DE1036214B - Device for mixing a gas with a liquid - Google Patents
Device for mixing a gas with a liquidInfo
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Description
Einrichtung zum Mischen eines Gases mit einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Nischen eines Gases mit einer Flüssigkeit mit wenigstens einer von der Flüssigkeit durchströmten, in Strömungsrichtung zunächst sich verengernden und anschließend sich erweiternden Düse. im Bereich deren engsten Querschnitts das Gas durch eine oder mehrere Oeffnungen in der Düsenwandung etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die Düse eintritt.Device for mixing a gas with a liquid The invention relates to a device for mixing a gas with a liquid with at least one through which the liquid flows and initially narrows in the direction of flow and then widening nozzle. in the area of their narrowest cross-section that Gas through one or more openings in the nozzle wall approximately perpendicular to the direction of flow the liquid enters the nozzle.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen an die Düse anschließenden Steigkanal, dessen Strömungsquerschnitt größer ist als der Austrittsquerschnitt der Düse. The invention is characterized by an adjoining nozzle Riser channel with a flow cross-section that is larger than the outlet cross-section the nozzle.
Bei der Behandlung von Gasen mit Flüssigkeiten und umgekehrt ist in den meisten Fällen die Erzielung einer möglichst großen Grenzfläche zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase im erzeugten Gemisch von Bedeutung für die Wirksamkeit des jeweils angestrebten Prozesses. When treating gases with liquids and vice versa in most cases the achievement of the largest possible interface between the gaseous and the liquid phase in the mixture produced is important for the Effectiveness of the process aimed at in each case.
Beispiele derartiger Behandlungen sind die Lösung einer oder mehrerer Gaskomponenten eines Gasgernisches in einer Flüssigkeit. wie das Auswaschen von Kohlendioxyd aus Synthesegas ferner umgekehrt das Austreiben eines in einer Flüssigkeit gebundenen Gases oder auch das Belüften von Wasser bei der biologischen Reinigung von Abwasser. In allen Fällen gestattet eine möglichst große Grenzfläche zwischen der Gas- und Flüssigkeitsphase, die gewünschten Prozesse in möglichst kleinen Apparaten durchführen zu können. Bisher sind zu diesen Zwecken Einrichtungen von der Art der Blasenwascher, der Sprühwascher oder Fiillkörperwascer verwendet worden. Examples of such treatments are the solution of one or more Gas components of a gas mixture in a liquid. like washing out Carbon dioxide from synthesis gas also reverses the expulsion of one in a liquid bound gas or the aeration of water during biological cleaning of sewage. In all cases, the largest possible interface between the gas and liquid phase, the desired processes in the smallest possible apparatus to be able to perform. So far, bodies of the type have been used for these purposes Bubble washer, the spray washer, or filler washer has been used.
Heim Blasenwascher wird das Gas in Form von Rasen durch die Flüssigkeit geleitet. Beim Sprühwascher wird mit Hilfe von Brausen. Düsen oder injektorartigen Vorrichtungen die Flüssigkeit in Form von Tropfen im Gas verteilt. Schließlich werden beim Fiillkörperwascher die Flüssigkeit und das Gas in dünne Ströme aufgeteilt, indem man die Flüssigkeit ül)er Füllkörper rieseln läßt und das Gas durch Zwischenräume der Füllkörper leitet und so mit der Flüssigkeit in Benilinng bringt.Home bubble washer gets the gas in the form of turf through the liquid directed. The spray washer is done with the help of showers. Nozzles or injector-type Devices that distribute the liquid in the form of drops in the gas. Eventually be in the case of the solid washer, the liquid and gas are divided into thin streams, by allowing the liquid to trickle down and the gas through gaps the packing conducts and thus brings it into Benilinng with the liquid.
Der Betriel> solcher Einrichtungen ist vielfach mit Schwierigkeiteii verl)unden. weil die angestrebte Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit bisher nicht über ein bestimmtes. in vielen Fällen ungenilgendes Maß gesteigert werden konnte. The operation of such institutions is often difficult leave. because the desired increase in the contact area between gas and liquid so far does not have a specific. in many cases insufficient Degree could be increased.
