DE1268113B - Gas-Fluessigkeits-Kontaktvorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

BOId
BOIf

12 g-1/01

12 e-2/01

12 β-4/01

13. JuU 1964

16. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung mit rotierenden Einbauten zur Flüssigkeitsverteilung, bestehend aus einem Gehäuse mit Flüssigkeitseinlaß und Gasauslaß im oberen Teil und Gaseinlaß und Flüssigkeitsauslaß im unteren Teil, einer vertikal angeordneten Welle, an der mehrere achsenparallele, radial mit Abstand voneinander übereinandergelagerte, fein durchlöcherte oder poröse Schichten befestigt sind, sowie mit Mitteln zur Flüssigkeitszufuhr im Bereich der Welle, xo

Solche Kontaktvorrichtungen können beispielsweise der Reinigung von Gas, der Auswaschung bestimmter Bestandteile des Gases, auch seiner Trocknung oder auch der Anreicherung der Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit dienen,

Es sind Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtungen bekannt, bei denen das Gas an benetzten Wänden entlangstreicht. Beispielsweise ist eine Vorrichtung bekannt, die in einem Gehäuse, in dem unten eine Flüssigkeit angesammelt ist, eine horizontal angeordnete Welle aufweist, an der in mehreren Stufen Spiralstreifen sitzen, die an den Rändern umgebogen sind; bei Drehung der Welle tauchen diese schaufelartig in die Flüssigkeit ein und schöpfen davon eine geringe Menge, die sodann im Verlauf der Umdrehungen der Spiralscheibe in dieser nach innen wandert und schließlich vom mittleren Bereich aus in den Bodenteil des Gehäuses für die nächstfolgende Spiralscheibe abgegossen wird. Bei der Umdrehung der Welle und der Spiralscheiben sind die Innenflächen der letzteren ständig feucht. Das Gas durchströmt die Spiralscheiben in Querrichtung, und der Gas-Flüssigkeits-Kontakt tritt hierbei an der feuchten Oberfläche auf.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung mit benetzten Wandflächen sind parallele Plattenbündel senkrecht zur horizontalen Welle angeordnet und drehen sich mit dieser, wobei sie bei jeder Umdrehung in ein unterhalb der Welle befindliches Flüssigkeitsbad eintauchen. Das Gas durchströmt die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen feuchten Plattenteile entweder radial von innen nach außen oder axial durch versetzt in den Platten befindliche Löcher,

Es ist ersichtlich, daß bei derartigen Anordnungen die Kontaktfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit verhältnismäßig klein ist und nur unter erheblichem Aufwand gesteigert werden kann; da sich die Platten bzw. Streifen funktionsgemäß nur mit mäßiger Geschwindigkeit drehen können, findet eine nur langsame Erneuerung der aktiven Flüssigkeitsoberfläche statt.

Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung

Anmelder:

Kimura Entetsu Kagaku Kikai Co., Ltd., Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Leinweber

und Dipl.-Ing. H. Zimmermann, Patentanwälte,

8000 München 2, Rosental 7

Als Erfinder benannt:
Takeichiro Takamatsu, Kyoto-shi;
Shiro Nakai, Hirakata-shi;
Teizo Miyauchi, Nara-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 19. Juli 1963 (38 908)

Weiterhin ist es bekannt, zum innigen Mischen von Flüssigkeiten und Gasen mehrere zylinderförmig konzentrische, rotierende perforierte Schichten zu verwenden, die auf Grund der Zentrifugalkraft von der Flüssigkeit von innen nach außen durchsetzt werden. Das Gas strömt auf demselben Weg, also durch die Perforationen der Schichten und durch die zylinderförmigen Zwischenräume, von außen nach innen. Diese Vorrichtung ist jedoch von geringem Nutzeffekt und hoher Störanfälligkeit. Auf Grund des Gegenstromprinzips innerhalb der einzelnen Vorrichtungseinheit behindern sich der Gas- und der Flüssigkeitsstrom gegenseitig, und es können nur geringe Mengen durch die Vorrichtung durchgeleitet werden. Dichtungen, die eine Umgehung der Vorrichtung durch das Gas verhindern, bedingen einen hohen Reibungswiderstand gegen die schnelle Rotation. Ergeben sich auf Grund von aus dem Gas ausgewaschenen Verunreinigungen oder auf Grund einer höheren Viskosität der verwendeten Flüssigkeit Verstopfungen in den Poren, so sammelt sich die Flüssigkeit an der betreffenden Stelle der zylinderförmigen Schicht an und läuft schließlich ungenutzt ab oder ergibt eine Stauung, die eine Betriebsunterbrechung der Vorrichtung notwendig macht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung zu schaffen, die ohne wesentliche Störanfälligkeit große

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Durchsatzmengen an Gas und Flüssigkeit in sehr innigen Kontakt miteinander zu bringen gestattet.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Einbauten aus Schichtbahnen aufgebaut sind, welche die Form einer Spiralscheibe haben, deren Windungen mit Abstand voneinander unter Ausbildung oben und unten offener durchgehender Spalte für den Gasdurchtritt angeodnet sind.

