DE1244725B

DE1244725B - Method and device for mixing gases, liquids or dust with a base liquid

Info

Publication number: DE1244725B
Application number: DEV25494A
Authority: DE
Inventors: Karel Haindl; Dr-Ing Jaroslav Bulicek; Dolni Mecholupy; Dipl-Ing Jiri Nekoksa
Original assignee: VYZK USTAV VODOHOSPODARSKY
Current assignee: VYZK USTAV VODOHOSPODARSKY
Priority date: 1963-03-01
Filing date: 1964-02-29
Publication date: 1967-07-20
Also published as: GB1045048A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

Deutsche Kl.:German class:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

BOIfBOIf

1244725
V 25494 m/12 e
29. Februar 1964
20. JuU 19671244725
V 25494 m / 12 e
February 29, 1964
June 20, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten oder Staub, bzw. von deren Gemischen mit einer Grundflüssigkeit. Dies kann auch geschehen, um gelöste Gase aus der Flüssigkeit zu beseitigen.The invention relates to a method and a device for mixing gases and liquids or dust, or their mixtures with a base liquid. This can also be done to remove dissolved gases from the liquid.

Zum feinen und gleichmäßigen Mischen eines Mediums mit einer Grundflüssigkeit ist die Bildung einer maximalen Kontaktfläche nötig, von der z. B. die Absorption oder die Löslichkeit des Staubes bzw. des Gases in der Grundflüssigkeit abhängig ist. Neben dem Druck und der Temperatur ist der Wirkungsgrad der Absorption und der Löslichkeit hauptsächlich von der Größe dieser Kontaktfläche sowie von der Kontaktzeit und der Strömungsturbulenz abhängig. Die bekannten Verfahren ermöglichen nicht eine wirtschaftliche Ausnutzung der maximalen Kontaktfläche für die längste Zeit. Gewöhnlich geschieht das Mischen durch mechanische Mischer, durch Verspritzen, durch Aufwirbeln der Oberfläche, durch Durchblasen, durch Berieseln oder durch einen Wassersprung in einer offenen Strömung. Manche Mischvorrichtungen arbeiten mit Ansaugen durch Ejektionswirkung. Auch wird das Gas oder der Staub durch Überdruck in die Grundflüssigkeit eingeblasen.For fine and even mixing of a medium with a basic liquid is the formation a maximum contact area necessary from which z. B. the absorption or the solubility of the dust or of the gas in the base liquid is dependent. In addition to the pressure and the temperature, there is also the efficiency absorption and solubility mainly depend on the size of this contact area as well as the contact time and the flow turbulence. The known methods do not allow an economical utilization of the maximum contact area for the longest time. Usually happens mixing by mechanical mixers, by spraying, by whirling up the surface Blowing it through, by sprinkling it or by jumping in an open current. Some Mixing devices employ suction by ejection. Also becomes the gas or the dust blown into the base liquid by overpressure.

Die bekannten Einrichtungen sind jedoch meist »5 unzuverlässig und haben einen sehr kleinen Nutzeffekt. Oft treten Defekte an den Gebläsen und Kompressoren auf, die zum Eintreiben der Gase in die Grundflüssigkeit vorgesehen sind.However, the known institutions are mostly »5 unreliable and have very little efficiency. Often there are defects in the fans and Compressors, which are provided for driving the gases into the base liquid.

Unerwünscht ist eine starke Kühlung der Tropfen der Grundflüssigkeit während des mechanischen Mischens, der Zerspritzung, Berieselung und Oberflächenaufwirbelung der Grundflüssigkeit beim Mischen mit atmosphärischer Luft. Beim Barbottieren ergibt sich oft eine Verstopfung der Düsen oder porösen Platten. Beim Mischen des Staubes mit der Grundflüssigkeit tritt gewöhnlich ein Ankleben des Staubes und ein Verstopfen der Einrichtung oder die Bildung von Staubanhäufungen mit einer kleinen aktiven Oberfläche ein. Die Kontaktzeit des Gases oder Staubes mit der Grundflüssigkeit ist so kurz, daß sich eine unvollkommene Ausnutzung ergibt.Strong cooling of the drops of the basic liquid during the mechanical is undesirable Mixing, spraying, sprinkling and surface whirling the base liquid when mixed with atmospheric air. When barbequing, the nozzles or are often clogged porous plates. When the dust is mixed with the base liquid, sticking of the Dust and clogging of the device or the formation of dust accumulations with a small active surface. The contact time of the gas or dust with the base liquid is so short that there is an imperfect utilization.

