DE3340096A1

DE3340096A1 - Verfahren zum versetzen einer fluessigkeit mit von ihr absorbierbaren gasen und vorrichtung hierfuer

Info

Publication number: DE3340096A1
Application number: DE19833340096
Authority: DE
Inventors: Timm Dipl.-Ing. 8000 München Lessel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-05
Filing date: 1983-11-05
Publication date: 1985-05-23
Also published as: DE3340096C2

Description

Beschreibung
Verfahren zum Versetzen einer Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen und Vorrichtung hierfür Auf vielen Gebieten der Technik ist es bekannt, Flüssigkeiten mit Gasen zu versetzen, die von ihnen absorbiert werden wie z.B. Abwässer oder Wasser mit Sauerstoff können.# DieseGase sind meist relativ kostspielig, und deshalb ist man bestrebt, sie mit möglichst geringen Verlusten an Gas-substanz zur Absorption zu bringen. Meist geschieht dies im Gegenstrom-Kaskadenverfahren, bei dem die Flüssigkeit nacheinander mehrere Kammern durchläuft und das Gas, beginnend in der letzten Kammer unten, eingeblasen wird; Das durch die Flüssigkeitsschicht der Kammer hindurchtretende Gasvolumen wird durch Pumpen wieder auf Überdruck gebracht und sodann in die nächste Kammer unten eingeblasen und so fort. Dieses Vorgehen setzt eine gasdichte Umschließung jeder Kammer voraus und vor allem ein erhebliche Unkosten verursachendes mehrfaches Verdichten des Gases auf Überdruck. Die Anlage-kosten sind - sumal bei korrosiv angreifenden Gasen in Erstellung und Wartung relativ hoch, die Anlage selbst relativ störanfällig und im Betrieb recht teuer, Vor allem aber ist mit dieser Technik eine Absorption der gesamten eingebrachten Gasmenge nicht zu erzielen wegen der begrenzten Aufenthaltszeit der Gasblasen in der Flüssigkeit beim Durchlaufen der Kammern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen zu versetzen bei praktisch verlastloser Absorption dieser Gase, und hierbei auch gasdichte Behandlungskammern und ein mehrfaches Verdichten der durch die Flüssigkeit hindurchgetretenen Gasmengen auf Ub#erdruck zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 und durch einen Mantel für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 7 bis 10. Dadurch, daß das zu absorbierende Gas nur einmal in einen Flüssigkeitsstrom geblasen werden muß, der nach unten gerichtet ist, und in diesem praktisch restlos absorbiert wird, ohne den Flüssigkeitsstrom jemals zu verlassen, sind weder gasdichte Umschließungen noch Einrichtungen zum mehrfachen Verdichten der Gase erforderlich. Die Abschnittsbereiche der nach unten gerichteten Flüssigkeitsströmung - ein oberer Bereich mit größerer und ein unterer Bereich mit kleinerer Fließgeschwin digkeit als die jeweilige Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen und dazwischen ein sich selbst einstellender Bereich, in dem Fließ- und Aufstiegsgeschwindigkeit, entgegengesetzt gerichtet, gleich groß sind - halten die Gasblasen zwangsläufig in dem letztgenannten Bereich, der Schwebeblasenzone, so lange, bis das Gas restlos absorbiert ist.
Die Abschnittsbereiche mit geringerer Fließgeschwindigkeit können, gemäß Anspruch 2, durch Vergrößerung des Fließquer schnittes geschaffen werden oder, gemäß Anspruch 3, durch seitliches Abzweigen von Teilströmen; dieses letztgenannte Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn ohnehin Teilmengen der Flüssigkeit mit unterschiedlich großer aufgenommener Gasmenge benötigt werden. Beide Verfahrensschritte können auch gleichzeitig nebeneinander Verwendung finden.
Das Einbringen der Gase in die Flüssigkeitsströmung kann an einer beliebigen Stelle des Strömungsabschnittes geschehen, denn die Gasblasen werden sich immer bis an die Schwebeblasenzone heranarbeiten, an der die Fließgeschw2digkeit der Flüssigkeit und Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen entgegengesetzt gleich sind. Mit Vorteil können aber die Gaseentweder im Bereich der größten (gemäß Anspruch 4) oder der kleinsten (gemäß Anspruch 5) Fließgeschwindigkeit eingebracht werden; im ersten Fall des Nitstromprinzips kommt die Flüssigkeit bei relativ kleinem Querschnitt mit der größten Gasmenge - bei dem geringsten erforderlichen Überdruck -in Kontakt, was am wenigsten energieaufwendig und bei vielen Prozessen vorteilhaft ist, Im zweiten Fall des Gegenstromprinzips kommt die Flüssigkeitsströmung im oberen Abschnittsbereich zunächst nur mit den inzwischen kleiner gewordenen Gasblasen in Kontakt und erst im unteren Abschnittsbereich mit der größten Gasmenge in Berührung, welche Behandlungsweise bei vielen Flüssigkeiten und Gasen vorteilhafter sein kann.
Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens ist gemäß Anspruch 6 das Versetzen von Wasser, Abwasser oder Klärschlamm mit Sauerstoff; da es sich hierbei meist laufend um größere Mengen an Flüssigkeit und demnach auch an Gas handelt, und da Sauerstoff zu kostenaufwendigen Gasen gehört, ist hier der Vorteil der Verlustfreiheit bei dem Gas besonders groß, Bei dem Mantel für die seitliche Begrenzung der Flüssigkeitsströmung zur Durchführung des Verfahrens ist dessen Innen#uerschnitt, gemäß Anspruch 7, im Absohnittsbereich der sich verringernden Fließgeschwindigkeit - in Strömungsrichtung gesehen - kontinuierlich erweitert. Gemäß Anspruch 8 kann dieser kontinuierlich sich erweiternde Abschnittsbereich durch eine oder mehrere Beruhigungszonen mit gleichbleibendem Innenquerschnitt unterbrochen sein, was insbesondere bei Flüssigkeiten mit nicht konstanter Viskosität von Vorteil sein kann.
Gemäß Anspruch 9 kann die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Abschnittsbereichen des Mantels steuerbar oder regelbar sein durch in der Strömungsachse angeordnete Verdrängerkörper in einem oder mehreren Bereichen, die entweder einzeln oder zusammen in der Höhe verstellbar angeordnet sind; auf diese Weise kann die Absorptionsdauer beeinflußt werden, die bei höherer Fließgeschwindigkeit geringer wird. Innerhalb des kontinuierlich sich erweiternden Abschnittsbereiches des Mantels stellt sich die Schwebeblasenzone, also die Zone derselben Fließ- und Auftriebsgeschwindigkeit, bei gesteigerter Eintrittsgeschwindigkeit tiefer und bei geringerer höher ein, wodurch gleichfalls eine kürzere oder längere Absorptionsdauer erzielt werden kann.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf die Einbringung von Sauerstoff in Abwasser oder Klärschlamm Anwendung findet, kann gemäß Anspruch 10 der Mantel durch Schachtteile einer Bestrahlungsanlage mit Gammastrahlen gebildet sein, die ohnehin schon für den Bestrahlungsprozeß benötigt werden.
Die Erfindung wird in der Zeichnurgnäher erläutert. Es zeigen: Fig.1 zeigt den Querschnitt durch den Mantel eines I~angs-oder Rundbehälters mit einem Zulauf 1 und einem Ablauf 2 für die Flüssigkeit. Beide Hälften der Fig,1 zeigen eine unterschiedliche Stelle der Gas einleitung.
Wie in der linken Hälfte gezeigt, können die Gase im Mitstromprinzip über eine Gaseinleitungsvorrichtung 4 an der Stelle mit der höchsten Fließgeschwindigkeit eingeleitet werden, während gemäß der rechten Figurenhälfte beim Gegenstromprinzip das Gas durch die Vorrichtung 3 im Bereich der geringsten Fließgeschwindigkeit eingebracht wird. Im Bereich des engsten Innenquerschnitts des Mantels stellt sich eine maximale Fließgeschwindigkeit Vfl 1 unteren Bereich eine minimale Fließgeschwindigkeit Vfl3. Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen in der Flüssigkeit ist Vg c Die Geschwindigkeit Vr1 der über die Vorrichtung 4 eingetragenen Gasblasen in der Flüssigkeitsströmung Vfl ist so lange nach unten gerichtet, wie die Fließgeschwindigkeit Vfl größer ist als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen Vg in der Flüssigkeit.
Entsprechend ist bei einer Gaseinleitung bei 3 (rechte Figurenhälfte) die Bewegung der Gasblasen so lange nach oben gerichtet, wie die Plussigkeitsströmung Vfl eine kleinere Geschwindigkeit aufweist als die Aufstiegsgeschwindigkeit Vg der Gasblasen.
g In einem mittleren Bereich, der erfindungsgemäß eine Gasblasen-Schwebezone darstellt, sind die Geschwindigkeiten der #~ Flüssigkeit Vfl2 und der aufsteigenden Gasblasen,entgegengesetzt gerichtet, gleich groß. Damit ist die Bedingung zur Erzielung der Gasblasen-Schwebezone Vfi vfi, = Vg > Vfl3 Damit wird ein Aufsteigen der Gasblasen bis zur Flüssigkeitsoberfläche - und damit ein Gasverlust -unterbunden; alle Gasblasen verbleiben bis zur restlosen Absorption in der nach unten gerichteten Flüssig-Die Die kontinuierliche Querschnittserweiterung keitsstromung. kanndurch Gerade oder Kurven gegeben sein.
Fig.2 zeigt den Querschnitt durch einen Mantel eines Behälters bei dem gemäß Anspruch 3 die Verminderung der Fließgeschwindigkeit Vfl1, Vfl2, Vfl3 durch Ableitungen 5 für Teilströme 2 2 23 erreicht wird.
Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel, bei dem gemäß Anspruch 9 die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung in den einzelnen Abschnittsbereichen durch Verdrängerkörper B1, B2 steuerbar oder regelbar ist durch Höhenverstellwege S1, s2.
Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel gemäß Anspruch 8, bei dem der sich kontinuierlich erweiternde Innenquerschnittsbereich durch eine Beruhigungszone 6 mit gleichbleibendem Innenquerschnitt unterbrochen ist.
Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel gemäß Anspruch 10, bei dem die erfindungsgemäße Schwebeblasenzone durch Ausgestaltung des Schachtoberteiles 7 einer Anlage zur Gammabestrahlung von Flüssigkeiten wie Wasser Abwasser oder Klärschlamm im Zusammenwirken mit an dem Schachtdeckel 8 befestigten Vorrichtungen 9 zur Gas einleitung erzielt wird.
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Claims

Betr.: ~Verfahren ,eriZner üsigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen und Vorrichtung hierfi#r" Patentansprüche 1. Verfahren zum Versetzen einer Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in einem Abschnitt mit nach unten gerichteter Flüssigkeitsströmung eingebracht werden, deren Fließgeschwindigkeit im oberen Bereich des Abschnittes größer und im unteren Abschnittsbereich kleiner ist als die jeweilige Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen in der Flüssigkeitsströmung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnittsbereiche geringerer Fließgeschwindigkeiten durch Vergrößerung des Fließquerschnittes geschaffen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnittsbereiche geringerer Fließgeschwindigkeiten durch Abzweigen von Teilströmen geschaffen werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase innerhalb des Abschnittes im Bereich der größten Fließgeschwindigkeit eingebracht werden.
5, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase innerhalb des Abschnittes im Bereich der kleinsten Fließgeschwindigkeit eingebracht werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser, Abwasser oder Klärschlamm und das Gas Sauerstoff ist.
7. Mantel für die seitliche Begrenzung der Flüssigkeitsströmung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Innenquerschnitt sich im Abschnittsbereich der sich verringernden Bließgeschwindigkeit/-1 - in Strömungsrichtung gesehen - kontinuierlich erweitert (Fig.1). /-1 (Vfl2, Vfl3 )
8. Mantel nach Ansprich 7, dadurch gekennzeichnet, daß sein sich kontinuierlich erweiternder Innenquerschnittsbereich durch eine oder mehrere Beruhigungszonen mit gleichbleibendem Innenquerschnitt (6) unterbrochen ist (Fig.4).
9, Mantel nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Abschnittsbereichen des Mantels steuerbar oder regelbar ist durch in der #B1,B ) Strömungsachse angeordnete Verdrängerkorper in einem oder mehreren Bereichen, die entweder einzeln oder gemeinsam in der Höhe verstellbar angeordnet sind (Fig.3).
10. Mantel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Schachtteile (7,8,9) einer Bestrahlungsanlage mit Gammastrahlen für Wasser, Abwasser oder Elärschlamm gebildet ist (Fig.5).