Hierdurch wird eine Querstromdurchdringung des Gases mit der Flüssigkeit erzielt, die in in ihrem Fluß ungehinderten, dünnen Strahlen nach Art eines feinen Regens die Zwischenräume von Schicht zu Schicht quer durchsetzt. Im Fall einer Verstopfung von Poren einer der Schichten wandert die Flüssigkeit auf Grund der Zentrifugalkraft und der spiraligen Anordnung entlang der Innenfläche der Schicht bis zu offenen Poren weiter, so daß keine Stauung eintritt.

Die Breite der die Schichten bildenden Spiralbahn kann selbstverständlich beliebig sein, wobei bei erheblicher Breite auch für eine entsprechend reichliche Flüssigkeitszufuhr gesorgt sein muß. Zumeist wird es günstiger sein, mehrere solcher Spiralscheiben auf der Welle anzubringen, die dann nacheinander von der gleichen Flüssigkeit in einer dem Gasstrom entgegengesetzten Richtung durchflossen ■ werden, so daß für diese mehrstufige Kontaktvorrichtung insgesamt das Gegenstromprinzip zur Anwendung kommt. Vorzugsweise sind also mehrere axial entlang der Welle verteilte Spiralscheiben mit Ausnähme der untersten aus mit einer an der Gehäuseinnenwandung befestigten Flüssigkeitsauffangvorrichtung umgeben, an die sich jeweils ein zum inneren Bereich der nächsttieferen Spiralscheibe führender Flüssigkeitskanal anschließt. Durch diese vorteilhafte Anordnung kann dem Gasstrom ein ausreichender Querschnitt zum ungehinderten Durchtritt verbleiben.

Vorzugsweise weist die Schichtbahn jeder Spiralscheibe an ihrer unteren Kante einen nach innen gerichteten horizontalen Flansch auf, der auf radialen, an der Welle befestigten Trägern angebracht ist. Dieser Flansch verhindert, daß an der Unterseite der Spiralscheiben Flüssigkeit verlorengeht, die sich auf Grund der Schwerkraftkomponente der insgesamt auf die Flüssigkeit wirkenden Kraft insbesondere bei verstopften Poren unten an der Spiralscheibe stärker anzulagern versucht als im Bereich der oberen Kante.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen schematischen vertikalen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung und

F i g. 2 eine Querschnittsansicht in einer Ebene A-A in F ig. 1.

Axial durch den Mittelteil eines zylinderförmigen Gehäuses 3, das einen tangential an den unteren Teil angelegten Gaseinlaß 1 sowie oben einen Gasauslaß 2 umfaßt, verläuft eine Welle 4. An der Welle 4 sind mehrere achsenparallele, radial mit Abstand voneinander übereinandergelagerte, fein durchlöcherte oder poröse Schichten als Einbauten befestigt, welche die Form einer Spiralscheibe (5, 5', 5"...) haben und an ihrer Unterkante einen nach innen gerichteten Flansch 10 aufweisen, der auf radialen, an der Welle befestigten Trägern (6, 6', 6"...) angebracht ist. Der obere Teil 12 der Welle 4 ist hohl und weist nahe dem Zentrum der obersten Spiralscheibe 5 eine Öffnung 13 auf; wenn dem oberen Teil der Welle Flüssigkeit zugeführt wird, gelangt diese in das Innere der Spiralscheibe 5. Ein Abschluß 7 versperrt den direkten Flüssigkeitsdurchtritt in weitere Teile des zylinderförmigen Gehäuses. Außen im Bereich der Spiralscheiben 5, 5' und 5" ist die Innenwand des zylinderförmigen Gehäuses 3 mit Sammelplatten 8,8' und 8" versehen; von diesen Sammelplatten gehen Anschlußrohre 9 mit Öffnungen aus, durch die die Flüssigkeit zum Mittelteil der Spiralscheiben 5' und 5" hinabfließt. Ein Flüssigkeitsauslaß 11 ist unter der Spiralscheibe der untersten Stufe vorgesehen.

