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DE102005056723B4 - Device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium - Google Patents

Device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Vermischen und Reagieren eines Gases und/oder einer Flüssigkeit mit einem flüssigen Medium, mit den folgenden Merkmalen: • ein aufrechter Behälter (10) mit einem unteren Zulauf (12) für das flüssige Medium und mindestens einem oberen Ablauf (14, 16), • mindestens einem ein Ventil enthaltender Injektionsanschluß (18, 20) für das Gas und/oder die Flüssigkeit am Zulauf (12), • statische Mischelemente oberhalb einer sich an den Zulauf (12) anschließenden Mischkammer (22), durch welche eine intensive Vermischung des Gases und/oder der Flüssigkeit mit dem flüssigen Medium sowie eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt und • ein Rührwerk (30) in einer zweiten Mischkammer oberhalb der statischen Mischelemente, wobei • die statischen Mischelemente so ausgebildet sind, dass die Strömung in einer ersten Drehrichtung bewegt wird und ein Rotor des Rührwerks (30) sich in entgegengesetzter Richtung dreht.Device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium, with the following features: • an upright container (10) with a lower inlet (12) for the liquid medium and at least one upper outlet (14, 16) • At least one injection connection (18, 20) containing a valve for the gas and / or liquid at the inlet (12), • Static mixing elements above a mixing chamber (22) connected to the inlet (12), through which intensive mixing of the gas and / or the liquid with the liquid medium as well as a slowing down of the flow speed takes place and • an agitator (30) in a second mixing chamber above the static mixing elements, wherein • the static mixing elements are designed so that the flow moves in a first direction of rotation and a rotor of the agitator (30) rotates in the opposite direction.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vermischen und Reagieren eines Gases und/oder einer Flüssigkeit mit einem flüssigen Medium nach dem Patentanspruch 1.The invention relates to a device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium according to claim 1.

Aus DE 4 216 096 C2 ist ein Verfahren zur Verringerung des Phosphatgehaltes von Gewässern bekannt geworden. Tiefenwasser wird nahe dem Gewässerboden angesaugt und mit Fällmitteln versehen. Nach dem Ausflocken erfolgt eine Druckentspannungsflotation in einem Flotationsbecken zwecks Phosphatabscheidung. Klarwasser wird aus dem Flotationsbecken in das Epi- und Metalimnion zurückgefördert. Das zurückgeförderte Wasser ist weitgehend phosphatfrei, enthält jedoch unter Umständen noch Keime, welche die Qualität des Wassers beeinträchtigen. Auch in biologischen Kläranlagen kann das gereinigte Abwasser noch Keime enthalten, welche die Qualität des gereinigten Wassers herabsetzen.Out DE 4 216 096 C2 a method for reducing the phosphate content of waters has become known. Deep water is sucked in near the bottom of the water and provided with precipitants. After flocculation, a pressure-release flotation takes place in a flotation tank for the purpose of phosphate separation. Clear water is returned from the flotation basin to the epi- and metalimine ion. The recirculated water is largely phosphate-free, but may still contain germs that affect the quality of the water. Even in biological sewage treatment plants, the treated wastewater may still contain germs that reduce the quality of the purified water.

Aus DE 102 50 707 A1 ist eine Vorrichtung zur Lösung von Gas in einer Flüssigkeit bekannt geworden, mit der mit geringem Energieaufwand Gas gesättigt in einer Flüssigkeit gelöst werden kann, derart, dass bei einer Druckentspannung sehr feine Gasbläschen entstehen, die z. B. eine wirksame Flotation herbeiführen. Die bekannte Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, z. B. Sauerstoff mit geringer energetischen Aufwand in Wasser zu lösen.Out DE 102 50 707 A1 a device for the solution of gas in a liquid has become known, can be solved with a small amount of energy gas saturated in a liquid, so that when a pressure release very fine gas bubbles are formed, the z. B. bring about an effective flotation. The known device can also be used to z. B. to dissolve oxygen with little energy expense in water.

Druckschrift DE 103 40 024 B3 zeigt eine Vorrichtung zum Anreichern einer Flüssigkeit mit einem Gas. Die Vorrichtung wird von oben nach unten durchströmt. Zwischen Einlässen und einem Auslass der Mischkammer befindet sich eine Lochplatte mit sich in Strömungsrichtung verjüngenden Löchern.pamphlet DE 103 40 024 B3 shows a device for enriching a liquid with a gas. The device is flowed through from top to bottom. Between inlets and an outlet of the mixing chamber is a perforated plate having flow-tapering holes.

Druckschrift DE 198 51 360 A1 betrifft einen Mischer zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit. Der Mischer weist ein von unten nach oben durchströmtes Rohr auf, in dem eine Vielzahl von Mischsieben angeordnet ist. Die Mischsiebe können verschiedene Maschengrößen haben.pamphlet DE 198 51 360 A1 relates to a mixer for introducing gas into a liquid. The mixer has a flowed through from bottom to top pipe in which a plurality of mixing screens is arranged. The compound sieves can have different mesh sizes.

Aus der Druckschrift DE 197 38 870 A1 ist eine Vorrichtung zur Vermischung einer Tröpfendispersion mit einer Flüssigkeit bekannt geworden. Die Vorrichtung weist eine Mischkammer auf, in die die Flüssigkeit in Form einer Vielzahl feiner Flüssigkeitsstrahlen injiziert wird. Eine weitere Vermischung erfolgt durch eine in dem Behälter erzeugte Umwälzströmung.From the publication DE 197 38 870 A1 For example, a device for mixing a droplet dispersion with a liquid has become known. The device has a mixing chamber into which the liquid is injected in the form of a plurality of fine liquid jets. Further mixing takes place by means of a circulating flow generated in the container.

Druckschrift DE 198 50 025 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Flüssigkeit mit erhöhtem Gasgehalt. Die Flüssigkeit durchströmt eine Mischkammer von oben nach unten. Als Durchflussrestriktionen können im unteren Bereich der Mischkammer Lochplatten angeordnet sein.pamphlet DE 198 50 025 A1 describes a device for producing a liquid with increased gas content. The liquid flows through a mixing chamber from top to bottom. As flow restrictions, perforated plates can be arranged in the lower area of the mixing chamber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der mit einfachen und räumlich kleinbauenden Mitteln ein wirksames Vermischen und Reagieren eines Gases und/oder einer Flüssigkeit mit einem flüssigen Medium erreicht werden kann.The invention has for its object to provide a device with which with simple and physically small-scale means an effective mixing and reacting a gas and / or a liquid can be achieved with a liquid medium.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of patent claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein aufrechter Behälter, beispielsweise in Zylinderform, vorgesehen, mit einem unteren Zulauf für das flüssige Medium und mindestens einem oberen Ablauf. Das flüssige Medium kann z. B. gereinigtes Abwasser sein oder Wasser, das von schädlichen oder unerwünschten Substanzen, wie z. B. Phosphaten, weitgehend befreit ist. Der Zulauf ist mit mindestens einem Injektionsanschluß versehen, über den Gas und/oder Flüssigkeit, z. B. über ein Kegelventil, in das zuströmende flüssige Medium eingegeben werden kann, z. B. zu Entkeimungszwecken. Das Gas oder die Flüssigkeit enthält z. B. eine Substanz, mit der Keime in dem flüssigen Medium durch Reaktion oder auf andere Weise abgetötet werden können.In the apparatus according to the invention, an upright container, for example in the form of a cylinder, is provided, with a lower inlet for the liquid medium and at least one upper outlet. The liquid medium may, for. As purified waste water or water, the harmful or undesirable substances, such as. As phosphates, is largely exempt. The inlet is provided with at least one injection port, via the gas and / or liquid, for. B. via a cone valve, can be entered into the inflowing liquid medium, z. B. for sterilization purposes. The gas or liquid contains z. B. a substance with which germs in the liquid medium can be killed by reaction or otherwise.

An den Zulauf schließt sich eine Mischkammer an, die auch eine ruhige Mischzone bildet und die in ihrer Größe an die jeweils erforderlichen Reaktionszeiten angepaßt werden kann. Oberhalb der Mischkammer befinden sich statische Mischelemente, mit welchen eine intensive Vermischung des Gases und/oder der Flüssigkeit mit dem flüssigen Medium sowie eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt. Oberhalb der statischen Mischelemente ist in einer zweiten Mischkammer ein Rührwerk vorgesehen. Über die Mischelemente wird die Strömung verlangsamt bzw. aufgestaut, wodurch sich die Reaktionszeit verlängert und außerdem eine weitere intensive Vermischung der injizierten Flüssigkeit bzw. des injizierten Gases mit dem flüssigen Medium erfolgen kann.At the inlet is followed by a mixing chamber, which also forms a quiet mixing zone and which can be adapted in size to the respective required reaction times. Above the mixing chamber are static mixing elements, with which there is an intensive mixing of the gas and / or the liquid with the liquid medium and a slowing down of the flow velocity. Above the static mixing elements, a stirrer is provided in a second mixing chamber. About the mixing elements, the flow is slowed or dammed, which extends the reaction time and also can be carried out a further intensive mixing of the injected liquid or the injected gas with the liquid medium.

Abhängig von der erforderlichen Prozeß- und Reaktionszeit kann die Menge der Dosierung von Gas und/oder Flüssigkeit stufenlos geregelt und bei Bedarf auch komplett abgestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Vermischung von Medien über eine größtmögliche Phasengrenzfläche.Depending on the required process and reaction time, the amount of metering of gas and / or liquid can be regulated steplessly and completely switched off, if necessary. The device according to the invention allows the mixing of media over the largest possible phase interface.

Bei der Erfindung sind die statischen Mischelemente so ausgebildet, dass die Strömung im Behälter in einer ersten Drehrichtung stattfindet und der Rotor des Rührwerks in entgegengesetzter Richtung dreht. Vorzugsweise werden die statischen Mischelemente von mehreren übereinander im Abstand angeordneten Lochplatten gebildet, die in begrenzten Sektoren eine Lochanordnung aufweisen, wobei die Lochsektoren jeweils in einem Winkel gegenüber den Lochsektoren der benachbarten Platten angeordnet sind. Beim Durchströmen der im Winkel versetzten Lochanordnungen der Lochplatten wird der Strömung ein Drall erteilt, der dem Drall, der vom Rührwerk erzeugt wird, entgegengesetzt gerichtet ist. Auf diese Weise wird die Vermischung intensiviert. Außerdem wird mit Hilfe der Lochplatten ein längeres Verweilen der Medien im Behälter erzielt.In the invention, the static mixing elements are designed so that the flow takes place in the container in a first direction of rotation and rotates the rotor of the agitator in the opposite direction. Preferably, the static mixing elements are formed by a plurality of spaced-apart perforated plates which have a hole arrangement in limited sectors, wherein the perforated sectors are each arranged at an angle to the hole sectors of the adjacent plates. As it flows through the angularly offset hole arrangements of the perforated plates, a swirl is imparted to the flow which is directed opposite to the swirl produced by the agitator. In this way the mixing is intensified. In addition, a longer retention of the media in the container is achieved by means of the perforated plates.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum Entkeimen von geklärten Abwässern oder von gereinigtem Wasser, das seinem Ursprungszweck wieder zugeführt werden soll, beispielsweise gereinigtes Wasser in ein Gewässer oder dergleichen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The device according to the invention is particularly suitable for the sterilization of clarified effluents or of purified water which is to be returned to its original purpose, for example purified water into a body of water or the like. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in a drawing.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung.The single figure shows schematically a side view of a device according to the invention.

