DD301971A9 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer Fluessigkeit mit einem Behandlungsgas - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer Fluessigkeit mit einem Behandlungsgas Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Behandlungsgas, das man mit Hilfe eines in das Flüssigkeitsbad eingetauchten Gasinjektors einbläst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stößt man in unmittelbarer Nachbarschaft der Mündung des Gasinjektors und im wesentlichen in gleicher Richtung wie diejenige des von dem Injektor ausgestoßenen Gases einen von dem Bad abgenommenen Flüssigkeitsstrom aus. Figur{Verfahren; Flüssigkeitsbehandlung; Behandlungsgas; Gasinjektor}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung befaßt sich mit der Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Behandlungsgas, das man mit Hilfe eines in ein Bad dieser Flüssigkeit eingetauchten Gasinjektors einbläst.
-2- 301971 Charakteristik dos bekannten Standes der Technik
Es kommt vor, daß die so gebildeten Blason schlecht in das Bad eindringen und die Tendenz haben, zu der Mündung des Injektors zurückzukehren und sich dort zu gruppieren, wobei sie so große Blasen bilden, die schnell zu der Oberfläche des Bades aufsteigen, ohne die oben genannten Funktionen zu erfüllen. Man erklärt dieses unerwünschte Phänomen durch die Tatsacho, daß der von dem Injektor kommende Gasfluß keine genügend große Bewegung (Produkt von „Masse · Geschwindigkeit") hat, um die unerläßliche Turbulenz zu bewirken. Dies ist der Fall der Behandlung von nichtnowtonschen Fluiden, wie flüssigen Metallen oder viskosen Pasten. Außer dem oben erwähnten Nachteil der mäßigen Ausnutzung der Gasbehandlung bemerkt man, daß es bei einer Behandlung bei hoher Temperatur mit Sauerstoff, der mit der Flüssigkeit in exothermer Weise reagiert, eine Bildung von warmen Punkten an der Mündung des Injektors mit der Gefahr einer Zerstörung des Endes dos Injektors gibt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Behandlungsgas.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Gas, das eine wirksamere Ausnutzung des Behandlungsgases gestattet und die Bildung warmer Punkte vermeidet, die bei übermäßiger Temperatur an der Mündung des Injektors lokalisiert sind. Zur Lösung dieser Aufgabe stößt man nach der Erfindung in unmittelbarer Nachbarschaft der Mündung des Gasinjektors und im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die des ausgestoßenen Gases des Injektors einen von dem Bad abgenommenen Flüssigkeitsstrom aus.
Diese Art und Weise des Austausches, die durch Bildung einer Vielzahl von Gasblasen in der Flüssigkeit bewirkt wird, läßt die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit auf ein Maximum anwachsen, gewährleistet eine längstmögliche Verweilzeit des Gases in dem Bad und schafft eine turbulente Gasführung, die günstig für den Wärme- und Massenaustausch ist.
Die Erfahrung lehrt also, daß die Gasblasen gewaltsam von der Mündung des Injektors entfernt werden und daß jegliche Wiedergruppierung der Blasen vermieden wird. Dieses Ergebnis bekommt man aufgrund der bemerkenswerten Bewegungsmenge, die durch zusätzliche Flüssigkeitsverlagorung erzeugt wird. Außerdem führt man in das Flüssigkeitsbad während der Behandlung Turbulenzen ein, die eine rasche Homogenisierung der flüssigen Phase und somit eine bessere Wechselwirkung zwischen Gas und zu behandelnder Flüssigkeit begünstigen.
Die Erfindung hat zum Gegenstand auch eine Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit, die eine Aufnahmewanne für ein Flüssigkeitsbad und einen zum Eintauchen darin bestimmten Gasinjektor aufweist und durch eine Leitung zur Zirkulation von Badflüssigkeit gekennzeichnet ist, die in unmittelbarer Nähe der Mündung des Gasinjektors mündet. Vorzugsweise bildet die Flüssigkeitsleitung ein Endteil, das außen am eingetauchten Ende des Injektors in gleicher Richtung wie dieses verläuft und an der Mündung des Injektors endet.
Die Erfindung zielt auf eine bestimmte Zahl von Anwendungen des oben erwähnten Verfahrens und der oben erwähnten Vorrichtung.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergoben sich übrigens aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zeigt, die beispielhalber auf die Läuterung von Blei angewendet wird und in welcher der Injektor eine Gaslanze ist.
Gemäß der Zeichnung enthält eine halbkugelförmige Wanne 1 unreines Blei, wobei die Temperatur des Bades zwischen 5500C und 600°C fluktuiert. Eine Sauerstofflanze 3 taucht tief in das Bad ein, und diese Sauerstofflanze ist in mäßigem Abstand von einer koaxialen Manschette 4 umgeben, die im Abstand einer Mündung 5 der Lanze 3, aber noch in dem Bleibad 2 mit einer Leitung 6 am Ausgang einer Rezirkulationstauchpumpe 8 mit einer Antriebswelle, die bei 9 auftaucht und durch einen Motor 10 angetrieben wird, verbunden ist, wobei die Pumpe 10 flüssiges Blei durch eine Leitung 7 abnimmt, die in der Nähe des Bodens der Wanne 1 angeordnet ist. Die Sauerstofflanze 3 besitzt einen geradlinigen Endteil in dem Bleibad, welcher gegenüber der Vertikalen in einem Winkel von etwa 40° geneigt ist.
