DE2203317A1 - Verfahren zum Loesen eines Gases in einer Fluessigkeit und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Loesen eines Gases in einer Fluessigkeit und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE2203317A1 DE19722203317 DE2203317A DE2203317A1 DE 2203317 A1 DE2203317 A1 DE 2203317A1 DE 19722203317 DE19722203317 DE 19722203317 DE 2203317 A DE2203317 A DE 2203317A DE 2203317 A1 DE2203317 A1 DE 2203317A1
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Description

Patentanwälte £203317
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirbsch.-Ing. B.Jochcm
Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str. 18
In Sachen: . ·
Aktiebolaget Electrolux,
Stockholm /Schweden
Luxbacken 1
Verfahren zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit, beispielsweise zum Lösen von Sauerstoff in Wasser, sowie eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Bei bekannten Verfahren zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit ist die Wirkungsgrad im allgemeinen sehr gering, d.h. es ist schwierig, mit in praktischer und wirtschaftlicher Hinsicht vernünftigen Methoden größere Mengen des verfügbaren Gases in einer Flüssigkeit zu lösen.
Das vorerwähnte Problem ist in Verbindung mit Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von Schmutzwasser akut interessant geworden. In derartigem Wasser, das beispielsweise Abwasser oder verschmutztes Flußwasser sein kann, herrscht ein erheblicher Mangel an Sauerstoff, der beseitigt werden muß, wenn das Wnooer wieder für die verschiedensten Zwecke-
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nutzbar gemacht werden soll.
Ein bekanntes Verfahren zur Sauerstoffanreicherung derartigen Wassers ist die sog. Luftblasen-Methode, unter welcher verstanden wird, daß Luft veranlaßt wird, aus einem in einer bestimmten Wassertiefe sich öffnenden Rohrleitung herauszusprudeln. Während die Luftblasen zur Wasseroberfläche aufsteigen, geben sie Sauerstoff an das Wasser ab. Dies ist jedoch mit einer kräftigen Aufwärtsströmung des Wassers selbst verbunden mit der Folge, daß das mit Sauerstoff angereicherte Wasser einem schnellen Druckabfall unterworfen wird. Hierdurch wird ein großer Teil des im Wasser gelösten Sauerstoffs spontan wieder freigegeben. Die Zeitdauer der Berührung zwischen den Luftblasen und dem Wasser ist also sehr kurz.
Ein anderes bekanntes Verfahren ist die sog. Oberflächenbelüftungsmethode, unter welcher unter anderem verstanden wird, daß die Luft in Berührung mit dem Wasser unter Atmosphärendruck gebracht wird. Durch gleichzeitiges kräftiges Bewegen einer Mischung von Luft und Wasser ist es möglich, etwas bessere Ergebnisse als bei der Luftblasen-Methode zu erhalten; die Wirkungsgrad ist jedoch nach wie vor vergleichsweise gering.
Es sind auch Versuche gemacht worden mit Verfahren zum Lösen des Gases, beispielsweise Sauerstoffs, unter hohem Druck in einem kleinen Teil der Flüssigkeit. Aufgrund des Druckabfalls, der bei der Einleitung der Gas-Flüssigkeits-Lösung in die Hauptmasse der Flüssigkeit auftritt, verschlechtert jedoch die spontane Freigabe von Gas die Wirkungsgrad beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Anordnung
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turn Lösen von Gas in einer Flüssigkeit, beispielsweise von Sauerstoff in Wasser,in solcher Weise zu schaffen, daß eine sehr hohe Wirkungsgrad mit einfachen und billigen Mitteln erzielt wird· Gemäß der Erfindung wird die vorerwähnte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß das Gas mit Flüssigkeit, beispielsweise der erstgenannten Flüssigkeit oder einem Teil davon, gemischt wird und das Gas-Flüssigkeits-Gemisch während einer bestimmten Zeitspanne von vorzugsweise mehr als 3 Minuten einem Druck ausgesetzt wird, der beträchtlich größer als der Druck an der Oberfläche der erstgenannten Flüssigkeit ist, so daß eine Gas-Flüssigkeits-Lösung entsteht, woraufhin die Lösung ohne wesentlichen Druckabfall der erstgenannten Flüssigkeit zugeführt wird.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene hohe Wirkungsgrad hängt vom gleichzeitigen Vorhandensein dreier charakteristischer Merkmale ab:
1) einer langen Zeitdauer der Berührung zwischen dem Gas und der Flüssigkeit.
2) Das' Gas-Flüssigkeits-Gemisch wird einem Druck ausgesetzt, der beträchtlich größer ist als der Druck an der Oberfläche der Flüssigkeitsmasse, wo beispielsweise Atmosphärendruck herrscht. Als Beispiel sei erwähnt, daß bei Verdoppelung des Druckes im allgemeinen die ' doppelte Gasmenge in der Flüssigkeit gelöst werden kann.
3) Die Gas-Flüssigkeits-Lösung wird keinem wesentlichen Druckabfall ausgesetzt, wenn sie in die Flüssigkeitsmasse eingeleitet wird. Dadurch tritt keine spontane Freigabe von Gas auf, und das erhaltene Ergebnis wird. nicht verschlechtert.
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Um einen hohen Wirkungsgrad des Verfahrens sicherzustellen, sollte eine größere Gasmenge, als in der Flüssigkeit gelöst word on kann, zugeführt worden. Dann knnn vn ,jodooh geschehen, daß die Gns-Flüssigkoits-Lösung auch ungelösten Gas enthält, das in der Form von Gasblasen in der Flüssigkeitsmasse aufsteigt. Dies würde eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit verursachen, die sich ihrerseits in einem verhältnismäßig schnellen Druckabfall in der Gas-Flüssigkeits-Lösung auswirkt, so daß es zu einer spontanen Freigabe von Gas kommt. Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren hingegen wird dies durch Entfernung des nicht in der Flüssigkeit gelösten Gases gelöst, bevor die Gasflüssigkeitslösung der Flüssigkeitsmasse, d.h. der ersterwähnten Flüssigkeit zugeführt wird.
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren kann der notwendige Druck mit Hilfe sehr einfacher und billiger Mittel erzeugt werden, was nach einem besonderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig dadurch geschieht, daß das Gas-Flüssigkeits-Gemisch zu einer Verweilzone befördert, beispielsweise gepumpt wird, die in einer solchen Tiefe unterhalb der Oberfläche der erstgenannten Flüssigkeit gelegen ist, daß*der gewünschte Druck in der Verweilzone aufrechterhalten wird. Um sicherzustellen, daß alles zugeführte Gas der Flüssigkeit bis zur vorerwähnten Tiefe folgt, sollte weiterhin das Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit einer Geschwindigkeit befördert werden, welche die Geschwindigkeit der in dem Gemisch enthaltenen aufsteigenden Gasblasen übersteigt. Vorzugsweise sollte diese Geschwindigkeit höher als 40 cm/s betragen. Das Gas kann natürlich der Verweilzone auch auf andere Weise zugeführt und beispielsweise mit der Flüssigkeit in oder in der Nähe dieser Zone erst vermischt werden.
Wie oben bereits hervorgehoben wurde, soll die Gas-Flüssig-
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keits-Lösung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der ersterwähnten Lösung ohne Wesentlichen Druckabfall zugeführt werden. Die Entfernung des in der Flüssigkeit nicht gelösten Gases kann dann als eine Art Sicherheitsmaßnahme betrachtet werden. Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist es notwendig sicherzustellen, daß die Gas-Flüssigkeits-Lösung nicht in konzentrierte oder heftige Strömungen eingeleitet wird. Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Einleitung in die erstgenannte Flüssigkeit der Gas-Flüssigkeits-Lösung in die erstgenannte Flüssigkeit über, einen großen Flächenbereich verteilt erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. Der Einfachheit halber ist nur eine Anordnung zur Sauerstoffanreicherung von Wasser, beispielsweise dem Wasser eines verschmutzten Sees veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der beispielsweisen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein die Mischkammer in der Anordnung bildendes Gefäß.
Fig. 1 zeigt eine Flüssigkeitsmasse 10 mit einer Oberfläche 11, auf welcher unter Verwendung von Schwimmkörpern 12 eine Flüssigkeitspumpe 13 und eine Luftpumpe 14 angeordnet sind. Die Flüssigkeitspumpe 13 hat eine Saugleitung 15 und eine Druckleitung 16. Über die Saugleitung 15 kann Flüssigkeit von (jeder gewünschten Stelle in der Flüssigkeitsmasse ange-
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saugt werden, beispielsweise von deren Boden. Der Pfeil neben der Saugleitung 15 in der Fig. gibt die Richtung der Flüssigkeitsströmung wieder.
Mit Hilfe der Flüssigkeitspumpe 13 und. der Saugleitung 15 kann auch eine andere Flüssigkeit als die vom Boden der Flüssigkeitsmasse 10 gefördert werden. Es kann beispielsweise erwünscht sein, anstelle verschmutzten Wassers vom Boden der Flüssigkeitsmasse reines Wasser von einem anderen Ort zu nehmen.
Das von der Pumpe 13 geförderte Wasser wird über die Druckleitung 16 einem Gefäß 17 zugeleitet, welches in einer bestimmten Tiefe unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 11 angeordnet ist. Gleichzeitig saugt die Luftpumpe 14 Luft in Richtung des davor eingezeichneten Pfeils an und drückt diese über eine Leitung 18 an einer Stelle 19 in die Druckleitung 16. Hierdurch wird eine Mischung von Luft und Flüssigkeit in das Gefäß 17 gefördert. Um sicherzustellen, daß die Luft der Flüssigkeit abwärts in das Gefäß folgt, ist die Flüssigkeitspumpe 13 so ausgelegt, daß sie der Flüssigkeit eine Geschwindigkeit verleiht, die vorzugsweise über 60 cm/s, liegt.
Das Gefäß 17 ist in Fig. 2 im Vertikalschnitt dargestellt. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, mündet die Druckleitung 16 dicht vor dem Boden des Gefässes, so daß das Luft-Flüssigkeits-Gemisch veranlaßt wird, innerhalb des Gefässes aufzusteigen. Die Außenwandung der Druckleitung 16 und die Innenwandung des Gefässes 17 sind mit Rippen 20 versehen, wodurch das Gefäß 17 als Mischkammer wirkt.
Die Förderung des Luft-Flüssigkeits-Gemisch durch die Druckleitung 16 geht so schnell vor sich, daß die Zeitdauer für -,
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die Berührung zwischen Luft und Flüssigkeit innerhalb der Leitung vernachlässigt werden kann. Dos Gofäß 17 ist Jedoch so bemessen, daß die Flüssigkeit eine beträchtliche Zeit, vorzugsweise mindestens 3 Minuten, benötigt, um vom Boden des Gefässes bis zu Auslaßleitungen 21 aufzusteigen. Mit anderen Worten heißt dies, daß das Gefäß 17 ein Volumen erhält, das ausreichend groß im Verhältnis zum Volumen des pro Zeiteinheit innerhalb der Druckleitung 16 geförderten Luft-Flüssigkeits-Gemisches ist.
Auf diese Weise strömt das Luft-Flüssigkeits-Gemisch sehr langsam innerhalb des Gefässes nach oben, und die dabei entstehende Luft-Flüssigkeits-Lösung wird dann über die Leitungen 21 in die Flüssigkeitsmasse 10 mit einer sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt. Die Auslaßöffnungen der Rohre 21 sind im wesentlichen in der gleichen Tiefe wie das Gefäß 17 innerhalb der Flüssigkeitsmasse 10· angeordnet, was zur Folge hat, daß der austretende Flüssigkeitsstrom, in welchem Sauerstoff gelöst ist, keinem wesentlichen Druckabfall unterworfen wird, wenn er in die Flüssigkeitsmasse 10 übergeht. Dies bedeutet also, daß in der Flüssigkeitsmasse 10 eine Flüssigkeitsschicht gebildet wird, die mehr gelösten Sauerstoff enthält als die angrenzende übrige Flüssigkeit. Auf diese Weise wird die vorerwähnte Flüssigkeitsschicht als Sauerstoffvorrat innerhalb der Flüssigkeitsmasse dienen. Hierzu ist Jedoch Bedingung, daß keine kräftigen Aufwärtsströmungen in der Flüssigkeit vorhanden sind und daher solche Aufwärtsströmungen, die durch ungelöste Luft oder ungelösten Sauerstoff in der Flüssigkeit vorkommen, vermieden werden. Zu diesem Zweck ist an den oberen Teil des Gefässes 17 eine Entlüftungsleitung 22 angeschlossen, deren Mündung sich oberhalb der Wasseroberfläche 11 befindet· Durch die Entlüftungsleitung 22 wird der im Gefäß 17 auftretende
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Luftiiberschuß abgeführt. Dies ist von besonderer Bedeutung,, wenn, wie oft gewünscht, in die Druckleitung 16 eine größere Luftmenge eingeleitet wird als diejenige Menge, die in der vorhandenen Flüssigkeit lösbar ist.
Die Strömungsgeschwindigkeit in der Druckleitung 16 und das Volumen des Gefässes 17 können so bemessen werden, daß im obersten Teil des Gefässes 17 ständig ein Luftkissen vorhanden ist. Wenn diese Bedingung aufrechterhalten werden soll, kann das Gefäß 17 weiterhin mit einem Überlaufschuß beispielsweise in Form einer zusätzlichen Auslaßleitung (nicht dargestellt) versehen werden, die an den oberen Teil des Gefässes angeschlossen ist.
Wie aus der vorstehenden Erläuterung folgt, ist es durch die vorbeschriebene Anordnung möglich,, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe einfacher und billiger Mittel durchzuführen, während gleichzeitig ein extrem hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Weiterhin kann die Anordnung ohne das Erfordernis größerer Umbauten an die meisten unterschiedlichen Bedingungen angepaßt werden. Beispielsweise kann, wenn dies die Höhe der Flüssigkeitsmasse erlaubt, der Behälter 17 in großer Tiefe angeordnet werden, so daß darin ein hoher Druck herrscht, ohne daß dadurch die Kapzität der Flüssigkeitspumpe 13 in nennenswertem Ausmaß gesteigert werden müßte,
Patentansprüche /
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Claims (11)

Pat entansprüche
1. Verfahren zur Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit, beispielsweise zur Lösung von Sauerstoff in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit Flüssigkeit, beispielsweise der erstgenannten Flüssigkeit oder einem Teil davon, gemischt wird und das Gas-Flüssigkeits-Gemisch während einer bestimmten Zeitspanne von vorzugsweise mehr als 3 Minuten einem Druck ausgesetzt wird, der beträchtlich größer als der Druck an der Oberfläche der erstgenannten Flüssigkeit ist, so daß eine Gas-Flüssigkeits-Lösung entsteht, woraufhin die' Lösung ohne wesentlichen Druckabfall der erstgenannten Flüssigkeit zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch eine größere Menge an Gas zugeführt wird als diejenige, die in der Flüssigkeit lösbar ist·
3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das nicht in der Flüssigkeit gelöste überschüssige Gas aus der Gas-Flüssigkeits-Lösung entfernt wird, bevor diese der erstgenannten Flüssigkeit zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Flüssigkeits-Gemisch zu einer Verweilzone befördert, beispielsweise gepumpt wird, die in einer solchen Tiefe unterhalb der Oberfläche der erstgenannten Flüssigkeit
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gelegen ist, daß der gewünschte Druck in der Verweilzone aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas-Plüssigkeits-Gemisch mit einer Geschwindigkeit befördert wird, welche die Geschwindigkeit der in dem Gemisch enthaltenen aufsteigenden Gasblasen übersteigt, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von mehr als 40 cm/s.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß die Gas-Flüssigkeits-Lösung der erstgenannten Flüssigkeit in solcher Weise zugeführt wird, daß die Einleitung in diese Flüssigkeit über einen großen Flächenbereich verteilt erfolgt.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß für die Förderung des Gases und der Flüssigkeit eine oder mehrere Pumpen (13, 1z0 od.dgl. vorgesehen sind, über welche eine oder mehrere Leitungen zu einem mit Auslassen für die Gas-Flüssigkeits-Lösung versehenen Gefäß (17) führen, welches unter Druck steht und ein der Gas-Flüssigkeits-Menge derart angepaßtes Volumen besitzt, daß die Durchflußzeit durch das Gefäß (17) beträchtlich, vorzugsweise mehr als 3 Minuten ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Gefäß (17) als Mischkammer ausgebildet ist, welche in ihrem obersten Teil einen Auslaß (22)für überschüssiges Gas aufweist.
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9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpen (13, 14·) "an der Oberfläche (11) einer Flüssigkeitsmasse (10) angeordnet und derart ausgebildet sind, daß sie das Gas und die Flüssigkeit über eine gemeinsame Leitung (16) zu dem sich in beträchtlicher Tiefe in der Flüssigkeitsmenge befindlichen Gefäß (17) fördern.
10. Anordnung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Pumpen (13) mit einer Saugleitung (15) versehen ist, deren Einlaß an Jeden gewünschten Ort, vorzugsweise in die Flüssigkeitsmasse (10) verlegt werden kann.
11. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß eine oder mehrere Leitungen (21) an dem Auslaß des Gefässes (1?) angeschlossen sind und in die Flüssigkeitsmasse (10) im Abstand vom Gefäß (17) auf angenähert derselben Tiefe wie dieses münden»
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