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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rühren einer
Flüssigkeit
in einem Reaktor und zum Einleiten eines Gases in diese Flüssigkeit.
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Das
Dokument
EP-A1-0 995
485 beschreibt eine Vorrichtung zum Rühren einer Flüssigkeit
in einem Reaktor oder Becken und zum Einleiten eines Gases in diese
Flüssigkeit.
Diese Vorrichtung weist einen Antriebsmotor einer vertikalen Welle
auf, die über
dem Reaktor angeordnet ist. Die Welle des Motors trägt an ihrem
unteren Ende einen in diese Flüssigkeit
getauchten Propeller und treibt ihn an; sie trägt auch eine automatische Saugturbine,
die zwischen der Oberfläche
der Flüssigkeit
und dem Propeller angeordnet ist, und treibt sie an. Die automatische
Saugturbine ist mit einer Quelle für ein Gas, allgemein ein sauerstoffhaltiges
Gas, verbunden, derart, dass sie, wenn sie durch die Welle des Motors angetrieben
wird, gleichzeitig Gas und Flüssigkeit,
in die sie getaucht ist, ansaugt und so eine Gas-Flüssig-Dispersion
bildet. Die durch die automatische Saugturbine erzeugte Gas-Flüssig-Dispersion wird mittels
eines ringförmigen
Kastens, der ein Ablenkblech bildet, das die automatische Saugturbine
umhüllt,
zum Propeller geleitet.
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In
der Praxis erzeugt die Pumpleistung des Propellers absteigende Ströme von Flüssigkeit
und Gas, die Tiefen von über
sieben Metern erreichen können.
Wenn der Boden des Beckens sich in sieben Metern Tiefe oder höher befindet,
trifft der Strom auch auf den Boden. Dies hat keine Bedeutung, wenn
die Wände
und der Boden des Reaktors aus Beton bestehen oder wenn die Tiefe
mehr als drei Meter beträgt.
Im Gegenteil, es ermöglicht
es, die Schlämme
in Bewegung zu setzen, die dazu tendieren, sich am Boden des Reaktors
anzusammeln. Bestimmte Reaktoren hingegen besitzen Wände und
einen Boden aus Geotextilmembranen oder aus Ton, die sehr empfindlich
gegen Abrieb sind. Im Allgemeinen ist die Tiefe dieser Becken sehr
gering (1,5 bis 3 Meter). Das Auftreffen eines starken Flusses erodiert und
vertieft solche Böden,
bis die Dichtigkeit des Reaktors gefährdet wird. Außerdem stört die Bewegung großer Mengen
von Ton die Schlämmung
der Schlämme
stromabwärts
des Belüftungsbeckens.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist das Vorschlagen einer Vorrichtung
zum Rühren
einer Flüssigkeit
in einem Reaktor und zum Einleiten eines Gases in diese Flüssigkeit,
in der ein starker axialer Fluss erzeugt wird, die in Becken mit
geringen Tiefen oder in Becken mit brüchigen Wänden ausgeführt werden kann.
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Zum
Lösen dieser
Aufgabe betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Rühren einer
Flüssigkeit in
einem Reaktor und zum Einleiten eines Gases in diese Flüssigkeit,
um eine Gas-Flüssig-Dispersion
zu bilden, die Folgendes aufweist:
- – eine Antriebsvorrichtung,
die über
dem Reaktor angeordnet und mit einer vertikalen Ausgangswelle versehen
ist, die an ihrem unteren Ende mit mindestens einem in die Flüssigkeit
getauchten Axialflussmobile ausgestattet ist,
- – ein
Mittel zur Einleitung des Gases über
dem Axialflussmobile,
- – ein
Ablenkblech, das über
dem Axialflussmobile angeordnet ist und das Hochsteigen der Gas-Flüssig-Dispersion
verhindert,
und ein Ablenkblech aufweist, das unter dem
Axialflussmobile angeordnet ist und den Axialfluss des Mobiles in
einen Radialfluss umwandelt.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Lektüre der folgenden
Beschreibung hervor. Formen und Ausführungsformen der Erfindung
werden als nicht einschränkende
Beispiele gegeben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht;
es zeigen:
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1 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
Ansicht des Ablenkblechs, das unter dem Axialflussmobile angeordnet
ist und den Axialfluss des Mobiles in einen Radialfluss umwandelt,
der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet werden kann,
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3 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
von unten;
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4 einen
Querschnitt des in 3 ausgeführten Ablenkblechs.
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Nachfolgend
hat der Begriff „Reaktor" die Bedeutung eines
natürlichen „Beckens" sowie eines „Tanks" mit mehr oder weniger
nahe aneinanderliegenden Wänden
und unter mehr oder weniger geschlossenem Himmel.
