DE2419676C2

DE2419676C2 -

Info

Publication number: DE2419676C2
Application number: DE19742419676
Authority: DE
Inventors: Donald Stuart Lavendon Olney Buckinghamshire Gb Miller
Original assignee: British Hydromechanics Research Association
Current assignee: British Hydromechanics Research Association
Priority date: 1973-04-24
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1989-06-01
Also published as: JPS598403B2; NL7405510A; NL185895C; GB1461591A; DE2419676A1; NL185895B; JPS5030175A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Desorption von Gas aus einer Flüssigkeit mit einer Düse zum Umwandeln von Druckenergie der Flüssigkeit in kinetische Energie der Flüs sigkeit, mindestens einem von der Düse ausgehenden Desorp tionsrohr, dessen Einlaßende einen größeren Querschnitt hat als der Auslaß der Düse, hydromechanischen Mitteln zum För dern der Flüssigkeit durch das Rohr in einem von der Düse aus bis zur Berührung mit dem gesamten inneren Umfang eines Teils des Desorptionsrohres divergierenden Strahl und einem das Auslaßende des Desorptionsrohres umgebenden Behälter zur Auf nahme der Flüssigkeit aus dem Desorptionsrohr.

Es ist eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeit und Gasen oder Luft bekannt (GB-02 49 283). Dazu sind in einem ge schlossenen Trennbehälter mehrere, übereinander angeordnete, gelochte Stauplatten zum Versprühen der zu behandelnden Flüs sigkeit vorgesehen. In dem Behälter wird mittels einer Luft pumpe ein Unterdruck erzeugt und aufrechterhalten. Am oberen Ende des Behälters ist eine Mischdüse angeordnet, durch die die zu entlüftende Flüssigkeit mit Dampf vermischt in den Be hälter eingespeist wird. Das Gemisch wird mittels der kaska denförmig aufgebauten Stauplatten in Strahlen zerteilt. Dabei wird das Gas von der Flüssigkeit getrennt. Die entgaste Flüs sigkeit wird in dem Behälter beheizt, um eine Reabsorption der Gase zu verhindern.

Bekannt ist auch schon eine Vorrichtung zum Behandeln von Wasser, die der Erzeugung und Kondensation von Wasserdampf dient, um eine Kraft od. dgl. zu erzeugen (FR 06 69 102). Zur Erzeugung einer Kraft wird der geringe Temperaturunterschied ausgenutzt, der zwischen dem Wasser an der Oberfläche und dem Wasser in der Tiefe tropischer Meere vorhanden ist. Dazu läßt man das zu entgasende Wasser zuerst aufsteigen. Dann setzt man das Wasser an der höchsten Stelle seines Weges einer mehr oder weniger starken Änderung des Druckes oder einem freien Fall oder beidem gleichzeitig aus. Zuletzt wird das teilweise entgaste Wasser in einem Behälter aufgefangen, aus dem die Gase abgesaugt werden.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Entgasen oder Entlüften eines geschlossenen Wasserstromes bekannt (DE 03 43 402). Dazu wird ein Dampfstrom in den Wasserstrom injektorartig eingeführt und die Geschwindigkeit des Wasserstromes durch Vergrößerung des Durchflußquerschnittes verringert. Der Was serstrom ist durch einen Behälter geführt, der sich zunächst erweitert und danach verengt. In die Verengungen sind Dampf düsen eingebaut. An die Verengung des Behälters ist ein Abzugsraum mit angeschlossener Kaskadeneinrichtung und Entga sungsleitung angeschlossen. In die aus dem Wasserstrom ausge schiedenen Gase wird ein zweiter Dampfstrom eingeführt. Die Gase werden beschleunigt, abgezogen und ins Freie geleitet.

Soweit mit diesen bekannten Vorrichtungen das Austreiben des in der Flüssigkeit gelösten Gases oder Gasgemisches bei einem Druck nahe dem Dampfdruck der zu entgasenden Flüssigkeit möglich ist, ist für das Austreiben des Gases oder Gasgemi sches eine komplexe und technisch aufwendige Austreibanlage notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Desorption von Gas aus einer Flüssigkeit der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das gelöste Gas bei sich schnell ausbreitenden Strahlen der zu entgasenden Flüssigkeit auf einfache Weise ausgetrieben und gesammelt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche mindestens eines Desorptionsrohres über - seine Länge stufenweise zunimmt, der Strahl divergiert und den inneren Umfang des Desorptionsrohres nahe dessen Auslaß ende kontaktiert, wobei den Strahl aufweitende, radial nach außen ablenkende Mittel vorgesehen sind. Dadurch können kürzere Desorptionsrohre verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die den Strahl aufweitenden Mittel aus einem divergierend geformten Deflektor, der innerhalb des Behälters angeordnet und zu dem Desorptionsrohr axial ausgerichtet ist.

