Einrichtung zum Mischen eines Gases mit einer FIüssigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Mischen eines Gases mit einer Flüssigkeit. Die Einrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine von der Flüssigkeit durehstlönlte, in Strömungsriehtung zunächst sich verengende und anschlie#end sieh erwei ternde Düse, im Bereieh deren engsten Querschnittes das Gas durch eine oder mehrere Öffnungen in der Düsenwandung annähernd senkreeht zur Stromungsrichtung der Flüssig- keit in die Düse eintritt, sowie durch einen an die Düse ansehliessenden Steigkanal, dessen Stromungsquerschnitt grö#er ist als der Aus- trittsquersehnitt der Düse.
Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sieh insbesondere zum Auswasehen aus einem Gasgemisch eines der Bestandteile mit IIilfe einer Absorptionsflüssigkeit, beispielsweise zum Abtrennen von Kohlendioxyd aus s Synthesegas, oder umgekehrt zum Imprägnie- ren einer Flüssigkeit mit einem Gas, z. B. zum Belüften von Wasser bei der biologisehen Reinigung von Abwasser.
Die Erfindung ermöglieht eine innige Vermischung eines Gases mit einer Flüssigkeit und, bei entsprechender Ausbildung des Steigkanals, die Aufreehterhaltung des Gas-Flüssig keits-Gemisches auf einer gewählten Länge seines Stromungsweges, also während einer gewünschten Zeitspanne.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann mehrere Düsen aufweisen. Über den Düsen kann ein gemeinsamer Steigkanal angeordnet sein, dessen Strömungsquerschnitt grö#er ist als die Summe der Austrittsquerschnitte der Düsen. Die Düsen können einen das Gas füh renden Doppelboden des Steigkanals durch- setzen, und die Wandungen der Düsen können Offnungen besitzen, durch welche das Gas aus dem Doppelboden in die Düsen eintreten kann. Die Düsen können rechteckige Quersehnitte aufweisen, und in den Düsenwänden können im Bereich des engsten Querschnittes Sehlitze für den Gaseintritt vorhanden sein.
Die Düsen können aber auch kreisförmige Querschnitte aufweisen, und in den Düsenwandungen kann an der engsten Stelle ein Ringspalt für den Gaseintritt vorhanden sein.
Damit das Gas mit geringem Widerstand in die. Düsen eingesaugt werden kann, empfiehlt es sich, diese so auszubilden, dass jeder Düsen- kanal in der Strömungsrichtung zwisehen dem untern und dem obern Rand der Schlitze bzw. des Ringspaltes eine Erweiterung aufweist.
Vorzugsweise sollte der engste Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in der Düse mindestens 1, 5mal grö#er sein als der Eintritts- querschnitt für das Gas in die Düse, und der Strömungsquerschnitt des Steigkanals sollte mindestens 20mal grösser sein als der engste Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit in der Düse. Zweckmä#ig beträgt die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im engsten Querschnitt der Düse mindestens 5 m/Sek.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs- beispiel des Erfindungsgegenstandes im Längssehnitt perspektivisch dargestellt, und zwar zeigt :
Fig. 1 einen Mischturm, in welchem aus einem Gasgemisch, z. B. aus Lenchtgas, ein Bestandteil, z. B. Kohlenmonoyd, mit Hilfe einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit, z. B. einer kupfersalzhaltigen Lösung, ausgewaschen werden kann, und
Fig. 2 eine Düse des in Fig. 1 gezeigten Mischturmes in grösserem Massstab.
Der gezeigte Mischturm besitzt eine Kammer 1 für die Aufnahme der durch den Stutzen 2 eintretenden, von einer nicht gezeigten Pumpe geförderten Absorptionsflüssigkeit, ferner einen das Gas führenden Doppelboden 3, welcher durehsetzt ist von zahlreichen parallel angeordneten, von der Absorptionsflüssigkeit durehströmten, in der Strömungsrichtung zunächst sieh verengenden und anschliessend sich erweiternden Düsen 4, im Bereich deren engsten Querschnittes das Gas durch Öffnun- gen 5 aus dem Doppelboden 3 etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die Düsen eintritt, sowie einen über allen Düsen 4 angeordneten Steigkanal 6 für das aus den Düsen 4 austretende Gas-Flüssigkeits-Gemisch.
Das Gas gelangt in den Doppelboden 3 aus einer nicht gezeigten Quelle, durch einen Stutzen 7 und einen Ringkanal 8, weleher mit dem Doppelboden 3 durch eine ringförmige Öffnung 9 verbunden ist.