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Die
Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zum Rühren einer Flüssigkeit
in einem Reaktor und zum Einleiten eines Gases in die Flüssigkeit,
um eine Gas-Flüssig-Dispersion
zu bilden, die Folgendes aufweist:
- – eine Antriebsvorrichtung,
die über
dem Reaktor angeordnet ist und mit einer vertikalen Ausgangswelle
versehen ist, die an ihrem unteren Ende mit mindestens einem in
die Flüssigkeit
getauchten Axialflussmobile ausgestattet ist,
- – ein
Mittel zur Einleitung des Gases über
dem Axialflussmobile,
- – ein
Ablenkblech, das über
dem Axialflussmobile angeordnet ist und das Hochsteigen der Gas-Flüssig-Dispersion
verhindert,
und ein Ablenkblech aufweist, das unter dem
Axialflussmobile angeordnet ist und den Axialfluss des Mobiles in
einen Radialfluss umwandelt.
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Die
Rührvorrichtung
umfasst erfindungsgemäß eine Antriebsvorrichtung,
zum Beispiel einen Motor, der über
der Oberfläche
der Flüssigkeit
angeordnet ist und der mit einer drehbaren Ausgangswelle versehen
ist, die sich vertikal erstreckt und teilweise in die Flüssigkeit
getaucht ist. Die Welle trägt
an ihrem unteren Ende ein Axialflussmobile, das ein Propeller oder
eine Schraube sein kann, der/die in die Flüssigkeit getaucht ist und die
Flüssigkeit
allgemein zum unteren Teil des Beckens lenkt. Die Vorrichtung weist
auch ein Mittel zur Einleitung des Gases über dem Axialflussmobile und
in die Flüssigkeit
auf, derart, dass das Gas und die Flüssigkeit durch das Axialflussmobile
angetrieben werden und eine Gas-Flüssig-Disperson
erzeugt wird. Die Vorrichtung weist schließlich ein Ablenkblech auf,
das über
dem Axialflussmobile angeordnet ist und eine derartige Form aufweist,
dass es das Hochsteigen der Gas-Flüssig-Dispersion verhindert. Diese Form kann das
Leiten des Axialflusses in den unteren Teil des Beckens ermöglichen
und/oder als Gassammler dienen, um zu verhindern, dass das Gas an
der Oberfläche
des Beckens ausströmt.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ein zusätzliches
Ablenkblech unter dem Axialflussmobile angeordnet ist und eine derartige
Form aufweist, dass es den durch das Mobile erzeugten Axialfluss
in einen Radialfluss umwandelt.
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Gemäß einer
ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das unter
dem Axialflussmobile angeordnete Ablenkblech eine allgemein kreisförmige Platte
sein. Vorzugsweise ist diese Platte auf der Ausgangs welle zentriert.
Es kann vorteilhaft sein, diese Ablenkplatte, die unter dem Axialflussmobile
angeordnet ist, in der größtmöglichen Entfernung
von dem Mobile zu befestigen, derart, dass die unter der Rührvorrichtung
verfügbare
Tiefe am besten ausgenutzt wird. Im Allgemeinen wird die Fläche des
unter dem Axialflussmobile angeordneten Ablenkblechs in Abhängigkeit
von der Entfernung zwischen diesem Ablenkblech und diesem Axialflussmobile
vergrößert. Es
sei darauf hingewiesen, dass es für eine Entfernung zwischen
dem Ablenkblech und dem Axialflussmobile von unter 200 mm ausreicht,
wenn die Fläche
des Ablenkblechs mindestens in der Größenordnung der durch das Axialflussmobile
darauf projizierten Fläche
entspricht. Die Fläche
des Ablenkblechs kann auch auf die durch die gesamte Rührvorrichtung
darauf projizierte Fläche erweitert
werden.
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Es
kann auch ein Ablenkkegel oder -prisma auf der Platte zentriert
sein. Der Winkel des Kegels oder Prismas kann in Abhängigkeit
von der Entfernung zwischen dem unter dem Axialflussmobile angeordneten
Ablenkblech und dem Axialflussmobile optimiert werden.
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Von
einem praktischen Gesichtspunkt aus kann das unter dem Axialflussmobile
angeordnete Ablenkblech auf der Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung
befestigt sein. Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wird dann auch
das Ablenkblech, das unter dem Axialflussmobile angeordnet ist,
durch den Motor angetrieben. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass
sie eine schnelle Abwandlung einer Vorrichtung des Standes der Technik
ermöglicht,
um sie an Becken von geringen Tiefen anzupassen: es genügt, ein Ablenkblech
auf der Antriebswelle hinzuzufügen.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung ist das unter dem Axialflussmobile
angeordnete Ablenkblech gebildet von:
- – einer
zentralen Platte, und
- – Flächenabschnitten,
die winkelig um die zentrale Platte verteilt sind und ein nach außen und
zum Boden des Reaktors divergierendes Erweiterungsprofil aufweisen.
