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Rotor zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Gasen Es sind Anlagen
zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Gasen bekannt, bei welchen das Gas in einen
hohl ausgebildeten trommelartigen Rotor eingeführt wird, welcher sich in der Flüssigkeit
dreht, wobei das Gas durch Perforationen ; in. diesem Rotor an dessen Oberfläche
austritt und sich dort mit der Flüssigkeit vermengt oder in dieser löst.
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Beim Lösen von Gasein in Flüssigkeiten ist es nun für die Erzielung
eines hohen Sättigungsgrades notwendig, das Gas möglichst fein und womöglich unter
Druckerhöhung in. der Flüssigkeit zu verteilen. Um dies zu erreichen, wurden bisher
Rotoren verwendet, die an ihrer Oberfläche mit äußerst kleinen Performationen versehen
waren, so. daß also ein Austritt des Gases in die Flüssigkeit in Form von kleinen
Blasen gewährleistet war. Beispielsweie wurden Rotoren verwendet, deren Oberfläche
durch fein=-maschige Siebe gebildet wurde.
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Die Feinheit de rPerforationen oder Öffnungen in der Oberfläche des
Rotors bringt jedoch den Großen Nachteil mit sich, daß diese Perforatilonen sehr
leicht verstopfen, und zwar entweder infolge VErschmutzung der Flüssigkeit, z. B.
bei. Behandlung von. Abwasser, Kristallabscheidung z. B. bei der Saturation. in
der Zuckerindustrie, oder bei der Reinigung von GAs z. B. durch eine Flüssigkeit
bei Entstaubung. Es wird durch diese Verstopfungen. also verhindert, daß das Gas
über die ganze Fläche gleichmäßig austreten kann, wie dies für eine wirkungsvolle
Behandlung der Flüssigkeit notwendig wäre.
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Ein weiterer Nachteil kleiner Perforationen ergibt sich dann, wenn
aus konstruktiven Gründen keine Siebe verwendet werden können, so daß also die Perforationen,
welche infolge ihrer kleinen Abmessungen in entsprechend großer Anzahl vorhanden
sein müssen, aus der Wandung des Rotors herausgearbeitet werden müssen, was mit
einem großen Zeitaufwand verhunden ist.
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Die Erfindung bezweckt nun, diese Nachteile zu vermeiden und geht
dabei von der Erkenntnis aus, daß die Lochlgröße, d. h. die Größe der einzelnen.
Perforationen, auf wirkungsvolle Behandlung der Flüssigkeit, d. h. z. B. auf die
Erzielung eines hohen Sättigungsgrades in der Flüssigkeit mit gelöstem Gas, keinen
Einfluß hat, sofern in der den Rotor uninittelbar umgehenden Grenzschicht Trubulenzbedingungen
herrschen. E.s hat sich nämlich gezeigt, daß die bei Turbulenz auftretenden, an
sich schädlichen Kavitationskräfte zum Vermischen des Gases in der Flüssigkeit mit
Vorteil ausgenutzt werden können, indlem in dieser Grenzschicht, in welcher die
erste Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit erfolgt, auch glechzeitig eine feine
Verteilung des Gases bewirkt wird.
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Der erfindungsgemäße Rotor zeichnet sich nun. da-
durch aus, daß der
Trommelmantel von Öffnungen durchsetzt ist, die sich parallel oder etwas gengeit
zur Rotationsachse erstrecken und über dessen. Umfang verteilt angeordnet sind und
daß bezüglich der Drehrichtung des Rotors hinter allen Öffnungen eine Erhöhlung
vorgesehen. ist, deren Größe in radialer Richtung des Rotors zwischen einem Drittel
und drei Viertel der Öffnungsbreite in Umfangsrichtung des Rotors beträgt, welche
Erhöhungen bei der Drehung des Rotors in der Flüssigkeit in der denselben umgebenden
Grenzschicht Turbulenz hervorrufen.
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Die Öffnungen im Trommelmantel können durch Lochreihen oder Schlitze
gebildet sein, die sich parallel oder unter einem kleinem Winkel zur Rotationsachse
erstrecken, wobei die Erhöhungen im Falle von einzelnen Löchern sich nur über deren.
