DE3340096C2

DE3340096C2 -

Info

Publication number: DE3340096C2
Application number: DE3340096A
Authority: DE
Inventors: Timm Dr.-Ing. 8000 Muenchen De Lessel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-05
Filing date: 1983-11-05
Publication date: 1988-03-10
Also published as: DE3340096A1

Description

Auf vielen Gebieten der Technik ist es bekannt, Flüssig keiten mit Gasen zu versetzen, die von ihnen absorbiert werden können. Diese Gase sind meist relativ kostspielig, und deshalb ist man bestrebt, sie mit möglichst geringen Verlusten an Gassubstanz zur Absorption zu bringen.In many areas of technology it is known to be liquid with gas that is absorbed by them can be. These gases are usually relatively expensive, and therefore one tries to use them with the lowest possible Bring losses of gas substance to absorption.

Durch die DE-OS 27 00 754 ist ein zyklisches Taktverfah ren zum Lösen von Gas in einer Flüssigkeit bekanntgewor den, bei dem Takte mit und ohne Gaszufuhr miteinander ab wechseln. Die durch ein im wesentlichen vertikales rohr artiges Bauteil abwärts strömende Flüssigkeit wird strom auf dieses Bauteil taktweise mit Gas versetzt oder ohne Gaszufuhr gelassen. Während des Durchströmens des Bautei les, das einen nach unten divergierenden Durchmesser ha ben kann, sollen die Gasblasen nach oben hin aufschwimmen, das obere Flüssigkeitsniveau im Bauteil durchbrechen und sich in einem darüber angeordneten, abgeschlossenen Gas raum sammeln und dadurch allmählich den Flüssigkeitsspiegel abwärts drücken bis zu einem vorbestimmten niedrigeren Ni veau (Ende des ersten Taktes). Sodann wird durch Niveau fühler die Gaszufuhr völlig abgestellt, wonach die durch den Gasraum fließende Flüssigkeitsströmung langsam Gas aus dem Gasraum absorbiert und der Flüssigkeitsspiegel im Bau teil entsprechend ansteigt bis zu einem vorbestimmten hö heren Niveau (Ende des zweiten Taktes). Nun wird die Gaszu fuhr wieder angestellt und der erste Takt wiederholt sich und so fort. Nach bestimmten Zeitabständen ist die Entlüf tung des gesamten Gasinhaltes des Gasraumes nach außen hin erforderlich, da dieses Gas verunreinigt und u. U. explosibel geworden ist (z. B. bei Sauerstoff als Gas); hierdurch ent steht ein Gasverlust, der bei hochwertigen Gasen die Renta bilität des Verfahrens beeinträchtigt. Durch das An- und Ab stellen der Gaszufuhr bei den beiden Arbeitstakten ergibt sich zwingend eine unterschiedliche Gasaufnahme der Flüs sigkeit je nach Takt, was ein ungleichförmiges Ergebnis in der ablaufenden Flüssigkeit bewirkt, wie es bei den meisten Anwendungsfällen nicht tragbar ist.DE-OS 27 00 754 is a cyclical cycle ren for dissolving gas in a liquid the, in which the cycles with and without gas supply from each other switch. The through a substantially vertical tube liquid flowing downward becomes current periodically mixed with or without gas on this component Gas supply left. While flowing through the component les, which has a downward diverging diameter ha the gas bubbles should float upwards, break through the upper liquid level in the component and in a sealed gas above it Collect space and thereby gradually the liquid level push down to a predetermined lower Ni veau (end of the first bar). Then through level sensor completely shut off the gas supply, after which the through liquid flow slowly flowing out of the gas space absorbed the gas space and the liquid level under construction part rises accordingly up to a predetermined height higher level (end of the second bar). Now the gas becomes drove again and the first bar repeats itself and so on. After certain intervals, the venting tion of the entire gas content of the gas space to the outside required because this gas contaminates and u. May be explosive has become (e.g. with oxygen as a gas); thereby ent there is a gas loss, which with high-quality gases is the Renta biliability of the procedure. By coming and going the gas supply results in the two work cycles different gas uptake of the rivers is imperative depending on the clock, which results in a non-uniform result of the draining liquid, like most Use cases is not portable.