Wenn bei sich drehender Welle 4 durch die Öffnung 13 am Oberteil 12 der Welle 4 Flüssigkeit und am Gaseinlaß 1 Gas zugeführt wird, dann wird, nachdem die drehschlüssig mit der Welle verbundenen Spiralscheiben 5, 5' und 5" ebenfalls umlaufen, Flüssigkeit von der Öffnung 13 in den Mittelteil der Spiralscheibe 5 der obersten Stufe gefördert und dann durch Zentrifugalkraft vom Mittelteil nach außen gebracht. Da die Spiralscheibe 5 von vielen kleinen Öffnungen durchsetzt ist, fließt die Flüssigkeit durch diese kleinen Öffnungen hindurch und als feiner Regen in dünnen, zusammenhängenden Strahlen von Schicht zu Schicht der Spiralscheibe 5 nach außen; schließlich trifft die von der äußersten Schicht der Spiralscheibe 5 abgeschleuderte Flüssigkeitsmenge auf die Innenwand des zylinderförmigen Gehäuses 3 auf. Von dort gelangt sie auf die Sammelplatte 8 und wird über das Anschlußrohr 9 zur Mitte der Spiralscheibe 5' auf der nächsttieferen Stufe geführt; der ganze Vorgang wiederholt sich, und schließlich wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslaß 11 abgeleitet.

Gleichzeitig strömt das durch den Gaseinlaß 1 zugeführte Gas durch die Zwischenräume zwischen den Schichten der Spiralscheiben 5'", 5" usw. nach oben, überschneidet sich zahllos mit den quer dazu fließenden Flüssigkeitsstrahlen, und es ergibt sich ein ausgezeichneter Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit; innerhalb der Spiralbahn 5 bzw. 5' usw. liegt also eine Querstromanordnung vor, von Spiralbahn zu Spiralbahn herrscht das Gegenstromprinzip. Dadurch kann eine Gas-Flüssigkeits-Treibkraft vollständig ausgenutzt werden, und der Kontaktnutzeffekt ist groß. Das Gas strömt nach vollzogenem Kontakt am Gasauslaß 2 ab.

Gemäß der Erfindung werden poröse Spiralscheiben an Stelle von konzentrischen, ineinandergestellten porösen Zylindern verwendet.

Falls somit eine Anzahl Öffnungen der Spiralscheiben 5,5' usw. durch in der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen verstopft sind und sich die Flüssigkeit deshalb an einer Stelle zu einem gewissen Grad angestaut hat, fließt sie längs der Innenwand der Spiralscheibe durch Zentrifugalkraft bis zum Erreichen nicht verschlossener Öffnungen weiter und strömt schließlich spätestens vom äußeren Ende der Spiralscheibe auf die Innenwand des zylinderförmigen Gehäuses 3. Die Kontaktwirkung kann deshalb zu einem gewissen Grad aufrechterhalten werden. Dadurch ist es, wenn eine Anzahl Öffnungen verschlossen bzw. verstopft sind, trotzdem nicht nötig, den Betrieb der Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung sofort zu unterbrechen. Falls an Stelle von Spiralscheiben Zylinder verwendet würden und Gruppen von Öff-

nungen verstopft wären, dann würde sich die Flüssigkeit ansammeln und in Tropfen niederfallen.

Dementsprechend können der Durchmesser und die Anzahl Öffnungen auch für verschiedene Viskositäten und Temperaturen der verwendeten Flüssigkeit gleich sein, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in weniger Typen von jeweils größerer Stückzahl hergestelt werden kann.

Die Antriebsleistungen zur Drehung der Welle 4 und zur Erzeugung des Gasstroms sind verhältnis- ίο mäßig niedrig und werden gut ausgenutzt, da weder eine hohe Reibung noch ein erheblicher Strömungswiderstand zu überwinden ist.

Claims (3)

Patentansprüche: *5

1. Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung mit rotierenden Einbauten zur Flüssigkeitsverteilung, bestehend aus einem Gehäuse mit Flüssigkeitseinlaß und Gasauslaß im oberen Teil und Gas- ao einlaß und Flüssigkeitsauslaß im unteren Teil, einer vertikal angeordneten Welle, an der mehrere achsenparallele, radial mit Abstand voneinander übereinandergelagerte, fein durchlöcherte oder poröse Schichten befestigt sind, sowie mit Mitteln as zur Flüssigkeitszufuhr im Bereich der Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (5,5'...) aus Schichtbahnen in Form einer Spiralscheibe aufgebaut sind, deren Windungen mit Abstand voneinander unter Ausbildung oben und unten offener durchgehender Spalte für den Gasdurchtritt angeordnet sind.

2. Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere axial entlang der Welle verteilte Spiralscheiben (5,5'...) mit Ausnahme der untersten außen mit einer an der Gehäuseinnenwandung befestigten Flüssigkeitsauffangvorrichtung (8) umgeben sind, an die sich jeweils ein zum inneren Bereich der nächsttieferen Spiralscheibe führender Flüssigkeitskanal (9) anschließt.

3. Gas-Flüssigkeits-Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbahn der Einbauten an ihrer unteren Kante einen nach innen gerichteten horizontalen Flansch (10) aufweist, der auf radialen, an der Welle (4) befestigten Trägern (6,6'...) angebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 193 260;
USA.-PatentschriftenNr. 389785, 551 694.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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