DE4238971C2 - Verfahren und Anordnung zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lösung einer Gas­ menge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens sind in der DE 39 20 472 A1 be­ schrieben. Das bekannte Verfahren schlägt vor, die definier­ te Beladung einer Flüssigkeit mit einem Gas dadurch zu rea­ lisieren, daß der Beladungsvorgang an einer bestimmten Stel­ le des Strömungsweges der Flüssigkeit durch Koaleszenz der nicht gelösten Gasblasen im wesentlichen beendet wird. Nicht gelöste, koaleszierte Gasblasen werden entweder im weiteren Verlauf des Strömungsweges der zu beladenden Flüssigkeit in letzterer erneut dispergiert und gemischt oder sie werden aus der Flüssigkeit abgeschieden. Die bekannte Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens sieht hierfür am Ende der Beladungsstrecke eine Trenneinrichtung vor, in der eine Separierung nicht gelöster Gasblasen von der Flüssigkeit durch Zentrifugalkräfte in der rotierenden Flüssigkeit erreicht wird. Bei dieser Trenneinrichtung handelt es sich um einen Behälter, in dem die rotierende Flüssigkeit einen Rotationsparaboloiden ausbildet, über dessen freie Oberfläche die nicht gelösten Gasblasen abgeschieden werden. Aufgrund dieser Verhältnisse handelt es sich bei dem abgeschiedenen Stoffstrom um eine reine Gasströmung, über deren weitere Verwendung keine Aussagen gemacht werden.

Eine weitere Anordnung, die den Stand der Technik zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge doku­ mentiert, ist beispielsweise aus der Firmendruckschrift "Haffmans B.V.", RD Venlo. Niederlande, Seiten 2 bis 5. bekannt. In der in dieser Druckschrift beschriebenen - Anordnung zur Durchführung des Verfahrens werden CO2-Gas und Bier in einem sogenannten Karbonisiergerät zusammengeführt. Eine CO2-Leitung endet hierbei in der Mitte einer Bierlei­ tung, und die Verteilung des CO2-Gases findet über statische Mischelemente statt. In einer dem Karbonisiergerät nachge­ schalteten Lösungsstrecke sorgen weitere statische Mischele­ mente für die Aufrechterhaltung der Blasenverteilung, die notwendige Voraussetzung für den angestrebten Stoffübergang (Absorption von Gas in Flüssigkeit) ist.

Die verfahrenstechnischen und strömungsmechanischen Voraus­ setzungen für den Stoffübergang Gas/Flüssigkeit sind hin­ länglich bekannt. Das Gas muß der Flüssigkeit zugeführt, in dieser dispergiert und homogen über den flüssigkeitsdurch­ strömten Querschnitt verteilt werden. Die sogenannte Gleich­ gewichtskurve, das Lösungsgleichgewicht zwischen Gas und Flüssigkeit, liefert die maximale Gasmenge, die bei ge­ gebenem Leitungsdruck und gegebener Temperatur in der Flüs­ sigkeit löslich ist. Die aus dem Lösungsgleichgewicht resul­ tierende Gasmenge kann, wenn sie der Flüssigkeit genau in dieser Menge angeboten wird, theoretisch nur über eine un­ endlich lange Zeitspanne in der Flüssigkeit gelöst werden. Daher verzichtet man in der Praxis in der Regel auf das Er­ reichen des Lösungsgleichgewichtes und sorgt durch die Wahl der veränderbaren Betriebsparameter dafür, daß ein ausrei­ chendes Konzentrationsgefälle zwischen der Gleichgewichts­ konzentration (auch Sättigungskonzentration) und der ge­ wünschten und sich schließlich einstellenden Istkonzen­ tration gegeben ist. Es ist weiterhin hinlänglich bekannt, daß die Absorption erschwert wird durch niedrigen Druck, ho­ he Temperatur, hohe Sollwertkonzentration des zu lösenden Gases und, in aller Regel, niedrige Fließgeschwindigkeit. Der Druckverlust im statischen Mischer und in der sich an­ schließenden Lösungsstrecke führt, zumindest graduell, zu einem über den Strömungsweg stetig abnehmenden statischen Druck, der wiederum die lokale Gleichgewichtskonzentration bestimmt. Eine Reduzierung der Gleichgewichtskonzentration führt wiederum zu einer Verminderung des den Stoffübergang entscheidend bestimmenden wirksamen Konzentrationsgefälles.

