-
Turbulenzkammer zur wirksamen Vermischung und Lösung eines Gases
in einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Turbulenzkammer zur wirksamen Vermischung
und Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit unter Verwendung einer rotierenden,
perforierten Trommel, der das Gas von innen zugeführt wird.
-
Einrichtungen zur Vermischung von Gasen mit Flüssigkeiten dieser
Art sind bekannt. Es ist auch bekannt, das Gas von außen durch eine mit feinen Öffnungen
versehene Gaszuführungsleitung auf einen in der Flüssigkeit rotierenden Zylinder
zu leiten, um somit eine günstige Vermischung zu erreichen. Bei allen diesen bekanntgewordenen
Vorschlägen war jedoch eine dem Partialdruckgesetz entsprechenden Lösung des Gases
in der Flüssigkeit nicht oder nur nach sehr langer Zeit erzielbar.
-
Gemäß der Erfindung hat sich nun herausgestellt, daß bei einer Umfangsgeschwindigkeit
der perforierten Trommel von mehr als 5 m/sec und einer die Trommel mit dem 21/e-
bis 6fachen Durchmesser mindestens teilweise umgebenden Turbulenzkammer optimale
Gasmengen in der Flüssigkeit zufolge der bei diesen Bedingungen günstigen Strömungsverhältnissen
gelöst werden können. Unter diesen Voraussetzungen bildet sich durch den Gasdruck
an der rotierenden Trommelwandung eine Wirbelschicht der Flüssigkeit, so daß das
Gas in dieser schnell gelöst wird und infolge der ständigen Vermischung mit den
nur langsam mitgeführten äußeren Flüssigkeitsschichten auch in Lösung bleibt. Infolge
des Auftretens dieser Wirbelschicht soll der Reaktionsraum, in welchem der Lösungsvorgang
vonstatten geht, als »Turbulenzkammer« bezeichnet werden.
-
Die Erfindung ist nachstehend an einigen beispielsweisen Ausführungen
an Hand der Fig. 1 bis 9 näher beschrieben. Hierbei ist Fig. 1 ein Längsschnitt
durch eine eründungsgemäße Turbulenzkammer in schematischer Wiedergabe, Fig. 2a,
2b, 3, 4 und 5 verschiedeneAusgestaltungen der Innenwandung der Turbulenzkammer
im Querschnitt, Fig. 6 ein Grundriß einer weiteren beispielsweisen Ausführung einer
Turbulenzkammer, Fig. 7 eine Abwicklung der Wandungsinnenseite der Turbulenzkammer
nach Fig. 6, Fig. 8 ein Querschnitt durch einen Behälter in den die erfindungsgemäße
Einrichtung in zwei beispielsweisen Ausführungen eingesetzt ist, Fig. 9 ein Grundriß
des Behälters nach Fig. 8.
-
Die Turbulenzkammer 2 gemäß Fig. 1 enthält eine zylindrische Trommel
1 mit Perforationen. Die Turbulenzkammer 2 besteht aus einem konzentrisch zur Trommel
1 angeordneten Behälter 3 von rundem Querschnitt. Die perforierte Trommel 1 wird
durch beliebige bekannte Antriebsmittel um ihre Längsachse
in Rotation versetzt und
besitzt eine weitgehend glatte Außenfläche.
-
Infolge der geringen Reibung zwischen der rotierenden Außenfläche
der Trommel 1 und der Flüssigkeit in der Turbulenzkammer 2 wird die Flüssigkeit,
abgesehen von einer dünnen Wirbelschicht, nur verhältnismäßig langsam mitgeführt,
was ein erwünschter Effekt ist. Diese langsame Rotation der äußeren Flüssigkeitsschichten
kann durch geeignete Ausgestaltung der Innenseite der Behälterwand 3 noch merklich
verringert werden. Die Fig. 2 bis 5 zeigen einige beispielsweise Ausführungen hierfür.
In Fig.2a sind radial gerichtete Randstaubleche 6 a vorgesehen, die eventuell auch
gegen die Rotationsrichtung geneigt angebracht sein können, wie in Fig. 2b bei 6b
angedeutet ist.