Diese Mangel werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß das Mischen mit Hilfe des Wassersprunges erfolgt, der in einer Rohrleitung entsteht, wenn eine den Rohrquerschnitt nur teilweise füllende, überkritische Strömung in eine den Rohrquerschnitt füllende Strömung übergeht.According to the invention, these deficiencies are eliminated by mixing with the aid of the water jump occurs in a pipeline when a pipe that only partially fills the pipe cross-section, supercritical flow changes into a flow filling the pipe cross-section.

Die hydraulische Erscheinung des Wassersprunges in einer Rohrleitung besteht im wesentlichen aus einem länglichen Wirbel mit horizontaler Achse, hinter dem mehrere sekundäre turbulente Wirbel ent-The hydraulic appearance of the water jump in a pipeline consists essentially of an elongated vortex with a horizontal axis, behind which several secondary turbulent eddies develop.

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von
Gasen, Flüssigkeiten oder Staub mit einer
GrundflüssigkeitMethod and apparatus for mixing
Gases, liquids or dust with a
Basic fluid

Anmelder:Applicant:

Vyzkumn^ ustav vodohospodärsky, PragVyzkumn ^ ustav vodohospodärsky, Prague

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,Dr.-Ing. U. Knoblauch, patent attorney,

Frankfurt/M., Kühhornshofweg 10Frankfurt / M., Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:
Karel Haindl, Prag;
Dr.-Ing. Jaroslav Bulföek,
Dolni Mecholupy,
Dipl.-Ing. JiH Nekoksa, PragNamed as inventor:
Karel Haindl, Prague;
Dr.-Ing. Jaroslav Bulföek,
Dolni Mecholupy,
Dipl.-Ing. JiH Nekoksa, Prague

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Tschechoslowakei vom l.März 1963 (1185)Czechoslovakia, March 1, 1963 (1185)

stehen. Hierdurch ergibt sich ein vollkommenes Durchmischen.stand. This results in complete mixing.

Vor dem Wassersprung hat die Strömung einen freien Flüssigkeitsspiegel, hinter dem Wassersprung ist der Rohrquerschnitt vollständig gefüllt. In Verbindung mit dem Wirbel des Wassersprunges wird daher ein einzumischendes Medium, das unmittelbar vor dem Wassersprung, also über dem freien Flüssigkeitsspiegel, zugeführt wird, durch den Wassersprung in die Grundflüssigkeit eingezogen. In einem solchen Fall benötigt man keine zusätzliche Einrichtung zum Einbringen des Gases, Staubes od. dgl. in die Grundflüssigkeit. Selbstverständlich kann das einzumischende Medium schon vorher in die Grundflüssigkeit eingebracht worden sein und der Wassersprung lediglich zum Durchmischen dienen.Before the water jump, the current has a free liquid level, behind the water jump the pipe cross-section is completely filled. In connection with the vortex of the water jump therefore a medium to be mixed in, which immediately before the water jump, i.e. above the free liquid level, is fed, drawn into the base liquid by the water jump. In such a In this case, no additional device is required for introducing the gas, dust or the like into the base liquid. Of course, the medium to be mixed in can be added to the base liquid beforehand have been introduced and the water jump is only used for mixing.

Unter »überkritischer Strömung« wird diejenige Strömung verstanden, bei der"Supercritical flow" is understood to mean that flow in which

1/gy1 / gy

ist, wobei ν — Durchflußgeschwindigkeit, g = Schwere-where ν - flow rate, g = gravity

709 617/453709 617/453

beschleunigung, y = Tiefe der Strömung = Höhe des freien Flüssigkeitsspiegels über dem Boden ist.acceleration, y = depth of flow = height of the free liquid level above the ground.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand dreier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to three exemplary embodiments in connection with Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Vorrichtung zürn Mischen von Luft mit einer Grundflüssigkeit,Fig. 1 shows a device for mixing air with a basic liquid,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Entölen einer Flüssigkeit und2 shows a device for de-oiling a liquid and

Fig. 3 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 mit intensiverer Durchgasung.Fig. 3 shows a device similar to FIG. 1 with more intensive Gassing.

