ZU EINEM PROZESSSTROM

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom und ein

Chemikalieneinspeissystem, umfassend eine derartige Vorrichtung

An die Dosierung und nachfolgende Einmischung von Chemikalien, beispielsweise in den Papierherstellungssprozess, werden besondere Anforderungen gestellt, insbesondere mit Blick auf eine effiziente Einmischung und eine bedarfsgerechte Dosierung der Chemikalien. Unter einer bedarfsgerechten Dosierung wird

beispielsweise beim Papierherstellungsprozess eine von der Faserstoffmenge abhängige Zugabe an Chemikalien in einen Prozessstrom einer Papiermaschine verstanden. Durch eine derartige Maßnahme können die zugegebenen Mengen an Chemikalien beim Papierherstellungsprozess in erheblichem Umfang reduziert werden. Ein weiterer Grund für einen effizienten Einsatz der Chemikalien sind die hohen Energiemengen, die benötigt werden, um das Frischwasser zu erwärmen für eine Auflösung bzw. Verdünnung der Prozesschemikalien. Eine derartige Erwärmung ist vorteilhaft, um einen thermischen Schock bei der Einmischung der Chemikalien in das Frischwasser zu vermeiden. Durch die Bereitstellung eines effizienten Verfahrens zur Dosierung und Einmischung von Chemikalien in einen Prozessstrom bei der Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom bei der Herstellung einer Faserund/oder Fliesstoffbahn, kann der Verbrauch an Prozess- und Funktionschemikalien, aber auch der Einsatz von Frischwasser als Verdünnungsmedium bei der

Chemikalienaufbereitung in erheblichem Umfang reduziert werden.

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zum Einmischen eines Chemikalienstöromes zu einem Prozessstrom bekannt geworden. So stellt die EP-A-1 219 344 ein Verfahren zur Zumischung einer flüssigen

Chemikalie in einem Prozessflüssigkeitsstrom zur Verfügung, bei dem die Chemikalie und eine zweite Flüssigkeit im Wesentlichen in Verbindung miteinander gebracht werden, wenn Chemikalie und zweite Flüssigkeit aus einer Mischerdüse mit hoher Geschwindigkeit in einen Prozessstrom eingeleitet werden. Die EP-A-1 064 427 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Mischung eines flüssigen Chemikalienstromes in einen zweiten Flüssigkeitsstrom in einer Mischeinrichtung, bei der der Chemikalienstrom mit dem zweiten Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen gleichzeitig bei der Ausbringung der Chemikalien in der zweiten Flüssigkeit in einen weiteren vierten Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen

Prozessstrom, gemischt wird.

Die WO-A-2005/32704 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung einer Chemikalie in einen Flüssigkeitsstrom, wobei die Chemikalie in den Flüssigkeitsstrom mit Hilfe eines Mischers eingebracht wird, wobei die Chemikalie in den Mischraum beispielsweise mit Mischwasser oder einer in der Papiermaschine zirkulierenden Flüssigkeit vermischt wird, um eine Zumischflüssigkeit auszubilden, bevor diese in einen Flüssigkeitsstrom, insbesondere einen Prozessstrom, eingebracht wird.

Nachteilig an der Anordnung gemäß der WO-A-2005/32704 war, dass zum einen ein separater Mischraum in Form einer Mischkammer zur Verfügung gestellt werden musste, zum anderen die Mischkammer von dem Fluidstrom getrennt war und so keine vollständige Mischung von Fluidstrom, Chemikalienstrom und

Verdünnungswasserstrom in den Prozessstrom eingedüst wurde, sondern die Mischung aus Chemikalienstrom und Verdünnungswasserstrom separat zu dem Fluidstrom erfolgt.

Aus der WO 91/021 19 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der Additive in eine wässrige Fasersuspensionslösung gemischt werden, die für die Herstellung von Papier verwendet wird. Bei der Ausgestaltung gemäß der WO 91/021 19 werden zwei getrennt zugeführte Ströme außerhalb eines Prozessstromes gemischt und der vermischte Strom nach vollständiger Durchmischung quer zum Prozessstrom eingedüst. Nachteilig an der WO 91/021 19 war, dass keine beschleunigte Eindüsung in einen Prozessstrom erfolgte.

Des Weiteren wurde der Chemikalienstrom und der Verdünnungswasserstrom direkt in den Prozessstrom eingeleitet, nicht jedoch in einen Fluidstrom. Alle vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen haben des Weiteren den Nachteil, dass bei längerem Betrieb Ablagerungen in den Zuleitungen und auch in der

Mischvorrichtung, insbesondere der Düse selbst, entstehen. Insbesondere im Bereich der Mischvorrichtung, beispielsweise in Form einer Düse ist die Bildung derartiger Ablagerungen kritisch, da die Querschnitte der Kanäle klein sind und bereits geringe Ablagerungen aufgrund der kleinen Querschnitte die Einmischung der Chemikalie, beispielsweise in einen Prozessstrom, erheblich beeinflussen können.

Auch bei ungeplanten, plötzlichen Produktionsstillständen, bei denen die Chemikalien in den Zuführleitungen und der Mischvorrichtung, insbesondere der Düse, verbleiben, können Ablagerungen auftreten. Ablagerungen können nicht nur den Mischprozess, wie zuvor beschrieben, beeinflussen, sondern sich bei Aufnahme des

Produktionsprozesses nach einem Maschinenstillstand ablösen. Sie führen dann beispielsweise zu Löchern in einer Papierbahn bzw. zu Ablagerungen auf Sieben, was wiederum zu einem aufwendigen Reinigungsstillstand der Maschine führt. Diese Probleme werden vor allem bei einer Zudosierung nach einem Sortieraggregat in einer Papiermaschine begünstigt, da ungelöste Chemikalien, insbesondere ungelöste Polymere, nicht aus der Faserstoffsuspension entfernt werden können.

Um zu verhindern, dass Ablagerungen während des laufenden Betriebes erfolgen, kann im Stand der Technik vorgesehen sein, die Leitungsquerschnitte der Zuleitungen und im Bereich der Mischvorrichtung so groß zu wählen, dass derartige Ablagerungen weitgehend vermieden werden. Dies hat dann allerdings zur Folge, dass, um derartigen Ablagerungen vorzubeugen, die Querschnitte der Zuleitungen bzw. Düsen der Mischvorrichtung so dimensioniert werden, dass keine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Wird hingegen der Querschnitt vermindert, so können die Folge Verstopfungen und somit Funktionsstörungen der Zumischvorrichtung, insbesondere der Düse, sein, die zu einem Produktionsstillstand führen und zum Ersatz der kompletten Düse oder Zuleitungen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden.

Insbesondere soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung bzw. Mischung eines Fluides bzw. einer Flüssigkeit, insbesondere einer Flüssigkeit enthaltend eine Chemikalie oder auch einer flüssigen Chemikalie selbst, vorzugsweise in einen Prozessstrom, insbesondere einen Prozessstrom zur Erzeugung einer Faser- oder Fliesstoffbahn, angegeben werden, wobei möglichst eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid-Faserstoffmischung in einen Prozessstrom eindosiert und mit diesem vermischt werden soll. Des Weiteren sollen auch Stillstände durch

Ablagerungen und die Ablösung von Ablagerungen vermieden werden, die

beispielsweise bei einer erneuten Aufnahme des Produktionsprozesses zu Löchern in der Faserstoffbahn führen können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer

Mischvorrichtung, wobei die Mischvorrichtung wenigstens ein Gehäuse, insbesondere in Form eines Mischrohrs, eine Fluidzulauföffnung, eine Chemikalienzulauföffnung, eine Verdünnungsfluidzulauföffnung und wenigstens eine Ablauföffnung zu einem Prozessstrom aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein

Chemikalienstrom aus der Chemikalienzulauföffnung und ein Verdünnungsfluidstrom aus der Verdünnungsfluidzulauföffnung in einen Fluidstrom zugemischt wird und der Fluidstrom nach Zumischen von wenigstens Chemikalienstrom und

Verdünnungsfluidstrom über eine Ablauföffnung einem Prozessstrom, insbesondere durch eine Düse beschleunigt zugeführt, insbesondere eingedüst wird. Bei dem Fluidstrom kann es sich um jedes Prozesswasser handeln, das

üblicherweise bei der Erzeugung einer Faser- oder Vliesstoffbahn eingesetzt wird beziehungsweise zur Verfügung steht. Insbesondere kann es sich um eine wässrige Faserstoffsuspension handeln, wobei es sich bei dem Faserstoff bevorzugt um Cellulosefasern handelt.

Dadurch, dass eine intensive Vermischung eines Fluidstroms mit dem

Verdünnungsfluid und der Chemikalie erfolgt, kann weitgehend eine totale

Vermischung mit dem Fluidstrom erreicht werden und eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid-Faserstofflösung anschließend über eine Ablauföffnung in einen Prozessstrom eindosiert und dabei mit diesem vermischt werden.

Bei den zu dosierenden Chemikalien handelt es sich insbesondere um Polymere, beispielsweise Ädhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem

Prozessstrom zugegeben werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm),

Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonit oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD

(Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B.

Calziumcarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren. Besonders bevorzugt ist es, dass die Zudosierung der Chemikalien nicht aus der Chemikaliendüse direkt in den Prozessstrom erfolgt, sondern nachdem die flüssige Chemikalie mit einer Verdünnungsflussigkeit und einem Fluidstrom vermischt wurde. Bei der Verdünnungsflüssigkeit und/oder dem Fluidstrom kann es sich um

Frischwasser handeln. Alternativ hierzu kann es sich bei der zweiten Flüssigkeit um eine Umlaufflüssigkeit handeln. Prinzipiell ist jede Flüssigkeit bzw. Fluid, das im Prozess eingesetzt wird, denkbar. Insbesondere bei einem Herstellprozess für eine Faserstoffbahn kann die Umlaufflüssigkeit Siebwasser, Klarfiltrat, Trübfiltrat oder eine andere geeignete nicht reine Flüssigkeit, die im Papierherstellprozess anfällt, sein. Denkbar sind aber auch Klarwasser aus der Mikroflotation (DAF), oder Klarfiltrat beziehungsweise Superklarfiltrat beispielsweise eines Scheibenfilters. Als

Verdünnungsflüssigkeit und/oder Fluid kann auch das Prozesswasser aus einer Abwasserreinigungsanlage, so genanntes Biowasser eingesetzt werden. Bei dem Prozessstrom handelt es sich bevorzugt um eine zu einer Papiermaschine

hinfließenden Faserstoffsuspension, mit der die zugeführte Chemikalie, insbesondere die Retentionschemikalie, reagieren soll.

Bevorzugt wird in der Mischvorrichtung die Flüssigkeit bzw. die flüssige Chemikalie in einem Chemikalienstrom und das Verdünnungsfluid in einem Verdünnungsfluidstrom zur Verfügung gestellt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verdünnungsfluidstrom, beispielsweise der Frischwasserstrom oder des Umlaufwasserstrom mit der zu dosierenden

Chemikalie des Chemikalienstromes vor Zuführung zum Prozessstrom,

beispielsweise in einem Mischbereich vermischt wird.

Insbesondere ist es in einer weitergebildeten Ausführungsform möglich, dass der Chemikalienstrom und der Verdünnungsfluidstrom vor dem Zumischen zum

Fluidstrom im Wesentlichen miteinander vermischt ist. Insbesondere ermöglicht es das Verfahren, auch die Chemikalienkonzentration im Fluidstrom durch die Zugabe der Menge an Verdünnungsfluid einzustellen. Hierzu können beispielsweise die Verhältnisse der Rohrinnendurchmesser für den Verdünnungsfluidstrom zum

Rohrinnendurchmesser für den Chemikalienstrom variiert werden, bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 20:1 , vorzugsweise von 5:1 bis 10:1 , d.h. der

Rohrinnendurchmesser der Zulaufleitung für das Verdünnungsfluid ist im Extremfall 20mal größer als der Rohrinnendurchmesser der Zuführleitung für den

Chemikalienstrom. Bevorzugt erfolgt die Zuführung des Chemikalienstroms und des Verdünnungsstroms sowie etwaiger weiterer Chemikalien oder weitere Fluidströme zu dem Fluidstrom unter einem Winkel zur Gehäusewandung, insbesondere unter einem Winkel gegenüber der Symmetrieachse des Mischrohrs. Der Winkel, unter dem die Zuführung des Chemikalienstroms und/oder des

Verdünnungsstroms erfolgt, kann im Bereich von 90° bis 10°, vorzugsweise in einem Winkel von 60° bis 65°, erfolgen. Ein derartiger Winkel garantiert eine intensive Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom. Besonders bevorzugt ist es, wenn im Bereich des Gehäuses bzw. Mischrohrs

Maßnahmen getroffen werden, damit Turbulenzen in der Strömung, die der

Prozessströmung zugeführt wird, erzeugt bzw. erhöht wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Prallflächen geschehen. Alternativ hierzu kann ein Drall erzeugt werden, sodass die Mischung, sobald sie die Düse im Prozessstrom verlässt, in einer Zentrifugalenströmung aus der Düse austritt. Hierdurch wird die Eindringtiefe des Strahles mit zugemischter Chemikalie und Verdünnungsfluid in dem Prozessstrom vergrößert. Des Weiteren ermöglicht das Eindringen von Prallflächen nicht nur eine turbulente Strömung, sondern auch eine Chemikalien- und/oder Verdünnungsfluiddosierung. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verfahren neben einem Mischschritt, bei dem eine flüssige Chemikalie dem Fluidstrom zugeführt wird, einen Reinigungsschritt umfasst. Bei dem Reinigungsschritt wird die Mischvorrichtung von dem Prozessstrom getrennt, derart, dass die Mischvorrichtung unabhängig vom Prozessstrom gereinigt werden kann.

Die Trennung der Mischvorrichtung von dem Prozessstrom, die eine unabhängige Reinigung der Mischvorrichtung vom Prozessstrom ermöglicht, wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Mischvorrichtung von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, wobei die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung im Reinigungsschritt derart angeordnet ist, dass eine Reinigungskammer ausgebildet wird. In die Reinigungskammer kann Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise

Frischwasser, zugeführt werden, mit dem die Zuführleitungen und die Düsen gespült wird. Durch das Spülen der Mischvorrichtung und der Zuführungen werden diese von Ablagerungen gereinigt und so ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der

Zuführungen durch Ablagerungen weitgehend vermieden.

