DE1189522B - Vorrichtung zur feinsten Verteilung von Gasen in Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur feinsten Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur feinsten Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten. Unter .Gas« ist im folgenden sowohl jeder beliebige gasförmige Körper, sowohl rein als auch im Gemisch mit anderen, z. B. Sauerstoff, Kohlensäure, Wasserstoff, atmosphärische Luft usw., als auch Dampf zu verstehen. Das »Gas« kann auch mit flüssigen oder festen feinsten Teilchen durchsetzt sein.
• Bekannte Vorrichtungen zur Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten bestehen aus einer zugleich zur Gas zufuhr dienenden Hohlwelle mit einer hohlen Nabe, an die sich Hohlkörper anschließen, welche mittels der Welle in dem die zu begasende Flüssigkeit enthaltenden Gefäß in Drehung versetzt werden. Diese rotierenden Hohlkörper haben meist die Form von langen Rohren oder Hohlflügeln, die an ihrer Oberfläche Öffnungen für den Durchtritt des Gases und für dessen Verteilung in der Flüssigkeit aufweisen.
• Besonders bewährt haben sich hierbei flügelartige Hohlkörper mit stromlinienförmigem Querschnitt.
• Bei einer anderen Ausführungsform solcher Verteiler wird der rotierende Hohlkörper zugleich als Pumpe für das Ansaugen des Gases durch seine Hohlwelle verwendet, und die Austrittsöffnungen im Hohlkörper sind dabei so angeordnet, daß von diesen Öffnungen ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch radial nach außen gegen die Leitflächen eines das Gas verteilenden Stators geschleudert wird.
• Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, die Leitvorrichtungen im wesentlichen über ihre Gesamtlänge als einfache, rückseitig durchgehend offene Rinnen auszubilden und mit so hoher Geschwindigkeit in Rotation zu versetzen, daß hinter den Leitvorrichtungen in der Flüssigkeit langgestreckte Vakuolen entstehen, um so eine besonders wirksame Verteilung des Gases im Wirbelzopf der Vakuolen zu erzielen.
• Es wurde nun gefunden, daß derartige rinnenartige Leitvorrichtungen für die Erzeugung der Vakuolen auf der Rückseite nicht offen sein müssen, weil sich die Vakuolen jedenfalls bei hinreichender Rotationsgeschwindigkeit der Rinnen, ausgehend von den äußersten Mantellinien der Rinnen, mit Stromlinienprofil ausbilden. Diese Tatsache wird erfindungsgemäß in nutzbringender Weise ausgewertet, um in derartigen rinnenartigen Leitvorrichtungen Flüssigkeitskanäle auszubilden, die vorteilhaft für die Zuleitung von Flüssigkeit herangezogen werden können.
• Zu diesem Zweck geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur feinsten Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten mit Hilfe von radial zu einer mindestens angenähert vertikalen Drehachse angeordneten, ro- tierenden, rinnenartigen Leitvorrichtungen, an deren Rückseite das Gas unter Druck zugeführt wird. Die Erfindung besteht darin, daß in jeder rinnenartigen Leitvorrichtung ein mit einer zentralen Anschlußleitung verbundener Flüssigkeitszuleitungskanal vorgesehen ist, der auf der Rückseite der Leitvorrichtung Öffnungen aufweist, die einen Austritt der über die zentrale Anschlußleitung zugeführten Flüssigkeit ermöglichen, wobei die Leitvorrichtungen mit so hoher Geschwindigkeit rotieren, daß längs ihrer Rückseite in der Flüssigkeit eine Vakuole entsteht.
• Es wurde gefunden, daß bei Begasungsvorrichtungen mit umlaufenden Vakuolen die Durchmischung des Gases mit der zu begasenden Flüssigkeit dadurch gesteigert werden kann, daß die zu begasende Flüssigkeit in das Innere der während des Betriebes der Vorrichtung erzeugten Vakuolen eingebracht wird. Dadurch werden nämlich die Wirbel, welche von der die Vakuolen erzeugenden Rinnenfläche abgehen, zur innigen Vermischung der frisch zu begasenden Flüssigkeit mit dem eingeführten Gas nutzbar gemacht.
• Die an der Leitfläche anliegende Grenzschicht der bereits im Behandlungsgefäß befindlichen Flüssigkeit kann in dem der Leitvorrichtung folgenden Verzögerungsgebiet der Strömung den in der äußeren, sogenannten gesunden Strömung auftretenden Druckanstieg mangels kinetischer Energie nicht mitmachen und löst sich in mehr oder weniger starken Wirbeln von der Leitfläche ab. Diese abgehende Wirbelschicht bildet das Randgebiet der Vakuole, nimmt Gasteile aus der Vakuole in sich auf und befindet sich in turbulenter Bewegung. In diese innig mit Gas vermischte Zone wird die frisch zu begasende Flüssigkeit aus dem die Vakuole erzeugenden Hohlkörper eingebracht.