In F i g. 1 strömt die Grundflüssigkeit unter Druck durch die Rohrleitung 1, fließt durch die Düse 2 hindurch und strömt mit freier Oberfläche und überkritischer Geschwindigkeit in die Rohrleitung 3 hinein. Die Düse 2 ist verstellbar, um die Höhe der freien Oberfläche über dem Boden hinter der Düse einstellen zu können. Die Strömung mit der freien Oberfläche geht infolge des Wassersprunges in eine die Rohrleitung vollkommen ausfüllende Druckströmung über. Durch ein Rohr 4 werden Luft, Gas oder Aerosol und durch ein Rohr 5 eventuelle andere flüssige Chemikalien zugeführt. Der Wassersprung treibt das Gas oder das Aerosol in die strömende Flüssigkeit mit Druck hinein, und in turbulenten Wirbeln wird alles gleichmäßig gemischt. Der Wassersprung in der Rohrleitung 3 und seine Kapazität hinsichtlich des Einziehens der zuzumischenden Medien kann durch eine Regelung der Strömungshöhe mittels der Düse 2, durch eine Regelung des Druckes in der Rohrleitung 1 mittels eines Regelorgans 6, durch eine Regelung des Druckes in der Rohrleitung 3 mittels eines Regelorgans 7 hinter dem Wassersprung, sei es durch ein Regelorgan am Ende der Leitung 3 oder durch Regelung der Flüssigkeitsoberfläche hinter dem Ausfluß aus dem Rohr 10, eingestellt werden. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas fließt weiter durch die Rohrleitung 3; nach Überschreitung der Kontaktoder Emulsionszone haufen sich Gasblasen beim Rohrscheitel. Falls man größere Längen dieser Zone braucht, kann ein Vermischen und Vergrößern der Strömungsturbulenz durch eine zusätzliche Mischvorrichtung erfolgen. Diese kann beispielsweise durch einen Mischflügel 8, der als hydrometischer Flügel konstruiert ist und durch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit gedreht wird, oder durch schnekkenfönnige Kanäle zur Erzeugung einer Spiralströmung gebildet sein.In Fig. 1, the base liquid flows under pressure through the pipeline 1, flows through the nozzle 2 and flows into the pipeline 3 with a free surface and supercritical speed. The nozzle 2 is adjustable to the height of the free surface above the floor behind the nozzle to be able to adjust. The flow with the free surface goes into one as a result of the water jump the pressure flow completely filling the pipeline. Through a pipe 4 air, gas or aerosol and through a pipe 5 any other liquid chemicals supplied. The water jump drives the gas or aerosol into the flowing liquid with pressure, and in turbulent Whirling everything is mixed evenly. The water jump in the pipeline 3 and its capacity as to the drawing in of the media to be admixed can be achieved by regulating the flow height by means of the nozzle 2, by regulating the pressure in the pipeline 1 by means of a control element 6, by a Regulation of the pressure in the pipeline 3 by means of a control element 7 behind the water jump, be it by a regulating element at the end of the line 3 or by regulating the liquid surface behind the Outflow from the tube 10 can be adjusted. The mixture of liquid and gas continues to flow through the pipe 3; after crossing the contact or emulsion zone, gas bubbles accumulate at the Pipe crown. If you need longer lengths of this zone, mixing and enlarging the Flow turbulence take place through an additional mixing device. This can be done, for example a mixing blade 8, which is constructed as a hydrometic blade and by the flow rate the liquid is rotated, or by means of a screw blower Channels for generating a spiral flow can be formed.

Um die Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit zu verlängern, ist an die Rohrleitung 3 ein vertikaler Reaktionszylinder 9 angeschlossen, in dem die Flüssigkeitsgeschwindigkeit gegen die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen wirkt. Die Durchflußgeschwindigkeit im Reaktionszylinder muß größer als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen sein. Die Gasblasen werden langsam mit dem Strom der Grundflüssigkeit in das Ablaufrohr 10 geführt. Durch die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Grundflüssigkeit kann man die Kontaktzeit zwischen dem Gas und der Grundflüssigkeit ändern und damit auch den Prozentsatz der Gasausnutzung, gegebenenfalls bestimmter Gasbestandteile, z. B. des Luftsauerstoffs. Zum Entölen schließt an die Rohrleitung 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 eine Separationskammer 11 zum Abscheiden schwimmfähiger Bestandteile mit einem Überlauf 12 für die ausflottierten Gemischbestandteile (öle, Metalle, Fasern usw.) an.In order to lengthen the contact time of the gas with the liquid, a vertical line is attached to the pipe 3 Reaction cylinder 9 connected, in which the liquid velocity against the ascent rate the bubbles works. The flow rate in the reaction cylinder must be greater than the rate of ascent be of bubbles. The gas bubbles become slowly with the flow of the basic liquid guided into the drain pipe 10. By regulating the flow rate of the basic liquid you can change the contact time between the gas and the base liquid and thus also the Percentage of gas utilization, possibly certain gas components, e.g. B. the oxygen in the air. For de-oiling, the pipeline 3 in the exemplary embodiment according to FIG. 2 a separation chamber 11 for separating buoyant components with an overflow 12 for the floated out Mixture components (oils, metals, fibers, etc.).