Da die bekannte Anordnung die Lösung einer vorgegebenen Gas­ menge in einer bestimmten strömenden Flüssigkeitsmenge mit hinlänglich bekannten Mitteln anstrebt, sind mit dieser An­ ordnung auch keine über den Stand der Technik auf diesem Ge­ biet hinausgehenden verfahrenstechnischen oder apparativen Vorteile zu erzielen.

Auf der Suche nach Verfahren und Anordnungen zur Intensivie­ rung des Stoffüberganges, mit denen der im bekannten Karbo­ nisiergerät in Verbindung mit der nachgeschalteten Lösungs­ strecke erzielbare Stoffübergang verbessert werden kann, stößt der Fachmann in der Zeitschrift Chem.-Ing.-Tech. 64 (1992) Nr. 8, Seite 762. auf einen Aufsatz zum Thema "Model­ iierung eines von oben begasten Schlaufenreaktors und Mes­ sung hydrodynamischer Parameter". Dort wird unter anderem ausgeführt: "Zur Begasung niedrigviskoser Flüssigkeiten wer­ den in der chemischen Industrie und bei der biologischen Ab­ wasserreinigung in zunehmendem Maße strahlgetriebene Schlau­ fenreaktoren eingesetzt. Das Gas und die Flüssigkeit werden einem Kompaktreaktor über eine Zweistoffdüse zugeführt, die am Kopf des Reaktors angeordnet ist. Diese Düse kann sowohl im Ejektorbetrieb als auch im Injektorbetrieb gefahren wer­ den. Das über die Zweistoffdüse zugeführte Gemisch aus Gas und Flüssigkeit strömt zusammen mit dem Zweiphasengemisch, das aus dem Ringraum angesaugt wird, im Umlaufrohr abwärts. Am unteren Ende des Reaktors wird ein Teil der Flüssigkeit abgezogen. Der andere Teil der Flüssigkeit strömt zusammen mit dem Gas im Ringraum aufwärts. Am oberen Ende des Reak­ tors gast ein Teil des Gases aus, während der andere Teil zusammen mit der Flüssigkeit erneut am Umlauf im Reaktor teilnimmt."

Unter Schlaufenreaktoren sind Apparate zu verstehen, in de­ nen zumindest ein den Gesamtstrom umfassender definiert ge­ lenkter Umlauf eines fluiden oder fluidisierten Systems stattfindet. Dabei kann dem Umlaufstrom ein Durchlaufstrom überlagert werden, wodurch das Strömungsbild einer "Schlau­ fe" entsteht. Es gibt Schlaufenreaktoren mit innerem und solche mit äußerem Umlauf.

Eine Übertragung des vorstehend kurz umrissenen Schlaufen­ reaktor-Prinzips auf den dieser Erfindung zugrunde liegenden Anmeldungsgegenstand ist nicht ohne weiteres möglich. Zum einen wäre ein Ausgasen eines Teiles des zugeführten Gases am oberen Ende des Reaktors, welches sich nicht vollständig beseitigen läßt, unerwünscht und nachteilig; vielmehr wird angestrebt, daß die zugeführte Gasmenge auch tatsächlich ge­ löst wird, wodurch sich die Stoffbilanz denkbar einfach ge­ staltet. Zum anderen erlauben die festen Geometrieverhält­ nisse des Schlaufenreaktors nur eine bedingte Anpassung des Verfahrens an sich verändernde Betriebsbedingungen. Darüber hinaus ist ein Schlaufenreaktor, unabhängig davon, ob er mit einem inneren oder äußerem Umlauf arbeitet, insbesondere beim Einsatz in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, wo es auf eine biologisch einwandfreie Reinigung aller Be­ reiche des Reaktors in höchstem Maße ankommt, einerseits keine besonders reinigungsfreundliche bzw. CIP-gerechte An­ ordnung (CIP: Abkürzung für "cleaning in place", was soviel bedeutet wie "an Ort und Stelle im Durchfluß reini­ gungsfähig") , und andererseits muß er gegebenenfalls als Druckbehälter eingestuft werden, der bestimmte sicherheits­ technische Anforderungen zu erfüllen hat, wodurch er geneh­ migungs- oder überwachungspflichtig werden kann, was ihn von vornherein technisch aufwendig und teuer werden läßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in einer Flüssigkeit unter gegebenen Bedingungen tatsächlich lösbare Gasmenge gegenüber bekannten Verfahren zu erhöhen. Darüber hinaus soll die Anordnung zur Durchführung des Ver­ fahrens im Aufbau einfach, im Durchfluß reinigbar (CIP- fähig), und ihre Anpassung an bestimmte Praxiserfordernisse und ihre Regelung sollen möglichst einfach sein.

