DE2226363A1

DE2226363A1 - Vorrichtung zum Losen eines Gases in einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2226363A1
Application number: DE19722226363
Authority: DE
Inventors: Francis J Pittsburgh Pa Garland Chesley F Tucson Ariz Sisk, (V St A) P
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1972-12-21
Also published as: FR2141915B1; DE2226363B2; CA958496A; US3792840A; FR2141915A1; ES403205A1; CH552405A; ZA722746B; AU4161572A; GB1380774A; JPS5030029B1; IT961258B; AU461503B2

Description

W. 570

Augsburg, den 29. Mai I972

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Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.

Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit, mit einem in die Flüssigkeit eingetauchten und mit einem Antrieb gekoppelten Flügelrad und mit einer Einrichtung zum Einleiten des Gases in die Flüssigkeit.

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Bel der Abwasseraufbereitung, beispielsweise beim Belebtschlammklärverfahren, wird gemäß einem üblichen Verfahren zur Sauerstoffzufuhr für den aeroben Stoffwechsel von Mikro-Organismen unter einem eingetauchten Flügelrad, das durch einen über der Flussigkeitsoberfläche angeordneten Antrieb über eine vertikale Welle angetrieben wird, Luft derart in eine Flüssigkeit hineingeleitet, daß die Luft durch die Bahn der Flügel des Flügelrades hindurchpassiert.

Es ist jedoch festgestellt worden, daß entgegen der üblichen Ansicht bei solchen zweiphasigen Strömungssystemen die Luft nicht in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Flügeln des Flügelrades fein verteilt ist und folglich nicht in die ganze Flüssigkeit hineingebracht wird, sondern vielmehr einen Film bildet, der sich an den Rückseiten der Flügel entlang bewegt und in einen von den Flügelspitzen ausgehenden Mischstrahl hineinverteilt wird. Die Luft errejcat folglich nur einen kleinen Teil der radial nach außen strömenden Flüssigkeit. Die im Bereich des Flügelrades mit Luft versetzte Flüssigkeit vereinigt sich in der Mitte zu einer starken, von einem Austritts-Blasenpilz angeregten aufstrebenden Strömung und die Luft tritt in Form einer Aufwallung in der Mitte durch die Flussigkeitsoberfläche hindurch, während die Flüssigkeit radial nach außen strömt und am Behälterrand wieder absinkt. Folglich ist der von der Luft bis zur Flüssigkeitsoberfläche zurückgelegte Weg kurz

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und die Zeit, in welcher die Luft mit der Flüssigkeit in Berührung steht, ist kurzer als sie eigentlich sein könnte.

Darüberhinaus ist die Leistungsaufnahme eines Flügelrades mit großen belüfteten Hohlräumen hinter den Rückflächen seiner Flügel viel kleiner als die Leistungsaufnahme eines gleichen Flügelrades ohne derartige Hohlräume, da die Anwesenheit von Luft den Flüssigkeitsstrom und den Widerstand der Flügel beträchtlich vermindert. Folglich muß der Antrieb für eine wesentlich größere Leistung als die normale Betriebsleistung ausgelegt sein, um den Betrieb des Flügelrades auch während eines Fehlens der Luftzufuhr zu ermöglichen, damit eine Schlammanhäufung auf dem Boden des Behälters verhindert wird.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit mit einem eingetauchten Flügelrad derart auszubilden, daß sie das Gas mit der Flüssigkeit wesentlich wirksamer als bisher durchmischt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad aus einer kreisrunden Plattform und einer Vielzahl von derart auf deren Oberseite angeordneten Flügeln besteht,

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daß das Flügelrad einen nach außen gerichteten Flüssigkeitsstrahl erzeugt, und daß die Einrichtung zum Einleiten des Gases unter der genannten Plattform angeordnet ist und das Gas zur Unterseite der Plattform hin eingeleitet wird, so daß das Gas durch den genannten, nach außen gerichteten Flüssigkeitsstrahl hindurch aufsteigt.

Bei dieser Anordnung ist in dem bewußten Bereich kein Gas vorhanden, wodurch ein wirksamer Betrieb des Flügelrades sichergestellt ist.

Das Gas wird gleichförmig von der Unterseite der Plattform her in die Unterseite des radialen FlüssigkeitsStrahles eingeleitet, der von den Flügeln auf der Oberseite der Plattform erzeugt wird. Das Gas wird durch die mit ihm zusammentreffende Querströmung fein verteilt und radial nach außen transportiert, während es in einzelnen Blasen durch den Flüssigkeitsstrahl hindurch nach oben steigt. Während der Zeit, in der das Gas sich aus dem Flüssigkeitsstrahl losgelöst hat und fähig ist, unter der Wirkung eines sich bildenden Austritts-Blasenpilzes eine aufsteigende Strömung zu bilden, ist es radial fein verteilt worden. Das Ergebnis ist ein Ring von mit Luft durchsetzter Flüssigkeit in einer mit großem radialem Abstand von dem Flügelrad aufsteigenden Strömung. An der Oberfläche trennt sich das

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Gas von der Flüssigkeit und die Flussigkeitsströmung verzweigt sich einerseits in einen inneren ringförmigen Strudel, der ,zum Flügelrad hin zurückkehrt und in einen äußeren Fluss igke it s.r ing, der eine sinkende Strömung mit großem Radius oder am Behälterrand entlang ergibt. Die Zeit der Berührung des Gases mit dem Wasser ist folglich bei einer gegebenen Leistung des Flügelrades so groß wie möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt

durch einen Behälter, der die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit mit einem eingetauchten Flügelrad enthält,

Fig. 2 einen Aufriß, der die erfindungs

gemäße Vorrichtung im einzelnen zeigt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Flügel

rad, und

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Pig. 4 eine vergrößerte Darstellung

eines Flügels des in Fig. J5 gezeigten Flügelrades.

Fig. 1 zeigt einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter IC, der für die Aufbereitung von Wasser oder Abwasser geeignet ist. In diesem Behälter ist ein Flügelrad 12 mit einer vertikalen Welle 14 angeordnet. Das Flügelrad 12 arbeitet zusammen mit eingeleiteter Luft, die gleichzeitig durch einen Düsenring 16 in der Flüssigkeit verteilt wird, in welchen seinerseits durch ein Einleitungsrohr 18 Luft zugeführt wird.

An dem Flügelrad sind Flügel 20 derart angeordnet, daß sie in einer unvermischten Flüssigkeit arbeiten. Die Flügel sind auf der Oberfläche einer kreisrunden Plattform 22 befestigt und von deren Außenkante 24 abgesetzt. Genauer gesagt: Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Außenkanten 26 der Flügel ein wesentliches Stück von der Außenkante 24 der Plattform 22 entfernt. Die Plattform 22 ist außerdem unten mit einer konischen Verkleidung 25 versehen.

Wie bereits erwähnt, wird die Luft an der Unterseite der Plattform 22 von einem Düsenring 16, der unter der konischen Verkleidung 25 angeordnet ist, gleichmäßig verteilt. Das Flügel-

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rad 12 wird durch einen Motor 30 über ein Getriebe 32 und eine vertikale Welle 14 angetrieben, die über eine Kupplungsscheibe 36 mit einer geeigneten weiteren Kupplungsscheibe 38 verbunden ist, die in der Mitte der Plattform 22 befestigt ist, wie an sich bekannt.

Die Drehung des Flügelrades 12 erzeugt einen radial nach außen gerichteten Flüssigkeitsstrahl oberhalb und außerhalb der Plattform 22. Aus dem Düsenring l6 steigen gleichmäßig Luftblasen von der Außenkante 24 der Plattform in diese Flüssigkeitsströmung auf und werden radial nach außen transportiert, während sie durch diesen Flüssigkeitsstrahl hindurch nach oben steigen. Während der Zeit, in der die Luft sich von diesem Flüssigkeitsstrahl losgelöst hat, ist sie radial fein verteilt worden. Dementsprechend ist der Weg der Luftblasen lang und der Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Flüssigkeit und den Luftblasen ist relativ groß. Das bedeutet, daß die Zeit der Berührung der Luft mit der Flüssigkeit und die Berührungsintensität wesentlich vergrößert sind, wodurch eine Vergrößerung der Sauerstoffdurchsetzung des Wassers in dem Behälter erreicht wird. Fig. 1 zeigt in allgemeiner Weise einen typischen Weg der Luftblasen und der Hauptflüsslgkeitsströmungen. Der Flüssigkeitsstrom teilt sich in einen inneren ringförmigen Strudel 19* der im allgemeinen zur Mitte d<-n Flügelrades 12 zurückströmt, und in einen äußeren Riiif? i/l, der

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eine sinkende Strömung entlang dem Rand des Behälters ergibt.

Die Flügel 20 sind in radialer Richtung stehend dargestellt und werden von Streben 39 gestützt, die jeweils an den Flügeln 20 und an der Plattform 22 angeschweißt sind, wie in Fig. 4 gezeigt. Obwohl die Flügel 20 auf der kreisrunden Plattform 22 in radialer Richtung stehend dargestellt sind, können sie auch mit Bezug auf die Radien unter einem Winkel angeordnet sein, wodurch sich ihre Wirksamkeit wahrscheinlich vergrößert. Es ist unbedingt notwendig, daß das Flügelrad 12 nur in Flüssigkeit arbeitet und die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit bewegt und daß das Gas im wesentlichen gleichmäßig und an einer von den Flügeln 20 wesentlich entfernten Stelle in diese Querströmung eingeleitet wird, so daß durch das Aufsteigen des Gases die Luftblasen nicht an die Saugseite der Flügel 20 gelangen können. Dieses letzte Erfordernis wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die Außenkanten 26 der Flügel, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, von der Kante 24 der Plattform 22 in einem Abstand entfernt sind, welcher einen wesentlichen Teil der Höhe und des gegenseitigen Abstandes der Flügel 22 beträgt. In Fig. 2 beträgt dieser'Abstand annähernd 50 % sowohl der Höhe als auch des gegenseitigen Abstandes der Flügel.

209857/09Gp

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtimg zum Lösen eines Gases in einer Flüssigkeit, mit einem in die Flüssigkeit eingetauchten und mit
einem Antrieb gekoppelten Flügelrad und mit einer Einrichtung zum Einleiten des Gases in die Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad aus einer kreisrunden Plattform und einer Vielzahl von derart auf deren Oberseite angeordneten Flügeln besteht, daß das Flügelrad einen nach außen gerichteten Flüssigkeitsstrahl erzeugt, und daß die Einrichtung zum Einleiten des Gases unter der genannten Plattform ,angeordnet ist und das Gas zur Unterseite der Plattform hin eingeleitet wird, so daß das Gas durch den genannten, nach außen gerichteten Flüssigkeitsstrahl hindurch aufsteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Plattform um ein wesentliches Stück weiter radial nach außen ragt als die genannten Flügel, so daß die Flüssigkeit und das Gas über die radial außenliegenden Kanten der Flügel hinaus getrennt gehalten werden.

J5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Plattform an ihrer Unterseite
eine konische Verkleidung aufweist, die eine gleichmäßige

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Verteilung des Gases an der Unterseite der Plattform sicherstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten des Gases in die Flüssigkeit als Düsenring ausgebildet ist, der unter der konischen Verkleidung und konzentrisch zu dieser angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Gas Luft und die genannte Flüssigkeit V/asser ist,

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Plattform an einer vertikalen Welle angebracht ist, die mit einer über der Flussigkeitsoberfläche angeordneten Antriebseinrichtung gekoppelt ist.

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