DE2441335A1

DE2441335A1 - Verfahren und vorrichtung zum einfuehren von luft oder gas in eine in bewegung befindliche fluessigkeit

Info

Publication number: DE2441335A1
Application number: DE2441335A
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Feis
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2242136A1; IT1020688B; NL7311988A; FR2242136B3; BE819169A

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER^HÄNZEL

TFIFV η <; 9 ο um H w * ι η BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

ThLEX. 05 29 802 HNKL D EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 wechselbank Münchens. 3i8-a5iii

TELEFON: (0 89) 66 3197, 66 30 91 - 92 DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

T₁LECRAMME EILIPSOID MÜNCHEN D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 162147-809

02041 1166 D

2 9. Aug. 1974

HOOGOVENS IJMUIDEN B.V. IJmuiden, Niederlande

"Verfahren und Vorrichtung zum Einführen von Luft oder Gas in eine in Bewegung befindliche Flüssigkeit"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einführen von Luft oder eines Gases in eine in Bewegung befindliche, d.h. strömende Flüssigkeit.

Bei vielen industriellen Verfahren ist es erforderlich, Wasser o.dgl. Flüssigkeiten mit Luft oder Gas zu mischen. Außerdem ist es häufig notwendig, eine Flüssigkeit mit Luft oder Gas zu sättigen oder sogar zu übersättigen, beispielsweise um eine Schaumbildung hervorzurufen.

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Die bisher bekannten Verfahren, beispielsweise das Einführen von Luft mittels umlaufender Bürsten, das Hochpumpen oder Aufrühren der Flüssigkeit mittels Schleuderrotoren, sind «(it dem Nachteil behaftet, daß dabei gar keine oder nur wenig sehr feine Blasen erzeugt werden, so daß ein unzureichend intensives Vermischen von Gas und Flüssigkeit erreicht wird.

Bei den bekannten Verfahren wird das Vermischen und Belüften infolge der großen Auftriebskraft der größeren Blasen zudem schnell zunichte gemacht.

Im Hinblick auf diese Umstände stellen die Begasung oder Aufschäumung sowie die Belüftung von Abwasser und des Kühlwassers von Kraftwerken und dergl. stets ein großes Problem dar.

Es ist bereits ein Verfahren zur Einführung von Gas in eine Flüssigkeit bekannt, bei dem die Flüssigkeit tangential in eine konische Zyklonkammer eingeleitet wird, die mit einer zentralen Auelaßleitung versehen ist, wobei das Gas in diese Zyklonkammer über eine zentrale Speiseleitung eingeleitet wird, welche der zentralen Auslaßleitung gegenüberliegt.

Bei diesem Verfahren wird die tangential zugeführte Flüssigkeit in beschleunigte Drehung versetzt, und infolge der in der Zyklonkammer erzeugten Unteratmosphärendrücke oder der Wirbelachse wird das Gas von der in Drehung befindlichen Flüssigkeit angesaugt und mitgerissen und dann über die zentrale Auslaßleitung ausgetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe auf einfache Weise Luft oder ein anderes Gas einer Flüssigkeit in Form von sehr feinen oder kleinen Blasen untergemischt und in der Flüssig-

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keit homogenisiert werden kann und'wobei eine sehr große Kontaktfläche zwischen der Luft bzw. dem Gas und der Flüssigkeit erzielt werden kann₉ so daß ein optimales Vermischen der beiden Strömungsmedien erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Einführen von Luft oder Gas in eine in Bewegung befindliche bzw. strömende Flüssigkeit erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit tangential in eine konische Zyklonkammer eingespeist wird, in welcher die Flüssigkeit infolge eines potentiellen Wirbels in beschleunigte Drehung versetzt wird und in welche über eine getrennte Speiseeinrichtung Luft oder Gas eingeleitet wird, wobei die Luft bzw. das Gas an verschiedenen Stellen in Radialrichtung von außen her durch die Zyklonkammerwand hindurchgedrückt wird, welche von der tangentialen Flüssigkeit-Speiseeinrichtung zum Flüssigkeitsauslaß konisch konvergiert, und daß in der Zyklonkammer die Luft bzw. das Gas unter dem Einfluß sowohl des Zentrifugal(kraft)felds als auch der beschleunigten Drehung der Flüssigkeit in einem potentiellen Wirbel einem Scherbeanspruchungsfeld in der Weise ausgesetst wird, daß die Luft bzw.· das Gas zu sehr kleinen Bläschen aufgetrennt und homogen mit der Flüssigkeit vermischt wird· . '

In der GB-PS 1 027 846 ist ein Verfahren zum Einspritzen bzw. Vermischen und/oder Erwärmen einer Flüssigkeit mit einem Feststoff oder einem anderen flüssigen oder gasförmigen Stoff beschrieben, indem dieser Stoff in Form mehrerer Ströme von außen her radial in diese Flüssigkeit eingespritzt wird, die in einer zylindrischen Zyklonkammer in Drehung versetzt worden ist.

Da bei diesem bekannten Verfahren eine zylindrische Zyklonkammer angewandt wird, kann keine beschleunigte Drehung (der

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Flüssigkeit) auftreten, so daß durch die Flüssigkeit auch kein Scherbeanspruchungsbereich erzeugt wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt dagegen in der Ausnutzung eines solchen Scherbeanspruchungsbereichs oder -felds, welches durch die beschleunigte Drehung der Flüssigkeit in einer konischen Zyklonkammer erzeugt wird.

Durch dieses Scherbeanspruchungsfeld wird die Luft bzw. das Gas zu sehr kleinen Bläschen aufgetrennt, wodurch ein homogenes und optimales Vermischen der Luft bzw. des Gases mit der Flüssigkeit erreicht wird.

Die Erfindung bezweckt zudem die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend umrissenen Verfahrens.

Weiterhin wird mit der Erfindung also eine Vorrichtung, bestehend aus einer konischen Zyklonkammer mit mindestens einer tangentialen Speiseeinrichtung für die Flüssigkeit, einer Speiseeinrichtung für Luft oder Gas und einer Austrageinrichtung für die mit Luft bzw. Gas vermischte Flüssigkeit, wobei die tangentiale Speiseeinrichtung für die Flüssigkeit an der Stelle des grüßten Durchmessers der Zyklonkammer angeordnet ist,geschaffen, deren Besonderheit darin besteht, daß die Wand der Zyklonkammer zumindest über einen Teil ihres Umfangs hinweg mit Perforationen versehen ist, welche mit der Luft- oder Gasspeiseeinrichtung kommunizieren.

Die Luft bzw. das Gas, die bzw. das unter einem höheren Druck ale dem Druck der längs der Innenwand der Zyklonkammer in Drehung versetzten Flüssigkeit eingeleitet wird, wird über die Perforationen in der Wand der Zyklonkammer in letztere hineingedrückt und in ihr als die leichtere Frak-

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tion durch den in dieser Kammer durch die Flüssigkeit erzeugten Wirbel in Richtung auf die Zyklon- oder Wirbelachse verlagert, wobei die Luft bzw. das Gas zu sehr kleinen Blasen aufgetrennt und durch das erzeugte Scherbeanspruchungsfeld homogen in der Flüssigkeit verteilt wird.

Infolge der konischen Ausbildung der Zyklonkararaer und der tangentialen Einleitung der Flüssigkeit an der Stelle des größten Durchmessers der Zyklonkammer wird die Flüssigkeit in eine beschleunigte Drehung versetzt, durch welche das Scherbeanspruchungsfeld weiter intensiviert und eine Homogenisierung der kleinen Gasbläschen in der Flüssigkeit erzielt wird.

In Abhängigkeit vom angestrebten Sättigungsgrad sowie davon, ob Schaum gebildet werden soll oder nicht, können die in der Wand der Zyklonkammer vorgesehenen Perforationen, je nach dem jeweiligen Erfordernis, um den gesamten Umfang und/oder über die gesamte Länge der Wand oder einen Teil derselben hinweg ausgebildet sein. .

Die einfachste Ausführungsform besteht in einer konischen Zyklonkammer mit einer zentralen Austrageinrichtung für die mit Luft oder Gas vermischte Flüssigkeit an der Stelle des kleinsten Durchmessers, d.h. an der Oberseite des Kegels«

Gewünschtenfalls können in dieser zentralen Auslaß- oder Austrageinrichtung die Drehbewegung beendende Schaufeln bzw. ein Umlenkstator vorgesehen sein, am unter Aufbrechung des Wirbelschemas den Druck wieder herzustellen.

An der gleichen Stelle kann auch eine tangential« Austrageinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise über einen um die Zyklonkammer herum angeordneten Ringvaum mit eraterer

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verbunden und von der Gaszufuhr zur Zyklonkammer getrennt ist.

Bei dieser Konstruktion kann ein Teil der Zyklonkammer an dieser Stelle rund herum mit öffnungen versehen sein, über welche die mit Luft oder Gas vermischte Flüssigkeit durch den genannten Ringraum und über die tangential^ Austrageinriehtung abströmen kann.

