<EMI ID=1.1>
<EMI ID=2.1>
mengen van gassen met vloeistoffen, waarbij een minimaal kraohtverbruik nodig is en dat daarenboven onafhankelijk is van het onder de turbineroorder toegevoerde gaedebiet. De uitvinding kan toegepast worden bij allerlei mengtanks zoals fermentatietanks, mechanisch geroerde bellenreactoren, beluchtingstanke in afvalwaterzuivering en zo meer.
De klassieke turbineroerder (zie Figuur 1), zoals bijvoorbeeld beschreven is in de USA, bestaat uit een horizontale grote schijf
(1) die in zijn middelpunt om een verticale as (2) draait en die op zijn sohijfrand voorzien is van meerdere, bijvoorbeeld zes of vier, verticale vlakke roerderbladen (3) met vierkant of rechthoekig op-
<EMI ID=3.1>
zijn verticale as (2) die samenvalt met de middellijn van een oylindrische mengtank (4) (zie Figuur 2) en veroorzaakt in de mengtank (4) een sterk radiale stroming van de vloeistof, hetgeen hoge vloeistofrondpompsnelheden en hoge turbulenties met zich meebrengt. Ken verkrijgt aldus een intense menging. Bij toevoer met behulp van
<EMI ID=4.1>
eveneens hoge gasretentieti jden en grote gas-vloeistof interfaseoppervlakken.
De bekende klassieke turbineroerder vertoont evenwel grote nadelen nl.
<EMI ID=5.1>
voorspelbare wijze in functie van het gasdebiet, dat onderaan de roterende roerder wordt toegevoerd.
De oorzaken van deze nadelen van de klassieke roerder kunnen
<EMI ID=6.1>
Recente publicaties tonen aan dat het kraohtverbruik van een turbinercerder in een gas-vlooiatofmengtank nauw verbonden is met
<EMI ID=7.1>
toerentallen en hogere gasdebieten;
c. de "adherende caviteit" (olinging cavity) welke een intermediaire vorm is tussen de twee vorige vormen.
<EMI ID=8.1>
beschreven worden met behulp van veranderingen in de hydrodynamische vorm van de gascaviteiten die ontstaan aohter de roerderbladen.
Eén van de voornaamste factoren die een invloed hebben op de hydrodynamisohe vorm van de gascaviteiten is de gastoevoersnelheid vanuit de gasverdeler onder de roerder omdat het meeste van dit gas direct in de caviteiten achter de bladen wordt gezogen. Het is ech-
<EMI ID=9.1>
ook in zekere mate bijdragen tot de caviteitenvorming. Deze verschijnselen van "roerder coalescentie" en "recirculatie" zijn op een vrij complexe en tot hiertoe niet voorspelbare manier afhanke-
<EMI ID=10.1>
bellengrootte. Dit en nog andere factoren maken het ganse verschijnsel van gasverdeling in een vloeistof en de daaruitvolgende krachtverbruikdaling van de klassieke roerder zodanig gecompliceerd dat de tot hiertoe ontwikkelde correlatieformules zeer beperkt van toepassing zi jn wat betreft mengtankvolumes en hoogst onbetrouwbaar
<EMI ID=11.1>
grootschalige, doch geometrische similaire mengtanks.
<EMI ID=12.1>
ten achter de bladen identiek zouden zijn bij de verschillende volumes. Dit impliceert dat, op welke schaal men ook werkt, de hydro-
<EMI ID=13.1>
identiek zouden moeten zijn. In het voorgaande is beklemtoond dat het effect van alle factoren die bijdragen tot de opbouw van een
<EMI ID=14.1>
beschreven worden wegens het grote aantal factoren en vooral wegens hun onderlinge interferentie.
Tevens blijkt dat, eenmaal er in de krachtverbruikourve een minimum waarde wordt bereikt - wat min of meer overeenkomt met de aanwezigheid van een "grote caviteit" achter elk roerderblad- het krachtverbruik niet verder meer daalt met toenemende gasdebieten maar bij een bepaald gasdebiet opnieuw begint te stijgen. Het is
<EMI ID=15.1>
een "grote gascaviteit" achter elk roerderblad, het krachtverbruik van de roerder over een eng gebied onafhankelijk is van het toegevoerde gaadebiet.
Doel van de uitvinding is een oplossing te bie den voor de grote nadelen van de klassieke turbineroerder. Dit probleem wordt opgelost door gebruik te maken van de vaststelling dat het krachtverbruik van de klassieke turbineroerder onafhankelijk is van het toegevoerd gasdebiet, doch dit enkel over een eng gebied, namelijk wanneer een toestand van een "grote caviteit" gecreëerd is aohter elk roerderblad.
De uitvinding bestaat erin dat bij de turbineroerder achter elk roerderblad een kunstmatige caviteit wordt aangebracht met een vorm die zo dicht mogelijk de ideale stroomlijnvorm benadert.
Een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt hierna beschreven met verwijzing naar de figuren, waarbij <EMI ID=16.1> der; Figuur 2 een stromingsbeeld geeft in een cylindrisohe mengtank met de klassieke turbineroerder; Figuur 3 een perspectiefzicht is van een uitvoeringsvorm van <EMI ID=17.1> Figuur 4 een bovenaanzicht is van de turbineroerder volgens de uitvinding.
De figuren 3 en 4 tonen een turbineroerder volgens de uitvinding bestaande uit een grote horizontale schijf (1) die in zijn middelpunt om een vertikale as (2) draait en die op zijn sohijfrand voorzien is van meerdere - bijvoorbeeld vier of zes - verticale vlakke roerderbladen met vierkantig of rechthoekig oppervlak. Aan de achterzijde van elk roerderblad (3) is een kunstmatige caviteit
(6) aangebracht met een vorm die gelijk is aan de vorm van de natuurlijke "grote caviteit" zoals hiervoor gedefinieerd. Dit is de ideale gestroomlijnde vorm.
Afhankelijk van de vorm van het rechtstandig turbineblad en de eigenschappen van de vloeistof is de vorm van de ideaal gestroomlijnde kunstmatige caviteit verschillend. Zo bestaat bijvoorbeeld, voor het geval het oppervlak van het turbineblad een vierkant is,
<EMI ID=18.1>
Voor iedere andere vorm van het turbineblad dient de ideale stroomlijnvora dus proefondervindelijk bepaald te worden.
Enkele roerderbladen, maar niet alle, kunnen geen kunstmatige
<EMI ID=19.1>
zij het minder gecompliceerde afhankelijkheid vertonen van het gasdebie t.
De kunstmatige caviteiten (6) kunnen met de roerderbladen (3) één constructief geheel vormen zodanig dat beide elementen ofwel vast verbonden zijn, ofwel verwijderbaar aan elkaar bevestigd en dit op allerlei bekende wijzen. Het constructief geheel kan hol of vol uitgevoerd worden. De kunstmatige oaviteiten kunnen vervaardigd zijn uit metaal, uit kunststof, uit hout of een combinatie van deze materialen.
Verder kunnen de kunstmatige caviteiten (6) doorboord zijn of van groeven of andere bijkomonde elementen voorzien zijn, dit teneinde de stroomlijning of het dispergerend vermogen nog te vergroten. Ook kan de grote horizontale schijf (1) van doorboringen voorzien zijn en kunnen sommige of alle roerderbladen (3) licht sohuin geplaatst zijn en/of doorboord en/of afgerond zijn. De horizontale schijf (1) kan ook volledig weggelaten zijn zodanig dat de roerderbladen direct verbonden zi jn met de aandrijf stang (2). In dit geval kunnen de roerderbladen ook bepaalde modificaties ondergaan, echter zijn steeds kunstmatige caviteiten aanwezig achter sommige of alle roerderbladen.
<EMI ID=20.1>
bleek dat voor elke roerder een kunstmatige oaviteitenvorm kan gevonden worden zodat het krachtverbruik van de roerder in gas-vloei-
<EMI ID=21.1>
toegevoerde gasdebiet onder de roerder.
De voordelen van de turbineroerder volgens de uitvinding zijn de volgende :
1[deg.] De exaote berekening van de absolute grootte van het krachtverbruik en de extrapolatie naar grotere volumes zijn veel eenvoudiger geworden. Door de onafhankelijkheid van het gasdebiet en het wegvallen van complexe en moeilijk voorspelbare interferenties zoals bellenrecirculatie en roerdercoalescentie op het kracht-
<EMI ID=22.1>
bineroerder draaiende in het turbulente regime, volgens de formule:
<EMI ID=23.1>
Deze formule is, voor geometrisch similaire systemen, zeer
<EMI ID=24.1>
vanging van de klassieke roerder door de roerder volgens de uitvinding aanzienlijke energiebesparingen mogeli jk. Immers daalt in het beste geval bij gastoevoeging, wanneer de roerder draait op een hoogte boven de bodem gelijk aan 1/3 van de diameter van de tank, het krachtverbruik van een klassieke turbineroerder nooit beneden
<EMI ID=25.1>
Verder moet nog de nadruk gelegd worden op een paar andere belangrijke eigenschappen van de roerder volgens de uitvinding
- Het hoofdzakelijk radiale stromingspatroon, typerend voor turbi- <EMI ID=26.1>
zo intens. De turbulentie is eveneens voldoende hoog om, zelfs bij geringe rotatiesnelheden, grote hoeveelheden vaste stof in suspensie te houden. Sedimentatieproblemen in vast-vloeistof en gas-vastvloeistof systemen zijn dus uitgesloten.
- Door de gestroomlijnde vorm van de kunstmatige oaviteit aan de achterzijde van de turbinebladen treden veel geringere vloeistof- <EMI ID=27.1>
roerder in gas-vloeistof systemen minder schuimvorming voor gevolg heeft en een veel geringere afsterving van - bijvoorbeeld in fer-
<EMI ID=28.1>
- De krachtverbruikkarakteristieken van de nieuwe roerder zijn gunstig en laten aanzienlijke Reynolds-getal schommelingen toe voor <EMI ID=29.1> - Het interfaseoppervlak gas-vloeistof dat door de nieuwe roerder <EMI ID=30.1>
drukt als kilogram opgeloste zuurstof per kilowattuur - veel hoger
<EMI ID=31.1>
toerental van de nieuwe roerder te verhogen tot zijn krachtverbruik gelijk wordt aan het krachtverbruik van de klassieke turbineroerder. Weliswaar bekomt men dan geen energiebesparing maar blijft het voordeel dat het krachtverbruik exact kan berekend worden onafhankelijk van het gasdebiet wat zeer gunstig is bij schaalvergroting
(scale-up).
<EMI ID=32.1> opdrijven door het gasdebiet te verhogen. De supplementaire oompressorkosten die dit met zich meebrengt zijn, mits een doelmatig ontwerp van de gas-vloeistof mengtank, te verwaarlozen t. o. v. de grote energiebesparing bekomen op het krachtverbruik van de nieuwe roerder zelf.
Het is duidelijk dat overal waar industriële gas-vloeistof en
<EMI ID=33.1>
bineroerder vereisen, deze met groot voordeel door de roerder volgens de uitvinding vervangen kan worden. De uitvinding kan aldus toegepast worden in de chemische nijverheid waar ontelbare gasvloeistof mengprocessen worden uitgevoerd zoals bijvoorbeeld hydrogenaties, chloreringen, organische synthesen, enz. en bij industri-
<EMI ID=34.1>
ring.
<EMI ID=35.1>
biet.
De turbineroerder bestaat uit een horizontale schijf (1) die in zijn middelpunt om een verticale as (2) draait en die op zijn schijfrand voorzien is van meerdere verticale vlakke roerderbladen (3) met rechthoekig of vierkantig oppervlak,
met het kenmerk
dat aan de achterzijde van elk roerderblad d. i. aan de zijde tegengesteld aan zijn draairichting, een kunstmatige caviteit
wordt aangebracht met een vorm die gelijk is aan de ideale stroomlijnvorm d.i. de vorm van do natuurlijke "grote oaviteit" bij afwezigheid van een kunstmatige oaviteit.
2. Turbineroerder volgens conclusie 1
met het kenmerk
dat bij minstens één van de roerderbladen ofwel een grote ideaal gestroomlijnde caviteit ofwel een intermediaire vorm aanwezig is.
<EMI ID=36.1>
met het kenmerk
dat de kunstmatige caviteiten (6) met de roerderbladen (3) één constructief geheel vormen zodanig dat beide elementen ofwel
vast verbonden zijn, aan elkaar bevestigd zijn, ofwel verwijderbaar en dit op allerlei opzich bekende wijzen.