Bei der durch die DE-AS 16 67 231 bekanntgewordenen Vor richtung zur Durchführung eines Stoffaustausches zwischen einer Gasphase und einer oder mehreren Flüssigkeitsphasen wird ein aufrecht stehender Behälter, dessen unterer oder mittlerer Teil als sich nach unten erweiternder Konus ausge bildet ist, mit Flüssigkeit(en) gefüllt, in die von oben her Gas eingeleitet wird. Eine oder zwei Umwälzpumpenleitungensaugen am unteren Ende des Behälters Flüssigkeit und kleine Gasblasen ab und geben beides, nach Hinzufügen frischen Gases, in die obere Behälteröffnung wieder ein, während im Behälter große Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche und in den darüber befindlichen Gasraum aufsteigen und dieses Gas von dort aus als Verlust durch einen Ablaß abgelassen wird. Die dort vorliegende Aufgabe, je nach der chemischen Beschaffen heit der beteiligten Phasen unterschiedliche, den jeweiligen Verhältnissen angepaßte Kontaktzeiten der Phasen mitein ander zur Verfügung zu stellen, wird durch Regulieren der Umwälz- bzw. Fließgeschwindigkeiten gelöst.In the case known from DE-AS 16 67 231 direction to carry out a material exchange between a gas phase and one or more liquid phases becomes an upright container, the lower or middle part designed as a cone that widens downwards forms, is filled with liquid (s), from above Gas is introduced. One or two circulation pump lines at the bottom of the tank suck liquid and small Gas bubbles and give both, after adding fresh gas, into the top container opening again while in the container large gas bubbles on the liquid surface and in the rise above the gas space and this gas from drained out there as a loss through an indulgence. The task there, depending on the chemical procurement of the phases involved different, the respective Contact times of the phases adapted to the conditions To make others available is by regulating the Circulation or flow speeds solved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen zu versetzen bei praktisch verlustloser Absorption dieser Gase und bei einem gleich förmigen Gehalt der ablaufenden Flüssigkeit an absorbiertem Gas.The invention has for its object a liquid with gases that can be absorbed by it at practical lossless absorption of these gases and at the same shaped content of absorbed gas in the flowing liquid.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 und durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3. Dadurch, daß das zu absorbierende Gas innerhalb des Abschnittes in die nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung eingebracht und in dieser praktisch rest los absorbiert wird, ohne die Flüssigkeitsströmung jemals zu verlassen, treten keine Gasverluste auf, und der Gehalt der ablaufenden Flüssigkeit an absorbiertem Gas bleibt gleichförmig; es sind auch keine gasdichten Umschließungen des Abschnittes erforderlich. Die Abschnittsbereiche der nach unten gerichteten Flüssigkeits strömung - ein oberer Bereich mit größerer und ein unterer Bereich mit kleinerer Fließgeschwindigkeit als die jeweilige Aufstiegsgeschwindigkeit aller Gasblasen, und dazwischen ein sich dadurch selbst einstellender Bereich, in dem Fließ- und Gasaufstiegsgeschwindigkeit entgegengesetzt gerichtet und je weils gleich groß sind - halten alle Gasblasen als Schwebe blasen zwangsläufig im letztgenannten Bereich, der Schwebe blasenzone, so lange, bis das Gas restlos absorbiert ist.This object is achieved by a method according to claims 1 or 2 and by a device for performing the A method according to claim 3. In that the to be absorbed Gas within the section in the downward direction Liquid flow introduced and practically rest in this going to be absorbed without the fluid flow ever to leave, there is no gas loss, and the content the drained liquid of absorbed gas remains uniform; they are too no gas-tight enclosures of the section required. The section areas of the liquid directed downward flow - an upper area with a larger one and a lower one Area with a lower flow velocity than the respective one Ascent rate of all gas bubbles, and in between self-adjusting area in which flow and Gas ascent rate directed opposite and each because they are the same size - all gas bubbles are suspended blow inevitably in the latter area, the limbo bubble zone until the gas is completely absorbed.

Die Abschnittsbereiche mit geringerer Fließgeschwindigkeit können, gemäß Fig. 1, durch Vergrößerung des Fließquerschnit tes nach unten hin geschaffen werden, oder gemäß Anspruch 2 und Fig. 2, durch seitliches Abzweigen von Teilströmen; die ses letztgenannte Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn ohnehin Teilmengen der Flüssigkeit mit unterschiedlich großer, aber gleichbleibender aufgenommener Gasmenge benötigt werden. Beide Verfahren können auch gleichzeitig nebenein ander Verwendung finden.The section areas with a lower flow rate can, according to FIG. 1, be created by enlarging the flow cross section downwards, or according to claim 2 and FIG. 2, by branching off partial streams laterally; This last-mentioned method is particularly advantageous when partial quantities of the liquid with a different, but constant, quantity of gas taken up are required anyway. Both methods can also be used side by side.

Das Einbringen der Gase in die Flüssigkeitsströmung kann an einer beliebigen Stelle des Strömungsabschnittes gesche hen, denn die Gasblasen werden sich alle immer bis an die Schwebeblasenzone heranarbeiten, in der die Fließgeschwindig keit der Flüssigkeit und die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen entgegengerichtet und jeweils gleich sind. Mit Vorteil können aber die Gase entweder im Bereich der größ ten (gemäß Fig. 1, linke Seite) oder der kleinsten (gemäß Fig. 1, rechte Seite) Fließgeschwindigkeit eingebracht wer den; im ersten Fall des Mitstromprinzips kommt die Flüssig keit bei relativ kleinem Querschnitt mit der größten Gas menge - bei dem geringsten erforderlichen Überdruck - in Kontakt, was am wenigsten energieaufwendig und bei vie len Prozessen vorteilhaft ist. Im zweiten Fall des Gegen stromprinzips kommt die Flüssigkeitsströmung im oberen Ab schnittsbereich zunächst nur mit den inzwischen kleiner ge wordenen Gasblasen in Kontakt und erst im unteren Abschnitts bereich mit der größten Gasmenge in Berührung, welche Be handlungsweise bei manchen Flüssigkeiten und Gasen vorteil hafter sein kann.The introduction of the gases into the liquid flow can happen at any point of the flow section, because the gas bubbles will always work their way up to the floating bubble zone, in which the flow velocity of the liquid and the rate of ascent of the gas bubbles are opposite and are the same in each case. However, the gases can advantageously be introduced either in the region of the largest (according to FIG. 1, left side) or the smallest (according to FIG. 1, right side) flow rate; In the first case of the co-current principle, the liquid comes into contact with a relatively small cross-section with the largest amount of gas - with the lowest required overpressure - which is the least energy-consuming and advantageous for many processes. In the second case of the countercurrent principle, the liquid flow in the upper section only comes into contact with the gas bubbles that have become smaller in the meantime and only in the lower section with the largest amount of gas, which treatment can be more advantageous for some liquids and gases.

Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens ist das Versetzen von Wasser, Abwasser oder Klärschlamm mit Sau erstoff; da es hierbei sich meist laufend um größere Mengen an Flüssigkeit und demnach auch an Gas handelt, und da Sau erstoff zu den kostenaufwendigen Gasen gehört, ist hier der erfindungsgemäße Vorteil der Verlustfreiheit beim Gas beson ders groß.An advantageous application of the method is adding sow to water, sewage or sewage sludge erstoff; since these are usually larger quantities liquid and therefore also gas, and there sow one of the costly gases is here The inventive advantage of lossless gas it's big.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann der Innenquerschnitt des Behältermantels zur seitlichen Be grenzung der Flüssigkeitsströmung, gemäß Fig. 1 und 3, im Abschnittsbereich der sich verringernden Fließgeschwindigkeit - in Strömungsrichtung gesehen - kontinuierlich erweitert sein; dieser Abschnittsbereich kann aber auch mit einer oder mehreren Beruhigungszonen mit gleichbleibendem Innenquer schnitt versehen sein, was insbesondere bei Flüssigkeiten mit nicht konstanter Viskosität von Vorteil sein kann (Fig. 4).In the device for carrying out the method, the inner cross section of the container jacket for the lateral limitation of the liquid flow, as shown in FIGS . 1 and 3, in the section region of the decreasing flow rate - as seen in the direction of flow - can be continuously expanded; however, this section area can also be provided with one or more calming zones with a constant internal cross section, which can be advantageous in particular for liquids with a non-constant viscosity ( FIG. 4).

Gemäß Anspruch 3 kann die Fließgeschwindigkeit in den ein zelnen Abschnittsbereichen des Behältermantels steuerbar oder regelbar sein durch in der Strömungsachse angeordnete Verdrängerkörper in einem oder mehreren Bereichen, die ent weder einzeln oder gemeinsam in der Höhe verstellbar ange ordnet sind; auf diese Weise können auch bei veränderter Flüssigkeitsviskosität oder Gasauftriebskraft in den Gas austritt aus dem obersten und untersten Abschnittsbereich sperrenden Fließgeschwindigkeiten nachgestellt werden (Fig. 3).According to claim 3, the flow rate in the individual section areas of the container shell can be controlled or regulated by displacers arranged in the flow axis in one or more areas which are arranged either individually or jointly in height adjustable; In this way, even with changed liquid viscosity or gas buoyancy in the gas escaping from the top and bottom section area blocking flow rates can be adjusted ( Fig. 3).

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf die Einbringung von Sauerstoff in Abwasser oder Klärschlamm Anwendung findet, kann die Vorrichtung durch Schachtteile einer Bestrahlungs anlage mit Gammastrahlen gebildet sein, die ohnehin schon für den Bestrahlungsprozeß benötigt werden (Fig. 5). If the method according to the invention applies to the introduction of oxygen into wastewater or sewage sludge, the device can be formed by shaft parts of an irradiation system with gamma rays, which are already required for the irradiation process ( FIG. 5).

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail in the drawing.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung, hier eines Behältermantels eines Längs- oder Rundbehälters, mit einem Zulauf 1 und einem Ablauf 2 für die Flüs sigkeit. Beide Hälften der Zeichnung zeigen eine un terschiedliche Stelle der Gaseinleitung. Wie in der linken Hälfte gezeigt, können die Gase im Mitstrom prinzip über eine Gaseinleitungsvorrichtung 4 an der Stelle mit der höchsten Fließgeschwindigkeit einge leitet werden, während gemäß der rechten Figurenhälfte beim Gegenstromprinzip das Gas durch die Vorrichtung 3 im Bereich der geringsten Fließgeschwindigkeit einge bracht wird. Im Bereich des engsten Innenquerschnitts des Behältermantels stellt sich eine maximale Fließge schwindigkeit V _fl ₁ ein, im unteren Bereich eine minimale Fließgeschwindigkeit V _fl ₃. Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen in der Flüssigkeitsströmung ist V _g. Die Geschwindigkeit V _r ₁ der über die Vorrichtung 4 einge tragenen Gasblasen in der Flüssigkeitsströmung V _fl ist so lange nach unten gerichtet, wie die Fließgeschwin digkeit V _fl größer ist als die Aufstiegsgeschwindig keit der jeweiligen Gasblasen V _g in der Flüssigkeit. Entsprechend ist bei einer Gaseinleitung bei 3 (rechte Figurenhälfte) die Bewegung der Gasblasen mit der Ge schwindigkeit V _r ₃ so lange nach oben gerichtet, wie die Flüssigkeitsströmung V _fl mit V _lf ₃ eine kleinere Ge schwindigkeit aufweist als die Aufstiegsgeschwindigkeit V _g der Gasblasen. In einem mittleren Bereich, der Gas schwebeblasenzone, sind die Geschwindigkeiten der Flüs sigkeit V _fl ₂ und aller aufsteigenden Gasblasen V _g, entgegengesetzt gerichtet, jeweils gleich groß. Damit ist die Bedingung zur Erzielung der Schwebeblasenzone
V _fl ₁ < V _fl ₂ = -V _g < V _fl ₃. Fig. 1 shows a cross section through the device, here a container shell of a longitudinal or round container, with an inlet 1 and an outlet 2 for the liquid. Both halves of the drawing show a different location of the gas inlet. As shown in the left half, the gases in the co-flow can in principle be introduced via a gas introduction device 4 at the point with the highest flow rate, while according to the right half of the figure, the gas is introduced by the device 3 in the area of the lowest flow rate in the counterflow principle. A maximum flow velocity V _fl ₁ is established in the area of the narrowest inner cross section of the container jacket, and a minimum flow velocity V _fl _{3 is set} in the lower area. The rate of ascent of the gas bubbles in the liquid flow is V _g . The speed V _r _{1 of} the gas bubbles carried in the device 4 in the liquid flow V _fl is directed downward as long as the flow speed V _{fl is} greater than the rate of rise of the respective gas bubbles V _g in the liquid. Accordingly, at a gas inlet at 3 (right half of the figure), the movement of the gas bubbles with the speed V _r ₃ is directed upwards as long as the liquid flow V _fl with V _lf _{3 has} a lower speed than the ascent rate V _{g of} the gas bubbles. In a central area, the gas floating zone, the velocities of the liquid V _fl ₂ and of all the rising gas bubbles V _g , in opposite directions, are each of the same size. This is the prerequisite for achieving the floating bubble zone
V _fl ₁ < V _fl ₂ = - V _g < V _fl ₃ .

Dadurch wird ein Aufsteigen von Gasblasen bis zur Flüs sigkeitsoberfläche - und damit ein Gasverlust - unterbunden; alle Gasblasen verbleiben bis zur restlosen Absorption in der nach unten gerichteten Flüssigkeits strömung der Schwebeblasenzone. Die kontinuierliche Querschnittserweiterung nach unten hin kann durch Ge rade oder Kurven gegeben sein.This will cause gas bubbles to rise to the river liquid surface - and thus a gas loss - prevented; all gas bubbles remain until completely Absorption in the downward liquid flow of the floating bubble zone. The continuous Cross-sectional expansion downwards can by Ge straight or curves.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen Behältermantel, bei dem die Verminderung der Fließgeschwindigkeiten V _fl ₁, V _{fl _{₂, V _fl ₃ durch Ableitungen 5 für Teilströme T ₁, T ₂,
T ₃ erreicht wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Behältermantel,
bei dem die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströ
mung in den einzelnen Abschnittsbereichen durch Ver
drängerkörper B ₁, B ₂ steuerbar oder regelbar ist durch
Höhenverstellwege s ₁, s ₂.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Behältermantel, bei
dem der sich kontinuierlich erweiternde Innenquerschnitts
bereich durch eine Beruhigungszone 6 mit gleichbleiben
dem Innenquerschnitt unterbrochen ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Behältermantel,
der 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 Gasein
leitung gebildet ist.}} Fig. 2 shows the cross section through a container jacket, in which the reduction in flow rates V _fl ₁ , V _{fl _{₂ , V _fl _{3 is} achieved by derivatives 5 for partial flows T ₁ , T ₂ , T ₃ . Fig. 3 shows a cross section through a container jacket, in which the flow rate of the liquid flow in the individual section areas by Ver displacer B ₁ , B _{2 is} controllable or regulatable by height adjustment paths s ₁ , s ₂ . Fig. 4 shows a cross section through a container jacket, in which the continuously expanding inner cross-sectional area is interrupted by a calming zone 6 with the same internal cross-section. Fig. 5 shows a cross section through a container casing, which is formed by designing the shaft top part 7 of a system for gamma radiation of liquids such as water, waste water or sewage sludge in cooperation with devices 9 for gas inlet attached to the manhole cover 8 .}}

Claims

1. A method for adding a liquid with absorbable gases by it, in which the gases are introduced into a section with a downwardly directed liquid flow which has a decreasing flow rate, the flow rate being greater in the upper region of the section and lower in the lower region than the speed of rise of gas bubbles, characterized in that all gas bubbles are held until the absorption in the downward directed liquid flow.

2. The method according to claim 1, characterized in that the decreasing flow speed in the section by branching of partial flows can be created from it.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, with a container jacket, the inner cross section of which extends continuously over a section downwards, characterized in that in this section in the axis of the flow displacement body (B ₁ , B ₂ ) for control the flow speed are arranged, which are either individually or jointly adjustable in height.