Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere für eine Flotation

Abstract

 

1. Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten.

2.1 Ringinjektoren zum Belüften von Flüssigkeiten, anwendbar z.B. in Flotationsanlagen, bestehen aus einem Gehäuse mit einer Mischstrecke, in die über einen ringförmigen Spalt der durchströmenden Flüssigkeit Luft zugeführt wird. Zentrisch in der Mischstrecke ist ein Kern angeordnet. In der Mischstrecke bildet sich durch Anlagerung von Luftbläschen an Feststoffpartikel ein Luft-Feststoff-Gemisch.

2.2 Ein Ringinjektor mit einer Spaltweite (Q₂), die zu einer Mindesttrübegeschwindigkeit von 2,0 m/s am Eintritt in den Belüftungsraum führt, weist eine anschließende Misch- und Dispergierstrecke (6) mit bis zum Ende (12) gleichbleibendem Querschnitt auf, ferner ein zentrisch darin angeordnetes Mittelstück (10) mit ebenfalls gleichbleibendem Durchmesser, wobei die Länge der Misch- und Dispergierstrecke (6) das 20fache der Ringspaltbreite (Q₃) beträgt. Verteilkegel (2) und Mittelstück (10) sind zusammenschraub- oder -steckbar. Der Luftspalt ist mittels Distanzringen (13) einstellbar. Durch schraubenförmige Leisten (8) in der Misch- und Dispergierstrecke (6) kann dort ein Drall erzeugt werden.

2.3 Die Belüftungsvorrichtung wurde für die Flotation von Steinkohlenschlämmen erprobt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere für eine Flotation, ausgebildet als Ringinjektor, in dessen von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuse ein Mittelstück angeordnet ist, das mit dem Gehäuse einen Ringkanal bildet, wobei der Ringkanal in Höhe der Luftaustrittsöffnungen in der Gehäusewandung seinen geringsten Querschnitt aufweist und in Flüssigkeitsströmungsrichtung im Anschluß an die Ringkanal-Engstelle eine schlagartige Querschnittsvergrößerung des Ringkanals vorgenommen ist, an die sich die Misch- und Dispergierstrecke zum Gehäuseausgang anschließt.

[0002] Vorrichtungen dieser Art sind bekannt und werden u.a. bei der Flotation angewendet, um die in einer Trübe enthaltenen Feststoffe voneinander zu trennen. Die schlechter zu benetzenden Feststoffpartikel lagern sich an Luftbläschen an, die in derartigen Vorrichtungen, auch Begaser, Injektoren oder Reaktoren genannt, erzeugt werden. Die an den Luftbläschen angelagerten Feststoffe werden in der Regel über den Rand des Trenn- oder Flotationsgefäßes ausgetragen.

[0003] Bei allen Belüftungsvorrichtungen dieser Gattung strebt man an, die Größe der Luftbläschen möglichst gering zu halten, weil dadurch bei der Flotation die Anlagerung von Feststoffpartikeln erleichtert wird.

[0004] Eine Vorrichtung zur Vermischung von Gasen und Flüssigkeiten wurde bereits vor 50 Jahren in der US-PS 1,810,131 beschrieben. Diese Vorrichtung zeigt Merkmale einer Belüftungseinrichtung, wie sie beispielsweise später (DE-OS 34 12 431) als Vorrichtung zum Belüften von Dispersionen, insbesondere als Flotationsvorrichtung zum Deinken von Faserstoffsuspersionen mit Ringinjektor, bekannt geworden ist.

[0005] Dem Ringinjektor wird über Luftzuführkanäle in der Mischstrecke Luft zugeführt. Der sich im Ringinjektor bildende ringförmige Spalt wird dadurch innen und außen belüftet. Die Mischstrecke und das Mittelstück das sich zentrisch innerhalb der Misch- und Zugstrecke befindet, sind stufenförmig abgesetzt, wodurch die Luft analog einer Wasserstrahlpumpe in den Innen- und den Außenbereich des sich bildenden Dispersionsstrahles eingesaugt wird.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, Vorrichtungen des Standes der Technik dahingehend zu verbessern, daß der spezifische Energieverbrauch reduziert und der Grad der Selektivität erhöht wird.

[0007] Diese Vorrichtung soll insbesondere für die Flotation von Kohle und sonstigen Aufbereitungsstoffen geeignet sein.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Belüftungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bei Eintritt der Trübe in den Belüftungsraum eine Spaltweite aufweist, die zu einer Mindesttrübegeschwindigkeit V₁ von 2,0 m/s führt. Das Mittelstück der Vorrichtung erstreckt sich bis zum Gehäuseausgang und der Durchmesser ist gleichbleibend. Der Ringkanal weist von der schlagartigen Erweiterung bis zum Gehäuseausgang den gleichen Querschnitt auf und die Länge der Misch- und Dispergierstrecke beträgt mehr als das 20fache der Ringspaltbreite des Ringkanals.

[0009] Infolge der gleichmäßigen Geschwindigkeit im Ringkanal aufgrund des gleichbleibenden Querschnitts wird die Durchmischung von Luftbläschen und Feststoffteilchen im Verlaufe der Mischstrecke besonders begünstigt, da im Verlaufe der gesamten Mischstrecke der spezifische Energieeintrag konstant ist.

[0010] Versuche in einer Kohle-Flotationsanlage haben gezeigt, daß bei einer Trübegeschwindigkeit, die über 2 m/s liegt, insbesondere bei 2,0 bis 4,0 m/s das Ausbringen optimal ist.

[0011] Weitere konstruktive Einzelheiten sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0012] Die Unterteilung des Kerns der Belüftungsvorrichtung in den Verteilkegel und das Mittelstück, die zusammenschraub- oder -steckbar sind, ermöglicht es, unterschiedliche Verteilkegel und Mittelstücke zu kombinieren. Es können, je nach Anforderung, Verteilkegel verschiedenen Durchmessers der Basis des geraden Kreiskegels und/oder Kegel mit unterschiedlichen Winkeln zwischen Basis und Seitenlinie des Kreiskegels, d.h. mit vergrößerter oder verkleinerter Steigung eingesetzt werden. Durch Änderung des Basisdurchmessers des Verteilkegels wird der Ringkanalquerschnitt in Höhe der Luftaustrittsöffnungen verändert. Mit dem Winkel der Steigung des Kegels läßt sich die Trübeverteilung beeinflussen.

[0013] Die am Mittelstück und/oder im Gehäuseoberteil angeordneten Leisten dienen der Zentrierung des Mittelstückes innerhalb der Misch- und Dispergierstrecke. Derartige Leisten können auch schraubenförmig ausgeführt sein, und es hat sich gezeigt, daß hierdurch der axialen Strömung des Trübe-Luft-Gemisches eine Drallströmung überlagert wird, die sich vorteilhaft für die Anlagerung der Feststoffpartikel an die Luftbläschen auswirkt.

[0014] Dies gilt auch für die Ausführungsform mit schraubenförmig genutetem Mittelstück und/oder entsprechend genuteter Innenwand des Gehäuseoberteils. In diesem Fall kann die Zentrierung des Mittelstückes durch die Anordnung von z.B. Zentrierstiften, die das Mittelstück im Gehäuse Oberteil halten, erfolgen.

[0015] Aus Tafel 1 sind die Versuchsbedingungen und Versuchsergebnisse, die mit erfindungsgemäßen Ringinjektoren der Typen 1 bis 3 er­zielt wurden ersichtlich. Bei den Flotationsversuchen im halb­technischen Maßstab wurde als Aufgabegut Flotationsschlamm aus einer Steinkohlenwäsche eingesetzt.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.

[0017] Die in der Querschnittsansicht dargestellte Belüftungsvorrichtung besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse. Das Gehäuseunterteil (3) weist einen Anschlußflansch (1) auf, an den die (nicht dargestellte) Trübeleitung angeschlossen wird. Der Pfeil kennzeichnet die Fließrichtung der Trübe. Der Eingangsdurchmesser der Belüftungsvorrichtung ist mit (Q ) bezeichnet.

[0018] An das Gehäuseunterteil (3) schließt sich ein Gehäuseabschnitt an, in dem sich die Luftkammer (4) befindet mit der ringförmigen Luftaustrittsöffnung. Der Luftkammer (4) strömt das Belüftungsmedium über eine (nicht dargestellte) Luftleitung zu.

[0019] Durch Zwischenlegen von Distanzringen (13) läßt sich die Spaltweite der Luftaustrittsöffnungen im Ringspalt der Luftkammer (4) verändern.

[0020] Oberhalb des Gehäuseunterteils (3) mit Luftkammer (4) ist das Gehäuseoberteil (7) angeordnet. Der Flansch (5) dient zur Befestigung der Belüftungsvorrichtung innerhalb einer Leitung zum (nicht dargestellten) Trenngefäß oder bei Anordnung der Belüftungsvorrichtung außerhalb des Trenngefäßes als Leitungsanschluß an das Trenngefäß.

[0021] Innerhalb des Gehäuses der Belüftungsvorrichtung befindet sich der Kern, der aus einem Verteilkegel (2) und dem Mittelstück (10) besteht. Verteilkegel und Mittelstück sind zusammenschraub- oder -steckbar. Die Trennstelle befindet sich an dem Übergang der Querschnittsreduzierung des Verteilkegels zum Mittelstück gleichbleibenden Durchmessers. Das Mittelstück (10) weist auf seiner ganzen Länge einen bis zum Gehäuseausgang (12) gleichbleibenden Durchmesser auf.

[0022] In Höhe des Luftaustritts aus der Luftkammer (4) befindet sich die engste Stelle des Ringkanals für den Durchfluß der Trübe. Diese Engstelle (Q₂) wird durch den größten Durchmesser des Verteilkegels (2) gebildet. Die durch die konstruktive Ausbildung des Verteilkegels (2) in seinem oberen Abschnitt entstehende schlagartige Querschnittsvergrößerung des Ringkanals zwischen Verteilkegel und Innenwand des Gehäuseoberteils verhindert trotz Aufnahme von Luft aus der Luftkammer eine Geschwindigkeitserhöhung in der Flotationstrübe.

[0023] Im Anschluß an die engste Stelle des Ringkanals schließt sich die Misch- und Dispergierstrecke (6) mit einer Länge L₁ und gleichbleibender Spaltweite (Q₃) bis zum Gehäuseausgang (12) an.

[0024] Auf dem Mittelstück (10) ist eine schraubenförmig ausgeführte Leiste (8) angedeutet, die der Zentrierung des Mittelstückes im Gehäuseoberteil (7) und der Erzeugung einer Drallströmung des Trübe-Luft-Gemisches dienen soll.

[0025] Eine Haltevorrichtung (9) in Form eines einstellbaren Stiftes befindet sich am Gehäuseoberteil (7) unterhalb des Gehäuseausgangs (12).

Bezugsziffernliste:

[0026] 

1 Anschlußflansch an die Trübeleitung

2 Verteilkegel

3 Gehäuseunterteil

4 Luftkammer im Gehäuseunterteil

5 Befestigungsflansch im oder am Trenngefäß

6 Misch- und Dispergierstrecke

7 Gehäuseoberteil

8 Leiste

9 Haltevorrichtung für Mittelstück

10 Mittelstück

11 schlagartige Erweiterung

12 Gehäuseausgang

13 Distanzring

L₁ Länge der Misch- und Dispergierstrecke

Q₁ Eingangsdurchmesser

Q₂ Spaltweite der Misch- u. Dispergierstrecke (Engstelle)

Q₃ Ringspaltbreite der Misch- und Dispergierstrecke

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere für eine Flotation, ausgebildet als Ringinjektor, in dessen von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuse ein Mittelstück angeordnet ist, das mit dem Gehäuse einen Ringkanal bildet, wobei der Ringkanal in Höhe der Luftaustrittsöffnungen in der Gehäusewandung seinen geringsten Querschnitt aufweist und in Flüssigkeitsströmungsrichtung im Anschluß an die Ringkanal-Engstelle eine schlagartige Querschnittsvergrößerung des Ringkanals vorgenommen ist, an die sich die Misch- und Dispergierstrecke zum Gehäuseausgang anschließt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Belüftungsvorrichtung bei Eintritt der Trübe in den Belüftungsraum eine Spaltweite (Q₂) aufweist, die zu einer Mindesttrübegeschwindigkeit V₁ von 2,0 m/s führt,
daß die Belüftungseinrichtung ein Mittelstück (10) aufweist, das sich mit gleichbleibendem Durchmesser von der schlagartigen Erweiterung (11) bis zum Gehäuseausgang (12) erstreckt, daß der Ringkanal von der schlagartigen Erweiterung (11) bis zum Gehäuseausgang den gleichen Querschnitt aufweist und daß die Länge der Misch- und Dispergierstrecke (6) mehr als das 20fache der Ringspaltbreite (Q₃) beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern der Belüftungsvorrichtung aus dem Verteilkegel (2) und dem Mittelstück (10) besteht und beide Teile zusammenschraub- oder -steckbar sind (11).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftaustrittsöffnung veränderbar ist und vorzugsweise durch Zwischenlage von Distanzringen (13) zwischen Luftkammer-Gehäuseteil (4) und Gehäuseunterteil (3) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Misch- und Dispergierstrecke (6) mit mindestens einer Leiste (8) versehen ist, die gleichmäßig am Umfang verteilt, sich erstreckend von der Stelle der schlagartigen Erweiterung (11) bis zum Gehäuseausgang (11), am Mittelstück (10) und/oder im Gehäuseoberteil (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiste (8) bzw. die Leisten schraubenförmig mit mindestens einem Schraubengang ausgeführt ist (sind).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittelstück (10) und/oder die Innenwand des Gehäuseoberteils (7) schraubenförmig genutet sind.

Zeichnung