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WO2012052371A1 - Chemikalieneinmischung - Google Patents

Chemikalieneinmischung Download PDF

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WO2012052371A1
WO2012052371A1 PCT/EP2011/068052 EP2011068052W WO2012052371A1 WO 2012052371 A1 WO2012052371 A1 WO 2012052371A1 EP 2011068052 W EP2011068052 W EP 2011068052W WO 2012052371 A1 WO2012052371 A1 WO 2012052371A1
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Susanne Berger
Thomas Jaschinski
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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Publication date
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    • D21F1/08—Regulating consistency

Definitions

  • the invention relates to a method for mixing one or more fluids, of which at least one fluid is at least partially formed by a chemical, in a wholly or partially bounded by a channel wall
  • the object of the invention is therefore to ensure the most comprehensive and gentle mixing of the chemicals in the main stream.
  • the object has been achieved in that the mixing of the fluids with the main flow through one, on the injection at least one
  • Turbulence fluids in the main flow generated turbulence zone of the main flow is supported.
  • the turbulence zone in the main stream provides a comprehensive turbulence of all fluids in this area without stressing the chemicals too much.
  • the fluids can be perpendicular or inclined to the channel wall and / or distributed over the cross section of the main flow in this injected.
  • the turbulence zone is preferably formed by means of at least one turbulence fluid, which is injected perpendicularly or inclined to the channel wall into the main stream.
  • the turbulence in the main flow can be further enhanced by the fact that several turbulence fluids meet in a turbulence zone of the main flow.
  • the turbulence zone can also be located in the main stream in the area of the injection of the fluids, it is in the interest of protecting the turbulence zone
  • Chemicals and intensive mixing advantageous if the injection of the turbulence fluid in the direction of flow of the main flow after the mixing of the fluids into the main flow. Additionally or alternatively, it is advantageous if at least one turbulence fluid is injected into the main flow cross section in the latter, wherein the
  • Flow velocity of the turbulence fluid is greater than that of the main flow. Due to the higher flow velocity of the turbulence fluid, turbulence with the main flow occurs in this case.
  • the turbulence fluid should be at least one lying in the direction of flow of the main stream
  • Flow component are injected into the main stream.
  • the turbulence fluid acts only at a distance from its injection, the injection of the turbulence fluid in the flow direction of the main flow should take place before the mixing of the fluids into the main flow.
  • the main stream of a pulp suspension for producing a paper, cardboard, tissue or other fibrous web or from process, fresh water or similar. is formed.
  • the turbulence fluid is preferably from a pulp suspension, process, fresh water or similar. educated. If the turbulence fluid has a lower consistency than the main stream, then it can be used specifically for dilution and thus additionally support the mixing with the chemicals. As a result, the improved mixing significantly reduces the consumption of process and functional chemicals.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through the main flow
  • Figure 2 a longitudinal section through another main stream 1 and
  • Figure 3 + 4 a transverse and a longitudinal section through another main stream 1.
  • the arrangements shown here are used for admixing a plurality of fluids 2,3 to a main fluid stream 1 of a pulp suspension, which in a tubular channel to a headbox of a machine Production of a fibrous web, in particular a paper web is performed and has a consistency between 0.2 and 2.5%.
  • the pulp suspension consists essentially of pulp and / or
  • Waste paper fibers, water and fillers are Waste paper fibers, water and fillers.
  • the invention is also applicable to upwardly open channels in which the main flow is only partially bounded by a channel wall and accordingly forms a free surface, in particular in white water channels of
  • the fluids 2, 3 to be admixed are in this case formed at least partially by chemicals, in particular retention aids, such as, for example, polyacrylamide, polyvinylamine, polyethylene oxide, fixing agents or even microparticles, for example bentonite or silicate.
  • the chemicals may also be starch Biocide, a dye, a brightener, a sizing agent or similar act. In order to avoid a thermal shock of these chemicals during their injection, it is usually advantageous to match their temperature to the temperature of the main stream 1, ie to heat usually.
  • Turbulence zone 7 ensure a gentle, but intensive mixing.
  • the turbulence fluid 4 of the pulp suspension itself, fresh water or process water, such as white water of the paper machine, a filtrate
  • the turbulence fluid 4 has a lower solids content than the main stream 1, then it can be used specifically for influencing the consistency in the turbulence zone 7, so that the optimum consistency range in the turbulence zone
  • Turbulence zone 7 for the interference of the fluids 2,3 results.
  • All these injections can be made perpendicular to the main stream 1 or inclined in or against the flow direction 6.
  • the following turbulence zone 7 is from formed a plurality of perpendicular to the main flow 1 aligned turbulence fluid streams.
  • the nozzles for supplying the turbulence fluids 4 are arranged distributed regularly over the circumference of the main flow 1 in the channel wall 5, so that the turbulence fluid flows in the main flow 1 intersect.
  • the fluids 2, 3 with the chemicals are likewise injected onto the same circumferential line of the main flow 1 but perpendicularly into the main flow 1. If the fluid jets meet in the main stream 1, this already leads to a
  • a turbulence zone 7 is generated by a turbulence fluid 4, which is injected concentrically in the flow direction 6 of the main flow 1 before the addition of fluid and in the flow direction 6 of the main flow 1 in this.
  • the turbulence fluid 4 has a significantly higher flow velocity than the main flow 1 when it enters the main flow 1.
  • a turbulence zone 7 that reaches up to the injection of the fluids 2, 3 forms.
  • the nozzle openings 8 can, as shown, in the flow direction 6 of the main flow 1 but also be aligned against it.
  • turbulence zone 7 is uniformly distributed by four over a circumferential line of the tubular duct wall 5 of the main flow 1 Nozzles for supplying turbulence fluid streams formed. This is the
  • the distribution of the chemicals in the main stream 1 can be improved by the turbulence zone 7, which increases the effectiveness of the chemicals and thus reduces their demand.
  • the flow rate of the fluids 2, 3 and of the turbulence fluids 4 should be so high that there are no or only slight deposits on the channel wall 5 or the corresponding nozzles. Flow velocities between 0.05 and 20 m / s are usually sufficient for this purpose.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einmischung von einem oder mehreren Fluiden (2, 3), von denen zumindest ein Fluid (2, 3) wenigstens teilweise von einer Chemikalie gebildet wird, in einen von einer Kanalwand (5) begrenzten Hauptstrom (1). Dabei soll eine möglichst schonende und umfassende Vermischung mit der Chemikalie dadurch erreicht werden, dass die Vermischung der Fluide (2, 3) mit dem Hauptstrom (1) durch eine, über die Eindüsung mindestens eines Turbulenz-Fluids (4) in den Hauptstrom (1) erzeugte Turbulenzzone (7) des Hauptstroms (1) unterstützt wird.

