DE2603798B1 - Vorrichtung zur begasung von fluessigkeiten und/oder fluessig-feststoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten und/oder Flüssig-Feststoffgemischen unter Verwendung eines mit statischen Mischelementen ausgerüsteten Begasungselementes.

Zur Durchführung von Gas/Flüssig- oder Gas/Feststoff-Reaktionen in Flüssig-Feststoffgemische erforderlich, wobei eine möglichst gute Durchmischung des Gases mit den zu behandelnden Stoffen und ein wirksamer Gaseintrag mit hohem Wirkungsgrad, d. h. mit möglichst geringen Verlusten an Gasmengen die nicht zu den gewünschten Reaktionen beitragen und daher ungenutzt entweichen, — besonders beispielsweise bei Begasungen mit relativ kostspieligen Gasen — gefordert werden. Wirksam ist dabei derjenige Anteil der eingetragenen Gasmenge, bei dem durch die Phasengrenzfläche hindurch ein Stoffübergang stattfindet, weshalb — neben einer möglichst großen Vielzahl von Zusammenstößen der Reaktionspartner (Durchmischung) — eine möglichst große Phasengrenzfläche und ihre ständige Erneuerung angestrebt werden. Gute Durchmischung und hoher wirksamer Gaseintrag ergeben dann zusammen einen hohen Aasnutzungsgrad des eingetragenen Gases.

Mit der Begasung der zu behandelnden Stoffgemische ist gleichzeitig jedoch infolge der Flotationswirkung der aufsteigenden Blasen des eingetragenen Gases eine Entgasung verbunden, besonders wenn das Gemisch leicht flüchtige Komponenten enthält oder solche bei den Reaktionen entstehen. In vielen Fällen ist dieser Entgasungseffekt, der um so größer ist je größer die eingetragene Gasmenge ist, unerwünscht; als Beispiel dafür sei die biologische Abwasseraufbereitung von leicht flüchtige Lösungsmittel fällt insbesondere in der

ίο chemischen Industrie an; bei dieser Aufbereitung ist nicht wünschenswert, mit großem Gasmengen zu arbeiten, da die Abluft sonst beachtliche Mengen der schädlichen Lösungsmitteldämpfe enthält, die in einer weiteren Reinigungsstufe aus ihr entfernt werden müssen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine gute Durchmischung der Gase mit dem Stoffgemisch zu erreichen und mit relativ geringen Gasmengen einen hohen wirksamen Gaseintrag zu erzielen.

Die Verwendung von mit statischen Mischelementen ausgerüsteten Begasungselementen für die erwähnten Begasungen und Durchmischungen ist bekannt (siehe z. B. Water & Sewage Works, Feb. 75, S. 34 ff).

Die bekannten Begasungselemente sind bisher innerhalb des zu behandelnden Stoffvolumens aufgestellt worden, wobei der Durchfluß des Stoffgemisches durch das Element und seine Umwälzung auf Grund der natürlichen Zirkulation mit Unterstützung des an der Unterseite des Elements unter Druck aufgegebenen Gases erfolgt. Mit dieser geschilderten bekannten Anordnung ist die genannte Aufgabe nur unzureichend zu lösen.

Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe daher dadurch gelöst, daß ein Reaktorgefäß, in dem das mit Gas beladene Medium eine vorbestimmte Zeit verweilt, mit dem Begasungselement über eine Zwangsumlauf-Fördereinrichtung zu einem geschlossenen Begasungskreislauf zusammengeschlossen ist, daß ferner in diesem Kreislauf in Strömungsrichtung vor dem Begasungselement eine Gaseinspeiseeinrichtung vorgesehen ist, und daß vom Austrittsende des Begasungselementes eine Verbindungsleitung den Bodenbereich des Reaktorgefäßes geführt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient das Gas ausschließlich als Reaktionspartner für die chemischen und/oder chemischbiologischen Prozesse; es muß nicht zusätzlich die Aufgabe übernehmen, die Durchströmung des Stoffgemisches durch das Begasungselement zu gewährleisten. Daher läßt sich mit der neuen Vorrichtung ein Mehrfaches bisheriger Ausnutzungsgrade erreichen. Darüber hinaus wird von der Fördereinrichtung für den Zwangsumlauf der Energiebedarf für die Umwälzung und Durchmischung des gasbeladenen Stoffgemisches im Reaktionsgefäß geliefert, so daß auch diese Energie nicht von dem Gasstrom aufgebracht werden muß. Gleichzeitig wird dadurch eine besonders intensive Durchmischung des Gefäßinhaltes gewährleistet.

Ein zusätzlicher Vorteil der neuen Vorrichtung besteht darin, daß das Begasungselement gegenüber bisherigen gleichartigen Anlagen sehr klein ausgeführt werden kann und daher einen relativ geringen Investitionsaufwand erfordert.

Besteht die Gefahr, daß das Begasungselement durch das zu begasende Medium verstopft wird, so wird das Begasungselement vorteilhafterweise außerhalb des Gefäßes angeordnet, um seine Zugänglichkeit für eine

Reinigung zu erhöhen.

