 erfolgt, gelangt dieses Fluid 5 so direkt in die Umfangsströmung 10.