Die Absorptionsflüssigkeit strömt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 5 m/Sek. durch den engsten Querselmitt der Düsen 4.
I) abei wird infolge der Saugwirkung im engsten Querschnitt der Düsen 4 das Gas aus dem Doppelboden 3 durch die Sehlitze 5 in die Düsen 4 eingesaugt und gelangt bei der verhältnismä#ig hohen Strömungsgesehwin- digkeit der Flüssigkeit fein verteilt in dieselbe. Damit dieses Ansaugen des Gases mit möglichst geringem Widerstand vor sich gehen kann, weist, wie Fig. 2 zeigt, jeder Düsenkanal in der Strömungsrichtung zwischen den untern Rändern 10 und den obern Rändern 11 der Sehlitze 5 eine Erweiterung auf.
Eine solche durch Rückversetzung der obern Ränder 11 der Schlitze 5 zustande kommende plötzliche Erweiterung der Düsen 4 bewirkt, dass die Flüssigkeit an den Schlitzen 5 vorbeistromt, ohne in diese einzudringen, so dass auf diese Weise eine Verminderung der Saugwirkung durch Rückstau vermieden wird.
Um eine mogliehst geringe Leistung für die Förderung der Flüssigkeit aufwenden zu müssen, weist der Austrittsdiffusor der Düsen 4 ein Flächenverhältnis von 4 : 1 zwischen dem grössten und dem kleinsten Quersehnitt auf, was etwa 50% der kinetischen Energie der Flüssigkeit zurückzugewinnen erlaubt.
Beim Austritt aus den Düsen 4 gerät das aus zahlreichen kleinen, von der Flüssigkeit umgebenen Gasblasen bestehende Gemisch, infolge der plötzlichen Erweiterung des Stro- mungskanals, in starke Turbulenz, welche eine gute Durchmischung des Gases mit der Flüs sigkeit gewahrleistet und das Entstehen von grösseren Gasblasen mit unerwünscht kleiner Gesamtoberfläche verhindert. Das ganze Ge miseh strömt im Steigkanal 6 aufwärts, wobei zwar in einiger Entfernung von den Düsen 4 die Turbulenz der Strömung allmählich abklingt.
Sofern jedoeh die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Steigkanal mindestens 5 cm.'Sek. beträgt, verhindern die Schub- spannungen zwisehen der Flüssigkeit und dem Gas das Entstehen von grösseren Gasblasen, so dass das Gas-Flüssigkeits-Gemiseh im Steigkanal 6 stabil bleibt, das hei#t eine Entmischung nicht stattfindet. Dank der innigen Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit und der verhältnismässig grossen Gesamtober- fläche der Gasblasen, auf die die Absorptionsflüssigkeit während längerer Zeit einwirken kann, ist es möglich, mit gutem Wirkungsgrad einen Bestandteil des Gasgemisches aus diesem abzutrennen und in die Absorptionsflüssigkeit überzuführen.
Das von diesem Bestandteil befreite Gasgemiseh entweicht dann im obersten Teil des Mischturmes durch den Stutzen 12, während die nunmehr diesen Bestandteil enthaltende Absorptionsfliissigkeit durch den Stutzen 13 abflie#t.
Sollte die Saugwirkung im engsten Querschnitt der Düsen 4 nicht genügen, um das Gas in gewünschter Weise selbsttätig in die Düsen 4 einzusaugen, so kann zusätzlich noch ein Gebläse für das durch den Stutzen 7 eintretende Gas benützt werden.
Device for mixing a gas with a liquid.
The invention relates to a device for mixing a gas with a liquid. The device according to the invention is characterized by a nozzle that is thrown by the liquid, initially narrowing in the direction of flow and then widening, in the region of whose narrowest cross-section the gas through one or more openings in the nozzle wall is approximately perpendicular to the direction of flow of the liquid. speed enters the nozzle, as well as through a riser duct adjoining the nozzle, the flow cross-section of which is larger than the outlet cross-section of the nozzle.
The device according to the invention is particularly suitable for washing one of the constituents out of a gas mixture with the aid of an absorption liquid, for example for separating carbon dioxide from synthesis gas, or conversely for impregnating a liquid with a gas, e.g. B. for aerating water in the biological purification of wastewater.
The invention enables an intimate mixing of a gas with a liquid and, with an appropriate design of the riser, the Aufreehterhaltung of the gas-liquid keits-mixture over a selected length of its flow path, that is, during a desired period of time.