Um in dem Reaktorgefäß vorhandenen Schaum abzusaugen, ist es zweckmäßig, wenn vom Austrittsende des Begasungselements eine Verbindungsleitung von oben in das Reaktorgefäß geführt ist, und in der Verbindungsleitung im Bereich des Flüssigkeitsspiegels des Gefäßes ein Ejektor vorgesehen ist. Vorteilhafterweise kann das Reaktorgefäß als Blasensäule ausgebildet sein, d. h. aus einem relativ zu seinem Querschnitt hohen, meist rohrförmigen Gefäß bestehen, in dem dann das Gas mit relativ langer Verweilzeit in dem zu behandelnden Stoffgemisch aufsteigen kann.

Verschiedene Möglichkeiten sind gegeben, um eine Reinigung des Begasungselementes, dessen Verschmutzungsgrad beispielsweise mit Hilfe einer Meßvorrichtung für die Messung des in ihm bewirkten Druckabfalls festgestellt werden kann, ohne Betriebsunterbrechung durchzuführen. Eine relativ einfache undmit geringem Aufwand zu realisierende Reinigungsmöglichkeit liegt vor, wenn eine absperrbare Bypaßleitung für das Begasungselement vorhanden ist, wobei dann während der relativ kurzen Reinigungszeit durch Ausfall des Begasungselements der Gaseintrag und die Durchmischung etwas geringer sind. Kann eine solche auch nur kurzzeitige Änderung der Begasungsqualität nicht in Kauf genommen werden, so ist es möglich, in dem Kreislauf zwei Begasungselemente vorzusehen, die wechselweise in den Zwangsumlauf eingeschaltet sind.

Sind große Stoffmengen zu begasen, so können eine Mehrzahl von im Zwangsumlauf beaufschlagten Begasungselementen in einem gemeinsamen Reaktionsgefäß verteilt parallel zueinander betrieben werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

Die einzige Figur zeigt schematisch einen prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu behandelnde und anschließend einer Gas/Flüssigkeitsoder Gas/Feststoff-Reaktion unterworfene Medium tritt durch eine Zuführleitung 1 in ein Reaktorgefäß 2 ein, das im vorliegenden Beispiel als Blasensäule ausgebildet ist, bei der das Verhältnis ihres Durchmessers zu ihrer wirksamen Höhe etwa 1:8 beträgt; die wirksame Höhe ist dabei der von den Gasen und den zu behandelnden Stoffen in dem Gefäß zurückzulegende Weg vom Eintritt des aus einem Begasungselement 3 kommenden, begasten Stoffgemisches in das Gefäß 2 bis zu seinem Austritt durch eine Wegführleitung 4. Die Größe des Gefäßes relativ zu der Durchflußgeschwindigkeit des Mediums ist durch die für die erwähnten Reaktionen benötigte Verweilzeit bestimmt.

Um direkte Kurzschlußströmungen zu verhindern, ist der Anschluß einer Leitung 7 an das Gefäß 2 durch eine Abschirmwand 5 vom Ende einer das Element 3 mit dem Gefäß 2 verbindenden Verbindungsleitung 6 abgeschirmt, durch die das begaste Medium in das Gefäß 2 einfließt; zur Ausbildung des erfindungsgemäß im Zwangsumlauf durchströmten Begasungskreislaufs führt die Leitung 7, in der als Zwangsumlauf-Fördereinrichtung eine Pumpe 8 vorgesehen ist, zum unteren Ende des Begasungselements 3. In dieser Leitung ist weiterhin eine Gas- bzw. Lufteinspeisevorrichtung 20 angeordnet, die im einfachsten Fall ein T-Stück sein kann; in diese Einrichtung 20 mündest eine von einer nicht dargestellten Druckgasquelle — z. B. einem Gebläse oder einer Gasflasche — kommende Gasleitung 9, durch die das in das Medium einzutragende Gas zugeführt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine andere Gaseinspeiseeinrichtung 20, z. B. einen Ejektor, zu verwenden. Weiterhin kann in der Leitung 9 zusätzlich eine Gasmengenmeßeinrichtung vorgesehen sein.

In der Leitung 7 ist darüber hinaus ein Absperrorgan 10 vorhanden, vor dem, in Strömungsrichtung gesehen, eine Bypaßleitung 11, die ebenfalls mit einem Absperrorgan 12 versehen ist, für das Element 3 abzweigt. Schließlich enthält die Leitung 7 noch eine Anschlußstelle 13, an die ein Manometer zur Messung und Überwachung des Druckabfalls in dem Begasungselement 3 angeschlossen werden kann, wofür darüber hinaus eine zweite Anschlußstelle 14 in der Verbindungsleitung 6 vorhanden ist.

Der Begasungsskreislauf ist über die Verbindungsleitung 6, die vom Austrittsende des Begasungselements 3 über ein Absperrorgan 15 und die Anschlußstelle 14 in das Gefäß 2 führt, geschlossen.