Description

Chemikalieneinmischung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einmischung von einem oder mehreren Fluiden, von denen zumindest ein Fluid wenigstens teilweise von einer Chemikalie gebildet wird, in einen ganz oder teilweise von einer Kanalwand begrenzten
Hauptstrom.
Bei der Herstellung von Faserstoffsuspensionen zur Herstellung von Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn 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
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 an der Kanalwand.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine möglichst umfassende und schonende Einmischung der Chemikalien in den Hauptstrom zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vermischung der Fluide mit dem Hauptstrom durch eine, über die Eindüsung mindestens eines
Turbulenz-Fluids in den Hauptstrom erzeugte Turbulenzzone des Hauptstroms unterstützt wird.
Die Turbulenzzone im Hauptstrom sorgt für eine umfassende Verwirbelung aller Fluide in diesem Bereich ohne dabei die Chemikalien zu stark zu beanspruchen. Mit Vorteil können die Fluide senkrecht oder zur Kanalwand geneigt und/oder über den Querschnitt des Hauptstroms verteilt in diesen eingedüst werden.
Dabei wird die Turbulenzzone vorzugsweise mittels wenigstens eines Turbulenz- Fluids gebildet, welches senkrecht oder zur Kanalwand geneigt in den Hauptstrom eingedüst wird. Die Verwirbelung im Hauptstrom kann noch dadurch verstärkt werden, dass mehrere Turbulenz-Fluide in einer Turbulenzzone des Hauptstroms aufeinandertreffen.
Zwar kann sich hierbei die Turbulenzzone auch im Bereich der Eindüsung der Fluide in den Hauptstrom befinden, allerdings ist es im Interesse einer Schonung der
Chemikalien und einer intensiven Vermischung vorteilhaft, wenn die Eindüsung des Turbulenz-Fluids in Strömungsrichtung des Hauptstroms nach der Einmischung der Fluide in den Hauptstrom erfolgt. Ergänzend oder alternativ ist es von Vorteil, wenn wenigstens ein Turbulenz-Fluid innerhalb des Hauptstromquerschnitts in diesen eingedüst wird, wobei die
Strömungsgeschwindigkeit des Turbulenz-Fluids größer als die des Hauptstroms ist. Durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit des Turbulenz-Fluids kommt es hierbei zu einer Verwirbelung mit dem Hauptstrom. Dabei sollte das Turbulenz-Fluid wenigstens mit einer in Strömungsrichtung des Hauptstroms liegenden
Strömungskomponente in den Hauptstrom eingedüst werden.
Da hierbei das Turbulenzfluid erst mit Abstand zu dessen Eindüsung verstärkt wirkt, sollte die Eindüsung des Turbulenz-Fluids in Strömungsrichtung des Hauptstroms vor der Einmischung der Fluide in den Hauptstrom erfolgen.
In Abhängigkeit von den Prozessbedingungen und -erfordernissen kann es von Vorteil sein, wenn der Hauptstrom von einer Faserstoffsuspension zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn oder aber von Prozess-, Frischwasser o.ä. gebildet wird.
Das Turbulenz-Fluid wird vorzugsweise von einer Faserstoffsuspension, Prozess-, Frischwasser o.ä. gebildet. Falls das Turbulenz-Fluid eine geringere Konsistenz als der Hauptstrom aufweist, so kann es gezielt zur Verdünnung zum Einsatz kommen und so die Vermischung mit den Chemikalien zusätzlich unterstützen. Im Ergebnis kann durch die verbesserte Vermischung der Verbrauch von Prozess- und Funktionschemikalien erheblich reduziert werden.
Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Figur 1: einen schematischen Längsschnitt durch den Hauptstrom 1,
Figur 2: einen Längsschnitt durch einen anderen Hauptstrom 1 und
Figur 3+4: einen Quer- sowie einen Längsschnitt durch einen weiteren Hauptstrom 1. Die hier dargestellten Anordnungen dienen zur Beimischung von mehreren Fluiden 2,3 zu einem fluiden Hauptstrom 1 aus einer Faserstoffsuspension, welcher in einem rohrförmigen Kanal zu einem Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papierbahn geführt wird und eine Stoffdichte zwischen 0,2 und 2,5 % aufweist.
Die Faserstoffsuspension besteht im Wesentlichen aus Zellstoff und/oder
Altpapierfasern, Wasser und Füllstoffen.
Anwendbar ist die Erfindung aber auch bei nach oben offenen Kanälen in denen der Hauptstrom nur teilweise von einer Kanalwand begrenzt wird und dementsprechend eine freie Oberfläche ausbildet, insbesondere bei Siebwasserkanälen von
Papiermaschinen.
