DE102022104847A1

DE102022104847A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102022104847A1
Application number: DE102022104847.0A
Authority: DE
Inventors: Antonio Delgado; Hans Hohagen; Anuhar Osorio Nesme; Man-gi Cho
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2023165927A1; KR20230129910A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit (4). Die Vorrichtung umfasst ein erstes Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit (4) und ein zweites Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit (4). Das zweite Becken ist in Richtung der Gravitation tiefer angeordnet als das erste Becken.Das erste Becken ist über zumindest eine Leitungseinrichtung (6) mit dem zweiten Becken verbunden. Dabei wird das zweite Becken über die Leitungseinrichtung (6) mit Flüssigkeit (4) aus dem ersten Becken gespeist. Die Leitungseinrichtung (6) bildet zumindest einen Kanal aus, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausgebildet wird. Die Flüssigkeit (4) wird zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft durch den Kanal in das zweite Becken geleitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines Zweiphasensystems aus einer Flüssigkeit und einem Gas. Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise eine Kolonne.
Bei der Behandlung von Flüssigkeiten in Kolonnen kommt es in der Praxis häufig zu einer unerwünschten Bildung von Schaum.
Nach Stand der Technik werden häufig strukturierte Kolonnenpackungen zur Vermeidung einer unerwünschten Bildung von Schaum verwendet. Strukturierte Kolonnenpackungen sind beispielsweise aus dem US-amerikanischen Patent US 10,150,054 B1 bekannt. Strukturierte Kolonnenpackungen werden üblicherweise aus Metall- oder Kunststoffplatten hergestellt. Sie sind in einer bestimmten Richtung in Bezug auf die horizontale Achse angeordnet, um gegenüberliegende Kanäle zu erzeugen, die zwischen 45° und 60° liegen. Nach Stand der Technik sind die strukturierten Packungen darauf optimiert, große Oberflächen mit möglichst kleinem Druckabfall der gasförmigen Phase zu verbinden. Solche Packungen beschränken sich in der Regel auf kleine Flüssigkeitsmengen, welche die Oberfläche der Packungen ohne spezifische Führung der Fließprozesse unter Bildung von zufällig verlaufenden Rinnsalen und Tropfen berieseln. Hierdurch kommt es zur Entstehung von Gaseinschlüssen an zufälligen Orten und somit zu einer Bildung von Primärschaum. Die beim Fließen durch die Packung auf den Schaum zufällig entstehende mechanische Wirkung führt zu einem stabilen Sekundärschaum, der die Funktion der Kolonne bis hin zu deren völligen Ausfall beeinträchtigt.
Bei den nach dem Stand der Technik bekannten strukturierten Kolonnenpackungen gibt es dennoch keinerlei Maßnahmen zur Prävention oder Inhibierung von Schaum. Die zugleich engen Räume zwischen den strukturierten Elementen machen eine Schaumzerstörung durch die ansonsten nach dem Stand der Technik beispielsweise bekannten dynamischen (etwa durch motorisch angetriebene Systeme), thermischen (etwa durch Wärmeüberträger oder Mikrowellen) oder akustischen Verfahren (etwa durch akustische Aktoren) kaum möglich.
Nach Stand der Technik sind außerdem nichtstrukturierte Kolonnenschüttungen aus Füllkörpern bekannt. Auch hier steht die Maximierung der Oberfläche bei gleichzeitiger Minimierung des Druckabfalls im Fokus des Einsatzes. Sowohl Schaumprävention und -inhibierung als auch aktive Schaumbekämpfung durch dynamische, thermische oder akustische Vorrichtungen fehlen in der Praxis bisher völlig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll die Prävention oder Inhibierung von Schaum verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 22 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind dazu jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nach Maßgabe der Erfindung ist die Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit vorgesehen. Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise eine Kolonne. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit und ein zweites Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit. Die Vorrichtung kann auch mehrere erste Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit und/oder mehrere zweite Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit umfassen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung die gleiche Anzahl an ersten Becken und an zweiten Becken. Vorzugsweise korrespondieren dabei jeweils ein erstes und zweites Becken zueinander bzw. sind jeweils ein erstes und zweites Becken einander funktional zugeordnet. Die mehreren ersten Becken liegen vorzugsweise jeweils auf einer übereinstimmenden ersten Höhe bezüglich der Richtung der Gravitation. Auch die mehreren zweiten Becken liegen vorzugsweise jeweils auf einer übereinstimmenden zweiten Höhe bezüglich der Richtung der Gravitation. Die nachfolgend für eine Vorrichtung mit einem ersten Becken und einem zweiten Becken beschriebenen Merkmale gelten entsprechend jeweils auch für mehrere erste Becken und/oder mehrere zweite Becken.
Das zweite Becken ist in Richtung der Gravitation tiefer angeordnet als das erste Becken. Vorzugsweise ist das zweite Becken in Richtung der Gravitation unterhalb des ersten Beckens angeordnet. Das erste Becken ist über zumindest eine Leitungseinrichtung mit dem zweiten Becken verbunden. Das zweite Becken wird dabei über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist. Das zweite Becken kann nur teilweise über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist werden. Vorzugsweise wird zweite Becken vollständig über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist.
Die Leitungseinrichtung bildet zumindest einen Kanal aus, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausbildbar ist. Vorzugsweise ist dabei eine ununterbrochene Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausbildbar. Unter einer „ununterbrochenen Flüssigkeitsverbindung“ wird dabei insbesondere verstanden, dass das erste und zweite Becken derart mittels der Flüssigkeit verbunden sind, dass (im Falle einer leitfähigen Flüssigkeit) elektrischer Strom allein durch die Flüssigkeit vom ersten zum zweiten Becken fließen könnte.
Die Flüssigkeit ist zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft durch den Kanal in das zweite Becken leitbar. Die Gravitationskraft äußert sich dabei insbesondere in Form der aus der Gravitationskraft auf die Flüssigkeit resultierenden Hangabtriebskraft. Die Zentrifugalkraft entsteht vorzugsweise aufgrund der Drehbewegung der Flüssigkeit.
Die Leitungseinrichtung ist vorzugsweise statisch angeordnet. Die Leitungseinrichtung ist also insbesondere nicht drehbar ausgestaltet.
Vorzugsweise sind auch mögliche Bestandteile der Leitungseinrichtung nicht drehbar ausgestaltet.
Vorzugsweise kommt es bei der Überleitung der Flüssigkeit vom ersten Becken in das zweite Becken zu keiner Agitation oder nur zu einer vernachlässigbaren Agitation der Flüssigkeit. Vorzugsweise strömt die Flüssigkeit laminar.
Vorzugsweise wird die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft durch eine Krümmung des Kanals vorgegeben. Vorzugsweise ist die Krümmung des Kanals so bemessen, dass die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft die auf die Flüssigkeit wirkende Gravitationskraft übertrifft. Vorzugsweise liegt der Betrag der Zentrifugalkraft dabei in einem Bereich zwischen dem Zweifachen und dem Fünfzigfachen, besonders bevorzugt zwischen dem Fünffachen und dem Zehnfachen, des Betrags der Gravitationskraft. Die auf die Flüssigkeit wirkende Zentripetralbeschleunigung liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20 m/s² und 500 m/s², besonders bevorzugt zwischen 50 m/s² und 100 m/s². Die Zentrifugalkraft ist dabei die durch die Zentripetralbeschleunigung verursachte Trägheitskraft.
Durch die Ausgestaltung des Kanals wird vorzugsweise die Gesamtbeschleunigung entlang der Bewegungsbahnen der Flüssigkeit begrenzt, die sich aus der vektoriellen Summe der Zentripetral- und Gravitationsbeschleunigung ergibt. Die Gesamtbeschleunigung nimmt vorzugsweise Werte im Bereich zwischen dem Wert der Gravitationsbeschleunigung und dem 51-fachen der Gravitationsbeschleunigung an, besonders bevorzugt Werte im Bereich zwischen dem Fünffachen und dem 20-fachen der Gravitationsbeschleunigung. Die vorzugsweise Begrenzung der Werte korrespondiert zu einer Begrenzung der Trägheitskräfte. Vorzugsweise kann dadurch verhindert werden, dass es zu einem Aufreißen der Oberfläche und somit zu einem Gaseinschluss und/oder zu einer Entstehung neuer Oberflächen kommt.
Vorteilhafterweise bilden sich bei der Überleitung der Flüssigkeit vom ersten Becken in das zweite Becken keine Blasen und es entsteht kein Schaum.
Vorteilhafterweise beruht die Erfindung ausschließlich auf physikalischen Maßnahmen. Eine Kontamination durch Beigabe von technischen Substanzen entfällt daher. Insbesondere werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und beim erfindungsgemäßen Verfahren chemische Kontaminationen vermieden.
Durch die Vermeidung von chemischen Kontaminationen entfällt weiterhin eine potentielle Gefährdung der Produktnutzer und/oder Produktkonsumenten. Insbesondere entfällt die Gefahr bei solchen Produkten, die direkt oder indirekt mit dem Körper des Konsumenten in Berührung (etwa Waschmittel und Kosmetika) kommen, oder die der Konsument im Rahmen seiner Ernährung oder Gesundheitspflege (Lebensmittel und pharmazeutische Produkte) zu sich nimmt.
Durch die Vermeidung von chemischen Kontaminationen entfällt auch der technische, personelle und/oder finanzielle Aufwand zur Nachbereitung bzw. Aufbereitung von chemisch kontaminierten Produkten. Der Einsatz zusätzlicher monetärer, personeller, energetischer und stofflicher Ressourcen kann vorteilhafterweise eingespart werden.
Das erfindungsgemäß rein physikalische Schaummanagement verhindert vorteilhafterweise chemischen Abfall und schützt somit die Umwelt.
In der Regel bewirkt die Beigabe von chemischen Substanzen außerdem eine Verringerung bzw. Verlangsamung der Transportphänomene. - Durch den Einsatz von ausschließlich physikalischen Maßnahmen kann das Verfahren vorteilhafterweise mit einem effizienten Transport von Stoff oder thermischer Energie durchgeführt werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Prozessstabilität erhöht, die Prozesszeiten verkürzt, die Ressourceneffizienz gesteigert und Umweltbelastungen vermieden.
Durch die Vermeidung einer Agitation an freien Flüssigkeitsoberflächen durch äußere Kräfte wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhafterweise präventiv auf die Entstehung von Blasen und somit die Bildung von unerwünschtem Schaum.
Eine Blasenbildung kann in der Praxis beispielsweise etwa durch Änderung der Gaslöslichkeit oder aber durch thermische Effekte unter bestimmten, notwendigen Prozessbedingungen nicht vollständig vermieden werden. - Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Vorrichtung und Verfahren inhibiert jedoch die Schaumbildung. Dadurch lassen sich die möglichen Störungen durch unerwünschten Schaum vorteilhafterweise erheblich reduzieren oder gar vollständig vermeiden.
In der betrieblichen Praxis stellt außerdem stabiler Sekundärschaum eine befürchtete Quelle für Prozessstörungen durch unerwünschten Schaum bis hin zum vollständigen Prozessabbruch dar. Dabei kann Sekundärschaum sogar ein vollständiges Fluten einer Anlage mit drastischen technischen und ökonomischen Nachteilen verursachen. - Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Vorrichtung und Verfahren vermeidet die Bildung von Schaum und folglich auch von Sekundärschaum. Dort wo dies nicht vollständig möglich ist, sorgt die erfindungsgemäße Inhibierung der Entstehung von Schaum direkt für eine Reduzierung der Sekundärschaummenge. Insbesondere werden im Rahmen der Erfindung keine spezifischen Mechanismen der Sekundärschaumbildung angeregt. Somit entfällt vorteilhafterweise die Gefahr der Bildung von stabilem Sekundärschaum.
Bei der Überflutung einer Produktionsanlage durch das Auftreten von unerwünschtem Schaum werden hohe Reinigungskosten und eine hohe Umweltbelastung verursacht. Dabei wiegt die Verunreinigung besonders schwer bei biotechnologischen Prozessen, wie bei der Herstellung von Lebensmitteln, Getränken und Pharmaka, die häufig eine aseptische Produktion erfordern, um die mikrobiologische Produktsicherheit zu gewährleisten. - Gemäß der Erfindung entfällt vorteilhafterweise die Gefahr von hohen Reinigungskosten und hoher Umweltbelastung nach Überflutung.
Im Unterschied zu den thermischen Schaummanagementverfahren erfordert die Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise keinerlei Temperaturerhöhung oder Verringerung der Temperatur des Produktes. Dies reduziert vorteilhafterweise drastisch den Einsatz von Primärenergie, von Investitionen für die thermischen Anlagen zur Schaumbekämpfung und von Umweltbelastungen nebst der damit verbundenen CO₂-Bepreisung.
Da vorteilhafterweise keine thermische Energie eingesetzt wird, besteht keine Gefahr einer thermischen Produktzersetzung. Dies stellt einen erheblichen Vorteil für thermisch empfindliche, schaumgefährdete Produkte dar, deren Qualität sich ansonsten bis hin zu einem Zustand der völligen Unbrauchbarkeit verschlechtern kann.
Weiterhin wird vorteilhafterweise ein Fouling durch thermische bedingte Produktanhaftungen an den Anlagenwandungen vermieden. Dadurch können die folgenden beispielshaften negativen Konsequenzen von Produktanhaftungen vermieden werden: (i) die Verringerung der Wärmeübertragung, (ii) die selbstverstärkende Inhibierung der Wärmeübertragung durch Zunahme der Dicke der Foulingschicht, (iii) höhere thermische Dissipation, (iv) längere Prozesszeiten, (v) die Gefahr von stofflichen Kontaminationen aus der Foulingschicht, (vi) Gefahr der Verstopfung von Strömungselementen durch partikuläre Foulingpartikel und (vii) erhebliche gesteigerter Reinigungsaufwand.
Im Vergleich zu der Schaumzerstörung mit rotierenden Systemen bedarf die erfindungsgemäße Ausgestaltung vorteilhafterweise keiner rotatorischer Energie, die in der Regel von einer motorischen Antriebseinheit bereitgestellt wird. Dabei handelt es sich zumeist um einen Elektro- oder Verbrennungsmotor. Dadurch entfallen zugleich alle ökonomischen, technischen und umwelttechnischen Nachteile, die solche Antriebe mit sich bringen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaummanagements erfordert vorteilhafterweise keine von außen vorzunehmende Änderung des Prozessdrucks. Dies bedeutet einen erheblichen Vorteil etwa gegenüber einer Vakuumzentrifuge, die mit hohem Energieeinsatz einen Unterdruck aufbaut, oder Düsen, welche die von einer Pumpe bereitgestellte mechanische Energie zu einem erheblichen Anteil zu dissipieren vermögen. Vorteilhafterweise werden daher hohe Einsparungen an Anlageninvestitionen und Energie erzielt.
Im Gegensatz zu bekannten Schaumzerstörungssystemen beispielsweise mit statischen und rotierenden sowie mit akustischen Wellen und Tropfen, die ihre erst beim Vorliegen von Schaum ihre Wirkung entfalten, wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise präventiv auf die Entstehung von Blasen und somit die Bildung von unerwünschtem Schaum.
Vorteilhafterweise verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren keine akustische Energie. Es werden keine Mechanismen angeregt, die zu einer Lärmbelastung führen könnten. Hieraus ergibt sich nicht nur der Vorteil der Vermeidung von Lärmbelastung, sondern auch des Wegfalls der erforderlichen, zuweilen hohen Energie zur Erzeugung der Schallwellen.
Durch bereits die Verhinderung der Schaumentstehung besteht außerdem vorteilhafterweise keine Wirkungsabhängigkeit von der Schaumtopologie (wie etwa bei der Beregnung mit arteigener Flüssigkeit) oder von der Schaummenge (wie etwa bei akustischen Schaummethoden).
Weiterhin wird vorteilhafterweise trotz einer kompakten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine große Kontaktfläche der Flüssigkeit für eine Reaktion mit einer Gasphase bereitgestellt.
Nach Maßgabe der Erfindung ist das Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit in einer Vorrichtung, vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit und ein zweites Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit. Die Vorrichtung kann auch wie oben beschrieben mehrere erste Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit und/oder mehrere zweite Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit umfassen. Das zweite Becken ist in Richtung der Gravitation tiefer angeordnet ist als das erste Becken. Vorzugsweise ist das zweite Becken in Richtung der Gravitation unterhalb des ersten Beckens angeordnet. Das erste Becken ist über zumindest eine Leitungseinrichtung mit dem zweiten Becken verbunden. Das zweite Becken wird dabei über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist. Das zweite Becken kann nur teilweise über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist werden. Vorzugsweise wird zweite Becken vollständig über die Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist.
Die Leitungseinrichtung bildet zumindest einen Kanal aus, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausgebildet wird. Vorzugsweise ist dabei eine ununterbrochene Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausbildbar. Die „ununterbrochene Flüssigkeitsverbindung“ wird dabei insbesondere wie oben beschrieben verstanden.
Die Flüssigkeit wird zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft durch den Kanal in das zweite Becken geleitet. Die Gravitationskraft äußert sich dabei insbesondere in Form der aus der Gravitationskraft auf die Flüssigkeit resultierenden Hangabtriebskraft. Die Zentrifugalkraft entsteht vorzugsweise aufgrund der Drehbewegung der Flüssigkeit.
Die weiteren oben zur erfindungsgemäßen Vorrichtung genannten bevorzugten Merkmale und Vorteile ergeben sich ebenso für das erfindungsgemäßes Verfahren.
Die nachfolgenden vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung können sowohl mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden. Insbesondere können dabei Vorrichtungsmerkmale auch auf das erfindungsgemäße Verfahren bezogen werden und Verfahrensmerkmale auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bezogen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Becken an seinem Boden zumindest einen trichterförmigen Übergangsbogen mit stetiger Krümmung, vorzugsweise mit in Trichterrichtung kontinuierlich steigender Krümmung, auf. Der trichterförmige Übergangsbogen mündet in die Leitungseinrichtung. Unter „trichterförmig“ wird dabei vorzugsweise die Form eines Trichters ohne Trichterhals verstanden. Die Leitungseinrichtung könnte in diesem Zusammenhang auch als der Trichterhals verstanden werden, der zusammen mit dem trichterförmigen Übergangsbogen einen Trichter bildet.
Nach der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Flüssigkeit vom trichterförmigen Übergangsbogen zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft in den Kanal einleitbar. Vorzugsweise bewirkt dabei die Trichterform des Übergangsbogens eine Drehbewegung der Flüssigkeit. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit fortwährend vom trichterförmigen Übergangsbogen zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft in den Kanal einleitbar. Verfahrensmäßig formuliert wird die Flüssigkeit (vorzugsweise fortwährend) vom trichterförmigen Übergangsbogen zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft in den Kanal eingeleitet. Zwischen dem Übergangsbogen und dem Kanal ist ein stetiger Übergang vorgesehen. Vorzugsweise sind dabei die Krümmung des Kanals und die Krümmung des Übergangsbogens aufeinander abgestimmt.
Vorzugsweise besteht zwischen dem Übergangsbogen und dem Kanal Krümmungskontinuität. Unter Krümmungskontinuität versteht man vorzugsweise die Parität des Krümmungsradius am Übergang und den daraus resultierenden glatten Krümmungsübergang. Die Flüssigkeit tritt vorzugsweise mit möglichst geringer Impulsänderung aus dem ersten Becken aus und in den Kanal ein. Von Vorteil ist, dass dabei keine oder nur vernachlässigbare Agitationskräfte auftreten. Vorteilhafterweise bilden sich daher keine Blasen und es entsteht kein Schaum.
Vorzugsweise wird die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft durch Krümmung des Übergangsbogens und/oder des Kanals vorgegeben. Vorzugsweise ist die Krümmung des Übergangsbogens und/oder des Kanals so bemessen, dass die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft die auf die Flüssigkeit wirkende Gravitationskraft übertrifft. Vorzugsweise liegt der Betrag der Zentrifugalkraft dabei in einem Bereich zwischen dem Zweifachen und dem Fünfzigfachen, besonders bevorzugt zwischen dem Fünffachen und dem Zehnfachen, des Betrags der Gravitationskraft. Die auf die Flüssigkeit wirkende Zentripetralbeschleunigung liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20 m/s² und 500 m/s², besonders bevorzugt zwischen 50 m/s² und 100 m/s². Die Zentrifugalkraft ist dabei die durch die Zentripetralbeschleunigung verursachte Trägheitskraft.
Durch die Ausgestaltung des Übergangsbogens und/oder des Kanals wird vorzugsweise die Gesamtbeschleunigung entlang der Bewegungsbahnen der Flüssigkeit begrenzt, die sich aus der vektoriellen Summe der Zentripetral- und Gravitationsbeschleunigung ergibt. Die Gesamtbeschleunigung nimmt vorzugsweise Werte im Bereich zwischen den Wert der Gravitationsbeschleunigung und dem 51-fachen der Gravitationsbeschleunigung an, besonders bevorzugt Werte im Bereich zwischen dem Fünffachen und dem 20-fachen der Gravitationsbeschleunigung. Die vorzugsweise Begrenzung der Werte korrespondiert zu einer Begrenzung der Trägheitskräfte. Vorzugsweise kann dadurch verhindert werden, dass es zu einem Aufreißen der Oberfläche und somit zu einem Gaseinschluss und/oder zu einer Entstehung neuer Oberflächen kommt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Krümmung des trichterförmigen Übergangsbogens so bemessen, dass die aus der Gravitationskraft auf die Flüssigkeit resultierende Hangabtriebskraft und die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft beim Einfließen der Flüssigkeit in den trichterförmigen Übergangsbogen begrenzt sind.
Die Flüssigkeit wird durch die Krümmung des trichterförmigen Übergangsbogens vorzugsweise in eine Drehbewegung versetzt. Die Geschwindigkeit dieser Drehbewegung nimmt vorzugsweise kontinuierlich zu, vorzugsweise von einer sehr kleinen Geschwindigkeit im ersten Becken bis hin zu einer rein gravitationsbedingten Fallgeschwindigkeit.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeit unter zusätzlicher Einwirkung der durch den Kanal bewirkten Kapillarkraft im Kanal geführt. Vorzugsweise ist dazu die Geometrie des Kanals so angepasst, dass eine Kapillarkraft auf Flüssigkeit wirkt. Vorzugsweise stabilisiert die Kapillarkraft die freie Oberfläche der Flüssigkeit, das heißt die Gas-Flüssigkeits-Oberfläche.
Vorteilhafterweise verhindert diese Stabilisierung ein Aufreißen der Oberfläche der Flüssigkeit und somit mögliche Gaseinschlüsse und die daraus entstehende Bildung von Schaum.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Übergangsbogen zumindest abschnittweise in Form einer Klothoide, einer Sinusoide, einer kubischen Parabel, eines s-förmigen Übergangsbogens nach Schramm und/oder eines Blossbogens ausgebildet.
Eine Klothoide ist dadurch eindeutig bestimmt, dass die Krümmung an jeder Stelle der durch die Klothoide beschriebenen Kurve proportional zur Länge ihres Bogens bis zu dieser Stelle ist. Vorzugsweise wird die Krümmung des Übergangsbogens an eine Klothoide angepasst, um eine stetige Krümmung zu erreichen. Der Übergangsbogen ist dabei also der oben genannte Bogen. Dessen Länge beginnt also am noch horizontal verlaufenden Boden des ersten Beckens. Dort ist die Krümmung Null in Übereinstimmung mit dem zu erwartenden bodenparallelen Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit. Der Übergangsbogen endet dort, wo eine stetige Anpassung der Krümmung an der Geometrie Leitungselements erreicht ist, beispielsweise an eine Innenwand des Leitungselements.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl an ersten Becken, eine Vielzahl an zweiten Becken und eine Mehrzahl an Leitungseinrichtungen. Die Mehrzahl kann dabei der Vielzahl entsprechen oder größer sein. Dabei ist jeweils ein erstes Becken über jeweils eine Leitungseinrichtung mit jeweils einem zweiten Becken verbunden. Das jeweilige zweite Becken wird über die jeweilige Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem jeweiligen ersten Becken gespeist. Das zweite Becken kann dabei nur teilweise über die betreffende Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist werden. Vorzugsweise wird zweite Becken vollständig über die betreffende Leitungseinrichtung mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist.
Die jeweilige Leitungseinrichtung bildet jeweils zumindest einen Kanal aus, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem jeweiligen ersten und dem jeweiligen zweiten Becken ausbildbar ist. Vorzugsweise ist dabei eine ununterbrochene Flüssigkeitsverbindung zwischen dem jeweiligen ersten und dem jeweiligen zweiten Becken ausbildbar. Die „ununterbrochene Flüssigkeitsverbindung“ wird dabei insbesondere wie oben beschrieben verstanden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Querschnittsverengung für einen Durchtritt der Flüssigkeit vom ersten Becken in die Leitungseinrichtung und/oder in den zumindest einen Kanal vorgesehen. Die Flüssigkeit gelangt durch die Querschnittsverengung vom ersten Becken in die Leitungseinrichtung und/oder in den zumindest einen Kanal. Die Querschnittsverengung weist vorzugsweise die Form eines Spalts auf. Die Breite des Spalts liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 mm bis 2,5 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm. Die Querschnittsverengung verhindert vorzugsweise einen Aufstieg von Gas aus dem Kanal in die im ersten Becken aufgenommene Flüssigkeit. Somit wird vorteilhafterweise eine Dispersion des Gases aus dem Kanal in der Flüssigkeit verhindert. Vorteilhafterweise kann dadurch also eine Generierung von Gasblasen und/oder eine Bildung von Schaum verhindert werden.
Im Sinne der Erfindung kann das Gas genauer gesagt ein Dampf sein. Weiterhin kann das Gas ein Aerosol sein. Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff Gas also eine gasförmige Phase verstanden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zumindest eine Kanal spiralförmig, schraubenförmig und/oder helikal verlaufend ausgebildet. Der Kanal wird im Folgenden als helikaler Kanal bezeichnet. Unter dem Begriff „helikaler Kanal“ wird dabei ein Kanal verstanden, der spiralförmig, schraubenförmig und/oder helikal verläuft.
Der helikale Kanal kann sein Gefälle und/oder seine Krümmung bereichsweise variieren. Vorzugsweise weist der helikale Kanal ein konstantes Gefälle und/oder konstante Krümmung auf.
Der helikale Kanal kann vorzugsweise in der Art eines Außengewindes oder in der Art eines Innengewindes vorgesehen sein.
Der helikale Kanal ist vorzugweise so ausgestaltet, dass sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas durch den helikalen Kanal geleitet wird. Die Flüssigkeit kommt also im helikalen Kanal vorzugsweise mit dem Gas in Kontakt. Dabei kann das Gas in Gegenstrom zur Flüssigkeit oder in Gleichstrom zur Flüssigkeit strömen. Dabei kann vorsehen sein, dass das Gas vollständig und/oder ausschließlich durch den helikalen Kanal geleitet wird. Alternativ dazu kann zusätzlich ein radial innenliegender Hohlraum vorgesehen sein. Der radial innenliegende Hohlraum kann zum helikalen Kanal hin zumindest teilweise offen sein. In dieser Ausgestaltung wird das Gas vorzugsweise durch den radial innenliegenden Hohlraum und durch den helikalen Kanal geleitet. Vorzugsweise ist der radial innenliegende Hohlraum zum helikalen Kanal hin offen. Alternativ dazu kann der radial innenliegende Hohlraum vom helikalen Kanal abgetrennt sein.
Vorzugsweise ist der Kanal geometrisch derart ausgestaltet, dass die Zentrifugalkraft aufgrund der im Kanal geführten Bewegung der strömenden Flüssigkeit auf die strömende Flüssigkeit wirkt. Vorzugsweise ist der Kanal geometrisch weiterhin derart ausgestaltet, dass die Flüssigkeit trotz der wirkenden Zentrifugalkraft den Kanal nicht verlassen kann. Die Zentrifugalkraft sorgt vorzugsweise für eine Stabilisierung der freien Flüssigkeitsoberfläche. Insbesondere wird dadurch vorzugsweise eine starke Deformation der freien Flüssigkeitsoberfläche vermieden oder erheblich reduziert. Dadurch werden vorteilhafterweise Lufteinschlüsse vermieden und somit der Schaumbildung vorgebeugt.
Weiterhin ist die Geometrie des Kanals vorzugsweise so angepasst, dass eine Kapillarkraft auf Flüssigkeit wirkt. Vorzugsweise stabilisiert die Kapillarkraft die freie Oberfläche der Flüssigkeit. Es erfolgt vorzugsweise eine möglichst hohe Stabilisierung der Gas-Flüssigkeits-Oberfläche durch die Kapillarkraft. Auch durch das Auftreten der Kapillarkraft kann also eine starke Deformation der freien Flüssigkeitsoberfläche vermieden werden. Vorteilhafterweise werden auch dadurch Lufteinschlüsse vermieden und somit der Schaumbildung vorgebeugt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Leitungseinrichtung ein Hohlbauteil mit helixförmiger Innengeometrie zur Ausbildung zumindest eines helikalen Kanals.
In dieser Ausgestaltung ist der helikale Kanal vorzugsweise in der Art eines Innengewindes an einer innenliegenden Oberfläche des Hohlbauteil vorgesehen. Das Hohlbauteil ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig. Insbesondere weist das Hohlbauteil also im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf. Das Hohlbauteil weist insbesondere einen radial innenliegenden Hohlraum auf.
Das Hohlbauteil kann dünnwandig sein, beispielsweise ein Blech. In diesem Fall kann der helikale Kanal durch ein Verformen des dünnwandigen Hohlbauteils hergestellt sein. Alternativ dazu kann das Hohlbauteil eine massive Wandung umfassen. In diesem Fall kann der helikale Kanal durch eine Art Gewindeschneiden an der innenliegenden Oberfläche des Hohlbauteils hergestellt sein.
In dieser Ausgestaltung ist der helikale Kanal vorzugsweise zum radial innenliegenden Hohlraum hin offen. Das Gas wird dabei vorzugsweise durch den radial innenliegenden Hohlraum und durch den helikalen Kanal geleitet. Im helikalen Kanal kommt die Flüssigkeit also vorzugsweise mit dem Gas in Kontakt. Dabei kann das Gas in Gegenstrom zur Flüssigkeit oder in Gleichstrom zur Flüssigkeit strömen.
Das Hohlbauteil ist vorzugsweise statisch angeordnet. Das Hohlbauteil ist also insbesondere nicht drehbar ausgestaltet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Leitungseinrichtung ein Rohr mit einer darin aufgenommenen Helix. Dabei umfasst die Leitungseinrichtung zumindest einen helikalen Kanal, der zwischen einer Innenwandung des Rohrs und der Helix ausgebildet ist.
Das Rohr und die Helix sind vorzugsweise statisch angeordnet. Vorzugsweise sind weder Rohr noch Helix drehbar ausgestaltet.
In dieser Ausgestaltung bildet die Helix den helikalen Kanal vorzugsweise in der Art eines Außengewindes aus.
Die Helix ist genauer gesagt vorzugsweise eine Stabhelix und/oder eine Schneckenschraube. Die Helix kann dabei einen radial innenliegenden Hohlraum aufweisen. Vorzugsweise weist die Helix keinen radial innenliegenden Hohlraum auf. Die Helix umfasst vorzugsweise einen massiven zentralen Stab. Der Stab ist dabei vorzugsweise kein eigenes Bauteil. Vielmehr ist der Stab vorzugsweise durch das zentrale Zusammenkommen der Gewindeläufe ausgebildet.
Die Helix kann rechtsgängig oder linksgängig sein. Die Helix ist vorzugsweise eine einfache Helix, eine Doppelhelix, eine Dreifachhelix oder eine Vierfachhelix. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist die Helix eine 5-fach bis 16-fach Helix.
Die Helix wird dabei vorzugsweise konzentrisch vom Rohr, das vorzugsweise in Form eines Hohlzylinders ausgestaltet ist, umgeben. Der zumindest eine helikale Kanal ist dabei also einerseits durch die Innenwandung des Rohrs und andererseits durch die Helix begrenzt. Das Rohr sorgt mit seiner Innenwandung vorzugsweise dafür, dass die im helikalen Kanal fließende Flüssigkeit nicht durch die entstehende Zentrifugalkraft aus dem Kanal geschleudert wird. Die Helix, insbesondere ein äußerer Gewindelauf der Helix, ist vorzugsweise fest mit der Innenwandung des Rohrs verbunden. Helix und Rohr sind dabei vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere sind Helix und Rohr derart miteinander verbunden, dass die Berührlinie von Helix und Rohr keine Lücken aufweist und insbesondere dicht ist. Somit wird vorzugsweise ein dichter helikaler Kanal ausgebildet. Besonders bevorzugt sind Helix und Rohr einstückig hergestellt. Die Innenwandung des Rohrs wird bei hinreichend hoher Zentrifugalkraft vorzugsweise Teil der von der Flüssigkeit benetzten Oberfläche.
Das Rohr und die Helix sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ihre gemeinsame Achse in Richtung der Gravitation ausgerichtet ist. Das Rohr und die Helix sind also vorzugsweise vertikal angeordnet.
Der äußere Gewindelauf der Helix bildet vorzugsweise einen Winkel in einem Bereich von 10° bis 70° mit der Innenwandung des Rohrs. Der helikale Kanal weist entsprechend einen im Wesentlichen V-förmigen und/oder im Wesentlichen L- förmigen Querschnitt auf. Dabei verläuft der durch die Innenwandung des Rohrs gebildete Schenkel vorzugsweise vertikal.
Das Rohr weist vorzugsweise einen Innendurchmesser in einem Bereich von 5 mm bis 50 mm, bevorzugt von 5 mm bis 30 mm, auf.
Der helikale Kanal weist vorzugsweise eine Länge in einem Bereich von 50 mm bis 500 mm, bevorzugt von 100 mm bis 300 mm, auf. Unter der Länge des helikalen Kanals wird dabei die von der Flüssigkeit beim Durchlaufen des helikalen Kanals zurückgelegte Strecke verstanden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeit im helikalen Kanal aufgrund der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft zumindest teilweise an der Innenwandung des Rohrs geführt. Die Flüssigkeit kann dabei auch vollständig an der Innenwandung des Rohrs geführt werden. Weiterhin wird die Flüssigkeit im helikalen Kanal vorzugsweise als laminare Strömung geführt.
Da die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrängt wird, bleibt vorzugsweise ein radial innenliegender Bereich des helikalen Kanals frei für das strömende Gas. Das Gas wird also vorzugsweise auch im helikalen Kanal geführt. Dabei kann das Gas in Gegenstrom zur Flüssigkeit oder in Gleichstrom zur Flüssigkeit strömen.
Vorzugsweise sorgt die geometrische Ausgestaltung des Kanals dafür, dass die strömende Flüssigkeit zumindest teilweise an der Innenwandung des Rohrs geführt wird. Diese geführte Bewegung sorgt für die Entstehung der Zentrifugalkraft. Die Innenwandung des Rohrs sorgt dabei vorzugsweise auch dafür, dass die Flüssigkeit trotz der Entstehung der Zentrifugalkraft nicht den Kanal verlassen kann.
Im Sinne der Erfindung kann das Gas genauer gesagt ein Dampf sein. Weiterhin kann das Gas ein Aerosol sein. Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff „Gas“ also eine gasförmige Phase verstanden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die im Kanal geführte Flüssigkeit mit Gas in Kontakt gebracht. Dabei kann das Gas in Gegenstrom zur Flüssigkeit oder in Gleichstrom zur Flüssigkeit strömen. Es wird vorteilhafterweise eine große Kontaktfläche der Flüssigkeit mit der Gasphase bereitgestellt, ohne eine Dispersion des Gases in die Flüssigkeit vorzunehmen. Vorteilshafterweise wird dadurch die Effizienz des Behandlungs- oder Produktionsverfahrens gesteigert, ohne dass es zu einer Entstehung von Gaseinschlüssen und/oder zu einer Bildung von Schaum kommt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übertrifft die Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die im Kanal geführte Flüssigkeit die übrigen auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte, vorzugsweise deutlich übertrifft. Die Zentrifugalkraft wird in diesem Zusammenhang auch als dominierende Kraft bezeichnet. Dabei werden die Kräfte vorzugsweise als vektorielle Größen mit Betrag und Richtung berücksichtigt. Die übrigen Kräfte können die Gravitationskraft und/oder die Kapillarkraft umfassen. Die übrigen Kräfte umfassen insbesondere die vom Gas auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte, insbesondere Deformationskräfte (Tangential- und Normalkraft), und/oder die Trägheitskraft. Unter einem deutlichen Übertreffen wird vorzugsweise der mindestens doppelte Betrag, besonders bevorzugt der 5 bis 100-fache Betrag, verstanden.
Alternativ dazu kann die Einwirkung eines Verbunds aus der Zentrifugalkraft und der Gravitationskraft auf die im Kanal geführte Flüssigkeit die übrigen auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte übertreffen, vorzugsweise deutlich übertreffen. Die Zentrifugalkraft und die Gravitationskraft werden dabei als dominierende Kräfte bezeichnet. In diesem Fall können die übrigen Kräfte zusätzlich zu den vom Gas auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräften, insbesondere Deformationskräfte (Tangential- und Normalkraft), und/oder zusätzlich zur Trägheitskraft noch die Kapillarkraft umfassen.
Alternativ dazu kann die Einwirkung eines Verbunds aus der Zentrifugalkraft, der Gravitationskraft und der Kapillarkraft auf die im Kanal geführte Flüssigkeit die übrigen auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte übertreffen, vorzugsweise deutlich übertreffen. Die Zentrifugalkraft, die Gravitationskraft und die Kapillarkraft werden dabei entsprechend als dominierende Kräfte bezeichnet. In diesem Fall umfassen übrigen Kräfte die vom Gas auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte, insbesondere Deformationskräfte (Tangential- und Normalkraft), und/oder die Trägheitskraft.
Das Vorsehen einer dominierenden Kraft verhindert vorzugsweise ein Aufbrechen der freien Oberfläche der Flüssigkeit. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Einschluss von Gas, eine Bildung von Blasen und ein Entstehen von Schaum verhindert werden.
Vorzugsweise kann die Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die im Kanal geführte Flüssigkeit eine Entfernung von prozessbedingt gegebenenfalls vorhandenen Gasblasen aus der Flüssigkeit bewirken. Die Zentrifugalkraft bewirkt vorzugsweise eine Blasenmigration entstandener Blasen von der flüssigen Phase hin zur Gasphase. Dadurch kommt es vorteilhafterweise zu einer Phasenseparation mit einer verschwindenden Gefahr der Entstehung von unerwünschtem Schaum.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas derart durch das erste Becken und/oder durch das zweite Becken geführt, dass es nicht in Kontakt mit der darin aufgenommenen Flüssigkeit gelangt. Dazu kann die Leitungseinrichtung zumindest eine das erste Becken vollständig durchgreifende erste Gasleitung und/oder zumindest eine das zweite Becken vollständig durchgreifende zweite Gasleitung aufweisen. Die erste und/oder zweite Gasleitung sind vorzugsweise vertikal, das heißt entlang der Richtung der Gravitation, ausgerichtet. Bei der Ausgestaltung, in der die Leitungseinrichtung das Rohr mit der darin aufgenommenen Helix umfasst, durchgreift das Rohr das erste und/oder zweite Becken und/oder weist das Rohr einen ersten axialen Fortsatz auf, welcher das erste Becken (vorzugsweise vollständig) durchgreift, und/oder einen zweiten axialen Fortsatz auf, welcher das zweite Becken (vorzugsweise vollständig) durchgreift. Der erste axiale Fortsatz und/oder der zweite axiale Fortsatz sind vorzugsweise rohrförmig ausgestaltet. Der erste axiale Fortsatz und/oder der zweite axiale Fortsatz können in ihrem Durchmesser vom Durchmesser des Rohrs abweichen. Insbesondere können der erste axiale Fortsatz und/oder der zweite axiale Fortsatz einen kleineren Durchmesser aufweisen als das Rohr. In dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise ein axial innenliegender Hohlraum im Rohr und/oder im ersten und/oder zweiten axialen Fortsatz des Rohrs ausgebildet, durch den das Gas geleitet wird. Weiterhin wird das Gas vorzugsweise durch den helikalen Kanal geleitet. Dazu mündet vorzugsweise der axial innenliegende Hohlraum in den helikalen Kanal und/oder der helikale Kanal in den axial innenliegenden Hohlraum. Beim Einlass des Gases in das Rohr und/oder in den ersten und/oder in den zweiten axialen Fortsatz und/oder in die Gasleitung besteht vorzugsweise kein Kontakt des Gases mit der Flüssigkeit. Beim Auslass des Gases aus dem Rohr und/oder aus dem ersten und/oder in den zweiten axialen Fortsatz und/oder aus der Gasleitung besteht vorzugsweise kein Kontakt des Gases mit der Flüssigkeit. Der Einlass des Gases erfolgt vorzugsweise an einem unteren Ende des Rohrs und/oder des zweiten axialen Fortsatzes und/oder der Gasleitung. Der Auslass des Gases erfolgt vorzugsweise an einem oberen Ende des Rohrs und/oder des ersten axialen Fortsatzes und/oder der Gasleitung.
Das Gas wird vorzugsweise mit einer längenbezogenen Druckdifferenz im Bereich von 2 mbar/m bis 30 mbar/m in das Rohr und/oder in den ersten und/oder in den zweiten axialen Fortsatz und/oder in die Gasleitung eingeleitet.
Das Gas wird dabei vorzugsweise in das untere Ende des Rohrs und/oder des zweiten axialen Fortsatzes und/oder des axial innenliegenden Hohlraums und/oder der Gasleitung eingeleitet.
Das Gas durchströmt vorzugsweise die Gasleitung und/oder das Rohr und/oder den durch Rohr und Helix gebildeten helikalen Kanal und/oder den ersten und/oder zweiten axialen Fortsatz mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/s bis hin zu 70 m/s, bevorzugt von 1 m/s bis 40 m/s, besonders bevorzugt von 5 m/s bis 20 m/s. Dabei wird bei Dämpfen vorzugsweise eine eher niedrige Geschwindigkeit, das heißt bevorzugt eine Geschwindigkeit von 0,1 m/s bis 5 m/s vorgesehen. Bei Rohgasen wird vorzugsweise eine eher hohe Geschwindigkeit, das heißt bevorzugt eine Geschwindigkeit von 10 m/s bis 70 m/s vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Leitungseinrichtung eine Vielzahl von Rohren mit jeweils einer darin aufgenommenen Helix.
Die jeweiligen Rohre mit den jeweils darin aufgenommenen Helizes sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ihre gemeinsame Achse in Richtung der Gravitation ausgerichtet ist. Die jeweiligen Rohre mit den jeweils darin aufgenommenen Helizes sind also vorzugsweise vertikal angeordnet.
Die jeweiligen Rohre mit den jeweils darin aufgenommenen Helizes sind vorzugsweise statisch angeordnet. Vorzugsweise sind weder die Rohre noch die Helizes drehbar ausgestaltet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Becken zumindest einen weiteren Übergangsbogen auf. Der weitere Übergangsbogen kann trichterförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann der weitere Übergangsbogen als ein umgekehrter Trichter entgegen der Richtung der Gravitation angeordnet sein. Darunter wird vorzugsweise ein auf dem Kopf stehender Trichter verstanden. Unter „trichterförmig“ wird dabei vorzugsweise wieder die Form eines Trichters ohne Trichterhals verstanden. Die Leitungseinrichtung könnte in diesem Zusammenhang auch als der Trichterhals verstanden werden, der zusammen mit dem weiteren Übergangsbogen einen umgekehrten Trichter entgegen der Richtung der Gravitation bildet. Weiterhin kann eine weitere Leitungseinrichtung in diesem Zusammenhang auch als Trichterhals verstanden werden, der zusammen mit dem weiteren Übergangsbogen einen Trichter zum Abführen der Flüssigkeit aus dem zweiten Becken bildet.
Der weitere Übergangsbogen weist vorzugsweise eine in Trichterrichtung kontinuierlich steigende Krümmung auf. Vorzugsweise ist diese kontinuierlich steigende Krümmung also entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgebildet.
Der weitere Übergangsbogen kann an einer oberen und/oder unteren Wandung des zweiten Beckens angeordnet sein. Der weitere Übergangsbogen kann mit der Leitungseinrichtung und/oder dem Kanal verbunden sein. Zwischen dem Kanal und dem weiteren Übergangsbogen kann insbesondere ein stetiger Übergang vorgesehen sein. Insbesondere ist die Krümmung von Kanal und weiterer Übergangsbogen vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Es gelten die obigen Erläuterungen im Hinblick auf das Abstimmen der Krümmung.
Vorzugsweise tritt die Flüssigkeit mit möglichst geringer Impulsänderung aus Kanal aus und in das zweite Becken ein. Somit herrschen vorteilhafterweise allenfalls vernachlässigbare Agitationskräfte. Es bilden sich vorteilhafterweise keine Blasen und kein Schaum.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet die Leitungseinrichtung einen einzigen Kanal aus, der vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, so dass die Leitungseinrichtung keinen Kontakt zwischen Flüssigkeit und Gas ermöglicht.
In dieser Ausgestaltung ist die Leitungseinrichtung vorzugsweise im Wesentlichen trichterförmig ausgestaltet. Die Leitungseinrichtung kann dabei auch einen oder mehrere Rohrabschnitte mit gleichbleibendem Durchmesser umfassen. Vorzugsweise bildet die Leitungseinrichtung in dieser Ausgestaltung einen kontinuierlichen Übergang mit dem trichterförmigen Übergangsbogen aus. Insbesondere bildet die Leitungseinrichtung dabei eine kontinuierliche Verlängerung des trichterförmigen Übergangsbogens. Vorzugsweise ist die Leitungseinrichtung in dieser Ausgestaltung einstückig mit dem trichterförmigen Übergangsbogen hergestellt.
Dabei bewirkt vorzugsweise die Trichterform der Leitungseinrichtung eine Drehbewegung der Flüssigkeit. Dies stellt also eine Fortführung der oben bereits für den trichterförmigen Übergangsbogen beschriebenen Wirkung dar. Vorzugsweise nimmt der Durchströmungsquerschnitt des Übergangsbogens und/oder der Leitungseinrichtung und/oder des Kanals in Gravitationsrichtung ab. Dadurch füllt die Flüssigkeit den gesamten Querschnitt aus. Vorteilhafterweise wird keine freie Oberfläche ausgebildet. Daher können dort vorteilhafterweise kein Gaseinschluss, keine Blasen und kein Schaum entstehen.
Die Flüssigkeit wird durch die Leitungseinrichtung zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft in das zweite Becken geführt. Die Leitungseinrichtung kann darüber hinaus eine Verjüngung aufweisen. Im Bereich dieser Verjüngung kann zusätzlich eine Kapillarkraft auf die Flüssigkeit einwirken.
Vorzugsweise ist die Leitungseinrichtung in dieser Ausgestaltung derart angeordnet, dass sie in die im zweiten Becken aufgenommene Flüssigkeit eintaucht. Zusätzlich mündet die Leitungseinrichtung vorzugsweise in einen weiteren Übergangsbogen, welcher vorzugsweise in die im zweiten Becken aufgenommene Flüssigkeit eintaucht ist. Der weitere Übergangsbogen ist vorzugsweise wie oben beschrieben trichterförmig ausgestaltet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Leitungseinrichtung 1 bis 20 Kanäle, bevorzugt 1 bis 16 Kanäle, weiter bevorzugt 1 bis 8 Kanäle, besonders bevorzugt 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Kanäle. Die Kanäle verlaufen vorzugsweise parallel zueinander und/oder rotationssymmetrisch zueinander angeordnet. Bei mehreren Kanälen spricht man auch von einer mehrgängigen Ausführung. Vorteilhafterweise wird die Kontaktfläche zwischen den Phasen, das heißt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas, durch eine mehrgängige Ausführung der Kanäle, insbesondere der helikalen Kanäle, erhöht.
Die Ganghöhe liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 mm bis 400 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 mm bis 200 mm. Im Fall eines oder mehrerer helikaler Kanäle wird die Ganghöhe vorzugsweise als die vertikale Erstreckung einer vollständigen Umdrehung des einen oder der mehreren helikalen Kanäle verstanden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Flüssigkeit eine Funktionsflüssigkeit. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Wasser, Alkohol, Lösungsmittel, Erdöl, Diesel, Schwefelsäure, Quecksilber, Wasserstoffperoxid, Abwasser, Feuerbekämpfungsmittel, Waschmittel, insbesondere Mono- und Diethanolamin, Pflegemittel, Reinigungsmittel, Flüssigkeiten der chemischen Industrie, Flüssigkeiten der Pharmaindustrie, Flüssigkeiten der Lebensmittelindustrie, Flüssigkeiten der Getränkeindustrie, Flüssigkeiten aus der Herstellung von nachhaltigen Energieträgern, und Mischungen davon besteht.
Je nach Verwendungszweck handelt es sich um polare oder unpolare Flüssigkeiten. Die Dichte der Flüssigkeit liegt bevorzugt zwischen 700 kg/m³ und 13600 kg/m³, besonders bevorzugt zwischen 850 kg/m³ und 1500 kg/m³. Die dynamische Viskosität der Flüssigkeit liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 500 mPas, besonders bevorzugt zwischen 1 und 50 mPas. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit liegt vorzugsweise zwischen 15 mN/m und 500 mN/m, besonders bevorzugt zwischen 30 und 100 mN/m.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,001 m/s bis 25 m/s, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 m/s bis 10 m/s. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit kann sich dabei lokal deutlich unterscheiden.
Vorzugsweise wird die aus dem zweiten Becken abfließende Flüssigkeit teilweise wieder in das erste Becken zurückgeführt.
Im Sinne der Erfindung kann das Gas genauer gesagt ein Dampf sein. Weiterhin kann das Gas ein Aerosol sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gas ein Funktionsgas, ein Dampf und/oder ein Funktionsdampf. Das Gas ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Luft, Wasserdampf, Alkoholdampf, Abgas, Verbrennungsabgas, Rauchgas, Erdgas, Biogas, Klärgas, Silane und korrosive Gase, insbesondere HCl und Amine, aus saurem Gas, insbesondere Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, und aus Mischungen davon besteht.
Nichtabschließende Beispiele für die Behandlung einer Flüssigkeit mit einem Gas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder durch das erfindungsgemäße Verfahren sind:

• Die Absorption von im Rauchgas enthaltenem Schwefeldioxid und die Gewinnung von Schwefelsäure.
• Die Rektifikation von Alkoholen, wobei die beiden Phasen durch Alkoholdampf und kondensierten Alkohol gebildet werden.
• Die Abscheidung von Quecksilber aus Verbrennungsabgasen.
• Die reakive Aminwäsche, das heißt das Abtrennen von sauren Gasen, insbesondere Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, aus Erdgas und Biogas meistens durch Mono- und Diethanolamin als Waschmittel.
• Das Entfernen von Silanen und korrosiven Gasen wie HCl oder Amine mit einem Gaswäscher.
• Die oxidierende Gaswäsche von Klärgasen mit Wasserstoffperoxid.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die vorzugsweise als Kolonne ausgestaltete Vorrichtung eine erste Glocke und eine zweite Glocke. Das Gas wird mittels der ersten Glocke im ersten Becken und mittels der zweiten Glocke im zweiten Becken in die Flüssigkeit eingebracht. Die Vorrichtung kann auch mehrere erste Glocken und/oder mehrere zweite Glocken umfassen. Dies ist vorzugsweise bei einer Ausgestaltung Vorrichtung mit mehreren ersten Becken und/oder mehreren zweiten Becken der Fall. Vorzugsweise kooperiert dabei jeweils eine erste Glocke mit einem ersten Becken und/oder kooperiert dabei jeweils eine zweite Glocke mit einem zweiten Becken. Weiterhin können auch mehrere erste Glocken für ein erstes Becken und mehrere zweite Glocken für ein zweites Becken vorgesehen sein.
Das Gas wird vorzugsweise jeweils derart in die Flüssigkeit eingebracht, dass das Gas in der Flüssigkeit gelöst ist und/oder feindispergiert in der Flüssigkeit vorliegt. Dabei bedeutet feindispergiert vorzugsweise die Dispersion von Gas in der Flüssigkeit in Form von Blasen mit einer Größe im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 0,3 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 2 mm. Die Volumenkonzentration des feindispergierten Gases liegt an der Oberfläche der Flüssigkeit vorzugsweise bei 0,52 - 0,95. Als Volumenkonzentration wird dabei das Verhältnis des Volumens des Gases zum Gesamtvolumen bezeichnet. Die Volumenkonzentration nimmt mit dem Abstand von der Oberfläche der Flüssigkeit ab. Die Volumenkonzentration des feindispergierten Gases liegt im Inneren der Flüssigkeit vorzugsweise bei 0,01 - 0,20, besonders bevorzugt bei 0,01 bis 0,10.
Vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auf die soeben beschriebene erste Glocke und zweite Glocke verzichtet. Insbesondere soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeglicher Dispersionsvorgang vermieden werden. Dadurch wird vorteilhafterweise der Bildung von Schaum vorgebeugt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind daher nicht einschränkend zu verstehen. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine schematische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5 schematische Darstellungen einer vierten erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung (a) und einer zweiten Ausgestaltung (b),
6 schematische Darstellungen zu Abwandlungen der dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
7 schematische Darstellungen zu einer weiteren Abwandlung der dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kanals zur Definition des vom erfindungsgemäßen Kanal gebildeten Winkels,
9 eine Auftragung des Druckabfalls gegenüber dem Gasbeladungsfaktor für unterschiedliche Winkel,
10 eine Auftragung des Druckabfalls gegenüber dem Gasbeladungsfaktor für unterschiedliche Anzahlen an Kanalgängen.

Gemäß der Erfindung werden die von unerwünschten, fließfähigen Schäumen verursachten vielfältigen technischen Probleme bei Behandlungs- und Herstellungsprozessen in technischen Anlagen und bei den damit verbundenen Produkten nicht ausschließlich dadurch gelöst, dass die Entstehung von Blasen und damit Schaum rein physikalisch präventiv verhindert oder zumindest inhibiert wird. Um die rein physikalische Prävention der Blasenentstehung technisch umzusetzen, bedarf es erfindungsgemäß eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die - unter Wahrung oder gar Verbesserung der originären Prozess- und Produktziele - die Agitation der freien Flüssigkeit-Gas-Oberflächen in zur Zielerfüllung des Prozesses spezifisch notwendigen Fließprozessen soweit kontrollieren, dass es zu keinem Einschluss vom Gas in der Flüssigkeit kommt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass

a) jede Agitationsanregung gezielt vermieden oder zumindest auf einem möglichst kleinen Niveau gehalten wird und
b) zugleich dem Fließprozess zumindest eine einzige Kraft oder aber ein Verbund von synergetisch Kräften gegen die Agitation der freien Oberfläche so wirkt, dass alle anderen an der freien Oberfläche angreifenden Kräfte dominiert werden und daher die agitatorische Wirkung der anderen Kräfte reduziert oder gar vollständig eliminiert.

Bei den zur Vermeidung von Gaseinschlüssen zu kontrollierenden Kräften geht es um Trägheits-, Druck-, Zentrifugal-, fließbedingte Tangential-/Normal-, Massen- und Kapillarkräfte sowie gegebenenfalls um akustisch induzierte Kräfte.
Zur Umsetzung des obigen Aufzählungspunkts a) gehört es zu der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Verfahren und Vorrichtung, Änderungen des Impulses des fließenden Zweiphasensystems präventiv möglichst klein zu halten oder gar vollständig zu unterbinden, da eine Impulsänderung stets Kräfte erzeugt. Dies vermeidet vorteilhafterweise Agitationsanregungen.
Als nichtausschließliche Beispiele für zu vermeidende Impulsänderungen seien erwähnt etwa die plötzliche Änderung der Größe und der Richtung der Geschwindigkeit eines fließenden Zweiphasensystems durch Anlageneinbauten, das gravitationsangetriebene Ausfließen aus einer Flüssigkeitsansammlung in der Behandlungs- oder Produktionsanlage oder aber das Tropfen von fallender Flüssigkeit auf eine freie Flüssigkeitsoberfläche.
Um dies zu illustrieren, zeigt 1 eine typische Kolonnenanlage nach dem Stand der Technik. Solche Kolonnenanlagen werden in der Regel stationär betrieben, so dass die Massenströme von den zur Erfüllung der Funktion notwendigen Gasen und Flüssigkeiten konstante Werte annehmen. Die Aufgabe der Kolonne besteht darin, Flüssigkeit (4) und Gas (1) unter Bildung einer freien kontinuierlichen Oberfläche oder dispergierten Oberfläche (feindisperse Blasen) so zu führen, dass eine konkrete Behandlung (z.B. Gaswäsche oder thermische Behandlung) oder die Produktion eines bestimmten Produktes (z.B. Feinchemikalie) stattfinden kann. An der freien Oberfläche können beide Phasen nach Stand der Technik in Gleich- oder Gegenstrom geführt werden.
Bei der als Beispiel in 1 gezeigten Gegenstromanlage erzeugt der Impulsaustausch von beiden Phasen an der Oberfläche eine weitere, wichtige Quelle für Kräfte, welche die Oberfläche agitieren können. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Verfahren und Vorrichtung kontrolliert hingegen die damit verbundene Gefahr der Bildung von Gaseinschlüssen und somit von Schäumen.
Wie 1 illustriert, wird bei einer typischen Kolonne nach Stand der Technik die Flüssigkeit (4) auf dem Kolonnenboden (5) (Boden des ersten Beckens) gesammelt. An der Oberfläche der angesammelten Flüssigkeit (4a) stehen Gas (1) und Flüssigkeit (4) in Kontakt, so dass es dort zu Transportphänomenen zwischen den Phasen kommt, worauf der Behandlungs- oder Produktionsprozess beruht. Allerdings geschehen die Transportphänomene dort nur langsam aufgrund der relativ kleinen Kontaktfläche. Mit Hilfe einer sogenannten Glocke (13) wird daher der Gasstrom (2) so umgeleitet, dass er funktionelle feindisperse Blasen (4b) erzeugt, die eine große Oberfläche bieten, um die Transportprozesse zwischen Gas und Flüssigkeit zu beschleunigen. Dies erfordert allerdings eine hohe mechanische Energie (Druckenergie und kinetische Energie), welche in der betrieblichen Praxis in der Regel durch eine rotierenden Turbomaschine bereitgestellt wird.
Erreicht der Flüssigkeitstand in 1 eine Höhe oberhalb derer des Zuflusses der Weiterleitungskomponente (16), so fließt die Flüssigkeit in Gravitationsrichtung und fällt auf die sich darunter befindliche Flüssigkeitsansammlung im sich darunter befindlichen Boden (zweites Becken). Dabei entstehen durch Änderung des Impulses in dem dabei stattfindenden Fließprozess (Strömung) Kräfte, die eine hohe Gefahr für Gaseinschluss und somit für die Bildung von unerwünschten Schäumen mit sich bringen. Beim Zufluss (16a) der Flüssigkeit (4) zur Weiterleitungskomponente (16) ändert sich die Geschwindigkeit von kleinen Werten in der Umgebung der Glocke (13) bis hin zu einer plötzlichen Erhöhung zufolge der Gravitation. Dabei ändert die Geschwindigkeit auch ihre Richtung. Beides erzeugt hohe Kräfte, welche die Flüssigkeitsoberfläche (17a) aufreißen und zur Blasenbildung führen.
Zur Veranschaulichung der Lösung dieses Problems zeigt 2 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung. Zweckmäßig bleibt in dieser Ausführung die funktionelle, feindisperse Gasverteilung an der Glocke (13) gegenüber dem Stand der Technik unverändert. Mit Bezug auf die Änderung von Größe und Richtung der Geschwindigkeit sieht das erfindungsgemäße Verfahren zunächst vor, dass der Zufluss (6a) zu der Leitungseinrichtung (6) nicht an der Gas-Flüssigkeit-Oberfläche angrenzt, sondern bündig mit der Höhe des Kolonnenbodens (5) beginnt. Dies verringert die Gefahr des Gaseinschlusses erheblich. Darüber hinaus leitet ein Übergangsbogen (7a) der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung die in der Nähe der Glocke (13) mit kleiner, horizontaler Geschwindigkeit fließender Flüssigkeit (6a) zu der von der Gravitation beschleunigten Flüssigkeit am Zufluss der Leitungseinrichtung (6) sanft (ohne Ruck bzw. ohne signifikante Impulsänderung) und somit ohne Entstehung von großer Agitation durch Kräfte weiter. Erfindungsgemäß geschieht dies durch Formgebung des Übergangsbogen (7a) in der Weise, dass sich dessen Krümmung an jeder Stelle der Bogentrajektorie ändert und somit die Änderung der (in guter Näherung) beschleunigungsfreien, horizontalen Flüssigkeitsbewegung in der Nähe der Glocke bis zu der sich mit der Erdbeschleunigung bewegenden Flüssigkeit am Zufluss (6a) der Leitungseinrichtung (6) mit geringer Agitation umsetzt. Als bevorzugte Formung des Übergangsbogens sieht die Erfindung vor, eine Klothoide zu verwenden. In Abhängigkeit von der jeweiligen Geometrie der Kolonne und deren Einbauten lassen sich als alternative Formen des Übergangsbogens (7a) die Sinusoide, die kubische Parabel, der s-förmiger Übergangsbogen nach Schramm oder der Blossbogen verwenden.
Wie 1 für eine typische Kolonnenanlage nach Stand der Technik illustriert, wird in der Weiterleitungskomponente (16) die Flüssigkeit durch die Gravitation mit entsprechender Impulsänderung beschleunigt. Bei der in 1 gezeigten senkrechten Anordnung einer Weiterleitungskomponente (16) mit konstantem Durchströmungsquerschnitt sorgen die dabei entstehenden Kräfte dafür, dass die Flüssigkeit (17b) nicht den gesamten Querschnitt auszufüllen vermag und an der Wand „mäandert“. Das Gas füllt daher den Restquerschnitt mit entsprechender Blasenbildung.
Die Erfindung löst auch dieses Problem wie folgt: Bei der in 2 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung sorgt der Übergangsbogen (7a) dafür, dass sich der Durchströmungsquerschnitt in Gravitationsrichtung verengt. In diesem Fall füllt die Flüssigkeit den gesamten Querschnitt aus, wodurch keine freie Oberfläche ausgebildet werden kann und dadurch auch kein Gaseinschluss entstehen kann.
Bei der in 1 gezeigten typischen Prozessführung nach Stand der Technik, tropft die Flüssigkeit aus der Weiterleitungskomponente (16). Die zum Teil mit Bläschen durchsetzten, frei fallenden Tropfen agitieren die Oberfläche (17c) durch den Impulsaustausch beim Auftreffen auf die sich darunter befindliche Flüssigkeitsansammlung. Dies führt zu einer Anhäufung von störendem Schaum (18), welche

i. die Transportprozesse an der freien Oberfläche und somit die Funktion der Anlage stark beeinträchtigt und
ii. die Gasräume in der Anlage soweit überfluten kann, dass der Behandlungs- oder Produktionsprozess beeinträchtigt werden kann oder gar mit enormen technischen, energetischen, umwelttechnologischen und ökonomischen Folgen abgebrochen werden muss.

Wie demonstriert, löst die Erfindung auch dieses Problem dadurch, dass es an der Leitungseinrichtung (6) zu keiner Tropfenbildung kommt. Vielmehr tritt die Flüssigkeit erfindungsgemäß unterhalb der freien Oberflächen (4a) aus, wodurch sich die Gefahr des Gaseinschlusses stark reduziert. Dabei setzt der am Abfluss angeordnete, zur ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende weitere Übergangsbogen (7b) diese Gefahr dadurch noch einmal herab, dass er die in der Leitungseinrichtung (6) im Wesentlichen senkrecht fließende Flüssigkeit ohne ruckhafte Änderungen und somit mit geringen Bahnkräften in die waagerechte Richtung umlenkt. Nicht zuletzt trennt der weitere Übergangsbogen (7b) den Abflussprozess aus der Leitungseinrichtung (6) von der freien Oberfläche (4a) im zweiten Becken so weit ab, dass nur eine in ihrer Größe vernachlässigbare Agitation angeregt wird.
In 1 für eine Kolonnenanlage nach Stand der Technik und in 2 für eine mögliche Ausführung der Erfindung zeichnet sich im Bereich um die Glocke (13) das weitere Problem ab, dass mit der funktionell notwendigen Erzeugung der feindispersen Blasen (4b) auch dort große Mengen an unerwünschtem Schaum mit den bereits erwähnten, enormen technischen, energetischen, umwelttechnologischen und ökonomischen Folgen entstehen können.
Die in 3 gezeigte zweite erfindungsgemäße Vorrichtung löst dieses Problem dadurch, dass sie

• die angesammelte Flüssigkeit mit einem Übergangsbogen (7a) zur Leitungseinrichtung (6) so führt, dass dies mit möglichst kleiner Änderung des Impulses und somit mit der Entstehung möglichst geringer Kräfte geschieht.
• eine Verfahrensgestaltung vorsieht, bei der das aus der Leitungseinrichtung (6) austretende Gas (3) nicht durch eine Flüssigkeitsansammlung fließt, was der Prävention von unerwünschten Schäumen dient.
• ohne Dispersion der Gasphase in der Flüssigkeit für eine große Kontaktfläche in der Leitungseinrichtung (6) sorgt.
• sowohl den Gas- (1, 2, 3) als auch den Flüssigkeitstransport (6a) unabhängig eines Betriebes in Gleich- oder Gegenstrom entlang eigener Bewegungstrajektorien kanalisiert.
• in der Strömungstrajektorie der Flüssigkeit am Zufluss (6a) eine Querschnittsverengung (6b) vorsieht, die den Auftrieb des Gases (2) durch die entgegenfließende flüssige Phase verhindert, ohne dass dabei eine Dispersion des Gases erfolgt, was die Generierung von Blasen bzw. von unerwünschtem Schaum verhindert.
• Geometrien für den Kanal (6c) einsetzt, bei denen die Kapillarkräfte eine möglichst hohe Stabilisierung der Gas-Flüssigkeits-Oberfläche bewirken.
• durch die helikal verlaufenden Kanäle (6c) die Beschleunigung der Flüssigkeit in Gravitationsrichtung so kontrolliert, dass es zu keinem Aufreißen der Oberfläche und somit zu keinem Gaseinschluss/-entstehung neuer Oberflächen kommt.
• der Flüssigkeit eine einzelne Kraft oder aber einen Verbund bezüglich Schaumprävention/inhibierung synergetisch wirkender Kräfte aufprägt, die alle anderen an der Oberfläche angreifenden Agitationskräfte dominieren.
• in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der Zentrifugalkraft oder einem Verbund aus Zentrifugal- und Gravitationskraft sowie kapillaren Kräften die Rolle der dominierenden Kraft zuweist.
• dabei die Zentrifugalkraft, aber auch die Kapillarkräfte mit kleiner werdenden charakteristischen Abmessungen der Vorrichtung zunimmt, wodurch der besondere Vorteil entsteht, dass sich zugleich zur Erfüllung der Aufgaben von Verfahren und Vorrichtung notwendigen, großen Oberflächen und eine hohe, rein physikalische Schauminhibierung und -prävention vorteilhaft realisieren lassen.
• dabei insbesondere sicherstellt, dass die dominierende Kraft deutlich höhere Werte annimmt als die Kräfte, die von der im Gleich-/Gegenstrom strömenden Luft an der freien Oberfläche induziert, wodurch es zu keinem Gaseinschluss kommt.
• überdies so wirkt, dass bei unvermeidbarer Gasblasenentstehung durch prozessbedingte, lokale Überschreitung des Siedepunktes, Änderung der Gaslöslichkeit oder (bio-)chemischen Reaktionen, die Zentrifugalkraftverteilung eine Blasenmigration der entstandenen Blasen von der flüssigen Phase hin zur Gasphase erzwingt, wodurch es zur Phasenseparation mit verschwindender Gefahr der Entstehung von unerwünschtem Schaum kommt.
• sowohl die Kanalisierung, die Kontrolle der Beschleunigungseffekte in Gravitationsrichtung und die Phasentrennung, als auch die Aufprägung der dominierenden Kraft mit Hilfe der helikal verlaufenden Kanäle (6c) umsetzt.
• die aus den helikal verlaufenden Kanälen (6c) austretende Flüssigkeit mit Hilfe eines weiteren Übergangsbogens (7b) mit möglichst geringer Impulsänderung und somit vernachlässigbaren Agitationskräften erfolgt.

3 zeigt zudem einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Übergangsbereich vom Übergangsbogen (7a) zur Leitungseinrichtung (6). Dabei deuten die Pfeile schematisch perspektivisch die Hauptbewegungsrichtung der in den helikal verlaufenden Kanälen (6c) geführten Flüssigkeit an.
4 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung, die ebenfalls helikal verlaufende Kanäle (6c) aufweist. Diese Figur veranschaulicht die Flüssigkeitsansammlung (4) auf dem unteren Sammelboden (5b) (Boden des zweiten Beckens) sowie den oberen Sammelboden (5a) (Boden des ersten Beckens). Letzterer bildet zugleich die Form des erfindungsgemäßen Übergangsbogens (7a) aus. Erfindungsgemäß kommt das Gas bzw. der Dampf weder an der Zuströmungsstelle (1) noch an der Auströmungsstelle (3) der Leitungseinrichtung (6) mit der Flüssigkeit (4) in Berührung, wodurch der erfindungsgemäßen Prävention der Schaumbildung in besonderer Form Rechnung getragen wird. In vergleichbar präventiver Form wirken der Übergangsbogen (7a) und der weitere Übergangsbogen (7b). Die Querschnittsverengung (6b) sorgt dafür, dass Flüssigkeit in die Leitungseinrichtung (6) ohne Gaseinschluss und daher ohne unerwünschte Schaumbildung eintritt. Bei der dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Leitungseinrichtung (6) ein Rohr mit einer darin aufgenommenen Helix. Die Leitungseinrichtung (6) bildet damit im Sinne eines Außengewindes kapillarmechanisch stabilisierte helikale Kanäle (6c) aus. Die Flüssigkeit (4) folgt in einer von der Gravitation bedingten, kontrollierten Abwärtsbewegung den helikalen Kanälen (6c). Dies vermeidet einerseits abrupte Änderungen des Impulsflusses, agitierende Kräfte an der Flüssigkeitsoberfläche und somit die Entstehung von Gaseinschlüssen. Anderseits induzieren die helikalen Kanäle (6c) erfindungsgemäß eine Rotation (Drehbewegung) der Flüssigkeit und somit eine starke Zentrifugalkraft, die schon für sich oder in Verbund mit anderen gegen einen Gaseinschluss synergetisch wirkenden Kräfte alle anderen Kräfte an der freien Oberfläche dominiert.
Die nach unten gerichteten Pfeile deuten schematisch perspektivisch die Hauptbewegungsrichtung der in den helikalen Kanälen (6c) geführten Flüssigkeit an. Die nach oben gerichteten Pfeile deuten schematisch perspektivisch die Richtung der Gasströmung (2) in den helikalen Kanälen (6c) an. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist also das Gas im Gegenstrom zur Flüssigkeit geführt.
Die in 4 als Beispiel für die Ausführung der Erfindung gezeigte Leitungseinrichtung (6) weist eine Spirale (Helix) mit nur einem Gang auf. In Anlehnung an Außengewinde können alternativ auch mehrgängige Spirale (Helizes) vorgesehen werden. Dazu zeigt 6 kapillarmechanisch stabilisierte helikale Kanäle mit kleiner Gangzahl (linke Abbildung) und mit hoher Gangzahl (rechte Abbildung). Das Vorsehen von mehreren helikalen Kanälen stellt eine Möglichkeit dar, die Phasenkontaktfläche zwischen der in den helikalen Kanälen geführten Flüssigkeit und dem Gas stark zu erhöhen. Beides führt vorteilhafterweise dazu, die Effizienz des Behandlungs- oder Produktionsprozesses zu steigern, ohne dass es zu einer Entstehung von Gaseinschlüssen und von unerwünschtem Schaum kommt.
Die an der Oberfläche angrenzende Gasphase haftet an der Flüssigkeit und wird daher in Rotation versetzt. Vorteilhafterweise werden der Stoff- und Energietransport durch die aufgrund der helikalen Kanäle bewirkten Rotation erhöht. Diese Rotationseffekte werden vorteilhafterweise zur Prävention und/oder Inhibierung der Schaumentstehung eingesetzt. Insbesondere wird die aufgrund der helikalen Kanäle bewirkte Rotation erfindungsgemäß als Grundlage des Schaummanagements eingesetzt.
Bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung wird die Helix von der Innenwandung (8) des Rohrs umrandet. Die Innenwandung (8) bildet dabei zusammen mit der Helix den helikalen Kanal (6c) aus und stützt die rotierende Flüssigkeit (4) während Transports helikalen Kanal (6c). Da die Flüssigkeit (4) durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrängt wird, bleibt der innere Kanalbereich frei für die strömende Gasphase (2). Dies stellt die korrekte Funktionsfähigkeit des helikalen Kanals (6c) sowohl für den Fall eines Verfahrens in Gegenstrom als auch in Gleichstrom sicher. Vorteilhafterweise lässt sich darüber hinaus die Kontaktfläche zwischen den Phasen durch eine mehrgängige Ausführung der Spiralkanäle erhöhen.
Die vierte erfindungsgemäße Vorrichtung verzichtet auf den Einsatz einer innenliegenden Helix. Stattdessen verlaufen die helikalen Kanäle in einer Wandung im Sinne eines Innengewindes (Ausgestaltung (a)) oder eines dünnwandigen, in helikaler Form gepressten bzw. durch additive Fertigung und dergleichen hergestellten Werkstückes (Ausgestaltung (b)), wie sie bereits in 3 als kapillarmechanisch stabilisierte Kanäle (6c) dargestellt sind.
Gemäß der Erfindung bieten Leitungseinrichtungen (6) gemäß den 2, 3, 4 und 5 bei festgelegtem Behandlungs- oder Produktionsziel durch Wahl des Formparameters der Übergangsbögen, der Geometrie der Weiterführungskomponente (6), der Führung der Strömung beider Phasen in der Weiterführungskomponente (6) sowie von Durchmesser, Ganghöhe und Gangzahl der helikalen Kanäle breitgefächerte Möglichkeiten einer Anpassung an den Prozessverlauf ohne Gefahr der Schaumentstehung.
Wie bereits 3 gezeigt, lassen sich die Weiterführungskomponente (6) parallel anordnen. 7 illustriert eine Abwandlung der dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer parallelen Anordnung, die sich durch eine hohe Packungsdichte auszeichnet. Überdies eignet sich die Abwandlung mit ihrer parallelen Anordnung vorzüglich, um den Behandlungs- oder Produktionsprozess mit einer aus austauschbaren Modulen bestehenden Vorrichtung durchzuführen, die sich zugleich auch kostengünstig herstellen und warten lassen. Durch die parallele Anordnung in Modulbauweise lässt sich

• die prozessentscheidende Kontaktfläche zwischen den Phasen stark erhöhen, um eine hohe Ressourcen- und Prozesseffizienz zu erreichen.
• der Behandlungs- bzw. Herstellungsprozess leicht skalieren, ohne dass das Prozessfenster durch erwünschten Schaum beschränkt wird.
• sowohl der Volumenstrom der gasförmigen als auch der flüssigen Phase so anpassen, dass eine große Variation der Behandlungs- bzw. Produktionsziele abgedeckt werden kann.