Beim Blasenwascher bisher bekannter Bauart läßt sich die Flüssigkeit nur verhältnismäßig spärlich mit feinen Elasen durchsetzen. Versuche zur Erzielung größerer Blasendichten scheiterten, weil sich die 131asen nach verhältnismäßig kurzer Zeit zu größeren Blasen vereinigten. welche schnell durch die Flüssigkeit aufsteigen und so die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit und die Berührungszeit unzulässig vermindern. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, eine dichte Blasenverteilung durch Anordnung von Rührorganen in der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten, was jedoch infolge Energieveri)rauchs die Wirtschaftlichkeit beträchtlich herahsetzt.In the case of the previously known type of bubble washer, the liquid can be removed only penetrate relatively sparsely with fine Elasen. Attempts to achieve larger bladder densities failed because the 131ases were relatively short afterwards Time united to form larger bubbles. which rise quickly through the liquid and so the interface between gas and liquid and the contact time are impermissible Reduce. A dense bubble distribution has also been proposed by arranging agitators in the liquid to maintain what, however as a result of energy consumption, the economic viability is reduced considerably.
Ähnliche Nachteile mußten beim Betrieb der bisher bekannten Sprühwascher in Kauf genommen werden. Similar disadvantages had to be found in the operation of the previously known spray washers be accepted.
Wird die pro Zeiteinheit zu zerstäubende Flüssigkeitsmenge vergrößert, so bilden sich ganz plötzlich Fliissigkeitsschleier, die dann vom Gas nur in einzelnen großen Löchern durchstoßen werden. Ferner werden feinste Flüssigkeitstropfen vom Gas weggetragen.If the amount of liquid to be atomized per unit of time is increased, then all of a sudden liquid veils are formed, which are then only isolated from the gas large holes are pierced. Furthermore, the finest drops of liquid are from the Gas carried away.
Bei Füllkörperwaschern läßt sich die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit dadurch vergrößern, daß die Füllkörper verkleinert werden. allerdings wiederum nicht über ein bestimmtes Maß hinaus, weil einerseits der freie Gasraum nicht heliehig verringert werden darf und andererseits je nach der Oberflächenspannung der Flüssigkeit es früher oder später zu die Kanäle ganz füllenden Flüssigkeitsströmen kommt. Gas und Flüssigkeit bewegen sich dann in getrennten Strömen, wodurch die Kontaktfläche beträchtl ich vermindert wird. In the case of packed washers, the interface between gas and Increase liquid by reducing the size of the packing. Indeed again not beyond a certain level, because on the one hand the free gas space may not be reduced slightly and on the other hand depending on the surface tension of the liquid sooner or later it becomes liquid flows which completely fill the channels comes. Gas and liquid then move in separate streams, creating the Contact area is considerably reduced.
Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile auszuschalten. Sie ermöglicht eine dichte Verteilung der Gasblasen in der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten und erreicht dies durch Anordnung eines Steigkanals über der Düsenanordnung, dessen Strömungsquerschnitt größer ist als der Austrittsquerschnitt der Düse bzw. der Düsen. The invention aims to eliminate the disadvantages outlined. It enables a dense distribution of the gas bubbles in the liquid to be maintained and achieves this by arranging a riser duct above the nozzle arrangement, its The flow cross-section is larger than the exit cross-section of the nozzle or nozzles.
Bei einer Einrichtung mit mehreren Düsen kann vorteilhaft über den Düsen ein gemeinsamer Steig- kanal angeordnet sein. dessen Strömungsquerschnitt größer ist als die Summe der Austrittsquerschnitte der I)iisen. In the case of a device with several nozzles, it is advantageous to use the Nozzles a common riser channel be arranged. its flow cross-section is greater than the sum of the exit cross-sections of the irons.
Ferner empfiehlt es sich. jede Düse mit einem rechteckigen Querschnitt zu versehen und in der T)üsenwand im Bereich des engsten Querschnittes Schlitze für den Gaseintritt anzuordnen. Damit das Gas mit geringem Widerstand in die Diise eingesaugt wird. kann diese vorteil'haft so ausgebildet sein. daß der Querschnitt jeder Düse in Strömungsrichtung zwischen dem unteren und dem oberen Rande der Gaseintrittsöffnung eine Erweiterung aufweist. Ferner kann vorteilhaft der engste Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in der Düse mindestens 1,5mal größer als der Eintritt!;cluerschnrtt für das Gas in der Düse sein. It is also recommended. each nozzle with a rectangular cross-section to be provided and slots in the nozzle wall in the area of the narrowest cross-section to be arranged for the gas inlet. So that the gas enters the nozzle with little resistance is sucked in. this can advantageously be designed in this way. that the cross section each nozzle in the direction of flow between the lower and the upper edge of the gas inlet opening has an extension. Furthermore, the narrowest flow cross section can be advantageous the liquid in the nozzle is at least 1.5 times larger than the inlet!; cluerschnrtt for the gas in the nozzle.
Schließlich kann zweckmäßig der Strömungsquerschnitt des Steigkanals mindestens 20mal größer sein als der engste Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in der Düse. Finally, the flow cross-section of the riser channel can expediently be at least 20 times larger than the narrowest flow cross-section of the liquid in the nozzle.
