DE3144386A1 - Injektorapparat mit einer verengungsstelle eines dieser nachgeschalteten mischrohrs - Google Patents

Injektorapparat mit einer verengungsstelle eines dieser nachgeschalteten mischrohrs

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Description

31U386
S 3890 J.M. Voith GmbH
Kennwort: "Injektorflotation i" Heidenheim
Injektorapparat mit einer Verengungsstelle eines dieser nachgeschalteten Mischrohrs
Die Erfindung betrifft einen Injektorapparat entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Injektorapparat ist bekannt durch die DE-OS 26 32I- 496. Bei dieser Einrichtung wird durch eine Injektordüse, der ein Mischrohr nachgeschaltet ist, Suspension mit Luft vermischt derart dem Plotationsbehälter zugeführt, daß
sich eine Verteilung feiner Luftblasen in der Suspension ergibt, was einen guten Flotationseffekt bewirkt.
Durch die DE-OS 26 34 496 sind allgemein Injektoren zur Begasung von Flüssigkeiten vorgeschlagen worden, bei denen ein Treibstrahl aus Suspension durch eine Düse einem Mischrohr zugeführt wird. Bei dieser Anordnung befindet sich im Mischrohr ein Umlenkelement, das insbesondere als Rotationskörper ausgebildet ist. Bei einer Variante der in dieser Schrift beschriebenen Einrichtungen wird der Treibstrahl auf mehrere Mischstrecken aufgeteilt, die sich zu ihrem Austrittsende hin verjüngen.
Bei einer anderen bekannten Anordnung gemäß der AT-PS 342 528 wird ein Injektor mit einer Lavaldüse angegeben, in deren engster Stelle ein zentrales Luftzufuhrrohr mündet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Injektor anzugeben, bei dem ein hoher Luftdurchsatz bei sparsamem Leistungsverbrauch erreicht wird, d.h. einen Injektor mit besserem Wirkungsgrad sowie entsprechend gut arbeitende Flotationseinrichtungen herzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Injektorapparat der eingangs genannten Art gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.
Günstige Ausführungsformen sind dabei mit den Unteransprüchen 2 bis 17, insbesondere 2 bis 5j beschrieben. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen von Flotationseinrichtungen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Injektorapparats finden sich in den Ansprüchen 18-21.
Der Injektor ist dabei grundsätzlich dafür konzipiert, daß der Flüssigkeitsstrom senkrecht von oben der zu begasenden Flüssigkeit zugeführt wird, und der Gasansaugbereich ober-
- : .Ί.Ό :". 3U4386
halt) des Plüssigkeitsniveaus im Flotationsbehälter liegt. Daraus ergeben sich folgende "Vorteile: Die notwendige Baulänge des Injektors nimmt keinen zusätzlichen Platz in Anspruch, was der Fall wäre, wenn der Injektor seitwärts z.B. unten im Behälter angebracht wäre. Die Anordnung senkrecht von oben ist für den Großinjektor geeignet, da keine hohe Drucksteigerung durch Impulsaustausch im Mischrohr notwendig ist. Bei dieser Anordnung entfällt die Notwendigkeit, den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitshöhe des Behälters zu überwinden, da dieselbe Flüssigkeitssäule im Mischrohr vorhanden ist. Die Erzeugung einer entsprechenden Drucksteigerung durch Impulsaustausch im Mischrohr würde eine unwirtschaftlich hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Düse erfordern. Es muß im übrigen nur ein geringer Teil der Strömungsenergie für eine ausreichende Ausströmgeschwindigkeit aus dem Mischrohr reserviert werden, um eine Verteilung der Gasblasen im Behälter zu erreichen. Die dafür notwendige Strömungsgeschwindigkeit richtet sich nach der Geometrie und dem Durchmesser des zu begasenden Behälters.
Ebenfalls bedingt durch die senkrechte Anordnung des Injektors im Behälter ist die Verwendung eines sogenannten Radialdiffusors günstig, der hier bessere Eigenschaften aufweist, als der sonst übliche konische gerade Diffusor. Im Radialdiffus or kann bei geeigneter Geometrie bei kurzer Baulänge und hohem Wirkungsgrad eine hohe Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und dabei eine hohe Drucksteigerung erreicht werden.Außerdem wird damit gleichzeitig die erwünschte Radialströmung und Blasenverteilung im Behälter erzeugt.
Die Menge der angesaugten Luft ist grundsätzlich abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit an der engsten Stelle, also in der Düse oder Blende, vom Durchsatz der Suspension bei der Strömungsgeschwindigkeit am Austritt des Mischrohrs S'owie dem dort vorhandenen Druck und von der Geometrie, d.h. vom Durchmesser der engsten Stelle sowie von dem des Mischrohrs sowie der Länge des letzteren.
•J - ... ΙΌ ] 3U4386
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei stellt
Fig. 1 ein Prinzipbild der Flotationseinrichtung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Injektors dar,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den erfindungsgeraäßen Injektorapparat,
Fig. 3 untä 4 jeweils andere Ausführungsformen der Verengungsstelle des Mischrohrs,
Fig. 5 einen Querschnitt einer bevorzugten Anwendung des Injektorapparats bei einem zylindrischen Flotationsbehälterquerschnitt in einer Kompakt-Reihenbauweise,
Fig. β eine Ansicht dazu sowie Fig. 7 eine ähnliche, bevorzugte Anwendung, dar.
In Fig. 1 ist der Flotationsbehälter 1 als ein im wesentlichen aufrechtstehender Hohlzylinder dargestellt, in dessen Zentrum ein vertikal verlaufendes, für die Zuführung der Suspension vorgesehenes Mischrohr 3 von oben her in die Suspension hineinragt. Die Ableitung der gereinigten Suspension erfolgt über den Ringquerschnitt 28, die Ringleitung 15' und dem Abzugsstutzen 26 am Boden des Flotationsbehälters. Der Flotationsschaum wird über die ringförmige Rinne 14 abgezogen. Dabei weist das Mischrohr 3 an seinem Austrittsende.eine Erweiterung in Form eines Radialdiffusors auf, der durch die Kragenplatte 22, die hier parallel zum Boden 15 des Flotationsbehälters 1 verläuft, radial nach außen begrenzt wird. Der Übergang vom Mischrohr mit konstantem Durchmesser zum Austrittsende hin ist durch einen entsprechend zu bildenden Radius gegeben, z.B. nach empfohlenen Werten im Buch von Bruno Eck "Strömungslehre", 7· Aufl., 1966, unter Punkt 44, Seiten I86, I87 (nach Ruchti). Auch der Abstand der Kragenplatte 22 vom Behälterboden I5 bzw. der
-ί. :-: .'.. 31U386
Umlenkplatte 42 ist aus der dortigen Darstellung zu entnehmen. Er beträgt etwa 10 bis 4o % des Durchmessers des Mischrohrs und wird günstigerweise zwischen 15 und 20 % desselben gewählt. Zu beachten ist bei der Ausführung, daß - günstig gemäß Pig. 2 ■ auch der Behälterboden 15 als Umlenkplatte bzw. Begrenzungswand des Radialdiffusors dient, und nicht wie in Pig. I eine getrennte, im wesentlichen ebene Platte 42, wo sich ein etwas größerer Abstand der Kragenplatte 22 zum Behälterboden ergibt.
Die Trennwand 6 trennt den Gutstoffabzugsquerschnitt 28 vom eigentlichen Flotationsraum 20. Sie lenkt die Strömung um und begünstigt den Flotationseffekt, d.h. das Aufsteigen der mit den Schmutzpartikeln beladenen Luftbläschen. Man erhält aber auch ohne die Trennwand β das gleiche Strömungsverhalten, wenn man den Abzugsquerschnitt 28 eng genug wählt. Man könnte diesen dann auch weiter oben, z.B. direkt unterhalb der Schaumrinne 14 anordnen.
In Fig. 2 ist die die Ansaugstelle des Injektorapparats für die Luft bildende Verengungsstelle 36 von einer Blende 38 gebildet. Das Luftzufuhrrohr 34 mündet zentral geführt strömungsmäßig etwas hinter dieser Blende, d.h. der engsten Stelle. Hierfür wird zweckmäßig ein Abstand gewählt, der kleiner ist als und etwa höchstens die Hälfte des Durchmessers der engsten Stelle 36 beträgt. Günstig sind Entfernungen von dem 0,1- bis 0,3fachen des Durchmessers der engsten Stelle. Ferner erfolgt eine Luftansaugung durch die radial äußeren Luftansaugbohrungen 40 des Mischrohrs 3· Diese Bohrungen liegen auch strömungsmäßig hinter der engsten Stelle 36, und zwar in einem Abstand, der kleiner ist als der Durchmesser dieser engsten Stelle. Statt einzelnen Luftansaugbohrungen 40 könnte auch ein Ringspalt 41 vorgesehen sein, der z.B. nur durch kleine Stege 44 unterbrochen ist, wie es im rechten Teil von Fig. 2 dargestellt ist.
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Andere Ausführungsformen der engsten Stelle 36 gehen aus den Figuren 3 und 4 hervor. Im Falle der Fig. 3 ist dabei die Blende durch einen Trichter gebildet, der sich in Strömungsrichtung verengt und an seinem Austrittsende die engste Stelle bildet. Im Falle von Fig. 4 ist die engste Stelle durch eine Düse, und zwar hier eine Viertelkreisdüse gebildet. Auch eine Normdüse könnte Verwendung finden.
Die Gestaltung der Querschnittsverengung ist natürlich von Einfluß auf die Luftansaugung, jedoch nicht auf die Luftdispergierung und den Flotationseffekt. Der Durchmesser der engsten Stelle 36 ist dabei je nach "der Ausbildung derselben zu wählen, und zwar entsprechend für gleiche Strömungsgeschwindigkeiten jeweils kleiner bei Verwendung einer Düse als bei einer Blende. Das Verhältnis des Mischrohrdurchmessers D^ zum Durchmesser der engsten Stelle d liegt dabei zweckmäßig zwisehen 1,3 und 1,8, optimal bei 1,6. Das Luftansaugrohr 34 hat einen verhältnismäßig geringen Durchmesser, der maximal nur ein Drittel des Durchmessers der engsten Stelle betragen sollte. Der Durchmesser bzw. der Gesamtquerschnitt der Luftansauglöcher 4o oder des Luftansaugspaltes 41 ist je nach der erforderlichen Luftmenge zu wählen, wobei die Ansaugverluste durch eine knappe Bemessung desselben klein zu halten sind. Der Gesamtquerschnitt sollte am besten höchstens das Dreifache des Luftrohrquerschnitts betragen. Die Lage derselben wird am besten mit einem Abstand von maximal ein Drittel des Mischrohrdurchmessers DM oder gleich dem Durchmesser de der engsten Stelle gewählt. Der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsniveau im Flotationsbehälter und der engsten Stelle sollte möglichst gering sein, um den Energieverbrauch klein zu halten. Dabei ist am besten eine Anordnung, bei der der Flüssigkeitsspiegel geringfügig unterhalb der engsten Stelle 36 liegt.Bei entsprechender Gestaltung ist aber auch eine Anordnung mit geringfügig oberhalb liegendem Flüssigkeitsspiegel möglich. Durch eine solche Anordnung wird der Energieverbrauch sehr gering gehalten. Die
Strömungsenergie muß natürlich so hoch sein, daß der Auftrieb der Gasblasen innerhalb der Flüssigkeitssäule im Mischrohr überwunden wird und noch ein Überschuß für eine notwendige Austrittsenergie der Flüssigkeit vorhanden ist.
Es hat sich herausgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung optimale Werte entsprechend den theoretischen Luftansaugmengen möglich sind. Dabei wird gleichzeitig eine relativ geringe notwendige Verweilzeit der Flotation im Flotationsbehälter erreicht, um einen optimalen Flotationseffekt, d.h. Weiße des Stoffs zu erzielen. Dabei variieren die Düsengeschwindigkeiten, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension an der engsten Stelle zwischen 5 und 10 m/s. Es sind Durchsätze ohne weiteres bis zu 10000 Liter pro Minute dabei erreichbar.
Dabei beträgt das angesaugte Luftvolumen (l/s) bis zu einem Drittel des Suspensionsmengenstroms (m = Meter, 1 « Liter, s = Sekunde).
