DE1632407C - Verfahren und Vorrichtung zum Ein bringen von Gas in zwei in einem Behalter befindlichen Komponenten von unterschied hchem spezifischen Gewicht - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung besonders günstige Vorrichtung zum Einbringen von Gas in zwei in einem Behälter befindlichen Komponenten von unterschiedlichem spezifischem Gewicht zum Beschleunigen von Rea'ktionsvorgängen zwischen den Komponenten, von denen die untere flüssig und die obere schichtförmig vorliegende fest oder flüssig ist, wobei mittels eines in der Flüssigkeit bewegten Gerätes eine turbulente Strömung erzeugt und unter deren Wirkung das Gas eingeführt wird.

Zur Durchführung und zur Beschleunigung physikalisch-chemischer Vorgänge in Flüssigkeiten, insbesondere in Metallschmelzen von über 800° C ist bekannt, mechanisch zu rühren bzw. die flüssige Komponente umzupumpen (deutsche Auslegeschrift 1 190 479). Die turbulente Strömung wird in bekannter Weise erzeugt, indem die Flüssigkeit unten angesaugt und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach oben gefördert und in Richtung des Behälterrandes ausgestoßen wird. Die so erzeugten Strömungen verursachen ein Durchmischen der unteren, flüssigen Komponente, wodurch z. B. auf Grund der eintretenden Oberflächenvergrößerung eine rasche Entgasung erzielt werden kann.

Es ist ferner bekannt, durch fontänenartiges Ver- j sprühen der flüssigen Komponente die Flüssigkeitsoberfläche zu vergrößern, wobei die Flüssigkeit infolge der Wirkung eines in dem Raum, in dem die Schmelze versprüht wird, herrschenden Vakuums in einem Steigrohr empor gefördert wird und in dem Vakuum in der Flüssigkeit enthaltene Gase abgibt.

Auch das Einbringen von Gas ist in vielfältiger Form bekannt, wobei jeweils Gas in der flüssigen Komponente eingegeben wird oder aber wie in der Metallurgie auf die obere, schichtförmig vorliegende Komponente aufgeblasen wird (Sauerstoff-Aufblasverfahren). Beim Aufblasen von Gasen auf die obere Komponente strömt das Blasgas in einigem Abstand aus einem eingeführten Rohr aus.

Es ist auch bekannt, Flüssigkeiten, die einer Reinigung unterzogen werden sollen, wie z. B. zu reinigendes Wasser, das schwebende Feststoffe enthält, und das mit einer Schicht von Chemikalien in fester oder flüssiger Form bedeckt wird, durch eingeführtes Gas wie z. B. Luft zu einer stärkeren Reaktion zwischen der flüssigen und der festen, bzw. flüssigen Komponente zu veranlassen. Hierbei kann die obere * Komponente zwecks Tötung von Keimen oder aber zur Bildung neuer Keime vorgesehen sein.

Sowohl dem Verfahren, das Gas auf die obere Komponente aufzublasen als auch Gas in Blasenform in der unteren, flüssigen Komponente zu verteilen, haftet der Nachteil an, daß jeweils nur eine Komponente primär mit dem Gas in Berührung kommt, so daß die zweite Komponente mehr oder weniger gegen das Gas abgeschirmt wird. Die Folge davon ist, daß die Reaktionen zwischen den beiden Komponenten, insbesondere bei sehr großen Mengen, nicht innerhalb einer gewünschten kurzen Reaktionszeit ablaufen. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die eigentliche Reaktion zwischen den beiden Komponenten in einer sehr dünnen, örtlich begrenzten Zone vor sich gehen. Um unter Ausnutzung der maximalen, örtlichen Reaktionsgeschwindigkeit, die von den Eigenschaften, d. h. der Affinität der beiden Komponenten abhängt, das ganze Volumen der unteren Flüssigkeit in kürzest möglicher Zeit an der Reaktion teilnehmen zu lassen, ist es erforderlich, kontinuierlich Volumenteile der noch nicht zur Reaktion gelangten beiden Komponenten in die Reaktionszonen zu bringen und die Reaktionsprodukte

aus diesen Zonen abzuführen. Es ist jedoch praktisch nicht möglich, eine Kontrolle über die bereits an den Reaktionsort gelangten Komponenten der oberen Schicht oder der unteren Flüssigkeit zu erhalten, so daß stets unsicher bleibt, ob nicht doch bereits reagierte Stoffe erneut in den Bereich der Reaktion gefördert werden.

Es hat sich auch gezeigt, daß die erwartete Wirkung nicht oder nicht in dem erwartenden Umfang eingetreten ist, obwohl eine beträchtliche Umwälzung innerhalb der jeweiligen Komponente stattgefunden hat. Es scheint, daß die bekannten Verfahrensweisen zum Einbringen von Gas zwar die Umwälzung, d. h. die Förderung der beiden Komponenten unterstützt, daß jedoch eine ausgeprägte Turbulenz in der Reaktionszone selbst wirkungsvoller wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Intensität der Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu steigern. Hierbei soll die mechanisch erzeugte turbulente Strömung ausgenutzt werden, um das Gas einzubringen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Gas in den zwischen den Komponenten liegenden Grenzbereich eingeleitet wird. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das zuzuführende Gas sehr weitgehend über eine große Oberfläche auf der sich beide Komponenten gegenüberliegen, verteilt wird. Die Reaktion zwischen den beiden Komponenten läuft daher vollkommener, d. h. ortlieh nicht als Maximum sondern verteilt auf einer niedrigeren Energiestufe, die in vielen Fällen erwünscht ist..Ferner wirkt sich günstig aus, daß durch die Variierung der Strömungsgeschwindigkeit in der turbulenten Strömung und durch eine Steuerung der Zuführmenge des Gases optimale Reaktionsbedingungen geschaffen werden können, die sowohl auf die beiden Komponenten als auch auf das Gas selbst · abgestimmt sind.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein inertes Gas eingeleitet wird. Die Anwesenheit des inerten Gases schließt zwar eine Teilnahme des Gases an der Reaktion selbst aus, verursacht jedoch eine Auflockerung der im Grenzbereich befindlichen Teilchen der beiden Komponenten, so daß diese trotz Anwesenheit unerwünschter Begleitstoffe in den beiden Komponenten miteinander in gewünschtem Ausmaß reagieren. Das inerte Gas verstärkt jedoch die turbulente Strömung und trägt dazu bei, die Reaktion auf eine große Oberfläche zu erweitern.

Im Gegensatz zur Maßnahme, ein inertes Gas einzuleiten, steht eine andere Ausgestaltungsform der Erfindung, nämlich, daß ein an der Reaktion zwischen den Komponenten teilnehmendes Gas eingeleitet wird. Derartige Gase sind insbesondere in der Metallurgie üblich und werden bei der Behandlung von Metallschmelzen eingesetzt.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ferner' vorgeschlagen, daß zur Entschwefelung von Eisen- oder Metallschmelzen ein Gas eingeleitet wird, das unabhängig von den beiden Komponenten oder mit der oberen Komponente die Entschwefelung herbeiführt.

Vorteilhaft ist auch, daß in das in den Grenzbereich der beiden Komponenten eingeleitete Gas zusätzliche, die Reaktion zwischen den Komponenten unterstützende Feststoffe eingeleitet werden.

Geräte zur Erzeugung einer turbulenten Strömung sind bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 190479). Ein solches bekanntes Gerät besteht aus einer mechanischen Rühr- und Pumpvorrichtung, die ein unteres Ansaugrohr und über dem Ansaugrohr seitlich angeordnete, im wesentlichen horizontale Auslaufrohre besitzt und umlaufend angetrieben ist. In Weiterbildung eines derartigen die turbulente Strömung erzeugenden Gerätes wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Gas mittels eines Zuführungsrohres, das jeweils innerhalb eines Auslaufrohres mündet, einleitbar ist. Wie sich gezeigt hat, ist eine erhöhte Turbulenz und eine Beschleunigung der Reaktion zu beobachten, wenn das Gas mittels einer Rühr- und Pumpvorrichtung der bezeichneten Ausgestaltung durch rotierende Auslauföffnungen in die flüssige Komponente eingeleitet wird. In diesem Fall ist auch ein guter Rühr- und Spülungseffekt des Gases durch die obenliegende, schichtförmige Komponente zu beobachten, besonders wenn diese Komponente dickflüssig ist, so daß unterschiedliche Zusammensetzungs-Gradienten ausgeglichen werden.

Abgesehen von dem Vorschlag, an der Rühr- und Pumpvorrichtung Gas-Zuführungsrohre vorzusehen, ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, daß zusätzlich Gas mittels fest am Gefäß oder beweglich vorgesehener Rohre einleitbar ist. Die zusätzlichen Rohre gestatten, bei sehr großen Behältern auch die Randbereiche mit zu erfassen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Rührvorrichtung als umlaufend angetriebenes Flügelrad oder Stern oder als mit Rührflächen ausgerüstetes translatierendes Gerät ausgebildet sein. Die so gestaltete Vorrichtung gestattet, besonders große Flächen zwischen den beiden Komponenten zu bestreichen. Hierbei kann auf die pumpende Wirkung verzichtet werden.

Ein Ausgleich für die Pumpwirkung kann nach einer weiteren, die Erfindung ausgestaltenden Maßnahme dadurch erzielt werden, daß das Gas mittels des Zuführungsrohres die turbulente Strömung verstärkend, d. h. unter Druck zuführbar ist. Es ist selbstverständlich möglich, auch zusätzlich zur als Pumpvorrichtung ausgebildeten Rührvorrichtung das Gas unter Druck zuzuführen. Bei der praktischen Ausführungsform einer auf dem Pumpenprinzip arbeitenden Rührvorrichtung werden die in einer Anzahl von zwei oder mehr Seitenarmen vorhandenen Auslauföffnungen unterhalb des Spiegels der unteren Flüssigkeit in einer gewissen Tiefe gehalten und das Gas wird durch das zentrale vertikale Rohr zugeführt, welches unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mit einzelnen öffnungen versehen ist. Hierbei ist möglich, durch Steuerung des Gasdrucks die Flüssigkeitssäule in dem rotierenden Gerät zu beeinflussen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einbringen von Gas in zwei

in einem Behälter befindlichen Komponenten von unterschiedlichem spezifischem Gewicht zum Beschleunigen von Reaktionsvorgängen zwischen den Komponenten, von denen die untere flüssig und die obere, schichtförmig vorliegende, fest oder flüssig ist, wobei mittels eines in der Flüssigkeit bewegten Gerätes eine turbulente Strömung erzeugt und unter deren Wirkung das Gas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in den zwischen den Komponenten liegenden Grenzbereich eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Reaktion zwischen den Komponenten teilnehmendes Gas eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entschwefelung von Eisenoder Metallschmelzen ein Gas eingeleitet wird, das unabhängig von den beiden Komponenten oder mit der oberen Komponente die Entschwefelung herbeiführt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das in den Grenzbereich der beiden Komponenten eingeleitete Gas zusätzliche, die Reaktion zwischen den Komponenten unterstützende Feststoffe eingeleitet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer mechanischen Rühr- und Pumpvorrichtung, die ein unteres Ansaugrohr und über dem Ansaugrohr seitlich angeordnete, im wesentlichen horizontale Auslaufrohre besitzt und die umlaufend angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mittels eines Zuführungsrohres, das jeweils innerhalb eines Auslaufrohres mündet, einleitbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Gas mittels fest am Gefäß oder beweglich vorgesehener Rohre einleitbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühr-Vorrichtung als umlaufend angetriebenes Flügelrad oder Stern oder als mit Rührflächen ausgerüstetes translatierendes Gerät ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mittels des Zuführungsrohres die turbulente Strömung verstärkend, d. h. unter Druck zuführbar ist.