DE1230399B

DE1230399B - Vorrichtung zum Begasen von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1230399B
Application number: DEW32758A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Weinrich
Original assignee: Dr-Ing Heinrich Weinrich
Current assignee: Dr-Ing Heinrich Weinrich
Priority date: 1962-08-07
Filing date: 1962-08-07
Publication date: 1966-12-15
Also published as: SE218543C1; BE635852A; NL296294A; DE230399C; NL139467B; FI41537B; CH406151A; AT243766B

Description

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren um eine im wesentlichen lotrechte Achse umlaufenden Strömungskörpern, die ein Unterdruckzonen erzeugendes Querschnittsprofil aufweisen und bei welchen im Bereich der Unterdruckzonen Gaszuführungen .vorgesehen sind.
. Viele verfahrenstechnische Prozesse erfordern die Mischung von Gasen mit Flüssigkeiten. Das Gas wird entweder in die Flüssigkeit eingeblasen oder die Flüssigkeitsoberfläche mittels geeigneter Einrichtungen oder Verfahren so aufgerissen, daß eine Vermischung zwischen Flüssigkeitströpfchen und Gas eintritt, Zum Einblasen des Gases ist eine relativ große Verdichtern leistung erforderlich. Im zweiten Fall ist die Gaseintragung gering. Zudem erfordert die Aufwirbelung der Flüssigkeit Energie.
Zur Verringerung des Energieaufwandes und Eintragung des Gases in fein verteilter Form sind Voriichtungen bekannt, bei denen Strömungskörper in der Flüssigkeit rotieren. Diese sind so geformt, daß sich an bestimmten Stellen Unterdrücke bilden, und gerade hier wird dann das Gas durch Bohrungen oder Schlitze nachgesaugt, wobei die Gaszufuhr in die rotierenden Strömungskörper durch die hohle Antriebswelle hindurch erfolgt.
Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art bewegen sich die Strömungskörper auf Kreis- oder Zy- linderflächen, je nachdem, ob sie auf einer Scheibe oder einem Zylinder angeordnet sind. Im ersten Fall ändert sich die Geschwindigkeit und damit der erzielbare Unterdruck mit dem Abstand von der Drehachse. Hierdurch entsteht der Nachteil, daß nicht in allen Punkten der Kreisfläche die gleiche Luftmenge zugeführt wird oder es muß, wenn man den Unterdruck auch an den inneren Radien groß genug macht, die Luftzufuhr an den äußeren Radien gedrosselt werden. Letztere Maßnahme bedeutet jedoch einen Verlust, da der vorhandene Unterdruck nicht voll zur Gaszuführung,ausgenutzt wird und andererseits auch die übergeschwindigkeit der Strömungskörper einen zusätzlichen Strömungswiderstand verursacht.
Bei den auf Zylinderflächen sich bewegenden Strömungskörpern bleiben zwar die Geschwindigkeit und damit der erzielte Unterdruck konstant, in allen zu der Flüssigkeitsoberfläche nicht gleich entfernten Punkten der Zylinderfläche wird jedoch die Gaseintragung verschieden sein, gleichgültig, ob die Drehachse horizontal oder vertikal liegt. Es besteht also zum Teil Gasüberschuß und zum Teil Gasmangel. Eine intensive Umwälzung kann zwar eine Vergleichmäßigung des Gasgehalts bewirken. Es kann jedoch nicht vermieden werden, daß der Gasüberschuß bereits wieder nach der Flüssigkeitsoberfläche hin abgeschieden wurde, ehe eine Vermischung mit lösungsfähigen Teilchen stattfand.
-Die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Strömungskörper als Erzeugende eines Drehkörpers ausgebildet und angeordnet sind, bei dem die einzelnen Punkte der Erzeugenden mit zunehmendem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche einen ebenfalls zunehmenden Ab- stand von der Drehachse aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß an allen öffnungen in den Strömungskörpern, durch welche Gas zugeführt wird, die im wesentlichen gleiche Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Strömungskörper und der Flüssigkeit herrscht. Dadurch ist nicht nur eine gleichmäßige Gasdosierung möglich, sondern es wird auch das Minimum an Energieaufwand für die Gaseintragung erzielt. Das Gas kann entweder durch den Unterdruck an den Strömungskörpern selbst angesaugt oder durch einen Zusatzdruck eingeblasen werden. Im ersteren Fall braucht überhaupt keine Verdichtungsleistung für das Gas, im zweiten Fall nur eine relativ geringe aufgewandt zu werden.
Da die zur Erzeugung eines bestimmten Unterdrucks erforderliche Geschwindigkeit der Wurzel aus der Flüssigkeitstiefe proportional ist, soll der Drehkörper vorzugsweise ein nach unten offenes Paraboloid sein. Letzteres kann dadurch angenähert werden, daß seine Mantelfläche durch eine oder mehrere Kegelflächen gebildet wird, deren Erzeugende eine oder mehrere Geraden sind. Weiterhin kann die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kugelflächen angenähert werden, deren Erzeugende ein oder mehrere Kreisbogen sind. Die Strömungskörper sollen nicht nur die Gaseintragung erleichtern bzw. ermöglichen, sondern auch für eine Umwälzung der Flüssigkeit sorgen. Zu diesem Zweck können Strömungskörper mit symmetrisch profiliertem Querschnitt einen gewissen Anstellwinkel zur Umfangsrichtung bekommen bzw. kann ihre Profilskelettlinie zusätzlich gewölbt sein.
Durch die letztbeschriebenen Maßnahmen wird vorwiegend eine Umwälzströmung parallel zur Drehachse erzeugt. Um jedoch auch einen Flüssigkeitstransport quer zur Drehachse zu bekommen, werden die Anstellwinkel der Strömungskörper zur Umfangsrichtung während jeder Umdrehung zwischen zwei Extremwerten geändert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
Ab b. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Strömungskörper im Querschnitt. Das Profil ist symmetrisch zur Skelettlinie 1. Die Stirnseite 2 ist so abgerundet, daß sich an der Stelle größter Dicke die Unterdruckspitze einstellt.
Hier befinden sich auch die Bohrungen bzw. Schlitze 3 für die Gaszufuhr. Das Gas wird durch einen hohlen Holm4 über die ganze Länge des Strömungskörpers gleichmäßig verteilt.
Gemäß A b b. 2 kann man die Profildicke unmittelbar nach Erreichen des größten Wertes auch sprunghaft verkleinern. Man erreicht dies dadurch, daß man in einem geringen Abstand vor dem mit Bohrungen oder Schlitzen 3 versehenen Holm 4 des Strömungskörpers einen Schild 5 anordnet. An dessen Kanten 6 bzw. in dem Raum zwischen diesen und dem Hohn 4 herrscht der größte Unterdruck gegenüber dem Druck in der ruhenden Flüssigkeit, so daß an dieser Stelle das Gas zugeführt wird.
Ab b. 3 zeigt einen Strömungskörper im Querschnitt mit einer gewölbten Profilskelettlinie 1 und mit einem Anstellwinkel zur Umfangsrichtung.
In A b b. 4 ist die Gesamtanordnung mehrerer Strömungskörper auf einer gemeinsamen, rotierenden, vertikalen Welle im Aufriß und in A b b. 5 im Grundriß dargestellt. Ein Becken 7 oder ein Kanal ist mit der zu begasenden Flüssigkeit gefüllt. An den Trägern 8 ist eine Lagerung 9 der Antriebswelle 10 befestigt, die durch einen Getriebemotor 11 angetrieben wird. Mit der Welle sind Traversen oder eine Scheibe 12 gekuppelt, welche die Strömungskörper 13 tragen. Zur Versteifung können deren untere Enden an einem Ring 14 befestigt sein.
Die theoretische Mittellinie eines jeden Strömungskörpers - unter der Voraussetzung, daß in jedem Punkt der Mantelfläche des durch die rotierende n Strömungskörper 13 erzeugten Drehkörpers der erzielte Unterdruck gleich der über dem betrachteten Punkt stehenden Flüssigkeitssäule ist - würde eine in der Wasseroberfläche beginnende, nach unten offene Parabel 15 sein. Um eine gewisse Druckdifferenz für die Gaszufuhr zu bekommen, wird man die Strömungskörper 13 auch in der Wasseroberfläche bereits mit einer bestimmten Geschwindigkeit betreiben. Es findet also eine Verschiebung des Parabelanfanges nach oben statt. Da unter diesen Umständen der in die Flüssigkeit eintauchende Teil der Strömungskörper 13 nicht mehr so stark gekrümmt ist, kann man die Mittellinie durch eine oder mehrere Geraden bzw. Kreisbogen ersetzen. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Parabelexponent 2,0 beträgt. Man wird ihn den Eigenschaften des gewählten Profils sowie dem Einfluß -der mit der Flüssigkeitstiefe sich ändernden Vorrotation anpassen.
