DE1043289B

DE1043289B - Turbulence chamber for the effective mixing and dissolving of a gas in a liquid

Info

Publication number: DE1043289B
Application number: DEK21766A
Authority: DE
Inventors: Herbert Leo Maerky
Original assignee: KERAG KESSELSCHMIEDE APPARATE
Current assignee: KERAG KESSELSCHMIEDE APPARATE
Priority date: 1953-04-10
Filing date: 1954-04-06
Publication date: 1958-11-13

Description

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. Turbulence chamber for the effective mixing and dissolving of a gas in a liquid The invention relates to a turbulence chamber for efficient mixing and dissolving a gas in a liquid using a rotating, perforated drum to which the gas is fed from inside.

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. Devices for mixing gases with liquids Kind are known. It is also known to blow the gas from the outside through one with fine openings provided gas supply line on a cylinder rotating in the liquid to lead in order to achieve a favorable mixing. With all of these that have become known Suggestions, however, was a solution of the gas corresponding to the law of partial pressure not achievable in the liquid or only after a very long time.

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. According to the invention it has now been found that at a peripheral speed the perforated drum of more than 5 m / sec and one the drum with the 21 / e- up to 6 times the diameter at least partially surrounding turbulence chamber optimal Amounts of gas in the liquid result from the flow conditions that are favorable under these conditions can be solved. Under these conditions it is formed by the gas pressure on the rotating drum wall a fluidized bed of the liquid, so that the Gas in this is quickly dissolved and as a result of constant mixing with the only slowly entrained outer liquid layers also remains in solution. As a result the occurrence of this fluidized bed should be the reaction space in which the dissolution process takes place, are referred to as the "turbulence chamber".

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. The invention is set out below in some exemplary embodiments described in more detail with reference to FIGS. Here, Fig. 1 is a longitudinal section by a turbulence chamber according to the invention in a schematic representation, Fig. 2a, 2b, 3, 4 and 5 different configurations of the inner wall of the turbulence chamber in cross section, Fig. 6 is a plan view of a further exemplary embodiment of a Turbulence chamber, FIG. 7 a development of the inner wall of the turbulence chamber according to Fig. 6, Fig. 8 is a cross section through a container in which the invention Device is used in two exemplary embodiments, Fig. 9 is a plan view of the container according to 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. The turbulence chamber 2 according to FIG. 1 contains a cylindrical drum 1 with perforations. The turbulence chamber 2 consists of a concentric to the drum 1 arranged container 3 of round cross-section. The perforated drum 1 is by any known drive means about its longitudinal axis rotated and has a largely smooth outer surface.

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. Due to the low friction between the rotating outer surface the drum 1 and the liquid in the turbulence chamber 2 is the liquid, apart from a thin fluidized bed, only carried relatively slowly, which is a desired effect. This slow rotation of the outer layers of liquid can be made noticeable by suitable design of the inside of the container wall 3 be reduced. FIGS. 2 to 5 show some exemplary designs for this. In Fig.2a radially directed edge baffles 6 a are provided, which may also can be mounted inclined against the direction of rotation, as in Fig. 2b at 6b is indicated.

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.Instead of the edge baffles 6, as in FIGS. 3 and 4, longitudinal directed ribs 7 and 8 with triangular or semicircular cross-section are used which can easily be realized by appropriately designing the container wall 3 permit.

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.Finally, as indicated in FIG. 5, there is also the possibility of to attach narrow, axially directed baffle plates 9 in the vicinity of the container wall 3 and to make these adjustable around a longitudinal axis 10 in order to have the effect on the to be able to change slowly entrained outer liquid layers. If e wishes the edge baffles can be slotted in a suitable manner.

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. The means indicated in Fig. 2 to 5 for inhibiting the slow Rotation of the outer layer of liquid must by no means have an effect a disadvantageous influence on the uniform formation of the fluidized bed the outer surface of the perforated drum 1. By suitable choice of the diameter of the container 3 to the diameter of the drum 1, this can be ensured. Investigations have a favorable container diameter of 2.5 to 6 times the value of the drum diameter result.

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. According to the invention, the kinetic energy can be relative to the surface speed the drum only slowly entrained outer layers of liquid to achieve an axially directed liquid flow can be used. For this purpose, the Turbulence chamber, which concentrically encloses the drum, on the inside of it Wall provided with edge baffles, which are approximately along one in the axial direction extending, at least single-thread helical surface are arranged. Such 6 and 7 of the drawing show embodiment.