-
An Stelle der Randstaubleche 6 können auch, wie in Fig. 3 und 4, längs
gerichtete Rippen 7 bzw. 8 mit dreieckigem bzw. halbkreisförmigem Querschnitt verwendet
werden, die sich durch entsprechende Ausbildung der Behälterwand 3 leicht realisieren
lassen.
-
Schließlich besteht auch noch, wie in Fig. 5 angedeutet, die Möglichkeit,
schmale, axial gerichtete Staubleche 9 in der Nähe der Behälterwand 3 anzubringen
und diese um je eine Längsachse 10 verstellbar zu machen, um die Wirkung auf die
langsam mitgeführten äußeren Flüssigkeitsschichten verändern zu können. Falls e
wünscht,
können die Randstaubleche in geeigneter Weise geschlitzt werden.
-
Die in Fig. 2 bis 5 angegebenen Mittel zur Hemmung der langsamen
Rotation der äußeren Flüssig keitsschicht dürfen in ihrer Wirkung aber keineswegs
einen nachteiligen Einfluß auf die gleichmäßige Ausbildung der Wirbelschicht an
der Außenfläche der perforierten Trommel 1 aufweisen. Durch geeignete Wahl des Durchmessers
des Behälters 3 zum Durchmesser der Trommel 1 kann dies sichergestellt werden. Untersuchungen
haben einen günstigen Behälterdurchmesser vom 2,5- bis 6fachen Wert des Trommeldurchmessers
ergeben.
-
Erfindungsgemäß kann die Bewegungsenergie der relativ zur Oberflächengeschwindigkeit
der Trommel nur langsam mitgeführten äußeren Flüssigkeitsschichten zur Erzielung
einer axial gerichteten Flüssigkeitsströmung ausgenutzt werden. Hierzu wird die
Turbulenzkammer, die die Trommel konzentrisch umschließt, auf der Innenseite ihrer
Wandung mit Randstaublechen versehen, die angenähert längs einer in Achsrichtung
verlaufenden, mindestens eingängigen Schraubenfläche angeordnet sind. Eine solche
Ausführung zeigen Fig. 6 und 7 der Zeichnung.
-
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, wie in den Innenraum 2 der Turbulenzkammer
die Randstaubleche 11 hineinragen, die hier aus einzelnen Schraubengängen bestehen.
Die Anbringung der Randstaubleche 11 auf der Innenseite der Wandung 3 zeigt Fig.
7 der Zeichnung, die eine Abwicklung der zylindrischen Wandung 3 darstellt, aufgeschnitten
gedacht längs der Mantellinie A. Die einzelnen Teile der Randstaubleche sind auf
der Innenseite der Wandung 3, auf dieser weitgehend senkrecht stehend, längs einer
Schraubenfläche angeordnet, die in axialer Richtung verläuft und eine Steigung a
aufweist. Dabei bildet die Gesamtheit aller Randstaubleche eine mehrgängige Schraube.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 sind vier gleich lange Randstaubleche 11
erforderlich, um eine ganze Windung der Schraubenfläche auszuführen, jedoch sind
bei gleichbleibender Steigung a auch kürzere oder längere Staubleche verwendbar.
-
Die Steigung a der mindestens eingängigen Schraubenfläche aus Randstaublechen
11 ist weitgehend veränderlich. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die
Steigung a größer als 450 zu wählen.
-
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Einrichtung kaum natürlich
bei geeigneter Konstruktion auch in vertikaler Stellung verwendet werden. Sie ist
aber auch geeignet, um in einen größeren Behälter eingesetzt zu werden, und ist
für beliebige Strömungsrichtung verwendbar.
