DE19505297A1 - Gaslösungsreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslösungsreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Gaslösungsreaktoren dienen dazu, ein Gas in einer Flüssigkeit zu lösen bzw. die Flüssigkeit mit dem Gas zu sät­ tigen. Insbesondere in der Gasblasenflotationstechnik kommen derartige Gaslösungsreaktoren zum Einsatz, wobei ein Wasser­ strom unter Druck gesetzt und mit Luft gesättigt wird. An­ schließend wird das luftgesättigte Wasser entspannt und einem Suspensionsstrom zugemischt, wodurch das gelöste Gas aufgrund des plötzlich reduzierten Drucks Blasen bildet, die sich an im Wasser befindlichen Suspensionspartikeln anheften und diese an die Flüssigkeitsoberfläche befördern.

Die herkömmlichen Gaslösungsreaktoren haben mehrere Nach­ teile. So ist es erforderlich, daß das Wasser in erheblichem Maß druckbeaufschlagt wird, um die Gaslöslichkeit zu erhöhen. Dieser Druck in der Größenordnung mehrerer Atmosphären erfor­ dert dickwandige Reaktionsbehälter, was neben hohen Herstell- und Montage kosten die Beachtung einer Reihe von einschlägigen Vorschriften für Druckbehälter mit sich bringt. Darüber hin­ aus ist es bei den bisherigen Gaslösungsreaktoren schwierig, die für den Gaslösevorgang erforderliche Verweilzeit des Was­ sers im Gaslösungsreaktor von mehreren Sekunden zu erreichen, wenn gleichzeitig ein hoher Wasserdurchsatz gefordert wird. In diesem Fall muß der Gaslösungsreaktor daher noch größer ausgeführt werden, wodurch die oben geschilderten Probleme noch signifikanter werden. Weiterhin von Nachteil ist, daß bei den herkömmlichen Gaslösungsreaktoren vornehmlich Blasen mit relativ großem mittleren Durchmesser gebildet werden. Ne­ ben dem Nachteil, daß die großen Blasen nicht an den im Was­ ser befindlichen Feststoffpartikeln anhaften und somit dein Flotationsvorgang nicht zur Verfügung stehen, sind diese zu­ sätzlich dadurch schädlich, daß sich viele kleine Bläschen daran anheften und auch diese dem Flotationsvorgang verloren gehen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Gaslösungsreaktor bereitzustellen, der sich durch vereinfachte Herstellung und Betrieb auszeichnet und gleichzeitig eine wirksame Sättigung des Druckwassers er­ möglicht, wobei eine Blasenbildung mit einem möglichst gerin­ gen mittleren Blasendurchmesser wünschenswert wäre.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Gaslösungsreaktorausbildung hat eine Reihe von Vorteilen. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß durch die schalenartige Anordnung der Strömungska­ näle eine erhebliche Verlängerung des Strömungsweges und da­ mit der Verweilzeit im Reaktor erzielbar ist. Während her­ kömmliche Gaslösungsreaktoren Verweilzeiten im Bereich einer Sekunde aufweisen, können mit der Erfindung bei hohen Wasser­ durchsätzen Verweilzeiten von mehr als 4 Sekunden erzielt werden, was sich in einer insgesamt höheren gelösten Gasmenge niederschlägt. Gleichzeitig kann die Größe und des Gaslö­ sungsreaktor erheblich verringert werden, wodurch die Bean­ spruchungen durch den Überdruck und damit die Wartungs- und Überwachungsaufwendungen reduziert werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der geringeren Bauhöhe von ca. Im gegenüber herkömmlichen Re­ aktoren, die Höhen von über 3 m aufweisen. Die erfindungsgemä­ ße Ausbildung ist ferner sicherheitstechnisch weniger aufwen­ dig als herkömmliche Anlagen und unterliegt weniger strengen Bau- und Wartungsvorschriften, was zu erhöhter Wirtschaft­ lichkeit führt.

Eine weitere grundlegende Erkenntnis der Erfindung besteht darin, daß ein beschleunigter oder verzögerter Strömungsver­ lauf durch Veränderung des Strömungskanalquerschnitts eine äußerst wirksame Verringerung der Blasengröße bewirkt, wo­ durch der Gaslösungsvorgang erheblich beschleunigt werden kann. Durch den vorzugsweisen Aufbau des Strömungskanals aus einer Anzahl hintereinander angeordneter Kanalabschnitte mit sich monoton änderndem Querschnitt ergeben sich an den Über­ gängen zwischen den Kanalabschnitten positiv oder negativ be­ schleunigte Strömungen, durch welche die Blasen des noch un­ gelösten Gases in kleinere, leichter aufzulösende Blasen auf­ geteilt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kommu­ nizieren die zwischen den Rohrabschnitten gebildeten Strö­ mungskanalabschnitte jeweils an den beiden axialen Enden des Reaktors miteinander. Dabei ergibt sich zwangsläufig eine Um­ lenkung der Strömung etwa in die entgegengesetzte Richtung, was Turbulenzen und damit eine weitere Verbesserung des Bla­ senlösungsvorganges bewirkt.

Vorzugsweise befindet sich an einem Reaktorende ein axialer Einlaß für die Flüssigkeit und das Gas und am entgegengesetz­ ten axialen Ende ein Flüssigkeitsauslaß. Dabei ist die Achse des Gaslösungsreaktors bevorzugt vertikal ausgerichtet ist, wobei der Flüssigkeitseinlaß am oberen Ende und der Flüssig­ keitsauslaß am unteren Ende des Gaslösungsreaktors liegt. Durch die vertikale Ausrichtung ergibt sich ein geringer ho­ rizontaler Platzbedarf des Reaktors und die in der Flüssig­ keit nicht gelösten Gasblasen steigen nach oben, wo sie in geeigneten Gassammelräumen aufgefangen und abgeführt werden können. Dabei können die Rohrabschnitte am oberen Ende Durch­ lässe aufweisen, durch welche die Gasblasen wieder zum Flüs­ sigkeitseinlaß zurückgeführt werden und somit eine Rezirkula­ tion ungelöster Gasblasen ermöglicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Strömungskanal ringartig ausgebildet, wobei sich die Quer­ schnitte der ringförmigen Strömungskanalabschnitte zum Flüs­ sigkeitsauslaß hin vergrößern oder verkleinern. Das heißt, daß jeder Strömungskanalabschnitt einen größeren Querschnitt als der vorherige Abschnitt aufweist, so daß die Strömungsge­ schwindigkeit an jeder Erweiterungsstelle bzw. Übergangsstel­ le zum nächsten Strömungskanalabschnitt abnimmt. Umgekehrt können die Strömungsquerschnitte auch von jedem Abschnitt zum nächsten kleiner werden, um eine Erhöhung der Strömungsge­ schwindigkeit zu bewirken. Alternativ ist es auch möglich, in einem ersten Bereich den Strömungsquerschnitt von einem Ab­ schnitt zum nächsten zu erhöhen und in einem zweiten Bereich wieder zu reduzieren, so daß ein zunächst verlangsamte und danach wieder beschleunigte Strömung erreicht wird oder umge­ kehrt, oder es kann abwechselnd beschleunigt und verzögert werden.

Ein sich in Strömungsrichtung vergrößernder Querschnitt wird insbesondere dadurch erreicht, daß die radialen Abstände zwi­ schen je zwei benachbarten Rohrabschnitten gleich sind oder nach radial außen hin zunehmen.

Um eine besonders wirksame Gassättigung des Flüssigkeitsstro­ mes zu erzielen, ist das Verhältnis zwischen den Strömungsge­ schwindigkeiten im ersten und letzten Strömungskanalabschnitt vorzugsweise 5 bis 20 und besonders vorzugsweise 8 bis 12.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Strömungskanal im wesentlichen einen ringsegmentartigen, zum Flüssigkeitsauslaß hin abnehmenden Querschnitt auf. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß radial verlaufende Trennwände zwischen je zwei benachbarten Rohrabschnitten vor­ gesehen sind, durch die der zwischen den Rohrabschnitten de­ finierte Ringraum in mehrere, miteinander endseitig verbun­ dene ringsegmentartige Strömungskanalbereiche geteilt ist. Je nach Bedarf können zwei oder mehr solcher Radialtrennwände vorgesehen werden, um den Ringraum zwischen je zwei Rohrab­ schnitten in zwei oder entsprechend mehr Ringsegmentkanalab­ schnitte zu teilen. Diese stehen dann miteinander in Verbin­ dung und werden zick-zack-artig durchströmt.

Bei dieser Ausführung ist es zweckmäßig, wenn das Verhältnis zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten des letzten und er­ sten Strömungskanalabschnitts 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 5 beträgt.

Bei beiden oben beschriebenen Ausführungsformen ist es von Vorteil, wenn dem bisher beschriebenen ersten Behälter des Gaslösungsreaktors ein zweiten Behälter nachgeschaltet ist, dessen Einlaß mit dem Flüssigkeitsauslaß des ersten Behälters verbunden ist, wobei eine mit dem Einlaß kommunizierende Lei­ tung etwa in halber vertikaler Behälterhöhe in den Behälter­ innenraum des zweiten Behälters mündet und ein zweiter Flüs­ sigkeitsauslaß im Bereich des Behälterbodens sowie ein Gas­ blasensammelraum im Bereich des oberen Behälterendes gebildet ist.

Durch diese Kombination zweier Behälter läßt sich der Lö­ sungsvorgang für das Gas weiter optimieren und in der Praxis eine vollständige Sättigung der Flüssigkeit mit Gas errei­ chen, wobei gleichzeitig ein hoher Anteil an Mikroblasen mit einem sehr kleinen Durchmesser erreichbar ist, während im we­ sentlichen alle größeren Blasen abgeschieden werden. Vorzugs­ weise ist hierzu der Gasblasensammelraum für die abgeschiede­ nen Blasen mittels einer Rückführleitung mit dem Flüssig­ keitseinlaß des zylindrischen Behälters verbunden. Durch die wirksame Abscheidung der großen Blasen erhöht sich gleichzei­ tig die Wirksamkeit der Mikroblasen bei der nachfolgenden Verwendung, z. B. nach Entspannung in einem Flotationsprozeß, da diese nicht mehr an größeren Blasen anhaften können.

Die mit dem Einlaß des zweiten Behälter kommunizierende Lei­ tung für die Zuführung des Wassers ist vorzugsweise ringför­ mig ausgebildet und zwischen der Behälteraußenwand und einem im Behälter angeordneten, unten geschlossenen zylindrischen Einsatz gebildet. Dabei ergibt sich an der Mündung der Lei­ tung eine ringförmige Einströmung des Wassers in den Innen­ raum des zweiten Behälters, wobei durch die plötzliche Quer­ schnittserweiterung eine erhebliche Verminderung der Strö­ mungsgeschwindigkeit eintritt. Dabei können die noch im Was­ serstrom befindlichen größeren Blasen nach oben in den Sam­ melraum steigen, während das im wesentlichen von größeren Blasen freie Gas-gesättigte Wasser nach unten abströmt.

Alternativ kann die Leitung auch durch ein im Behälter ange­ ordnetes, im wesentlichen koaxiales Rohr gebildet sein, des­ sen Mündung etwa in Höhe der vertikalen Behältermitte liegt. Dabei erfolgt ebenfalls eine plötzliche Strömungsverlangsa­ mung nach radial außen, wobei die größeren Blasen wiederum ungehindert nach oben steigen können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nungen weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Gaslösungsreaktors,

Fig. 2a eine alternative Ausführung des ersten Behälters im Axialschnitt,

Fig. 2b einen Querschnitt des Behälters von Fig. 2a, und

Fig. 3 eine alternative Ausführung des zweiten Behäl­ ters.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gas­ lösungsreaktors 10 dargestellt, der im wesentlichen aus einem ersten Behälter 12 und einem mittels einer Verbindungsleitung 14 damit verbundenen zweiten Behälter 16 besteht.

Der erste Behälter 12 besteht im wesentlichen aus zwei Stirn­ platten 18a, 18b, zwischen denen eine im wesentlichen zylin­ drische Behälterwand 20 angeordnet ist, die dichtend mit bei­ den Stirnplatten 18a, 18b verbunden ist. Vorzugsweise werden die Stirnplatten 18a, 18b durch gestrichelt angedeutete Zug­ anker 22 gegeneinander gezogen. In die eintrittsseitige Stirnplatte 18a, die in Fig. 1 oben dargestellt ist (jedoch ebenso unten liegen kann), mündet eine Einlaßleitung 24 für die Flüssigkeit. Das in der Flüssigkeit zu lösende Gas wird dieser entweder vor Eintritt in den Behälter 12 zugemischt, oder sie wird mittels einer getrennten Gaszuleitung 26 in den Behälter 12 eingeleitet. In der dargestellten Ausführung ver­ läuft die Gaszuleitung 26 konzentrisch innerhalb der Flüssig­ keits-Einlaßleitung 24, wobei die Mündungen beider Leitungen vorzugsweise etwa in gleicher Ebene liegen.

An der auslaßseitigen Stirnplatte 18b ist eine Sammeleinrich­ tung 28 angebracht, die mit der Verbindungsleitung 14 zum zweiten Behälter 16 dichtend verbunden ist. Vorzugsweise ist diese Sammeleinrichtung 28 glockenartig ausgebildet und auf der der Behälterwand 20 gegenüberliegenden Seite der Stirn­ platte 18b angeordnet, wobei für die Durchleitung der Flüs­ sigkeit an geeigneter Stelle Durchlässe 30 in der Stirnplatte 18b vorgesehen sind.

Zwischen den beiden Stirnplatten 18a, 18b sind im Inneren der Behälterwand 20 eine Anzahl von Rohrabschnitten 32a, 32b, 34a, 34b angeordnet, die ineinander gesteckt und vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Bei der gezeigten Ausführung ist der innerste Rohrabschnitt 32a an der eintrittsseitigen Stirnplatte 18a mit seinem einen Ende dichtend befestigt und bildet einen ersten Strömungska­ nalabschnitt 34a und damit quasi eine Fortsetzung der Einlaß­ leitung 24. Dieser Rohrabschnitt 32a endet im Abstand zu der austrittsseitigen Stirnplatte 18b. Ein zweiter Rohrabschnitt 32b ist seinerseits mit seinem einen Ende dichtend an der austrittsseitigen Stirnplatte 18b befestigt und verläuft bis in die Nähe der eintrittsseitigen Stirnplatte 18a. Dabei wird zwischen dem ersten Rohrabschnitt 32a und dem diesen umgeben­ den zweiten Stirnabschnitt 32b ein ringförmiger Strömungska­ nalabschnitt 34b gebildet, der vorzugsweise einen anderen Querschnitt, d. h. einen größeren oder einen kleineren Quer­ schnitt, aufweist als der erste Strömungskanalabschnitt 34a.

Den zweiten Rohrabschnitt 32b umgebend ist ein dritter Rohr­ abschnitt 32c wiederum an der eintrittsseitigen Stirnplatte 18a angebracht, wobei zwischen dem zweiten und dem dritten Rohrabschnitt 32b, 32c ein dritter Strömungskanalabschnitt 34c definiert ist, der vorzugsweise einen anderen Querschnitt aufweist als der zweite Strömungskanalabschnitt 34b. Zweckmä­ ßigerweise nimmt der Strömungsquerschnitt monoton zu oder ab, d. h. der zweite Querschnitt ist größer als der erste, der dritte Querschnitt ist größer als der zweite, usw., bzw. umgekehrt.

In der dargestellten Ausführung sind die Rohrabschnitte 32 zylindrisch mit über der Länge konstantem Querschnitt darge­ stellt. Alternativ ist möglich, konische oder teilweise koni­ sche Rohrabschnitte auszubilden, wodurch sich stetig verän­ derliche Strömungsquerschnitte realisieren ließen.

Zwischen einem äußersten Rohrabschnitt 32d und der Behälter­ wand 20 ist der äußerste, ringförmige Strömungskanalabschnitt 34 gebildet, der an der austrittsseitigen Stirnplatte 18b en­ det. Um den Durchtritt der gasversetzten Flüssigkeit in den Sammelraum 28a zu ermöglichen, sind daher am Umfang verteilt die oben erwähnten Durchlässe 30 in der Stirnplatte 18b ange­ ordnet.

Der Sammelraum 28a kommuniziert mit der Verbindungsleitung 14, die wiederum in den zweiten Behälter 16 einmündet.

Der zweite Behälter 16 besteht im wesentlichen aus einem zy­ lindrischen Behältermantel 36, der mit einem kegelförmigen Aufsatz 38 versehen ist. Im Bereich der Spitze des Aufsatzes 38 befindet sich ein Gassammelraum und daher ist ein Gasaus­ laß 40 vorgesehen, der über ein Ventil 42 und eine Gasrück­ führleitung 44 mit dem Eintrittsbereich des ersten Behälters 12 kommuniziert, um ungelöstes Gas dorthin zurückzuführen.

Im Inneren des zweiten Behälters 16 ist ein topfartiger, un­ ten geschlossener Einsatz 46 vorgesehen, der einen geringfü­ gig kleineren Durchmesser aufweist als der Behältermantel 36, so daß ein relativ enger, ringförmiger Strömungskanal 48 zwi­ schen Behältermantel 36 und Einsatz 46 gebildet ist. Der obere Rand des Einsatzes 46 befindet sich etwa in der Mitte des zweiten Behälters 16.

Schließlich ist ein Flüssigkeitsauslaß 50 in der Seitenwand des zweiten Behälters 16 vorgesehen, der wenig über dem ge­ schlossenen Boden des Einsatzes 46 angeordnet ist und ein Auslaßrohr 50a aufweist, das etwa bis zur Mittelachse des zweiten Behälters 16 bzw. des konzentrischen Einsatzes 46 nach innen vorsteht.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gaslösungsreaktors ist wie folgt:
Eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, wird unter einem Druck von etwa 5 bis 10 bar über die Einlaßleitung 24 in den ersten Behälter 12 eingeleitet, wobei im Ausführungsbeispiel ein Durchsatz von etwa 15 bis 20 m³/h bevorzugt ist. Über die Gaszuleitung 26 wird ein in der Flüssigkeit zu lösendes Gas, vorzugsweise Luft, unter Überdruck eingeleitet, das sich mög­ lichst vollständig in der Flüssigkeit lösen soll, bzw. es soll eine möglichst vollständige Sättigung der Flüssigkeit mit dem Gas bewirkt werden, wobei gleichzeitig keine größeren Gasblasen mehr am Reaktorausgang vorhanden sein sollen. Die Flüssigkeit mit zunehmendem Anteil gelösten Gases sowie das noch ungelöste Gas strömen gemeinsam quasi zick-zack-artig durch die aufeinanderfolgenden Strömungskanalabschnitte 34a, 34b, 34c, 34d und 34e, die vorzugsweise verschiedene Quer­ schnitte aufweisen, so daß sich bei jedem Übergang von einem Strömungskanalabschnitt auf den nächsten eine Querschnittsän­ derung auftritt, welche in einer Beschleunigung der Fluide resultiert. Diese Beschleunigung bewirkt eine wirksame Zer­ kleinerung der Gasblasen, wodurch die Grenzfläche Flüssig­ keit-Gas erhöht wird und der Gassättigungsvorgang verbessert wird.

Dieser Effekt sowie der durch die erfindungsgemäße Anordnung der Rohrabschnitte erheblich verlängerte Strömungsweg bewir­ ken eine erheblich verbesserte Lösung des Gases in der Flüs­ sigkeit als dies mittels herkömmlicher Gaslösungsreaktoren der Fall ist. Während herkömmlicherweise Verweilzeiten der Flüssigkeit im Reaktor in der Größenordnung von einer Sekunde üblich sind, ermöglicht die Erfindung solche von über 4 sec.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrabschnitte 32a bis 32d so angeordnet, daß sich die Querschnitte der zugeordneten Strömungskanalabschnitte 34a bis 34e monoton erweitern, so daß die Strömungsgeschwindig­ keit immer weiter abnimmt. Bei einer Ausführungsform betragen die Strömungsgeschwindigkeiten im ersten bis fünften Strö­ mungskanalabschnitt 34a bis 34e etwa 5 - 3,5 - 1,4 - 1,1 - 0,5-0,3 m/s.

Die Fluide treten aus dem letzten Strömungskanalabschnitt 34e durch die Durchlässe 30 in den Sammelraum 28a und strömen von dort unter weiterer Lösung des Gases über die Verbindungslei­ tung 14 in den unteren Bereich 52 des zweiten Behälters, von wo diese über den engen ringförmigen Strömungskanal 48 in den eigentlichen Innenraum des zweiten Behälters 16 einströmen. Dabei senkt sich die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der plötzlichen Querschnittserweiterung erheblich, so daß sich noch ungelöste Gasblasen entgegen der abwärts zum Auslaßrohr 50a hin gerichteten Flüssigkeitsströmung auftriebsbedingt nach oben bewegen können und im Bereich der Spitze des Auf­ satzes 38 gesammelt und über den Gasauslaß 40 und die Gas­ rückführleitung 44 zum Einlaß des ersten Behälters zurückge­ führt werden.

Der auf diese Weise von ungelöstem Gas befreite Flüssigkeits­ strom wird über das Auslaßrohr 50a einer weiteren Verwendung zugeführt, insbesondere einem Entspannungsventil im Zusammen­ hang mit einem Gasblasenflotationsprozeß.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform des ersten Be­ hälters 112 in einem vergrößerten Maßstab teilweise darge­ stellt, der im wesentlichen bis auf die nachfolgend disku­ tierten Änderungen der oben beschriebenen Ausführung 12 ent­ spricht. Insbesondere im Querschnitt von Fig. 2b sind die Un­ terschiede zur obigen Ausführungsform deutlich zu erkennen, die darin bestehen, daß die Strömungskanäle nicht mehr ring­ förmig, sondern ringsegmentförmig sind. Dies wird dadurch er­ reicht, daß die Rohrabschnitt 132a, 132b, 132c beidendig an den beiden Stirnplatten 118a und 118b anstoßen und in den je­ weils dazwischen gebildeten Ringräumen radial sowie axial verlaufende Trennwände 133 angeordnet sind. Die Rohrabschnitt 132 weisen geeignete Durchlässe 135 auf, um den Flüssigkeits­ strom in den nächsten Ringraum zu leiten und die Trennwände 133 enden teilweise in einem Abstand von den jeweiligen Stirnplatten 118a, 118b, um einen Durchtritt der Strömung in einen in Umfangsrichtung versetzten Strömungskanal zu ermög­ lichen. In Fig. 2b ist der Weg durch entsprechende Symbole, nämlich ⊖ für von oben in die Blattebene führende Strömungs­ richtung, sowie durch ⊗ für dazu entgegengesetzte Strömungen angedeutet. Die Strömung verläuft insgesamt auf dem Weg: (1) - (13) durch den Reaktionsbehälter 112. Der erste Kanalab­ schnitt (1) verläuft konzentrisch zum Behälters und weist ei­ nen runden Querschnitt auf. Von diesem werden die Fluide bei 121 in den halbringartigen Strömungskanal (2) eingeleitet und dabei um 180° umgelenkt. Die Ränder 135a der Trennwände 133a zwischen dem innersten Rohrabschnitt 132a und dem diesen um­ gebenden Rohrabschnitt 132b endet im Abstand von der oberen Stirnplatte 118a, so daß die Flüssigkeit, wie in Fig. 2b zu erkennen ist, in den ebenfalls halbringartigen Strömungskanal (3) übertreten kann. Von dort strömt diese wieder nach unten und kann im Bereich der unteren Stirnplatte 118b bei 137 nach radial außen in den Strömungskanal (4) übertreten. In dieser verläuft die Strömung wieder nach oben und tritt bei 139 in Umfangsrichtung in den Strömungskanal (5).

Diese Ausführung ermöglicht einen noch längeren Strömungsweg für die Flüssigkeit als die erste Ausführung, weist jedoch einen höheren Druckverlust auf.

Im oberen Bereich des Behälters 112 sind in den Rohrabschnit­ ten 132 Bohrungen 154 eingearbeitet, um ein Zurückströmen von sich dort sammelnden Gasblasen zum Einlaß zu ermöglichen. Al­ ternativ können die Bohrungen auch in der Stirnplatte 118a eingelassen sein, um die Gase nach außen abzuführen.

In Fig. 2a ist ferner die Einmündung der Gasrückführleitung 44 in den ersten Behälter 112 dargestellt, die analog bei der Ausführung von Fig. 1 anwendbar ist. Die Rückführung des Ga­ ses erfolgt aufgrund eines Unterdrucks in dem die Einlaßlei­ tung 24 umgebenden Ringraum, der durch die Flüssigkeitsein­ leitung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit verursacht wird.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform für den zwei­ ten Behälter 116 dargestellt, die bis auf die nachfolgenden Änderungen im wesentlichen der Ausführung von Fig. 1 ent­ spricht. Im Unterschied zum Behälter 16 ist der Einlaß 117 für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch radial angeordnet und mündet in ein axial konzentrisch im Behälter angeordnetes Rohr 160, dessen freier Rand 162 etwa in halber Höhe des zweiten Behäl­ ters 116 liegt. Vorzugsweise ist der Endbereich des Rohres geringfügig düsenartig verjüngt, um die Strömung etwas zu be­ schleunigen und den Flüssigkeitsstrom weiter nach oben zu leiten, bevor dieser um 180° umgelenkt wird.

Während die noch ungelösten Gasblasen auftriebsbedingt weiter nach oben treiben und wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 im oberen Behälterbereich gesammelt und abgeführt werden, wird der weitgehend gasgesättigte und praktisch blasenfreie Flüs­ sigkeitsstrom nach unten umgelenkt, so daß er mit erheblich verminderter Geschwindigkeit zum Flüssigkeitsauslaß 150 hin strömt. Während die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Rohrrandes 162 im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 3,3 m/s beträgt, liegt diese nach der Strömungsumlenkung nach un­ ten bei etwa 0,08 m/s. Durch diese relativ niedrige Strö­ mungsgeschwindigkeit können eventuell noch mitgerissene Gas­ blasen entgegen der Flüssigkeitsströmung nach oben steigen.

Claims (23)

1. Gaslösungsreaktor zum Lösen von Gas in einer den Reaktor durchströmenden Flüssigkeit, mit mindestens einem im wesent­ lichen zylindrischen ersten Behälter (12, 112) mit einem Ein­ laß (24) für die Flüssigkeit und das Gas sowie mindestens ei­ nem Auslaß (28, 128) für die mit gelöstem Gas versetzte Flüs­ sigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter mehrere axial verlaufende und ineinander gesteckte Rohrabschnitte (32, 132) angeordnet sind, zwischen denen miteinander kommu­ nizierende Strömungskanalabschnitte (34, 134) gebildet sind, die einen zusammenhängenden Strömungskanal bilden.

2. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohrabschnitte (32, 132) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

3. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die gebildeten Strömungskanalabschnitte (34) unter­ schiedliche Querschnitte aufweisen, wobei ein Strömungskanal mit sich monoton änderndem Querschnitt gebildet ist.

4. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Rohrab­ schnitten (32, 132) gebildeten Strömungskanalabschnitte (34, 134) jeweils an den beiden axialen Enden des Behälters (12, 112) miteinander kommunizieren.

5. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Behälters (112, 112) ein axialer Einlaß (24) für die Flüssigkeit und das Gas (26) und am entgegengesetzten axialen Ende ein Flüs­ sigkeitsauslaß (28) vorhanden ist.

6. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dessen Achse vertikal ausgerichtet ist, wo­ bei der Flüssigkeitseinlaß (24) am oberen Ende und der Flüs­ sigkeitsauslaß (28) am unteren Ende liegt.

7. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohrabschnitte (132) am oberen Ende Bohrungen (154) aufweisen, um eine Rezirkulation ungelöster Gasblasen zu erzeugen.

8. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal ringartig ausgebildet ist und die Querschnitte der ringförmigen Strö­ mungskanalabschnitte zum Flüssigkeitsauslaß hin monoton zu­ nehmen.

9. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strömungskanal radial innen beginnt und einen zum Flüssigkeitsauslaß (28) hin zunehmenden Querschnitt auf­ weist, wobei vorzugsweise innerhalb des innersten Rohrab­ schnitts (32a) ein erster zylindrischer Strömungskanalab­ schnitt (34a) gebildet ist.

10. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strömungskanal radial außen beginnt und einen zum radial innen angeordneten Flüssigkeitsauslaß hin abneh­ menden Querschnitt aufweist.

11. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die radialen Abstände zwischen je zwei be­ nachbarten Rohrabschnitten (32, 132) gleich sind oder nach radial außen hin zunehmen.

12. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 9 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Strömungsge­ schwindigkeiten im ersten und letzten Strömungskanalabschnitt (34a, 34e) 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 12 beträgt.

13. Gaslösungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal im wesentlichen einen ringsegmentartigen, zum Flüssigkeitsauslaß hin abneh­ menden Querschnitt aufweist.

14. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die radialen Abstände zwischen je zwei benachbarten Rohrabschnitten nach radial außen hin abnehmen.

15. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß radial verlaufende Trennwände (133) zwi­ schen je zwei benachbarten Rohrabschnitten (132) vorgesehen sind, durch die der zwischen den Rohrabschnitten (132) defi­ nierte Ringraum in mehrere, miteinander endseitig verbundene ringsegmentartige Strömungskanalbereiche (134) geteilt ist.

16. Gaslösungsreaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Strö­ mungsgeschwindigkeiten des letzten und ersten Strömungskanal­ abschnitts 2 bis 10, vorzugsweise 3 bis 5 beträgt.

17. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen zweiten Behäl­ ter (16, 116) umfaßt, dessen Einlaß mit dem Flüssigkeitsaus­ laß des ersten Behälters verbunden ist, wobei ein mit dem Einlaß kommunizierender Strömungskanal (48) etwa in halber vertikaler Behälterhöhe in den Behälterinnenraum mündet und ein zweiter Flüssigkeitsauslaß (50) im Bereich des Behälter­ bodens sowie ein Gasblasensammelraum im Bereich des oberen Behälterendes (38) gebildet ist.

18. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gasblasensammelraum mittels einer Rückführlei­ tung (44) mit dem Flüssigkeitseinlaß des ersten Behälters (12, 112) verbunden ist.

19. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Außenwand des zweiten Behälters (16) ein unten geschlossener zylindrischer Einsatz (46) angeordnet ist.

20. Gaslösungsreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaß in den zweiten Behälter (116) ein koaxia­ les Rohr (160) umfaßt, das etwa in halber Höhe des Behälters (116) mündet, und der Flüssigkeitsauslaß (150) am unteren axialen Behälterende angeordnet ist.

21. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Flüssigkeits­ druck am Einlaß des ersten Behälters (12, 112) etwa 3 bis 7, vorzugsweise 5 bis 6 bar beträgt.

22. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im wesentli­ chen Wasser, eine wäßrige Lösung oder eine Suspension ist.

23. Gaslösungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im wesentlichen Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, oder eine Mi­ schung dieser Gase ist.