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. From Fig. 6 it can be seen how in the interior 2 of the turbulence chamber the edge baffles 11 protrude, which here consist of individual screw threads. The attachment of the edge baffles 11 on the inside of the wall 3 is shown in FIG. 7 of the drawing, which shows a development of the cylindrical wall 3, cut open thought along the surface line A. The individual parts of the edge baffles are open the inside of the wall 3, standing largely perpendicular to it, along a Arranged helical surface which runs in the axial direction and a slope a having. The totality of all edge baffles forms a multi-thread screw. In the exemplary embodiment according to FIGS. 6 and 7, there are four edge baffles 11 of equal length required to complete a full turn of the helical surface, however with the same slope a, shorter or longer baffles can also be used.

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. The slope a of the at least one-start screw surface made of edge dust sheets 11 is largely changeable. However, it has been found to be beneficial to that Choose slope a greater than 450.

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. The device shown schematically in Fig. 1 hardly natural can also be used in a vertical position if constructed appropriately. she is but also suitable to be used in a larger container, and is can be used for any direction of flow.

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. Should the liquid in a larger container be fumigated what with the wastewater fumigation with atmospheric oxygen, with absorption systems for smoke and toxic gases and other similar processes can occur In this at least one turbulence chamber in a horizontal position together with the in her drum rotating around a horizontal axis. The liquid passes through openings the outer wall of the turbulence chamber, mainly in a tangential direction to the drum, into the turbulence chamber and through other openings in its outer wall, too in a predominantly tangential direction, off again. The flow of liquid is created due to the entrainment effect of the rotating drum, moves at a predetermined rate Speed through the chamber and has a corresponding flow in the Liquid volume outside the turbulence chamber result.

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. 8 and 9 are two exemplary embodiments of the turbulence chamber including rotating drum 1 in a container 12 or the one located in the container, Liquid 13 to be gassed is shown.

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.One of the turbulence chambers is created by the elongated, shell-shaped Boundary surfaces 3 and 3a formed, the two openings 14 and 15 for one and allow the liquid to escape into the turbulence chamber. These openings extend along the axial extent of the turbulence chamber.

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.The entrainment effect of the rotating drum 1 creates the Liquid flow through openings 14 and 15, its direction by changing the direction of rotation of the body 1 can be reversed.

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. The outer delimitation of the turbulence chamber by the shell-like shaped boundary surfaces 3, 3 a represents only an exemplary embodiment for the turbulence chamber outer wall. This can also be a closed, preferably cylindrical drum with sufficiently wide, axially extending openings 14, Be 15. Independent of the design of the outer wall of the turbulence chamber according to the invention, the inlet and outlet openings with fixed or movable guide means provided for the flow of liquid, for example with extensions 16 and 17 respectively the shell-like shaped boundary surfaces 3 and 3 a. By means of such directives can the liquid flow through the turbulence chamber outside of the same one certain direction to be imposed.

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. Preferably, those in the container 12 are arranged horizontally Turbulence chambers near the container wall just below the surface of the liquid attached to allow the flow of liquid through the turbulence chambers to form a flow in the entire liquid container. The lower column of liquid above the turbulence chamber saves a lot of injection energy. Is, as indicated in Fig. 8 and 9, If there is more than one turbulence chamber in a container, a flow be achieved in the container that an effective mixing of the entire volume of liquid guaranteed.

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. The turbulence chambers arranged in the vicinity of the container wall are expediently attached so that their walls with parts of the container wall run parallel. In this case, parts of the turbulence chambers can be enclosed Boundary surfaces are formed by the container wall itself. In Fig. 8 and FIG. 9 this is the case, for example, for the turbulence chamber below, which here from the shell-shaped boundary surface 3 b and the lowermost part 18 of the Wall of the container 12 is formed. The inlet and outlet openings 19 and 20 have here surfaces 21 and 22, for example, as the guide means.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Turbulence chamber for effective mixing and Dissolving a gas in a liquid using a rotating, perforated Drum to which the gas is supplied from the inside, characterized in that inside the turbulence chamber, optionally housed in a container, the drum rotates at a speed of more than 5 m / sec, the turbulence chamber being the drum completely or on part of its circumference and its diameter is 2t / 2- up to 6 times the diameter of the drum.

2. turbulence chamber according to claim 1, characterized in that on or baffle plates and guide plates are provided in the vicinity of the inside of the turbulence chamber are.

3. turbulence chamber according to claim 1 or 2, characterized in that that the axis of rotation of the drum is horizontal.

4. turbulence chamber according to claim 2, characterized in that the Baffle and guide plates are arranged helically.

5. turbulence chamber according to claim 4, characterized in that the Traffic jam and guide Sheet metal form multiple helical surfaces, each of which has a slope of more than 450 owns.

6. turbulence chamber according to claim 1, characterized in that at partial enclosure of the turbulence chamber on or near the container wall is arranged.

7. turbulence chamber according to claim 6, characterized in that the Turbulence chamber partially consists of the container wall.

Documents considered: German Patent No. 676270.