• Zur Bildung des Flüssigkeitszuleitungskanals kann die rinnenartige Leitvorrichtung rückseitig mit einer im wesentlichen ebenen Wand abgeschlossen sein, die an ihren Rändern Öffnungen für den Flüssigkeitsaustritt freiläßt.
• Bei einer anderen Ausführungsform wird die rinnenartige Leitvorrichtung durch einen biegsamen Flügel gebildet, in dem ein zugleich als Tragarm für den Flügel dienendes Leitungsrohr angeordnet ist, das die Öffnungen für den Flüssigkeitsaustritt aufweist.
• In den Zeichnungen sind schematisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, an denen noch weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden sollen. Alle nicht unmittelbar mit der Erfindung zusammenhängenden Einzelheiten wie Antrieb, Zu- und Ableitung von Gas und Flüssigkeit aus dem zu begasenden Gefäß usw., wurden fortgelassen.
• Fig. 1 und 2 stellen einen Vertikalschnitt bzw. eine gegen diese Schnittebene gedrehte, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Verteilvorrichtung gemäß der Erfindung dar; F i g. 3 zeigt einen Horizontalschnitt zu F i g. 2; Fig.4 bis 6 stellen verschiedene Querschnitte durch die Leitvorrichtung nach den Linien 4-4, 5-5 bzw. 6-6 in Fig. 3 dar; Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung der Leitvorrichtung im Querschnitt.
• Bei der Verteilvorrichtung nach den F i g. 1 bis 3 wird das zu verteilende Gas über eine Rohrleitung al einer hohlen Nabe a zugeführt, die entweder von unten her mittels einer zusätzlichen Welle oder aber von oben her mittels der in diesem Falle zugleich als Hohlwelle dienenden Rohrleitung a1 in Drehung versetzt wird. Mit der hohlen Nabe a bzw. mit einer hohlkörperartigen Verlängerung a' derselben sind rinnenartige Leitvorrichtungen b verbunden, deren konkave oder offene Seite der Drehrichtung abgekehrt ist. Diese Leitvorrichtungen b verlaufen von der Drehachse aus zweckmäßig geradlinig bis in die Nähe der Gefäßwandung. Die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 ist mit zwei diametral gegenüberliegenden Leitvorrichtungen ausgestattet. Die Anzahl dieser Leitvorrichtungen kann natürlich erhöht werden, solange die von einer Leitvorrichtung erzeugte Vakuole nicht durch die nachfolgende Leitvorrichtung gestört wird.
• Die rinnenartige Leitvorrichtung b, die an den Hohlkörperansatz a' der Nabe a anschließt, ist, wie insbesondere die Schnitte nach den F i g. 3 bis 6 zeigen, auf der konkaven Seite durch ein Stegblech e so abgedeckt, daß an den beiden Längsrändern dieses Stegbleches, welche dem Rinnenprofil b zugekehrt sind, schmale Schlitzes und g freibleiben. In den auf diese Weise gebildeten teilweise geschlossenen Kanal h mündet im Bereich der Nabe a eine Zuführungsleitung i für die zu begasende Flüssigkeit; die Leitung i mündet z. B. in einen die Rohrleitung a umgebenden Einlauftrichter k.
• Wird diese Verteilvorrichtung im Sinne des in F i g. 3 eingezeichneten Pfeils derart in Drehung versetzt, daß die konkaven Seiten der Leitprofile der Drehrichtung abgekehrt sind, so werden diese Pro- file bzw. die Leitvorrichtungen von der sie umgebenden Flüssigkeit in der in F i g. 6 gezeigten Weise umströmt. Die dem Leitprofil b am nächsten liegenden Flüssigkeitsfäden bilden eine Vakuole V, in derem Inneren das z. B. über die Hohlwelle a,, die Nabe a und deren Verlängerung a' durch die Austrittsöffnung c zuströmende Gas sich nach außen fortbewegt. Die zu begasende frische Flüssigkeit strömt dabei aus der Leitung i in den Kanal h und wird von dort durch die schlitzartigen Öffnungen f, g (Fig.5 und 6) in die turbulente Randschicht der Vakuole eingebracht. Das Gas wird zum Teil bereits durch die die Vakuole umströmende Flüssigkeit in kleine Blasen aufgelöst, im wesentlichen aber erst im Wirbelzopf der Vakuole zu feinsten Blasen zerrieben und mit der in die Vakuole eingebrachten bzw. diese umgebenden Flüssigkeit vermischt.