Die Erfindung ist nachstehend an 1-land der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsheispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung mit einer einzelnen Düse, Fig. 2 eine Einrichtung mit einem eine Mehrzahl von Düsen aufweisenden Düsenboden. The invention is illustrated below in 1-country that is illustrated in the drawing Exemplary embodiments explained in more detail. It shows Fig. 1 a device with a individual nozzle, FIG. 2 shows a device with a plurality of nozzles Nozzle bottom.
Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung dient heispielsweise zum Auswaschen VOII Kohlenmonoxyd aus Leuchtgas mit Hilfe einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit, z. B. einer kupfersalzhaltigen Lösung. Die von einer nicht gezeichneten Pumpe geförderte Flüssigkeit wird mit Hilfe einer am Flansch 21 des sich verengernden Teils einer Düse 4 befestigten, nicht gezeichneten Leitung zugeführt. Das Gas wird durch Stutzen 22 zugeführt und gelangt in den voll der Düse 4 durchsetzten Raum 3 und kann im Bereich des engsten Querschnitts der in Strömungsrichtung sich zunächst verengernden und anschließend sich erweiternden Düse 4 durch Schlitze 5 aus dem Raum 3 etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die Düse eintreten. Über der Düse 4 ist ein Steigkanal 6 für das aus der Düse austretende Gas-und Fliissigkeitsgemisch angeordnet. The device shown in Fig. 1 is used, for example, for washing out VOII carbon monoxide from luminous gas with the help of a suitable absorption liquid, z. B. a solution containing copper salts. The pumped by a pump not shown Liquid is with the help of a on the flange 21 of the narrowing part of a Nozzle 4 attached, not shown line supplied. The gas is through nozzles 22 supplied and reaches the fully penetrated by the nozzle 4 space 3 and can in Area of the narrowest cross-section of the initially narrowing in the direction of flow and then widening nozzle 4 through slots 5 from space 3 approximately vertically enter the nozzle in the direction of flow of the liquid. Above the nozzle 4 is a riser channel 6 is arranged for the gas and liquid mixture emerging from the nozzle.
Die Absorptionsflüssigkeit strömt mit einer Geschwiiidigkeit von mindestens 5 cm/s durch den engsten Querschnitt der Düse 4. Dabei wird infolge der Saugwirkung im engsten Querschnitt der Düse 4 das Gas aus dem Raum 3 durch die Schlitze 5 in die Düse 4 eingesaugt und gelangt hei der verhältnismäßig hohen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit fein verteilt in dieselhe. Damit dieses Ansaugen des Gases mit möglichst geringem Widerstand vor sich gehen kann, weist der Querschnitt der Düse in der Ströniungsrichtung zwischen den unteren Rändern 10 und den ol>eren Rändern 11 der Schlitze 5 eine Erweiterung auf; diese plötzliche Querschnittserweiteruhig der Düse 4 hewirlit, daß die Flüssigkeit an den Schlitze 5 vorbeiströmt, ohne in diese einzudringen, so daß auf diese Weise eine Verminderung der Saugwirkung durch Rückstau vermieden wird. The absorption liquid flows at a velocity of at least 5 cm / s through the narrowest cross-section of the nozzle 4. This is due to the Suction in the narrowest cross section of the nozzle 4, the gas from the space 3 through the slots 5 is sucked into the nozzle 4 and reaches the relatively high flow velocity the liquid finely divided in the same. So that this suction of the gas with as possible low resistance can go on, the cross-section of the nozzle points in the direction of flow between the lower edges 10 and the older edges 11 of the slots 5 a Expand to; this sudden cross-section widening the nozzle 4 hewirlit, that the liquid flows past the slots 5 without penetrating them, so that in this way a reduction in the suction effect due to back pressure is avoided will.