Ein aufrecht stehender, vorzugsweise zylindrischer Behälter 10 ist an der Unterseite mit einem Zulaufstutzen 12 versehen, über den zum Beispiel in einer Kläranlage oder auf sonstige Weise aufbereitetes Wasser eingetragen wird. Beispielsweise kann es sich auch um Wasser handeln, das gemäß DE 4 433 634 von Phosphat gereinigt wurde. Im oberen Bereich des Behälters 12 sind zwei Austrittsstutzen 14, 16 vorgesehen. Über diese kann das behandelte Wasser seinem gedachten Zweck zugeführt werden.An upright, preferably cylindrical container 10 is at the bottom with a inlet nozzle 12 over which is introduced, for example, in a sewage treatment plant or otherwise treated water. For example, it may also be water, according to DE 4 433 634 was purified from phosphate. In the upper part of the container 12 are two outlet nozzles 14 . 16 intended. About this, the treated water can be supplied to its intended purpose.

Auf gegenüberliegenden Seiten sind den Zulaufstutzen 12 Injektionsstutzen 18, 20 zugeordnet. Über diese kann ein Injektionsmedium in das flüssige Medium in den Zulaufstutzen 12 injiziert werden, beispielsweise ein Gas und/oder eine Flüssigkeit. Zu diesem Zweck enthält jeder Stutzen 18, 20 z. B. ein Kegelventil, das über eine geeignete Steuerung in seiner Öffnungsweite eingestellt wird, um eine Zudosierung des Gases und/oder der Flüssigkeit in gewünschtem Umfang zu ermöglichen.On opposite sides are the inlet nozzle 12 injection port 18 . 20 assigned. About this can be an injection medium in the liquid medium in the inlet nozzle 12 be injected, for example, a gas and / or a liquid. For this purpose, each neck contains 18 . 20 z. B. a cone valve, which is adjusted by a suitable control in its opening width to allow a metered addition of the gas and / or the liquid in the desired extent.

Im unteren Bereich des Behälters ist eine Mischkammer 22 ausgebildet, oberhalb der vier im Abstand übereinander angeordnete Lochplatten 24 vorgesehen sind. Die Lochplatten 24 sind nebenstehend noch einmal in Draufsicht dargestellt. Man erkennt, dass jede Lochplatte 24 eine Lochanordnung 26 in einem 90°-Sektor aufweist. Wie man ferner erkennt, sind die Lochplattensektoren 26 der vier verschiedenen Lochplatten 24 um jeweils einen Winkel von 90° relativ zueinander versetzt. Dadurch erhält die Strömung, die von der Mischkammer 22 nach oben tritt, ein Drall in einer ersten Drehrichtung 28.In the lower part of the container is a mixing chamber 22 formed above the four spaced above each other perforated plates 24 are provided. The perforated plates 24 are shown opposite again in plan view. It can be seen that every perforated plate 24 a hole arrangement 26 in a 90 ° sector. As can further be seen, the perforated plate sectors are 26 the four different perforated plates 24 each offset by an angle of 90 ° relative to each other. This maintains the flow coming from the mixing chamber 22 comes up, a twist in a first direction of rotation 28 ,

Oberhalb der Lochplattenanordnung 24 ist ein Rührwerk 30 vorgesehen, das mit Hilfe eines Antriebsmotors 32 auf der Deckplatte 34 des Behälters 10 angetrieben ist. Die Drehrichtung, wie durch Pfeil 36 angedeutet, ist entgegengesetzt der Drehrichtung 28.Above the perforated plate arrangement 24 is a stirrer 30 provided by means of a drive motor 32 on the cover plate 34 of the container 10 is driven. The direction of rotation, as indicated by arrow 36 indicated, is opposite to the direction of rotation 28 ,

Über die Injektionsstutzen 18, 20 kann z. B. eine entkeimende Substanz in das flüssige Medium eingetragen werden, wobei im unteren Mischraum 22 zunächst eine Vormischung erfolgt. Die Mischung wird intensiviert, und die Strömungsgeschwindigkeit wird verlangsamt durch die Lochplatten 24, sodass eine ausreichnende Reaktionszeit verbleibt, um schädliche Keime beim Durchwandern des flüssigen Mediums durch den Behälter 10 ausreichend abzutöten, bevor das flüssige Medium den Behälter 10 über die Stutzen 14, 16 verläßt.About the injection nozzle 18 . 20 can z. B. a germicidal substance are introduced into the liquid medium, wherein in the lower mixing space 22 first a premix takes place. The mixture is intensified and the flow rate is slowed down by the perforated plates 24 so that a sufficient reaction time remains to noxious germs as they flow through the liquid medium through the container 10 sufficiently kill before the liquid medium the container 10 over the neck 14 . 16 leaves.

Claims (4)

Vorrichtung zum Vermischen und Reagieren eines Gases und/oder einer Flüssigkeit mit einem flüssigen Medium, mit den folgenden Merkmalen: • ein aufrechter Behälter (10) mit einem unteren Zulauf (12) für das flüssige Medium und mindestens einem oberen Ablauf (14, 16), • mindestens einem ein Ventil enthaltender Injektionsanschluß (18, 20) für das Gas und/oder die Flüssigkeit am Zulauf (12), • statische Mischelemente oberhalb einer sich an den Zulauf (12) anschließenden Mischkammer (22), durch welche eine intensive Vermischung des Gases und/oder der Flüssigkeit mit dem flüssigen Medium sowie eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt und • ein Rührwerk (30) in einer zweiten Mischkammer oberhalb der statischen Mischelemente, wobei • die statischen Mischelemente so ausgebildet sind, dass die Strömung in einer ersten Drehrichtung bewegt wird und ein Rotor des Rührwerks (30) sich in entgegengesetzter Richtung dreht.Device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium, having the following features: an upright container ( 10 ) with a lower inlet ( 12 ) for the liquid medium and at least one upper sequence ( 14 . 16 ), At least one injection port containing a valve ( 18 . 20 ) for the gas and / or the liquid at the inlet ( 12 ), • static mixing elements above one to the inlet ( 12 ) subsequent mixing chamber ( 22 ), by which an intensive mixing of the gas and / or the liquid with the liquid medium and a slowing down of the flow velocity takes place and • an agitator ( 30 ) in a second mixing chamber above the static mixing elements, wherein • the static mixing elements are designed so that the flow is moved in a first direction of rotation and a rotor of the agitator ( 30 ) turns in the opposite direction. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statischen Mischelemente von mehreren im Abstand übereinander angeordneten Lochplatten (24) gebildet sind, die nur in begrenzten Sektoren (26) eine Lochanordnung aufweisen und die Lochsektoren (24) jeweils in einem Winkel gegenüber der benachbarten Lochplatte angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the static mixing elements of a plurality of spaced-apart perforated plates ( 24 ), which only exist in limited sectors ( 26 ) have a hole arrangement and the hole sectors ( 24 ) are each arranged at an angle to the adjacent perforated plate. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochsektoren (26) einen Winkel von etwa 90° aufweisen und die Lochsektoren (26) benachbarter Lochplatten (24) in einem Winkel von etwa 90° versetzt angeordnet sind.Device according to claim 2, characterized in that the perforated sectors ( 26 ) have an angle of about 90 ° and the hole sectors ( 26 ) of adjacent perforated plates ( 24 ) are arranged offset at an angle of about 90 °. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Injektionsanschluß (18, 20) keimtötendes Gas und/oder keimtötende Flüssigkeit in den Zulauf (12) injiziert wird.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that over the Injection port ( 18 . 20 ) germicidal gas and / or germicidal liquid ( 12 ) is injected.
DE102005056723A 2005-11-29 2005-11-29 Device for mixing and reacting a gas and / or a liquid with a liquid medium Expired - Lifetime DE102005056723B4 (en)

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