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DE2556522A1 - Vorrichtung zum behandeln von fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum behandeln von fluessigkeiten

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DE2556522A1
DE2556522A1 DE19752556522 DE2556522A DE2556522A1 DE 2556522 A1 DE2556522 A1 DE 2556522A1 DE 19752556522 DE19752556522 DE 19752556522 DE 2556522 A DE2556522 A DE 2556522A DE 2556522 A1 DE2556522 A1 DE 2556522A1
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Johannes Dipl Phys Dr S Luethi
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Sulzer AG
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Description

P, 4981
Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz
Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten und/oder Flüssig-Feststoffgemischen, in der ein Flüssigkeits- oder ein Gemischstrom in einem Behälter mit Gasen beladen, intensiv durchmischt und mindestens einmal umgelenkt wird, wobei bei dieser Behandlung entstehender Schaum mindestens teilweise aus dem Strom abgeschieden, gesammelt, an Prallplatten in einem Schaumbrecher zerschlagen und zum Teil mittels eines Ejektors wieder in den Strom zurückgeführt wird. Als Beispiel für ein Anwendungsgebiet der neuen Vorrichtung sei die chemischbiologische Behandlung von Flüssig—Feststoffgemischen, ζ·Β. Schlämmen aus Kläranlagen mit einem Feststoffgehalt von bis zu 15 %, genannt·
Bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art (DT-AS 22 42 196) erfolgt das Umwälzen und Durchmischen des zu behandelnden Stoffes oder Stoffgemisches im Behandlungsgefäss mit Hilfe der Energie des für die Behandlung benötigten Gases. Die Intensität der
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Umwälzung und die Güte der Mischung sind dabei von der durch den Luftstrom erzeugten Strömung und Turbulenz abhängig. Umgekehrt kann bei diesem System der Gasstrom, insbesondere in seiner Menge, nicht optimal an die Anforderungen_des Behandlungsprozesses angepasst werden, da es äusserst unwahrscheinlich ist, dass die Optimierung für die Durchmischung und Umwälzung mit der optimalen Gasmenge, -verteilung und -geschwindigkeit für den Prozess zusammenfällt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Gasstrom von der bei der bekannten Vorrichtung gegebenen zweifachen Funktion zu lösen und eine Vorrichtung zu schaffen, bei der der Gasbedarf allein durch den Behandlungsprozess bestimmt ist. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Strom mit Hilfe einer hydraulischen Fördereinrichtung durch den Behälter ausschliesslich im Zwangdurchlauf und anschliessend, von der gleichen Fördereinrichtung aufrechterhalten, in einem den Behälter einschliessenden Leitungssystem im Zwangumlauf geführt ist, und dass ferner die Begasungseinrichtung in einem gegenüber dem Behälterquerschnitt verengten Leitungsabschnitt des geschlossenen Systems angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die gesamte Energie für die Aufrechterhaltung des zu behandelnden Stromes, für
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'S"
seine Durchmischung und für die Einmischung des Gases allein durch die hydraulische Fördereinrichtung aufgebracht. Neben dem zusätzlichen Vorteil eines besseren Wirkungsgrades - da der Wirkungsgrad hydraulischer Strömungsmaschinen im allgemeinen höher liegt als derjenige von für diese Anwendung geeigneten, volumetrischen Kompressoren - ist es auf diese Weise möglich, die Begasung allein auf die Erfordernisse des Behandlungsprozesses auszurichten. Dadurch kann für die Steuerung des Systems ein zusätzlicher Freiheitsgrad gewonnen werden, da zum einen die Gasmenge und zum zweiten der in der Vorrichtung umgewälzte Strom als unabhängige Parameter für die Steuerung des Prozesses dienen können. Weiterhin kann die Wärmebilanz mit der neuen Vorrichtung besser ins Gleichgewicht gebracht . werden.
Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung gegenüber der diskutierten bekannten Anordnung ist eine erhebliche Lärmreduktion, die darauf beruht, dass hydraulische Maschinen beträchtlich geräuschärmer sind als entsprechende Gasmengen verarbeitende Kompressoren·
Schliesslich gewährleistet die neue Vorrichtung eine sehr feinblasige und gleichraässige Verteilung des Gases im zu behandelnden Strom.
Vorteilhafterweise kann die neue Vorrichtung so ausgeführt sein, dass die Leitung für die Einspeisung des Stromes in
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den Behälter den Ejektor für die Schaumrückführung enthält, der seinerse; es in einer Zwischenwand des Behälters angeordnet ist, die einsn Sammelraum für den Schaum von dem Schaumbrecher trennt. Gegenüber der bekannten Vorrichtung kann dadurch'die Wiedereinspeisung feinblasigen Schaumes mit Hilfe des im Zwangumlauf .gefülhirten Gesamtstromes erfolgen, so dass für diese Schaumrückführung keine zusätzlichen Aggregate und Leitungen vorgesehen werden müssen. Die Wirksamkeit der Schaumvernichtung kann zusätzlich verbessert werden, wenn in der Zwischenwand mindestens eine Beschleunigungsvorrichtung für den Schaum vorgesehen ist, vor deren Oeffnung im Abstand eine Prallplatte für die Schaumzerschlagung angeordnet ist.
Mir Vorteil kann für den Gaseintrag in den zu behandelnden Strom ein zweiter Ejektor vorgesehen sein, der in Stromrichtung vor oder nach dem ersten Ejektor angeordnet ist; weiterhin ist es zweckmässig, in Strömungsrichtung an den oder die Ejektoren anschliessend jeweils einen mit relativ hoher Geschwindigkeit von dem Strom durchsetzten Reaktions- oder Mischkanal vorzusehen, in dem eine besonders intensive Durchmischung und gegebenenfalls auch infolge hoher Turbulenz und Durchmischung die chemischen und/oder biologischen Reaktionen zwischen den Gasen, den Flüssigkeiten und/oder Feststoffen erfolgen·
Eine besonders günstige Stromführung kann erreicht werden, wenn die Einspeiseleitung, die Ejektoren,die Kanäle und die Umlenkeinrichtung vertikal hintereinander und konzentrisch zueinander
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angeordnet sind.
Schliesslich ist es weiterhin möglich,die Behälter und/oder die neue Vorrichtung selbst zumindest weitgehend mit einer Isolation und/oder teilweise mit einer Einrichtung zum Wärmeaustausch mit einem Heiz- oder Kühlmedium zu versehen. Ferner kann der Behälter - falls keine Geruchsbelästigung der Umgebung entsteht und die Behandlung nicht unter erhöhtem Druck erfolgen soll — offen, im anderen Fall aber auch geschlossen ausgebildet sein. Die neue Vorrichtung eignet sich für Behandlungsverfahren, die sowohl im stetigen Durchlauf als auch absatzweise erfolgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Beispiel der neuen Vorrichtung, während
Fig. 2 und 3 in Ausschnitten gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 1 abgewandelte Ausführungen wiedergeben.
Ein mit einer Isolation 7 (Fig. 1) versehener Behälter 1 wird , über eine Leitung 3 an die Saugseite einer hydraulischen Fördereinrichtung, beispielsweise einer Pumpe, angeschlossen. Eine weitere Leitung 4 führt von der Druckseite der Pumpe zurück in den Behälter 1; auf diese Weise entsteht ein geschlossenes System für einen Zwangumlauf des zu behandelnden
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Stromes, dem bei kontinuierlich arbeitenden Behandlungen über einen Anschluss 5 frisches, zu behandelndes Gut zugeführt und über einen Anschluss 6 eine bereits ausreichend umgevjälzte und damit genügend behandelte Teilmenge entnommen werden können.
Die Leitung 4 endet in einem Ejektor 8, der im Deckel 15 des Behälters 1 vorgesehen ist und zum Gaseintrag in den im Zwangumlauf geführten Strom dient; die Gaszuführung zum Ejektor 8 kann dabei über einen Anschluss 9 erfolgen· Als Mischstrecke für ein erstes Einmischen des oder der Gase in den zu behandelnden Strom ist ein Mischkanal 10 vorgesehen, der seinerseits in einem zweiten Ejektor 11 endet. Dieser ist in einer Zwischenwand 12 des Behälters angeordnet, die einen Schaumßammelraum 13 von einem Schaumbrecher 14 trennt. Neben dem Ejektor 11, durch den feinblasiger Schaum aus dem Schaum— brecher 14 in den zu behandelnden Strom zurückgeführt wird, weist die Wand 12 mindestens eine Beschleunigungsvorrichtung 16 auf, die im gezeigten Beispiel als Entspannungsdüse ausgebildet ist, jedoch auch eine einfache Blende sein kann. Nach der Düse 16 ist für die Zerschlagung von Schaumblasen eine Prallwand 17 vorgesehen. Das im Schaumbrecher 14 aus dem Schaum entweichende Gas kann durch einen Leitungsanschluss 18 im Deckel 15.aus dem Behälter 1 ausströmen.
An den Ejektor 11 schliesst sich zur Führung des aus ihm kommenden Stromes ein Reaktionskanal 19 an, der vor allem zur v/eiteren
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Durchmischung des nunmehr aus Gas, Schaum und zu behandelndem Stoff bestehenden Stromes dient und in dem chemische oder biologische Reaktionen ablaufen.
Mit Hilfe einer Umlenkeinrichtung 20, die im gezeigten Beispiel als becherartiges Gefäss ausgebildet ist, wird der Strom nunmehr umgelenkt und steigt zwischen dem Kanal 19 und der Einrichtung 20 nach oben, fliesst über den Rand der Einrichtung 20 und kehrt dabei seine Richtung nochmals um. Dieser Abwärtsstrom wird in dem leicht trichterförmigen Boden 21 des Behälters 1 gesammelt und der Leitung 3 bezw. unter Umständen zum Teil dem Ausfluss 6 zugeführt. Der durch die Leitung 3 fliessende Strom wird von der Pumpe 2 angesaugt und dient gegebenenfalls gleichzeitig als Transportmittel für über den Anschluss 5 eingespeistes, zu behandelndes Frischgut.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Ejektor 8 ersetzt durch eine einfache Einspeiseleitung 8a für das Gas, durch die Gase unter leichtem Druck - der Gasdruck muss nur gerade so gross wie der im zu behandelnden Strom an der Oeffnung der Leitung 8a herrschende Druck sein - in den Strom eingebracht werden.
Fig· 3 unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, dass in Strömungsrichtung gesehen die Reihenfolge der Ejektoren 8 und 11 vertauscht ist.
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Der durch die Pumpe 2 im Zwangumlauf geführte Strom hat als Treibstrahl für den Gaseintrag relativ zu Anordnungen, bei denen bisher der Gaseintrag mittels Ejektoren erfolgt, geringe Geschwindigkeiten, die vorzugstveise kleiner als 10 m/sec sind. Das Verhältnis von Gas- zu Strommenge kann bei der neuen Vorrichtung ebenfalls'relativ gering sein und beispielsweise 0,1 bis 0,2 betragen. Im Mischkanal 10 nach dem Ejektor findet ein erstes Einmischen des Gases, beispielsweise von Luft, in den Strom statt.
Der nach dem zweiten Ejektor 11 angeordnete Reaktionskanal ist in seinem Querschnitt auf den ihn durchsetzenden Strom und in seiner Länge zweckmässigerweise so abgestimmt, dass mit der Stromgeschwindigkeit eine ausreichende Turbulenz für ein Einmischen feinblasigen Schaumes und eine Feinverteilung des Gases und des Schaumes in dem Strom erreicht werden. Dabei ist die abwärtsgerichtete Strömungsgeschwindigkeit grosser als die Aufstiegsgeschwindigkeit feiner Gasblasen in einem bestehenden Stoffgemisch gleicher Zusammensetzung·
Der vom aufsteigenden Strom durchsetzte Abschnitt des Systems wird auf Grund seines grösseren Querschnittes mit geringerer Geschwindigkeit durchlaufen, womit eine Beruhigung der
eine
Strömung und/teilweise Trennung von Gasen und Flüssigkeit
erreicht werden, die sich im Abwärtsfluss im äusseren Bereich
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des Behälters 1 fortsetzt. Die Geschwindigkeit in diesem äussersten Teilabschnitt des Zwangdurchlaufs durch den Behälter ist so klein, dass ein grosser Teil der Gasblasen in dem Strom nach oben aufsteigen kann.
