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Anlage zum Patentgesuch der
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Klbckner- Hu mboldt-Deutz Aktiengesellschaft vom 15. Juli 1983 Vorrichtung
zur Begasung von Flüssigkeiten, insbesonoere einer mit Flotationsreagenzien versetzten
Flüssigkeits-Feststoff-Suspension Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung
zur Begasung von Flüssigkeiten, insbesondere einer mit Flotationsreagenzien versetzten
Flüssigkeits-Feststoff-Suspension, die über ein Zuführungsrohr in eine Flotationszelle
eingeleitet wird, und wobei in der Rohrwandung des Zuführungsrohres Öffnungen für
die Zufuhr der Begasungsmedien vorgesehen sind.
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Bei der Flotation von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen kann die
Begasung bereits in den Suspensionszuführungsleitungen vor deren Einleitung in das
eigentliche Trennyefäb erfolgen, wobei die Begasungsmedien üblicherweise durch Überdruck
mittels Injektoren oder gasdurchlässigen Körpern, z.B. poröse Fritten, in die Suspension
eingebracht werden.
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Aus der DE-AS 24 20 482 ist eine Begasungseinrichtung für Flotationsanlagen
bekannt, bei der zur Erzeugung feiner Gasbläschen Frittenkörper aus porösem Kunststoff,
Keramik oder Metall, zum Beispiel auf Bronzebasis, oder auch Siebe mit sehr kleinen
Lochweiten verwendet werden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß Siebe zur Begasung von Suspensionen
nicht geeignet sind, da sie starkem Verschleiß unterliegen.
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Poröse Frittenkörper haben den Nachteil, daß sich die Poren im Frittenkörer
mit Partikeln zusetzen und daher ihre Gasdurchlässigkeit mehr oder minder schnell
abnimmt. Die Poren können sich deswegen leicht zusetzen, weil ihr Porenverteilungsspektrum
relativ breit ist und verschieden große Poren an der Begasungsoberfläche verschieden
stark mit Gas durch den Frittenkörper versorgt werden und dadurch ungleiche Druckverhältnisse
in den einzelnen Poren an der Begasungsphasengrenze vorliegen.
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Kunststofffritten aus hochmolekularem Sinter-Polyäthylen haben jedoch
den Nachteil, daß sie gegen Adsorptionserscheinungen von bestimmten organischen
Reagenzien nicht gefeit sind, die sich in den zu begasenden Suspensionen befinden
können, und die gleichfalls zu Verstopfungen der Poren im Frittenkörper führen können.
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Injektoren aus Metall, Keramik oder Kunststoff haben den Nachteil,
daß sie keine ausreichend großen spezifischen Lufteinträge bei gewünschter feiner
Dispersität der Luftblasen in die Suspension ermöglichen.
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Alle diese bekannten Begasungsvorrichtungen weisen besonders in Bezug
auf die Qualität gleicher Gasdurchlässigkeit eine schlechte Reproduzierbarkeit auf
und neigen trübeseitig zu Verstopfungen insbesondere der feinen Porengänge ourch
Ablagerungen von Reagenzien, Salzen oder Feststoffteilchen, die sich in den Flüssigkeiten
befinden. Derartige Begasungsvorrichtungen müssen daher häufig nachgeregelt und
gereinigt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Begasungsvorrichtung zu schaffen,
die unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine zuverlässige und optimale
Begasung von Flüssigkeiten, insbesondere einer mit Flotationsreagenzien versetzten
Flüssigkeit-Feststoff-Suspension ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnungen
in der Rohrwandung für die Zufuhr der Begasungsmedien aus einzelnen mit Abstand
voneinander angeordneten, hintereinander gereihten Lamellen gebildet werden.
