DE2457321C2

DE2457321C2 - Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2457321C2
Application number: DE2457321A
Authority: DE
Inventors: Bruno Rapperswil Guazzone; Hans Dr.-Ing. Männedorf Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Chemap AG
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1981-11-12
Also published as: IT1025992B; JPS5523089B2; ATA965374A; DD114909A5; FR2271865A1; GB1464784A; CH559576A5; FR2271865B1; JPS5093866A; AT352086B; DE2457321A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Diese Vorrichtungen dienen zur Belüftung des Inhalts von Behältern bei der Zucht von Mikroorganismen bei der Gewinnung deren Stoffwechselprodukte oder zum Einsatz bei chemischen Gasreaktionen, also dort, wo viel Gas in Flüssigkeit möglichst fein dispergiert werden muß.

Eine Solche Vorrichtung zum Begasen, eingebaut in einen Fermenter, ist Gegenstand der nicht vorveröffentlichten DE-PS 23 59 830. Der Vorteil einer solchen Begasungsvorrichtung besteht vor allem darin, daß die Begasung ohne Aufwand von Kompressoren möglich ist, ja sogar eine Ansaugwirkung, also ein Unterdruck im Behälter erzeugt werden kann. Damit werden Kosten für eine gesonderte Verdichtung des Gases, das in großen Mengen einzutragen ist, gespart.

Obwohl eine solche Begasungsvorrichtung diesen Vorteil aufweist, ist die Begasungsleistung nicht immer ausreichend, besonders auch, wenn verschiedene Gase zugeführt werden müssen, die bis zur Einführung in die Flüssigkeit getrennt zu halten sind. Das ist beispielsweise der Fall, wenn bei der Kefegewinnung aus Methan als Kohlenstoffquelle dieses Gas und außerdem noch Luft eingeführt werden soll. Bekanntlich bildet Methan mit Luft in weiten Mischungsverhältnissen ein explosibles Gemisch, so daß eine getrennte Zuführung aus Sicherheitsgründen erforderlich ist. Aber auch bei der Zumischung eines einzelnen Gases ist in vielen Fällen die Zufuhr allein in der venturiartigen Verengung mengenmäßig nicht ausreichend.

Es ist eine Vorrichtung zum Belüften von schäumender Gärflüssigkeit bekannt (DE-PS 7 59 121), die in einem zylindrischen, aufrechtstehenden Gärbehälter einen zentralen Zylinder aufweist, der den Innenraum in eine äußere und eine innere Zone etwa gleichmäßig teilt In der äußeren Zone wird die umgewälzte Flüssigkeit belüftet und in der inneren Zone entlüftet Dazu rotiert unterhalb des Zylinders ein Hohlrührer, dessen Hohlwelle nach oben durch den Zylinder und den Behälterdeckel zum Antrieb geführt ist Unterhalb des Zylinders hat der Rührer etwa radiale Hohlarme mit zur Drehrichtung nach vorne weisenden Austrittsöffnungen oder vorwärtsgekrümmten Auslaßdüsen. Die Hohlarme können bis kurz vor ihrer Auslaßdüse von einer mitdrehenden Kammer mit die Düse umschließenden Ansatzrohren umgeben sein, die einen größeren Austrittsquerschnitt besitzen. So soll die durch die Hohlwelle angesaugte Luft bei der Drehung in feiner. Verteilung der zu begasenden Flüssigkeit am Boden des Gärbehälters zugeführt werden. Aufgrund des geringen maximalen Sogs lassen sich keine sehr großen Luftmengen eintragen. Die Umwalzleistung der Gärflüssigkeit ist ebenfalls gering.

Bei einer anderen Begasungsvorrichtung mit einem Hohlrührer (US-PS 22 38 139) mit zwei Hohlschleuderrädern mit radialen Auslassen wird durch die Hohlwelle eingeführte Luft unmittelbar in die Flüssigkeit ansaugenden Schleuderräder eingeführt. Auch hier ist die Lufteintrags- und Umwälzleistung sehr beschränkt. Gleiches gilt für eine ähnliche Begasungsvorrichtung (DE-PS 9 20 844), bei der ein von unten durch einen Zylinder Flüssigkeit und von oben durch die Hohlwelle Luft ansaugendes geschlossenes Schleuderrad im oberen Teil des Behälters umläuft.

