DD245589A1 - JET APPARATUS FOR BEGASSING AND RETROFITING LIQUIDS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Strahlapparat zum Begasen und Umwaelzen von Fluessigkeiten. Das Ziel der Erfindung besteht in der technischen Realisierbarkeit eines Mischungsstosses. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Zustandekommen eines Mischungsstosses durch Variabilitaet des Querschnittsanteiles des Fluessigkeitsstrahles am gesamten Querschnitt zu gewaehrleisten. In Loesung dieser Aufgabe wird ein Strahlapparat vorgeschlagen, dessen Fluessigkeitsduese eine Querschnittsflaeche aufweist, die 40 bis 50% der Querschnittsflaeche des an dieser Stelle beginnenden Strahlrohres aufweist und dessen Mischkammer konisch, sich um einen Halbwinkel von 6 bis 10 bis auf den 2 bis 2,5fachen Strahldurchmesser erweiternd, gestaltet ist. Dieser Aufbau des Strahlapparates gewaehrleistet bei Foerderung gegen einen Druck das Eintreten des Mischungsstosses in der Mischkammer. Dadurch wird der Gaseintrag ohne Gasvordruck ermoeglicht. Die Erfindung wird zum Dispergieren von Gas in Fluessigkeiten und zum Umwaelzen grosser Fluessigkeitsvolumen in der Wasser- und Abwasserwirtschaft, der Landwirtschaft, der chemischen Industrie und der Fischwirtschaft eingesetzt und dient weiterhin zur Loesung von Problemen des Umweltschutzes. (Fig. 1)The invention relates to a jet apparatus for gassing and circulating liquids. The aim of the invention is the technical feasibility of a mixture impact. The invention has for its object to ensure the formation of a mixture impact by variability of the cross-sectional portion of the liquid jet in the entire cross section. In solution of this problem, a jet apparatus is proposed, the Fluessigkeitsduese has a Querschnittsflaeche having 40 to 50% of the cross-sectional area of the beam pipe starting at this point and its mixing chamber conical, by a half angle of 6 to 10 to 2 to 2.5 times Beam diameter widening, is designed. This construction of the jet apparatus, when conveyed against pressure, ensures the occurrence of the mixing impact in the mixing chamber. As a result, the gas entry is possible without gas inlet pressure. The invention is used for dispersing gas in liquids and for recirculating large volumes of liquid in the water and wastewater industry, agriculture, the chemical industry and the fishing industry and continues to be used for solving environmental problems. (Fig. 1)
Description
Die Erfindung findet zum feinblasigen Begasen und/oder Umwälzen von Flüssigkeiten unter der Voraussetzung Anwendung, daß das Gas gegen einen höheren Druck in die Flüssigkeit eingetragen werden soll. Mögliche Anwendungen sind z. B.The invention is used for fine bubble gassing and / or recirculation of liquids on the condition that the gas is to be added to a higher pressure in the liquid. Possible applications are z. B.
— die aerobe biologische Reinigung von industriellen, landwirtschaftlichen und kommunalen Abwässern in tankartigen Behältern- the aerobic biological treatment of industrial, agricultural and municipal wastewater in tank-type tanks
— die Tiefenbelüftung und Tiefenumwälzung in Seen und Gewässern- deep aeration and deep recirculation in lakes and waters
— Umwälzen und Mischen von Flüssigkeiten in Stapeltanks und in Reaktoren für anaerobe biologische Prozesse- circulating and mixing liquids in stacking tanks and reactors for anaerobic biological processes
Der Eintrag von Gasen, insbesondere von Luft, in Flüssigkeiten durch eine Flüssigkeitsstrahlströmung ist schon lange bekannt. Ziel dieser Lösung ist es,The entry of gases, in particular of air, in liquids by a liquid jet flow has long been known. The aim of this solution is
1. eine.feinblasige Gasdispergierung und damit eine große Phasengrenzfläche für Stoffübergangsprozesse zu erreichen,1. to achieve a.fine bubble gas dispersion and thus a large phase interface for mass transfer processes,
2. große Gasmengen in die Flüssigkeit einzutragen und2. enter large quantities of gas into the liquid and
3. den Flüssigkeitsstrahl und/oder das eingetragene Gas zur Mischung des Flüssigkeitsvolumens zu nutzen.3. to use the liquid jet and / or the gas introduced to mix the liquid volume.
Zu diesem Zweck wurden in den letzten Jahren verstärkt Begasungsapparate entwickelt und mit Einbauten in Behältern zu Begasungssystemen kombiniert. Viele unterschiedliche Begasungsapparate sind aus der Literatur bekannt und in der Praxis im Einsatz.For this purpose, gassing devices have been increasingly developed in recent years and combined with internals in containers for gassing systems. Many different gassing devices are known from the literature and in use in practice.
Für die aerobe biologische Abwaserbehandlung hat sich in den letzten Jahren zunehmend die Belüftung des Abwassers in Hochbehältern durchgesetzt, weil hierbei u.a. höhere Gasverweilzeiten und damit bessere Sauerstoffausnutzungen erreichbarFor the aerobic biological wastewater treatment has increasingly prevailed in recent years, the ventilation of the wastewater in high tanks, because this u.a. higher gas residence times and thus better oxygen utilization achievable
Aus der Zeitschrift „Umwelt" 4/82, S. 231-233 sind Injektoren und „Schlitzstrahler" bekannt, die in einer sogenannten Turmbiologie zum Einsatz kommen. Die Injektoren werden in Nähe des Behälterbodens im Behälter angeordnet.From the magazine "environment" 4/82, pp. 231-233, injectors and "slot radiators" are known, which are used in a so-called tower biology. The injectors are placed in the container near the bottom of the container.
Aus der DE-OS 2151205 ist ebenfalls die Anordnung von Strahldüsen am Behälterboden bekannt. Zur Erzielung eines ausreichenden Gaseintrages sind bei allen bekannten Strahlapparaten, die am Boden von Behältern angeordnet sind, Gebläse oder Verdichter in der Gaszuführung angeordnet. Diese Gebläse oder Verdichter erhöhen die Investkosten und die Betriebskosten.From DE-OS 2151205 the arrangement of jet nozzles on the container bottom is also known. To achieve a sufficient gas input are arranged in all known jet apparatus, which are arranged at the bottom of containers, blower or compressor in the gas supply. These blowers or compressors increase investment costs and operating costs.
Aus der GB-Zeitschrift J. Fluid Mech. (1969), vol36, part4, S.639-655 ist bekannt, daß eine Flüssigkeitsstrahlströmung in einem Rohr, die von einer zusammenhängenden Gasphase umgeben ist, unter bestimmten Voraussetzungen plötzlich, stoßartig, unter Druckaufbau in eine Flüssigkeits-Gasblasen-Strömung umschlägt, in der das Gas die dispergierte und die Flüssigkeit die zusammenhängende Phase ist. Die stoßartige Druckänderung ist mit stoßartigen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten und der Strömungsquerschnittsanteile von Flüssigkeit und Gas verbunden. Diese Erscheinung wird als „Mischungsstoß" („mixing shock") bezeichnet. Infolge der hohen Energiedissipation im Mischungsstoß werden kleinste Gasbläschen erzeugt.It is known from GB Journal J. Fluid Mech. (1969), vol 36, part 4, p. 639-655, that under certain conditions a liquid jet flow in a tube surrounded by a coherent gas phase is sudden, jerky, under pressure into a liquid-gas bubble flow in which the gas is dispersed and the liquid is the continuous phase. The jerk-like pressure change is associated with jerky changes in flow rates and flow cross-sectional proportions of liquid and gas. This phenomenon is called a "mixing shock". Due to the high energy dissipation in the mixing impulse smallest gas bubbles are generated.
Allgemeine Voraussetzungen für das Auftreten des Mischungsstoßes sind ein Gegendruck (z. B. hydrostatischer Druck einer Flüssigkeitssäule oder Druckabfall infolge Reibung bei der Rohrströmung) und die relativ enge Begrenzung des Mischraumes durch feste Wände.General requirements for the occurrence of the mixing shock are a back pressure (eg hydrostatic pressure of a liquid column or pressure drop due to friction in the pipe flow) and the relatively narrow boundary of the mixing space by solid walls.
Mit einem Mischungsstoß kann Gas in eine Flüssigkeit gegen einen höheren Druck, also ohne Unterstützung durch ein Gebläse oder einen Verdichter, und feinblasig dispergiert eingetragen werden. Die in der GB-Zeitschrift angegebene Versuchsapparatur besteht aus einer Flüssigkeitsdüse in einem zylindrischen Rohr, in dem der Mischungsstoß liegen soll. Die Anordnung entspricht ungefähr dem Mischrohr mit Treibstrahldüse eines Injektors.With a mixing shock, gas can be introduced into a liquid against a higher pressure, ie without the assistance of a blower or a compressor, and dispersed in fine-bubble form. The experimental apparatus given in the GB-journal consists of a liquid nozzle in a cylindrical tube in which the mixing shock should lie. The arrangement corresponds approximately to the mixing tube with jet nozzle of an injector.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie für die technische Anwendung des Mischungsstoßes funktionsunfähig ist.The disadvantage of this device is that it is inoperative for the technical application of the mixing shock.
Die Funktionsunfähigkeit für die technische Anwendung ist darin begründet, daß der Strömungsquerschnittsanteil des Flüssigkeitsstrahles am Rohrquerschnitt konstant ist. Unter dieser Bedingung kann sich in einem zylindrischen Rohr ein Mischungsstoß nur dann ausbilden, wenn alle anderen, den Mischungsstoß beeinflußenden Größen genau eingehalten werden.The inability to function for the technical application is due to the fact that the flow cross-sectional portion of the liquid jet at the pipe cross-section is constant. Under this condition, a mixing shock can only be formed in a cylindrical tube if all other variables influencing the mixing momentum are strictly adhered to.
Das ist eine Forderung, die bei einer technischen Anwendung effektiv nicht erfüllt werden kann. Deshalb ist auch bisher kein Strahlapparat bekannt geworden, der einen Mischungsstoß bewußt und zielgerichtet ausnutzt.This is a requirement that can not be met effectively in a technical application. Therefore, no jet apparatus has been known so far, deliberately and purposefully exploits a mixture shock.
Ziel der Erfindung ist die vorausbestimmbare technische Realisierbarkeit des Mischungsstoßes in energetisch optimalen Strahlapparaten.The aim of the invention is the predictable technical feasibility of the mixing shock in energetically optimal jet apparatuses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlapparat zu entwickeln, der bei Fixierung der geometrischen Verhältnisse des Strahlapparates die Variabilität des Querschnittsflächenanteiles des Flüssigkeitsstrahles in einer Mischkammer gewährleistet und einen, von Stoffeigenschaften der Medien unabhängigen, größten, das Optimum in jedem Falle einschließenden Anwendungsbereich sichert.The invention has for its object to develop a jet apparatus, which ensures the variability of the cross-sectional area of the liquid jet in a mixing chamber and fixes, independent of material properties of the media, the optimum in each case enclosing application area secures when fixing the geometric proportions of the jet apparatus.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche der Flüssigkeitsdüse am Anfang eines zylindrischen Rohres, des Strahlrohres, dessen Länge das 5- bis 8fache seines Durchmessers beträgt, 40 bis 50% der Querschnittsfläche des Strahlrohres beträgt und die Mischkammer konisch, ausgehend von der Querschnittsfläche des Strahlrohres sich im Halbwinkel von 6-10° bis auf den 2- bis 2,5fachen Strahlrohrdurchmesser erweitert, ausgebildet ist.This object is achieved in that the cross-sectional area of the liquid nozzle at the beginning of a cylindrical tube, the jet pipe whose length is 5 to 8 times its diameter, 40 to 50% of the cross-sectional area of the jet pipe and the mixing chamber conical, starting from the cross-sectional area of the jet pipe widens in the half angle of 6-10 ° to the 2 to 2.5 times the beam tube diameter is formed.
Damit wird das Auftreten eines Mischungsstoßes in der Mischkammer gesichert. In ihr ist der Querschnittsflächenanteil des Flüssigkeitsstrahles in einem Bereich von 0,5.. 0,4 bis etwa 0,1 variabel, wodurch nahezu der gesamte Bereich für das Auftreten eines Mischungsstoßes erfaßt wird.This ensures the occurrence of a mixing shock in the mixing chamber. In it, the cross-sectional area portion of the liquid jet is variable within a range of 0.5... 0.4 to about 0.1, whereby almost the entire area for occurrence of a mixing shock is detected.
DerQuerschnittsflächenanteildes Flüssigkeitsstrahles von 0,5...0,4 im Strahlrohr garantiert außerdem die kleinste mögliche Strahlgeschwindigkeit und damit den geringsten Leistungsaufwand für den Beginn, das Einsetzen eines Gaseintrages.The cross-sectional area of the liquid jet of 0.5 ... 0.4 in the jet pipe also guarantees the smallest possible jet velocity and thus the lowest power expenditure for the beginning, the onset of a gas input.
Die Variabilität des Querschnittsflächenanteiles des Flüssigkeitsstrahles in der Mischkammer, die sich allein aus der stetigen Variabilität der Mischkammer-Querschnittsfläche bei absolut unveränderlicher Strömungsquerschnittsfläche des Flüssigkeitsstrahles ergibt, gewährleistet überraschend das ständige Auftreten des Mischungsstoßes, sichert überraschend den großen Anwendungsbereich und stabilisiert überraschend die Lage des Stoßes in der Mischkammer. Unvermeidbare Ungenauigkeit bei der Auslegung und schwankende Betriebsparameter beeinflussen das Auftreten des Mischungsstoßes nicht, sie können nur relativ geringfügige axiale Verlagerungen des Stoßes in der Mischkammer zur Folge haben.The variability of the cross-sectional area of the liquid jet in the mixing chamber, which results solely from the constant variability of the mixing chamber cross-sectional area with absolutely unchangeable flow cross-sectional area of the liquid jet, surprisingly ensures the constant occurrence of the mixture shock, surprisingly ensures the wide range of applications and surprisingly stabilizes the position of the shock in the mixing chamber. Unavoidable design inaccuracies and fluctuating operating parameters do not affect the occurrence of the mixing shock, they can result in only relatively slight axial displacements of the impact in the mixing chamber.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt eine Erkenntnis über die wesentliche Bedeutung des Querschnittsflächenanteiles des Flüssigkeitsstrahles vor dem Stoß, im folgenden als „Strahlquerschnittsanteil" bezeichnet, für den Mischungsstoß zugrunde, die bisher aus der Literatur nicht bekannt ist.The solution according to the invention is based on a recognition of the essential significance of the cross-sectional area fraction of the liquid jet prior to the impact, hereinafter referred to as "beam cross-sectional portion", for the mixture impact which is hitherto unknown from the literature.
Die Zusammenhänge lassen sich am besten mit Hilfe der physikalischen Grundbeziehungen für einen Mischungsstoß, der Kontinuitätsbedingungen und dem Impulssatz erläutern, wobei für technische Anwendungen der Massenstrom des Gases relativzum Flüssigkeitsstrom auf Grund des großen Dichteunterschiedes vernachlässigt werden kann:The relationships are best explained with the help of the basic physical relations for a mixture shock, the continuity conditions and the momentum set, whereby for technical applications the mass flow of the gas relative to the liquid flow can be neglected due to the large density difference:
Kontinuität: rhi + rhg = itimContinuity: rhi + rh g = itim
Pi · fi · AM u = pi · fiM · AM · uM Pi · fi · A M u = pi · fi M · A M · u M
Hieraus folgt: u f, = uM · fiM (1)From this follows: uf, = u M · fiM (1)
rh — Massenstrom Indizes:rh - mass flow indices:
ρ — Flüssigkeitsdichte I — Flüssigkeitρ - liquid density I - liquid
Am— gesamter Strömungsquerschnitt g — GasTotal flow cross section g - gas
am Ort des Mischungsstoßes M — Flüssigkeit-Gasblasen-Gemischat the location of the mixture impact M - liquid-gas bubbles mixture
(—» Stoßquerschnitt) u — Strömungsgeschwindigkeit(- »impact cross-section) u - flow velocity
des Flüssigkeitsstrahlesof the liquid jet
(-» Strahlgeschwindigkeit Um — Strömungsgeschwindigkeit(- »jet velocity Um - flow velocity
des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemischesof the liquid-gas bubble mixture
nach dem Mischungsstoß fi — Querschnittsflächenanteil des Flüssigkeitsstrahles vor dem Stoßafter the mixing shock fi - cross-sectional area of the liquid jet before the impact
(—» Strahlquerschnittsanteil) fiM — Flüssiganteil des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisches nach dem Stoß(- »Beam Cross Section Ratio) fiM - Liquid fraction of liquid-gas bubble mixture after impact
Impulssatz: rh|U + mgv + ρ · AM = (riV + rhg) · uM + Pm Am (Pm - p) · Am =- rhi · (u - uM) = PifiAMu2 · (1 - uM/u) Mit (1) folgt hieraus:Theorem: rh | U + m g v + ρ · A M = (riV + rh g ) · u M + Pm Am (Pm - p) · Am = - rhi · (u - u M ) = PifiA M u 2 · (1 - u M / u) With (1) follows:
(2)(2)
ρ — statischer Druck vor dem Mischungsstoßρ - static pressure before mixing
Pm — statischer Druck nach dem MischungsstoßPm - static pressure after mixing
(Pm - p)/pi/u2 — spezifische Druckerhöhung(Pm - p) / pi / u 2 - specific pressure increase
In der Beziehung (2) ist der grundlegende physikalische Zusammenhang für einen Mischungsstoß formuliert, der zwischen der Druckerhöhung (pm - p) und der Strahlgeschwindigkeit u, beeinflußt vom Strahlquerschnittsanteil f| und vom Flüssiganteil des Gemisches f|M/ besteht.In the relationship (2), the basic physical relationship is formulated for a mixing shock that is affected between the pressure increase (pm - p) and the jet velocity u, influenced by the beam cross-sectional area f | and the liquid content of the mixture f | M / exists.
Die Beziehung (2) läßt erkennen, daß eine Druckerhöhung bzw. ein Mischungsstoß immer damit verbunden ist, daß der Flüssiganteil des Gemisches größer als der Strahlquerschnittsanteil (f,M > f,) un.d damit nach (1) die Abströmgeschwindigkeit des Gemisches kleiner als die Strahlgeschwindigkeit (uM < u) ist.The relationship (2) indicates that an increase in pressure or a mixing shock is always associated with the fact that the liquid content of the mixture is greater than the beam cross-sectional proportion (f, M > f,) and thus after (1) the outflow velocity of the mixture smaller as the jet velocity (u M <u).
Im Gegensatz zu J. H.Witte in der GB-Zeitschrift J. Fluid Mech. (1969) wird der Flüssiganteil f|M des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisches nsch dem Stoß als eine empirische, aus Versuchen zu bestimmende, gewissermaßen vorgegebene, relativ bestimmte, wenn auch in der Regel nicht genau bekannte Größe angesehen. Mit anderen Worten, der Mischungsstoß wird als das „Einschlagen" von. Gas durch einen Flüssigkeitsstrahl in einen (durch feste Wände begrenzten) „Flüssigkeitskörper" gedeutet, wobei der Gaseintrag bzw. der Flüssiganteil f|M des Gemisches nach dem Stoß von Stoffeigenschaften der Flüssigkeit, von Eigenschaften des Flüssigkeitsstrahles,wie Strömungsgeschwindigkeit, Strahlstruktur und -auflösung u.a. abhängt. Damit resultiert aus (2) eine wesentliche Abhängigkeit zwischen der auf die Flüssigkeitsdichte und das Quadrat der Strahlgeschwindigkeit bezogenen Druckerhöhung im Stoß, der „spezifischen Druckerhöhung" (pM - p)/pi/u2, und dem Strahlquerschnittsanteil f|. Trägt man nach (2) die spezifische Druckerhöhung für fiM = konst über dem Strahlquerschnittsanteil ή grafisch auf, so erhält man Parabeln fiM = konst, deren Scheitelpunkte Maximalwerte für die spezifische Druckerhöhung darstellen und deren Nullstellen bei fι = 0 und f| = fIM liegen.In contrast to JHWitte in the GB journal J. Fluid Mech. (1969), the liquid fraction f | M of the liquid-gas bubble mixture nsch the shock as an empirical, to be determined from experiments, as it were predetermined, relatively specific, although not usually well-known size. In other words, the mixing stroke is interpreted as the "hammering" of gas through a liquid jet into a "liquid body" (confined by solid walls), the gas entry or liquid fraction f | M of the mixture following the collision of material properties of the liquid , depends on properties of the liquid jet, such as flow velocity, beam structure and resolution and others. This results in (2) a significant dependence between the increase in pressure in the joint related to the liquid density and the square of the jet velocity, the "specific pressure increase" (p M -p) / pi / u 2 , and the beam cross-sectional component f (2) the specific pressure increase for fiM = const over the beam cross-section share ή graphically, we obtain parabolas fiM = const, whose vertices represent maximum values for the specific pressure increase and whose zeros lie at fι = 0 and f | = f IM .
Das bedeutet: Mit einem auf eine Flüssigkeitsoberfläche großer Ausdehnung (keine relativ enge Begrenzung durch feste Wände) auftreffenden Flüssigkeitsstrahl (f| = 0) kann keine Druckerhöhung erzielt werden. Fehlt die bei der technischen Anwendung in der Regel vorgegebene Druckdifferenz für einen Strahlapparat (pM — ρ = 0), so ist der Flüssiganteil des Gemisches gleich dem Strahlquerschnittsanteil (f|M = fi) und es tritt kein Mischungsstoß auf. Dazwischen liegt der Maximalwert der spezifischen Druckerhöhung, der bei einem Strahlquerschnittsanteil auftritt, der die Hälfte des Flüssiganteiles des Gemisches nach dem Stoß beträgt:This means that no pressure increase can be achieved with a liquid jet (f | = 0) impinging on a liquid surface of large extent (no relatively narrow boundary by solid walls). If the pressure difference for a jet apparatus (p M - ρ = 0) given in the technical application is generally missing, the liquid content of the mixture is equal to the beam cross-section proportion (f | M = fi) and no mixing shock occurs. In between, there is the maximum value of the specific pressure increase which occurs at a beam cross-section proportion which is half the liquid content of the mixture after the impact:
p - ρp - ρ
Maximalwert: f^ = fi|v/2 -*· ( ) B Maximum value: f ^ = f i | v / 2 - * · () B
ς7,ιΐ maxς7, ιΐ max
Dieser Maximalwert entspricht einem energetisch optimalen Betriebszustand. Aus ihm resultiert die kleinste Strahlgeschwindigkeit, die für einen bestimmten Flüssiganteil fiM des Gemisches für die (vorgegebene) Druckerhöhung (pM -p) erforderlich ist.This maximum value corresponds to an energetically optimal operating state. From it the smallest jet velocity, which is required for a particular liquid component of the mixture for the FIM (predetermined) pressure (p M p) results.