Ausdehnung in axialer Richtung erstrecken oder aber beispielsweise durch auf den
Trommelmantel aufgesetzte Stäbe gebildet sind, deren Länge annähernd derjenigen
des Rotors entspricht. Die Löcher zweier einander benachbArter Lochreihen sind vorzugsweise
in axialer Richtung des Rotors gegeneinander versetzt, so daß höchstens die Löcher
jeder zweitenLochreihe in Drehrichtung des Rotors hintereinanderliegen.
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In der Zeichnung sind mehrere beipsielsweise Ausführungsformen des
erfindungsgemäß en Rotors dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform
dies Rotors in Ansicht, Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Rotormantel nach
Fig. 1, Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch den Rotormantel einer zweiten Ausführungsfolrm,
Fig.
4 einen Teilquerschnitt durch eine Rotorstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch: einen Rotor geiuäß einer vierten Ausführungsform
und Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der Rotor beispielsweise
aus einer zylidnrischen Trommel 1 mit horizontal verlaufender Längs achse, an deren.
Stirnseiten je ein Achszapfen 2 blzw. 3 angeschlossen ist, wobei der Achszapfen
2 hohl ist und für die Zuleitung eines GAses dient. Das zylindrische mantelbech
der Trommel 1 ist mit parallel zu deren Achse verlaufendenLochreihen versehen, wobei
die Löcher 4 je zweier benachbarter Lochreihen in axialer Richtung der Trommel zueinander
versetzt angeordnet sind. Entlang jeder Lochreihe erstreckt sich ein auf der Mantelfläche
der Trommel 1 aufliegender Stab 5 mit eckigem oder rundem Profil (Fig. 2), wobei
bei dreieckigem Porfil die kürzeste Dreiceckseite sich annähernd radial zur Trommel
erstreckt. Die Breite bzw. Höhe dieser Stäbe in radialer Richtung steht in einem
bestimmten Verhältnis zur Breite b der Löcher 4, d. h. zum Durchmesser derselben
bei kreisrunden Löchern, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 der
Fall ist. Dieses. Verhältnis kann im bereich von h/b = 1/2 bis 3/4 liegen, wobei
die Breite b der Löcher immer in Umfangsrichtung der Trommel gemessen ist. wie aus
den Figuren ersichtlich ist, erstrecvken sich die Stäbe, in der drehrichtung der
Trommel betrachtet, hinter den Lochreihen, wobei die einzelnen Löcher durch diese
Stäbe etwas überdeckt werden. Bei der dreieckfäörmigen Ausbildung der Stäbe ist
es von Bedeutun, daß die radial oder annähernd radial zur Trommel verlaufende Dreieckseite
in Drehrichtung derselben (wie durch den Pfeil 6 angedeutet) die Vorderkante des
Stabes bilde.t Wie leicht verständlich ist, entsteht infolge dieser Ausbildung der
Trommeloberfläche bei der Rotation derselben in einer mit Gas zu behandelnden oder
für die Reinigung von Gas bestimmten Flüssigkeit eine turbulente Grenzschicht an
dieser Oberfläche, deren Wirbel eine augenblicklkiche Zerteilung desd aus den Löchern
4 an die Oberfläche der Trommel ausstrebenden Gasströmen in feine GasblAsen zur
Folge haben.
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Gleichzeitig werden die so. gebildeten Gasblasen in der Flüssigkeit
gleichmäßig verteilt und die schaumige Flüssigketismenge stoßartig beschleunigt,
also der Druck erhöht.
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Es. hat sich gezeigt, daß die Breite der Löcher in Umfangsrichtung
der Trommel bis zu 20 mm betragen darf, ohne daß dadurch die Gasverteilung und gleichmäßige
Vermischung mit der Flüssigkeit nachteilig beeinflußt wird. Statt der kreisrunden
Löcher können auch andere, beliebig geofmrte Öffnungen im Mantelblech der Trommel
vorgesehen sein.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, können die zur Wirbelbildung notwendigen
Erhöhungen auch durch Aufbiegen des Mantelbleches 1 hinter jedem einzelnen Loch
4 gebildet werden. die erhöhungen 7 erstrecken sich dabei also nur über die Breite
jedes einzelnen Loches in axialer Richtung de rTrommel.
