DE1097957B - Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Stroemungsmedien - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Vorrichtungen zum Inkontaktbringen von Strömungsmedien unter Ausnutzung der Fliehkraft bekannt, bei welchen mehrere einander konzentrisch überlagerte Kontaktzylinder vorgesehen sind, von denen jeder an seinem Umfang eine Vielzahl feiner Öffnungen aufweist. Das schwerere der miteinander in Kontakt zu bringenden Medien wird dabei von innen zugeführt, während das leichtere Medium unter Druck von außen zugeführt wird. Durch Rotation des von innen zugeführten schwereren Mediums, was beispielsweise durch Drehung der einzelnen Siebtrommeln erfolgen kann, wird eine Gegeneinanderbewegung der Strömungsmedien bewirkt, durch welche die Medien miteinander vermischt werden.

Die Erfindung betrifft eine derartige Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Strömungsmedien im Gegenstrom mit einem geschlossenen, Einlasse und Auslässe für die verschiedenen Medien aufweisenden Behälter, in welchem koaxial zylinderförmige Kontaktflächen angeordnet sind, die eine Vielzahl feiner Schlitze aufweisen, wobei die Einlasse und die Auslässe derart in den Behälter eingeführt sind, daß ein Strömungsmedium vom Umfang des Behälters her durch die feinen Schlitze in die Behältermitte strömt und das andere Strömungsmedium durch Fliehkraft von innen nach außen bewegt wird und somit beide Medien im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen derart zu verbessern, daß ein wirksames Inkontaktbringen der Strömungsmedien gewährleistet ist, ohne daß ein besonderer Antrieb des schwereren Strömungsmediums erforderlich ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist etwa tangential zu den feststehenden zylindrischen Kontaktflächen verlaufende Führungsglieder auf. In den Kontaktflächen sind vorzugsweise angenähert in tangentialer Richtung verlaufende Schlitze vorgesehen, die wenigstens teilweise in entgegengesetzter Richtung verlaufen können. Vorzugsweise sind die konzentrisch angeordneten Kontaktflächen stellenweise ohne Schlitze ausgeführt, und es sind an diesen Teilen unten Führungsrohre zur Ableitung des sich ansammelnden schweren Mediums zur nächstfolgenden Kontaktflache angeordnet. Sind die zylindrischen Kontaktflächen in vertikaler Richtung axial versetzt angeordnet, so können Überlaufteile vorgesehen sein, von denen das schwerere Medium über etwa tangential in die darunter befindliche Kontaktfläche mündenden Rohre abgeleitet wird.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das schwerere Medium durch das leichtere Medium unmittelbar hindurchgetrieben. Dies erfolgt über die gesamte Kontaktfläche verteilt. Es wird eine hohe Vorrichtung zum Inkontaktbringen
von Strömungsmedien

Anmelder:

Chiyoda Kako Kensetsu Kabushiki Kaisha, Tokio

Vertreter: Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 26. August 1957

Yoshiharu Shimokawa, Shimohirama Kawasaki-Shi

(Japan),
ist als Erfinder genannt worden

Umlaufgeschwindigkeit und damit eine große Zentrifugalkraft und eine starke Durchwirbelung der beiden Strömungsmedien erreicht. Durch stellenweise Ausbildung der Kontaktflächen ohne Schlitze wird der weitere Vorteil erzielt, daß das schwerere Medium leichter nach außen abgeführt und der nächsten Kontaktfläche zugeführt werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher mehrere Kontaktringe konzentrisch zueinander um eine gemeinsame waagerechte Achse angeordnet sind,

Fig. 2 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform im Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform, bei welcher zwei Kontaktzylinder übereinander in einer Kontaktkolonne angeordnet sind, wobei die Strömungswege des Gases und der Flüssigkeit durch voll ausgezogene bzw. durch gestrichelte Pfeile angedeutet sind.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine äußere Kammer 1 und Kontaktringe 2, 3, 4 und 5 auf, die in dieser Kammer zueinander konzentrisch um eine waagerechte Achse angeordnet sind, wobei jeder Ring mit einer Vielzahl fei-

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ner Öffnungen versehen ist, die sich, in Schrägrich- -^: tung durch die Ringwand erstrecken derart, daß sie annähernd tangential zur Ringfläche verlaufen, und ein Einlaßrohr 6 für das Einleiten eines Strömungsmediums von geringem spezifischem Gewicht in die Außenkammer 1 vorgesehen ist, deren Mündung tangential zur Ringfläche dieser Kammer verläuft sowie ein Einlaßrohr 8 für ein schweres Strömungsmedium und Auslässe 7 für das Strömungsmedium von geringem spezifischem Gewicht,-Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung wird ein Strömungsmedium von geringem spezifischem .Gewicht, beispielsweise ein Gas, in die Kammer 1 durch das Einlaßrohr 6 so eingeleitet, daß es in dieser eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 10 bis 20 m je Sekunde hat. Das züge- führte Gas gelangt in den ,Mittelteil der Kammer, wobei es mit hoher Geschwindigkeit längs der Ringräume zwischen den benachbarten Ringen umläuft und durch die feinen tangentialen Öffnungen der Kontaktringe 5, 4, 3 und 2 hindurchtritt und schließlich durch die Auslasse 7 austritt. Während dieser raschen Strömungsbewegung kommt das Gas in Kontakt mit der durch das Einlaßrohr 8 zugeführten schweren Flüssigkeit, so daß diese mitgenommen^ wird.

Das durch das Einlaßröhr 8 zugeführte schwere Strömungsmedium tritt aus der Mündung 8 α des Einlaßrohres 8 aus und wird dann durch die Mitnahmewirkung des Strömürigsmediums von geringem spezifischem Gewicht im innersten Kontaktring 2 in Umlauf gesetzt. Das auf diese Weise in Umlauf gesetzte schwere Strömungsmedium gelangt allmählich aus dem innersten Teil des Ringes 2 zum Ringraum zwischen den Ringen 4 und 5, wobei es durch die Öffnungen in den Kontaktringen 2, 3 und 4 hindurchtritt, welche Bewegung durch die Fliehkraft und die Schwerkraft des schweren Strömungsmediums verursacht wird, worauf es durch das Auslaßrohr 9 austritt. Das schwere Strömungsmedium kann jedoch auch durch einen in der Wand der Kammer 1 vorgesehenen Auslaß abgeleitet werden.

Die vorangehend beschriebene Arbeitsweise der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung kann dadurch wirksamer gestaltet werden, daß an den Flächen der Kontaktringe 2, 3, 4 und 5 nicht mit Öffnungen versehene Zonen 2 α, 3 a, 4 a bzw. 5 a vorgesehen und an den Kontaktringen 2, 3, 4, und zwar an den nicht mit Öffnungen versehenen Stellen Führungsrohre 12, 13 und 14 angebracht werden, von denen jedes in einen konkaven Teil des benachbarten Ringes mündet, wobei jede der nicht mit Öffnungen versehenen Zonen als bandförmiger Teil von geeigneter Länge ausgebildet ist. Bei der letztbeschriebenen Anordnung wird in jeder nicht mit Öffnungen versehenen Zone das schwere Strömungsmedium von dem leichten durch die Fliehkraft getrennt und durch die Mündung des an dieser Zone vorgesehenen Führungsrohrs abgeleitet. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei den anderen nicht mit Öffnungen versehenen Zonen, bis das schwere Strömungsmedium schließlich aus dem äußersten Auslaßrohr 9 austritt.

Da die vorerwähnte Trennung der beiden Arten von Strömungsmedien nebenbei erzielt wird, sind die nicht mit Öffnungen versehenen Zonen 2 α, 3 α, 4 α und 5 α nicht unbedingt erforderlich. Vorzugsweise werden solche Zonen jedoch vorgesehen, und zwar gewöhnlich so, daß sie zueinander versetzt sind. Die Führungsrohre 12, 13 und 14 können als Düsenrohre oder Zerstäuberdüsen ausgebildet sein oder gegebenenfalls lediglich feine Öffnungen oder Spalte sein, wie in Fig. 3 dargestellt.