8 zeigt eine schematische Darstellung des bei der dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildeten helikalen Kanals. 8 dient zur Definition des von der Helix und der Innenwandung (8) des Rohrs gebildeten Winkels. Dieser Winkel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 70°. In den gezeigten Beispielen liegt dieser Winkel bei 50°.
Nachfolgend werden die eingangs als Stand der Technik beschriebenen strukturierten Kolonnenpackungen zum Vergleich mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung herangezogen.
Erfindungsgemäße Module aus parallelen Leitungseinrichtungen (6) (siehe 3, 4, 5 und 6) weisen im Vergleich zu strukturierten Kolonnenpackungen nach Stand der Technik nicht nur bezüglich des Schaummanagements weitere Vorteile auf. Die 9 und 10 illustrieren beispielshaft anhand von Messdaten, dass die Erfindung eine überaus starke Erweiterung des Prozessfensters ermöglicht.
Die 9 und 10 verwenden eine in der Praxis zur Auslegung von Kolonnen übliche Auftragung des Druckabfalls über den Gasbeladungsfaktor F. Letzterer berechnet sich aus der auf den leeren Querschnitt bezogenen Gasgeschwindigkeit in m/s multipliziert mit der Wurzel der Gasdichte in kg/m³. Diesen Messungen liegt eine ebenfalls in üblicher Praxiseinheit angegebene konstante Flüssigkeitsbeladung x = 50 m³/(m²/h) zugrunde.

Die 9 und 10 zeigen zusätzlich zu Daten für eine strukturierte Kolonnenpackung nach Stand der Technik Messungen für die erfindungsgemäße Ausführung von Verfahren und Vorrichtung. Tabelle 1 fasst bevorzugte, nicht ausschließliche geometrische Parameter der helikalen Kanäle zusammen. Tabelle 1

Parameter	Ausführung
Gasbelastung [Pa^0,5]	0-4
Gangzahl	4, 8, 12
Ganghöhe [mm]	200
Spiralaußendurchmesser [mm]	19
Höhe Packungselement [mm]	200
Öffnungswinkel	10°, 50°, 70°

Die folgenden Tabellen 2 und 3 geben die in den 9 bzw. 10 aufgetragenen Daten wieder.
Im Vergleich zu dem engen Prozessfenster für die strukturierte Kolonnenpackung nach Stand der Technik bieten die verschiedenen Ausführungen der Erfindung die Möglichkeit, Behandlungs- und Produktionsprozesse in einem weiten Bereich von Druckabfall und F-Faktor auszulegen. Somit meidet die Erfindung als besondere Vorteile nicht nur sämtliche technischen, energetischen, umwelttechnologischen und finanziellen Risiken aus dem Stand der Technik, sondern stellt überdies einen deutlichen Gewinn bezüglich der Anwendungsfelder sowie der Prozessstabilität und Prozesssicherheit dar.
Bezugszeichenliste

1: Gas (Zuströmung)
2: Gasstrom
3: Gas (Auströmung)
4: Flüssigkeit
4a: Flüssigkeitsoberfläche
4b: feindisperse Blasen
5: Kolonnenboden
5a: Oberer Sammelboden (Boden des ersten Beckens)
5b: Unterer Sammelboden (Boden des zweiten Beckens)
6: Leitungseinrichtung
6a: Zufluss
6b: Querschnittsverengung
6c: helikaler Kanal
7a: Übergangsbogen
7b: weiterer Übergangsbogen
8: Innenwandung des Rohrs
9: helikale Kanäle in der Wandung der Leitungseinrichtung im Sinne eines Innengewindes
10: durch Pressung eines dünnwandigen Werkstückes, Additive Fertigung und dergleichen hergestellte helikale Kanäle
11: Modul aus mehreren Leitungseinrichtungen
12a: Kapillarmechanisch stabilisierte helikale Kanäle mit kleiner Gangzahl zur Führung der rotierenden flüssigen Phase
12b: Kapillarmechanisch stabilisierte helikale Kanäle mit hoher Gangzahl zur Führung der rotierenden flüssigen Phase
13: Glocke
16: Weiterleitungskomponente (Stand der Technik)
17a: Agitationsanregung durch Änderung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit zur Weiterleitungskomponente (Stand der Technik)
17b: Agitationsanregung durch freien Fall der Flüssigkeit in der Weiterleitungskomponente (Stand der Technik)
17c: Agitationsanregung durch frei fallende Tropfen auf die Flüssigkeitsoberfläche (Stand der Technik)
18: Schaum (Stand der Technik)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10150054 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit, umfassend ein erstes Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit und ein zweites Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit, wobei das zweite Becken in Richtung der Gravitation tiefer angeordnet ist als das erste Becken, wobei das erste Becken über zumindest eine Leitungseinrichtung (6) mit dem zweiten Becken verbunden ist, wobei das zweite Becken über die Leitungseinrichtung (6) mit Flüssigkeit aus dem ersten Becken gespeist wird, wobei die Leitungseinrichtung (6) zumindest einen Kanal ausbildet, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausbildbar ist, und wobei die Flüssigkeit zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft durch den Kanal in das zweite Becken leitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Becken an seinem Boden zumindest einen trichterförmigen Übergangsbogen mit stetiger Krümmung aufweist, wobei der trichterförmige Übergangsbogen (7a) in die Leitungseinrichtung (6) mündet, wobei Flüssigkeit vom trichterförmigen Übergangsbogen (7a) zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft in den Kanal einleitbar ist, wobei ein stetiger Übergang zwischen dem Übergangsbogen (7a) und dem Kanal vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Krümmung des trichterförmigen Übergangsbogens (7a) so bemessen ist, dass die aus der Gravitationskraft auf die Flüssigkeit resultierende Hangabtriebskraft und die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft beim Einfließen der Flüssigkeit in den trichterförmigen Übergangsbogen (7a) kontinuierlich zunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit unter zusätzlicher Einwirkung der durch den Kanal bewirkten Kapillarkraft im Kanal geführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Übergangsbogen (7a) zumindest abschnittweise in Form einer Klothoide, einer Sinusoide, einer kubischen Parabel, eines s-förmigen Übergangsbogens nach Schramm und/oder eines Blossbogens ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl an ersten Becken, eine Vielzahl an zweiten Becken und eine Mehrzahl an Leitungseinrichtungen (6) umfasst, wobei jeweils ein erstes Becken über jeweils eine Leitungseinrichtung (6) mit jeweils einem zweiten Becken verbunden ist, wobei das jeweilige zweite Becken über die jeweilige Leitungseinrichtung (6) mit Flüssigkeit aus dem jeweiligen ersten Becken gespeist wird, wobei die jeweilige Leitungseinrichtung (6) jeweils zumindest einen Kanal ausbildet, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem jeweiligen ersten und dem jeweiligen zweiten Becken ausbildbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittsverengung (6b) für einen Durchtritt der Flüssigkeit vom ersten Becken in die Leitungseinrichtung (6) und/oder in den zumindest einen Kanal vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Kanal spiralförmig, schraubenförmig und/oder helikal verlaufend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leitungseinrichtung (6) ein Hohlbauteil mit helixförmiger Innengeometrie zur Ausbildung zumindest eines helikalen Kanals (6c) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leitungseinrichtung (6) ein Rohr mit einer darin aufgenommenen Helix umfasst, und wobei die Leitungseinrichtung (6) zumindest einen helikalen Kanal (6c) umfasst, der zwischen einer Innenwandung (8) des Rohrs und der Helix ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit im helikalen Kanal (6c) aufgrund der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft zumindest teilweise an der Innenwandung (8) des Rohrs geführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die im Kanal geführte Flüssigkeit mit Gas in Kontakt gebracht wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die im Kanal geführte Flüssigkeit die übrigen auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte übertrifft, vorzugsweise deutlich übertrifft.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gas derart durch das erste Becken und/oder durch das zweite Becken geführt wird, dass es nicht in Kontakt mit der darin aufgenommenen Flüssigkeit gelangt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leitungseinrichtung (6) eine Vielzahl von Rohren mit jeweils einer darin aufgenommenen Helix umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Becken zumindest einen weiteren Übergangsbogen (7b) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leitungseinrichtung (6) einen einzigen Kanal ausbildet, der vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, so dass die Leitungseinrichtung (6) keinen Kontakt zwischen Flüssigkeit und Gas ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leitungseinrichtung (6) 1 bis 20 Kanäle, vorzugsweise 1 bis 8 Kanäle, besonders bevorzugt 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Kanäle umfasst, wobei die Kanäle vorzugsweise parallel zueinander und/oder rotationssymmetrisch zueinander angeordnet verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit eine Funktionsflüssigkeit ist, und/oder wobei die Flüssigkeit aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser, Alkohol, Lösungsmittel, Schwefelsäure, Quecksilber, Wasserstoffperoxid, Abwasser, Feuerbekämpfungsmittel, Waschmittel, insbesondere Mono- und Diethanolamin, Pflegemittel, Reinigungsmittel, Flüssigkeiten der chemischen Industrie, Flüssigkeiten der Lebensmittelindustrie und Mischungen davon besteht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gas ein Funktionsgas, ein Dampf und/oder ein Funktionsdampf ist, und/oder wobei das Gas aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Luft, Wasserdampf, Alkoholdampf, Abgas, Verbrennungsabgas, Rauchgas, Erdgas, Biogas, Klärgas, Silane und korrosive Gase, insbesondere HCl und Amine, aus saurem Gas, insbesondere Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, und aus Mischungen davon besteht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine erste Glocke (13) und eine zweite Glocke (13) umfasst, wobei Gas mittels der ersten Glocke (13) im ersten Becken und mittels der zweiten Glocke (13) im zweiten Becken in die Flüssigkeit eingebracht wird, wobei das Gas jeweils derart in die Flüssigkeit eingebracht wird, dass das Gas in der Flüssigkeit gelöst ist und/oder feindispergiert in der Flüssigkeit vorliegt.
Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit (4) in einer Vorrichtung, vorzugsweise in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Vorrichtung ein erstes Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit (4) und ein zweites Becken zur Aufnahme von Flüssigkeit (4) umfasst, wobei das zweite Becken in Richtung der Gravitation tiefer angeordnet ist als das erste Becken, wobei das erste Becken über zumindest eine Leitungseinrichtung (6) mit dem zweiten Becken verbunden ist, wobei das zweite Becken über die Leitungseinrichtung (6) mit Flüssigkeit (4) aus dem ersten Becken gespeist wird, wobei die Leitungseinrichtung (6) zumindest einen Kanal ausbildet, durch den eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Becken ausgebildet wird, und wobei die Flüssigkeit (4) zumindest unter der Einwirkung der Gravitationskraft und der Zentrifugalkraft durch den Kanal in das zweite Becken geleitet wird.