Die Rezirkulationspumpe besteht aus Stahl, rostfreiem Stahl oder einer Metallegierung oder aus Keramik oder Graphit, oder die Rezirkulationspumpe und die Leitungen 4,6 und 7 bestehen aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einer Innenauskleidung aus Keramik oder Graphit, oder aus sogenanntem Verbundmaterial, um einen chemischen oder thermischen Angriff auf die Pumpe und die Leitungen zu vermeiden.
Im Betrieb während der Läuterung wird industrieller Sauerstoff, d. h. beinahe reiner Sauerstoff, in das flüssige Bleibad eingeführt.
Gleichzeitig befördert die Rezirkulationspumpe 8 in die Ringleitung 11 zwischen der Sauerstofflanze 3 und der Manschette 4 einen Durchsatz von flüssigem Blei, der von dem Bleibad abgenommen wird und der um den aus der Lanze 3 austretenden Sauorstoffstrom herum austritt. Die Wirkung des Bleistromes schützt das Ende der Lanze durch die von ihm hervorgerufene Entfernung der Sauerstoffblasen, und diese Wirkung wird durch die Neigung der Lanze noch begünstigt. Außerdem begünstigt die Bleizirkulation das Umrühren des Bades.
Obwohl bei den meisten Anwendungen die Mündungen der Leitungen für das Gas und die Schutzflüssigkeit koaxial sind, ist es manchmal wegen der geringeren Dichte des Gases gegenüber derjenigen der Flüssigkeit wünschenswert, die Mündung des Gasinjektors in gleicher Richtung zu dem unteren Teil des Abschnittes der Leitung für die Schutzflüssigkeit anzuordnen, um besser Nutzen ander Mitnahme der Blasen und der längeren Verweilzeit des Gases in dem Flüssigkeitsstrom zu ziehen. Aus dem gleichen Grund ist es immer bevorzugt, die Austrittsachsen in der gleichen vertikalen Ebene zu halten.
-3- 301 971 Ausführungsbofsplelo
Beispiel 1: Läuterung von Blei
Ein spezieller Anwendungsfall der Erfindung entspricht der Beseitigung von Antimon, Arsen und Zinn aus flüssigem Blei mit Hilfe von gasförmigem Sauerstoff. Die bevorzugte Affinität des Sauerstoffes zu diesen Verunreinigungen gestattet ihre Abtrennung in der Form von Oxiden, die sich in der Schlacke ansammeln. Die derzeitige Technik verwendet eine Einführung von mit Sauerstoff angereicherter Luft (60% O2) durch eine vertikal in das Bad eingetauchte Lanze.
Ein typischer Läuterungsbetrieb findet in einer halbkugelförmigen Wanne mit einer Tiefe von 2m statt, die 200t Blei enthält. Die Temperatur des Bades fluktuiert zwischen 55O0C und 600°C, Der Läuterungszyklus beträgt 20 Stunden, wenn man nicht mit Sauerstoff angereicherte Luft einbläst. Mit ainem Gemisch von 50% Luft und 50% Sauerstoff wird die Dauer auf 12 Stunden reduziert. Wenn man reinen Sauerstoff ohne zusätzliche Vorkehrung einbläst, wird die Lanze rasch zerstört. Man bemerktauch, daß die hohe Sauerstoffkonzentration einen merklichen Anstieg der Bloiverluste in der Form von PbO in der Schlacke hervorruft. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, benutzt man nach der vorliegenden Erfindung einen erzwungenen Durchsatz von flüssigem Blei, um das Einblasen von reinem Sauerstoff zu unterstützen, wie oben in der Zeichnungsbeschreibung ausgeführt ist. Die oben beschriebene Technik, die die Benutzung einer Pumpe aus Stahl erfordert, ist leicht für ein kontinuierliches Verfahren zur Behandlung von Blei oder anderen Metallbädern mit einem Schmelzpunkt unterhalb 7500C anwendbar.
Beispiel 2: Nahrungsmittelindustrie
Die Kühlung von Nahrungsmittelpulpeflüssigkeiten durch kryogene Fließmittel ist schwierig aufgrund des raschen aber lokalisierten Erstarren des Bades, was den Austritt des kalten Fließmittels aus dem Injektor blockiert. Die erzwungene Rezirkulation eines Teils dieser Pulpe um das kryogene Fließmittel herum gestattet eine bessere Kälteverteilung und begünstigt gleichzeitig Turbulenzen. Sehr häufig ist der Behälter, in welchem diese Operation stattfindet, mit einem mechanischen Rührer ausgestattet. Obwohl die beiden Techniken miteinander verträglich sind und einander ergänzen können, zeigte sich, daß im Falle dichter Pulpen die Energieausbeute des Rührens durch erzwungene Konvektion der „Träger"-Flüssigkeit besser als diejenige des mechanischen Rührens ist.