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In der Ausführungsform des Rotors gemäß Fig. 4 besteht dieser aus
zwei koaxial zueinander angeordnetzen kreisförmigen Stirnplatten 8, welche durch
Stangen 9 miteinander verbunden sind, wobei sich zwischen den beiden Platten 8 parallel
oder etwas geneigt zur Rotationsachse verlaufende Stäbe 10 erstrecken, die über
den Umfang der beiden Platten
gleichmäßig so verteilt sind, daß zwischen je zwei
Stäben 10 ein sich zwischen den Platten 8 erstreckender Schlitz 11 gebildet wird,
durch welchen das dem Innern der so gebildeten Trommel zugeführte Gas an deren oberfläche
ausströmen kann Auch hier können an sich Stäbe mit beliebigem Profil verwendet werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß Stäbe 10 mit sägezahnförmigem Profil speziell gut
geeignet sind, deren annahernd radial verlaufende Seite oder Kante 12 in Drehrichtung
der Trommel vorauseilt.
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Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten weiteren Ausführungsform drcht
sich der Rotor um eine vertikale Achse. Versuche mit in dieser Weise angeordneten
Rotoren haben gezeigt, daß sich gegen das obere Ende des Rotors unmittelbar um denselben
eine immer dicker werdende Schicht bildet, in welcher die Gasblasen aufsteigen,
ohne daß diese mit der Flüssigkeit genügend in Berührung kommen,. Um dies zu vermeiden,
ist am unteren Ende des Rotors 13 eine Melhrzahl von Schaufeln 14 in Form eines
Kranzes vorgesehen, deren Anstellung gegenüber der Drehrichtung eine nach oben gerichtete
Flüssigkeitsströmung erzeugt, wodurch immer wieder neue Flüssigkeit an die Rotoroberfläche
herangetrangen wird. In ähnlicher weise kann auch das obere Ende des Rotors mit
einem Schaufelkranz versehen sein. Die Schaufeln können unten oder oben angebracht
werden und arbeiten nur radial wie Pumpenflügel.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist der rotor ebenfalls
mit parallel zur Rotationsachse verlaufenden Reihen von Löchern 4 und entsprechend
angeordneten Stäben 15 versehen, welch letztere quadratischen Querschnitt aufweisen.
Die durch die Stäbe gebildeten Erhöhungen hinter den Lochreihen (in Drehrichtung
des Rotors betrachtet) haben eine Ausdehnung in rAdialer Richtung der Trommel bzw.
des rotors, welche ebenfalls, d. h. wie bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen,
ein Drittel bis drei Viertel der Breite der Löcher in Umfangsrichtung beträgt.
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Es ist verständlich, daß dort, wo die GAsbelastung des Rotors klein
ist, d. h. beispielsweise 11 Gas pro cm2 Rotorfläche und Minute nicht überschreitet,
die Schaufel 14 bei vertikaler Anordnung des Rotors auch weggelassen werden können.
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Zweckmäigerweise wird bei vertikaler Anordnung die Höhe bzw. die
axiale Ausdehnung des Rotors nicht über 300 mm gewählt, wodurch sich eine über dessen
volle Fläche gleichmäßige Betriebsbedingungen aufrechterhalten lassen.
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Es hat sich gezeigt, daß der Energieaufwand zur Drehung eines Rotors,
der mit Schaufeln besetzt ist, gegenüber einem schaufellosen Rotor nur um etwa 7
bis 10% erhöht ist, sofern sich also in der Abführung der in die Grenz- bzw. Turbulenzschicht
eingetretenen Flüssigkeit Stauungen ergeben, kann es auch bei horizontal angeordneten
Rotoren zweckmäßig sein, diese mit Schaufeln zu versehen, um eine Strömung der Flüssigkeit
in längsrichtung desselben hervorzurufen.
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Die Breite der Löcher in Umfangsrichtung, welche je nach Betriebsbedingungen
bis zu 20 mm betragen kann, verhindert eine weitgehende Verstopfung derselben, wodurch
die Betriebssicherheit einer mit dem erfindungsgemäßen Rotor versehenen Anlage stark
verbessert wird. Der Energieverbrauch für den Antrieb eines mit den beschriebenen
Erhöhungen versehenen Rotors ist kaum größer als diejenige eines Rotors mit stabloser
Oberfläche, da dieser praktisch in einer schaumartigen Schicht rotiert.
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Die Erhöhungen am Rotor- bzw. Trommelmantel können als Rippen selbstverständlich
auch durch span abhebende Bearbeitung oder spanlose Verformung gebildet sein. Statt
zylindrisch könnte der Rotor auch leicht konisch oder schwach gekrümmt sein.