Die Fig.4 zeigt die grafische Darstellung des erläuterten Zusammenhanges nach (2).4 shows the graphical representation of the explained relationship according to (2).
Für einen bestimmten Wert der spezifischen Druckerhöhung, der kleiner als der Maximalwert ist, sind theoretisch zwei verschiedene Strahlquerschnittsanteile und damit nach (1) zwei verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten des Gemisches nach dem Stoß möglich:For a certain value of the specific pressure increase, which is smaller than the maximum value, theoretically two different beam cross-sectional proportions and thus, after (1) two different flow velocities of the mixture after the impact are possible:
b) f,M/2 < fi < fiM -» u/2 < uM < ub) f, M / 2 <fi <fiM - »u / 2 <u M <u
Für die technische Nutzung kommt nur die kleinere Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches, also der Fall a) bzw. der linke Ast der Parabeln in Fig.4 in Betracht.For technical use, only the lower flow velocity of the mixture, ie the case a) or the left branch of the parabolas in Figure 4 into consideration.
Der Beginn, das Einsetzen eines Gaseintrages ist durch die Bedingung ήΜ = 1 gekennzeichnet. Aus der Beziehung (2) folgt die hierfür erforderliche Mindest-Strahlgeschwindigkeit U0:The beginning, the onset of a gas entry is characterized by the condition ή Μ = 1. From the relationship (2), the minimum jet velocity U 0 required for this follows:
Die Mindest-Strahlgeschwindigkeit U0 ist von der (vorgegebenen) Druckerhöhung im Mischungsstoß (pm - p) und vom Strahlquerschnittsanteil f| abhängig. Aus (3) und aus der grafischen Darstellung in Fig.4 ist erkennbar, daß sich die kleinste . Strahlgeschwindigkeit für den Beginn, das Einsetzen eines Gaseintrages für einen Strahlquerschnittsanteil von ή = 0,5 ergibt. Die grafische Darstellung nach (2) in Fig.4 läßt erkennen, daß durch die Variabilität des Strahlquerschnittsanteiles in der Mischkammer von 0,5... 0,4 bis etwa 0,1 nahezu der gesamte Bereich für das Auftreten eines Mischungsstoßes erfaßt wird, daß der energisch optimale Betriebszustand für Flüssiganteile des Gemisches im Bereich von 0,2 < f|M < 1,0 eingeschlossen ist, und daß die Lage des Stoßes in der Mischkammer stabilisiert wird, so daß unvermeidbare Ungenauigkeiten bei der Auslegung' und schwankende Betriebsparameter den Mischungsstoß kaum beeinflussen.The minimum jet velocity U 0 is determined by the (predetermined) pressure increase in the mixing joint (pm - p) and by the beam cross-section component f | dependent. From (3) and from the graph in Fig.4 it can be seen that the smallest. Jet velocity for the beginning, the onset of a gas input for a beam cross-section of ή = 0.5 results. The graph according to (2) in Fig. 4 shows that, due to the variability of the beam cross-sectional portion in the mixing chamber, from 0.5... 0.4 to about 0.1, almost the entire range for the occurrence of a mixing shock is detected. that the energetically optimal operating state for liquid fractions of the mixture in the range of 0.2 <f | M <1.0 is included, and that the position of the shock is stabilized in the mixing chamber, so that unavoidable design inaccuracies and fluctuating operating parameters hardly affect the mixing shock.
Der Gaseintrag resultiert aus dem Flüssigkeitsdurchsatz V| und dem Flüssiganteil fiM des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisches nach dem Mischungsstoß, wobei angenommen wird, daß die nach dem Stoß in der Flüssigkeit dispergierten Gasblasen mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit abströmen:The gas input results from the liquid flow rate V | and the liquid fraction fi M of the liquid-gas bubble mixture after the mixing shock, it being assumed that the gas bubbles dispersed in the liquid after the impact flow off with the flow rate of the liquid:
Für den auf den Druck ρ vor dem Stoß bezogenen Gaseintrag V9, oder auf den Flüssigkeitsdurchsatz bezogen, für die Gasmitnahme β = Vg/V, gilt:For the gas input V 9 referred to the pressure ρ before the impact, or based on the liquid throughput, for gas entrainment β = V g / V, the following applies:
1) (4)1) (4)
Mit der Abhängigkeit der Gasmitnahme vom Druckverhältnis (pM/p) wird lediglich die Zustandsänderung des Gases im Mischungsstoß bzw. die Volumenänderung des Gasstromes infolge der Druckerhöhung berücksichtigt. Für den Exponenten η der Zustandsänderung kann in der Regel näherungsweisen = 1 gesetztwerden, was einer isothermen Zustandsänderung des Gases im Mischungsstoß entspricht.With the dependence of the gas entrainment on the pressure ratio (p M / p), only the change in state of the gas in the mixing shock or the change in volume of the gas flow due to the pressure increase is considered. For the exponent η of the state change, approximate = 1 can be set, which corresponds to an isothermal change of state of the gas in the mixture shock.
Der Strahlapparat zur Realisierung des Mischungsstoßes, im folgenden kurz als „Strahlstoßbegasung" bezeichnet, ermöglicht den Eintrag und die feinblasige Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit gegen einen höheren Druck, ohne Unterstützung durch ein Gebläse oder einen Verdichter.The blasting apparatus for realizing the blending shot, hereinafter referred to as "shot blasting fumigation", enables the introduction and fine bubble dispersion of gas into a liquid against a higher pressure without the assistance of a blower or a compressor.
Die Vorrichtung zur Strahlstoßbegasung besteht aus einem Strahlrohr, der an das Strahlrohr anschließenden Mischkammer, einer Flüssigkeitsdüse am Anfang des Strahlrohres und einer Gaszuführung, die neben der Flüssigkeitsdüse in das Strahlrohr mündet Die Flüssigkeitsdüse wird vorzugsweise durch Einschnürung einer Flüssigkeitsleitung.auf den Strahlrohrdurchmesser und eine von außen in die Flüssigkeitsleitung hineinführende Gasleitung, deren Mündung koaxial im Anfang des Strahlrohres liegt, so daß zwischen Strahlrohrwand und Mündung der Gasleitung ein düsenartiger Ringspalt entsteht, gebildet. Am äußeren Umfang der Gasleitung sind an deren Mündung gleichmäßig über den Umfang verteilt in radialer Richtung kurze Rohrstücke oder entgegen der Strömungsrichtung gut abgerundete kurze Stege befestigt, die die Innenwand des Strahlrohres berühren.The device for jet collision gasification consists of a jet pipe, the mixing chamber adjoining the jet pipe, a liquid nozzle at the beginning of the jet pipe and a gas feed, which opens into the jet pipe next to the liquid nozzle. The liquid nozzle is preferably constricted by a liquid line to the jet pipe diameter and from the outside leading into the liquid line gas line whose mouth is coaxial in the beginning of the jet pipe, so that between the jet pipe wall and the mouth of the gas line, a nozzle-like annular gap formed formed. On the outer circumference of the gas pipe, short pipe pieces or well-rounded short webs are fastened at their mouth evenly distributed over the circumference in the radial direction, and they touch the inner wall of the jet pipe.
Dadurch wird die koaxiale Lage der Mündung der Gasleitung gesichert und die Flüssigkeits-Ringdüse in Sektionen aufgeteilt. Der in der Flüssigkeitsdüse erzeugte Flüssigkeitsstrahl wird in Teilstrahlen zerlegt, wodurch die Auflösung des Flüssigkeitsstrahles und damit der Gaseintrag und die Gasdispergierung begünstigt wird.As a result, the coaxial position of the mouth of the gas line is secured and the liquid ring nozzle divided into sections. The liquid jet generated in the liquid nozzle is broken down into partial beams, whereby the dissolution of the liquid jet and thus the gas input and the gas dispersion is favored.
Für Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, kann die Erzeugung des Flüssigkeitsstrahles in einer Ringdüse wegen der Verstopfungsgefahr unzweckmäßig sein. Für diesen Fall kann die Flüssigkeitsdüse in der üblichen Weise koaxial im Anfang des Strahlrohres liegen und das Gasrohr die Flüssigkeitsdüse umgebend angeordnet sein.For liquids containing solids, the generation of the liquid jet in an annular die may be inconvenient because of the risk of clogging. In this case, the liquid nozzle in the usual way can be located coaxially in the beginning of the jet pipe and the gas pipe can be arranged surrounding the liquid nozzle.
Das in der Mischkammer einer Strahlstoßbegasung in einem Mischungsstoß erzeugte Flüssigkeit-Gasblasen-.Gemisch kann in einer Rohrleitung, dem „Begasungsrohr", dessen Durchmesser gleich dem größten Durchmesser der Mischkammer ist, abtransportiert und einem zu begasenden und/oder umzuwälzenden größeren Flüssigkeitsvolumen zugeführt werden.The liquid-gas-bubble mixture generated in the mixing chamber in a blast shot in a blast shot can be removed in a pipeline, the "fumigation tube" whose diameter is equal to the largest diameter of the mixing chamber, and fed to a larger volume of liquid to be fumigated and / or recirculated.
Zum Beispiel kann die Flüssigkeit in einem tankartigen Behälter durch eine unten und außerhalb des Behälters angeordnete Strahlstoßbegasung ohne Unterstützung durch ein Gebläse oder einen Verdichter mit Luft aus der Atmosphäre feinblasig belüftet und umgewälzt werden. Eine Umwälzpumpe (einstufige Kreiselpumpe) fördert Flüssigkeit aus dem Behälter durch die Strahlstoßbegasung und über ein kurzes, die Begasungsvorrichtung mit dem Behälter verbindenden Rohrstück, das Begasungsrohr, welches in der Behälterwand münden oder auch in den Behälter hineingeführt werden kann, wieder in diesen zurück. Das über das Begasungsrohr in den Behälter eingespeiste Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisch erzeugt infolge lokaler Dichteunterschiede in Verbindung mit der Flüssigkeitshöhe über der Einspeisung Konvektionsströmungen im Behälter, die das Vielfache des primär über die Strahlstoßbegasung umgewälzten Flüssigkeitsstromes betragen.For example, the liquid in a tank-like container may be aerated and circulated through a jet-blasting fumigation, without assistance of a blower or a compressor with air from the atmosphere, through a jet-blasting fumigation located below and outside the vessel. A circulation pump (single-stage centrifugal pump) promotes liquid from the container by the Strahlstoßbegasung and a short, connecting the gassing device with the container pipe section, the gassing tube, which open into the container wall or can be guided into the container, back into this. Due to local density differences in connection with the liquid level above the feed, the liquid-gas bubble mixture fed into the container via the gassing tube generates convection currents in the container which amount to a multiple of the liquid flow circulated primarily via the jet injection gas.
Wenn das Begasungsrohr in der Behälterwand mündet, befinden sich im Behälter keine Einbauten für die Begasung und Umwälzung.When the fumigation tube opens into the container wall, there are no internals for fumigation and circulation in the container.
Das Gas kann auch in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden, indem der Gasraum eines geschlossenen Behälters mit dem Gasrohr der Strahlstoßbegasung verbunden wird.The gas may also be conducted in a closed circuit by connecting the gas space of a closed container to the gas jet of the jet blasting gas.
Bei Stillstand der die Strahlstoßbegasung speisenden Umwälzpumpe ist die gesamte Begasungsvorrichtung mit Flüssigkeit gefüllt. Wird die Umwälzpumpe angefahren, so setzt der Gaseintrag nach kurzer Anlaufzeit selbsttätig ein.At standstill of the jet injection gas feeding circulating pump, the entire gasification device is filled with liquid. If the circulation pump is started up, the gas entry starts automatically after a short start-up time.
Durch Absperrschieber im Begasungsrohr und in der Pumpen-Saugleitung ist eine Demontage/Montage der Begasungsvorrichtung möglich, ohne daß der Behälter geleert werden muß. Im Vergleich zu anderen Begasungsvorrichtungen ist ein geringer Aufwand für die Kontrolle, Wartung und Instandhaltung bzw. für den Austausch erforderlich.By gate valve in the gassing and in the pump suction line disassembly / assembly of the gassing is possible without the container must be emptied. Compared to other gassing devices, it requires little effort for inspection, maintenance and repair or replacement.
Def technologische Aufwand für das gesamte Begasungssystem ist gering. Der einfache konstruktive Aufbau der Strahlstoßbegasungsvorrichtung gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit.Def technological expenditure for the entire fumigation system is low. The simple design of the Strahlstoßbegasungsvorrichtung ensures high reliability.
Im Vergleich zur Tauchstrahlbegasung mit auf dem Behälterdach angeordneten Druckstrahlern oder Schachtüberfällen werden für die Strahlstoßbegasung Kreiselpumpen mit größerer Förderhöhe und geringerem Förderstrom eingesetzt. Die Pumpen und die Längen und Nennweiten der Rohrleitungen sind wesentlich kleiner. Durch das gesamte Begasungssystem werden keine nennenswerten Kräfte auf den Behälter ausgeübt. Es können standardisierte Tanks eingesetzt werden. Stahlbaukonstruktionen sind nicht erforderlich. Insgesamt resultiert daraus eine wesentliche Reduzierung des Materialaufwandes.In comparison to the jet jet gassing with arranged on the tank roof pressure headers or manhole raids centrifugal pumps with a larger delivery height and lower flow rate are used for the Strahlstoßbegasung. The pumps and the lengths and nominal diameters of the pipes are much smaller. Through the entire aeration system, no appreciable forces are exerted on the container. Standardized tanks can be used. Steel structures are not required. Overall, this results in a significant reduction in the cost of materials.
Der Energieaufwand für die Strahlstoßbegasung ist geringer als für vergleichbare Begasungsvorrichtungen. Die Reduzierung des Energieaufwandes resultiert daraus, daß die Mischbewegung der Flüssigkeit in einem Behälter primär nicht durch die Dissipation eines energiereichen Flüssigkeits-Gasblasen-Freistrahles, sondern durch Konvektionsströmungen infolge des in einer gewissen Tiefe eingespeisten feinblasigen Flüssigkeits-Gasblasen-Gemisches hervorgerufen wird, und daraus, daß kein Gebläse oder Verdichter benötigt wird.The energy expenditure for the jet injection fumigation is lower than for comparable gassing devices. The reduction of the energy expenditure results from the fact that the mixing movement of the liquid in a container is primarily caused not by the dissipation of a high-energy liquid-gas bubble free jet, but by convective currents due to the injected at a certain depth fine-bubble liquid-gas bubble mixture, and from that no blower or compressor is needed.
Die Strahlstoßbegasung ist sehr variabel und in einem großen Bereich an verfahrenstechnische Bedingungen, Vorgaben und Forderungen anpassungsfähig. An einem Behälter können mehrere Begasungsvorrichtungen über den Umfang verteilt angeordnet werden. Das Begasungsrohr einer Strahlstoßbegasung kann auch durch die Behälterwand hindurch in den Behälter hineingeführt, und die Mündung kann in beliebiger Richtung abgekrümmt werden.The jet blasting is very variable and adaptable in a wide range of procedural conditions, specifications and requirements. On a container several gassing devices can be arranged distributed over the circumference. The gassing tube of jet blast gassing can also be fed into the container through the container wall, and the muzzle can be bent in any direction.
Auch in Verbindung mit dem Prinzip des „Mammutschlaufenreaktors", bei dem in einem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter ein oder mehrere Steigrohre senkrecht angeordnet sind, ist der Einsatz der Strahlstoßbegasung vorteilhaft. Das Begasungsrohr mündet im unteren Teil des Steigrohres. Durch die Strahlstoßbegasung werden sehr kleine Gasblasen in das Steigrohr eingespeist, was derr Auftrieb erhöht. Der durch den Gaseintrag im Steigrohr induzierte Flüssigkeitsstrom und damit auch Umwälzstrom im Behälter beträgt das Vielfache des primär von einer Kreiselpumpe über die Strahlstoßbegasung umgewälzten Flüssigkeitsstromes.Also in connection with the principle of the "mammoth loop reactor" in which one or more riser tubes are arranged vertically in a container filled with liquid, the use of the jet injection gasification is advantageous The gassing tube opens into the lower part of the riser tube By the jet collision fumigation very small gas bubbles The liquid flow induced by the gas inlet in the riser pipe and thus also the circulation flow in the tank is the multiple of the liquid flow circulated primarily by a centrifugal pump via the jet blast gasification.
Die Strahlstoßbegasung kann auch über einem Flüssigkeitsspiegel, vorzugsweise senkrecht, angeordnet werden, z. B. für erdeingebettete Behälter oder für die Tiefenbelüftung von Seen und Gewässern. Das Begasungsrohr wird von oben, vorzugsweise senkrecht, in die Flüssigkeit hineingeführt und mündet einige Meter unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, am zweckmäßigsten in einem senkrecht in die Flüssigkeit eingetauchten Steigrohr größerer Nennweite. Im Steigrohr wird nach dem „Mammutprinzip" ein Aufstrom erzeugt, der das Vielfache des über das Begasungsrohr eingespeisten Flüssigkeitsstromes beträgt. Mit einer solchen Anordnung können z. B. mittels Lufteintrag größere Wassermengen aus tieferen Schichten von Seen oder Gewässern mit geringem technologischen und geringem Energieaufwand betriebsicher und wartungsarm an die Oberfläche gefördert und mit Sauerstoff aus der Luft versorgt werden.The jet injection gasification can also be arranged above a liquid level, preferably vertically, for. B. for earth-embedded containers or for the deep aeration of lakes and waters. The gassing is introduced from above, preferably perpendicular, into the liquid and opens a few meters below the liquid level, most conveniently in a vertically immersed in the liquid riser larger nominal diameter. In the riser pipe, an upward flow is produced according to the "mammoth principle", which is the multiple of the liquid flow fed in via the gassing pipe With such an arrangement, larger quantities of water from deeper layers of lakes or waters with low technological and low energy expenditure can be operated safely, for example by introducing air and low-maintenance conveyed to the surface and supplied with oxygen from the air.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutertThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment
In der Zeichnung zeigen: In the drawing show:
Fig. 1: den Strahlapparat in schematischer DarstellungFig. 1: the jet apparatus in a schematic representation
Fig.2: den Strahlapparat in Verbindung mit einem Tank in schematischer Darstellung Fig.3: den Strahlapparat in Verbindung mit einem Tank und einem Steigrohr in schematischer Darstellung. Fig.4: eine grafische Darstellung der spezifischen Druckerhöhung im Mischungsstoß in Abhängigkeit vom Strahlquerschnittsanteil und vom Flüssigkeitsanteil des Gemisches nach dem Mischungsstoß.Fig. 2: the jet apparatus in connection with a tank in a schematic representation Fig. 3: the jet apparatus in connection with a tank and a riser in a schematic representation. 4 shows a graphic representation of the specific pressure increase in the mixing joint as a function of the beam cross-sectional portion and of the liquid portion of the mixture after the mixing shock.
Der Strahlapparat 1 besteht aus der Flüssigkeitsdüse 2, dem Strahlrohr 3, der Mischkammer 4 und dem Begasungsrohr 5. Die Flüssigkeitsleitung 6 und die Gasleitung 7 enden am Anfang des Strahlrohres 3. Die Durchmesser dieser Bauteile sind aufeinander zweckdienlich abgestimmt.The jet apparatus 1 consists of the liquid nozzle 2, the jet pipe 3, the mixing chamber 4 and the gassing pipe 5. The liquid line 6 and the gas line 7 end at the beginning of the jet pipe 3. The diameters of these components are suitably matched to each other.
Im Beispiel beträgt der Durchmesser des Strahlrohres 3125 mm. Der Querschnittsflächenanteil des Flüssigkeitsstrahles im Strahlrohr 3, der durch den Strömungsquerschnitt der Flüssigkeitsdüse 2 am Strahlrohranfang bestimmt wird, beträgt 0,45. In der Mischkammer 4 vergrößert sich der Rohrdurchmesser stetig vom Strahlrohrdurchmesser auf den Durchmesser des Begasungsrohres 5, der 250 mm beträgt. Das Begasungsrohr 5 ist 1 m lang und mündet in der Wand eines 1000m3-Tanks 1 m über dessen Boden.In the example, the diameter of the jet pipe is 3125 mm. The cross-sectional area fraction of the liquid jet in the jet pipe 3, which is determined by the flow cross-section of the liquid nozzle 2 at the beginning of the jet pipe, is 0.45. In the mixing chamber 4, the pipe diameter increases continuously from the jet pipe diameter to the diameter of the gassing pipe 5, which is 250 mm. The gassing pipe 5 is 1 m long and flows in the wall of a 1000m 3 tank 1 m above the bottom.
Die im Strahlrohranfang liegende Mündung der Gasleitung 7 hat die Nennweite 80mm. Die am Tank bis über den Füllstand hochführende Gasleitung wird zweckmäßig mit der Nennweite 100 mm ausgeführt, um den Druckabfall in der Gasleitung 7 gering zu halten.The mouth of the gas pipe 7 lying in the jet pipe has the nominal diameter 80mm. The gas line leading up to the level above the filling level is expediently designed with a nominal width of 100 mm in order to keep the pressure drop in the gas line 7 low.
Die Flüssigkeitsleitung 6 zum Strahlapparat 1 hat die Nennweite 250mm.The liquid line 6 to the jet apparatus 1 has the nominal diameter 250mm.
Mit diesem Strahlapparat soll in einem 1000 m3-Tank, einem Stahlbehälter von 11,3m Durchmesserund 10,5 m Mantelhöhe mit festem Dach, der bis zu einem Füllstand von 9,0m mit Abwasser (Temperatur 25°C) gefüllt ist, das Abwasser mittels Strahlstoßbegasung belüftet und umgewälzt werden.With this jet apparatus in a 1000 m 3 tank, a steel container of 11.3m diameter and 10.5 m mantle height with a fixed roof, which is filled up to a level of 9.0 m with wastewater (temperature 25 ° C), the waste water be aerated and circulated by jet blasting.
Strahlapparat 1 und Umwälzpumpe 10 sind unten am Tank 9 angeordnet. Die Umwälzpumpe 10 fördert Abwasser aus dem Tank 9 über den Strahlapparat 1 wieder in den Tank 9 zurück. Das Begasungsrohr 5 mündet 1 m über dem Boden bzw. 8m unterhalb des Füllstandes in der Tankwand. Die Gasleitung 7 wird am Tank 9 bis über den Füllstand hochgeführt, so daß durch diese bei stillgesetzter Belüftung kein Abwasser austreten kann. Absperrschieber in der Pumpen-Saugleitung 8 und im Begasungsrohr 5 ermöglichen die Abtrennung von Umwälzpumpe 10 und Strahlapparat 1 vom Tank 9, ohne daß dieser geleert werden muß.Blasting apparatus 1 and circulating pump 10 are arranged at the bottom of the tank 9. The circulation pump 10 conveys waste water from the tank 9 via the jet apparatus 1 back into the tank 9. The gassing pipe 5 opens 1 m above the ground or 8m below the level in the tank wall. The gas line 7 is led up to the tank 9 above the level, so that no wastewater can escape through this with shut-down ventilation. Gate valve in the pump suction line 8 and the gassing 5 allow the separation of circulating pump 10 and jet apparatus 1 from the tank 9, without this must be emptied.
In der Mündung des Begasungsrohres 5 in der Tankwand herrscht ein Druck von 180,5kPa, der aus dem hydrostatischen Druck der Wassersäule über der Mündung und dem Druck im Gasraum des Tanks resultiert, der 102kPa beträgt, was einem geringenIn the mouth of the gassing 5 in the tank wall, there is a pressure of 180.5 kPa, which results from the hydrostatic pressure of the water column over the mouth and the pressure in the gas space of the tank, which is 102 kPa, which is a small
Überdruck entspricht. Im Strahlrohr 3 des Strahlapparates 1 herrscht der barometrische Luftdruck, abzüglich des Druckverlustes in der Gasleitung 7.Overpressure corresponds. In the jet pipe 3 of the jet apparatus 1, the barometric air pressure prevails, minus the pressure loss in the gas line. 7
Die Auslegung der Strahlstoßbegasung beinhaltet unter Beachtung der geometrischen Verhältnisse des Strahlapparates 1 die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles, so daß der vorgegebene Druck in der Mündung des Begasungsrohres mit geringem Leistungsaufwand realisiert wird. Für die Strahlgeschwindigkeit wurden 25,2 m/s ermittelt, wobei der Flüssiganteil des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisches nach dem Mischungsstoß 0,55 beträgt. Das entspricht einem Durchsatz der Umwälzpumpe 10 von 500m3/h Abwasser. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers in der Flüssigkeitsleitung 6 beträgt 2-,8m/s. Mit dem Umwälzstrom von 500m3/h werden etwa 685m3/h Luft unter Standardbedingungen (15°C; 101,3kPa) eingetragen.The design of the jet injection fumigation includes, taking into account the geometric conditions of the jet apparatus 1, the determination of the flow velocity of the liquid jet, so that the predetermined pressure in the mouth of the gassing is realized with little effort. For the jet velocity 25.2 m / s were determined, wherein the liquid content of the liquid-gas bubble mixture after the mixing stroke is 0.55. This corresponds to a throughput of the circulation pump 10 of 500m 3 / h wastewater. The flow rate of the waste water in the liquid line 6 is 2-8m / s. With the recirculation flow of 500 m 3 / h, approximately 685 m 3 / h of air are introduced under standard conditions (15 ° C., 101.3 kPa).
In der Mischkammer 4 schlägt die Flüssigkeitsstrahlströmung im Mischungsstoß in eine Flüssigkeits-Gasblasen-Strömung um, und die Luft wird im Abwasser zu kleinsten Blasen dispergiert. Im Mischungsstoß erhöht sich der statische Druck in der Strömung von 97 kPa im Strahlrohr auf 175,7 kPa nach dem Stoß, also um 78,7 kPa. Der (theoretische) Durchmesser des Stoßquerschnittes, der die (theoretische) Lage des Stoßes in der Mischkammer 4 kennzeichnet, beträgt 192 mm. Die Abströmgeschwindigkeit des Ftüssigkeits-Gasblasen-Gemisches nach dem Stoß beträgt 8,7m/s. Durch die Erweiterung des Strömungsquerschnittes vom Stößquerschnitt auf den Querschnitt des Begasungsrohres 5 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches auf etwa 5 m/s im'Begasungsrohr 5 reduziert. Die Verfolgung des Druckverlaufes der Strömung vom Stoß bis zur Mündung des Begasungsrohres 5, wobei die Erweiterung vom Stoßquerschnitt auf den des Begasungsrohres 5 als „unstetig " angesehen wird, ergibt den vorgegebenen Druck von 180,5 kPa in der Mündung des Begasungsrohres 5. Aus der Mündung des Begasungsrohres 5 strömt das Abwasser-Luftblasen-Gemisch mit einem Flüssiganteil von etwa 0,56 und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,1 m/s in den Tankt 9.In the mixing chamber 4, the liquid jet flow in the mixing stroke turns into a liquid-gas bubble flow, and the air is dispersed in the waste water into minute bubbles. In the mixing stroke, the static pressure in the flow of 97 kPa in the jet pipe increases to 175.7 kPa after the impact, ie by 78.7 kPa. The (theoretical) diameter of the impact cross section, which characterizes the (theoretical) position of the impact in the mixing chamber 4, is 192 mm. The outflow velocity of the liquid-gas bubble mixture after the impact is 8.7 m / s. The flow velocity of the mixture is reduced to about 5 m / s in the degassing tube 5 due to the widening of the flow cross section from the jar cross section to the cross section of the gassing tube 5. The pursuit of the pressure profile of the flow from the joint to the mouth of the gassing tube 5, wherein the extension of the joint cross section is considered to the gassing 5 as "unsteady" results in the predetermined pressure of 180.5 kPa in the mouth of the gassing tube 5. From the Mouth of the gassing tube 5, the sewage-air bubbles mixture flows with a liquid content of about 0.56 and at a flow rate of 5.1 m / s in the tank 9th
DieEnergiedissipation im Begasungsrohr 5 ist zwar wesentlich geringer als im Mischungsstoß, beträgt aber bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/s immer noch etwa 10 W/kg, so daß in Wasser immer noch Gasblasen mit einem Durchmesser von = 1 mm zu erwarten sind.Although the energy dissipation in the gassing tube 5 is much lower than in the mixing shock, it is still about 10 W / kg at a flow rate of 5 m / s, so that gas bubbles with a diameter of 1 mm are still to be expected in water.
In bezug auf den Sauerstoffeintrag in Abwasser bei der aeroben biologischen Abwasserbehandlung können mit so kleinen Luftblasen in Verbindung mit der relativ großen Wasserhöhe hohe Sauerstoffeinträge bzw. hohe Sauerstoffausnutzungen erreicht werden. Theoretisch sind Sauerstoffausnutzungen in der Größenordnung von 0,7 möglich. Das entsprichtfür Luftblasen von 1 mm Durchmessereiner mittleren Aufenthaltszeit im Tank von etwa 15 bis 20 s.With regard to the oxygen input into wastewater in the aerobic biological wastewater treatment can be achieved with such small air bubbles in conjunction with the relatively high water level high oxygen inputs and high oxygen utilization. Theoretically, oxygen utilization on the order of 0.7 is possible. This corresponds to air bubbles of 1 mm diameter having a mean residence time in the tank of about 15 to 20 seconds.
Die für die Strahlgeschwindigkeit von 25,2 m/s erforderliche Förderhöhe der Umwälzpumpe 10 beträgt 24,5 m, wobei für den auf die Strömungsgeschwindigkeit in der Flüssigkeitsleitung 6 bezogenen Verlustbeiwert der Umwälzung der Wert 1,5 ermittelt wurde. Wenn für den Wirkungsgrad der Umwälzpumpe 10 0,75 gesetzt wird, beträgt die an der Kupplung der Umwälzpumpe übertragene Leistung 44,5kW.The required for the jet velocity of 25.2 m / s head of the circulation pump 10 is 24.5 m, wherein for the related to the flow velocity in the liquid line 6 loss coefficient of circulation was determined to be 1.5. If the efficiency of the circulation pump 10 is set to 0.75, the power transferred to the clutch of the circulation pump is 44.5 kW.
Durch den Strahlapparat 1 des Beispiels werden 135kg/h Sauerstoff eingetragen, wenn die Sauerstoffausnutzung 0,7 beträgt.By the jet apparatus 1 of the example, 135kg / h of oxygen are introduced when the oxygen utilization is 0.7.
