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Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit Gasen
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die grossen Vorteile des Aufbaus und der unaufhörlichen Erneuerung eines groben Schaums ausgenutzt werden können.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung gestattet das Mischen von Flüssigkeiten mit
Gasen in einem kontinuierlichen Arbeitsverlauf, wobei die zugeführte Flüssigkeitsmenge einen oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels befindlichen, das zu lösende Gas enthaltenden Raum durchströmt.
Die neue
Vorrichtung kennzeichnet sich durch ein zylindrisches Gefäss mit einem Auslass an seinem Boden und einem
Einlass an seinem oberen Teile, wobei der Einlass in einer mit der Mittelachse des Gefässes koaxialen Düse oberhalb eines feststehenden konischen Körpers endet, welch letzterer koaxial mit der Düse angeordnet ist, so dass der durch die Düse eintretende Flüssigkeitsstrahl in eine konisch schleierartige Strömungsschicht aufgeteilt wird, und ferner durch eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Flüssigkeitsspiegels im
Gefäss annäherungsweise in der gleichen Höhe wie die Unterseite des konischen Körpers, wobei der über dem Flüssigkeitsspiegel befindliche Raum mit zu lösendem Gas gefüllt ist.
Entsprechend weiteren Erfindungsmerkmalen ist der feststehende Körper derart konisch ausgeführt, dass der schleierförmige Flüssigkeitsstrahl die freie Oberfläche der Flüssigkeitsmenge unter flachem Winkel, vorzugsweise kleiner als 45 0, trifft.
Zufolge dieser Gestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung trifft die eingeführte Flüssigkeit die freie Oberfläche der Flüssigkeitsmenge in radialer Richtung, wodurch keine Kräfte auftreten, welche die
Flüssigkeitsmenge in Rotation zu bringen suchen. Der konisch schleierförmige Flüssigkeitsstrahl verur- sacht durch sein schräges Auftreffen auf die Flüssigkeitsoberfläche keine tiefgehenden Wirbel, die nach dem vorstehenden bei der Verwendung von Einzelstrahlen auftreten könnten, sondern es werden lediglich im Bereich der freien Flüssigkeitsoberfläche torroidale Wirbel an der Innenseite bzw. der Aussenseite des schleierförmigen Strahles gebildet, welche Wirbel hauptsächlich nur in einer zu Schaum zerschlagenen oberen Schicht der Flüssigkeitsmenge auftreten.
Durch diese Bewegung in der Schaumschicht werden die Flüssigkeitsteilchen in kurzen Zeitabständen wiederholt zu einem groben Schaum zerschlagen, wodurch eine äusserst schnelle Sättigung der Flüssigkeit mit Gas in dieser oberen Schicht erreicht wird.
Durch diese Einströmung der Flüssigkeit scheint die Bewegungsenergie des Strahles tatsächlich vollständig in der Oberfläche aufgenommen und für die Schaumbildung ausgenutzt zu werden, während die Flüssigkeit im darunter befindlichen Teil des Gefässes sich abwärts mit einer überraschenden Gleichförmigkeit über den ganzen Querschnitt des Gefässes bewegt. Hiedurch wird das ganze Volumen des Behälters im höchstmöglichen Grade ausgenutzt, so dass jedes Flüssigkeitsteilchen in dem Gefäss innerhalb einer und derselben Zeitperiode zurückgehalten wird.
Da eine möglichst kleine lotrechte Flüssigkeitsgeschwindigkeit im Gefäss durch das Verfahren nach der Erfindung gewährleistet ist, werden allenfalls mitgerissene äusserst kleine Gasblasen während einer maximalen Zeitdauer im Gefäss zurückgehalten, so dass sie bis zum Austritt aus dem Gefäss genug Zeit haben, sich in der Flüssigkeit vollständig zu lösen.
Durch das intensive Zerpeitschen der Flüssigkeitsfläche zu Schaum kann im Betrieb kein bestimmter Flüssigkeitsspiegel festgestellt werden. Wenn im nachstehenden von einem Flüssigkeitsspiegel gesprochen wird, so ist dabei der Flüssigkeitsspiegel in unbeeinflusstem Zustand gemeint.
Der konisch schleierförmige Strahl wird durch Auftreffen eines zylindrischen Strahles an einem konischen Körper erhalten, dessen Durchmesser dem doppelten Durchmesser des Strahles ungefähr gleichkommt, um den konisch schleierförmigen Strahl in die Richtung der Oberfläche des konischen Körpers zu bringen, während der axiale Abstand zwischen dem Rand der Düsenöffnung und der Oberfläche des konischen Körpers mindestens gleich dem Radius der Düsenöffnung sein soll.
Es ist zu bemerken, dass der gasgefüllte Raum unter Überdruck oder atmosphärischem Druck stehen kann. Besteht das Gas aus Luft von atmosphärischem Druck, dann kann das Gefäss oben offen sein.
Im nachstehenden wird die Erfindung mit Hinweis auf eine geeignete Ausführung beschrieben, die schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 in Seitenansicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung und in Fig. 2 im Axialschnitt einen Teil des Gefässes gemäss Fig. l.
1 ist ein lotrecht stehendes, zylindrisches geschlossenes Gefäss, das an seinem unteren Ende ein Auslassrohr 4 und an seinem oberen Ende ein Einlassrohr 5 aufweist. Das Einlassrohr 5 endet in einem lotrecht gerichteten Mundstück 6. Unterhalb der Mündung des Mundstückes 6 und konzentrisch zu diesem ist ein feststehender konischer Körper 7 angeordnet, dessen Spitze der Mundstückmündung zugewandt ist. Der konische Körper 7 ist vorzugsweise an Armen 8 aufgehängt, die mit dem Mundstück ver-
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mündung auf.
Im Betrieb ist das Gefäss 1 teilweise mit Flüssigkeit bis zu einem mit der Linie 2 angedeuteten Niveau gefüllt. Dieses Niveau ist nicht unbedingt kritisch, es hat sich aber erwiesen, dass die besten Ergebnisse erreicht werden, wenn dieses Niveau in gleicher Fläche mit oder etwas unterhalb der Unterseite des konischen Körpers 7 liegt.
Ein regelbarer Auslass für Gas vom Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Gefäss kann in der Form eines senkrecht verschieblichen Rohres 3 vorgesehen werden, das eine gedrosselte untere Mündung aufweist, durch welche Gas leicht hindurchströmen kann, welche aber nur eine geringe Flüssigkeitsmenge austreten lässt. Die Einstellung der unteren Mündung bestimmt somit die Höhe des Flüssigkeitsspiegels, der durch wechselweisen Austritt von Flüssigkeit und Gas im wesentlichen konstant erhalten wird.
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Verbrauchtes bzw. durch die Regelung weggeführtes Gas wird entweder durch eine besondere, nicht gezeigte Leitung oder zusammen mit der eintretenden Flüssigkeit ersetzt.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch das Einlassrohr 5 und das Mundstück 6 zugeführt und sodann von dem konischen Körper 7, der eine glatte, gleichförmige Fläche aufweist, zu einem konisch schleier- artigen Strahl mit geringer Dicke aufgeteilt. Die Neigung des konisch schleierförmigen Strahles ist derart gewählt, dass er bei dem Anschlag gegen den Flüssigkeitsspiegel in flachem Winkel gegen diesen eine durch die gestrichelten Pfeile A angedeutete Wirbelbildung hervorbringt, die zu der oberen zu einem groben
Schaum zerschlagenen Schicht scharf begrenzt wird. Durch die Wirbelbewegung wird der grobe Schaum mit der dadurch bedingten oben beschriebenen schnellen Gaslösung unaufhörlich zerschlagen und erneuert.
Schon sehr nahe unter dieser zu Schaum zerschlagenen Oberfläche strömt die Flüssigkeit mit grosser Gleich- förmigkeit über den ganzen Querschnitt des Gefässes abwärts, wie dies durch die ausgezogenen Pfeile B angedeutet ist.
Hiedurch können etwaige in dem Flüssigkeitsstrom noch mitgeführte Gasblasen schnell an die Ober- fläche der Flüssigkeitsmenge entweichen. Die äusserst kleinen Gasblasen, die sich in der langsam abwärts sinkenden Flüssigkeitsmenge schwebend halten können, erhalten durch die gleichförmige Strömung eine möglichst lange Zeitdauer für ihre Auflösung in der Flüssigkeit, ehe die Flüssigkeit vom unteren Teile des
Gefässes weggeführt wird. Hiedurch wird über eine möglichst grosse räumliche Erstreckung die Entfernung der Gasblasen erzielt und die Lieferung blasenfreier Flüssigkeit aus dem Gefäss gewährleistet.
Bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung hat es sich in der Praxis als möglich erwiesen, einen gewünschten Grad der Sättigung der Flüssigkeit mit wesentlich geringerem Energieaufwand und mit einer weniger umfangreichen Vorrichtung als der bisher verwendeten hervorzubringen. Der geringere
Energieaufwand bezieht sich vermutlich darauf, dass keine über die für die Schaumbildung an der Ober- fläche erforderliche Energie hinausgehende Bewegungsenergie der eintretenden Flüssigkeit zugeführt zu werden braucht und dass durch die gleichförmige Strömung der Durchströmwiderstand sehr klein wird.
Zur Erläuterung der praktischen Anwendung der Erfindung wird folgendes Ausführungsbeispiel angeführt :
Mit einem Gefäss 1, in welches die Flüssigkeit durch das Mundstück 6 mit einer Geschwindigkeit von 4 m/sec gegen einen konischen Körper 7 mit oben genannten Abmessungen im Verhältnis zu dem Mundstück einströmt, konnte eine sehr grosse Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit, wie etwa 2000 1 pro Minute, mit einem sehr befriedigenden Ergebnis behandelt werden.
Als weiteres Beispiel kann eine physikalische Behandlungsvorrichtung genannt werden, der Wasser mit darin gelöster Luft zugeführt wurde. Mit dem bisher bekannten Verfahren für die Lösung von Luft konnten höchstens etwa 12001 pro Minute behandelt werden. Bei Behandlung des zugeführten Wassers nach der vorliegenden Erfindung konnte mit gleich gutem Ergebnis die Leistungsfähigkeit bis auf 1900l pro Minute erhöht werden, was eine Erhöhung von über 50% bedeutet.
Es ist schliesslich zu bemerken, dass bei Behandlung von Flüssigkeiten, bei denen die Gaslösung nicht bis zur Sättigung durchgeführt zu werden braucht, eine geringere Menge pro Zeiteinheit der Gesamtmenge nach dem vorliegenden Verfahren behandelt und danach mit dem Rest in dem Gefäss oder ausserhalb desselben gemischt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit Gasen in einem kontinuierlichen Arbeitsverlauf zwecks Förderung des Lösens des Gases in der Flüssigkeit, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gefäss mit einem Auslass an seinem Boden und einem Einlass an seinem oberen Teile, wobei der Einlass in einer mit der Mittelachse des Gefässes koaxialen Düse oberhalb eines feststehenden konischen Körpers (7) endet, welch letzterer koaxial mit der Düse angeordnet ist, so dass der durch die Düse eintretende Flüssigkeitsstrahl in eine konisch schleierartige Strömungsschicht aufgeteilt wird, und ferner durch eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Flüssigkeitsspiegels im Gefäss annäherungsweise in der gleichen Höhe wie die Unterseite des konischen Körpers,
wobei der über dem Flüssigkeitsspiegel befindliche Raum mit zu lösendem Gas gefüllt ist.