Der Zweck der Erfindung, nämlich die Erzeugung einer gleichmäßigen, von der Eintauchtiefe unabhängigen Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Strömungskörper 13 - wobei sich innen Gas befindet - und der umgebenden Flüssigkeit wird mit symmetrischen Profilen nach den Ab b. 1 und 2, deren Skelettlinie 1 in Umfangsrichtung liegt, erreicht. Wenn* man der Profilskelettlinie 1 einen Anstellwinkel gegen die Umfangsrichtung gibt (Ab b. 3) bzw. sie zusätzlich wölbt, so wird hierdurch eine Strömungskomponente senkrecht zur Umfangsrichtung, d. h. parallel zur Drehachse, erzeugt. Es entsteht also eine intensive Umwälzströmung, die für die Durchmischung der Flüssigkeit und zur Steigerung der Gasausnutzung von großer Bedeutung ist.
In Ab b. 6 ist eine beispielsweise Ausführung gezeigt, bei der zwei Reihen von Strömungskörpern 16 und 17 konzentrisch zueinander angeordnet sind-. Beide drehen sich unabhängig voneinander und zwar die innere Reihe 16 mit einer höheren Drehzahl als die äußere 17. Zur Aufhebung des durch die eine Reihe erzeugten Dralles, kann sich die andere gegenläufig drehen. Dadurch wird die Relativgeschwindigkeit zwischen Strömungskörper und Flüssigkeit vergrößert und damit auch die eingetragene Gasmenge#.
Eine Anordnung zur Erzeugung einer Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zur Drehachse der Strömungskörper zeigen die Ab b. 7 im Aufriß und A b b. 8 im Grundriß. Die Mittellinie der Strömungskörper 18 ist hierbei vorzugsweise eine Gerade. Die Strömungskörper sind um ihre Mittellinie drehbar. Die Drehbewegung wird in bekannter Weise mittels einer Kurbel 19 erzeugt. Der Kurbelzapfen 20 greift unter Zwischenschaltung einer Rolle 21 in eine kreisrunde Führungsnut 22 ein, deren Mittelpunkt exzen# trisch zur Drehachse der Strömungskörper eingestellt und die auch axial verschoben werden kann. Die Exzentrizität e (F i g. 8) kann in jeder beliebigen Richtung eingestellt werden. Daraus resultiert eine Änderung der Anstellwinkel über dem Umfang und eine in Richtung der Exzentrizität e verlaufende Querströmung, wie A b b. 8 zeigt. Durch die axiale Verschiebung der Führungsnut 22 kann die Größe der Extremwerte der Anstellwinkel geändert werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren um eine im wesentlichen lotrechte Achse umlaufenden Strömungskörpern, die ein Unterdruckzonen erzeugendes Querschnittsprofil aufweisen, und bei welchen im. Be7 reich der Unterdruckzonen Gaszuführungeli vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper (13) als Erzeuegende eines Drehkörpers ausgebildet und angeordnet sind, bei dem die einzelnen Punkte der Erzeugenden mit zunehmendem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche einen ebenfalls zunehmenden Abstand von der Drehachse aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper ein nach unten offenes Paraboloid (15) ist. - 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2" dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kegel' flächen angenähert ist, deren Erzeugende eine oder mehrere Geraden sind. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kugelflächen angenähert ist, deren Erzeugende ein oder mehrere Kreisbogen sind. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von symmetrisch profilierten Strömungskörpern (13) diese in bekannter Weise einen Anstellwinkel zur Umlaufrichtung haben. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilskelettlinie (1) der Strömungskörper (13) gewölbt ist (A b b. 3). 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profildicke der Strömungskörper sich an der dicksten Stelle (Ab b. 2) sprunghaft verkleinert (in Strömungsrichtung gesehen) und unmittelbar in der Sprungstelle sich Schlitze für die Gaszufuhr befinden. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Strömungskörpern (16, 17) konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die innere Reihe (16) einen kleineren Durchmesser hat als die äußere (17) und mit höherer Drehzahl gleich- oder gegensinnig umläuft. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit der Strömungskörper in bekannter Weise während des Betriebes oder im Stillstand veränderbar ist. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Strömungskörper zur Umfangsrichtung während des Betriebes oder im Stillstand veränderbar ist. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel jedes einzelnen Strömungskörpers (18) zur Umfangsrichtung während jeder Umdrehung zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist, wobei die Extremwerte in ihrer Größe und peripheren Lage durch die Größe und Richtung der Exzentrizität (e) eines Nutringes (22) zur Antriebswelle (10) ebenfalls veränderbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1071024, 1083 771; österreichische Patentschriften Nr. 198 734, 211284.