Die in··Fig. 3 dargestellte Vorrichtung weist eine äußere Kolonne 1 auf, in der zwei Kontaktzylinder 15 und 16 übereinander angeordnet sind. Das schwere Strömungsmedium wird durch ein Einlaßrohr 8 zugeführt, das mit dem unteren Teil des Zylinders 15 in Verbindung steht. Ferner sind ein Auslaßrohr 9 für das schwere Strömungsmedium, ein Einlaß 6 für das leichte Strömungsmedium, ein Auslaß 7 für das leichte Strömungsmedium und ein Austrittsrohr 10 in der Mitte der Bodenwand der Kolonne 1 vorgesehen, wobei der Einlaß 6 so angeordnet ist, daß er tangential zur Oberfläche der Kolonne 1 mündet. Die Zylinder 15 und 16 sind je mit einer Vielzahl feiner Schlitze

15 a und 16 a versehen, die in tangentialer Richtung durch die Zylinderwände hindurchführen. Bei dieser Ausführungsform tritt, wenn ein leichtes Strömungsmedium, ζ. B. ein Gas, durch den Einlaß 6 in die Kolonne 1 eingeleitet wird, dieses Gas in den Zylinder

16 durch dessen Schlitze 16a ein und steigt in diesem mit einer Umlaufbewegung nach oben, da der Einlaß 6 in die Kolonne 1 tangential einmündet und die Schlitze 16a tangential zur Fläche des Zylinders 16 verlaufen. Das aus der oberen Öffnung des Zylinders 16 und aus den sich oberhalb der Trennwand 19 befindenden Schlitzen 16a austretende Gas steigt mit einer Umlaufbewegung nach oben, so daß es in den Zylinder 15 durch dessen Schlitze 15 a eintritt, worauf es aus der oberen Öffnung des Zylinders 15 und den sich oberhalb der Trennwand 18 befindenden Schlitzen 15 a und dann durch den Auslaß 7 austritt. Dies hat zur Folge, daß, wenn ein schweres Strömungsmedium, beispielsweise eine Flüssigkeit, in den Zylinder 15 durch das Einlaßrohr 8 eingeleitet wird, die eingeleitete Flüssigkeit nach oben mitgenommen wird, wobei sie eine rasche Umlaufbewegung ausführt. Durch diese Umlaufbewegung wird der Flüssigkeit eine Fliehkraft mitgeteilt, so daß sie sich nach außen verlagert und durch die Schlitze 15 a des Zylinders 15 austritt. Die aus den sich unterhalb der Trennwand 18 befindenden Schlitzen 15a austretende Flüssigkeit fließt nach unten zur Trennwand 19. Die aus den sich oberhalb der Trennwand 18 befindenden Schlitzen 15 α austretende Flüssigkeit und die am oberen Rand des Zylinders 15 überlaufende Flüssigkeit fließen nach unten auf die Trennwand 18, von wo aus sie dem unteren Teil des Zylinders 16 durch ein senkrechtes Rohr 17 zugeführt werden, dessen unteres Ende vorzugsweise tangential in den Zylinder 16 einmündet. Die dem Zylinder 16 zugeführte Flüssigkeit steigt mit einer Umlaufbewegung nach oben, da das im Zylinder befindliche Gas ebenfalls mit einer Umlaufbewegung nach oben steigt, wodurch der Flüssigkeit eine Fliehkraft mitgeteilt wird. Während der aufsteigenden Bewegung der Flüssigkeit im Zylinder 16 tritt Flüssigkeit unter der Wirkung der Fliehkraft durch die sich oberhalb der Trennwand 19 befindenden Schlitze 16 a aus. Aus den sich unterhalb der Trennwand 19 befindenden Schlitzen 16a kann jedoch kaum Flüssigkeit austreten, da das Gas durch diese Schlitze mit hoher Geschwindigkeit eintritt. Die aus den Schlitzen 16a austretende und aus der Öffnung des Zylinders 16 überlaufende Flüssigkeit fließt nach unten auf die Trennwand 19 und tritt durch das Auslaßrohr 9 aus. Die sehr geringe Flüssigkeitsmenge, welche durch die Schlitze 16a austritt, die sich unterhalb der Trennwand 19 befinden, kann durch das Auslaßrohr 10 abfließen.

Die Kontaktzylinder 15 und 16 können in beliebiger Weise ausgebildet werden, beispielsweise nach innen oder außen gebogen sein, geneigt sein oder konische

Form haben. Ferner können die Trennwände 18 und 19 mit feinen Öffnungen oder Spalten versehen sein, so daß ein Teil des aufsteigenden Gases durch sie hindurchtreten kann.