Die verfahrenstechnische Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche 2 und 3. Eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens wird durch Anwendung der Merk­ male des Nebenanspruchs 4 realisiert, während vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Anordnung Gegenstand der weiteren Unteransprüche sind.

Die Trennung des Gesamtstromes bei der genannten Strömungs­ führung in einen blasenfreien Flüssigkeitsstrom und einen Gas-Flüssigkeitsstrom (Zweiphasenströmung) stellt zum einen sicher, daß in der von der Trennungsstelle fortgeführten Flüssigkeit keine unkontrollierbare Nachbegasung erfolgt.
Zum anderen ist die Trennung die Voraussetzung für die Rück­ führung eines Teilstromes. Der rückgeführte Gas-Flüssig­ keitsstrom überlagert sich als Umlaufstrom dem zugeführten unbegasten oder begasten Flüssigkeitsstrom, der den Durch­ laufstrom bildet. Durch die Rückführung bietet sich die Möglichkeit, die im Umlaufstrom enthaltenen nicht gelösten Gasblasen erneut zu redispergieren und im Gesamtstrom homogen zu verteilen. Darüberhinaus wird das Konzentrati­ onsgefälle an der Stelle der Zusammenführung von Durchlauf- und Umlaufstrom erhöht und aus der Überlagerung beider Ströme resultiert dort zusätzlich eine erhöhte Turbulenz.

Im Gegensatz zu bekannten Belüftungs- und Begasungsverfahren (stellvertretend hierfür steht die eingangs kurz umrissene Haffmans-Anordnung), die sämtlich die Gaslösung in einem einmaligen Durchlauf anstreben und sich demzufolge mit einer geringeren erreichbaren Istkonzentration des zu lösenden Ga­ ses begnügen oder die eine relativ lange und damit in hohem Maße druckverlustbehaftete Misch- und Lösungsstrecke erfor­ dern, ist beim vorliegenden Anmeldungsgegenstand das Wir­ kungsprinzip "Abtrennen des nicht gelösten Gasanteiles und sich wiederholende Rückführung" konsequent realisiert, und zwar dergestalt, daß der nicht gelöste Gasanteil in Form einer Zweiphasenströmung (Gas-Flüssigkeitsstrom) vom blasen­ freien Flüssigkeitsstrom über einen besonders wirkungsvollen Trennmechanismus separiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Gas im rückzuführenden Gas-Flüssigkeits­ strom vor der Zusammenführung mit dem zugeführten unbegasten oder begasten Flüssigkeitsstrom (Durchlaufstrom) wenigstens teilweise in seiner Trägerflüssigkeit redispergiert. Diese Maßnahme trägt zu einer weiteren Verbesserung des Stoffüber­ ganges bei.

Um die Trennung in einen blasenfreien Flüssigkeitsstrom und einen Gas-Flüssigkeitsstrom zu intensivieren und zu forcie­ ren, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der Erfindung vor, daß das einer Strö­ mungsführung auf gekrümmten Bahnen unterworfene zusam­ mengeführte Gas-Flüssigkeitsgemisch die hierzu notwendige Rotationsenergie aus der Energie des strömenden Gas-Flüs­ sigkeitsgemisches bestreitet, was eine relativ einfache apparative Realisierung dieses Verfahrensschrittes zur Folge hat.

Da die Anordnung zum Durchführen des Verfahrens sowohl im Bereich des Durchlauf-, des Gesamt- und des Umlaufstromes in Form von einfachen Rohrleitungen ausgebildet werden kann, ergeben sich äußerst reinigungsfreundliche und damit CIP-ge­ rechte Strömungs- und Anlagenbereiche, die keine Druckbe­ hälter im Sinne der einschlägigen Vorschriften enthalten. Kernstück der Anordnung gemäß der Erfindung ist eine Rück­ führleitung, die an den Kopf der Trenneinrichtung ange­ schlossen ist und die an einer zweiten Einleitungsstelle vor oder hinter oder an der ersten Einleitungsstelle, an der die zu lösende Gasmenge in die strömende Flüssigkeitsmenge ein­ gebracht wird, in einen Rohrleitungsabschnitt der Rohrlei­ tung einmündet und in der eine zweite Fördereinrichtung vorgesehen ist. Mit der in der Rückführleitung angeordneten zweiten Fördereinrichtung kann das Gas im rückzuführenden Gas-Flüssigkeitsstrom, im Sinne der vorstehend bereits vorgeschlagenen verfahrenstechnischen Maßnahmen, vor der Zusammenführung mit dem zugeführten unbegasten oder begasten Flüssigkeitsstrom wenigstens teilweise in seiner Trägerflüs­ sigkeit besonders einfach und wirkungsvoll redispergiert und dort homogen über den Rückführleitungsquerschnitt verteilt werden, was der weiteren Verbesserung des Stoffüberganges dient. Des weiteren kann durch die zweite Fördereinrichtung die vorgeschlagene Anordnung denkbar einfach geregelt werden, so daß ihre Anpassung an veränderte Betriebsbedin­ gungen sehr leicht möglich ist.

Über die Ausbildung der Trenneinrichtung als Hydrozyklon, wie dies eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung vorsieht, ist eine Trennung des Gesamtstromes in einen blasenfreien Durchlaufstrom und einen aus einer Zweiphasenströmung (Gas/Flüssigkeit) bestehenden Umlaufstrom in besonders einfacher, aber dennoch außerordentlich wirksamer Weise möglich. Dabei wird die Rückführleitung an das Tauchrohr des Hydrozyklons angeschlossen.

Bei der Ausbildung der Trenneinrichtung als Hydrozyklon kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen zur sogenannten "Trombenbildung" kommen, wodurch das sich im Wirbelkern kon­ zentrierende Gas teilweise in den koaxial in der Trennein­ richtung angeordneten Ablauf mitgerissen wird. Es bedarf dann besonderer konstruktiver Vorkehrungen im Ablauf, damit das Gas, zumindest bis zu einem bestimmten Grad der Beladung der Flüssigkeit mit Gas, in der Trenneinrichtung zurückge­ halten und allein über das der Abfuhr des Gases dienende Tauchrohr ausgebracht werden kann.

Die Abscheideleistung auch unter den Bedingungen extrem hoch mit Gas beladener Flüssigkeiten verbessert sich gegenüber der Ausbildung der Trenneinrichtung als Hydrozyklon, wenn diese, wie dies eine weitere vorteilhafte Anordnung gemäß der Erfindung vorsieht, als Behälter ausgebildet ist, in den der Zulauf tangential ein- und der Ablauf, in Fortsetzung der Strömungsrichtung, tangential ausmündet, und über dessen ablaufseitige stirnseitige Begrenzungsfläche ein Tauchrohr in Richtung der Achse und konzentrisch zur Mantelfläche des Behälters ein Stück in den Behälterinnenraum eingreift, wo­ bei das Tauchrohr andererseits an die Rückführleitung ange­ schlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist auch der Ablauf, ebenso wie der Zulauf, im Mantelbereich des Behälters ange­ ordnet, wodurch vorzugsweise die in diesem Bereich rotie­ rende entgaste Flüssigkeit abgeführt werden kann. Die im Zentrum, im Bereich der Behälterachse, rotierende und hoch­ gradig mit Gas beladene Flüssigkeit hat nunmehr nur noch die Möglichkeit, die Trenneinrichtung über das Tauchrohr zu ver­ lassen. Dabei ist wesentlich, daß das Tauchrohr im ablauf­ seitigen Bereich der Trenneinrichtung angeordnet wird, damit die zur Abscheidung der Gasblasen aus dem Mantelbereich in den axialen Bereich des Behälters notwendige Verweilzeit für das den Behälter durchströmende Gas-Flüssigkeitsgemisch zur Verfügung steht.

Eine sehr einfache und leistungsfähige Trenneinrichtung er­ gibt sich, wenn der Behälter als schlanker Zylinder ausge­ bildet ist, wobei sein Zylindermantel eine gegenüber seinem Durchmesser D nennenswert größere Höhe H aufweist, vorzugs­ weise ein Verhältnis H/D = 3 bis 6.

