DE2443568A1

DE2443568A1 - Verfahren und vorrichtung zum herunterfuehren von gasblasen in fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2443568A1
Application number: DE2443568A
Authority: DE
Inventors: Gillis Huss
Original assignee: Volvo Flygmotor AB
Current assignee: GKN Aerospace Sweden AB
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1974-09-12
Publication date: 1975-03-13
Also published as: SE7312434L; SE375704B

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herunterführen von Gasblasen in Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herunterführen von Gasblasen in Flüssigkeiten, beispielsweise zum energie-ökonomischen Herunterführen von Luft in großen Tiefen in Seen und Wasserliufen.
Die Erzeugung oder das Einführen von Gasblasen in Flüssigkeiten stellt ein sehr altes Problem dar, das bei einem M.hrzahl von technischen Verwendungen aktuell ist, beispielsweise beim Reinigen von Flüssigkeiten durch Flotation, bei der Durchführung von verschiedenen chemischen Prozessen usw. Zur Erzeugung einer günstigen Wirkung sollen dabei die Gasblasen so klein wie möglich sein, um eine große Kontaktfläche gegenüber der umgebenden Flüssigkeit zu erhalten, und in der Größe so gleichmäßig wie möglich. Eine Reihe von verschiedenen konstruktiven Lösungen zur Erreichung dieses Zweckes sind vorgeschlagen worden. Eine von diesen besteht darin, daß man in einem Druckbehälter die Flüssigkeit mit einem darin gelösten Gas sättigt. Bei plötzlicher Dekompression erhält man dann einen Schwarm oder eine Wolke von Gasblasen xit sehr gleichmäßiger, kleiner Größe. Diese Lösung ist aber mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden. Eine andere, konstruktiv einfachere Lösung besteht darin, unter Druck stehendes Gas durch verschiedene Arten poröser Körper direkt in eine Flüssigkeit einzuführen. Bei diesem Verfahren bestehen jedoch erhebliche Schwierigkeiten, die Größe und Streuung der Gasblasen zu kontrollieren.
Eine dritte Lösung ist durch die schwedische Patentschrift 161 969 bekannt, bei der kleine Flüssigkeitstropfen gegen eine freie Flüssigkeitsoberfläche unter Bildung von Blasen gespritzt werden, wodurch die gewünschten Blasen auf sehr vorteilhafte Weise erzeugt werden können. Diese dringen jedoch bei dieser Lösung nicht tief genug in die Flüssigkeit ein.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bisherigen Lösungen des Problems zu beseitigen.
Die Erfindung löst die Aufgabe verfahrensgemäß dadurch, daß in einer in einer freien wlüssiekeit befindlichen kommunizierenden Röhre mittels eines Flüssigkeitsstrahls gebildete Gasblasen durch in nach unten gerichtete, durch den Flüssigkeit#strahl erzeugte Flüssigkeitsströmung dadurch nach unten XitgeriDgen werden, daß die Geschwinffi elt der Strömung höher ist als die Auftrieb1£eschvindi#keit der Gasblasen.
Die Erfindung löst die Aufgabe weiterhin durch eine Vorrichtung, die sich dadurch suszeichnet, daß eine vertikale Abschirmwand mit geschlossener kreisförmiger Kontur vorgesehen ist, die einen Bereich einer freien Flüssigkeitsoberfläche gegen ein Gas, vorzugsweise Luft, abschirmt, wobei gegen diesen Bereich ein feinverteilter Strahl derselben Flüssigkeit mit bestimmter Geschwindigkeit gerichtet ist, so daß in der Flüssi##eit innerhalb der Abschirmwand Gasblasen gebildet werden, wobei die Abschirmwand sich bis zur gewünschten Tiefe zum Ausstoßen der Gasblasen in die freie Flüssigkeit erstreckt und der feinverteilte FluasigkeitsGtrshl einen solchen Massenfluß pro Zeiteinheit hat, daß eine im wesentlichen vertikale Strömung im Flüssigkeitsquerschnitt innerhalb der Abschirmvand besteht, die eine größere Geschwindigkeit hat als die ;#teiggeschwindigkeit der Gasblasen von gewünschter Maximalgröße in der Flüssigkeit.
Bei dieser Lösung wird das bekannte physikalische Gesetz der kommunizierenden Röhren benutzt, um eine Beschränkung der Größe der Gasblasen auf gewünschte Maximalwerte und ein Herunterführen der gebildeten Blasen zur gewünschten Tiefe unterhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche zu erreichen.
Dies bringt in vielen Ausführungen Vorteile mit sich, und zwar beispielsweise bei chemischen Prozessen oder dergleichen, aber besonders, wenn Luft in größere Wassertiefe einzuführen ist, beispielsweise in Verbindung mit Einführen von Sauerstoff in den Bodenbereich von verunreinigten oder sterbenden Seen.
Es ist dann nicht mehr notwendig, Luft bis zu einem den hydrostatischen Druck in der gewünschten Tiefe übersteigenden Druck zu komprimieren, sondern man kann sehr viel einfacher und energiesparend die Blasen durch Herstellen einer vertikalen Flüssigkeitsströmung bis zur gewünschten Tiefe herunterführen.
Ein Druck von nur einigen Zehntel Kp/cm² in der Flüssigkeit in der Spritzdüse ist meistens genug, um die gewünschte Wirkung zu erreichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2a und 2b eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher die Abschirmwand zur Bildung eines geschlossenen Raumes nach oben geschlossen ist, wobei dieser Raum entweder in einem bestimmten Abstand oberhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche oder in einer bestimmten Tiefe unterhalb derselben liegt, Fig. 3a eine Schirmwand, welche zur Bildung eines geschlossenen Raumes nach oben und nach unten geschlossen ist und mit mindestens einer Auslaßöffnung versehen ist, und Fig. 3b eine Vorrichtung gemaß Fig. 3a, wobei der gesamte geschlossene Raum außerhalb des Behälters, in welchem sich die freie Flüssigkeit befindet, angeordnet ist.
Aus Fig. 1 der Zeichnung geht hervor, daß in einem bestimmten Abstand oberhalb einer freien Flüssigkeitsoberfläche 1 eine Düse 2 derart angeordnet ist, daß ein Flüssigkeitsstrahl gegen die Flüssigkeitsoberfläche gerichtet wird. Der Strahl ist gemäß der Erfindung feinverteilt, so daß die aus der Düse 2 austretende Flüssigkeit beim Auftreffen auf die freie Flüssigkeitsoberfläche in eine Vielzahl von einzelnen Tropfen zerstäubt ist. Ein Tropfen, der mit ausreichender Geschwindigkeit auf eine freie Flüssigkeitsoberfläche trifft, erzeugt bekanntermaßen eine Wellenbewegung, die eine Abschnürung einer geringen Menge des oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindlichen Gases zur Bildung einer Gasblase in der Flüssigkeit zur Folge hat. Dies tritt beispielsweise auf, wenn Regentropfen auf eine Wasseroberfläche treffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Grundgedanke in sehr vorteilhafter Weise dazu benutzt, daß man in bekannter Weise den Bereich der freien Flüssigkeitsoberfläche 1, der von dem fein verteilten Flüssigkeitsstrahl 3 getroffen wird, mittels einer Abschirmwand 4 abschirmt, die eine geschlossene kreisförmige Kontur aufweist und in die Flüssigkeit hineinragt.
Die vom Flüssigkeitsstrahl 3 in der Flüssigkeit innerhalb der Schirmwand 4 gebildeten Gasblasen werden dann entweder gegen die Flüssigkeitsströmung aufsteigen, sofern sie verhältnismäßig groß sind und eine Steiggeschwindigkeit aufweisen, die größer als die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, oder der vertikalen, nach unten gerichteten Flüssigkeitsströmung innerhalb der Schirmwand 4 folgen. Dadurch erhält man eine sehr einfache Möglichkeit zur genauen Regulierung der Maximalgröße der gebildeten Gasblasen, und man wählt den Massenfluß pro Zeiteinheit im Strahl 3 derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Querschnitt innerhalb der Schirmwand 4 größer ist als die Steiggeschwindigkeit der Gasblasen der gewünschten Maximalgröße in der Flüssigkeit.
Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsstrahl 3 der Düse 2 im wesentlichen senkrecht zu der freien Flüssigkeitsoberfläche 1 gerichtet Die Abschirmwand 4 erstreckt sich bis zu einer Tiefe in die Flüssigkeit, in der die Gasblasen frei in der Flüssigkeit austreten sollen. Dies bringt den technischen Effekt mit sich, daß man durch Verwendung des bekannten Gesetzes der kommunizierenden Röhren eine Herunterführung der gebildeten Gasblasen bis zu sehr großen Tiefen erreichen kann, was bei der Verwendung der Erfindung in Verbindung mit der Reinigung verunreinigter oder sterbender Seen durch Einführung von Luft in den Boden derselben besonders vorteilhaft ist.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Wie aus Fig. 2a und 2b der Zeichnung hervorgeht, kann die Abschirmwand 4 oben zur Bildung eines geschlossenen Raumes geschlossen sein. Dieser Raum kann dabei entweder entsprechend Fig. 2a mit der Flüssigkeitsoberfläche in einem bestimmten Abstand oberhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche 1 oder entsprechend Fig. 2b mit der Flüssigkeitsoberfläche unterhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche 1 angeordnet sein. Wie in der ersten Ausführungsform wird die Flüssigkeit dabei unter Bildung eines feinverteilten Flüssigkeitsstrahls 3 durch die Düse 2 zugeführt, wobei dieser die innerhalb des geschlossenen Raumes gebildete Flüssigkeitsoberfläche trifft. Oberhalb dieser Flüssigkeitsoberfläche ist im oberen Teil des geschlossenen Raumes eine regulierbare Gaseinführung angeordnet, die mit der Umgebung oder einem separaten Gasbehälter in Verbindung steht und eine Atmosphäre aufbaut, mit der die zur Erreichung der gewiinschten Gasblasenbildung erforderlichen Voraussetzungen geschaffen werden. Dadurch ist es natürlich auch möglich, verschiedene Gasatmosphären oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche innerhalb des geschlossenen Raumes bzw. oberhalb des übrigen Teiles der Flüssigkeitsoberfläche zu verwenden. Die gleiche Beschreibung gilt auch für den in Fig. 2b gezeigten geschlossenen Raum, der unterhalb der übrigen freien Flüssigkeitsoberfläche liegt.
Am unteren Rand der Abschirmwand 4 oder des geschlossenen Raumes strömen also die vom vertikalen Flüssigkeitsstrom mitgenommenen Gasblasen in allen Richtungen heraus und steigen zur freien Flüssigkeitsoberfläche auf. Die Blasen sind vorzugsweise von sogenannter Mikrogröße, d. h. sie sind von der Größenordnung 0,1 mm oder kleiner, welche eine geringe Steiggeschwindigkeit haben. Allgemein ist zu sagen, daß die Steiggeschwindigkeit einer Gasblase etwa proportional zum Quadrat des Durchmessers der Blase ist (Stokesches Gesetz). Beim Übergang in die Flüssigkeit außerhalb der Abschirmwand 4 stoßen bisweilen einige Blasen zusammen, so daß größere Blasen gebildet werden, die dann eine größere Steiggeschwindigkeit erhalten und sich schneller zur Oberfläche bewegen.
Bei einigen Ausführungen, bei denen insbesondere Gasblasen zu größeren Tiefen unter die freie Flüssigkeitsoberfläche 1 heruntergeführt werden sollen, kann es wünschenswert sein, die Geschwindigkeit der nach unten gerichteten Gasblasen im Flüssigkeitsstrom trotz der Kompression konstant zu halten.
Dies ist dadurch leicht zu erreichen, daß der Querschnitt der Abschirmwand 4 nach unten progressiv abnimmt.
Es wurde vorstehend beschrieben, daß die Gasblasen am unteren Rand der Abschirmwand 4 oder des geschlossenen Raumes in alle Richtungen frei austreten dürfen. Unter Umständen kann es jedoch wünschenswert sein, den ausgestoßenen Gasblasen am unteren Rand der Abschirmwand 4 eine besondere Richtung zu geben. Dann ist es entsprechend Fig. 3a und 3b möglich, das untere Ende der Abschirmwand 4 zu schließen und seitlich unten ein oder mehrere Schlitze oder Drosselöffnungen in der Abschirmwand 4 auszubilden, so daß die Strömung dort auf eine höhere Geschwindigkeit w als die Strömungsgeschwindigkeit v der nach unten gerichteten Strömung im Querschnitt innerhalb der Abschirmwand 4 beschleunigt wird, wodurch die gewünschte Richtung des Gasblasenschwarms erreicht wird.
Aus Fig. 3b der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Abschirmwand 4 oder der geschlossene Raum nicht notwendigerweise in der übrigen freien Flüssigkeit liegen muß, sondern nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren auch außerhalb dieser liegen kann.
Ansprüche:

Claims

Ansprüche: 1. Verfahren zum Herunterführen von Gasblasen in Flüssigkeiten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer in einer freien Flüssigkeit befindlichen kommunizierenden Röhre mittels eines Flüssigkeitsstrahls gebildete Gasblasen durch eine nach unten gerichtete, durch den Flüssigkeitsstrahl erzeugte Flüssigkeitsströmung dadurch nach unten mitgerissen werden, daß die Geschwindigkeit der Strömung höher ist als die Auftriebsgeschwindigkeit der Gasblasen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gasblasen aus dem freien Ende der kommunizierenden Röhre richtungsunabhängig in die freie Flüssigkeit ausgestoßen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gasblasen in eine bestimmte Richtung ausgestoßen werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine vertikale Abschirmwand (4) mit geschlossener kreisförmiger Kontur vorgesehen ist, die einen Bereich einer freien Flüssigkeitsoberfläche (1) gegen ein Gas, vorzugsweise Luft, abschirmt, wobei gegen diesen Bereich ein feinverteilter Strahl (3) derselben Flüssigkeit mit bestimmter Geschwindigkeit gerichtet ist, so daß in der Flüssigkeit innerhalb der Abschirmwand (4) Gasblasen gebildet werden, wobei die Abschirmwand (4) sich bis zur gewünschten Tiefe zum Ausstoßen der Gasblasen in die freie Flüssigkeit erstreckt und der feinverteilte ~Flüssigkeitsstrahl (3) einen solchen Massenfluß pro Zeiteinheit hat, daß eine im wesentlichen vertikale Strömung im Flüssigkeitsquerschnitt innerhalb der Abschirmwand (lot) besteht, die eine größere Geschwindigkeit hat als die Steiggeschwindigkeit der Gasblasen von gewünschter Maximalgröße in der Flüssigkeit.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abschirmwand (4) nach oben hin geschlossen ist und in diesem Wandteil eine Düse (2) zur Bildung des Flüssigkeitsstrahls angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a -d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t , daß am Wandteil des oberen Abschlusses der Abschirmwand (4) eine regelbare Umluftzuführleitung angeschlossen ist, durch die in den freien Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels innerhalb der Abschirmwand (4) Gas bzw. Luft einführbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die geschlossene Abschirmvand (4) bis auf die Austrittsöffnung außerhalb einer freien Flüssigkeitsflache (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i e h n e t , daß die geschlossene Abschirmwand (4) vollständig unterhalb der freien #lüisigkeitsoberfläche (1) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dsß die Abschirjirand auch unten geschlossen ausgebildet #st und seitlich eine oder mehrere öffnungen auf@eist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die oben und unten geschlossene Abschirmwand (4) außerhalb der freien Flüssigkeit angeordnet ist und eine seitliche Öffnung mit der freien Flüssigkeit in Verbindung steht.