DE1667297C3 - Vorrichtung zur Erzeugung von PuIsationsbewegungen in Flüssigkeits-Pulsationskolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Pulsationsbewegungen in Flüssigkeits-Pulsationskolonnen, mit einer Einrichtung zum periodischen Einleiten von Druckluft in eine und Abführen der Luft aus einer Hilfskolonne, die über einen Anschluß in offener Verbindung mit der Pulsationskolonne steht.

In der Verfahrenstechnik werden zum Behandeln von Flüssigkeiten sogenannte Pulsationskolonnen benutzt. Diese Kolonnen sind mit Mitteln versehen, mit deren Hilfe die darin enthaltene Flüssigkeit in der Weise zum Pulsieren gebracht werden kann, daß sie außer der normalen Strömung durch die Kolonnen eine Auf- und

Abwärtsbewegung erfährt

So ist es bekannt (FR-PS 14 02 382), eine Pulsation in einer Kolonne mit Hilfe einer Membrane anzuregen, welche in der Wand der Kolonne oder eines in freier

S Verbindung damit stehenden Raumes untergebracht ist, indem einem hinter der Membrane liegenden abgeschlossenen Raum, zur Steuerung der periodischen Bewegung der Membrane, Druckluft zugeführt oder entzogen wird. Dabei ist es bekannt, die Einrichtung zur Erzeugung der Pulsationsbewegung mittels der Membrane in einer Hilfskolonne anzuordnen, die mit der Flüssigkeits-Pulsationskolonne in einer ständig offenen Verbindung steht.
Die Anwendbarkeit einer Membrane wird jedoch

iS durch die Beständigkeit ihres Materials gegen aggressive Flüssigkeiten eingeschränkt Die Lebensdauer einer Membrane kann dadurch ziemlich kurz werden, und die Membrane muß gegebenenfalls häufig ersetzt und dabei der Betrieb unterbrochen werden.

Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Pulsationsbewegungen der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß ein beständigeres Material gegen aggressive Flüssigkeiten für den Pulsator verwendet werden kann, und dadurch weniger Betriebsunterbrechungen bei der Anwendung aggressiver Flüssigkeiten auftreten.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erreicht, durch

a) einen hohl ausgebildeten mit Spiel auf- bzw. abwegbarem Schwimmer in der Hilfskolonne, über dem eine Luftkammer ausgebildet ist, und

b) eine gelenkige Verbindung der Oberseite des Schwimmers mit einer Ventilspindel, die sich durch ein in der Luftkammer angeordnetes Ventilgehäuse mit zwei Ventilen erstreckt und beiderseits dieses Gehäuses je einen fcderbelasteten Ventilteller trägt, sowie

c) einen Anschluß zur Zufuhr von Druckluft in die Kammer über das Einlaßventil und einen Anschluß zum Abführen der Luft aus der Kammer über den

Ablaß im Ventilgehäuse.

Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß bei normalem Flüssigkeitsstand in der Hilfskolonne der Schwimmer das Zuführventil für die Druckluft öffnet.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung kann an Stelle der Membrane ein Schwimmer verwendet werden, der wesentlich besser aus einem gegen die zu pulsierende Flüssigkeit beständigen Material hergestellt sein kann als eine Membrane. Bei der erfindungsgemä-

so ßen Vorrichtung befindet sich in dem Raum über dem Schwimmer, in dem sich auch die Ventile befinden, in jedem Falle Luft, wenn die Dampfspannung der Flüssigkeit niedriger als der Überdruck in diesem Raum ist. Jedoch ist der Spalt um den Schwimmer in der

ss Hilfskolonne eng, und es wird in dem Raum über dem Schwimmer bei der Pulsationsbewegung eine so große Menge Frischluft zugeführt, daß auch bei hoher Dampfspannung der Flüssigkeit kaum eine größere Konzentration von aggressivem Dampf in diesem Raum über dem Schwimmer auftritt. Demzufolge findet eine Korrosion des Abführventils normalerweise nicht statt. Um die Gefahr einer Korrosion im Raum über dem Schwimmer noch weiter zu vermindern, trägt vorzugsweise der Schwimmer in geringem Abstand von der Unterseite eine oder mehrere Platten, welche genau in die Hilfskolonne hineinpassen. Dabei kann der Raum zwischen der Platte oder den Platten und dem Schwimmer mit einer anderen Flüssigkeit als der

Kolonnenflüssigkeit gefüllt sein. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird also ein Flüssigkeitskolben zwischen der aggressiven Kolonnenflüssigkeit und dem Raum über dem Schwimmer geschaffen, der eine Aggression in den Steuerventilen mit Sicherheit vermeidet

Um eine wirtschaftliche Steuerung der Druckluft sicherzustellen, sind vorzugsweise die Anschlüsse in einem geschlossenen Luftsystem aufgenommen, das zwei Puffergefäße und einen Kompressor umfaßt, wobei das Luftzufuhrventil über das eine Puffergefäß an die Druckseite des Kompressors und das Luftabfuhrventil über das andere Puffergefäß an die Saugseite des Kompressors angeschlossen ist Das geschlossene Luftsystem kann mit einem inerten Gas gefüllt sein.

Um die Schwimmermasse zu verändern, wenn das für die Stabilität des Schwimmerkörpers erwünscht ist, ist vorzugsweise der hohl ausgebildete Schwimmer an der oberen Seite mit einer Füllöffnung versehen.

Schwimmergesteuerte Ventile sind an sich bekannt. So ist ein Ventil bekannt (FR-PS 12 23 714), um in einem Behälter einen konstanten Flüssigkeitsspiegel aufrecht zu erhalten. Dieser Schwimmer steuert das Zulaufventil in dem Behälter, so daß bei Erreichen des gewünschten Flüssigkeitsspiegels die Zufuhr abgesperrt wird.

Es ist auch bekannt (US-PS 29 81277), einen Schwimmer im Konstantregelventil so zu beaufschlagen, daß Druckschwankungen ausgeglichen werden, d. h. daß ein konstanter Abströmdruck eingehalten wird.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorrichtungen soll die erfindungsgemäß schwimmergesteuerte Ventilanordnung nicht zur Konstanthaltung eines Wertes dienen, sondern um Änderungen eines Wertes durchzuführen, d. h. eine Pulsation in einer Flüssigkeitssäule zu erzeugen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch in vertikalem Längsschnitt eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehene Pulsationskolonne,

Fig.2 schematisch in vertikalem Längsschnitt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Einzelheiten,

Fig.3 eine Abänderung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 4 eine andere Änderung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In F i g. 1 stellt 1 eine Pulsationskolonne dar, welche über einen Teil ihrer Länge mit einer Füllung 2 versehen ist. Über und unter dem gefüllten Teil befinden sich Sammelräume 3 bzw. 4, welche mit Flüssigkeitsanschlüssen 5 bis 8 ausgestattet sind.

Am unteren Ende der Kolonne befindet sich ein Anschluß 9, der über ein Absperrventil 10 die Pulsationskolonne 1 mit einer Hilfskolonne 11 verbindet. In dieser Hilfskolonne U ist ein auf- und abwärtsbeweglicher Schwimmer 12 vorgesehen. Dieser Schwimmer ist hohl ausgeführt und aus Material hergestellt, das gegen die Flüssigkeiten in der Kolonne beständig ist. Ein Beispiel eines solchen Materials ist Polyäthylen. Der Durchmesser des Schwimmers ist so gewählt, daß der Schwimmer mit einigem Spiel, z. B. 1 mm, in die Hilfskolonne hineinpaßt.

Die Hilfskolonne U ist an der oberen Seite abgeschlossen, so daß sich eine Luftkammer 13 bildet, in der sich zwei Ventile befinden, welche von den Bewegungen des Schwimmers 12 gesteuert werden.

Anschlüsse 15 und 16 dienen zu der Zu-, bzw. Abführung von Druckluft

F i g. 2 zeigt nähere Einzelheiten über die Luftkammer und die darin angeordneten Ventile. Die Hilfskolonne 11 wird an der oberen Seite durch einen Flansch 17 S und eine Kappe 18, welche die Luftkammer bilden, abg=schiossen. Der Teil der Hilfskolonne, in dem sich der Schwimmer 12 befindet, ist in Glas ausgeführt, damit die Bewegungen des Schwimmers im Betrieb beobachtet werden können. Der Schwimmer 12 trägt eine

ίο Ventilspindel 19, welche durch das Ventilgehäuse 14 ragt Die Spindel 19 ist über ein oder mehrere Kugelgelenke 24 am Schwimmer 12 befestigt Zu beiden Seiten des Ventilgehäuses 14 betätigt die Ventilspindel 19 ein Ringventil 20,21. Federn 22,23 halten das Ventil

■ 5 20, bzw. 21 auf dem zugehörigen Sitz. Der im Ventilgehäuse 14 befindliche Teil der Ventilspindel 19 ist zwischen den Ventilen 20, 21 dicker ausgeführt wobei der Abstand zwischen den Anschlagflächen etwas kürzer gewählt wurde als der Abstand zwischen den Ventilsitzen, so daß beide Ventile nicht zugleich geöffnet werden können.

An der oberen Seite des Schwimmers 12 befindet sich eine Füllöffnung 25, über die z. B. Flüssigkeit in den Schwimmer eingeleitet oder daraus abgelassen werden kann, wodurch die gesamte Schwimmermasse geändert werden kann, wenn dies für die Stabilität des Schwimmei'körpers erwünscht ist.

Die Pulsationsvorrichtung wirkt folgendermaßen. Die Flüssigkeit in der Hilfskolonne übt auf den Schwimmer einen Aufwärtsdruck aus, wodurch über die Ventilspindel das Zufuhrventil 20 für die Druckluft geöffnet wird. Beim Anlegen von Luftdruck übt diese Luft auf die Flüssigkeit in der Hilfskolonne einen Abwärtsdruck aus, wodurch diese über die Verbindung 9 in die Hauptkolonne strömt und die Flüssigkeit in der Hauptkolonne eine Aufwärtsbewegung erhält. Durch die damit verbundene Abwärtsbewegung des Schwimmers wird über die Ventilspindel 19 das Zufuhrventil 20 geschlossen und anschließend das Abfuhrventil 21 geöffnet.

Durch die Verringerung des Drucks über der Flüssigkeit in der Hilfskolonne kann diese Flüssigkeit wiederum ansteigen und nimmt dabei den Schwimmer mit. Das Abfuhrventil wird geschlossen und anschließend das Zufuhrventil geöffnet. Es entsteht auf diese Weise eine

Oszillationsbewegung.

Der Schwimmer erfährt eine völlig geradständige Bewegung in der Hilfskolonne. Der Schwimmerkörper ist zur Vermeidung einer Schrägstellung in bezug auf seinen Durchmesser ziemlich lang ausgeführt. Das Spiel des Schwimmers in der Hilfskolonne darf ferner mit Rücksicht auf den Hubverlust nicht zu groß sein.

Bei dem beschriebenen System befindet sich im Raum 13 nur Luft, wenn die Dampfspannung der Flüssigkeit niedriger ist als der Überdruck im Raum 13. Dabei ist der Spalt zwischen der Hilfskolonne 11 und dem Schwimmer 12 eng und es wird dem Raum 13 bei jeder Pulsationsbewegung eine bestimmte Menge Frischluft zugeleitet. Dadurch ist auch bei hoher Dampfspannung der Flüssigkeit kaum aggressiver Dampf in dem Raum 13 vorhanden. Eine Korrosion des Abfuhrventils 21 findet demzufolge normalerweise nicht statt Nur in Ausnahmefällen können zusätzliche Maßnahmen vorgenommen werden, um eine mögliche Korrosion des Abidßventils 21 zu verhindern.

Die F i g. 3 zeigt eine Lösung. Dazu ist der Schwimmer 30 ziemlich lang ausgeführt und trägt außerdem an seiner unteren Seite eine Platte 31, welche genau in die Hilfskolonne 32 hineinpaßt Der Raum über

der Platte 31 und um den Schwimmer 30 ist dabei mit einer unschädlichen Flüssigkeit niedriger Dampfspannung gefüllt. Es können nötigenfalls auch mehrere Platten vorgesehen sein (nicht eingezeichnet).

Eine andere Möglichkeit, die Nachteile einer Berührung mit der Flüssigkeit zu vermeiden, ist, die Druckluft in einem geschlossenen Kreis unterzubringen. Fig.4 zeigt dies schematisch. Die Abfuhr 16 der Pulsationsvorrichtung ist an ein Puffergefäß 40 angeschlossen, das seinerseits mit der Saugseite 41 eines Kompressors 42 in Verbindung steht. Die Druckseite 43 ist mit einem zweiten Puffergefäß 44 verbunden, aus dem der Luftzufuhranschluß 16 der Pulsationsvorrichtung gespeist wird. Es entsteht auf diese Weise ein völlig geschlossener Kreislauf, der auf keinerlei Weise mit dei Außenluft in Verbindung steht. Auf Wunsch kann mar den Kreislauf statt mit Luft mit einem Inertgas füllen Dabei soll die Absorption des Gases in der Flüssigkeil selbstverständlich gering sein.

Mit einem geschlossenen Kreislauf ist ferner noch dei Vorteil verbunden, daß die Wirkung des pneumatischer Pulsators durch Arbeiten bei höherem Druck gesteigen werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprache:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Pulsationsbewegungen in Flüssigkeits-Pulsationskolonnen, mit einer Einrichtung zum periodischen Einleiten von Druckluft in eine und Abführen der Luft aus einer Hilfskolonne, die über einen Anschluß in offener Verbindung mit der Pulsationskolonne steht, gekennzeichnet

a) durch einen hohl ausgebildeten, mit Spiel auf- und abbewegbaren Schwimmer (12) in der Hilfskolonne (11), über dem eine Luftkammer

(13) susgebildet ist, und

b) durch eine gelenkige Verbindung (24) der Oberseite des Schwimmers (12) mit einer Ventilspindel (19), die sich durch ein in der Luftkammer (13) angeordnetes Ventilgehäuse

(14) mit zwei Ventilen erstreckt und beiderseits dieses Gehäuses (14) je einen federbelasteten (22,23) Ventilteller (20,21) trägt, sowie

c) einen Anschluß (15) zur Zufuhr von Druckluft in die Kammer (13) über das Einlaßventil (20) und einen Anschluß (16) zum Abführen der Luft aus der Kammer (13) über das Ablaßventil (21) im Ventilgehäuse (14).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (30) in einiger Distanz von der unteren Seite eine oder mehrere Platten (31) trägt, welche genau in die Hilfskolonne (32) hineinpassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Platte (31) oder den Platten und dem Schwimmer (30) mit einer anderen Flüssigkeit als der Kolonnenflüssigkeit gefüllt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (15,16) in einem geschlossenen Luftsystem aufgenommen sind, das zwei Puffergefäße (40, 44) und einen Kompressor (42) umfaßt, wobei das Luftzufuhrventil (20) über das eine Puffergefäß an die Druckseite des Kompressors und das Luftabfuhrventil (21) über das andere Puffergefäß an die Saugseite des Kompressors angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Luftsystem mit einem Inertgas gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hohl ausgebildete Schwimmer (12, 30) an der oberen Seite mit einer Füllöffnung (25) versehen ist.