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Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß an allen Öffnungen der
Begasungsvorrichtung am Phasenübergang Begasungsmedium/Suspension gleiche Druckverhältnisse
vorliegen, so daß ein dauerhafter, konstant bleibender Eintrag von gleich grossen
beziehungsweise gleich feinen Gasbläschen in die Suspension gewährleistet ist. Auf
diese Weise wird eine optimale Begasung der jeweils vorliegenden Flüssigkeits-Feststoff-Suspension
erreicht. Auch zeichnet sich aie Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch
ihren kostengünstigen Aufbau und hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständiykeit aus.
Daraus ergibt sich wiederum der Vorteil hoher Standzeiten ohne Zwischenreinigung
der Begasugungsvorrichtungen.
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Gute Begasungsergebnisse mit besseren aufbereiterischen Endergebnissen
werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die
Lamellen in der Rohrwandung mit schmalen gleichbreit dimensionierten Abständen voneinander
angeordnet sind. Hierdurch wird sehr vorteilhaft die Erzeugung und Einbringung von
gleich großen Gasbläschen in die Flüssigkeits-Feststoff-Suspension ermöglicht, wobei
der Ubergang des Begasungsmediums in die Flüssigkeits-Feststoff Suspension zu jeder
Stelle unter gleichem Druckabfall erfolgt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstände
zwischen den Lamellen eine Breite von etwa 10 bis 500 im, insbesondere 20 bis 40
im aufweisen. Je nach Erfordernis der zu flotierenden Suspension können Begasung
vorrichtungen mit unterschiedlichen Aostänoen der Lamellen zum Einbringen verschieden
großer Mengen der Begasungsmedien eingesetzt werden. Beste Trennergebnisse werden
zum Beispiel bei der Kohleflotation mit Lamellenabständen von 20 bis 40 ;jm erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rohrwandung
im Bereich der Zuführung oer Begasungsmedien im Querschnitt rechteckig ausgebildet
ist. Dadurch können die Begasungskörper sehr einfach und vorteilhaft aus streifenartigen
Lamellen aufgebaut sein, die über entsprechende dazwischen befindliche Abstandshalter
zwischenliegende schlitzartige Öffnungen bilden. Die Fixierung der Lamellen kann
durch Kleben, Schweißen, Löten, Verschrauben, Verstiften, durch Formschlüssigkeit
oder andere Befestigungsarten innerhalb eines Gehäuses erfolgen. Die Lamellen können
lösbar miteinander verbunden sein. Dadurch können die Öffnungen durchgeblasen beziehungsweise
freigeblasen werden. Durch verschieden hohen Spanndruck auf die Lamellen ist deren
Abstand voneinander einstellbar. Sehr vorteilhaft werden die Lamellen aus metallischem
oder keramischem Werkstoff mit hoher Verschleiß-und/oder Korrosionsbeständigkeit
hergestellt. Hierbei sind Edelstähle, Sinterhartmetalle, Porzellan oder ähnliches
Material denkbar. Die Lamellen einer Begasungsvorrichtung sind jeweils von einem
Gehäuse umschlossen, das einen Anschluß an die Druckleitung des Begasungsmediums
aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem
Zuführungsrohr im Bereich mit rechteckigem Querschnitt nur die einander am nächsten
gegenüberliegenden Wandungen mit Öffnungen versehen sind.