Wie erwähnt, kann, wenn zwei verschiedene Strömungsmedien durch Ausnutzung der Fliehkraft des mitnehmenden Strömungsmediums in Kontakt gebracht werden, in der Weise, daß das schwerere Strömungsmedium von innen nach außen tritt, die Fliehkraft durch Erhöhung der Geschwindigkeit eines Strömungsmediums, z. B. Gas, erhöht werden, wodurch die Mitnahmewirkung verringert wird.

Die Gesamtfläche der feinen Öffnungen oder Schlitze jedes Kontaktzylinders kann so gewählt werden, daß sie 1 bis 50 % oder mehr als 50 % der Oberfläche des Zylinders beträgt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform kann jedoch die Gesamtfläche der feinen öffnungen unabhängig von der Ouerschnittsfläche des Zylinders gewählt werden. Ferner kann der Mittelteil höher gemacht werden als der Umfangsteil, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2.

Da die Vorrichtung gemäß der Erfindung keine sich drehenden Teile aufweist, kann ein Kontaktelement beliebiger Art verwendet werden und kann das Strömungsmedium von jeder Trennwand durch eine Umgehungsleitung abgeleitet werden. Eine Vorrichtung der vorangehend beschriebenen Art, bei welcher die Fliehkraft zur Trennung einer Flüssigkeit oder eines Gases voneinander oder dazu dient, um diese in Reaktion miteinander zu bringen, ist bisher noch nicht bekannt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekannten Rektifizierkolonnen und Absorptionskolonnen, bei denen lediglich die Schwerkraft ausgenutzt wird, folgende Vorteile:

a) Wenn das Strömungsmedium mit einer hohen Geschwindigkeit in Umlauf versetzt wird, tritt an der Kontaktfläche zwischen den zwei verschiedenen Strömungsmedien eine Fliehkraft auf, die 10- bis lOOOmal stärker ist als die Schwerkraft.

In diesem Falle kann kaum eine stärkere Anhäufung des Strömungsmediums auftreten und nehmen die Strömungsmedien einen Zustand außerordentlich feiner Verteilung an, wodurch ein wirksamer Kontakt bzw. eine wirksame Reaktion der Strömungsmedien miteinander erzielt wird.

b) Da die Strömungsmedien in Umlauf versetzt werden, werden sie mit großer Kraft gegen das Kontaktelement gedrückt, was zur Folge hat, daß das schwere Strömungsmedium einen dünnen Film von 0,1 bis 20 mm bildet und zusammen mit dem feindispergierten Gas im Zustand eines nahezu gleichmäßigen Films umläuft. Bei dieser Behandlung wird der Film mit zunehmender Gasgeschwindigkeit immer dünner und schließlich dispergiert, so daß das schwere Strömungsmedium im Mitnahmezustand umläuft. Die Fliehkraft des Films oder Nebels wird mit dem Druck des Gases außerhalb des Kontaktelementes zum Ausgleich gebracht, was einen idealen Kontakt ergibt.

c) Andererseits können Kontaktzylinder, von denen jeder einen großen Öffnungsquerschnitt hat, verwendet werden, wodurch der Druckabfall herabgesetzt werden kann. Beispielsweise kann beim Inkontaktbringen von Wasser und Luft dieser Druckabfall auf den Bereich zwischen 3 und 10 cm und vorzugsweise zwischen 3 und 6 cm Quecksilbersäule herabgesetzt werden.

d) Die Kontaktzylinder gemäß der Erfindung können, wie in Fig. 1 gezeigt, liegend oder, wie in Fig. 3 gezeigt, stehend angeordnet werden, obwohl sie auch in einer beliebigen anderen Lage angeordnet werden können.

e) Die Fläche der Kontaktzylinder kann eine Verjüngung von etwa der Hälfte bis ein Hundertstel aufweisen, so daß das schwere Strömungsmedium sich divergierend bewegen bzw. divergierend aufsteigen muß, um einen gleichmäßigen Kontakt zu erzielen. Bei stehender Anordnung einer zylindrischen Kontaktplatte kann deren Oberfläche Hyperbelform haben. Solche Kontaktplatten können in vielen verschiedenen Arten ausgebildet werden. Beispielsweise können eine oder mehrere poröse Platten, Platten mit vielen öffnungen, Metallnetze u.dgl. der Hauptkontaktplatte innen oder außen überlagert werden. Im Rahmen der Erfindung kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die tangentiale Strömung des Strömungsmediums derart abgeändert wird, daß eine gemischte Strömung auftritt, wodurch der Kontakt der Strömungsmedien noch verbessert wird. Ferner kann die Ouerschnittsfläche des Kontaktzylinders kreisförmig oder vieleckig sein, und es kann die Kontaktplatte oder der Kontaktzylinder dadurch gebildet werden, daß Platten aufeinanderfolgend einander so überlagert werden, daß tangentiale Spalte zwischen ihnen bestehen. Das durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung behandelte Medium kann nicht nur ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, sondern auch eine Mischung von Gasen bzw. von Flüssigkeiten, die Feststoffteilchen enthält. Dies bedeutet, daß der Kontaktzylinder gemäß der Erfindung auch als Zyklon mit einer Vielzahl feinverteilter Einlasse wirken kann. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung können daher ein Strömungsmedium und in diesem enthaltene Feststoffteilchen von einem abweichenden spezifischen Gewicht durch die Fliehkraft dadurch voneinander getrennt werden, daß das Strömungsmedium von außen eingeleitet wird und die Feststoffteilchen am Mittelteil bzw. am Umfangsteil ausgetragen werden, so daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Trennung eines Strömungsmediums von Feststoffteilchen verwendet werden kann. Es besteht sogar die Möglichkeit, Feststoffteilchen, beispielsweise ein sehr feines Pulver, mit einer Korngröße von 30 bis 200 Mikron, oder Ton- bzw. Ouarzteilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mm, in wirksamen Kontakt mit einer Flüssigkeit zu bringen, dadurch, daß diese Teilchen oder das Pulver längs der Innenseite der Kontaktplatte bzw. des Kontaktzylinders in Form einer Schicht ähnlich einer Flüssigkeitsschicht in Umlauf versetzt werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch als Reaktionskolonne oder Direktkühlkolonne oder zur Durchführung der Bewegung der Stoffe in einer Destillationsvorrichtung, Extraktionsvorrichtung oder Absorptionsvorrichtung verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Strömungsmedien im Gegenstrom mit einem geschlossenen, Einlasse und Auslässe für die verschiedenen Medien aufweisenden Behälter, in welchem koaxial zylinderförmige Kontaktflächen angeordnet sind, die eine Vielzahl feiner Schlitze aufweisen, wobei die Einlasse und Auslässe derart in den Behälter eingeführt sind, daß ein Strö-

mungsmedium vom Umfang des Behälters her durch die feinen Schlitze in die Behältermitte strömt und das andere Strömungsmedium durch Fliehkraft von innen nach außen bewegt wird und somit beide Medien im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß etwa tangential zu den feststehenden zylindrischen Kontaktflächen (2, 3, 4, 5, 15, 16) verlaufende Führungsglieder (12, 13, 14, 15 α, 16 α) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kontaktflächen (2, 3, 4, 5, 15, 16) angenähert in tangentialer Richtung verlaufende Schlitze (15 a, 16 a) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Schlitze (15 a, 16 a) in den Kontaktflächen (2, 3, 4, 5, 15, 16) wenigstens teilweise in entgegengesetzter Richtung verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrisch angeordneten Kontaktflächen (2, 3, 4, 5) stellenweise ohne Schlitze ausgeführt sind und an diesen Teilen unten Führungsrohre (12, 13, 14) zur Ableitung des sich ansammelnden schweren Mediums zur nächstfolgenden Kontaktfläche angeordnet sind (Abb. 1 und 2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in vertikaler Richtung axial versetzter Anordnung der zylindrischen Kontaktflächen (15, 16) Überlauf teile (15 a, 16 a, 18, 19) vorgesehen sind, von denen das schwerere Medium über etwa tangential in die darunter befindliche Kontaktfläche mündende Rohre (17) abgeleitet wird (Abb. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 193 260, 394 099.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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