DE1244725B

DE1244725B - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen, Fluessigkeiten oder Staub mit einer Grundfluessigkeit

Info

Publication number: DE1244725B
Application number: DEV25494A
Authority: DE
Inventors: Karel Haindl; Dr-Ing Jaroslav Bulicek; Dolni Mecholupy; Dipl-Ing Jiri Nekoksa
Original assignee: VYZK USTAV VODOHOSPODARSKY
Current assignee: VYZK USTAV VODOHOSPODARSKY
Priority date: 1963-03-01
Filing date: 1964-02-29
Publication date: 1967-07-20
Also published as: GB1045048A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIf

1244725
V 25494 m/12 e
29. Februar 1964
20. JuU 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten oder Staub, bzw. von deren Gemischen mit einer Grundflüssigkeit. Dies kann auch geschehen, um gelöste Gase aus der Flüssigkeit zu beseitigen.

Zum feinen und gleichmäßigen Mischen eines Mediums mit einer Grundflüssigkeit ist die Bildung einer maximalen Kontaktfläche nötig, von der z. B. die Absorption oder die Löslichkeit des Staubes bzw. des Gases in der Grundflüssigkeit abhängig ist. Neben dem Druck und der Temperatur ist der Wirkungsgrad der Absorption und der Löslichkeit hauptsächlich von der Größe dieser Kontaktfläche sowie von der Kontaktzeit und der Strömungsturbulenz abhängig. Die bekannten Verfahren ermöglichen nicht eine wirtschaftliche Ausnutzung der maximalen Kontaktfläche für die längste Zeit. Gewöhnlich geschieht das Mischen durch mechanische Mischer, durch Verspritzen, durch Aufwirbeln der Oberfläche, durch Durchblasen, durch Berieseln oder durch einen Wassersprung in einer offenen Strömung. Manche Mischvorrichtungen arbeiten mit Ansaugen durch Ejektionswirkung. Auch wird das Gas oder der Staub durch Überdruck in die Grundflüssigkeit eingeblasen.

Die bekannten Einrichtungen sind jedoch meist »5 unzuverlässig und haben einen sehr kleinen Nutzeffekt. Oft treten Defekte an den Gebläsen und Kompressoren auf, die zum Eintreiben der Gase in die Grundflüssigkeit vorgesehen sind.

Unerwünscht ist eine starke Kühlung der Tropfen der Grundflüssigkeit während des mechanischen Mischens, der Zerspritzung, Berieselung und Oberflächenaufwirbelung der Grundflüssigkeit beim Mischen mit atmosphärischer Luft. Beim Barbottieren ergibt sich oft eine Verstopfung der Düsen oder porösen Platten. Beim Mischen des Staubes mit der Grundflüssigkeit tritt gewöhnlich ein Ankleben des Staubes und ein Verstopfen der Einrichtung oder die Bildung von Staubanhäufungen mit einer kleinen aktiven Oberfläche ein. Die Kontaktzeit des Gases oder Staubes mit der Grundflüssigkeit ist so kurz, daß sich eine unvollkommene Ausnutzung ergibt.

Diese Mangel werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß das Mischen mit Hilfe des Wassersprunges erfolgt, der in einer Rohrleitung entsteht, wenn eine den Rohrquerschnitt nur teilweise füllende, überkritische Strömung in eine den Rohrquerschnitt füllende Strömung übergeht.

Die hydraulische Erscheinung des Wassersprunges in einer Rohrleitung besteht im wesentlichen aus einem länglichen Wirbel mit horizontaler Achse, hinter dem mehrere sekundäre turbulente Wirbel ent-

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von
Gasen, Flüssigkeiten oder Staub mit einer
Grundflüssigkeit

Anmelder:

Vyzkumn^ ustav vodohospodärsky, Prag

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:
Karel Haindl, Prag;
Dr.-Ing. Jaroslav Bulföek,
Dolni Mecholupy,
Dipl.-Ing. JiH Nekoksa, Prag

Beanspruchte Priorität:

Tschechoslowakei vom l.März 1963 (1185)

stehen. Hierdurch ergibt sich ein vollkommenes Durchmischen.

Vor dem Wassersprung hat die Strömung einen freien Flüssigkeitsspiegel, hinter dem Wassersprung ist der Rohrquerschnitt vollständig gefüllt. In Verbindung mit dem Wirbel des Wassersprunges wird daher ein einzumischendes Medium, das unmittelbar vor dem Wassersprung, also über dem freien Flüssigkeitsspiegel, zugeführt wird, durch den Wassersprung in die Grundflüssigkeit eingezogen. In einem solchen Fall benötigt man keine zusätzliche Einrichtung zum Einbringen des Gases, Staubes od. dgl. in die Grundflüssigkeit. Selbstverständlich kann das einzumischende Medium schon vorher in die Grundflüssigkeit eingebracht worden sein und der Wassersprung lediglich zum Durchmischen dienen.

Unter »überkritischer Strömung« wird diejenige Strömung verstanden, bei der

1/gy

ist, wobei ν — Durchflußgeschwindigkeit, g = Schwere-

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beschleunigung, y = Tiefe der Strömung = Höhe des freien Flüssigkeitsspiegels über dem Boden ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand dreier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zürn Mischen von Luft mit einer Grundflüssigkeit,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Entölen einer Flüssigkeit und

Fig. 3 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 mit intensiverer Durchgasung.