Als besonders wirksam im Hinblick auf eine Redispergierung und homogene Verteilung der noch nicht gelösten Gasblasen im rückzuführenden Gas-Flüssigkeitsstrom hat es sich erwiesen, wenn, wie dies eine weitere Ausgestaltung der vorgeschla­ genen Anordnung vorsieht, die zweite Fördereinrichtung als selbstansaugende Kreiselpumpe, vorzugsweise als Seitenkanal­ pumpe, ausgebildet ist. Selbstansaugende Kreiselpumpen sind im Aufbau relativ einfache Pumpen, sie können sowohl ein Zweiphasengemisch als auch reines Gas fördern, sie sind selbstreinigend, sie haben keinen Abrieb und erfordern daher geringen Wartungsaufwand.

Ausführungsbeispiele der Anordnung zur Durchführung des vor­ geschlagenen Verfahrens werden nachfolgend an Hand der Figuren der Zeichnung dargestellt und kurz erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einer als Hy­ drozyklon ausgebildeten Trenneinrichtung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei die Trenneinrichtung nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung ausgebildet ist und

Fig. 2a eine Draufsicht auf die Trenneinrichtung gemäß Fig. 2 mit den Anschlüssen für Zulauf, Ablauf und Tauchrohr.

Die Anordnung besteht aus einer Rohrleitung 1, die aus den Rohrleitungsabschnitten 1a und 1b besteht. Der Rohrleitungs­ abschnitt 1a mündet in eine statische Mischeinrichtung 5. der sich ggf. eine Lösungsstrecke 5a anschließt. Die ge­ samte Misch- und Lösungseinrichtung kann auch nur aus einer Lösungsstrecke 5a bestehen. Die statische Mischeinrichtung 5 kann aus einem einzelnen statischen Mischer bzw. einem Mischelement oder aus mehreren hintereinander geschalteten statischen Mischern aufgebaut sein; sie wird im folgenden mit "statischer Mischer 5" bezeichnet. Der statische Mischer 5 bzw. die Lösungsstrecke 5a sind an einen Zulauf 6a einer Trenneinrichtung 6 angeschlossen, in der erfindungsgemäß die Trennung des Gas-Flüssigkeitsgemisches in einen blasen­ freien Flüssigkeitsstrom und einen Gas-Flüssigkeitsstrom (Zweiphasenströmung) erfolgt. Die Rohrleitung 1 wird hinter der Trenneinrichtung 6 über einen in deren Fußbereich angeordneten Ablauf 6b in dem Rohrleitungsabschnitt 1b fortgeführt. An den Kopfbereich der Trenneinrichtung 6 ist eine Rückführleitung 7 angeschlossen, die über ein Tauchrohr 6c in den Innenraum der Trenneinrichtung 6 eingreift und die andererseits an einer zweiten Einleitungsstelle 9 in den Rohrleitungsabschnitt 1a einmündet. Bezogen auf die Strö­ mungsrichtung innerhalb der Rohrleitung 1 ist vor oder auch hinter oder an der zweiten Einleitungsstelle 9 eine erste Einleitungsstelle 4 vorgesehen, an die eine Gasleitung 3 Anschluß findet. Im Rohrleitungsabschnitt 1a ist eine erste Fördereinrichtung 2, in der Rückführleitung 7 ist eine zweite Fördereinrichtung 8 und in der Gasleitung 3 ist eine Dosiereinrichtung 10 angeordnet.

Eine als zylindrischer Behälter ausgebildete Trenneinrich­ tung 6 verfügt über einen tangential angeordneten Zulauf 6a und einen tangential, in Fortsetzung der Strömungsrichtung, aus dem Behälter ausmündenden Ablauf 6b. Dies wird in der Draufsicht der Trenneinrichtung 6 (Fig. 2a) deutlich. Für die Wirkungsweise der Trenneinrichtung 6 ist es ohne Bedeu­ tung, welchen Winkel Zu- und Ablauf 6a bzw. 6b zueinander einnehmen. Entscheidend ist lediglich, daß die Rotations­ strömung im Behälter stroßfrei und damit zwangsläufig in Strömungsrichtung in den Ablauf 6b gelangen kann. Es ist weiterhin für die Wirkungsweise der Trenneinrichtung 6 ohne Belang, ob diese bezüglich ihrer Behälterachse vertikal, waagerecht oder in beliebiger Schräglage im Raum angeordnet wird. Wesentlich jedoch ist, daß ein Tauchrohr 6c über die ablaufseitige stirnseitige Begrenzungsfläche des Behälters der Trenneinrichtung 6, und zwar in Richtung der Achse und konzentrisch zur Mantelfläche des Behälters, ein Stück in den Behälterinnenraum eingreift, wobei das Tauchrohr 6c andererseits an die Rückführleitung 7 angeschlossen ist. Zu- und Ablauf 6a bzw. 6b der Trenneinrichtung 6 sind in gleicher Weise in die Gesamtanordnung eingebunden, wie dies bei der Anordnung gemäß Fig. 1 der Fall ist und dort bereits beschrieben wurde.

Über den Rohrleitungsabschnitt 1a wird eine unbegaste Flüs­ sigkeitsmenge L1 (Liquid-Phase) zugeführt (vgl. Fig. 1, 2 und 2a), die mittels der ersten Fördereinrichtung 2, die ei­ ne Kreiselpumpe sein kann, durch die Anordnung gefördert wird, wobei die Flüssigkeitsmenge L1 die sogenannte Durch­ laufströmung bildet.

Über die Gasleitung 3 erfolgt die Zufuhr einer Gasmenge G (Gas-Phase). Über die Dosiereinrichtung 10, die in der Regel als Drossel- und Regelventil ausgebildet ist, kann der Gas­ strom eingestellt werden. An der ersten Einleitungsstelle 4 erfolgt die Zusammenführung der Flüssigkeits- und der Gas­ strömung L1 bzw. G, die im weiteren Verlauf durch den stati­ schen Mischer 5 und ggf. durch die sich anschließende Lö­ sungsstrecke 5a in den gewünschten Stoffaustausch mitein­ ander treten.

Zusätzlich zur Flüssigkeits- und Gasströmung L1 bzw. G wer­ den der statische Mischer 5 und die ggf. vorgesehene Lö­ sungsstrecke 5a von einer sich in der Rückführleitung 7 ein­ stellenden Strömung, die über die zweite Einleitungsstelle g ebenfalls in den Rohrleitungsabschnitt 1a eingeleitet wird, beaufschlagt. Durch die Ausbildung der Trenneinrichtung 6 gemäß der Erfindung liegt in der Rückführleitung 7 die als Zweiphasenströmung ausgebildete Gas-Flüssigkeitsströmung G*/L2 vor. Letztere bildet den sogenannten Umlaufstrom, der sich dem Durchlaufstrom L1 innerhalb des statischen Mischers 5 überlagert. Über den Ablauf der Trenneinrichtung 6, der mit dem Rohrleitungsabschnitt 1b verbunden ist, wird ein blasenfreier Flüssigkeitsstrom L1* (Liquid-Phase) abgeführt. Da die zweite Fördereinrichtung 8 unter bestimmten Betriebs­ bedingungen neben der Zweiphasenströmung G*/L2 sowohl bla­ senfreie Flüssigkeit L2 als auch reines Gas G* zu fördern hat, ist sie zweckmäßigerweise als selbstansaugende Kreisel­ pumpe, vorzugsweise als Seitenkanalpumpe, ausgebildet. Es versteht sich, daß die zweite Fördereinrichtung 8 auch durch eine andere Pumpe, wie beispielsweise durch eine rotierende Verdrängerpumpe, insbesondere Impellerpumpe, oder Strahl­ pumpe, substituiert werden kann, sofern diese die gefor­ derten Fördereigenschaften aufweist.

Die in den Figuren dargestellte Anordnung zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens ist in besonderer Weise zur sogenannten Karbonisierung von Bier geeignet. Unter Karboni­ sierung von Bier wird die Anreicherung des Bieres mit CO2- Gas bezeichnet, wobei die Brauereitechnik heute nach einer vollständigen Lösung einer vorgegebenen CO2-Menge in einer bestimmten Biermenge verlangt. Auslegungskriterien für eine derartige Karbonisierungsanlage sind daher zum einen die Si­ cherstellung einer bestimmten CO2-Konzentration im Bier und zum anderen dessen vollständige und damit blasenfreie Lö­ sung.