Beim Austritt aus der Düse 4 gerät das aus zahlreichen kleinen, von der Flüssigkeit umgebenen Gasblasen bestehende Gemisch infolge der plötzlichen Erweiterung des Strömungsquerschnittes in starke Tur-I,ulenz, welche eine gute Durchmischung des Gases mit der Flüssigkeit gewährleistet und das Entstehen von größeren Gasblasen mit unerwünscht kleiner Gesamtoberfläche verhindert. Das ganze Gemisch strömt im Steigkanal 6 aufwärts, wobei zwar in einiger Entfernung von der Düse 4 die Turhulenz der Strömung allmählich abklingt; sofern jedoch die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Steigkanal vorteilhaft mindestens etwa 5 ems beträgt, verhindern die Schubspannungen zwischen der Flüssigkeit und dem Gas das Entstehen von größeren Gasblasen, so daß das Gas-Flüssigkeits-Gemisch im Steigkanal 6 stabil hleil)t, d. h. eine Entmischung nicht stattfindet. Dank der innigen Vermischung des Gases mit der Fliissigkeit und der verhältnismäßig großen Gesamtoberfläche der Gasblasen, auf die die Ahsorptionsflüssigkeit während längerer Zeit einwirken kann, ist es möglich, mit gutem Wirkungsgrad einen Bestandteil des Gasgemisches aus diesem abzutrennen und in die Al)sorp,ionsflüssiglieit überzuführen. Das von diesem Bestandteil befreite Gaganisch entweicht dann im obersten Teil der Einrichtung durch den Stutzen 12, während die nunmehr diesen Bestandteil enthaltende Absorptionsflü.ssiakeit durch den Stutzen 13 abfließt. When it emerges from the nozzle 4, it comes from numerous small, of the gas bubbles surrounded by the liquid as a result of the sudden expansion the flow cross-section in strong tur-I, ulence, which is a good mixing of the gas with the liquid and the formation of larger gas bubbles with an undesirably small total surface. The whole mixture flows in the Riser channel 6 upwards, although at some distance from the nozzle 4 the turhulence the current gradually subsides; provided, however, the mean flow velocity in the riser channel is advantageously at least about 5 ems, prevent the shear stresses the formation of larger gas bubbles between the liquid and the gas, so that the gas-liquid mixture in the riser 6 is stable, d. H. a segregation not taking place. Thanks to the intimate mixing of the gas with the liquid and the relatively large total surface of the gas bubbles on which the absorption liquid can act for a long time, it is possible to use one with good efficiency Separate part of the gas mixture from this and into the Al) sorp, ionliglieit convict. The Gaganisch freed from this component then escapes in the top one Part of the device through the nozzle 12, while the now this component Absorptionsflü.ssiakeit containing flowing through the connection 13.
Die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung besitzt eine Kammer 1 für die Aufnahme der durch den Stutzen 2 eintretenden, von einer nicht gezeigten Pumpe geförderten Flüssigkeit, ferner einen das Gas führenden Raum 3, welcher durchsetzt ist von zahlreichen parallel angeordneten, von der Flüssigkeit durchströmten, in der Strömungsrichtullg zunächst sich verengernden und anschließend sich erweiternden Düsen 4, im Bereich deren engsten Querschnitts das Gas durch oeffnungen 5 aus dem Raum 3 etwa senkrecht zur Slrömungsrichtung der Flüssigkeit in die Düsen eintreten kann. sowie einen gemeinsamen Steigkanal 6 für das aus den Düsen 4 austretende Gas-Flüssigkeits-Gemisch. Das Gas gelangt in den Raum 3 aus einer nicht gezeigten Ouelle durch einen Stutzen 7 und einen Ringkanal 8, welcher mit dem Raum 3 durch eine ringförmige Öffnung 9 verbunden ist. Der Strömungscluerschnitt des Steigkanals 6 ist größer als die Summe der Austrittsquerschnitte der Düsen 4. The device shown in Fig. 2 has a chamber 1 for Receipt of the entering through the nozzle 2, funded by a pump, not shown Liquid, and also a space 3 carrying the gas, which is interspersed with numerous arranged in parallel, through which the liquid flows, in the direction of flow first narrowing and then widening nozzles 4 in the area whose narrowest cross section the gas through openings 5 from the space 3 approximately perpendicular can enter the nozzles in relation to the direction of flow of the liquid. as well as a common Riser channel 6 for the gas-liquid mixture emerging from the nozzles 4. The gas enters the space 3 from a source, not shown, through a nozzle 7 and an annular channel 8 which is connected to the space 3 through an annular opening 9 is. The flow cross section of the riser channel 6 is greater than the sum of the outlet cross sections of the nozzles 4.
Nach der Berührung mit der Flüssigkeit entweicht das Gas im oberen Teil der Einrichtung durch den Stutzen 12, während die Flüssigkeit durch den Stutzen 13 abfließt.After contact with the liquid, the gas escapes in the upper one Part of the device through the nozzle 12, while the liquid through the nozzle 13 drains.
Sollte die Saugwirkung im engsten Querschnitt der Düsen nicht genügen, um das Gas in gewünschter Weise selbsttätig in die Düsen 4 einzusaugen, so kann zusätzlich noch ein Gebläse für das durch den Stutzen 7 eintretende Gas benutzt werden. Should the suction effect not be sufficient in the narrowest cross-section of the nozzles, in order to automatically suck in the gas in the desired manner into the nozzles 4, so can In addition, a fan is used for the gas entering through the nozzle 7 will.
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