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Vorrichtung zum Mischen und gleichzeitigen Be- und Entgasen von Flüssigkeiten
Es sind Kreiselmischer z.B. aus den deutschen Patentschriften 821 200 und 967436
bekannt, die zum Mischen von Flussigkeiten untereinander und von Flüssigkeiten mit
Gasen verwendet werden, Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält einen solchen
Kreiselmischer. Sie dient zum Be- und Entgasen von Flüssigkeiten, d. h., einer Flüssigkeit
wird ein Gas zugeführt, dieses Gas wird innig mit der Flüssigkeit gemischt und verläßt
diese nach einer bestimmten Zeit, z. B. nachdem eine gewollte chemische Reaktion
stattgefunden hat.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt aus einem Behälter, einem
in den Behälter eingetauchten Kreiselmischer der genannten Art, der auch Schleuder-Kreiselmischer
genannt wird, aus einem von unten an den Kreiselmischer herangeführten und an dessen
Unterkante endenden Saugrohr und aus über und radial außerhalb des Kreiselmischers
angeordneten Prallplatten, sowie mit zu dem Schleuderrad-Kreiselmischer führenden
Lufteinlaßrohren.
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Eine solche Vorrichtung erfüllt die ihr gestellte Aufgabe dann besonders
vollkommen, wenn die Flüssigkeit und das Gas innig miteinander gemischt werden,
auf einem langen Weg gemeinsam geführt werden und dabei nicht dem Einfluß der Atmosphäre
ausgesetzt werden, die die gewünschte Reaktion nachteilig beeinflussen kann. Bei
der bekannten Vorrichtung werden diese Aufgaben nur unzureichend gelöst. Die von
dem Kreiselmischer weggeschleuderte Flüssigkeit kann nach oben und nach unten abwandern.
Bei einer Abwanderung nach oben gerät sie sofort in die Oberflächenzone, an der
sie mit der atmosphärischen Umgebungsluft in Berührung tritt.
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Bei dieser Berührung mit der Atmosphäre kann diese einmal nachteilig
auf die gewünschte Reaktion einwirken und zum anderen kann das in die Flüssigkeit
eingemischte Gas frühzeitig entweichen, bevor die gewünschte Reaktion zur Gänze
abgelaufen ist.
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Im Unterschied hierzu durchläuft die von dem Schleuderrad-Kreiselmischer
radial ausgeschleuderte Flüssigkeit bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen
zwangsweise vorgeschriebenen Weg. Auf diesem langen Weg müssen die Flüssigkeit und
das Gas, die durch das Schleuderrad miteinander vermischt worden sind, mIteinander
in inniger Berührung verbleiben, so daß die gewollte chemische Reaktion in vollem
Umfang und ohne äußere Beeinflussung stattfinden kann. Konstruktiv erreicht die
Erfindung diese Wirkung dadurch, daß konzentrisch zu und radial außerhalb des Saugrohres
ein Leitrohr von dessen unterem Ende bis über die Ebene des Kreiselmischers hinaus
und an der über diesem angebrachten Prall-
platte vorbei nach oben führt, Saugrohr
und Leitrohr an ihren unteren Enden unter Bildung eines unten geschlossenen Doppelmantels
ineinander übergehen und ein Rohr von der über dem Schleuderrad-Kreiselmischer angeordneten
Prallplatte bis kurz übef den Boden dieses Doppelmantels führt.
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In der Wirkungsweise liegt der Unterschied dieser Konstruktion gegenüber
der Konstruktion der bekannten Vorrichtung somit darin, daß dem aus dem Schleuderrad-Kreiselmischer
~austretenden Gemisch zwangsweise ein gemeinsamer - langer Weg vorgegeschrieben
wird.
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Bekannt ist auch noch eine Vorrichtung zur Behandlung von- Gasen
oder Dämpfen mit Flüssigkeiten, die ohne bewegte Teile arbeitet. Dieser Vorteil
in der Konstruktion wird aber durch Nachteile in der Wirkungsweise aufgehoben. Die
Höhe der in dem Behälter der Vorrichtung stehenden Flüssigkeit ist außerst niedrig.