Zweck der Erfindung ist es, eine Begasungsvorrichtung zu schaffen, welche eine größere Menge Gas ohne Anwendung von Gaskompressoren in die Flüssigkeit einzubringen gestattet.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Begasungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß das zuzuführende Gas ohne zusätzliche Druckerhöhung durch einen gesonderten Kompressor, zugemischt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet

Durch die Ansaugöffnungen des gebildeten Ansaugkanals erfolgt die Zufuhr und Einmischung des Gases also in bekannter Weise mit schon in beträchtlicher Leistung und Saugwirkung, während zusätzliches Gas

so durch die weiteren Gasaustrittsöffnungen am Umfang des Schleuderrades in die Flüssigkeit durch die dortige zusätzliche Ansaugung eintritt.

Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird den weiteren Gasaustrittsöffnungen das Gas ebenfalls koaxial zugeführt, also insbesondere zentral durch den Schleuderradansaugkanal, vorzugsweise mit einem oberhalb des um eine vertikale Achse umlaufenden Schleuderrads vorgesehenen ortsfesten Gaszuführungsrohr, über eine koaxiale Verbindungstülle, an welche radiale zu den periphsren Gasaustrittsöffnungen führende Rohre geführt sind.

Die weitere Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 läßt eine getrennte Zufuhr von zwei Gasen zu, ist also insbesondere für die getrennte Zufuhr von Luft und Methangas geeignet.

Die Querschnitte der Ansaugleitungen bzw. der Gaszuführungsrohre für die Gase können in bekannter Weise verändert werden, um die Menge des angesaug-

ten Gases zu regulieren. Am einfachsten geschieht dies dadurch, daß in die Gaszuleitungen Drosseln eingebaut werden. Dann ist auch im Betrieb jederzeit eine Regelung möglich, ohne daß komplizierte Verstellvorrichtungen innerhalb des Begasungsbehälters eingesetzt werden müssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform einer Begasungsvorrichtung im Längsschnitt,

Fig.2 eine Draufsicht der Begasungsvorrichtung nach F i g. 1 und

Fig.3 eine zweite Ausführungsform einer Begasungsvorrichtung im Längsschnitt

In Fig. 1 ist die im Unterteil eines Behälters 1 angeordnete Begasungsvorrichtung dargestellt, welche im wesentlichen aus einem vertikalen Schleuderpumpenlaufrad besteht Dieses ist auf der von einem Elektromotor 2 über Riemen 3 angetriebenen Welle 4 angeordnet und besteht selbst aus einer unteren Scheibe 5, einer Mittelscheibe 6 und einer oberen Deckscheibe 7. Die Mittelscheibe 6 ist in bestimmtem Abstand oberhalb der Scheibe 5 fest angebracht und trägt in der Mitte eine hohle Verbindungstülle 8 als nabenartige Verlängerung nach oben. Die Deckscheibe 7 ist koaxial mit einem ausgerundtem trichterförmigen Kragen 9 versehen. Zwischen der Deckscheibe 7 und der Mittelscheibe 6 sind Radialschaufeln 10 in der für Kreiselpumpenlaufräder bekannten Art angeordnet Die mittigen öffnungen der genannten, rotierenden, das Laufrad bildenden Teile werden nach dem Behälterinnern durch feststehejide Rohre verlängert, und zwar die Deckscheibe bzw. deren Kragen 9 durch ein weites Leitrohre 11 für die zu begasende Flüssigkeit, das in der bei Mischern und insbesondere Fermentern üblichen Weise in einigem Abstand unter dem Deckel des Behälters offen endet, und die an der Mittelscheibe axial angebrachte Verbindungstülle 8 durch eine Gaszuleitung über ein Verbindungs- bzw. Unterteil 13. Am Unterteil 13 befinden sich öffnungen 14, durch welche das durch die Gaszuleitung 12 zugeführte Gas in den mit dem Kragen 9 der Deckscheibe 7 gebildeten Ansaugkanal an der engsten Stelle eintreten kann, an dieser Eintrittsstelle ist nämlich durch die eingezogene Form des Kragens 9 eine venturiartige Verengung gebildet, an welcher durch die vom Venturirohr bekannte Saugwirkung auftritt, wenn durch die bei Kreiselpumpen bekannte axiale Ansaugung die Behälterf.üssigkeit dort mit erhöhter Geschwindigkeit durchtritt