Ähnlich gelagerte Karbonisierungsaufgaben erwachsen in an­ deren Bereichen der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, wo Flüssigkeiten mit einem ganz bestimmten Gehalt an CO2-Gas anzureichern sind.

Die dem vorgeschlagenen Verfahren zugrunde liegenden Wirkme­ chanismen, auf die die in diesem Umfang nicht erwartete Er­ höhung der tatsächlich blasenfrei lösbaren Gasmenge ent­ scheidend zurückzuführen ist, wurden einleitend bereits dar­ gelegt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge, insbesondere zur Lösung von CO2-Gas in Bier, bei dem eine Flüssigkeits- und eine Gasströmung zu- und zusammengeführt werden, bei dem das Gas in der Flüssigkeit dispergiert, mit dieser vermischt und ein Teil in dieser gelöst wird, und bei dem das zusammenge­ führte Gas-Flüssigkeitsgemisch zwecks Abtrennung nicht gelöster Gasblasen von der Flüssigkeit einer Strömungs­ führung auf gekrümmten Bahnen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der genannten Strömungsführung eine Trennung in einen blasenfreien Flüssigkeitsstrom und einen Gas-Flüssigkeitsstrom (Zweiphasenströmung) erfolgt, daß der Gas-Flüssigkeitsstrom rück- und zusammengeführt wird mit dem zugeführten unbegasten oder begasten Flüssigkeitsstrom und die Gasblasen in diesem redispergiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im rückzuführenden Gas-Flüssigkeitsstrom vor der Zusammenführung mit dem zugeführten unbegasten oder be­ gasten Flüssigkeitsstrom wenigstens teilweise in seiner Trägerflüssigkeit redispergiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die zwecks Strömungsführung auf gekrümmten Bahnen notwendige Rotationsenergie aus der Energie des strömenden Gas-Flüssigkeitsgemisches erzeugt wird.

4. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Einleitungsstelle für die Gasmenge in die in einer Rohrleitung strömende Flüssigkeitsmenge, mit einer ersten Fördereinrichtung in der Rohrleitung, mit einer nachgeordneten statischen Mischeinrichtung und/oder einer sich gegebenenfalls dieser anschließenden Lösungsstrecke und mit einer Trenneinrichtung, in der eine Separierung der Gasblasen von der Flüssigkeit durch Zentrifugalkräfte in der ro­ tierenden Flüssigkeit erreicht wird, wobei in einen Zulauf der Trenneinrichtung die statische Mischeinrich­ tung oder die Lösungsstrecke einmündet und an einen Ablauf ein fortgeführter Rohrleitungsabschnitt der Rohr­ leitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet daß an den Kopf der Trenneinrichtung (6) eine Rückführleitung (7) angeschlossen ist, daß die Rückführleitung (7) an einer zweiten Einleitungsstelle (9) vor oder hinter oder an der ersten Einleitungsstelle (4) in einen Rohrlei­ tungsabschnitt (1a) der Rohrleitung (1) einmündet, und daß in der Rückführleitung (7) eine zweite Fördereinrichtung (8) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (6) als Hydrozyklon ausgebildet und die Rückführleitung (7) an dessen Tauchrohr angeschlos­ sen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (6) als Behälter ausgebildet ist, in den der Zulauf (6a) tangential ein- und der Ablauf (6b), in Fortsetzung der Strömungsrichtung, tangential ausmündet, und über dessen ablaufseitige stirnseitige Begrenzungsfläche ein Tauchrohr (6c) in Richtung der Achse und konzentrisch zur Mantelfläche des Behälters ein Stück in den Behälterinnenraum eingreift, wobei das Tauchrohr (6c) andererseits an die Rückführleitung (7) angeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zylindrisch ausgebildet ist, wobei sein Zy­ lindermantel eine gegenüber seinem Durchmesser (D) nen­ nenswert größere Höhe (H) aufweist, vorzugsweise H/D = 3 bis 6.

8. Anordnung nach einem der Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fördereinrichtung (8) als selbstansaugende Kreiselpumpe, vorzugsweise als Seiten­ kanalpumpe, ausgebildet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fördereinrichtung (8) als rotierende Verdrängerpumpe, vorzugsweise als Impeller- Pumpe, ausgebildet ist.