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Auf diese Weise können einfache und kostengünstige Begasung vorrichtungen
hergestellt werden, die ein ausreichendes Einbringen des Begasungsmediums in die
durchströmenoe Suspension gewährleisten. In diesen Begasungsvorrichtungen brauchen
die quer zur Suspensionsströmungsrichtung geführten Gasblasen nur sehr kurze Wege
zurückzulegen, um jedes zu flotierende Feststoff-Partikel in der Suspension zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Begasungsvorrichtung
ist vorgesehen, daß der Querschnitt des Zuführungsrohres im Bereich der Zuführung
der Begasungsmedien trichterförmig erweitert ausgebildet ist. Hierbei kommen Öffnungswinkel
von û° bis 200 zwischen der Hauptströmungsridhtung der Suspension und der Rohrwandung
des Zuführungsrohres in Betracht. Das Einleiten eines Begasungsmediums in die Flüssigkeits-Feststoff-Suspension
bewirkt normalerweise eine Volumenvergrößerung beziehunyswelse ßeschieunigung der
begasten Suspension. Durch die trichterförmige Erweiterung des Zuführungsrohres
wird jedoch ein gleichbleibendes, homogenes Geschwindigkeitsprofil über den Querschnitt
innerhalb der Suspensionsströmung erreicht, so daß erstens ein gleichbleibender
Druck an jeder Öffnung gewährleistet wird und zweitens keine Beschleunigung der
Suspension erfolgt und daher auch keine Scherkräfte auf die Gasbläschen wirken.
Ein Abreißen der auszuflotierenden Partikel von den sie tragenden Gasbläschen wird
auf diese Weise vermieden und dadurch die Trennleistung nicht beeinträchtigt.
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Da die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung im Gegensatz zu herkömmlichen
Begasungsvorrichtungen auf eine gleiche, konstant bleibende Durchsatzleistung für
Suspension und Begasungsmedium eingestellt werden kann und reproduzierbare Durchsatzleistungen
liefert, braucht nicht jedes einzelne, mit der erfindungsgemäMen Begasungsvorrichtung
versehene Zuführungsrohr eine eigene Meß- und Regelvorrichtung, sondern es genügt
auch für mehrere Zuführungsrohre, die eine oder mehrere gleichartige Flotationszellen
speisen, ein einziger Regelkreis, so daß eine Flotationsanlage mit Vorteil parallel
versorgt und sehr kostengünstig betrieben werden kann. Bei Verwendung von trichterförmig
erweiterten Begasungsvorrichtungen kann eine Flotationsanlage insgesamt mit geringerem
Gasdruck als normalerweise erforderlich ist betrieben w&rden, wodurch eine bessere
Wirtschaftlichkeit erzielt wira.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Erläuterung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Begasungsvorrichtung im Längsschnitt gemäß
der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Begasungsvorrichtung gemäß Linie
II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausbildungsform einer
Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine trichterförmig
ausgebildete Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Für einander entsprechende Teile werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen
verwendet.
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In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung 1 dargestellt.
Dieser Begasungsvorrichtung 1 strömt im Bereich 2 eines Zuführungsrohres 3 unbegaste
Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zu. Im Bereich 4 erfolgt die Begasung der Suspension.
Hier ist die Rohrwandung des Zuführungsrohres 3 abwechselnd aus vielen einzelnen
Lamellen 5 und dazwischenliegenden schlitzartigen Öffnungen 6 aufgebaut.
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Die Öffnungen 6 werden durch kurze linienförmige oder punktförmige
Abstandshalter 7 gebiloet, die sich zwischen den Lamellen befinden. Die einzelnen
Lamellen 5 werden, wie insbesondere Fig. 2 zeigt, durch in Längsrichtiny des Zuführungsrohres
3 verlaufende Haltestifte 14 gehalten und durch
Spannvorrichtungen
8 aneinander gepreßt. Nach außen sind die Lamellen 6 von einem Gehäuse 9 mit Deckel
10 umyeben, welches an eine Druckleitung 11 aer Begasungsmedienzufuhrung angeschlossen
ist. Das Begasungsmedium gelangt über einen Ringraum 15 durch die Öffnungen 6 in
die Suspension.
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Nach Durchströmen des Bereiches 4 der Begasungsvorrichtung 1 wird
die gleichmäßig begaste Flüssigkeits-Feststoff-Suspension aus dem Bereich 13 auf
kürzestem Wege dem eigentlichen Trenngefäß, der Flotationszelle zugeführt. In der
Regel enthalt jede Flotationszelle mehrere Zuführunysrohre mit jeweils einer Begasungsvorrichtung
für die zu begasende Suspension, wobei die Einströmungsrichtungen der Zuführungsrohre
im wesentlichen tangential mit radialer und/oder horizontaler Richtungskomponente
in die Flotationszelle ausgerichtet sein können.