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Das
divergierende Profil der Flächenabschnitte
wird vorteilhafterweise derart berechnet, dass ein minimaler Durchflussabschnitt
unter dem Axialflussmobile bereitgestellt wird, wobei der Abschnitt
sich nach unten hin verbreitert. Dieser minimale Abschnitt kann
dem 1,5- bis 3-fachen
des projizierten Abschnitts des Axialflussmobiles entsprechen. Die
Form des divergierenden Profils ermöglicht es dem Fluss der Gas-Flüssig-Dispersion,
sich zwischen den Flächenabschnitten
und der Zentralachse des Mobiles zu verfangen. Es ist zu bevorzugen, wenn
der Windungsdurchmesser der Flächenabschnitte
nicht kleiner ist als der Durchmesser des Axialflussmobiles.
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Gemäß dieser
Variante ist das Ablenkblech daher aus zwei Teilen gebildet: der
zentralen Platte und den Flächenabschnitten,
die winkelig um die Platte herum verteilt sind. Die zentrale Platte
ist vorzugsweise kreisförmig.
Sie kann wie bei der ersten Variante auf der Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung
befestigt sein. Ein Ablenkkegel kann die zentrale Platte vorteilhaft
ersetzen. In einer Entfernung von der zentralen Platte oder dem
Kegel befinden sich Flächenabschnitte,
die winkelig um die Platte herum verteilt sind. Erfindungsgemäß weisen
diese Flächenabschnitte
ein nach außen
und zum Boden des Reaktors divergierendes Erweiterungsprofil auf:
so weisen diese Flächen
in einem Querschnitt gemäß einer
Ebene durch die vertikale Ausgangswelle ein Profil auf, das sich
nach außen
und zum Boden des Reaktors ausbreitet. Dieses Profil ist allgemein
bogenförmig,
um eine Coanda-Wirkung auf dem gesamten schnellen Fluss zu erzeugen,
der tangential am Eingang des Profils zirkuliert. Durch die Kombination
dieser zwei Teile des Mobiles wird der Axialfluss, der vom Axialflussmobile
stammt, durch die zentrale Platte oder den Kegel tangential zum
durch die vorhergehend beschriebenen Flächen beschriebenen Profil umgeleitet:
er wird gegen die Abschnitte der winkelig um die zentrale Platte
verteilten Abschnitte oder des Kegels gedrückt. Die so erhaltene Coanda-Wirkung
hält den
Fluss der Gas-Flüssig-Dispersion,
die unter die Flächenabschnitte
gedrückt
wird, aufrecht. Dieser Fluss wird am Ende des Profils gemäß dem durch
dieses bestimmten Winkel befreit; vorzugsweise ist das Ende des
Profils in der Horizontalen, um einen Radialfluss zu erhalten, der
auf die vertikalen Wände
des Reaktors gerichtet ist.
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Diese
zweite Variante ermöglicht
es, den Druckverlust zu begrenzen, wenn der Axialfluss mit dem Ablenkblech
in Kontakt kommt, und den Fluss gleichförmig zu machen. Die Geschwindigkeit
der durch das Ablenkblech umgeleiteten Flüssigkeit ist sehr hoch und
die Durchflussmenge ist hoch; demzufolge wird die Funktion des Axialflussmobiles
durch das hinzugefügte
Ablenkblech nicht beeinträchtigt. Die
Bedingungen für
den Transfer des Gases in die Flüssigkeit
bleiben optimal.
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Gemäß dem Winkel
am Ende des Profils, der das Erzeugen der Coanda-Wirkung ermöglicht,
kann das radiale Ausleiten des Flusses in Bezug auf die Vertikale
geregelt werden. So ist es möglich,
den Fluss besser im Becken zu verteilen.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung weist die Vorrichtung ein besonderes Mittel zur Einleitung
des Gases über
dem Axialflussmobile auf, das gebildet ist von:
- – einer
automatischen Saugturbine, die in den Reaktor getaucht, über dem
Axialflussmobile angeordnet ist und von der Ausgangswelle angetrieben werden
kann, und
- – einem
Zylinder, der koaxial die Ausgangswelle umhüllt, dessen unteres Ende in
die Turbine mündet
und dessen oberes Ende dicht mit der Antriebsvorrichtung verbunden
ist und eine Öffnung zum
Einleiten eines Gases in einen ringförmigen Zwischenraum, der von
der Welle und dem Zylinder begrenzt ist, aufweist,
wobei
die Turbine von zwei übereinander
angeordneten Scheiben und einer Gesamtheit von radialen Schaufeln
gebildet ist, die zwischen den Scheiben angeordnet und an diesen
befestigt sind, wobei die obere Scheibe ein zentrales Loch aufweist,
in das das untere Ende des Zylinders eindringt, der mit dem Rand
des Loches einen zumindest teilweise ringförmigen Raum begrenzt, durch
den Flüssigkeit
in die Turbine angesaugt wird.
