AT381689B - Verfahren zur begasung von fluessigkeiten, sowie eine begasungseinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begasung von insbesondere im Kreis geführten Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten mittels einer Pumpe in einem Steigrohr über das Flüssigkeitsniveau unter Absenkung des hydrostatischen Druckes gehoben und mit dem Gas in Blasenform in Kontakt gebracht werden und das Gas-Flüssigkeitsgemisch in einem Fallrohr zurückgeführt wird, sowie eine Begasungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 



   Es sind Tiefenbelüftungseinrichtungen bekannt, bei welchen durch Einblasen von Gasen unter Überdruck eine Steig- und Fallströmung induziert wird. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie energetisch unwirtschaftlich sind, da die Verdichtung der Luft mehr Energie benötigt als die reine Umwälzung der Flüssigkeit. Darüber hinaus lässt sich auch die Begasung nicht feinblasig durchführen, da das Abreissen der Blasen erst ab einer gewissen Blasengrösse erfolgt und erst die aufsteigenden Blasen eine Umwälzung der Flüssigkeit bewirken. Ausserdem wird die Flüssigkeit nicht unter den Atmosphärendruck entspannt, wodurch die Abbauprodukte, im wesentlichen   C02   und natürlich auch Stickstoff, nur zum geringen Mass zur Abgasung gebracht werden, und durch ihre Sättigung die Sauerstoffaufnahme im abströmenden Fallkanal vermindern. 



   Es ist auch bekannt, Flüssigkeiten nach Art einer Wasserstrahlpumpe vor einem Auf- oder Fallstrom zu begasen, wobei die Flüssigkeit durch eine Querschnittsverengung dem eigentlichen Begasungspunkt zugeführt wird. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass durch die Querschnittsverengung und Geschwindigkeitserhöhung relativ viel Energie verbraucht wird, die nur zum Teil durch den angeschlossenen Diffusor wieder rückgewonnen wird. Dazu kommt noch der Energieverbrauch für die Verteilung der Gasblasen. 



   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, diesen Energieverlust zu vermeiden und die Kontaktzeit der Gasblasen mit der Flüssigkeit zu verlängern. Hiebei hat es sich herausgestellt, dass die Anordnung der Begasungsstelle in einem Steigkanal der Aufgabenstellung entgegenkommt, und dass durch die Umlenkung in den Fallkanal die Gasblasenverteilung in der Flüssigkeit mit geringstem Energieverbrauch durchführbar ist. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeiten mit gleichmässiger Geschwindigkeit über die Begasungsstelle und die angrenzenden Teile des Steigrohres geführt werden und dass das Gas während der Steigströmung der Flüssigkeit infolge der Druckdifferenz zwischen Gasdruck und hydrostatischem Druck in die Flüssigkeitsströmung durch die Wandung des Steigrohres eingesaugt und insbesondere durch die Umlenkung in das Fallrohr über den Querschnitt in der Flüssigkeit verteilt wird. 



   Die erfindungsgemässe Begasungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr, insbesondere oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Behälters, gasdurchlässige Wandungen und zumindest in diesem Bereich, vorzugsweise über die ganze Steigrohrlänge, einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist und dass das Fallrohr bis unter den Flüssigkeitsspiegel des Behälters geführt ist. 



   Die Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 beispielsweise und schematisch in zwei Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Begasungsreaktor mit Ansaugung des Gases unter atmosphärischem Druck, während bei Fig. 2 Gas mit höherem Druck zur Begasung verwendet wird. 



   In den Zeichnungen ist ein   Behälter --4-- dargestellt,   der einen   Flüssigkeitsspiegel --3--   für die zu begasende Flüssigkeit aufweist. Die Flüssigkeit wird am unteren Ende des Behälters - durch einen Ansaugstutzen --9-- angesaugt und einer   Umwälzpumpe --8-- zugeführt,   von welcher die Flüssigkeit über ein Steigrohr --1-- über den   Flüssigkeitsspiegel --3-- hinwegge-   hoben und nach Durchströmung eines   Krümmers --6-- dem Fallrohr --7-- zugeführt   wird, durch welches sie wieder in den   Behälter --4-- rückgeführt   wird.

   Die Pumpe --8-- ist nun so ausgelegt, dass der Druck der im   Steigrohr --1-- strömenden   Flüssigkeit in einer gewissen Höhe über dem   Flüssigkeitsspiegel --3-- gegenüber   der Atmosphäre einen Unterdruck erreicht. Diese Stelle wird zur Begasung herangezogen, indem in diesem Bereich die Wandung des Steigrohres gasundurchlässig bzw. nur porös ausgebildet wird. Diese Gasdurchlässigkeit im Unterdruckbereich bewirkt die Ausbildung von Gasblasen an der Innenseite des Steigrohres. Durch den Auftrieb der Gasblasen in der aufwärtsgerichteten Strömung wird die Ablösung der Gasblasen von der Begasungsstelle erleichtert und durch den geringen Volumenanteil des Gases wird die störende Blasenkoaleszenz reduziert.

   Dadurch bleibt die   Stoffaustauschfläche   der gebildeten Blasen in grösserem Masse erhalten und die Vermischung erfordert keine zusätzliche Energie. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Im abwärtsführenden Teil der Begasungseinrichtung kann somit der Vorteil der sehr hohen Stoffübergangskoeffizienten mit der grossen Stoffaustauschfläche voll genutzt werden. In Versuchen wurde dies bestätigt. 



   Es zeigte sich bei Belebtschlammbelüftung, einem Beispiel aus der Abwassertechnik, eine extrem hohe 02 Auslösung von über 40% aus Luft bei einer Reaktorhöhe von 2 m und niedrigem Energieverbrauch. 



   Diese Einrichtung bewirkt einen ständigen Eintrag von feinen bzw. feinsten Gasblasen in die Flüssigkeit, wobei für diesen Gaseintrag praktisch keine zusätzliche Energie notwendig ist. 



  Vorteilhafterweise wird die gasdurchlässige   Wandung --2-- knapp   vor dem   Krümmer --6-- angeord-   net. Dies bewirkt, dass die Gasblasen infolge der Fliehkraft praktisch den ganzen Strömungsquerschnitt durchwandern und in Richtung der inneren, enger gekrümmten Wandung des Krümmers gedrückt werden. Durch diese Vorgangsweise erhalten auch die zentralen Strömungsfäden die benötigte Gasmenge, so dass die Durchmischung vergleichmässigt wird. 



   In Fig. 2 wurde eine ähnliche Begasungseinrichtung dargestellt, bei der jedoch die gasdurch- 
 EMI2.1 
 gebracht wird. Diese Ausführungsform hat gegenüber jener zu Fig. 1 den Vorteil, dass der Zeitraum für den Kontakt der Gasblasen mit der Flüssigkeit noch weiter erhöht werden kann. Diese Konstruktion ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn Druckgas, wie   z. B.   Rein-Sauerstoff oder Rein-Schwefeldioxyd, zu Verfügung steht. 



   Durch die Dimensionierung des Krümmers lassen sich, wie bereits erwähnt, die Auswirkungen 
 EMI2.2 
 schleunigung bedeutet. In diesem Fall ist die Zentrifugalkraft der Auftriebskraft der Gasbläschen gleichgestellt, so dass die Gasblasen praktisch auf konzentrischen Krümmungsradien den Krümmer durchwandern, die im Krümmer herrschenden Turbulenzen einer Koaleszenz entgegenwirken. 



   Die Erfindung lässt sich sowohl für die Belüftung von Abwasser mit Rein-Sauerstoff oder Luft, als auch bei der Aufstärkung der schwefeligen Säure, wie sie beispielsweise bei Chemikalienrückgewinnungsanlagen in der Chemiefasererzeugung benötigt wird, verwenden. Es sind auch weitere Anwendungsbeispiele, wie bei der Rauchgasneutralisation oder Belüftung von gärenden Substanzen bei der Alkoholerzeugung, vorgesehen. 