Die einzumischenden Fluide 2,3 werden hierbei zumindest teilweise von Chemikalien, insbesondere Retentionsmitteln, wie beispielsweise Polyacrylamid, Polyvinylamin, Polyethylenoxid, Fixiermitteln oder aber auch von Mikropartikeln, wie z.B. Bentonit oder Silikat gebildet. Ferner kann es sich bei den Chemikalien auch um Stärke, ein Biozid, einen Farbstoff, einen Aufheller, ein Leimungsmittel o.ä. handeln. Um einen thermischen Schock dieser Chemikalien bei ihrer Eindüsung zu vermeiden, ist es meist von Vorteil, deren Temperatur an die Temperatur des Hauptstroms 1 anzugleichen, d.h. in der Regel zu erwärmen.
Zur Verstärkung der Durchmischung der beigefügten Fluide 2,3 mit dem Hauptstrom werden Turbulenz-Fluide 4 in den Hauptstrom 1 eingedüst, die im Hauptstrom 1 ein oder mehrere Turbulenzzonen 7 bilden sollen. Die Verwirbelungen in der
Turbulenzzone 7 sorgen für eine schonende, aber intensive Vermischung.
Hierzu kann das Turbulenz-Fluid 4 von der Faserstoffsuspension selbst, Frischwasser oder Prozesswasser, wie Siebwasser der Papiermaschine, Filtrat eines
Scheibenfilters zur Eindickung, Klarwasser aus einer Flotationsanlage oder
Rückwasser einer Wasseraufbereitungsanlage gebildet werden.
Wenn das Turbulenz-Fluid 4 einen geringeren Feststoffanteil als der Hauptstrom 1 aufweist, so kann es gezielt zur Beeinflussung der Konsistenz in der Turbulenzzone 7 eingesetzt werden, so dass sich der optimale Konsistenzbereich in der
Turbulenzzone 7 für die Einmischung der Fluide 2,3 ergibt.
Bei der Ausführung gemäß Figur 1 erfolgt erst die Eindüsung der Fluide 2,3 etwa auf der gleichen Umfangslinie des Hauptstroms 1 in diesen und danach in
Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 folgend die Eindüsung des Turbulenzfluids 4.
All diese Eindüsungen können senkrecht zum Hauptstrom 1 oder aber in oder entgegen der Strömungsrichtung 6 geneigt erfolgen.
Zur Schonung der Chemikalien hat bei Figur 1 die Strömungsrichtung der Fluide 2,3 während der Eindüsung in den Hauptstrom 1 eine Richtungskomponente in
Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 . Die folgende Turbulenzzone 7 wird von mehreren senkrecht zum Hauptstrom 1 ausgerichteten Turbulenz-Fluidströmen gebildet. Hierzu sind die Düsen zur Zuführung der Turbulenzfluide 4 regelmäßig über den Umfang des Hauptstroms 1 in der Kanalwand 5 verteilt angeordnet, so dass sich die Turbulenzfluidströme im Hauptstrom 1 kreuzen.
Bei Figur 2 werden die Fluide 2,3 mit den Chemikalien ebenfalls auf der gleichen Umfangslinie des Hauptstroms 1 aber senkrecht in den Hauptstrom 1 eingedüst. Falls sich die Fluidstrahlen im Hauptstrom 1 treffen, so führt bereits dies zu einer
Verwirbelung.
Zusätzlich wird jedoch eine Turbulenzzone 7 von einem Turbulenzfluid 4 erzeugt, welches in Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 vor der Fluidzugabe konzentrisch und in Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 in diesen eingedüst wird.
Dabei hat das Turbulenz-Fluid 4 beim Eintritt in den Hauptstrom 1 eine wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeit als der Hauptstrom 1 . Im Ergebnis bildet sich nach der Eindüsung des Turbulenz-Fluids 4 eine bis zur Eindüsung der Fluide 2,3 reichende Turbulenzzone 7.
Konstruktiv von Vorteil ist dabei die Einführung der Düse des Turbulenz-Fluids 4 im Bereich einer annähernd rechtwinkligen Krümmung des Hauptstroms 1 . Im Unterschied hierzu erfolgt die Zugabe der Fluide 2,3 bei der in Figur 3
dargestellten Ausführung an mehreren verteilt über den Querschnitt des Hauptstroms 1 angeordneten Stellen. Hierfür eignen sich insbesondere in den Hauptstrom 1 senkrecht zu dessen Strömungsrichtung 6 eingeführte Rohre mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen 8.
Die Düsenöffnungen 8 können dabei, wie dargestellt, in Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 aber auch entgegen dieser ausgerichtet sein.
In Strömungsrichtung 6 folgend schließt sich an die Einmischung der Fluide 2,3 die Bildung einer Turbulenzzone 7 an. Diese Turbulenzzone 7 wird von vier über eine Umfangslinie der rohrförmigen Kanalwand 5 des Hauptstroms 1 gleichmäßig verteilte Düsen zur Zuführung von Turbulenz-Fluidströmen gebildet. Dabei wird das
Turbulenz-Fluid 4 entgegen der Strömungsrichtung 6 des Hauptstroms 1 geneigt in diesen eingedüst, wobei sich die Turbulenz-Fluidströme in der Mitte des Hauptstroms 1 treffen.
In allen Fällen kann durch die Turbulenzzone 7 die Verteilung der Chemikalien im Hauptstrom 1 verbessert werden, was die Wirksamkeit der Chemikalien steigert und damit deren Bedarf vermindert. Die Strömungsgeschwindigkeit der Fluide 2,3 sowie der Turbulenz-Fluide 4 sollte so hoch sein, dass es keine oder nur geringe Ablagerungen an der Kanalwand 5 bzw. den entsprechenden Düsen gibt. Hierzu genügen meist Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,05 und 20 m/s.