An der Stelle ihres kleinsten Durchmessers kann die Zyklonkammer außerdem in einen Diffusor übergehen, an den die tangentiale Austrageinriehtung für die mit Luft oder Gas vermischte Flüssigkeit angeschlossen ist.

Diese Ausfuhrungsform bietet den Vorteil, daß nach der Zyklonwirkung der Flüssigkeit mit der in sie eingeleiteten Luft ein zusätzliches Vermischen gewährleistet wird, weil infolge des Diffusors der potentielle Wirbelstrom aus dem Zyklon heraus zu einer sehr turbulenten Strömung aufgebrochen wird.

Je nach dem gewünschten Belüftungsprozentsatz und dem Ausmaß der Sättigung oder Schaumbildung der Flüssigkeit kann es vorteilhaft sein, die Zyklonkammer mit einer zweiten Austrageinriehtung zur Abtrennung eines Gasüberschusses zu versehen.

In dieser zweiten Austrageinriehtung kann ein verstellbares Ventil vorgesehen sein.

Selbstverständlich müssen die Abmessungen und die Durchsatzmengen usw. der vorstehend umrissenen Zyklonmischvorrichtungen der jeweiligen Art der zu vermischenden Flüssigkeiten

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und Gase, den Mischungsmengenverhältnissen zwischen Gas und Flüssigkeit sowie der erforderlichen Gründlichkeit des Vermischens angepaßt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren Fig. 1 bis 5 schematisch verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Längsschnitt veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einer konischen Zyklonkanuner 1, an die eine tangentiale Speiseleitung 2 für die zu belüftende oder zu begasende Flüssigkeit angeschlossen ist. über eine Gasspeiseleitung 3 wird Gas in die Zyklonkammer durch Perforationen bzw. Löcher 5 hindurchgedrückt, die in einem Teil des Umfangs der Zyklonkammerwand ausgebildet sind. Das Gas wird dabei auf vorher erläuterte Weise mit der Flüssigkeit vermischt, die längs der Zyklonkammerwand in beschleunigte Drehung versetzt wird.

Bei diesem Vorgang werden die in Richtung auf die Zyklonachse mitgerissenen Gas- oder Luftblasen zu sehr kleinen Bläschen aufgetrennt, die sich homogen mit dem Flüssigkeitsstrom vermischen.

Die belüftete Flüssigkeit oder der durch die Belüftung gebildete Schaum tritt aus der Zyklonkammer Über eine zentrale Austragleitung 7 aus, in welcher Drehungsdämpfschaufein 8 vorgesehen sind, die ihrerseits den potentiellen Wirbel glätten oder aufbrechen, wodurch eine Wiederherstellung des Drucks erreicht und der Druckabfall über die Zyklonkammer vermindert wird.

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2 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher eine tangentiale Speiseleitung 9 für die Flüssigkeit an der Oberseite der Zyklonkammer vorgesehen ist und bei welcher die Wand der Zyklonkamraer über ihren gesamten Umfang und ihre Gesamtlänge hinweg mit Perforationen 11 versehen ist.

Bei diener Ausführungsform ist die Gasspeiseleitung 12 mit einem Hingraum 13 verbunden, welcher die Zyklonkammer umschließt und der von der tangentialen Speiseleitung 9 getrennt ist. über diesen Ringraum kann Luft oder Gas durch die Perforationen hindurch in die Zyklonkammer einströmen.

An der Oberseite der Zyklonkammer ist eine gesonderte Auslaß- ©öef Austragleitung 15 für die Abfuhr von überschußgas vorgesehen,, und dieee luslaßleitung ist rudern mit einem verstellbaren Ventil bzw. Klappe 16 versehen.

Fig« 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer tangentialen Flüssigkeits-Speiseleitung 18 und einer Luftspeiseleitung 19, die mit Perforationen 20 in einem Teil 21 der Wand der Zyklonkammer verbunden ist. Bei dieser Konstruktion ist die Zjklonkammer 17 über einen Teil ihrer Oberseite hinweg dureligehend mit öffnungen 22 versehen.

Durch diese öffnungen 22 tritt der in der Zyklonkammer gebildete Schaum radial nach außen aus, um die Zyklonkammer über einen die Zyklonkammer umschließenden Ringraum 23 und eine tangentiale Austragleitung 2H zu verlassen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. k ist die Wand der mit eines* tangentialen Speiseleitung 26 versehenen Zyklonkammer

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über einen Abschnitt ihres Unterteils hinweg" rund herum mit Perforationen 27 und an der Oberseite rund herum mit grösseren öffnungen 28 versehen.