Alternativ können die den Strahl aufweitenden Mittel aus einem Deflektor mit am inneren Umfang der Düse befestigten Wirbelflügeln für eine Drehbewegung der durch die Düse strö menden Flüssigkeit bestehen.

Die den Strahl aufweitenden Mittel können aber auch aus einem Kernstück bestehen, das innerhalb der Düse befestigt ist und ein spitz zulaufendes Ende hat, das in axialer Richtung des von der Düse ausgehenden Desorptionsrohres weist.

Zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes kann das Kernstück mittels einer Verstellvorrichtung in axialer Richtung der Düse verstellbar angeordnet sein.

Um den Gehalt an gelöstem Gas in der in die Vorrichtung ein tretenden Flüssigkeit zu verringern, ist die Absaugleitung in Strömungsrichtung hinter der Absaugpumpe über eine Umgehungs leitung mit Ventil mit der Zuführleitung in Strömungsrich tung vor der Förderpumpe verbunden.

Zum Erwärmen der zugeführten Flüssigkeit ist die Zuführlei tung vor jeder Düse mit einer Heizung versehen.

Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades können mehrere Vorrichtungen in Serie hintereinander geschaltet sein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausführungs beispielen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch in Längsschnitt,

Fig. 2 eine Düse für die Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem den Strahl aufweitenden Mittel in Längsschnitt,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Düse nach Fig. 2 in Längsschnitt,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Desorptions rohres nach Fig. 1 in Längsschnitt,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch, teilweise geschnit ten,

Fig. 6 eine abgewandelte Vorrichtung gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten,

Fig. 7 eine weitere Abwandlung der Erfindung, teilweise ge schnitten und

Fig. 8 mehrere Vorrichtungen gemäß der Erfindung hinter einander geschaltet, teilweise geschnitten.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, strömt die das gelöste Gas enthaltende Flüssigkeit durch eine Düse 1 mit einem konver gierenden Auslaß und verläßt die Düse als ein Strahl 2. Ein koaxial zu der Düse 1 angeordnetes Desorptionsrohr 3 er streckt sich von der Düse aus bis zu einem Behälter 4. Das Desorptionsrohr 3 hat einen konstanten, kreisförmigen Quer schnitt, der größer ist als der Querschnitt des Auslasses der Düse 1. Nach dem Austreten der Flüssigkeit aus der Düse 1 verringert sich der Druck der Flüssigkeit. Das in ihr ge löste Gas desorbiert und der Strahl 2 divergiert, d. h. er weitet sich in radialer Richtung aus, bis er den inneren Umfang des Auslaßendes des Desorptionsrohres 3 berührt. Es bildet sich zwischen dem Strahl 2 und dem Desorptionsrohr 3 ein Raum 8, der von einem Raum 9 über dem Flüssigkeitsspie gel 10 in dem Behälter 4 flüssigkeitsdicht getrennt ist. Dadurch fällt der Druck in dem Raum 8 schnell auf einen Druck nahe dem Dampfdruck der Flüssigkeit. Die sich ergebende Drucksenkung bewirkt ein schnelles und nachhaltiges Austrei ben der Gase aus dem Flüssigkeitsstrahl. Die in den Behäl ter 4 strömende Flüssigkeit enthält deshalb Gasblasen, die infolge ihres Auftriebs an die Oberfläche 10 steigen und zerplatzen. Das ausgetriebene Gas wird mittels einer Saug pumpe 11 dem Raum 9 kontinuierlich entzogen.

Um die Höhe des Flüssigkeitsspiegels 10 in dem Behälter 4 konstant zu halten, wird mittels einer Pumpe 12 entgaste Flüssigkeit aus dem Behälter 4 abgezogen. Die Fördermenge der Pumpe 12 steuert ein die Höhe des Flüssigkeitsspiegels mes sender Sensor 13. Die Menge der abgezogenen Flüssigkeit darf nicht so groß sein, daß Blasen des desorbierten Gases mit angesaugt werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat die Düse 1 Wirbelflü gel 14, die der Flüssigkeit eine Drehbewegung erteilen. Die daraus resultierende, auf die Flüssigkeit wirkende Zentri fugalkraft läßt den Strahl 2 noch schneller divergieren und verstärkt so die Bildung der Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Strahl 2 und dem Desorptionsrohr 3.

Bei einer alternativen, aus Fig. 3 ersichtlichen Bauart ist die Düse 1 mit einem Kernstück 15 versehen, das zu dem kon vergierenden Düsenauslaß koaxial angeordnet ist und ein konisches Ende hat, das teilweise innerhalb des konvergieren den Auslasses angeordnet ist. Das konische Ende des Kern stückes 15 und der konvergierende Auslaß der Düse 1 wirken zur Bildung eines sich radial aufweitenden Führungsweges für die durch die Düse 1 strömende Flüssigkeit zusammen. Damit tragen sie zur Ausweitung des die Düse 1 verlassenden Strahls 2 bei.

Zum axialen Bewegen des Kernstückes 13 ist eine Verstell vorrichtung 15 A vorgesehen. Mit ihr kann die Größe des Füh rungsweges, den das Kernstück 15 mit der Düse 1 bildet, verändert und die durch die Düse 1 strömende Flüssigkeits menge gesteuert werden.

Bei dem aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsbeispiel ist das Desorptionsrohr 3 umgekehrt angeordnet und aus vier Rohr stücken 38 zusammengesetzt, die zur Achse der Düse 1 genau ausgerichtet sind. Jedes Rohrstück 38 hat einen konstanten Querschnitt. Sie sind teleskopartig übereinander geschoben, so daß sich der innere Querschnitt stufenweise vergrößert. Jedes Rohrstück 38 ist so lang, daß der die Düse 1 verlas sende Flüssigkeitsstrahl 2 den inneren Umfang des Auslaßendes des ersten Rohrstückes 3 ganz berührt. Der die ersten drei Rohrstücke 38 verlassende Flüssigkeitsstrahl 2 weitet sich so auf, daß er die ganze innere Umfangsfläche des folgenden Rohres 38 berührt.

Bei der aus Fig. 5 ersichtlichen Ausführungsform wird die gelöstes Gas enthaltende Flüssigkeit vier Desorptionsrohren 3 des in Fig. 4 dargestellten Typs zugeführt, von denen nur zwei veranschaulicht sind. Die Rohre 3 ragen vertikal nach oben in einen zylindrischen Behälter 4, in dem die Flüssigkeitsober fläche 10 durch einen von einem Schwimmer 13 A betätigten Fühler 13 auf gleicher Höhe gehalten wird. Der Fühler 13 steuert die durch die Absaugpumpe 12 strömende Flüssigkeits menge so, daß der Behälter 4 annähernd ²/₃ voll ist. Die Desorptionsrohre 3 ragen etwa ¹/₃ der Höhe des Behälters 4 in den Behälter 4 hinein. Dadurch unterstützen sie die Bildung einer Menge entgaster, blasenfreier Flüssigkeit zum Abziehen aus dem Behälter 4. Das desorbierte Gas verläßt die unterge tauchten Enden der Desorptionsrohre 3 mit einer senkrechten Aufwärtsbewegung. Es sammelt sich in dem Raum 9 und wird von dort aus mittels einer Saugpumpe 11 abgezogen. Bei dieser Anordnung verringert sich die Gesamthöhe der Vorrichtung nach Fig. 1 und die Gasblasen trennen sich besser von der Flüssig keit. Durch die Anordnung mehrerer Desorptionsrohre 3 in einem Behälter 4 entsteht eine gedrungene Einheit mit hohem Durchsatz.

Wie Fig. 6 zeigt, wird Flüssigkeit aus einem Vorratsbehäl ter 17 in eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 eingeleitet und von dort aus wieder zurück in den Behälter 17. Dabei fällt der Gehalt an gelöstem Gas der Flüssigkeit im Behälter 17 stän dig. Die Praxis hat gelehrt, daß es möglich ist, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Wasser von 120°C bei einem Druck von 2,8 kg/cm² an den Düsen auf unter 0,3 ppm (Teile pro eine Mio) zu senken. Das Gas wird mittels einer einfachen Pumpe 11 abgesaugt, mit der ein Unterdruck von 35 mm Hg-Säule in dem Behälter 4 erzeugt wird.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird Flüssigkeit mittels einer Förderpumpe 16 in eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 eingeleitet. Ein Teil der Flüssigkeit wird von der Saugpumpe 12 über eine ventilgesteuerte Umgehungsleitung 18 zurückgefördert und dem der Förderpumpe 16 zugeführten Wasser beigemischt. Der Gehalt an gelöstem Gas in der von der Saugpumpe 12 abgezogenen Flüssigkeit kann dann mittels des Ventils 18 A durch Verändern der zurückströmenden Teilmenge zur erneuten Behandlung ge steuert werden. Bei einem Düsendruck von 2,8 kg/cm² und einer Vorratsmenge an kaltem Wasser mit 8 × 10^-6 Teilen gelöstem Sauerstoff hat die abfließende Menge einen Sauerstoffgehalt von:

1,7 × 10^-6 Teile bei Nullrücklauf, der auf
1,2 × 10^-6 Teile bei 40% Rücklauf und auf
0,7 × 10^-6 Teile bei 80% Rücklauf fällt.

Wie Fig. 8 zeigt, strömt die Flüssigkeit nacheinander durch drei Vorrichtungen gemäß Fig. 5. Die Behälter 4 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 4 A angeordnet, so daß nur eine Saug pumpe 11 notwendig ist. Liegt ein Druck von 2,8 kg/cm² an jeder Düse an und wird 8 × 10^-6 Teile gelösten Sauerstoff enthaltendes Wasser ohne Rücklauf eingespeist, so hat das die Vorrichtung verlassende Wasser noch einen Gehalt von 0,35 × 10^-6 Teile gelösten Sauerstoff. Um die Entgasungsleistung zu verbessern, sind Heizungen 19 vorgesehen, mit denen die den Düsen zugeführte Flüssigkeit erwärmt werden kann.

Durch Steigern des Düsendrucks wird sowohl die durchströmende Flüssigkeitsmenge als auch der prozentuale Anteil des der Flüssigkeit entzogenen Gases gesteigert.

Bezugsziffernliste

1 Düse
2 Strahl
3 Desorptionsrohr
3 B Rohrstücke
4 Behälter
6 Deflektor
8 Raum
9 Raum
10 Flüssigkeitsspiegel
11 Saugvorrichtung
12 Pumpe
13 Fühler
13 A Schwimmer
14 Wirbelflügel
15 Kernstück
15Å Verstelleinrichtung
16 Förderpumpe
17 Vorratstank
18 Umgehungslinie
18 A Ventil
19 Wärmeaustauscherwicklung

Claims

1. Vorrichtung zur Desorption von Gas aus einer Flüssigkeit mit einer Düse zum Umwandeln von Druckenergie der Flüssigkeit in kinetische Energie der Flüssigkeit, mindestens einem von der Düse ausgehenden Desorptionsrohr, dessen Einlaßende einen größeren Querschnitt hat als der Auslaß der Düse, hydrodyna mischen Mitteln zum Fördern der Flüssigkeit durch ein Rohr in einem von der Düse aus bis zur Berührung mit dem inneren Umfang eines Teils des Desorptionsrohres divergierenden Strahl und einem das Auslaßende des Desorptionsrohres umgebenden Behälter zur Aufnahme der Flüssigkeit aus dem Desorptionsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer schnittsfläche mindestens eines Desorptionsrohres (3) über seine Länge stufenweise zunimmt, der Strahl (2) divergiert und den inneren Umfang des Desorptionsrohres (3) nahe dessen Auslaßende kontaktiert, wobei den Strahl (2) aufweitende, radial nach außen ablenkende Mittel (6, 14, 15) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl (2) aufweitenden Mittel aus einem divergierend geformten Deflektor (6) bestehen, der innerhalb des Behälters (4) angeordnet und zu dem Desorptionsrohr (3) axial ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl (2) aufweitenden Mittel aus einem Deflektor mit am inneren Umfang der Düse (1) befestigten Wirbel flügeln (14) für eine Drehbewegung der durch die Düse (1) strömenden Flüssigkeit bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl (2) aufweitenden Mittel aus einem Kern stück (15) bestehen, das innerhalb der Düse (1) befestigt ist und ein spitz zulaufendes Ende hat, das in axialer Richtung des von der Düse (1) ausgehenden Desorptionsrohres (3) weist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernstück (15) mittels einer Verstellvorrichtung (15 A) in axialer Richtung der Düse (1) verstellbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugleitung in Strömungsrichtung hinter der Absaug pumpe (12) über eine Umgehungsleitung (18) mit Ventil (18 A) mit der Zuführleitung in Strömungsrichtung von der Förder pumpe (16) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung vor jeder Düse (1) mit einer Heizung (19) zum Erwärmen der zugeführten Flüssigkeit versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu mehreren in Serie hintereinander geschaltet ist.