   Bei Dispergierung des Gases in aufwärts führender Rohrleitung durch z. B. Fritten, kleine Bohrungen, permeable Wände, ist ein Bruchteil der Energie erforderlich. Die Verteilung der Gasblasen ist von der Geometrie wenig abhängig, da die Blasendichte um vieles kleiner ist als wenn die Begasung direkt in den abwärts strömenden Teil, den Fallkanal erfolgt. Eine weitere Verteilung der Gasblasen in der Flüssigphase wird bei der Umlenkung im Krümmer durch die dort herrschenden Turbulenzen bewirkt. Anzustreben ist hier ein Kräftegleichgewicht. 



   Auf die Gasblasen wirken zwei entgegengesetzte Kräfte :
1. Auftriebskräfte, die infolge der Dichteunterschiede Flüssig-Gas nach aussen gerichtet sind und
2. Zentrifugalkräfte, die durch die Umlenkung des Zweiphasengemisches entstehen. 



   Die besonderen Kennzeichen sind also :
Einbringen des Gases in einen Flüssig-Gas-Reaktionsapparat derart, dass es an einer Stelle an der die Flüssigkeit nach oben strömt in den Flüssigkeitsstrom über eine Begasungseinrichtung   z. B.   gasdurchlässige Wand, Fritte, kleine Bohrungen in Form kleiner Blasen dispergiert wird, jedoch dann einer Reaktionsstrecke zugeführt wird, wo die Gasblasen mit dem Flüssigkeitsstrom nach unten geführt werden. Die Umlenkung von der aufwärts gerichteten Strömung in die abwärts gerichtete, erfolgt zweckmässigerweise mit dem oben beschriebenen Krümmer, mit geringstem Druckverlust. 



   Die Flüssigkeit braucht an keiner Stelle des Apparates beschleunigt oder verzögert zu werden, es ergibt sich dadurch ein geringer Gesamt-Druckverlust im Flüssigkeitskreislauf. 



   Das Gas muss nur den Druckverlust der Begasungseinrichtung überwinden. Dies kann durch 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Druck von aussen oder durch den Unterdruck durch   die"Heberwirkung"auf   der Flüssigseite erfolgen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Begasung von insbesondere im Kreis geführten Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten mittels einer Pumpe in einem Steigrohr über das Flüssigkeitsniveau unter Absenkung des hydrostatischen Druckes gehoben und mit dem Gas in Blasenform in Kontakt gebracht werden und das Gas-Flüssigkeitsgemisch in einem Fallrohr zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeiten mit gleichmässiger Geschwindigkeit über die Begasungsstelle und die angrenzenden Teile des Steigrohres geführt werden und dass das Gas während der Steigströmung der Flüssigkeit infolge der Druckdifferenz zwischen Gasdruck und hydrostatischem Druck in die Flüssigkeitsströmung durch die Wandung des Steigrohres eingesaugt und insbesondere durch die Umlenkung in das Fallrohr über den Querschnitt in der Flüssigkeit verteilt wird. 



   2. Begasungseinrichtung für in einem Behälter gelagerte Flüssigkeiten, wie Abwasser oder gärende Maische, in einer Umwälzleitung mit Steig- und Fallrohr, sowie einer Begasungsstelle

Claims (1)

1. EMI3.1 dungen (2) und zumindest in diesem Bereich, vorzugsweise über die ganze Steigrohrlänge, einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist und dass das Fallrohr (7) bis unter den Flüssigkeitsspiegel (3) des Behälters (4) geführt ist. EMI3.2 oder angenähert wird, wobei v die Strömungsgeschwindigkeit und g die Erdbeschleunigung bedeutet.

   4. Begasungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der gasdurchlässigen Wandungen der Steigrohre (1) Druckmäntel vorgesehen sind, die mit der Gasquelle verbunden sind.

   5. Begasungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (4) als Entgasungsgefäss ausgebildet ist und einen freien Flüssigkeitsspiegel gegenüber der Atmosphäre aufweist.