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Verfahren und Vorrichtung zum stufenweisen Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer
Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenweisen Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit sowie eine zur Ausübung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Im Sinne der Erfindung ist unter "Gas" jeder beliebige gasförmige Körper, z. B. atmosphärische Luft, Kohlenstoff, Wasserstoff, aber auch Dampf und Dampfgemisch zu verstehen, wobei das "Gas" mit festen oder flüssigen Teilchen durchsetzt sein kann.
Bisher wird das in der Flüssigkeit zu verteilende Gas üblicherweise in der Nähe des Bodens des die Flüssigkeit enthaltenden Gefässes, etwa durch ein Strahlrohrsystem oder durch ein um eine senkrechte Achse rotierendes, hohles, flügelartige Gebilde (vgl. z. B. die österr. Patentschriften Nr. 142217 und Nr. 148970) in die Flüssigkeit eingeleitet, wobei alle eingeleiteten Gasblasen in der Flüssigkeit eine aufsteigende Bewegung ausführen, und dabei Wirkstoffe an diese abgeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren, das besonders in grossen Gefässen eine wirksamere Begasung bzw. einen günstigeren Stoffaustausch ermöglicht, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit übereinander zwei oder mehr in Horizontalebenen um eine gemeinsame Achse umlaufende Vakuolen erzeugt werden, dass der Flüssigkeit von einer unterhalb der Umlaufebene der untersten Vakuole gelegenen Stelle in verteilter Form Gas zugeführt wird und dass aus der Umlaufebene jeweils einer höher gelegenen Vakuole Flüssigkeit im Gegenstrom zum Gas in eine darunter gelegene Vakuole geleitet wird.
Der stufenweise Stoffaustausch kommt bei diesem Verfahren dadurch zustande, dass das bodenseitig zugeleitete Gas, das auf seinem Wege bis zur untersten Vakuole an seinen Randschichten teilweise schon verbraucht worden ist, in die unterste Vakuole aufgenommen wird, wobei ein Konzentrationsausgleich stattfindet, so dass die die Vakuole im Wirbelzopf verlassenden Gasblasen wieder regeneriert sind und beim Aufsteigen zur nächsten Vakuole ein maximales Diffusionsgefälle aufweisen. Die in dieser zweiten Stufe wieder teilweise verbrauchten Gasblasen werden in analoger Weise von der nächsten Vakuole aufgenommen, regeneriert und gelangen gegebenenfalls zur dritten Vakuole usw.
Die zu begasende Flüssigkeit wird im Gegenstrom von der höchstgelegenen Vakuole in die tiefer gelegene geleitet usw., so dass in der letzten Vakuole bereits stark begaste Flüssigkeit mit dem Frischgas in Berührung kommt.
Die Zuleitung der zu begasenden Flüssigkeit von der höher gelegenen Vakuole zu der tiefer gelegenen Vakuole erfolgt vorzugsweise unter Ausnutzung des Staudruckes an der die höher gelegene Vakuole erzeugenden Leitvorrichtung.
Die feine Verteilung des Gases kann ferner dadurch begünstigt werden, dass die Einleitung der zu begasenden Flüssigkeit in jeder Vakuole durch Einspritzung der Flüssigkeit in die von der Vakuole abgehende Wirbelschicht unter Ausnutzung der Fliehkraft erfolgt.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass an einer gemeinsamen vertikalen Drehachse übereinander zwei oder mehr umlaufende und durch ihren Umlauf Vakuolen erzeugende Leitvorrichtungen angeordnet sind, die je einen durch Öffnungen auf der Vorderseite Flüssigkeit aufnehmenden Teil und einen durch Schlitze auf der Hinterseite Flüssigkeit in die folgende Vakuole abgebenden Teil aufweisen, wobei der die Flüssigkeit aufnehmende Teil jeder Leitvorrichtung mit dem die Flüssigkeit abgebenden Teil der darunter befindlichen Leitvorrichtung verbunden ist.
Die Erfindung und zweckmässige weitere Ausgestaltungen derselben sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erläutert werden. Fig. 1 zeigt den Hauptbestandteil einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Schrägriss. Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt durch die äusseren Teile der rinnenartigen Leitvorrichtungen nach der Linie I-I in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine rinnenartige Leitvorrichtung in teilweise geschnittener Seitenansicht. Fig. 4 ist eine Draufsicht zu Fig. 3. In den Fig. 5-8 sind Vertikalschnitte längs den Linien II-II, III-III und IV-IV durch die Leitvorrichtung nach den Fig. 3 und 4 darstellt.
Die Leitvorrichtungen wurden der einfacheren Darstellung wegen als Zylinder gezeichnet, haben
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jedoch vorzugsweise stromlinienförmige Querschnitte.
Der in einem nicht dargestellten Gefäss befindlichen Flüssigkeit wird das zu verteilende Gas in Form grober Blasen entweder durch eine mit der Gefässwand oder mit dem Gefässboden starr verbundene Vorrichtung, z. B. durch ein grob gelochtes Rohr oder mehrere solcher Rohre oder durch eine rotierende Hohlwelle, an der auch zum Gegenstand der Erfindung gehörende Leitvorrichtungen befestigt sind, zugeführt. Oberhalb dieser Gasaustrittsstellen befinden sich übereinander mehrere Gasverteilvorrichtungen A, B, die durch radial angeordnete innere Rohrund äussere Rinnenabschnitte b bzw. b'gebildet
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einer vertikalen Welle a in Umdrehung versetzt. Die Flachseite d der Rinnenabschnitte b' ist der Drehrichtung abgekehrt.
Wie in Fig. 1 durch strichlierte Linien angedeutet wurde, steht jeder radiale Leitvorrichtungsteil A mit dem diametral gegenüber und tiefer liegenden Leitvorrichtungsteil B durch eine achsparallel verlaufende Rohrleitung h od. dgl. über die Hohlnabe dieser Leitvorrichtungen in Verbindung. Die Teile A der Leitvorrichtungen haben auf der Vorderseite Öffnungen i, durch die sie Flüssigkeit aufnehmen können. Die Teile B der Leitvorrichtungen weisen auf der Hinterseite d Schlitze f, g auf, durch die sie Flüssigkeit abgeben können (vgl.
Fig. 2).
Wird der gesamte Gasverteilkörper um die Achse a (gemäss Fig. 4 im Uhrzeigersinn) in Drehung versetzt, so wird jede Leitvorrichtung durch die umgebende Flüssigkeit gemäss Fig. 7 umströmt. Die vom Leitprofil abgehenden Flüssigkeitsteilchen bauen hinter der ebenen Wand d ein Wirbel- und somit Unterdruckgebiet auf.
Das vom Gefässboden her zuströmende Gas wird in diesem Unterdruckgebiet eingefangen und hierauf entlang der Wand d verteilt, so dass eine Vakuole k, d. h. ein von Flüssigkeit freier, gaserfüllter Raum entsteht. Dabei wird das Gas durch die die Vakuole umströmende Flüssigkeit zum Teil bereits in kleine Blasen aufgelöst ; im wesentlichen vermischt sich das Gas aber erst in dem Wirbelzopf der Vakuole mit der umgebenden Flüssigkeit und wird dort in feinste Blasen zerrieben.
Zur Steigerung des Stoffaustausches zwischen Gas und Flüssigkeit wird die Flüssigkeit zum Teil in das Innere der Vakuole eingespritzt.
Zu diesem Zweck wird die Flüssigkeit über Öffnungen i (vgl. Fig. l, 2 und 8) in die rotierende Leitvorrichtung A aufgenommen und von dort aus über den bereits erwähnten Kanal h, z. B. eine Rohrleitung, in den Raum e der darunterliegenden Leitvorrichtung B eingeführt (vgl. Fig. 1, 2 und 6), aus dem sie über Öffnungen f bzw. g in das Innere der durch die Leitvorrichtung B erzeugten Vakuole eingespritzt wird (vgl. Fig. l, 2,6 und 7).
Gemäss Fig. 1 gelangt mithin Flüssigkeit im Gegenstrom zum Gas aus dem zu begasenden
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nach der noch tiefer gelegenen Ebene A-B usf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum stufenweisen Stoffaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit übereinander zwei oder mehr in Horizontalebenen um eine gemeinsame Achse umlaufende Vakuolen erzeugt werden, dass der Flüssigkeit von einer unterhalb der Umlaufebene der untersten Vakuole gelegenen Stelle in verteilter Form Gas zugeführt wird und dass aus der Umlaufebene jeweils einer höher gelegenen Vakuole Flüssigkeit im Gegenstrom zum Gas in eine darunter gelegene Vakuole geleitet wird.