The device according to the invention can have several nozzles. A common riser can be arranged above the nozzles, the flow cross-section of which is greater than the sum of the outlet cross-sections of the nozzles. The nozzles can pass through a double floor of the riser channel carrying the gas, and the walls of the nozzles can have openings through which the gas can enter the nozzles from the double floor. The nozzles can have rectangular cross sections, and seat braids for the gas inlet can be present in the nozzle walls in the region of the narrowest cross section.
The nozzles can, however, also have circular cross-sections, and an annular gap for the gas inlet can be present at the narrowest point in the nozzle walls.
So that the gas with low resistance in the. Nozzles can be sucked in, it is advisable to design them in such a way that each nozzle channel has a widening in the flow direction between the lower and the upper edge of the slots or the annular gap.
The narrowest flow cross-section of the liquid in the nozzle should preferably be at least 1.5 times larger than the inlet cross-section for the gas into the nozzle, and the flow cross-section of the riser channel should be at least 20 times larger than the narrowest flow cross-section of the liquid in the nozzle. The speed of the liquid in the narrowest cross section of the nozzle is expediently at least 5 m / sec.
In the drawing, an exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in perspective in longitudinal section, namely:
Fig. 1 shows a mixing tower in which a gas mixture, for. B. from Lenchtgas, a component, e.g. B. carbon monoxide, with the aid of a suitable absorption liquid, e.g. B. a solution containing copper salts, can be washed out, and
FIG. 2 shows a nozzle of the mixing tower shown in FIG. 1 on a larger scale.
The mixing tower shown has a chamber 1 for receiving the absorption liquid entering through the nozzle 2 and conveyed by a pump (not shown), furthermore a double floor 3 carrying the gas, which is penetrated by numerous parallel arranged, through which the absorption liquid flowed, initially in the direction of flow See narrowing and then widening nozzles 4, in the area of their narrowest cross-section the gas enters the nozzles through openings 5 from the double bottom 3 approximately perpendicular to the direction of flow of the liquid, as well as a rising channel 6 arranged above all nozzles 4 for the nozzle 4 escaping gas-liquid mixture.
The gas enters the double floor 3 from a source, not shown, through a connector 7 and an annular channel 8, which is connected to the double floor 3 through an annular opening 9.
The absorption liquid flows at a speed of at least 5 m / sec. through the narrowest cross section of the nozzles 4.
I) as a result of the suction effect in the narrowest cross-section of the nozzles 4, the gas is sucked in from the double floor 3 through the seat braid 5 into the nozzles 4 and, given the relatively high flow speed of the liquid, finely dispersed into the same. So that this sucking in of the gas can take place with as little resistance as possible, as FIG. 2 shows, each nozzle channel has an enlargement in the flow direction between the lower edges 10 and the upper edges 11 of the seat braid 5.
Such a sudden widening of the nozzles 4 caused by the backward displacement of the upper edges 11 of the slots 5 causes the liquid to flow past the slots 5 without penetrating them, so that in this way a reduction in the suction effect due to back pressure is avoided.
In order to have to use as little power as possible for conveying the liquid, the outlet diffuser of the nozzles 4 has an area ratio of 4: 1 between the largest and the smallest cross section, which allows about 50% of the kinetic energy of the liquid to be recovered.
When exiting the nozzles 4, the mixture, consisting of numerous small gas bubbles surrounded by the liquid, gets into strong turbulence due to the sudden expansion of the flow channel, which ensures good mixing of the gas with the liquid and the formation of larger gas bubbles with an undesirably small total surface. The whole Ge miseh flows upwards in the riser 6, although at some distance from the nozzles 4, the turbulence of the flow gradually subsides.
However, provided that the mean flow velocity in the riser is at least 5 cm. is, the shear stresses between the liquid and the gas prevent the formation of larger gas bubbles, so that the gas-liquid mixture in the riser 6 remains stable, that is, segregation does not take place. Thanks to the intimate mixing of the gas with the liquid and the relatively large total surface area of the gas bubbles, which the absorption liquid can act on for a longer period of time, it is possible to separate a component of the gas mixture from this with good efficiency and transfer it to the absorption liquid.
The gas mixture freed from this component then escapes in the uppermost part of the mixing tower through the nozzle 12, while the absorption liquid now containing this component flows off through the nozzle 13.
If the suction effect in the narrowest cross section of the nozzles 4 is not sufficient to automatically suck the gas into the nozzles 4 in the desired manner, a blower can additionally be used for the gas entering through the nozzle 7.