Zu dieser an sich bekannten Ausbildung tritt nun ein zweites System zur weiteren Begasung der Flüssigkeit Der zwischen Mittelscheibe 6 und der Scheibe 5 gebildete Raum erhält von der hohlen Tülle 8 einen Teilstrom des durch die Gaszuleitung 12 zugeführten Gases. Dieser Raum ist am Umfang mit Gasaustrittsöffnungen 15 versehen, welche trichterförmige Ansätze tragen. Diese Trichter zeigen mit der spitzen Seite in Rotationsrichtung. Bei Rotation des Schleuderrades entsteht auf der Rückseite der Gasaustrittsöffnungen 15 ein Sog mit Wirbelung und Kavitation. Dadurch wird das im Raum zwischen der Mittelscheibe 6 und der Scheibe 5 zugeleitete Gas aus der öffnung gesogen und der Flüssigkeit beigemischt

Fig.2 zeigt das Laufrad etwa nach der Ebene der Mittelscheibe 6 geschnitten. In der linken Hälfte in der Ausführung, bei welcher der Raum zwischen den beiden Scheiben 5 und 6 selbst Scheibenform hat und lediglich am äußeren Umfang die mit Trichtern versehenen Gasaustsrittsöffnungen 15 angebracht sind. In der rechten Hälfte der Zeichnung besteht der genanme Raum aus radial angeordneten Rohren 16, die an ihrem Ende mit je einem Gasaustrittstrichter versehen sind.

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Begasungsvorrichtung. Sie unterscheidet sich dadurch ϊόπ der in F i g. 1 dargestellten, daß die Gaszuleitung zur zweiten Begasungsstufe getrennt geführt ist, und zwar durch die als Hohlwelle 17 ausgebildete Antriebswelle des Kreiselpumpenlaufrads. Hierbei fällt die in die Gaszuleitung 12 führende Verbindungstülle 8 weg. An dieser Stelle ist auf der Mittelscheibe 6 nur eine, die Flüssigkeitsführung verbessernde Nabe 18 angebracht. Zur Zufuhr des Gases in die als Gaszuleitung dienende Hohlwelle 17 muß selbstverständlich eine Dichtung angebracht werden, nach Art einer O- oder Gleitringdichtung, Stopfbüchse oder ähnlicher Konstruktion. Bei dieser Ausführung kann durch entsprechende Drosselung der Gaszufuhr für jede Begasung die günstigste Einstellung gewähltg werden. Außerdem ermöglicht diese Ausführung die Zufuhr zweier verschiedener Gase bzw. verschiedener Gasgemische, die vor der Einmischung in die Flüssigkeit nicht in Kontakt kommen dürfen, beispielsweise Methan und Luft-Sauerstoff.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit einer die zu begasende Flüssigkeit axial ansaugenden Kreiselpumpe mit geschlossenem Schleuderrad, dessen achsnahe Ansaugnabe eine venturiartige Einlaufverengung aufweist, an deren engster Stelle Gasaustrittsöffnungen eines koaxialen Gaszuführungsrohr münden, an denen die angesaugte Flüssigkeit vorbeiströmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleuderrad ab seinem Umfang von einer Gaszuleitung (12) mit Gas versorgbare weitere periphere Gasaustrittsöffnungen (15) mit trichterförmigen Ansätzen oder Rohrenden, deren Spitzen in Drehrichtung weisen, aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß den peripheren Gasaustrittsöffnungen (15) das Gas über radiale Rohre (16) des Schleuderrads zugeführt wird, die an die Gaszuleitung (12) über eine koaxiale Verbindungstülle (8) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den peripheren Gasaustrittsöffnungen (15) ein weiteres Gas über radiale Rohre (16) des Schleuderrads zugeführt wird, die an den die Gaszuleitung bildenden, vom zur Ansaugnabe des Schleuderrads führenden Gaszuführungsrohr getrennten Innenkanal der als Hohlwelle (17) ausgebildeten Antriebswelle des Schleuderrads angeschlossen sind.