Für die meisten in derartigen Vorrichtungen durchgeführten Behandlungen ist die Schaumbildung eine unvermeidliche und unerwünschte Erscheinung. Wie bei der diskutierten, bekannten Einrichtung sammelt sich der Schaum im Sammelraum 11 des Behälters 1 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus; er wird aus diesem Raum durch die Düse 16 hindurch unter Beschleunigung und anschliessender Entspannung in den Schaumbrecher 14 gefördert. Die durch die Beschleunigung und Wirbelbildung dabei entstehenden Scherkräfte vernichten einen grossen Teil besonders der grossen Schaumblasen, wobei zusätzlich noch ein Zerschlagen der Blasen an der Prallwand 17 erfolgt« Die freigewordenen Gase entweichen durch die Leitung 18, während die zurückbleibende Flüssigkeit, zusammen mit.dem verbleibenden feinblasigen Schaum, dem Ejektor 11 zufliesst und durch ihn in den Strom zurückgeführt wird.
Die geschilderte Art der Schaumvernichtung, die zwar auf dem gleichen Prinzip basiert, wie diejenige bei der bekannten Einrichtung, ist durch die Anwendung der Beschleunigungsvorrichtung 16 in ihrer Wirksamkeit erheblich verbessert· Gegen-
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über konventionellen Schaumvernichtern besitzt sie darüberhinaus die Vorteile sehr geringen Energieverbrauchs, einfacher und wartungsfreier Konstruktion, das Fehlen von Verschlussteilen und Regeleinrichtungen und von zusätzlichen chemischen Entschäumungsmitteln, die die in der Vorrichtung durchzuführenden Behandlungen belasten könnten« ·
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt; insbesondere können der Behälter 1 und die den Strom führenden Teile auch in horizontaler Richtung durchsetzt werden. Weiterhin ist es möglich, die Pumpe 2 durch eine andere Fördereinrichtung zu ersetzen oder den Ein- und Austritt eines Teils des Stromes bei durchlaufendem Betrieb an anderer Stelle des Kreislaufsystems vorzusehen; ferner
kann die Leitungsführung für den Zwangdurchlauf im Behälter, beispielsweise die Stromumlenkung, mit anderen Mitteln erfolgen.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    IJ Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten oder Flüssig-Feststoff gemischen, in der ein Flüssigkeits— oder ein Gernischstrom in einem Behälter mit Gasen beladen, intensiv durchmischt und mindestens einmal umgelenkt wird, wobei bei dieser Behandlung entstehender Schaum mindestens teilweise aus dem Strom abgeschieden, gesammelt, an Prallplatten in einem Schaumbrecher zerschlagen und zum Teil mittels eines Ejektors wieder in den Strom zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom mit Hilfe einer hydraulischen Fördereinrichtung (2) durch den Behälter (1) ausschliesslich im Zwangdurchlauf und anschliessend, von der gleichen Fördereinrichtung (2> aufrechterhalten, in einem den Behälter (1) einschliessenden Leitungssystem (3, 4) im Zwangumlauf geführt ist, und dass ferner die Begasungseinrichtung (8) in einem gegenüber dem Behälterquerschnitt verengten Leitungsabschnitt (4) des geschlossenen Systems angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung für die Einspeisung des Stromes in den Behälter (1) den Ejektor (11) für die Schaumrückführung enthält, der seinerseits in einer Zwischenwand (12) des Behälters (11) angeordnet ist, die einen Sammelraum (13) für den Schaum von dem Schaumbrecher (14) trennt.
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ejektor (11) mindestens ein Reaktionskanal (19) nachgeordnet ist, der im Abstand von einer Vorrichtung (20) zur Erzeugung der Stromuirilenkung endet.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenwand (12) mindestens eine Beschleunigungsvorrichtung (16) für den Schaum vorgesehen ist, nach deren Oeffnung im Abstand eine Prallplatte (17) für die Schaumzerschlagung angeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ejektor (8) vorgesehen ist, der in Stromrichturig vor oder nach dem ersten Ejektor (11) angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ejektor (8) über einen zweiten Reaktions- oder Mischkanal (10) in den zweiten Ejektor (11) übergeht, an den der erste Reaktionskanal (19) angeschlossen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleitung (4), die Ejektoren (8, 11), die Kanäle (10, 19) und die Umlenkeinrichtung (20) vertikal hintereinander und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mit einer Isolation (7) versehen ist.
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