Bei dieser Konstruktion ist die Zyklonkammer von einem Ringraum 28 umschlossen, welcher durch eine Trennwand 30 in einen Ringraumteil 31 und einen Ringraumteil 32 unterteilt

Der Ringraumteil 31 steht in offener Verbindung mit einer Luftspeiseleitung 33 und außerdem über die Perforationen in Verbindung mit der Zyklonkammer.

Die öffnungen 28 dienen zur Abfuhr der belüfteten Flüssigkeit oder des Schaums, die bzw.. der über den Ringraumteil tangential zu einer Austragleitung 3¹I abströmt.

Bei dieser Ausfuhrungsform ist ebenfalls eine gesonderte Auslaßleitung 35 für Überschußluft vorgesehen, die mit einem verstellbaren Ventil bzw. Klappe 36 versehen ist.

In Fig. 5 ist schließlich noch eine weitere Ausführung»form der Erfindung in Form einer "sanduhrförmigen" Zyklonbelüftungsvorrichtung dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist eine tangentiale Speiseleitung 37 mit einer konischen Kammer 39 verbunden, die um ihren Gesamtumfang herum mit Perforationen 38 versehen ist und die an ihrer Oberseite in einen Diffusor MO übergeht. Die gesamte Anordnung ist wiederum von einer Ringkammer 41 umschlossen, an welche eine Gasspeiseleitung H2 angeschlossen ist.

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In diesem Fall wird die über die Speiseleitung 37 in die Zyklonkammer ©inströmende Flüssigkeit während ihrer beschleunigten Drehung mit der über die Perforationen 38 eingeblasenen Luft vermischt, worauf im Diffusor 40 ein zusätzliches Vermischen erfolgt, da durch die Diffusorwirkung der durcfe die Zyklonkammer erzeugte potentiell® Wirbel zu einer stark turbulenten Strömung aufgebrochen wird.

Die belüftete Flüssigkeit bzw. der Schaum wird dann über eine tangenti&le Austragleitung 43 abgeführt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

) Verfahren zum Einführen von Luft oder Gas in eine in Bewegung befindliche bzw» strömende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Flüssigkeit tangential in eine konische Zyklonkammer eingespeist wird, · in welcher die Flüssigkeit infolge eines potentiellen Wirbels in beschleunigte Drehung versetzt wird und in welche über eine getrennte Speiseeinrichtung Luft oder Gas eingeleitet wird₈ wobei die Luft bzw. das Gas an verschiedenen Stellen in Radiairich.tung von außen her durch die Zyklonkammerwand hindurchgedrückt wird, welche von der tangentialen Flüseigkeits-Speiseeinrichtung zum Flüssigkeitsauslaß konisch konvergiert, und daß in der Zyklonkairaner die Luft bzw« das Gas unter dem Einfluß sowohl des Zentrifugal(kraft)felds als auch der beschleunigten Drehung der Flüssigkeit in einem potentiellen Wirbel einem Scherbeanspruchungsfeld in der Weise ausge setzt wird j daß die Luft bzw. das Gas zu sehr kleinen Bläschen aufgetrennt und homogen mit der Flüssigkeit vermischt wird,,
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₉ bestehend aus einer konischen Zyklonkammer mit mindestens einer tangentialen Speiseeinrichtung für die Flüssigkeit_s einer Speiseeinrichtung für Luft oder Gas und einer Austrageinrichtung für die mit Luft bzw.

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-Ik-

Gas vermischte Flüssigkeit, wobei die tangentiale Speiseeinrichtung für die Flüssigkeit an der Stelle des größten Durchmessers der Zyklonkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand der Zyklonkammer zumindest über einen Teil ihres Umfangs hinweg mit Perforationen versehen ist, welche mit der Luft- oder Gasspeiseeinrichtung kommunizieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Perforationen für die Luftoder Gaszufuhr zur Zyklonkammer in der Wand der Zyklonkammer praktisch über deren gesamten Umfang hinweg ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 and 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrageinrichtung für die mit Luft oder Gas vermischte Flüssigkeit tangential mit der Zyklonkammer verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand der Zyklonkammer an der Stelle der tangentialen Austrageinrichtung rund herum mit öffnungen versehen ist, welche über einen Ringraum, der von der Luft- oder Gaszufuhr zur Zyklonkammer getrennt ist, mit der Austrageinrichtung in Verbindung stehen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zyklonkammer an der Stelle ihres kleinsten Durchmessers in einen Diffusor übergeht, an den die tangentiale Austrag-

* einrichtung für die mit Luft bzw. Gas vermischte Flüssigkeit angeschlossen ist.

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