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1 veranschaulicht
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Antriebsvorrichtung 1 auf,
zum Beispiel einen Motor, der über
der Oberfläche
der Flüssigkeit angeordnet
ist, die mit einer drehbaren Ausgangswelle 2 versehen ist,
die sich vertikal erstreckt und teilweise in die Flüssigkeit
getaucht ist. Die Welle 2 trägt an ihrem unteren Ende ein
Axialflussmobile 4, einen Propeller, das in die Flüssigkeit
getaucht ist. Die Welle 2 trägt auch eine zwischen dem Propeller 4 und
der Oberfläche
der Flüssigkeit
angeordnete automatische Saugturbine 3, die folglich in
den Reaktor getaucht ist und durch die Ausgangswelle 2 mit
der gleichen Geschwindigkeit angetrieben wird wie der Propeller 4.
Die Ausgangswelle 2 ist koaxial von einem Zylinder 7 umhüllt, dessen
oberes Ende mit der Antriebsvorrichtung 1 verbunden ist,
wobei dazwischen eine Dichtungsvorrichtung angeordnet ist, und dessen
unteres Ende 7a koaxial zur Welle 2 in die Turbine 3 mündet. Im
oberen Ende des Zylinders 7 ist eine Öffnung 8 zum Einleiten
eines Gases in einen ringförmigen
Zwischenraum 9 gebohrt, der von der Welle 2 und
dem Zylinder 7 begrenzt ist. Das System zum Einleiten des
Gases in die Öffnung 8 ist
nicht dargestellt. Die automatische Saugturbine 3 ist von zwei
horizontal angeordneten Scheiben 10, 11 und einer
Gesamtheit von radialen Schaufeln gebildet, die zwischen den Scheiben 10, 11 angeordnet
und an diesen befestigt sind. Ein erstes Ablenkblech 5 ist über der
Turbine 3 und dem Axialflussmobile 4 angeordnet.
Ein zweites Ablenkblech 6 ist unter dem Axialflusspropeller 4 auf
der Welle 2 angeordnet. Die Vorrichtung von 1 weist
auch Gegenschaufelblätter 14 auf,
die das Leiten der unterschiedlichen Flüsse ermöglichen, um die Transfer- und
Rührleistungen
zu maximieren.
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2 veranschaulicht
ein Ablenkblech 6, das dazu bestimmt ist, unter dem Axialflussmobile angeordnet
zu werden, das die Form einer Platte aufweist, die auf der Ausgangswelle 2 zentriert
ist, und in deren Zentrum ein Ablenkkegel 13 angeordnet
ist.
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3 veranschaulicht
eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
von unten. Diese Vorrichtung ist mit einem Ablenkblech 61, 62 versehen, das
unter dem Axialflussmobile 4 angeordnet ist, dessen drei
Schaufelblätter
auf der Zeichnung ausgemacht werden können. Dieses Ablenkblech ist
aus einer kreisförmigen
zentralen Platte 61 und Flächenabschnitten 62 gebildet,
die winkelig um die kreisförmige
zentrale Platte 61 angeordnet sind und ein nach außen divergierendes
Erweiterungsprofil aufweisen. Diese bestimmte Form ruft eine Coanda-Wirkung
für den
gesamten Fluss hervor, der sich tangential zum durch die Flächenabschnitte 62 beschriebenen
Profil verfängt.
Diese Flächenabschnitte 62 sind
an den Gegenschaufelblättern 14 der
Rührvorrichtung
befestigt.
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4 ist
ein Querschnitt entlang einer Achse xx' des Ablenkblechs von 3:
der Ablenkkegel 61, der auf der zentralen Platte zentriert
ist und das Profil, das die Erzeugung der Coanda-Wirkung der Flächenabschnitte 62,
die winkelig um die zentrale Platte angeordnet sind, ermöglicht,
sind ersichtlich. Die Pfeile stellen den Strom des Flusses entlang
der zentralen Platte oder des Ablenkkegels (61) und der
winkelig um die/den zentral(en) Platte oder Kegel angeordneten Abschnitte
dar.
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Durch
die Ausführung
einer Vorrichtung, wie vorhergehend beschrieben, wird der Axialfluss
des Axialflussmobiles umgeleitet und das Auftreffen des Axialflusses
auf dem Boden des Beckens wird verhindert.