Bevorzugt ist es bevorzugt, wenn der Mischbereich gleichzeitig auch die

Reinigungskammer bzw. den Reinigungsbereich darstellt. Kann die Mischvorrichtung direkt oberhalb des Prozessstromes z. B. in einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet werden, so ist es vorteilhaft, wenn die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung zur Ausbildung der Reinigungskammer verschiebbar ausgebildet ist. Zur Reinigung der Mischvorrichtung wird die Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung dann vom Prozessstrom weg verschoben, beispielsweise mittels manueller, pneumatischer, hydraulischer oder elektromotorischer Einrichtungen. Durch das Verschieben innerhalb der Aufnahmeeinrichtung weg vom Prozessstrom wird dann eine

Reinigungskammer zur Verfügung gestellt. Zur Führung der Mischvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung kann eine Muffe vorgesehen sein. Bevorzugt kann in der Aufnahmeeinrichtung beispielsweise ein Schieber integriert sein, der manuell, pneumatisch, elektromotorisch oder hydraulisch in der Aufnahmeeinrichtung bewegt wird. Ist der Schieber über den vollständigen Querschnitt der Aufnahmeeinrichtung verbracht, so stellt der Schieber die

Trenneinrichtung zur Abtrennung des Reinigungsraumes dar.

Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Zumischung einer flüssigen

Chemikalie zu einem Prozessstrom mittels einer Mischvorrichtung stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Zumischung einer flüssigen Chemikalie zu einem

Prozessstrom zur Verfügung. Um die Strömungsgeschwindigkeit in der

Mischvorrichtung bzw. in den Zuführungseinrichtungen so hoch wählen zu können, dass keine oder nur wenige Ablagerungen sich während des laufenden Betriebes bilden, werden entsprechend kleine Leitungsquerschnitte bei den Zuleitungen der fluiden Chemikalien gewählt, so dass Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,05 bis 20 m/sec, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 m/sec und besonders im Bereich von 0,1 bis 5 m/sec erreicht werden.

Um Anhaftungen an den Leitungswänden vorzubeugen, werden bei den kleinen Leitungsquerschnitten, die zu den hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen,

Spülvorgänge durchgeführt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass keine Kugelhähne oder andere Absperrvorrichtungen zu den Zuleitungen vorgesehen sind. Damit wird die Möglichkeit der Bildung von

Ablagerungen an den Kanten der engen Kontur der Kugelhähne bzw.

Absperrvorrichtungen vorgebeugt. Außerdem wird die Fertigung vereinfacht, da derartige Bauteile aufwendig bearbeitet, insbesondere elektropoliert werden müssen.

Um die Mischvorrichtung an den Prozessstrom zu bringen und von diesem

wegzubewegen, kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Aufnahme die

Mischvorrichtung verschiebbar ausgebildet ist. Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die Erfindung auch ein Chemikalieneinspeissystem für den Einsatz in einer Papiermaschine zur Verfügung, wobei das Chemikalieneinspeissystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel zur Einspeisung der Chemikalien in den Prozessstrom eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung umfassen. In einer fortgebildeten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung über ein Rohr mit Prozesswasser-Rückgewinnungsmitteln verbunden ist, um Prozesswasser als zweite Flüssigkeit und/oder

Verdünnungsflüssigkeit zu verwenden.

Die Erfindung soll nachfolgend ohne Beschränkung hierauf beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben werden:

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Dosierdüse in einer ersten Ausgestaltung Fig. 2a-b: eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Dosierdüse mit versetzten Zuführöffnungen

Fig. 3: Zuführeinrichtung mit gegenüberliegenden Zuführöffnungen und

Turbulenterzeuger

Fig. 4: gegenüberliegende Zuführöffnungen für Chemikalienstrom und

Verdünnungsflüssigkeit mit Turbulenterzeuger

Fig. 5: erfindungsgemäße Vorrichtung mit schräger Eindüsung

Fig. 6: erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit schräger Zuführung und

weiterer Zuführleitung

Fig. 7: erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit schräger Zuführung und

Turbulenzerzeuger

Fig. 8: Mischvorrichtung mit schräger Eindüsung und Reinigungsvorrichtung

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung 10 gezeigt, umfassend ein Chemikalienzulaufrohr 12 mit einer Chemikalienzulauföffnung 14 sowie einem Verdünnungsfluidzulaufrohr 16 mit Verdünnungsfluidzulauföffnung 18. Sowohl die Chemikalienzulaufleitung 18 wie die Chemieverdünnungszulaufleitung 12 münden in ein Gehäuse, das bevorzugt als Mischrohr 20 der Mischvorrichtung 10 ausgebildet. Das Mischrohr 20 wird durch eine Fluidzulauföffnung 30 mit einem Fluidstrom beschickt. Im Bereich der Mischzone 40 wird der Chemikalienstrom mit dem

Verdünnungsfluid gemischt und anschließend aus der Mischzone an das über Zulauföffnung 30 zugeführte Fluid eingemischt. Unterhalb der Mischzone wird ein Fluidstrom umfassend das Fluid, das Verdünnungsfluid sowie die Chemikalie als Mischstrom aus dem Mischrohr in eine Düse 50 eingeleitet. Durch die Ausbildung des Mischrohres im Bereich 50 als Düse kann der Mischstrom beschleunigt und über die Ablauföffnung 60 dem Prozessstrom 70 zugeführt werden.

Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß Anordnung erreicht, dass eine praktisch vollständige Vermischung von Fluidstrom und Chemikalienstrom sowie Verdünnungsstrom erreicht wird, um eine homogen gemischte Chemikalien-Fluid- Faserstoffmischung über die Ablauföffnung 60 in den Prozessstrom eindosiert und mit diesem vermischt werden kann.

Durch die Ausbildung der Ablauföffnung als Düse kann eine Beschleunigung des Mischstroms erreicht werden und so ein tiefes Eindringen des zugemischten

Mischstroms in den Prozessstrom.

Die Ablauföffnung 60 wir bevorzugt durch den vorzugsweise zylindrischen inneren Querschnitt des Mischrohres 20 gebildet, der im Bereich der Ablauföffnung eine Durchmesser d ₄ aufweist. Im Allgemeinen ist d ₄ kleiner als d3, d.h. das Mischrohr ist im Bereich der Ablauföffnung als Düse ausgebildet.

Bevorzugt ist innerhalb des Mischrohres die Strömungsgeschwindigkeit des

Fluidstromes in Abhängigkeit vom Durchmesser ds bzw. d ₄ so zu wählen, dass sich vorzugsweise eine turbulente Strömungscharakteristik ausbildet. Der Grad der Turbulenz beziehungsweise die Art der Strömung, d.h. ob eine turbulente oder eine laminare Strömung im Mischrohr vorliegt kann durch die Reynolds-Zahl beschrieben werden. Die Art der Strömung bzw. die Reynolds-Zahl kann insbesondere durch den Volumenstrom des vor Zumischung von Verdünnungsfluid und Chemikalie

zugeführten Fluidstromes beeinflusst werden.

Weist das Mischrohr einen Stufensprung und keine kontinuierliche Abnahme des Durchmessers wie dargestellt auf, so ist es möglich die Ablauföffnung nicht in der dargestellten Düsenform sondern als einfachen zylinderischen Hohlkörper mit einem Durchmesser d ₄ auszubilden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Durchmesser d1 des Verdünnungsrohres zum Durchmesser d2 des Chemikalienrohres in einem Verhältnis von 1 :1 bis 20:1 steht, vorzugsweise 5:1 bis 10:1 . Also d1 :d2 im Bereich 1 :1 bis 20:1 liegt. Wie in Figur 1 dargestellt, tritt sowohl das Verdünnungsrohr unter einem Winkel cd = 90° wie auch das Chemikalienzulaufrohr unter einem Winkel o2 = 90° relativ zur Gehäusewand 55 in das Mischrohr ein.

Des Weiteren zu erkennen ist, dass der Abstand AB zwischen der Zuführöffnung 18 für das Verdünnungsfluid und der Zuführöffnung 14 für die Chemikalien sehr gering ist und bevorzugt zwischen 1 mm und des Durchmessers d3 des Mischrohres liegt.

Wenn die Zuführöffnung für den Verdünnungsfluidstrom und den Chemikalienstrom sehr nahe beieinander liegt, kann das Verdünnungsfluid mit dem Chemikalienstrom vermischt und dann komplett vermischt in den Fluidstrom eingemischt werden. Bei der Ausführungsform in Figur 1 findet also eine Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom vor Einleiten in den Fluidstrom statt.

Durch entsprechende Dimensionierung der Rohrdurchmesser des

Verdünnungswasserstroms zum Rohrdurchmessers des Chemikalienstroms können die Mischungsverhältnisse bzw. die Konzentration der Chennikalie eingestellt werden, bevor der gemischte Strom dem Fluidstrom zugemischt und schlussendlich in die Prozessflüssigkeit eingeführt wird. Bevorzugt liegt der Druckunterschied δΡ des Verdünnungsfluides im Bezug auf den Fluidstrom im Bereich 0,5 bis 5 bar, vorzugsweise im Bereich 1 bis 2 bar und der Druckunterschied zwischen dem

Chemikalienstrom in Bezug auf den Fluidstrom im Bereich -0,25 bis 0 bar.

In Figur 2 ist eine leicht geänderte Ausgestaltung einer Zuführrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt. Gleiche Bauteile wie in Fig. 1 sind in Fig. 2a und 2b mit denselben Bezugsziffern belegt. Als wesentlicher Unterschied gegenüber der Ausführungsform in Fig. 1 ist anzusehen, dass die Zuführleitungen für den Verdünnungsfluidstrom und den Chemikalienstrom nicht in derselben Ebene gegenüberliegen, sondern um einen Abstand ABS im Mischrohr versetzt zueinander angeordnet sind. Des Weiteren zeichnet sich die Ausführungsform gemäß Fig. 2a dadurch aus, dass im Mischrohr Prallflächen 100.1 , 100.2 vorgesehen sind, die dazu dienen zum einen den Verdünnungfluidstrom, beispielsweise den Verdünnungswasserstrom sowie den Chemikalienstrom, der aus dem Verdünnungsrohr 16 bzw. dem Chemikalienrohr 12 austritt, umzulenken und die Turbulenz der Strömung zu erhöhen, sodass ein Drall erzeugt wird und die Mischung aus Verdünnungsfluidstrom und Chemikalienstrom sowie Fluidstrom sobald sie das Mischrohr aus der Düse in den Prozessstrom verlässt, beispielsweise in einer zentrifugalen Strömung aus der Düse austritt. Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass die Eindringtiefe des Strahls aus der Düse vergrößert wird.

Das Mischrohr 20 weist einen Mischraum bzw. eine Mischzone 25 (Grenzen sind strichpunktiert dargestellt) auf. Bevorzugt kann in einer nicht dargestellten

Ausführungsform der Mischraum 25 über die gesamte Länge L _M i _Sch als Diffusor ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass nur der Abschnitt nach der Chemikalienzufuhröffnung 14 des Chemikalienrohres 12 als LCHEM als Diffusor (nicht gezeigt) ausgeführt ist. Ein derartiger Diffusor kann dadurch realisiert werden, dass das Mischrohr einen Stufensprung, d.h. eine sprunghafte Erweiterung des vorzugsweise zylinderischen inneren Querschnittes des Mischrohres 20 aufweist. Eine derartige sprunghafte Erweiterung des Querschnittes führt zu einer Erhöhung der Turbulenz der Strömung und so zu einer intensiveren Vermischung des Fluidstromes, beispielsweise des Faserstoffstromes, insbesondere des

Faserstoffteilstromes mit dem Verdünnungsfluidstrom und/oder dem

Chemikalienstrom intensiver zu vermischen. Generell ist auch bei konstantem Querschnitt des Mischrohres möglich durch eine Erhöhung der Volumenströmungsgeschwindigkeit den Turbulenzgrad, beispielsweise durch Volumenerhöhung des der Mischvorrichtung zugeführten Fluidstromes den Turbulenzgrad zu beeinflussen. In einer alternativen Ausgestaltung einer Mischvorrichtung der Erfindung ist das Mischrohr als Ejektor oder Mehrstufenejektor ausgebildet. In Figur 2b ist eine

Ausbildung des Mischrohres als Ejektor in Form einer Strahlpumpe gezeigt. Gleiche Bauteile wie in Figur 1 und 2a sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. In Figur 2b ist das Mischrohr 20 in Form einer Strahlpumpe 2000 ausgestaltet. Zunächst verengt sich das Mischrohr 20 im Bereich 2010 vom Durchmesser d3 auf den

Durchmesser dFiuid■ Nach der Verengung des Mischrohres 20 im Bereich 2010 erfährt das Mischrohr wieder eine Erweiterung auf den Durchmesser d3 im Bereich der Zuführung der Verdünnungsfluidleitung 16. aufweist. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2b werden Verdünnungsfluid und Chemikalie wieder nacheinander zugeführt, d.h. die Verdünnungsfluidzufuhröffnung 18 weist einen Abstand ABS zur

Chemikalienzufuhröffnung 14 auf. Die Mischzone ist mit 25 bezeichnet. Nach

Zuführung sowohl des Vedünnungsfluides als auch der Chemikalie verengt sich das Mischrohr wieder kontinuierlich im Bereich 2020. Im Abschnitt 2030 erweitert sich der innere Querschnitt des Mischrohres kontinuierlich wieder. Bei einer solchen

Konfiguration des Msichrohres spricht man auch von einem Ejektor. Die Turbulenz und damit die Mischeffizienz kann durch die Geometrie und den Verlauf des vorzugswesie zylindersichen Querschnittes des Diffusors bzw. Ejektors beeinflusst werden. Des Weiteren kann durch die Prallflächen auch eine Chemikalien- und/oder

Verdünnungsfluiddosierung erfolgen. Dies ist insbesondere beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 der Fall. Wiederum sind gleiche Bauteile, wie in den Figuren 1 und 2 mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Der Unterschied der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ist darin zu sehen, dass sich die Zuleitung für das

Verdünnungsfluid und die Chemikalie im Wesentlichen gegenüberliegen. Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind wieder Prallflächen 100.1 , 100.2 vorgesehen, mit denen die Strömung umgelenkt bzw. in die Strömung Turbulenzen eingebracht werden kann. Die Eindüsung in den Fluidstrom erfolgt durch gegenüberliegende Zuführleitungen für den Chemikalienstrom und den Verdünnungsfluidstrom.

Über die bereits in Fig. 2 gezeigten Prallflächen hinaus, sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 weitere Prallflächen 100.3, 100.4, 100.5, 100.6 vorgesehen, die dazu dienen einen Drall zu erzeugen, sodass die Mischung, sobald sie die Düse in den Prozessstrom entlässt in einer zentrifugalen Strömung austritt und des Weiteren eine Chemikalien- und/oder Verdünnungsfluiddosierung ermöglicht.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ähnlich ist, d. h. die Zuführöffnung 18 für die Verdünnungsfluid und die Zuführöffnung 14 für die Chemikalie liegen einander gegenüber, weisen aber im Gegensatz zur

Ausführungsform gemäß Fig. 3 einen ähnlich engen Abstand A wie in Fig. 1 auf, der bevorzugt zwischen 1 mm und des Durchmessers D3 des Mischrohres liegt, sodass eine weitgehend vollständige Vermischung von Verdünnungsfluid und

Chemikalie erfolgt, bevor diese in den Fluidstrom eintritt. Im Mischrohr 20 wird in allen bislang beschriebenen Ausführungsformen ein Mischraum bzw. Mischzone 25

(Grenzen sind strichpunktiert) ausgebildet, in dem Verdünnungsfluid und Chennikalienstronn sowie Fluidstrom miteinander vermischt werden, sodass an der Ablauföffnung 60 zum Prozessstrom 70 eine intensiv und praktisch vollständig vermischte Mischströmung aus Fluidstrom, Verdünnungsfluidstrom und

Chemikalienstrom vorliegt.

Bevor diese Durchmischung vor der Düsenanordnung erreicht durch die

Düsenanordnung dieser Mischstrom beschleunigt und in dem Prozessstrom

eingedüst werden kann. Die Menge an Verdünnungsfluid bestimmt die

Chemikalienkonzentration im Fluidstrom.

Während in allen Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 4 der Winkel cd und der Winkel o2 der Verdünnungszuführleitung bzw. der Chemikalienzuführleitung 90° beträgt, zeigen die Ausführungsformen gemäß der Fig. 5, 6 und 7

Ausgestaltungen der Erfindung, bei der der Winkel der Zuführleitungen weniger als 90° beträgt, also bevorzugt in einem Winkelbereich von 60° bis 45° gegenüber der Gehäusewandung des Mischrohres bzw. der Symmetrieachse 201 des Mischrohres liegt.

Durch eine Neigung im Bereich 60° bis 45° kann eine Mischung erfolgen, ohne dass der Strom sehr stark in Richtung der Austrittsöffnung umgelenkt werden muss.

Wiederum bezeichnen gleiche Bauteile, wie in Fig. 1 bis 4, gleiche Bezugsziffern.

Bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 5 ist wiederum der Abstand zwischen

Chemikalienzuführöffnung 14 und der Verdünnungsfluidzuführöffnung 18 sehr gering, d. h. im Bereich 1 mm bis des Durchmessers D3 des Mischrohres, sodass vor Eindüsung in den Fluidstrom eine intensive Vermischung von Chemikalienstrom und Verdünnungsfluidstrom und damit Konzentrationseinstellung erzielt wird.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 wird zusätzlich zu den Verdünnungsleitungen und den Chemikalienleitungen, die in Fig. 5 gezeigt sind, eine weitere Zuführleitung 300 vorgesehen. Aus der zusätzlichen Zuführleitung 300 kann ein weiteres Fluid in den Fluidstrom im Mischrohr 20 eingedüst werden. Beispielsweise könnte dies ein weiterer Chemikalienstrom sein oder auch die Zuführung von Füllstoff-Slurry. Auch die Zuführleitung 300 ist in einem Winkel a3, der im Bereich 60° bis 45°, wie die Zuführwinkel cd und o2 für die Chemikalienleitung und die

Verdünnungsfluidzuführleitung liegt angeordnet.

Fig. 7 zeigt eine Kombination von unter einem Winkel im Bereich 60° bis 45° angeordneten Zuführleitungen für das Verdünnungsfluid 16 bzw. die Chemikalie 12 mit Prallflächen 100.3, 100.4, 100.5, 100.6, die der Turbulenzerzeugung bzw. der Chemikalien- und/oder Fluiddosierung dienen.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform gemäß Fig. 8, bei der zusätzlich zu den Zuführleitungen die Mischvorrichtung innerhalb einer Aufnahme in axialer Richtung bewegt werden kann. Gleiche Bauteile wie in Fig. 6 sind mit denselben Bezugsziffern belegt. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 8 kann die Mischkammer zugleich als Reinigungskammer eingesetzt werden. Hierzu ist die Zuführung der zweiten Flüssigkeit in den Prozessstrom hinein erfolgt. Der Endabschnitt 54 kann in seiner Länge variiert werden, so dass eingestellt werden kann, ob der durch den zweiten Strömungskanal zugeführte zweite Flüssigkeitsstrom gleichzeitig, vor oder nach dem über den ersten Strömungskanal 12 zugeführten Chemikalienstrom bzw. ersten Flüssigkeitsstrom austritt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 kann die Mischvorrichtung 200 innerhalb eines Aufnahmegehäuses 220 bzw. einer Aufnahme in axialer Richtung 222 bewegt werden.

Zusätzlich zu den in Fig. 1 - Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung umfasst die

Aufnahmeeinrichtung 220 einen Absperrschieber 230. Der Absperrschieber 230 ist in der Richtung 232 beweglich ausgestaltet. Die Mischvorrichtung 200 bzw. Dosierdüse kann durch den geöffnet dargestellten Absperrschieber geführt werden.

In Fig. 8 ist die Mischvorrichtung 200 innerhalb der Aufnahme bzw. des

Aufnahmegehäuses in Richtung 222 aus dem Prozessstrom bei geöffnetem Schieber 230, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch herausgezogen.

Um den Reinigungsvorgang zu starten, kann der Schieber 230 über den gesamten Querschnitt der Aufnahmevorrichtung 220 bei einer Stellung der Mischvorrichtung 200 gemäß Fig. 8 eingebracht werden. Durch den geschlossenen Absperrschieber 230 wird die Mischvorrichtung 200 von dem Prozessstrom 70 getrennt. Zwischen der Mischvorrichtung 200 und dem Absperrschieber 230 wird ein Reinigungsraum 400 ausgebildet, der bevorzugt mit dem Mischbereich zusammenfällt. Um die Reinigung zu starten, kann beispielsweise in die Chemikalienzuführleitung anstatt eines Chemikalienstromes Frischwasser zugeführt werden. Selbstverständlich wäre die Zuführung auch über die Verdünnungszuführleitung oder die weitere

Zuführleitung möglich. Das über beispielsweise die Chemikalienzuführleitung zugeführte Frischwasser prallt auf die im Reinigungsschritt auf die geschlossene Absperreinrichtung 230 und kann in die beiden anderen Zuführleitungen 16, 300 geführt werden. Dabei werden Medien, die in diesen Zuführungen enthalten sind, durch das Frischwasser bzw. das fluide Reinigungsmedium verdrängt. Die Düsen und die Zuführungen, insbesondere die Mischvorrichtung, können durch einen derartigen Reinigungsschritt dargestellt, von den darin befindlichen Chemikalien, insbesondere deren Ablagerungen, gereinigt werden. So wird ein Verstopfen der Mischvorrichtung und der Zuführungen durch Ablagerungen bei Stillständen unabhängig vom Prozessstrom aktiv entgegengewirkt. Als dosierende Chemikalien können insbesondere Polymere, beispielsweise

Ädhäsionsmittel, die beim Papierherstellungsprozess dem Prozessstrom zugegeben werden, verwandt werden. Beispiele für derartige Chemikalien bzw. Polymere sind Polyacrylamid (PAM), Polyethylenimin (PEI), Polyamidoamin (PAAm), vernetzbare Polyamidaminharze, Polydadmac, Polyvenylamin (PVAm), Polyethylenoxid (PEO). Alternativ zu den zuvor genannten Polymeren können die dosierenden Chemikalien auch Mikropartikel bzw. Nanopartikel sein, beispielsweise Bentonit oder ein Silikat. Ferner kann es sich bei den zu dosierenden Chemikalien um Stärke oder ein Biozid oder einen Farbstoff oder einen optischen Aufheller handeln. Weitere mögliche Chemikalien sind Neutralleimungsmittel wie z. B. AKD (Acrylketendimer) oder ASA (Alkenylbernsteinsäureanhydrid). Weiter ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch mineralische Stoffe wie z. B. Calziumcarbonat, Titandioxid in Form einer Suspension in eine zweite Flüssigkeit oder den Prozessstrom zu dosieren. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, mit der eine praktisch vollständige Vermischung eines Chemikalienstroms mit einem Verdünnungsfluidstrom und einem Fluidstrom erreicht wird, der einem Prozessstrom zugeführt wird. Insbesondere wird auch mit Hilfe von Prallflächen ein Drall erzeugt, sodass die Mischströmung, wenn sie in den Prozessstrom eintritt, eine zentrifugale Strömung aufweist und dadurch eine sehr große Eindringtiefe in den Prozessstrom.