Innerhalb dieser kurzen Flüssigkeitshöhe ist die Oberflächenberührung zwischen Flüssigkeit
und Gas nur sehr gering, so daß eine Begasung und eine Reaktion auch nur gering
sein kann.
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Bei einer anderen als Rührvorrichtung ausgebildeten bekannten Konstruktion
ist als Mischelement eine Schnecke vorgesehen. Der Abstand zwischen den Gängen der
Schnecke ist verhältnismäßig groß.
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Somit können Gas und Flüssigkeit nur schwach miteinander vermischt
werden. Eine feine Verteilung oder Zerstäubung, wie es ein Schleuderrad-Kreiselmischer
ermöglicht, ist nicht vorhanden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung führt das Lufteinlaßrohr
durch den Boden des Behälters von unten an die Mündung des Doppelmantels. Als weitere
Möglichkeit für die Einleitung der Luft sieht die Erfindung vor, daß ein Lufteinlaßrohr
in den Behälter eingeführt ist und in dem Saugrohr unter dem Schleuderrad-Kreiselmischer
mündet. In beiden Fällen wird die Luft bzw. das
Gas unmittelbar
in die bereits durch den Kreiselmischer beschleunigte Flüssigkeitsströmugg gegeben.
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Dadurch wird ein gewisser Sog ausgeübt und ein Kontakt mit der Atmosphäre
vermieden. Bei der bekannten Vorrichtung werden diese Vorteile nicht erreicht.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind auf dem Umfang des
Saugrohres verteilt zwischen Saugpropeller und Kreiselmischer nach innen ragende
Prallbleche angeordnet. Diese Prallbleche sichern eine stetige Durchmischung auch
bei zu starker Gaseinleitung. Dies wird im folgenden noch im einzelnen erläutert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Behälter unterhalb
des Kreiselmischers geteilt, wobei der untere Teil das doppelwandige Saug-und Leitrohr
mit verhältnismäßig geringem Abstand radial umgibt und der obere Teil sich zuerst
konisch erweitert und dann in eine Tonne ausläuft, auf die der Deckel aufgesetzt
wird.
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Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt die Vorrichtung in einer Ausführung.
Die Pfeile geben die Richtung der Flüssigkeit und des zugeführten Gases an.
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Der Schleuderrad-Kreiselmischer 1 wird über die Welle 2 von dem Motor
3 angetrieben. Die radial außerhalb der Welle 2 sichtbaren Stangen dienen zur Lagerung
des Kreiselanischers. Das Leitrohr 4 ist von unten an den Kreiselmischer 1 herangeführt
und über diesen nach innen abgebogen und dicht an die obere Abschlußplatte des Kreiselmischers
angeschlossen. Das Leitrohr 4 sitzt in dem doppelwandigen Rohr, dessen Innenwand,
das Saugrohr, mit 5 und dessen Außenwand mit 6 bezeichnet ist.
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Der Behälter besteht aus dem unteren rohrförmigen Teil 7 und dem
oberen rohrförmigen Teil 8, das mit dem Deckel 9 verschlossen ist. In den Boden
des Rohres 7 mündet das Rohr 10, und durch den Deckel ist in den Raum unterhalb
des Kreiselmischers 1 das Rohr 11 eingeführt.
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An einer Verlängerung 12 der Welle 2 ist der Saugpropeller 13 befestigt.
Über diesem sind an der Innenwand 5 die Prallbleche 14 angeordnet.
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Zum Erläutern der Wirkungsweise der Vorrichtung sei angenommen, daß
der Behälter bis zu der gestrichelten Linie A mit Flüssigkeit gefüllt sei. Das Rohr
10 ist natürlich verschlossen oder das in ihn befindliche Gas steht unter einem
solchen Druck, daß die Flüssigkeit nicht über das Rohr ausfließen kann.
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Der Motor 3 wird angestellt, und der Propeller 13 hebt die Flüssigkeit
bis auf die Höhe des Kreiselmischers 1, der diese erfaßt und nach außen schleudert,
wo sie zwischen dem Saugrohr 5 und dem Leitrohr 4 nach unten strömt. Das über das
Rohr 10 oder das Rohr 11 zugeführte Gas wird dabei mit der Flüssigkeit vermischt.
Am unteren Ende des doppelwandigen Saugrohres 5 wird die Flüssigkeit umgelenkt und
strömt dann in Richtung der Pfeile zwischen dem Leitrohr 4 und der Wand 6 über die
Ebene des Kreiselmischers 1 nach oben, bis sie schließlich über das obere Ende der
Wand 6 in Form eines Wasserfalles nach außen strömt und herunterfällt. Die Flüssigkeit
löst sich hierbei in einzelne Tröpfchen und feine Wasseradern auf. Die Oberfläche
wird vergrößert und das in der Flüssigkeit gebundene Gas wird freigegeben und tritt
aus dieser aus. Die Flüssigkeit läuft in dem Rohr 7 nach unten, wird am Boden nach
innen umgelenkt, strömt
dann wieder durch das Saugrohr 5 nach oben und der Vorgang
beginnt von neuem.
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Während der Be- und Entgasung hat sich das Volumen der Flüssigkeit
durch das Zuführen des Gases erhöht und der Flüssigkeitsspiegel liegt etwa in Höhe
der eingezeichneten Linie B. Von einem glatten FlüssigkeitsspiegelB kann jedoch
nicht gesprochen werden, da sich die Flüssigkeit in dieser Ebene in ständiger Wallung
befindet.
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Der Umlauf und die mehrfache Umlenkung der Flüssigkeitsströmung erfordert
eine gewisse Kraft.
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Da diese von dem Kreiselmischer 1 nicht allein aufgebracht werden
kann, wird das Fördern der Flüssigkeit zum Teil durch den Propellerl3 übernommen.
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Der Propeller 13 dient weiter dazu, die Flüssigkeit zu Beginn des
Vorganges in den Bereich des Kreiselmischers 1 zu heben. Hierdurch entsteht ein
Spielraqm in der Einfiillhöhe der Flüssigkeit, und es ist nicht erforderlich, darauf
zu achten, daß die Flüssigkeit genau bis zur Höhe des Kreiselmischers 1 eingefüllt
wird. Eine weitere Aufgabe des Propellers 13 besteht darin, in dem Raum unterhalb
des Kråselmischers einen gewissen Druck zu erzeugen, um möglichst viel Gas einzudrücken,
wodurch dessen Mischwirkung erhöht wird.
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Wird durch das Rohr 11 zu viel Gas eingeführt, so drückt dieses die
Flüssigkeit unter dem Kreisel mischer 1 nach unten, und die Mischung wird unterbrochen.
Im einzelnen geht dies so vor sich, daß sich eine Trombe aus einem Gas-Flüssigkeits-Geisch
unter dem Kreiselmischer 1 bildet und mit einer Tangentialgeschwindigkeit unter
diesem umlJnlt, aber nicht mehr von diesem erfaßt wird. Um dies zu verhindern, wird
durch die Prallbleche 14 die Trombe zerschlagen und deren Kreisbewegung aufgelöst.
Die Flüssigkeit strömt dann wieder axial zu dem Kreiselmischer nach oben.
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Die Vorrichtung kann sowohl im unterbrochenen Betrieb, bei dem jedesmal
eine Füllung verarbeitet wird, wie auch im stetigen Betrieb unter stäliniger Zuführung
und Abführung von Flüssigkeit verwen det werden.
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Durch das Rohr 10 kann statt eines Gases selbstverständlich auch
eine zu vermischende Flüssigkeit zugeführt werden.
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Wird mit der Vermischung von Flüssigkeit und Gas eine schemische
Reaktion bezweckt, so beginnt diese in dem Augenbliek der Vermischung in dem Kreiselmischer
1 und endet in dem Augenblick, bis die Flüssigkeit über die Oberkante der Wand 6
nach unten strömt. Je nach der gewünschten Verweilzeit des Gases in der Flüssigkeit
kann die Anzahl der Leitrohre vermehrt und/oder verlängert werden.