Beispiel 3: Delignifizierung von Cellulose
Das Einblasen von Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid kann erheblich durch die Rezirkulation des Breies mit einem Strom verbessert werden, der um die Mündung des oxidierenden Fluids fließt.
Beispiel 4: Entgasung von Aluminium
Um den Wasserstoffgehalt von flüssigem Aluminium zu vermindern, bläst man ein neutrales Gas, wie Stickstoff, Argon, Schwefelhexafluorid, manchmal mit einer Chlorzugahe, ein. Dieses Gas wird durch poröse hitzebeständigo Stopfen eingespritzt, die die Gasblasen mit sehr niedriger Geschwindigkeit verlassen. Die Wechselwirkung der Blasen und des Aluminiums ist gering und die Behandlungsausbeute auch. Nach der Erfindung führt man eine Turbulenz mit einer Pumpe für flüssiges Aluminium ein, wobei deren Raffinierungsgas mit und durch den durch die Pumpe erzwungenen Aluminiumstrom eingeführt wird.
Beispiel 5: Herstellung von Schwefel in flüssiger Phase aus Schwefelwasserstoff Die Umsetzung H2S(g| -r V?O2|a| —> Sm + H2O erfolgt kontinuierlich, indem man die Gase in flüssigen Schwefel in Gegenwart eines Katalysators einbläst. Die Ausbeute der Reaktion steigt mit einem höheren Sauerstoffpartialdruck. Man kann reinen Sauerstoff einblasen, wenn man ihn mit einem Durchsatz von flüssigem Schwefel einführt, um den warmen Punkt von dem Ende des Injektors zu entfernen. Die Rezirkulation von flüssigem Schwefel erfolgt mit einer Mstallpumpe.
Beispiel 6: Behandlung oder Regenerierung verschiedener Flüssigkeiten
Das Verfahren nach der Erfindung findet bevorzugte Anwendung bei der Behandlung von Industrieausläufen mit Sauerstoff, bei der Regulierung des pH-Wertes von Industrieausläufen, von Brauchwasser und in industriellen Verfahren wie für die Papierindustrie, für den Färbereibetrieb und die Gorberei sowie die Denitrifizierung von Trinkwasser mit Wasserstoff.

Claims (14)

1. Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Behandlungsgas, das man mit Hilfe eines in
ein Bad (2) dieser Flüssigkeit eingetauchten Gasinjektors (3) einbläst, gekennzeichnet dadurch, daß man in unmittelbarer Nähe der Mündung des Gasinjektors und im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die des aus dem Injektor ausgestoßenen Gases einen von dem Bad abgenommenen Flüssigkeitsstrom ausstößt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man in dem Bad die Flüssigkeit zu der Mündung des Gasinjektors rezirkulieren läßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Flüssigkeitsstrom den Gasinjektor umgibt und an der Mündung des Injektors freigegeben wird.
4. Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit mit einer Aufnahmewanne (1) für ein Flüssigkeitsbad (2) und mit einem in die Wanne eintauchenden Gasinjektor (3), gekennzeichnet durch eine Zirkulationsleitung (7,6,4) für Flüssigkeit des Bades, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Mündung (5) des Gasinjektors (3) mündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zirkulationsleitung für die Flüssigkeit einen Abschnitt (7) aufweist, der sich in der Wanne (Din Nachbarschaft zum Wannenboden erstreckt, und eine Zirkulationspumpe (8) für Badflüssigkeit besitzt, die in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Mündung (5) des Gasinjektors (3) mündet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zirkulationsleitung für die Flüssigkeit einen im wesentlichen in gleicher Richtung verlaufenden Endteil (4) außerhalb des eingetauchten Endes des Injektors (3) aufweist, der an der Mündung (5) des Injektors endet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Endteil (4) koaxial außerhalb des Endes des Injektors (3) liegt und an der Mündung (5) des Injektors endet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Gesamtheit der Zirkulationsleitung (7,6,4) in dem Flüssigkeitsbad (2) eingetaucht ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Gasinjektors in einem Winkel in der Größenordnung von 40° gegenüber der Vertikalen geneigt ist.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit während der Behandlung eine metallische Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt gleich wie oder geringer als 75(TC ist.
11. Anwendung nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Flüssigkeit von einem oder mehreren Metallen, wie Blei, Aluminium, Zink, Cadmium, Magnesium, Zinn, Lithium, Natrium, Arsen oder Antimon gebildet ist, während das Behandlungsgas von einem oder mehreren Gasen, wie CO2, CO, H2, O2, N2, Argon, Wasserdampf, SO2, SF6, CH4, Kohlenwasserstoffen oder Cl2, gebildet ist.
12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche! bis 3 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit während der Behandlung eine zu kühlende Nahrungsmittelpulpenflüssigkeit ist und daß das Behandlungsgas ein kryogenes Gas ist.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit während der Behandlung eine mit Hilfe von Sauerstoffgas, Industriesauerstoff oder Wasserstoffperoxid zu delignifizierende Papiermassenflüssigkeit ist.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit während der Behandlung Schwefel und das Gas H2S und O2 ist.
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