Bei kleinen Anlagen mit erheblich weniger Durchsatz wie oben angegeben, könnte man die zusätzlichen Luftansaugoffnungen 40 oder 41 auch weglassen. Bei den im allgemeinen verwendeten großen Anlagen jedoch würde sich der dann wesentlich geringere Luftdurchsatz nachteilig bemerkbar machen.
Die Suspension wird entsprechend Fig. 5 und 6 jeder Flotationszelle durch das Zulaufrohr 4 zugeführt, wobei zwischen Zulaufrohr 4 und Mischrohr 3 der Injektor 20 geschaltet ist. Durch die Leitwand 10 wird dabei der Flotationseffekt, nämlich die Trennung der zu flotierenden Schmutzteilchen von dör übrigen Suspension verbessert. Der Schaumaustrag wird durch diese Anordnung ebenfalls beschleunigt, so daß eine Schaumpaddeleinrichtung vermieden werden kann. Der Schaumaustrag erfolgt
oberhalb eines mittels Zugstange 16 über einen nicht dargestellten Antrieb verstellbaren Wehrs 25· Danach gelangt der Schaum durch die Schaumabzugsöffnung 12 in die Schaumrinne 13, in der noch Sprühdüsen 18 vorgesehen sein können. Der Abzug der Suspension erfolgt zwischen der Leitwand 10 und Trennwand 24 durch die Abzugsöffnung 11, worauf die Suspension dem Injektor und Mischrohr der nachgeschalteten Flotationszelle zugeführt wird (siehe Fig. 6). Dazu ist jeweils eine hier nicht dargestellte Pumpe vorgesehen. Die einzelnen Flotationsbehälter sind dabei in einer Kompakt-Reihenanordnung in einem einzigen Großbehälter vereinigt.
In Fig. 7 ist eine bevorzugte Variante dargestellt, bei der ohne die Zwischenwand der Fig. 5 gearbeitet wird und der Abzugsquerschnitt 11f der gereinigten Suspension als Schlitz direkt unterhalb des Wehrs 25* für den Schaumabzug in die direkt unterhalb der Schaumrinne 13 verlaufende Abzugsleitung 42 hinein erfolgt. Dadurch wird der Flotationsvorgang nicht durch eine Zwischenwand behindert.
Der in Fig. 5 bis 7 dargestellte Behälter 1 hat einen praktisch durchgehenden kreisförmigen Querschnitt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 7 wird praktisch eine im wesentlichen vollständige kreiszylindrische Form des Behälters 1 verwendet. Es ist aber durchaus auch möglich, den Querschnitt des Behälters 1 als liegendes Oval auszuführen. Ebenso könnte insbesondere in seinem oberhalb der Suspension befindlichen Bereich eine gerade Abdeckung vorgesehen sein. Es kommt im wesentlichen darauf an, daß die runde Form in seinem unteren Bereich vorliegt, um dort eine strömungsgünstige Ausbildung zu gewährleisten.
Heidenheim, den 06.11.81
Cg/Srö
Leerseite

Claims (21)

S 3890 Kennwort: "Injektorflotation I" J.M. Voith GmbH Heidenheim Patentansprüche
1. Injektorapparat mit einer Verengungsstelle einer dieser nachgeschalteten, in einem Mischrohr angeordneten Verengungsstelle, insbesondere zur Vergasung von Suspensionen für Flotation in dieser enthaltener Peststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (3I) eines zentralen, im wesentlichen konzentrisch zur Verengungsstelle (36) angeordneten Luftzufuhrrohrs (34) hinter derselben in einer geringen Entfernung angeordnet ist und daß die Mündung (I9) des Mischrohrs (3) entsprechend einem Radialdiffusor ausgebildet ist.
2. Injektorapparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine strömungsmäßig in einer geringen Entfernung hinter der Verengungsstelle (36) am Außendurchmesser des Mischrohrs (3) angebrachte Luftansaugöffnung (4.0/41).
3. Injektorapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (3I) des Luftzufuhrrohrs (34) in einer Entfernung von höchstens dem 0,5fachen des kleinsten Durchmessers der Verengungsstelle (36) angeordnet ist,
Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftansaugöffnungen (40, 41) in einer Entfernung hinter der engsten Stelle (36) von höchstens dem Durchmesser derselben oder einem Drittel des Innendurchmessers des Mischrohrs (3) angeordnet sind.
5· Injektorapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Mündung (31) des zentralen Luftzufuhrrohrs (32O von der engsten Stelle (36) zwischen dem 0,1- bis 0,3fachen des Durchmessers derselben liegt.
6. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr zumindest ab der engsten Stelle (36) senkrecht im Flotationsbehälter (1) angebracht ist.
7. Injektorapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die engste Stelle (36) im wesentlichen in der Höhe des Niveaus der Suspension im Flotationsbehälter (1) liegt,
8. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengungsstelle (36) des Mischrohrs (3) von einer Düse (37) gebildet ist.
9- Injektorapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (37) eine Norm- oder Viertelkreisdüse ist.
10. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengungsstelle (36) von einer Blende (38, 39) gebildet ist.
11. Injektorapparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (39) trichterförmig ausgebildet ist und sich in Strömungsrichtung verengt.
12. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Mischrohrs (3) hinter der engsten Stelle mehr als das 4fache des Mischrohrdurchmessers hinter der Düse (37) oder Blende (38, 39) beträgt.
.:- ..:- 31U386 -3- r
13. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Mischrohrdurchmesser Djyj zum Durchmesser d der engsten Stelle (36) etwa 1,2 - 1,8 beträgt.
14. Injektorapparat nach einem der Ansprüche 1 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (If) des Mischrohrs (3) mit einem Kragen (22) umgeben ist, der parallel zum Boden (15) des Flotationsbehälters (1) ausgerichtet ist und sich in einem Abstand von einer senkrecht zum Mischrohr (3) verlaufenden, ebenen Umlenkplatte (42) befindet, der 10 bis 30 % des Mischrohrdurchmessers beträgt, und daß das Mischrohr (3) im wesentlichen senkrecht zum Behälterboden (15) des Flotationsbehälters (1) verläuft.
15. Injektorapparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Kragens (22) von der Umlenkplatte (42, 15) 10 bis 20 % des Durchmessers des Mischrohrs (3) be:· ragt.
16. Injektorapparat nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterboden (15) als Umlenkelement dient.
17· Verwendung des Injektorapparats nach einem der Ansprüche 1 bis 16, in einem Flotationsbehälter (1), der im wesentlichen die Form eines aufrechtstehenden Zylinders hat, dessen Abzugsquersohnltt (28) für die Suspansion ein Ringquerschnitt ist, der radial außen am Flotationsbehälter (1) umlauft, wobei nur ein einziger Injektorapparat vorgesehen ist, mittels dem die Suspension dem Flotationsbehälter (1) zugeführt wird.
31U386
18. Verwendung des Injektorapparats nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Flotationsbehälter (1), der im wesentlichen die Form eines liegenden Zylinders von zumindest etwa kreisförmigen Vertikalquerschnitt hat, in dem das Mischrohr von oben eintauchend im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, wobei nur ein einziger Injektorapparat vorgesehen ist, mittels dem die Suspension dem Flotationsbehälter (1) zugeführt wird.
19. Verwendung des Injektorapparats nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Abzug des Schaumes als auch des gereinigten Gutstoffs zumindest an einer Längsseite, d.h. einer parallel zur Zylinderachse verlaufenden Seite des Flotationsbehälters (1) erfolgt.
20. Verwendung des Injektorapparats nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumabzug über ein Überfallwehr (25, 25') erfolgt und die Abzugsöffnung für den Gutstoff ein über im wesentlichen die gesamte Länge des Flotationsbehälters (1) sich erstreckender Schlitz (H1) ist, der direkt unterhalb des Schaumabzugsniveaus liegt.
21. Verwendung des Injektorapparats nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (1) eine im wesentlichen parallel zur Zylinderachse verlaufende Zwischenwand (10) aufweist, die zumindest in ihrem oberen Teil zur Zylinderachse hin gekrümmt ist und die den Gutstoffabzug (11) von der eigentlichen Flotationskammer trennt.
Heidenheim, den O6.II.81
Cg/Srö
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