DE2647913C2

DE2647913C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2647913C2
Application number: DE2647913A
Authority: DE
Inventors: Richard Eugene Prof. Washington D.C. Speece
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1985-01-03
Also published as: US4087262A; JPS5543376B2; DE2647913A1; JPS52146785A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Bei einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung, welche aus der US-PS 39 26 588 bekannt sind, ergibt sich aus der Druckverringerung beim Entfernen der begasten Flüssigkeit aus der Sammelzone ein Gasverlust aus der begasten Flüssigkeit in Form von Aufschäumen und Sprudeln. Der Grad des Aufschäumens bzw. Sprudeins ist eine Funktion der Konzentration des gelösten Gases, der Turbulenz und der Zeit, während welcher die begaste Flüssigkeit aus der Pfropfenströniungskammer am Ende des Kreislaufs entfernt wird. Das Aufschäumen bzw. Sprudeln begrenzt den Druckunterschied während des Betriebes und damit die lösbare Gasmenge für vorgegebene Abmessungen der Ventildurchlässe der Druckkammern der Gasübertragungseinrichtung und der Sammelzonen der Pfropfenströmungskammern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und

ίο eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen der Gasverlust aus der begasten Flüssigkeit beim Entfernen der begasten Flüssigkeit aus der Sammelzone verringert wird.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die kenn-2-;ichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.

Die Unteransprüche kennzeichnen Weiterbildungen der Erfindung.

Anhand des in der beiliegenden Figur dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert

Die in der Figur schematisch dargestellte Vorrichtung kann das Verfahren gemäß der Erfindung durchführen.

Die Vorrichtung enthält eine Gasübertragungseinrichtung 12, welche beispielsweise so ausgestaltet sein kann wie die Gasübertragungseinrichtung in der US-Patentschrift 36 43 403 oder in der US-Patentschrift 39 26 588. Aus einer Gasquelle 14 wird Gas in eine Flüssigkeit eingebracht, welche durch die Gasübertragungseinrichtung 12 mit Hilfe eines Kompressors 16 zirkuliert. Der Kompressor 16 arbeitet kontinuierlich, so daß in der Gasübertragungseinrichtung bzw. in der Druckkammer dieser Gasübertragungseinrichtung ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, wie es auch aus der US-PS 39 26 588 bekannt st.

Ober eine Einlaßleitung 18 wird bei einem relativ niedrigen Einlaßdruck eine noch nicht behandelte Flüssigkeit in die Vorrichtung geliefert. Ιί der Vorrichtung wird die Flüssigkeit in eine der Druckkammern 20 und 22, welche als Pfropfenströmungskammern ausgebildet sind, geleitet Diese erfolgt über ein vierkanaliges Steuerventil 24 mit zwei Einstellmöglichkeiten. Zufuhrleitungen 26 und 28 bringen die Flüssigkeit vom Steuerventil 24 in die Druckkammern 20 und 22. Ein zweites vierkanaliges Steuerventil 30 führt das gasförmige Fluid zu einer Auslaßleitung 32. Durch das Steuerventil 30 können abwechselnd Leitungen 34 und 36 mit der Auslaßleitung verbunden werden, so daß aus der Kammer 20 oder 22 entnommenes Fluid bzw. Gas an die Auslaßleitung weitergeleitet wird. Wenn sich die Steuerventile 24 und 30 in den dargestellten Stellungen befinden, gelangt Flüssigkeit in die Kammer 20 aus der Einlaßleitung durch die Zufuhrleitung 26. Diese Flüssigkeit verdrängt das vergaste Fluid in dieser Kammer, wobei dieses Fluid über die Leitung 34 zum Auslaß geleitet wird. Wenn die beiden Steuerventile 34 und 30 gleichzeitig in ihre anderen Betriebsstellungen gebracht werden verdrängt die durch die Zufuhrleitung 28 in die Kammer 22 geleitete Flüssigkeit das in dieser befindliche Fluid, wobei dieses Fluid durch die Leitung 36 zur Auslaßleitung 32 gebracht wird.

Wenn in einer der vorbeschriebenen Stellungen der Steuerventile 24 und 30 durch eine Pumpe 38 das Fluid bzw. Flüssigkeit durch eine geschlossene Schleife, welche aus der Gasübertragungseinrichtung 12 und einer der Pfropfenströmungskammern 20 und 22 besteht, zum Zirkulieren gebracht wird, wird das Fluid bzw. die Fltis-

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sigkeit innerhalb dieser Kammern, welche als Sammel- 46 und 48 und mehrere im Abstand voneinander angezonen wirken, mit Gas übersättigt Hierzu ist eine Ein- ordnete Düsen 50 erfolgen. Die Steuerventile sperren laufleitunn 40 zwischen das Steuerventil 24 und das Ein- den Zufluß des Verdünnungsmittels, wenn die Kam laßende der Gasübertragungseinrichtung geschaltet mern 20 bzw. 22 unter einem relativ hohen Druck stewährend das Auslaßende der Gasübertragungseinrich- 5 hen. Dieser herrscht dann vor, wenn die Kammern an tung über eine Umwälzpumpe 38 und über eine Leitung die Gasübertragungseinrichtung angeschlossen sind 42 mit dem Steuerventil 30 verbunden ist Wenn die und mit dieser durch entsprechende Einstellung der Steuerventile daher die in der Figur dargestellten Stel- Steuerventile 24 und 30 eine geschlossene Schleife billungen einnehmen, wird der Inhalt der Kammer 22 unter den. Der Druckunterschied, welcher zwischen dem rela-Druck mit Gas beaufschlagt Die Kammer bildet hierbei 10 tiv hohen Druck in der geschlossenen Schleife und dem einen Bestandteil einer geschlossenen Schleife zusam- realtiv niedrigen Druck der Umgebung besteht kann men mit der Gasübertragungseinrichtung und der Pum- zur Steuerung des Einbringens des Verdünnungsmittels pe 38 irber die Leitungen 28,40,42 und 36. In der ande- in jede der Pfropfenströmungskammern dienen, ren Betriebseinstellung der Steuerventile 24 und 30 ent- Sobald die Flüssigkeit das System verläßt ergibt sich

hält die geschlossene Schleife die Kammer 20, die Gas- 15 eine starke Druckerniedrigung aufgrund des erwähnten übertragungseinrichtung und die Pumpe 38. wobei diese Druckunterschiedes wodurch ein Sprudeln bzw. ein Schleife durch die Leitungen 26,40,42 und 34 geschlos- Austritt des gelösten Gases unterbunden bzw. stark versen wird. ringen wird, indem in die übersättigte Flüssigkeit das

Wie in der US-PS 39 26 588 beschrieben, ist eine der- Verdünnungsmittel eingebracht wird. Beispielsweise artige Einrichtung geeignet, um eine zugeführte Flüssig- 20 kann in eisigen Fällen das Verdünnungsmittel in die keit mit Gas zu versetzen. Als Flüssigkeit kann hierbei AuslaBleitung 32 über eine Nebenlei^ng 52, welche an beispielsweise wasser oder ein anderes relativ unkom- die Verdünnungsmittelquelle 44 angeschossen ist einprimierbares fließendes Material dienen. Diese Flüssig- geleitet werden, indem ein Ventil 54 geöffnet wird. Das keit wird mit einem relativ niedrigen Einlaßdruck unter Verdünnungsmittel wird dabei der Flüssigkeit ?ugegeringem Energiebedarf eingebracht wobei der er- 25 führt nachdem die Flüssigkeit das Steuerventil 30 verwünschte Übergang des Gases auf die Flüssigkeit bzw. lassen hri.

das Einbringen des Gases in die Flüssigkeit erfolgt Die

Vorrichtung und das Verfahren ist beispielsweise für die Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Übertragung von Sauerstoffgas auf Flüssigkeiten, wie

beispielsweise Wasser, insbesondere bei der Abwasserbehandlung, vorteilhaft anwendbar Beispielsweise kann man am Auslaß der Vorrichtung eine Flüssigkeit insbesondere Wasser, erhalten, das mit Sauerstoff stark übersättigt ist. Die im Wasser gelöste Sauerstoffmenge ist jedoch wegen des Aufwallens bzw. Sprundelns nicht so hoch wie möglich wegen der Druckerniedrigung in den Kammern 20 bzw. 22, welche zusammen mit der Gasübertragungseinrichtung 12 während der Übersättigung mit Gas zur Umwälzung der Flüssigkeit eine geschlossene Schleife gebildet haben. Beim Ausfließen der Flüssigkeit ergibt sich eine Turbulenz in der ausfließenden Flüssigkeit, die von den Kammern zur Auslaßleitung über die Leitungen 34 und 36 geleitet wird Hieraus resultiert ein Verlust an gelöstem Gas durch Sprudeln. Es hat sich herausgestellt, daß der Grad des Aufwallens bzw. Sprudeins Und des damit verbundenen Gasverlustes eine Funktion der Konzentration des gelösten Gases in der übersättigten Flüssigkeit der Turbulenz, welche aus dem Druckabfall und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in den Auslaßleitungen ist.

Bei der Erfindung wird die mit Gas übersättigte Flüssigkeit in jeder der Pfropfenströmungskammern 20 und rasch verdünnt, wenn aufgrund der Umschaltung der Ventile 24 und 30 die übersättigte Flüssigkeit aus den Kammern entfernt wird und die Flüssigkeit auf etwa den Druck der Umgebung gebracht wird. Diese rasche Verdünnung der Inhalte jeder der Kammern erfolgt synchron mit der Ventilverstellung der Steuerventile 24 und 30. Auf diese Weise wird ein nachfolgendes Sprudeln bzw. Aufwallen wegen einer hohen Turbulenz in den Leitungen 34 oder 36 verhindert. Als geeignetes Verdünnungsmittel kann die Flüssigkeit dienen, welche in die Vorrichtung eingebracht wird, wobei dieses Verdünnungsmittel eine niedrige Konzentration an gelöstem Gas enthält. Das Verdünnungsmittel kann von einor VerdünnungsmitU'Iquelle 44 mit einem geeigneten Druck zu jeder der Pfropfenströmungskammern geliefert werden. Diese Zulieferung kann über Steuerventile

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit, bei dem in einer Sammelzone die Flüssigkeit von einem relativ niedrigen Druck auf einen relativ hohen Druck gebracht wird, bei dem dann die Flüssigkeit bei dem relativ hohen Druck begast wird, wobei das Gas in der Flüssigkeit gelöst wird und eine Konzentration des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, die größer ist als die Sättigungskonzentration des Gases in der Flüssigkeit bei dem relativ niedrigen Druck, bei dem dann der relativ hohe Druck in der Sammelzone auf den relativ niedrigen Druck verringert wird und bei dem die begaste Flüssigkeit bei dem relativ niedrigen Druck aus der Sammelzone entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Druckverringerung — noch bevor ein nennenswertes Austreten von Gas aus der Flüssigkeit \a Form von Gasbläschen stattfinden kann — der begasien Flüssigkeit ein Verdünnungsmittel zugegeben wird, so daß ein Austritt von Gasbläschen aus der gegasten Flüssigkeit weitgehend vermiden wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die begaste Flüssigkeit durch die gleiche, eine geringere Gaskonzentration als die begaste Flüssigkeit aufweisende Flüssigkeit verdünnt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer als geschlossener Kreislauf ausgebil:^:3ien Sammelzone für die Flüssigkeit, die eine Gasübertragungseinrichtung, eine Pfropfenströmungskammer, Verbindungsleitungen und eine Pumpe aufweist, mit einem Einlaß für das Gas in die Gasübertragungseinrichtung, die über einen Kompressor an eine Gasquelle angeschlossen ist, mit einem Einlaß für die unbegaste Flüssigkeit in die Pfropfenströmungskammer und mit einem Auslaß für die begaste Flüssigkeit aus der Pfropfenströmungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung für ein Verdünnungsmittel vorgesehen ist, die entweder über die Längsausdehnung der Pfropfenströmungskammer (20 bzw. 22) verteilt mehrere im Abstand voneinander angeordnete Einlaßdüsen (50) aufweist oder an dem Auslaß (32) für die begaste Flüssigkeit aus der Pfropfenströmungskammer angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verdünnungsmittelzufuhr durch den beim Entfernen der begasten Flüssigkeit in der Pfropfenströmungskammer (20 bzw. 22) entstehenden Druckabfall ein Steuerventil (46; 48; 54) in der Verdünnungsmittelzufuhrleitung geöffnet ist.