':. Zum intensiveren Belüften oder Durchgasen kann erfindungsgemäß vor dem Mischen durch den Wassersprung in die Zuleitung, wie F i g. 3 zeigt, ein senkrechter Zylinder 13 mit erweitertem Überlauf 14 eingefügt werden, wodurch ein weiteres Belüften (Vorbelüften) durch den Fall des Wassers durch den Zylinderschacht hindurch erzielt wird.':. For more intensive ventilation or gassing you can according to the invention before mixing by the water jump into the supply line, as shown in FIG. 3 shows a vertical cylinder 13 with enlarged overflow 14 can be inserted, thereby further venting (Pre-aeration) is achieved by the fall of the water through the cylinder shaft.

Durch Zugabe eines bestimmten Gases ins Wasser erzielt man gleichzeitig die Freigabe einiger unerwünschter Gasprodukte aus dem Wasser (Kohlendioxyd, Schwefelwasserstoff, Radon) sowie auch einen beschleunigten Verlauf der chemischen Reaktionen, so daß einige gelöste Verbindungen (des Eisens, Mangans) sich in unlösliche umwandeln, wodurch die Vorrichtung auch zum Enteisen und Entmanganen des Wassers verwendet werden kann.By adding a certain gas to the water, one achieves the release of some undesired ones at the same time Gas products from the water (carbon dioxide, hydrogen sulfide, radon) as well as one accelerated course of chemical reactions, so that some dissolved compounds (of iron, Manganese) are transformed into insoluble ones, making the device also suitable for deicing and demanganizing of the water can be used.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung herrscht weder die Gefahr der Abkühlung der Flüssigkeit, der Verstopfung von Düsen oder von porösen Platten, noch die eines Versagens der mechanischen Vorrichtung. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung kann man z. B. bei der Oxydation des Wassers und des Schlamms, bei der Chlorierung und Ozonisierung des Wassers, bei der Freigabe des Radons aus dem Wasser, bei der biologischen Reinigung von Abwässern, bei der Dekarbonisierung und der Flotation insgesamt in den verschiedensten Vorrichtungen, besonders in der chemischen Industrie, in der Papier- und Zellulosenindustrie, in Mineralölraffinerien, in der pharmazeutischen Industrie, in der Montanindustrie und im Hüttenwesen verwenden.When using the method according to the invention there is neither the risk of cooling the liquid, clogging of nozzles or porous plates, nor mechanical failure Contraption. The method and apparatus according to the invention can be used, for. B. in oxidation of the water and the sludge, with the chlorination and ozonization of the water, with the release of the radon from the water, in the biological treatment of wastewater, in the decarbonization and flotation as a whole in a wide variety of devices, especially chemical ones Industry, in the paper and cellulose industry, in mineral oil refineries, in the pharmaceutical Use in industry, in the coal and steel industry and in metallurgy.

Claims

Patent claims:

1. Method of mixing gases, liquids or dust with a base liquid, thereby characterized in that the mixing takes place with the help of the water jump, which in one Pipeline occurs when a supercritical flow that only partially fills the cross-section of the pipe merges into a flow that fills the pipe cross-section.

2. The method according spoke 1, characterized in that the media to be mixed supplied immediately before the water jump and drawn into the base fluid by it will.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized through a pipe (1) of smaller cross-section, an adjoining pipe (3) of larger cross-section Cross-section and a preferably adjustable nozzle (2) at the transition point.

4. Apparatus according to claim 3, characterized by a control element (6) in front of the nozzle (2) and a control element (7) behind the water jump.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that behind the water jump an additional mixing device (8) is provided.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the pipeline (3) is followed by a vertical reaction cylinder (9)

7. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the pipeline (3) a separation chamber (11) for separating

separate buoyant components with an overflow (12) for the separated components connects.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized by a vertical Cylinder (13) into which the basic liquid for pre-aeration is via an extended overflow (14) is introduced.

Documents considered: German Patent No. 631458; French patent specification No. 815 247.

1 sheet of drawings