• Soll die Menge des in der Flüssigkeit zu verteilenden Gases bei jeweils angemessenem Leistungsverbrauch variiert werden, so kann die senkrechte Höhe (Schattenfläche) der die Vakuole erzeugenden Leitvorrichtung b gemäß F i g. 7 veränderbar gemacht werden, indem die Leitvorrichtung durch einen normalerweise ebenen, elastisch verformbaren Flügel d gebildet wird, hinter dem sich ein zugleich als Tragarm für den Flügel dienendes und den Kanal h bildendes Leitungsrohr r befindet, das Öffnungenf,g für den Flüssigkeitsaustritt aufweist. Wird diese Vorrichtung in Drehung versetzt, so verformt sich der elastische Flügel d zufolge der Verschiedenheit der von beiden Seiten her auf ihn einwirkenden Drücke. Der Flügel d nimmt daher in der Flüssigkeit die in Fig. 7 angedeutete, konkav verformte oder rinnenartige Gestalt an. Die Flüssigkeitsschichten werden, von der Zuströmseite ausgehend, abgelenkt und schließen sich in einiger Entfernung wieder bis zu einem gewissen Grad. Es entsteht also eine Vakuole V. Die Höhe und Länge dieser Vakuole V sind von der Menge des die Vakuole durchströmenden Gases abhängig. Der Flügel d kann aus Gummi oder Kunststoff von entsprechender Elastizität oder auch aus einem dünnen Metallblech bestehen.
• Bei dem an Hand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel tritt eine Umwälzung der zu begasenden Flüssigkeit innerhalb des die Flüssigkeit enthaltenden Gefäßes ein, wenn die oberen Enden der die Flüssigkeit in den Kanal h der Leitvorrichtung b, e führenden Anschlußrohre i mit einem trichterförmigen Einlaufkörper k versehen werden (Fig. 1), dessen Oberkante unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt. Bei Weglassen des Einlauftrichters k kann zwecks Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit das Einlaufende des Rohres i mit einem die Drehrichtung weisenden Einlaufmundstück versehen sein.
• Ordnet man den Einlauftrichter k oberhalb des Flüssigkeitsspiegels an, so kann die zu begasende frische Flüssigkeit der Vakuole über die schlitzartigen Öffnungen f, g aus dem Kanal h von außen her zugeführt werden. Statt dessen kann auch mittels einer Pumpe Flüssigkeit im Kreislauf aus dem Sumpf des Gefäßes, gegebenenfalls über einen Wärmeaustauscher, in den Einlauftrichter k gefördert werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur feinsten Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten mit Hilfe von radial zu einer mindestens angenähert vertikalen Drehachse angeordneten, rotierenden, rinnenartigen Leitvorrichtungen, an deren Rückseite das Gas unter Druck zugeführt wird, d a d u r c h g e -k e n n z ei c h n e t, daß in jeder rinnenartigen Leitvorrichtung (b) ein mit einer zentralen Anschlußleitung (i) verbundener Flüssigkeitszuleitungskanal (h) vorgesehen ist, der auf der Rückseite der Leitvorrichtung Öffnungen (f, g) aufweist, die einen Austritt der über die zentrale Anschlußleitung zugeführten Flüssigkeit ermöglichen, wobei die Leitvorrichtungen mit so hoher Geschwindigkeit rotieren, daß längs ihrer Rückseite in der Flüssigkeit eine Vakuole entsteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (b) zur Bildung des Flüssigkeitszuleitungskanals (h) rückseitig mit einer im wesentlichen ebenen Wand (e) abgeschlossen ist, die an ihren Rändern Öffnungen (f, g) für den Flüssigkeitsaustritt freiläßt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der durch einen biegsamen Flügel (d) gebildeten Leitvorrichtung ein zugleich als Tragarm für diesen Flügel dienendes Leitungsrohr (r) angeordnet ist, das die Öffnungen (f, g) für den Flüssigkeitsaustritt aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Flüssigkeitszuleitungskanal (h) mündende Anschlußleitung (i) für die Flüssigkeitszufuhr mit ihrem oberen Ende bis nahe an den Flüssigkeitsspiegel heranreicht, so daß eine Umwälzung der Flüssigkeit stattfindet.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Anschlußleitung (i) für die Flüssigkeitszufuhr zu einem in die Bewegungsrichtung der Leitvorrichtung weisenden Einlaufmundstück ausgestaltet ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Anschlußleitung (i) für die Flüssigkeitszufuhr an einen Einlauftrichter (k) angeschlossen ist, der gegebenenfalls koaxial zu der Antriebswelle (al) für die Leitvorrichtungen (b) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante des Einlauftrichters (k) oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels im Gefäß angeordnet ist und die zu begasende Flüssigkeit dem Einlauftrichter von außen her oder aus dem Sumpf des Gefäßes mittels einer Pumpe zugeführt wird.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an eine rotierende Nabe (a) zumindest ein Hohlkörper (a') anschließt, der durch eine im wesentlichen senkrechte Wand (e) in zwei radial verlaufende Kanäle geteilt ist, von denen der eine (h) der Flüssigkeitszufuhr dient und in der Hohlnabe (a) mit einer Anschlußleitung (i) verbunden ist, wogegen der andere der Gaszufuhr dient und in der Hohlnabe an eine getrennte Rohrleitung, vorzugsweise an die als Gaszufuhrleitung verwendete Hohlwelle (al) der Nabe, angeschlossen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 961 795.