Claims

Patentansprüche 1 . Verfahren zur Einmischung von einem oder mehreren Fluiden (2,3), von denen zumindest ein Fluid (2,3) wenigstens teilweise von einer Chemikalie gebildet wird, in einen von einer Kanalwand (5) ganz oder teilweise begrenzten Hauptstrom (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung der Fluide (2,3) mit dem
Hauptstrom (1 ) durch eine, über die Eindüsung mindestens eines Turbulenz-Fluids (4) in den Hauptstrom (1 ) erzeugte Turbulenzzone (7) des Hauptstroms (1 ) unterstützt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluide (2,3) senkrecht oder zur Kanalwand (5) geneigt in den Hauptstrom (1 ) eingedüst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluide (2,3) über den Querschnitt des Hauptstroms (1 ) verteilt in diesen eingedüst werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Turbulenz-Fluid (4) senkrecht oder zur Kanalwand (5) geneigt in den Hauptstrom (1 ) eingedüst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Turbulenz- Fluide (4) in einer Turbulenzzone (7) des Hauptstroms (1 ) aufeinandertreffen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Eindüsung des Turbulenz-Fluids (4) in Strömungsrichtung (6) des Hauptstroms(l ) nach der Einmischung der Fluide (2,3) in den Hauptstrom (1 ) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Turbulenz-Fluid (4) innerhalb des Hauptstroms (1 ) in diesen eingedüst wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Turbulenz-Fluids (4) größer als die des Hauptstroms (1 ) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsung des Turbulenz-Fluids (4) in Strömungsrichtung (6) des Hauptstroms (1 ) vor der
Einmischung der Fluide (2,3) in den Hauptstrom (1 ) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom (1 ) von einer Faserstoffsuspension zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn gebildet wird.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom (1 ) von Prozess-, Frischwasser o.ä. gebildet wird.
1 1 .Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Turbulenz-Fluid (4) von einer Faserstoffsuspension, Prozess-, Frischwasser o.ä. gebildet wird.
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