-
Soll die in einem größeren Behälter befindliche Flüssigkeit begast
werden, was bei der Abwasserbegasung mit Luftsauerstoff, bei Absorptionsanlagen
für Rauch- und Giftgase und bei anderen ähnlichen Prozessen vorkommen kann, so befindet
sich in diesem mindestens eine Turbulenzkammer in horizontaler Lage samt der in
ihr um eine horizontale Achse rotierenden Trommel. Die Flüssigkeit tritt durch Öffnungen
der Turbulenzkammer-Außenwand, vorwiegend in tangentialer Richtung zur Trommel,
in die Turbulenzkammer ein und durch andere Öffnungen in deren Außenwand, ebenfalls
in vorwiegend tangentialer Richtung, wieder aus. Der Flüssigkeitsstrom entsteht
durch die mitführende Wirkung der rotierenden Trommel, bewegt sich mit vorbestimmter
Geschwindigkeit durch die Kammer hindurch und hat eine entsprechende Strömung im
Flüssigkeitsvolumen außerhalb der Turbulenzkammer zur Folge.
-
In den Fig. 8 und 9 sind zwei beispielsweise Ausführungen der Turbulenzkammer
samt rotierender Trommel 1 in einem Behälter 12 bzw. der im Behälter befindlichen,
zu begasenden Flüssigkeit 13 dargestellt.
-
Die eine Turbulenzkammer wird durch die langgestreckten, schalenförmigen
Begrenzungsflächen 3 und 3a gebildet, die zwei Öffnungen 14 und 15 für den Ein-
und Austritt der Flüssigkeit in die Turbulenzkammer frei lassen. Diese Öffnungen
erstrecken sich längs der axialen Ausdehnung der Turbulenzkammer.
-
Durch die mitführende Wirkung der rotierenden Trommel 1 entsteht der
Flüssigkeitsstrom durch die Öffnungen 14 und 15, dessen Richtung durch Änderung
des Drehsinnes des Körpers 1 umgekehrt werden kann.
-
Die äußere Abgrenzung der Turbulenzkammer durch die schalenartig
geformten Begrenzungsflächen3, 3 a stellt nur eine beispielsweise Ausführungsform
für die Turbulenzkammer-Außenwand dar. Diese kann ebenso eine geschlossene, vorzugsweise
zylindrische Trommel mit genügend breiten, axial sich erstreckenden Öffnungen 14,
15 sein. Unabhängig von der Ausführung der Außenwandung der Turbulenzkammer sind
erfindungsgemäß die Ein- und Austrittsöffnungen mit festen oder beweglichen Leitmitteln
für den Flüssigkeitsstrom versehen, beispielsweise mit Fortsätzen 16 bzw. 17 an
den schalenartig geformten Begrenzungsflächen 3 bzw. 3 a. Durch derartige Leitmittel
kann dem Flüssigkeitsstrom durch die Turbulenzkammer auch außerhalb derselben eine
bestimmte Richtung aufgezwungen werden.
-
Vorzugsweise werden die in dem Behälter 12 horizontal angeordneten
Turbulenzkammern in der Nähe der Behälterwand dicht unter der Flüssigkeitsoberfläche
angebracht, damit der Flüssigkeitsstrom durch die Turbulenzkammern eine Strömung
im gesamten Flüssigkeitsbehälter zur Folge hat. Die niedere Flüssigkeitssäule über
der Turbulenzkammer erspart viel Einblasenergie. Ist, wie in Fig. 8 und 9 angedeutet,
in einem Behälter mehr als eine Turbulenzkammer vorhanden, so kann eine Strömung
im Behälter erzielt werden, die eine wirksame Durchmischung des gesamten Flüssigkeitsvolumens
gewährleistet.
-
Die in der Nähe der Behälterwandung angeordneten Turbulenzkammern
werden zweckmäßigerweise so angebracht, daß ihre Wandungen mit Teilen der Behälterwand
parallel verlaufen. In diesem Falle können Teile der die Turbulenzkammern umschließenden
Begrenzungsflächen durch die Behälterwand selbst gebildet werden. In den Fig. 8
und 9 ist dies beispielsweise der Fall für die untengelegene Turbulenzkammer, die
hier aus der schalenförmigen Begrenzungsfläche 3 b und dem untersten Teil 18 der
Wandung des Behälters 12 gebildet wird. Die Ein- und Austrittsöffnungen 19 und 20
weisen hier als Leitmittel beispielsweise die Flächen 21 und 22 auf.