Die Leitung 6, die in der Nähe des Bodens des Gefäßes 2 unter Umständen in einem Verteiler 16 endet, kann im Bereich des für die Austrittsleitung 4 im Niveau festgelegten Flüssigkeitsspiegels im Gefäß 2 einen Ejektor 17 enthalten; mit diesem kann auf der Flüssigkeit im Gefäß 2 lagernder Schaum in den in der Leitung 6 fließenden Mediumstrom eingesogen werden.

Der Verteiler 16, der über einen Träger 18 im Gefäß 2 abgestützt sein kann, kann beispielsweise nach Art der rotierenden Rasensprenger ausgebildet sein. Durch einen derartigen Verteiler 16 werden die in dem Gefäß aufsteigenden Gasblasen zunächst in eine Spiralbahn gezwungen, wodurch ihre Verweilzeit in dem Gefäß 2 verlängert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Leitung 6 einfach als offenes Rohr im Abstand vor dem Gefäßboden enden zu lassen, so daß der aus ihr austretende Strahl auf den Boden aufprallt und in die Querschnittsfläche des Gefäßes 2 verteilt wird.

Das Begasungselement 3 ist aus sechs statischen Mischelementen 19 aufgebaut, zwischen denen über Stege 21 verbundene Ringe 22 als Abstands- und Auflageelemente vorgesehen sind.

Die Pumpe 8 saugt über die Leitung 7 einen Teil des Inhaltes des Gefäßes 2 an und fördert ihn durch die Gaseinspeiseeinrichtung 20 hindurch zu dem Begasungselement 3. Das eingespeiste Gas wird in diesem Hochleistungselement 3 in feine Blasen zerkleinert und mit dem durch die Pumpe 8 angesaugten Stoffstrom innig gemischt, so daß eine möglichst homogene Verteilung des' Gases in dem zu behandelnden Stoffgemisch entsteht. Über die Leitung 6 wird das gasbeladene Gemisch durch den Ejektor 17, in dem es unter Umständen vorhandenen Schaum ansaugt, in den Verteiler 16 gefördert. Aus diesem tritt das Gemisch mit einer solchen Verteilung und einer derartigen Energie ion das Gefäß 2 aus, daß der Gefäßinhalt im Bereich des Verteilers 16 auf dem ganzen Querschnitt verwirbelt und durchmischt wird, wobei die dafür notwendige Energie von der Pumpe 8 geliefert wird. Auf diese Weise können Toträume im Gefäß 2 vermieden werden; darüberhinaus wird dadurch die Umwälzung im Gefäß 2 und damit die Wahrscheinlichkeit für Zusammenstöße zwischen reaktionsfähigen Gas-Flüssigkeits-Partikeln erhöht

Die erwähnte Messung des Druckabfalls dient dazu, den Verschmutzungsgrad des Elements 3 zu überwachen und bei Überschreiten eines bestimmten Druckabfalls eine Reinigung des Elements 3 vorzusehen, wozu dieses durch Schließen der Organe 10 und 15 aus dem

Kreislauf herausgenommen und dieser für die kurze Reinigungszeit über die durch Öffnen des Organs 12 freigegebene Leitung 11 aufrechterhalten wird.

Die Geschwindigkeiten von dem im Zwangsumlauf durch das Begasungselement 3 fließenden Strom sind relativ hoch; sie betragen beispielsweise mehr als 10³m/h; ein Durchfluß durch den Begasungskreislauf liegt daher im Bereich von Sekunden, während die mittlere Verweilzeit im Gefäß 2 beispielsweise mehrere Stunden beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten und/oder Flüssig-Feststoff-Gemischen unter Verwendung eines mit statischen Mischelementen ausgerüsteten Begasungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktorgefäß (2), in dem das mit Gas beladene Medium eine vorbestimmte Zeit verweilt, mit dem Begasungselement (3) über eine Zwangumlauf-Fördereinrichtung (8) zu einem geschlossenen Begasungskreislauf zusammengeschlossen ist, daß ferner in diesem Kreislauf in Strömungsrichtung vor dem Begasungselement (3) eine Gaseinspeiseeinrichtung (20) vorgesehen ist, und daß vom Austrittsende des Begasungselements (3) eine Verbindungsleitung (6) in den Bodenbereich des Reaktorgefäßes (2) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement (3) außerhalb des Gefässes (2) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (6) von oben durch das Medium hindurch in den Bodenbereich des Reaktorgefäßes (2) geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (6) im Bereich des Flüssigkeitsspiegels des Reaktorgefäßes

(2) ein Ejektor (17) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf zwei Begasungselemente (3) vorgesehen sind, die wechselweise in den Zwangsumlauf eingeschaltet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung (10, 15) für die Messung des Druckabfalls in dem Begasungselement

(3) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine absperrbare Bypaßleitung (11) für das Begasungselement (3) vorhanden ist.