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Jede einzelne Begasungsvorrichtung 1 ist beidseitig mit Absperrventilen
12 ausgerüstet, so daß ein Austauschen beziehungsweise Auswechseln einer Begasungsvorrichtung
währeno des Betriebes der Flotationsanlage vorgenommen werden kann. Auch kann mit
Hilfe dieser Absperrventile 12 sehr vorteilhaft beim Abschalten der Anlage ein Zurückströmen
der Suspension verhindert wird.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist die Begasungsvorrichtung 1 ringförmig ausgebildet.
Durch die auf den ringscheibenartigen Lamellen 5 punktförmigen Abstandshalter 7
werden zwischen den Lamellen 5 schlitzartige Öffnungen freigehalten. Die Abstandshalter
können, wie bereits erwähnt, auch linienförmig ausgebildet sein, durch Punktschweißung
oder Einstanzen in die Lamellen oder durch Aufbringen von dünnem elastischem oder
festem Material auf die Lamellen erzeugt werden.
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Eine andere Ausbildungsform einer Begasungsvorrichtung 1 gemäß der
Erfindung zeigt im Querschnitt die Fig. 3. Hierbei ist das Gehäuse 9 im Profil rechteckig
ausgebildet. Dieses Profil gehäuse kann zum Beispiel durch Strangguß aus Leichtmetall,
Kunststoff oder ähnlichem Material hergestellt werden.
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Die Lamellen 5 sind hierbei streifenförmig ausgebildet und mit linienförmigen
Abstandshaltern 7 versehen. Die dadurch gebildeten Öffnungen 6 befinden sich jeweils
nur in den zwei sich am nächsten gegenüberliegenden Wandungen oes rechteckigen Querschnittes
im Bereich 4 der Begasungsvorrichtung 1.
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Die Hohlräume 15' hinter den Lamellen 5 sind mit der gemeinsamen Druckleitung
11 der Begasungsmittelzuführung verbunden.
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Gemäß Fig. 4 ist der Bereich 4 der Begasungsvorrichtung 1 trichterförmig
erweitert ausgebildet. Der Querschnitt der Begasungsvorrichtung 1 im Bereich 4 kann
dabei beliebig, zum Beispiel rund oder recht eckig ausgebildet sein. Die Lamellen
5 beziehungsweise die dazwischenliegenden Öffnungen 6 sind hierbei rechtwinklig
und quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeits-Feststoff-Suspension angeordnet.
Sie können jedoch auch schräg oder parallel zur Suspensionsströmungsrichtung orientiert
sein. Für diese besondere Ausführung der trichterförmigen Begasungsvorrichtung 1
gemäß der Erfindung ist der Querschnitt im Bereich 13' des Zuführungsrohres 3' größer
als der des Zufühwrungsrohres 3 für die unbegaste Flüssigkeits-Feststoff-Suspension.
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Als weitere Variante der Begasungsvorrichtung 1 kann der Bereich 4,
in welchem die Suspension begast wird, als doppelwandiger Zylinderraum mit innerer
Begasungsmediumzuführung ausgebildet sein. Dieser ringförmige doppelwandige Begasungsraum
ist ebenfalls wiederum auch mit rechteckigem Querschnitt denkbar, wobei die Innenwana
oder/und die AuEenwand mit Öffnungen für die Begasung der durchströmenoen Suspension
versehen ist/sind.
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Die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung eignet sich auch sehr vorteilhaft
für andere Bereiche der Flüssigkeitsbegasung, wie zum Beispiel bei der Luft- beziehungsweise
Sauerstoffeinbringung in Fischzuchtteiche oder in biologische Abwasser-Klärbecken.