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Apparat zum Lösen und Ausscheiden von Gasen in bzw. aus Flüssigkeiten.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Apparat zum Lösen und Ausscheiden von Gas in bzw. aus Flüssigkeiten.
Eine Ausführungsart desselben ist in Fig. 1 der Zeichnung im Schnitt längs der Achse des Apparates und in Fig. 2 in einem Querschnitt dargestellt.
Der punktiert gezeichnete, erweiterte Teil b des Rohres a, b, c besteht aus einem eng- maschigen Drahtgewebe oder dgl., das vorteilhaft mit einer Gas durchlässigen, aus Gas absorbierenden bzw. verdichtenden Stoffen, z. B. einer Mischung von Kautschuk und Kohle, bestehenden Membran überzogen wird.
Dieses #Membranerohr" b ist mit einem dasselbe nach aussen dicht abschliessenden Mantel d umgeben. In den Raum zwischen Mantel und Membranrohr,, Mantelraum" führt das Gaszuleitungsrohr e und eventuell auch das mit dem Hahnen h versehene Gasableitungsrohr g.
Der freie Querschnitt des Drahtgeweberohres kann eventuell durch den Kernkörper k, welcher durch die an dessen zugespitzten Enden befestigten radialen Blechstreifen i, i, i, i in
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so spielt sich folgender Vorgang ab :
Sobald der Gasdruck im Mantelraum den Flüssigkeitsdruck im Rohrinnere überwiegt, durchdringt eine mit diesem Überdruck steigende Gasmenge die Membrane. wobei das Gas, infolge der gasabsorbierenden bzw. verdichtenden Eigenschaft der Masse derselben, hochgradig verdichtet und alsdann, d. h. noch in verdichtetem Zustand, in Berührung mit der, die Innenseite der MembranrohrwandbenetzendenFlüssigkeitkommt.
Demgemäss findet zunächst in dieser, und durch DiR'usiol1 des gelösten Gases in der Flüssigkeit, auch in den dicht angrenzenden Flüssigkeitsteilen eine intensive Gaslösung statt.
So lange die Flüssigkeit selbst in Ruhe bleibt, kann es sich hiebei jedoch nur um relative sehr geringe FlÜssigkeitsmengen handeln. Nach Sättigung dieser scheidet das gelöste Gas sofort wieder in Form sehr kleiner Blasen aus, welche nunmehr vermöge ihrer Auftriebskraft, gemeinsam mit dem nicht zur Lösung gekommenen Gas, letzteres in Form grösserer Blasen, in der Flüssigkeit aufsteigen und erst dadurch die Anreicherung grösserer Flüssigkeitsmengen mit Gas und ebenso die Ausscheidung anderer schon vorher sich in Lösung befindlicher Gase zu bewirken.
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Auf diese Weise kommen stets neue Flüssigkeitsteile mit dem, in verdichtetem Zustand aus den Poren der Membrane ausströmenden Gas in Berührung. Die erzielte Flüssigkeitsbewegung bewirkt somit eine wesentliche Steigerung des Effektes der Gaslösung, sowohl in bezug auf die Menge des pro Zeiteinheit gelösten als auch in Lösung bleibenden Gases.
Lässt man durch das Rohr g einen mittels des Hahnens h regulierbaren Teil eines Gas-
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dadurch eventuell eine teilweise Trennung des Gasgemisches eintreten. Zum Beispiel bei Zuleitung von Luft und Verwendung von Wasser als Lösungsmittel wird der Sauerstoff von der Membrane und vom Wasser in höherem Masse absorbiert als der Stickstoff. Demgemäss wird das die Membran durchdringende Gasgemisch gegenüber demjenigen, welches durch Rohr 9 abströmt, eine Anreicherung mit Sauerstoff und letzteres eine Anreicherung mit Stickstoff zeigen.
Der Zweck der Lösung von Luft in einer Flüssigkeit ist gewöhnlich der, letztere mit Sauerstoff anzureichern. Da nun aber das Potential für die Lösung jedes einzelnen in einem Gasgemisch enthaltenen Gases direkt proportional ist dessen Partialdruck, muss notwendig eine der Lösung vorausgehende Anreicherung derjenigen Luftmenge mit Sauerstoff, welche mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, eine Steigerung der Sauerstofflösung bewirken.
Es ist also hiebei von Wichtigkeit, dass die Gaslösung von einer mit Sauerstoff angereicherten Luft bewirkt wird, und das abströmende Gemische von Luft und Stickstoff, bei direkter Einleitung in das Steigrohr zur Wasserbewegung oder aber zu irgendwelchen anderen Zwecken verwendet werden kann.
Werden der Flüssigkeit Substanzen beigemischt, die die Oberflächenspannung derselben vermindern, z. B. eine Spur Alkohol, so kommt unter sonst gleichen Verhältnissen ein wesentlich grösserer Teil des durch die Membrane gepressten Gases wenigstens zur primären Lösung und die Grösse der sich bildenden Gasblasen verringert sich in auffallender Weise.
An Stelle der Kautschukkohlenmembran kann, in analoger Weise, auch eine dickere, Flüssigkeit begierig aufsaugende Diaphragmascheidewand benützt werden. Das Gas durchdringt alsdann, innerhalb bestimmten Grenzen des Gasüberdrucks, die Diaphragmawand bzw. die in solche eingedrungene Flüssigkeit, im Wege der Osmose, nur in gelöstem Zustand. Dies bedingt jedoch einen relativ wesentlich grösseren Gasdruck bzw. Druckverlust desselben und verstopfen sich die Poren des Diaphragmas infolge von Niederschlägen aus der in solches eindringenden Flüssigkeit sehr bald.
Soweit das gelöste Gas aus der Flüssigkeit an deren Oberfläche entweicht, führt es Teile der letzteren in äusserst fein zerteiltem Zustand mit sich. Der Apparat kann also auch dazu benutzt werden, Gase mit Flüssigkeit zu imprägnieren.
Der relative Effekt der Flüssigkeitsbewegung, der mit einer bestimmten Gasmenge erzielt werden kann, ist nur proportional der Steighöhe des Gases im Steigrohr und somi auch der Effekt der Gaslösung von letzterer bzw. von der Höhe des Flüssigkeitsstandes im Behälter abhängig.
Diese Beschränkung kann dadurch vermieden werden, dass das Membranrohr mit oder ohne Ummantelung in eine Rohrleitung eingefügt wird, in welcher die Flüssigkeit entweder in- folge der Auftriebskraft des, alsdann notwendig überschüssig zugeleiteten Gases, oder aber infolge vorhandenen Gefälles, strömt. Die nutzbare Steighöhe des Gases und somit dessen Nutzeffekt
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(Grenzen gesteigert werden.
Da die Ober-bzw. Reibungsfläche feiner Gasblasell im Verhältnis zu deren Auftriebskraft sehr gross ist, werden solche schon von langsam strömender Flüssigkeit entgegen der Richtung ihrer Auftriebskraft, auch senkrecht abwärts mitgerissen. In einer entsprechend geformten Rohrleitung kann somit das in Form feiner Gasblasen gebrachte Gas, einen beliebig langen Weg zurück- legen. Dasselbe kann an beliebiger Stelle bzw. unter beliebigem Druck in die Rohrleitung eingeleitet und alsdann behufs Steigerung der Gaslösung von der strömenden Flüssigkeit, abwärts zu Stellen höheren Drucks geführt werden, oder aber um eine Ausscheidung von gelöstem Gas zu bewirken, aufwärts zu Stellen niederen Druckes aufsteigen.
In Fig. 3 der Zeichnung ist im Vertikalschnitt schematisch eine Anwendung dargestellt, welche gleichzeitig mehrere Anwendungsarten des in eine Rohrleitung eingefügten Apparates veranschaulicht.
Die Flüssigkeitsbehälter. 4 und JS sind durch die Rohrleitung 1, 2,3, 4, 5 derart miteinander verbunden, dass die Flüssigkeit durch solche von A nach B, oder umgekehrt, strömen kann. In das Steigrohr : 2 ist unten das ummantelte Membranerohr 6, in das Fallrohr 4, oben das ummantelte Membranerohr 7 eingefügt. Deren Mantelräume sind durch die, mittels Hahnen 8 oder dgl. abschliessbare Gasrohrleitung 9 miteinander verbunden. Um zu verhindern, dass im Steigrohr : 2
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Wird nun bei Verschluss des Hahnens 8 auf irgend eine Weise Gas in den Mantelraum des Membranerohrs 6 eingepresst, so spielt sich der bereits beschriebene Vorgang ab. In dessen Folge wird die Flüssigkeit in der Richtung der Pfeile in Strömung versetzt, mit dem zugeleiteten Gas gesättigt und teilweise auch von anderen schon vorher sich in Lösung befindlichen Gasen befreit.
Hei der gezeichneten Anordnung ist angenommen, dass in dem Generator C Sauerstoff-
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oder auf irgend eine andere Weise, Luft in den Mantelraum der Membrane 7 gepresst, so wird, sofern der Widerstand, den die Membrane 7 dem Durchgang des Gases entgegensetzt, wesentlich grösser ist, als derjenige der Membrane 6, nur ein, durch den Hahnen 8 regulierbarer, mit Hauerstoff angereicherter Teil der zugeleiteten Luft, durch die Membrane 7 in das Fallrohr 4 und der mit Stickstoff angereicherte Rest durch Membran 6 in das Steigrohr 2 dringen.
Handelt es sich nun darum, wie z. B. bei der Regeneration des Wassers in Wassertierbehältern, ein mit Stickstoff bereits gesättigtes Wasser mit Sauerstoff anzureichern und gelöste freie Kohlensäure auszuscheiden, so wird das im Steigrohr 2 zu Stellen niederen Druckes aufsteigende Gas vorwiegend eine Ausscheidung von Kohlensäure und eine Flüssigkeitsbewegung hervorrufen.
Durch letztere wird alsdann das durch Membran 7 dringende sauerstoffreichere Gas abwärts zu Stellen höheren Druckes geführt und so eine intensive Sauerstofflösung bewirkt. Das nicht gelöste Gas gelangt alsdann in das Steigrohr 5 und wird daselbst wiederum aufsteigen und die Flüssigkeitsströmung unterstützen.
Da das im Fallrohr 4 abstf'. igende Gas durch seinen Auftrieb auf die Flüssigkeitsbewegung hemmend einwirkt, muss, sofern dieselbe nicht durch ein vorhandenes Gefälle bewirkt wird, die Auftriebskraft des Gases in den Steigröhren diejenige im Fallrohr erheblich übersteigen, d. h. ein grösserer Teil der zugeleiteten Luft, durch Membrane 6 dringen.
Fig. 4 stellt, ebenfalls im Vortikalschnitt, eine weitere Anwendungsart des Membranerohrs dar.
Wird mittels der Saugpumpe 2 ? oder auf irgend eine andere Weise durch Gummischlauch 18 Luft aus dem Filtergefäss 17 gesogen, so steigt Flüssigkeit vom Behälter F sowohl durch Steigröhre 13 als auch durch Fallrohr 16, bis zu beträchtlicher Höhe in diesem Behälter li. Gleichzeitig dringt mit Sauerstoff angereicherte Luft sowohl durch die im Steigrohr 13 eingefügte, nicht ummantelte Membranröhre 14, als auch durch die in das Fallrohr 15 eingefügte ebensolche Membranröhre 16.
Sofern erstere Membran für das Gas erheblich durchlässiger ist, als letztere, was leicht bewerkstelligt werden kann, wird durch den Auftrieb des Gases im Steigrohr 13 ein Kreislauf der Flüssigkeit in der Richtung der Pfeile hervorgerufen.
Die Flüssigkeit kommt hiebei zunächst in Berührung mit einer, infolge der leichten Durchlässigkeit der Membran 14, grösseren, jedoch nur schwach mit Sauerstoff angereicherten und nur teilweise verdichteten Luft, steigt alsdann in Emulsion mit derselben zu einer Stelle niederen Druckes auf, dringt nachdem alles nicht gelöste und ein, der Druckverminderung entsprechender Teil des gelösten Gases ausgeschieden ist. behufs Reinigung durch die aus einem Drahtgewebe oder dgl.
bestehende Filtervorrichtung 19, um alsdann im Fallrohr 15 wieder in den Behälter F zurückzufallen. Hier findet alsdann wiederum eine Anreicherung mit Gas, insbesondere mit Sauerstoff statt, insofern die durch Membran 16 zwar in geringerer Menge eindringende Luft stärker verdichtet und in höherem Masse mit Sauerstoff angereichert ist, und ausserdem dieselbe von der Flüssigkeit abwärts zu Stellen höheren Druckes geführt wird.
Fig. 5 zeigt im Vertikalschnitt die Wirkungsweise des in die Flüssigkeit im Behälter G ein- getauchte Membranrohrs, wobei angenommen ist, dass mittels einem gewöhnlichen Gummiballgebläse das durch Schlauch i, mit dem Gasrohr e verbunden ist, Luft in den Mantelraum gepresst wird.
Die Anwpndungsweise des Apparates im allgemeinen lässt zahlreiche Modifikationen zu, und kann je nach den Zwecken. denen die Lösung oder Ausscheidung von Gas dienen soll, den verschiedenartigsten praktischen Bedürfnissen angepasst werden.
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