Die Kupplungsleistung der Umwälzpumpe 10, bezogen auf den Sauerstoffeintrag, ergibt den „spezifischen Energiebedarf" von 0,33 kWh/kg.The coupling capacity of the circulation pump 10, based on the oxygen input, gives the "specific energy requirement" of 0.33 kWh / kg.
Die Strahlgeschwindigkeit, der Flüssiganteil des Flüssigkeit-Gasblasen-Gemisches nach dem Mischungsstoß, der statische Druck im Strahlrohr und in der Mündung des Begasungsrohres können von den Werten des Beispiels abweichen, ohne daß die Funktionsfähigkeit des Strahlapparates 1 beeinträchtigt wird. Der Mischungsstoß verändert lediglich seine Lagein der Mischkammer 4. Unterhalb einer Mindest-Strahlgeschwindigkeit, im Beispiel etwa 18m/s, ist ein Gaseintrag mittels Mischungsstoß jedoch nicht möglich.The jet velocity, the liquid fraction of the liquid-gas bubble mixture after the mixing shock, the static pressure in the jet pipe and in the mouth of the gassing tube may deviate from the values of the example without impairing the functioning of the jet apparatus 1. The mixing impulse merely changes its position in the mixing chamber 4. Below a minimum jet velocity, in the example about 18 m / s, however, it is not possible to introduce gas by means of a mixture.
Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel dahingehend erweitert, daß das Begasungsrohr 5 des Strahlapparates 1 waagerecht durch die Behälterwand hindurch in den Tank 9 hineingeführt und in der Wand eines zentral im Tank 9 angeordneten Steigrohres 11 vom Durchmesser 1,6 m mündet. Die Steigrohrmündung liegt 7,2 m über der Einmündung des Begasungsrohres 5 bzw. 0,8 m unterhalb des Füllstandes im Tank 9 (Fig.3)^In the following, the embodiment is extended to the effect that the gassing tube 5 of the jet apparatus 1 guided horizontally through the container wall into the tank 9 and in the wall of a centrally arranged in the tank 9 riser 11 of diameter 1.6 m opens. The riser mouth is located 7.2 m above the mouth of the gassing 5 or 0.8 m below the level in the tank 9 (Fig.3) ^
DamitwirdimTank9nachdem „Mammutprinzip" eine vertikale Umwälzströmung induziert. Im Steigrohr 11 strömt ein Wasser-Luftblasen-Gemisch aufwärts, das an der Wasseroberfläche entgast. Außerhalb des Steigrohres 11 strömt das Wasser im Tank 9 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit gasfrei abwärts. In Höhe der Einmündung des Begasungsrohres 5 in das Steigrohr 11 ist der statische Druck im Steigrohr geringer als außerhalb desselben im Tank 9.A vertical recirculation flow is induced in the tank 9 in the riser 11. A water-air bubble mixture, which degasates at the water surface, flows up the riser tube 11. Outside the riser pipe 11, the water flows downwardly gas-free in the tank 9 at a low flow velocity at the confluence of the gassing pipe 5 in the riser 11, the static pressure in the riser is less than outside the same in the tank. 9
Das Begasungsrohr 5 ist 5,9 m lang. Der statische Druck in der Einmündung des Begasungsrohres 5 in das Steigrohr 11 beträgt 178,2kPa. Trotz dieser gegenüber dem ersten Beispiel veränderten Daten kann die Strahlstoßbegasung vom ersten Beispiel mit dem Wässerdurchsatz 500m3/h und der Strömungsgeschwindigkeit des Strahles im Strahlrohr von 25,2 m/s unverändert übernommen werden. Die Lage des Mischungsstoßes in der Mischkammer 4 verändert sich im Vergleich zum ersten Beispiel geringfügig. Der (theoretische) Durchmesser des Stoßquerschnittes beträgt 186,6 mm. Der statische Druck nach dem Stoß ist 177,8 kPa. Das Wasser-Luftblasen-Gemisch strömt nach dem Stoß mit einer Geschwindigkeit von 9,2 m/s ab und wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,0 m/s und einem Flüssiganteil von 0,55 in das Steigrohr 11 eingespeist. An der Einspeisstelle im Steigrohr 11 vermischt sich das im Strahlapparat 1 erzeugte Wasser-Luftblasen-Gemisch mit dem von unten in das Steigrohr 11 einströmenden gasfreien Wasserstrom, der im Tank 9 umgewälzt wird. Die Einströmgeschwindigkeit beträgt 1,8m/s. Der Gasanteil im Steigrohr 11 nach der Vermischung ist 0,029. Dieser geringe Gasanteil, in Verbindung mit der Steigrohrhöhe, erzeugt im Tank 9 einen Umwälzstrom, der das 26fache des primär von der Umwälzpumpe 10 durch den Strahlapparat 1 umgewälzten Wasserstromes von 500 m3/h, also 13000m3/h beträgt. Aus der 0,8m unter dem Füllstand liegenden Mündung des Steigrohres 11 tritt das Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,0m/s und mit einem Gasanteil von 0,047 aus. Die Abströmgeschwindigkeit im Tank 9 außerhalb des Steigrohres beträgt 0,038 m/s. Mit einem Leistungsaufwand von 44,5 kW an der Kupplung der Umwälzpumpe 10, oder, auf den Wasserinhalt des Tanks 9 bezogen, mit einem Leistungseintrag von 0,05kW/m3 wird im Tank 9 ein Umwälzstrom von 13000m3/h induziert, der das 26fache des von der Umwälzpumpe 10 primär über den Strahlapparat 1 umgewälzten Wasserstroms beträgt. Der Wasserinhalt des Tanks 9 wird damit 14mal in der Stunde annähernd vollständig umgewälzt.The gassing tube 5 is 5.9 m long. The static pressure in the mouth of the gassing 5 in the riser 11 is 178,2kPa. Despite this changed data compared to the first example, the jet blast fumigation of the first example with the water flow rate of 500m 3 / h and the flow velocity of the beam in the jet pipe of 25.2 m / s can be taken unchanged. The position of the mixing shock in the mixing chamber 4 changes slightly in comparison to the first example. The (theoretical) diameter of the impact cross section is 186.6 mm. The static pressure after impact is 177.8 kPa. The water-air bubble mixture flows after the impact at a speed of 9.2 m / s and is fed at a flow rate of 5.0 m / s and a liquid content of 0.55 in the riser 11. At the feed point in the riser 11, the water-air bubbles mixture generated in the jet apparatus 1 mixes with the gas-free water flow flowing from below into the riser 11, which is circulated in the tank 9. The inflow velocity is 1.8 m / s. The proportion of gas in riser 11 after mixing is 0.029. This low gas content, in conjunction with the riser height, created in the tank 9, a circulation current which is 26 times of the primary recirculated by the circulation pump 10 through the jet apparatus 1 water flow of 500 m 3 / h, so 13000m 3 / h. From the 0.8m below the level of the mouth of the riser 11, the water exits at a flow rate of 2.0m / s and with a gas content of 0.047. The outflow velocity in the tank 9 outside the riser is 0.038 m / s. With a power consumption of 44.5 kW at the clutch of the circulation pump 10, or, based on the water content of the tank 9, with a power input of 0.05kW / m 3 , a recirculation flow of 13000m 3 / h is induced in the tank 9, the Is 26 times that of the circulation pump 10 is primarily circulated through the jet apparatus 1 water flow. The water content of the tank 9 is thus almost completely circulated 14 times an hour.
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| DD245589B5 DD245589B5 (en) | 1995-09-21 |
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Also Published As
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| DD245589B5 (en) | 1995-09-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| UW | Conversion of economic patent into exclusive patent | ||
| AUF | Maintained (sect. 12/3 extension act |
Free format text: DER VERTRETER BAUMBACH, F., DR., PATENTSTELLE BIOTEZ, O-1115 BERLIN-BUCH, DE IST ZU STREICHEN |
|
| B5 | Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act | ||
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |