Verfahren und Vorrichtung, um eine Flüssigkeit mit einem Gas in Berührung zu bringen
Das Patent bezieht sich auf ein Verfahren zum Inberührungbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas sowie auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Das Verfahren bezieht sich insbesondere auf die Desodorisierung von Ölen und Fetten durch Einleiten von Dampf; es kann jedoch auch zu andern Zwecken benutzt werden, z. B. für azeotrope und extraktive Destillationen, zum Chlorieren von Flüssigkeiten, zum Waschen von Gasen und zum Auskristallisieren von Fetten aus Lösungen durch Verdampfung des Lösungsmittels.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit durch einen horizontal liegenden Kanal strömen lässt und das Gas kontinuierlich unten in eine in Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Kanal gesehen längsverlaufende Zone in einer Anzahl von über dieser Zone längsverteilten Stellen einführt, derart, dass durch diese Zone ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gas aufsteigt und die Flüssigkeit aus dem obern Teil dieser Zone quer zur Strömungsrichtung im Kanal in eine zweite längsverlaufende Zone des Kanals gelangt, die neben der ersten Zone liegt, durch diese zweite Zone abwärts strömt und dann wieder in den untern Teil der ersten Zone zurückkehrt, wodurch eine lokale Zirkulation der Flüssigkeit im wesentlichen quer zur Richtung der Strömung entsteht, so dass jedes Flüssigkeitsteilchen gezwungen wird,
sich auf einem schraubenartigen Weg durch den Kanal zu bewegen.
Der Ausdruck Gas ist derart aufzufassen, dass auch ein Dampf dadurch umfasst wird. Unter dem Ausdruck lokale Zirkulation ist zu verstehen, dass die Flüssigkeitszirkulation im wesentlichen auf einen Querschnitt des Kanals, senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in demselben beschränkt ist, wobei die durch das Gas zunächst aufwärts be wegte Flüssigkeit wieder in entgegengesetzter Richtung angenähert im selben Querschnitt des Kanals in die Hauptmasse der Flüssigkeit zurückgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit gleichmässig mit dem Gas in Berührung gebracht wird, so dass alle Teile der Flüssigkeit mit derselben Menge Gas unter denselben Bedingungen behandelt werden.
Der Kanal kann in zwei oder in mehrere längsverlaufende Zonen aufgeteilt sein. Wenn oben gesagt wird, dass die Flüssigkeit durch eine zweite Zone abwärts strömt, so bedeutet das nicht, dass der Kanal nur aus zwei Zonen besteht; vielmehr können auch weitere Zonen bzw. Zonenpaare vorhanden sein.
Wenn das Verfahren zum Desodorisieren von Ölen und Fetten Anwendung findet, wird die Behandlung zweckmässig im Vakuum ausgeführt.
Vorzugsweise findet die Behandlung gemäss der Erfindung in einem Kanal statt, dessen aufsteigende und absteigende Strömungszonen durch eine Trennwand getrennt sind, die im untern Teil und im obern Teil des Kanals eine Zirkulation der Flüssigkeit in der Querrichtung zulässt. Es wird dadurch eine Mammutpumpenwirkung erzielt; der obere Rand der Zwischenwand funktioniert dabei als Überlauf, wodurch die lokale Zirkulation gefördert wird. Unter Mammutpumpe wird eine Vorrichtung zum Aufwärtsfördern einer Flüssigkeit verstanden, die aus einem an beiden Seiten offenen Rohr besteht, dessen unteres Ende sich unter der Flüssigkeitsoberfläche befindet. Wenn ein Gas unten im Rohr zugeführt wird, so wird durch das kleinere spezifische Gewicht des Flüssigkeitsgasgemisches im Rohr das Flüssigkeitsniveau in demselben steigen und die Flüssigkeit oben aus dem Rohr ausströmen.
Zweckmässig beträgt das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der lokalen Zirkulation und der Strömung in der Längsrichtung des Kanals wenigstens 100 :1, vorzugsweise nicht mehr als 1000 : 1.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen horizontal liegenden Kanal, in dem eine oder mehrere Zwischenwände zur Bildung von in Strömungsrichtung gesehen längsverlaufenden Zonen angeordnet sind, die unten eine offene Verbindung zwischen den durch die Zwischenwand getrennten Zonen frei lassen und oben unter dem Niveau des obern Randes der Wände des Kanals enden, durch Mittel zum Zuführen von Flüssigkeit in den Kanal und zum Abführen von Flüssigkeit aus demselben, und durch Mittel zum Einleiten eines Gases in den untern Teil einer der Zonen bzw. in abwechselnde Zonen einer Anzahl in Strömungsrichtung im Kanal verteilter Zonen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kanal aus einer Anzahl kreisförmiger, konzentrischer Teile, die derart verbunden sind, dass sie nacheinander von der Flüssigkeit durchströmt werden können. Die Wände des Kanals können dabei auf einem gemeinschaftlichen Boden befestigt sein und mit demselben eine e Schüssel mit zentraler Öffnung bilden, so dass, wenn eine Anzahl dieser Schüsseln übereinander angeordnet sind, die zentralen Öffnungen einen durchlaufenden Kanal zur Abfuhr der aus der Flüssigkeit entweichenden Gase bilden.
Es ist dabei vorteilhaft, die Zuführungen und Abführungen für die Flüssigkeit derart anzuordnen, dass die Flüssigkeit die aufeinander- folgenden konzentrischen Kanäle einer Schüssel von der Mitte aus nach aussen durchströmt und die Abführungen für das Gas aus den Kanälen in den zentralen Kanal ausmünden, so dass, wenn die Vorrichtung zum Desodorisieren von Ö1 benutzt wird, jedes Dampfteilchen, das mit der Flüssigkeit in Berührung gewesen ist, eine niedrigere Konzentration an flüchtigen Bestandteilen aufweist, als der Konzentration dieser Bestandteile im Flüssigkeitsteil entspricht, über welchen das Dampfteilchen streicht.
Zur Abfuhr der Flüssigkeit, die den Kanal passiert hat und in demselben behandelt worden ist, können eine oder mehrere Überläufe angeordnet sein, dessen obere Öffnungen sich in einer niedrigeren Ebene befinden als der obere Rand der Kanalwand.
Vorzugsweise werden die Schüsseln in einem geschlossenen Gefäss angeordnet, das evakuiert werden kann. Das hat den Vorteil, dass im Falle eines Leckes die eindringende Luft nicht durch die zu behandelnde Flüssigkeit strömt. Ausserdem wird durch diese Konstruktion erreicht, dass gegebenenfalls an der innern Wand des Gefässes gebildetes Kondensat nicht in die behandelte Flüssigkeit zurückfliesst, sondern unten aus dem Gefäss abgeführt werden kann. Wenn das Gas durch den durch die zentralen Öffnungen der Schüsseln gebildeten Gaskanal abgeführt wird, so hat man keinen Gasstrom im Raum zwischen der Aussenwand der Schüsseln und der Wand des Gefässes, was zu einer guten Wärmeisolation führt.
Schliesslich hat die betreffende Massnahme noch den Vorteil, dass, wenn es sich um agressive Flüssigkeiten handelt und dementsprechend Schüsseln aus einem speziellen, oft ziemlich kostspieligen Material, wie etwa V4A-Stahl, erforderlich sind, diese Schüsseln sehr leicht konstruiert werden können, da sie keinem grossen Druck ausgesetzt werden. Dagegen kann die Wand des Gefässes, die den Druck aufnehmen und daher viel stärker sein soll, jedoch praktisch nicht mit dem Öl in Berührung kommt, aus einem verhältnismässig billigen Material hergestellt werden.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, z. B. zum Desodorisieren von Ölen oder Fetten, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der ganzen Einrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch das eigentliche Desodorisierungsgefäss,
Fig. 3 einen Schnitt in grösserem Massstab eines schüsselförmigen Elementes des Desodorisierungsgefässes nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
In Fig. 1 ist 1 ein Vorratsbehälter für das zu behandelnde Ö1, das von hier aus durch ein Rohr 3 in den Entlüfter 4 gezogen wird infolge des darin herrschenden Unterdruckes. Aus dem Entlüfter wird das Öl durch eine Messpumpe 2 über einen Vorerhitzer 5 in das eigentliche Desodorisierungsgefäss 6 gepumpt. Von dem Desodorisierungsgefäss 6 strömt das behandelte Ö1 durch die Leitung 7 in den Kühler 8.
Die Konstruktion des Desodorisierungsgefässes 6 ist aus den Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich. Es besteht aus fünf übereinander angeordneten, schüsselförmigen Elementen 9. Diese ruhen mit Pratzen 10 auf Unterstützungen, die an der Wand 11 des Gefässes befestigt sind.
Jede Schüssel 9 besteht aus einem ringförmigen Boden 12, auf der koaxial zylindrische Wände 13, 14, 15 und 16 aufgeschweisst sind. Diese Wände 13, 14, 15 und 16 bilden mit dem Boden 12 jeder Schüssel 9 drei koaxiale Ringkanäle 17, 18 und 19, die an der Oberseite offen sind. In jedem dieser Kanäle ist radial eine Querwand 20, 21, 22 angeordnet. Die Kanäle 17 und 18 stehen mittels einer Öffnung 23 unten in der Wand 14, die Kanäle 18 und 19 durch die Öffnung 24 unten in der Wand 15 miteinander in Verbindung. Die Kanäle 17, 18 und 19 sind in Strömungsrichtung durch koaxiale Zwischenwände 25, 26 und 27 in Zonenpaare 17' und 17", 18' und 18" und 19' und 19" unterteilt. Die zwei Zonen jedes Paares stehen unten über ihre ganze Länge miteinander in Verbindung.
Die Höhe der Zwischenwände 25, 26 und 27 ist derart, dass sie wie ein Überlauf wirken, über den das Öl aus den Zonen 17', 18', 19' in die Zonen 17", 18", 19" strömt.
In jede Schüssel wird Dampf direkt durch eine Leitung 28 eingeführt, die sich zu gesonderten, ringförmigen Dampfverteilern 29 für jede der Zonen 17', 18' und 19' verzweigt. Über den Zonen 17', 18' und 19' sind ringförmige Prallplatten 30, 31 und 32 angeordnet, die an den zylindrischen Wänden 13, 14 und 15 befestigt sind und dazu dienen, die von dem Dampf mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen wieder in die Flüssigkeit in den Kanälen 17, 18 und 19 zurückzuführen.
Damit bei einer gleichmässigen Verteilung der Zufuhröffnungen für das Gas über die Länge des Kanals und bei einer gleichmässigen Dimensionierung dieser Öffnungen pro Zeiteinheit durch jede Öffnung ungefähr die gleiche Gasmenge strömt, soll der Druck in der Gasleitung, an welcher die Zufuhr öffnungen angeschlossen sind, wenigstens doppelt so hoch sein, als dem statischen Flüssigkeitsdruck im Kanal an der Stelle der Zufuhröffnungen entspricht.
Unter der untersten Schüssel 9 sind sechs Behälter 33 angeordnet: diese sind in Serie geschaltet und in Kreisform aufgestellt. Jeder dieser Behälter ist mit einer Wärmeaustauschschlange 34 versehen, durch welche das eintretende Öl fliesst, sowie mit Einlässen 35 für direkt eingeführten Dampf. Die Wärmeaustauschschlangen 34 sind gleichfalls in Serie geschaltet, so dass das aus dem Vorerhitzer 5 ausströmende Öl die Schlangen 34 nacheinander in einer Richtung durchströmt, welche der des abgeführten Öls entgegengesetzt ist, das aus der untersten Schüssel 9 kommt und nacheinander alle Behälter 33 durchläuft. Die Behälter 33 sind nicht auf dem gleichen Niveau angeordnet, sondern derart, dass der Behälter, in den das Öl zunächst einströmt, etwas höher als der nächste Behälter angeordnet ist, dieser wieder etwas höher als der dritte usw.
Die Behälter 33 sind an der Unterseite durch in der Zeichnung nicht angegebene Leitungen verbunden, während der letzte Behälter der Serie einen Auslass in einiger Entfernung vom Boden hat; durch die Lage dieses Auslasses wird das Ölniveau in den Behältern 33 bestimmt. Durch die Rührwirkung des Dampfes, der aus den Dampfeinlässen 35 eintritt, wird erzielt, dass jedes Ölteilchen in jedem Behälter 33 einige Zeit verweilt, bevor es in den nächsten Behälter gelangt.
Das eintretende Öl fliesst von der letzten Schlange 34 durch eine in der Zeichnung nicht angegebene Leitung zur Zone 17' der obersten Schüssel 9 und tritt dort durch den Einlass 36 ein. In der Zone 17' sind elektrische Widerstandsheizelemente 37 zum Erhitzen des Öls angeordnet, für den Fall, dass das in diese Zone eintretende Öl nicht heiss genug ist.
Das Öl fliesst der Reihe nach durch die Kanäle 17, 18 und 19 der obersten Schüssel 9 und darauf unter Einwirkung der Schwerkraft durch ein tlber- laufrohr 38 in dem Kanal 19 in den innern Kanal 17 der zweiten Schüssel 9.
Infolge der Anwesenheit der Zwischenwände 25, 26 und 27 und der Anordnung der Dampfeinlässe 29 in nur einer der zwei Zonen eines Kanals, das heisst in den Zonen 17', 18' und 19', tritt in jedem der Kanäle in dem Öl eine Mammutpumpenwirkung auf, wodurch eine rasche, lokale Zirkulation des Öls in einer Richtung quer zu der Strömungsrichtung des Öls durch den Kanal erzielt wird.
Diese lokale Zirkulation ist in der linken Hälfte der Fig. 3 durch gestrichelte Linien angegeben. Weil die lokale Zirkulation auf die Hauptströmungsrichtung des Öls im Kanal superponiert wird, folgen die Ö1teilchen einem schraubenartigen Weg durch den Kanal, wie in Fig. 4 durch gestrichelte Linien angegeben ist. Durch diese schraubenartige Bewegung wird erreicht, diass alle Teile des Öls praktisch die gleiche Behandlung erfahren und eine Mischung von Teilen, die sich in einer verschiedenen Behandlungsstufe befinden, vermieden wird.
Nachdem das Ö1 die unterste Schüssel 9 passiert hat, gelangt es in den ersten Behälter 33. Darin wird das Öl gekühlt, und es werden die letzten Spuren von Riechstoffen entfernt.
Der Dampf aus den Dampfeinlässen 29 und 35 kommt, nachdem er das Öl in den Behältern 33 und in den Schüsseln 9 passiert hat, in den zentralen Kanal 39 des Gefässes 6. Dieses Gefäss ist an der Oberseite 40 mit einer Evakuierungsvorrichtung 41 (Fig. 1) verbunden, durch die der Dampf mit den Riechstoffen aus dem Gefäss 6 entfernt wird.
Da es beim Inbetriebsetzen der Vorrichtung noch keinen ausgehenden Ölstrom gibt, der dem eintretenden Öl seine Wärme abgibt, wird dem Vorerhitzer 5 eine grössere Leistung gegeben, als für den stationären Betrieb erforderlich ist, so dass anfangs in dem Vorerhitzer 5 dem Ö1 mehr Wärme zugeführt werden kann. Auch die Heizelemente 37 haben eine solche Leistung, dass sie während dieser Periode zusätzliche Wärme liefern können. Eine weitere Hilfsmassnahme, um das eintretende Öl auf die erforderliche Temperatur zu bringen, besteht in dem Drosseln des zugeführten Ölstromes.
Es genügt jedoch nicht, nur das Ö1 zu erhitzen, bevor die Anlage in Betrieb gesetzt wird. Auch das Material des Apparates (Eisen oder Stahl) muss erwärmt werden. Zu diesem Zweck sind in der Zeichnung nicht angegebene, äussere Heizmittel angeordnet, die zu gleicher Zeit dazu dienen, die Strahlungsverluste während des Betriebes auszugleichen.