In F i g. 1 strömt die Grundflüssigkeit unter Druck durch die Rohrleitung 1, fließt durch die Düse 2 hindurch und strömt mit freier Oberfläche und überkritischer Geschwindigkeit in die Rohrleitung 3 hinein. Die Düse 2 ist verstellbar, um die Höhe der freien Oberfläche über dem Boden hinter der Düse einstellen zu können. Die Strömung mit der freien Oberfläche geht infolge des Wassersprunges in eine die Rohrleitung vollkommen ausfüllende Druckströmung über. Durch ein Rohr 4 werden Luft, Gas oder Aerosol und durch ein Rohr 5 eventuelle andere flüssige Chemikalien zugeführt. Der Wassersprung treibt das Gas oder das Aerosol in die strömende Flüssigkeit mit Druck hinein, und in turbulenten Wirbeln wird alles gleichmäßig gemischt. Der Wassersprung in der Rohrleitung 3 und seine Kapazität hinsichtlich des Einziehens der zuzumischenden Medien kann durch eine Regelung der Strömungshöhe mittels der Düse 2, durch eine Regelung des Druckes in der Rohrleitung 1 mittels eines Regelorgans 6, durch eine Regelung des Druckes in der Rohrleitung 3 mittels eines Regelorgans 7 hinter dem Wassersprung, sei es durch ein Regelorgan am Ende der Leitung 3 oder durch Regelung der Flüssigkeitsoberfläche hinter dem Ausfluß aus dem Rohr 10, eingestellt werden. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas fließt weiter durch die Rohrleitung 3; nach Überschreitung der Kontaktoder Emulsionszone haufen sich Gasblasen beim Rohrscheitel. Falls man größere Längen dieser Zone braucht, kann ein Vermischen und Vergrößern der Strömungsturbulenz durch eine zusätzliche Mischvorrichtung erfolgen. Diese kann beispielsweise durch einen Mischflügel 8, der als hydrometischer Flügel konstruiert ist und durch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit gedreht wird, oder durch schnekkenfönnige Kanäle zur Erzeugung einer Spiralströmung gebildet sein.

Um die Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit zu verlängern, ist an die Rohrleitung 3 ein vertikaler Reaktionszylinder 9 angeschlossen, in dem die Flüssigkeitsgeschwindigkeit gegen die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen wirkt. Die Durchflußgeschwindigkeit im Reaktionszylinder muß größer als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen sein. Die Gasblasen werden langsam mit dem Strom der Grundflüssigkeit in das Ablaufrohr 10 geführt. Durch die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Grundflüssigkeit kann man die Kontaktzeit zwischen dem Gas und der Grundflüssigkeit ändern und damit auch den Prozentsatz der Gasausnutzung, gegebenenfalls bestimmter Gasbestandteile, z. B. des Luftsauerstoffs. Zum Entölen schließt an die Rohrleitung 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 eine Separationskammer 11 zum Abscheiden schwimmfähiger Bestandteile mit einem Überlauf 12 für die ausflottierten Gemischbestandteile (öle, Metalle, Fasern usw.) an.

':. Zum intensiveren Belüften oder Durchgasen kann erfindungsgemäß vor dem Mischen durch den Wassersprung in die Zuleitung, wie F i g. 3 zeigt, ein senkrechter Zylinder 13 mit erweitertem Überlauf 14 eingefügt werden, wodurch ein weiteres Belüften (Vorbelüften) durch den Fall des Wassers durch den Zylinderschacht hindurch erzielt wird.

Durch Zugabe eines bestimmten Gases ins Wasser erzielt man gleichzeitig die Freigabe einiger unerwünschter Gasprodukte aus dem Wasser (Kohlendioxyd, Schwefelwasserstoff, Radon) sowie auch einen beschleunigten Verlauf der chemischen Reaktionen, so daß einige gelöste Verbindungen (des Eisens, Mangans) sich in unlösliche umwandeln, wodurch die Vorrichtung auch zum Enteisen und Entmanganen des Wassers verwendet werden kann.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung herrscht weder die Gefahr der Abkühlung der Flüssigkeit, der Verstopfung von Düsen oder von porösen Platten, noch die eines Versagens der mechanischen Vorrichtung. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung kann man z. B. bei der Oxydation des Wassers und des Schlamms, bei der Chlorierung und Ozonisierung des Wassers, bei der Freigabe des Radons aus dem Wasser, bei der biologischen Reinigung von Abwässern, bei der Dekarbonisierung und der Flotation insgesamt in den verschiedensten Vorrichtungen, besonders in der chemischen Industrie, in der Papier- und Zellulosenindustrie, in Mineralölraffinerien, in der pharmazeutischen Industrie, in der Montanindustrie und im Hüttenwesen verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten oder Staub mit einer Grundflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen mit Hilfe des Wassersprunges erfolgt, der in einer Rohrleitung entsteht, wenn eine den Rohrquerschnitt nur teilweise füllende, überkritische Strömung in eine den Rohrquerschnitt füllende Strömung übergeht.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzumischenden Medien unmittelbar vor dem Wassersprung zugeführt und durch ihn in die Grundflüssigkeit eingezogen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (1) kleineren Querschnitts, eine daran anschließende Rohrleitung (3) größeren Querschnitts und eine vorzugsweise einstellbare Düse (2) an der Übergangsstelle.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Regelorgan (6) vor der Düse (2) und ein Regelorgan (7) hinter dem Wassersprung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Wassersprung eine zusätzliche Mischvorrichtung (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rohrleitung (3) ein senkrecht stehender Reaktionszylinder (9) anschließt

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rohrleitung (3) eine Separationskammer (11) zum Ab-

scheiden schwimmfähiger Bestandteile mit einem Überlauf (12) für die abgeschiedenen Bestandteile anschließt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen senkrechten Zylinder (13), in den zur Vorbelüftung Grundflüssigkeit über einen erweiterten Überfall (14) eingeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 631458; französische Patentschrift Nr. 815 247.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen