DE2620310A1 - Vorrichtung fuer eine kontaktreaktion zwischen gas und fluessigkeit - Google Patents
Vorrichtung fuer eine kontaktreaktion zwischen gas und fluessigkeitInfo
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Description
D-8OOO MÜNCHEN AO. BAUERSTRASSE 22 · FERNRUFCOBS) 37 63 83 · TELEX 52182OS ISAR D
POSTANSCHRrFT: D-ΘΟΟΟ MÜNCHEN 43. POSTFACH 7βΟ
München, 6. Mai 1976 M/17 116
Nippon Kokan Kabushiki Kaisha 1-2, 1-chome, Marunouchi,
Chiyoda-ku, Tokio / Japan
Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen
Gas und Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit, insbesondere eine Vorrichtung,
deren Flüssigkeitsbehälter einen schnell drehbaren Körper
aufweist sowie ein Blasrohr für den gasförmigen Reaktionsteilnehmer im Boden des Flüsskeitsbehälters, welches feine
Bläschen des gasförmigen Reaktionsteilnehmers rund um den drehbaren
Körper emittieren kann.
Gegenwärtig gibt es verschiedene bekannte Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtungen
der vorerwähnten Art, deren Prinzip im folgenden kurz erläutert wird:
1. Es ist eine, feine Gasblasen erzeugende Vorrichtung bekannt
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(Japanische Patentschrift 169 107), welche einen hohlen
Propeller, der mit einer hohlen drehbaren, in dem Flüssigkeitsbehälter
aufgenommenen Welle kommuniziert bzw. in Verbindung stehts aufweist, bei welcher der hohle Propeller
viele durch seine Seitenwand gebohrte Bohrungen aufweist, und bei welcher ein Gas durch die Bohrungen in
eine in dem Flüssigkeitsbehälter befindliche Flüssigkeit
gedrückt wird.
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (bekanntgemachte Japanische Patentanmeldungen 2614/55 und 15565/51), welche
ein langgestrecktes poröses Porzellanrohr in einem Flüssigkeitsbehälter
aufweist, wobei durch die Wandung des langgestreckten Porzellanrohres kleine Gasblasen in dem
Behälter bzw. der Flüssigkeit dispergiert werden.
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (bekanntgemachte Japanische Patentanmeldungen 24051/51 und 15162/59), welche
eine horizontale Trommel, in deren zylindrischer Wandung
viele Gasausblaslöcher vorgesehen sind und welche mit hoher Geschwindigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter um
ihre Achse drehbar ist, aufweist. Das durch die Gasausblasöffnungen ausströmende Gas bildet eine filmartige Gasschicht
in tangentialer Richtung längs der zylindrischen
Wandung, welche durch eine mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Trommeldrehung abgerissen wird, wodurch feine
Blasen in der Flüssigkeit entstehen.
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (bekanntgemachte Japanische Patentanmeldungen 15090/65 und 35324/63), welche
einen länglichen Becher aufweist, in dessen Längswandung eine Vielzahl von Gasausblasöffnungen gebohrt ist und welcher
nahe dem Boden eines Flüssigkeitsbehälters in einer
etwa mit der Oberseite nach unten zeigenden Position ge-
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halten ist und welcher so konstruiert ist, daß er schnell um seine Achse drehbar ist. Die Vorrichtung weist ferner
ein Gasausblasrohr, welches den Boden des Flüssigkeitsbehälters
durchdringt auf, durch welches ein gasförmiger Reaktionsteilnehmer in die Flüssigkeit eingeführt wird,
welche in dem länglichen vertikalen, mit Bohrungen versehenen
Becher enthalten ist.
5. Es ist des weiteren eine Vorrichtung bekannt (bekanntgemachte Japanische Patentanmeldungen 13121/68 und 36719/64),
welche, wie die aus den Literaturstellen (3) oder (4) bekannten
Vorrichtungen, einen länglichen drehbaren Becher oder eine Trommel aufweist, deren Wandung jedoch keine
Gasausblasbohrungen aufweist. Die Vorrichtung weist eine
Gasausblaseinrichtung auf, welche so konstruiert ist, daß
sie einen gasförmigen Reaktionsteilnehmer in einen Flüssigkeitsbereichunterhal
b der rotierenden Trommel oder in dem länglichen rotierenden Becher einführt.
Bei der aus Literaturstelle (1) bekannten Vorrichtung haben die Gasblasen unterschiedlichen Durchmesser, je nach dem Abstand
zwischen der drehbaren Hohlwelle und der Gasausblasöffnung.
Das heißt, je kleiner der Abstand zwischen der Gasausblasöffnung
und der drehbaren Welle ist, umso größer ist der Durchmesser der sphärischen Gasblasen. Da ferner die Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsbehälter von dem Propeller heftig'
gerührt wird, haben die durch die Löcher des Propellers emittierten Gasblasen die Neigung, miteinander zu kollidieren
und sich deswegen aneinander eng anzulagern, wodurch die Erzeugung einer großen wirksamen Fläche eines spezifischen
Kontakts zwischen Gas und Flüssigkeit vereitelt wird.
Bei der Vorrichtung der Literaturstelle (2) ist die spezifische
Gas-Flüssigkeit-Kontaktfläche effektiv groß, da die Gas-
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m/17 115 2820310
blasen eine sehr garinge Größe haben. Die Vorrichtung hat
jedoch einen großen Energiebedarf beim Betrieb, weil die
Gasbläsen beim Hindurchtreten durch die Wandung des länglichen
porösen Porzellanrohres einem großen Widerstand unter-1iegen.
Bei der Vorrichtung gemäß Literaturstelle (3) ist eine Gasausblastromme],
deren Seitenwände von einer Vielzahl von Bohrungen durchbohrt ist, horizontal in einen Flüssigkeitsbehälter
gesetzt. Wird der Vorgang der Erzeugung von Gasblasen
aus irgendeinem Grund gestoppt, so neigen Niederschläge
oder Feststoffe, die infolge der Reaktion zwischen Gas und Flüssigkeit erzeugt werden, dazu, durch die Gasausblasbohrungen
in die Trommel einzutreten, was häufig unliebsame Zwischenfälle herbeiführen kann.
Anders als die Vorrichtung der Literaturstelle (3) weist die
Vorrichtung der Literaturstelle (4) einen Becher auf, der im
v-isssr,ti ichen mit der Oberseite nach unten in einen Flüssigkeitsbehälter
gesetzt ist und dessen Seitenwand von einer Vielzahl von Gasausblcsbohrungen durchbohrt ist, anstatt der horizontalen
Trommel der Vorrichtung der Literaturstelle (3), welche
in ähnlicher Weise mit Gasausblasbohrungen versehen ist. In
diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit, daß Niederschläge oder Feststoffe wie bei der Vorrichtung der Literaturstelle (3)
durch die Gasausblasbohrungen in den Becher getragen werden, gering. Jedoch weisen die Gasblasen an den unterschiedlichen
Höhen der Gasausblasbohrungen in der flüssigen Phase unterschiedliche Kopfdrücke bzw. Innendrücke auf, wodurch verhindert
wird, daß die Gasblasen einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser über die gesamte Flüssigkeitsphase aufweisen,
was einen unzureichenden Gas-Flüssigkeit-Kontakt zur
Folge hat.
S03346/080S
Die Vorrichtung der Literaturstelle (5) unterscheidet sich
von den Vorrichtungen der Literaturstellen (3) und (4) darin,
daß die Wand der rotierenden Trommel oder des länglichen Bechers keine Gasausblasbohrungen aufweist. Diese Konstruktion
erzielt eine ausgezeichnete Wirkung bei der Erzeugung sphärischer Gasblasen mit einem im wesentlichen gleichförmigen,
geringen Durchmesser und bietet einen über lange Zeiträume anhaltend guten bzw. ungestörten Betrieb. Jedoch neigen die
feinen Gasblasen, die von der Oberfläche des schnell rotierenden Körpers abgelöst werden, dazu, mit der Flüssigkeit um
den Körper zu kreisen und nicht in der gesamten Flü'ssi gkeitsphase
in dem Flüssigkeitsbehälter dispergiert zu werden. Ferner rotiert die gesamte Flüssigkeit durch die Rührwirkung der
rotierenden Trommel oder des länglichen Bechers, was zur Folge hat, daß feine Gasblasen zu dem oberen Teil der flüssigen
Phase aufsteigen und daß ihre Größe durch gegenseitige Anlagerung bzw. Adhäsion zunimmt und daß daher ein zufriedenstellender
Gas-Flüssigkeit-Kontakt nicht hergestellt wird.
Mit Hilfe der oben erwähnten Vorrichtungen der Literaturstellen (3), (4) und (5) werden in der flüssigen Phase durch
den mit großer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 12,5 m/s
rotierenden Körper feine Gasblasen erzeugt. Wenn die Rate, mit welcher ein gasförmiger Reaktionsteilnehmer dem Flüssigkeitsbehälter
zugeführt wird, allmählich erhöht wird, zeigt der mittlere Durchmesser der sphärischen Gasblasen die folgenden
Änderungen:
sehr kleine Größe ... etwa 1 bis 2 mm mittlere Größe ... etwa 3 bis 4 mm
große Größe ... etwa 5 bis 10 mm.
Bei der oben erwähnten Vorrichtung der Literaturstelle (3)
wird die obere Grenze für eine Luftzuflußrate bzw. einen
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Η/17Π6 262031°
Luftstrom Vc (m /min) zur Erzeugung der bevorzugtesten Gasblasen mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 4 mm ausgedrückt
durch die folgende Gleichung:
Vc = ClD3N2L (1)
worin:
öl eine Konstante ist, die entsprechend der Art des Reaktionsprodukts in der flüssigen Phase bestimmt wird;
D der Außendurchmesser der Trommel oder des Bechers ist; N die Drehzahl (U/min) der Trommel oder des Bechers ist und
L die Länge (m) der Trommel oder des Bechers ist.
Wenn beispielsweise das Reaktionsprodukt in der flüssigen Phase CaSO. oder (NH.^SO- ist, dann iste.5 - 10"4 bzw. 6,36 ·
10"5.
Die Erfinder des Anmeldungsgegenstandes untersuchten die Oxidation von wässrigen Lösungen von Natriumsulfit, Ammoniumsulfit,
sowie einer Aufschlämmung von Calciumsulfit mit einem
pH-Wert von 4,0, durch Einblasen von Luft in diese Lösungen in den oben erwähnten Vorrichtungen der Literaturstellen (4)
und (5), welche jede einen Flüssigkeitsbehälter und einen
länglichen, mit der Oberseite nach unten angeordneten Becher aufweisen.
Die Unterschuchungen der Erfinder haben ergeben, daß die Beziehung
zwischen der oberen Grenze der oben erwähnten Luftzuführungsrate bzw. des Luftstromes und den unterschiedlichen
Abmessungen der Vorrichtungen der Literaturstellen (4) und (5) durch die folgende, unten angebene Gleichung (2) ausgedrückt
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werden kann:
V = K(D/d)2D3N2H (2)
won n:
V eine Luftzuflußrate bzw. ein Luftstrom (m /min) ist, wenn
der Umsetzungsgrad von atmosphärischem Sauerstoff 25 % erreicht und zu diesem Zeitpunkt der mittlere Durchmesser
der sphärischen Luftblasen einen Wert von 2 bis 3 mm hat;
K eine Konstante für die Löslichkeit von Sauerstoffgas und die Konzentration eines durch eine Reaktion in der flüssigen
Phase erzeugten Salzes ist;
D der Außendurchmesser (m). des Bechers ist;
d der Innendurchmesser (m) des Flüssigkeitsbehälters ist;
N die Drehzahl (U/min) des drehbaren Körpers ist und
H die Höhe (m) des Bechers ist.
K kann beispielsweise folgende Werte haben:
8,85 . 10"4 gesättigtes CaSO4
4,43 · 10"4 Na2SO4 mit 11,75 %
5s06 · ΙΟ'4 ' (NH4J2SO4 mit 10,75 %.
In Figur 1 ist die Beziehung zwischen der Löslichkeit von . O2 in der flüssigen Phase und der Konzentration von Na2SO4
darin durch eine gerade Linie A dargestellt, und die Beziehung zwischen dem Wert von K und der Konzentration von Na2SO21 in
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dieser flüssigen Phase durch eine gerade Linie B.
Die Untersuchungen der Erfinder des Änmeldungsgegenstandes
haben gezeigt, daß der Wert von K unverändert blieb, wenn die Vorrichtungen für die Gas-Flüssigkeit-Kontaktreaktion
gleiche Konstruktion aufwiesen und die darin enthaltenen Reaktanten die gleichen Konzentration hatten.
Nimmt man an, daß die Konzentrationen der Reaktanten unverändert bleiben, dann werden der Wirkungsgrad des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes
und demzufolge die Gasverarbeitungskapazität der Vorrichtung umso größer je größer der Wert von K ist. Hat
jedoch der Wert von K unterschiedliche Werte, obwohl die Konzentration
der Reaktanten konstant ist, dann sollten die beiden Vorrichtungen der Druckschriften (4) und (5) unterschiedlich
konstruiert sein, um das gewünschte Ziel zu erreichen.
Aufgrund der aus den oben erwähnten Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurde die verbesserte Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen. Diese verbesserte Vorrichtung weist eine faktisch (fact) horizontal
drehbare Scheibe auf, welche unterhalb der Mitte der flüssigen Phase in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist; eine Vielzahl
von vertikalen Rührstäben oder schmalen Rührplättchen
oder -streifen, die an der Unterseite der drehbaren Scheibe längs eines konzentrischen Kreises befestigt sind; sowie eine
Zuführungsleitung für den gasförmigen Reaktionsteilnehmer,
welche den Boden des Flüssigkeitsbehälters durchdringt und
einen gasförmigen Reaktionsteilnehmer in Form von großen
Blasen in einen Bereich einbläst, welcher umgeben ist von den vertikalen Rührstäben oder schmalen Rührstreifen, die
zusammen mit der drehbaren Scheibe bewegt werden können.
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Die Erfindung wird in der folgenden Figurenbeschreibung anhand
der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:-
Figur 1 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Löslichkeit von Op-Gas und der Konzentration von
Na^SO. in der sich als Reaktionsprodukt ergebenden Lösung darstellt, sowie zwischen dem Wert von K und
der genannten Konzentration, wobei die genannte Löslichkeit, der K-Wert und die Konzentration durch
Untersuchungen erhalten werden können, bei welchen ^2SO3-LoSUHg in den bekannten Vorrichtungen der Literaturstellen
(4) und (5) oxidiert wird;
Figur 2 eine schematische vertikale Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Gas-FlUs sigkeit-Kontaktvornchtung;
Figur 3 eine Vertikaiansicht des drehbaren Körpers der Vorrichtung
ohne Rührstäbe oder schmale Rührstreifen;
Figur 4 eine Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform des drehbaren Körpers der Figur 2;
Figur 5 eine Draufsicht auf den in Figur 4 dargestellten
Körper;
Figur 6 eine Vertikalansicht einer anderen Ausführungsform
des drehbaren Körpers der Figur 2;
Figur 7 eine Draufsicht auf den drehbaren Körper der Figur 6; und
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
großer Kapazität.
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- ίο -
In Figur 2 ist ein vertikaler Flüssigkeitsbehälter 1 dargestellt,
der einen drehbaren Körper 2 enthält, welcher eine horizontale drehbare Scheibe 3 aufweist, die unterhalb der
Mitte der flüssigen Phase in dem Flüssigkeitsbehälter 1 angeordnet
ist. An der Unterseite der Scheibe 3 ist längs eines konzentrischen Kreises eine Vielzahl von Stäben 4 vertikal
befestigt. Durch die Mitte des Bodens des Flüssigkeitsbehälters
1 ist mit Hilfe eines abgedichteten Lagers 6 eine axiale Antriebswelle 5 geführt, welche mit der drehbaren
Scheibe 3 in deren Mittelpunkt fest verbunden ist. Ein Zuführungsrohr 7 für den gasförmigen Reaktionsteilnehmer durchdringt
den Boden des Flüssigkeitsbehälters 1 und dient zur
Zuführung eines gasförmigen Reaktionsteilnehmers in Form von
großen Blasen in einen Bereich, der von den Rührstäben 4 umgeben wird, die sich zusammen mit der drehbaren Scheibe 3
bewegen.
Die axiale Antriebswelle 5 wird von einem Motor 9 über eine
an diesen angeschlossene Einrichtung 8 zur übertragung der Antriebsenergie gedreht. Die Flüssigkeit 10 und das Gas 11
werden zum Zweck ihrer Reaktion kontinuierlich durch ein
Flüssigkeitszuführungsrohr 12 und das Zuführungsrohr 7 für
den gasförmigen Reaktionsteilnehmer eingebracht. Nach der
Reaktion wird das Abgas 14 durch ein Gasabzugsrohr 13 abgezogen,
und die Flüssigkeit 16 nach der Reaktion wird kontinuierlich durch ein Flüssigkeitsabzugsrohr 15 abgezogen.
Natürlich kann auch ein diskontinuierlicher Betrieb durchgeführt
werden.
Es wurde eine Vielzahl von Experimenten durchgeführt, bei denen eine etwa 10 %-ige wässrige Lösung von Natriumsulfit
durch Luftblasen oxidiert wurde, wobei die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung verwendet wurde und wobei der Zustand
der Luftblasenerzeugung mit freiem Auge beobachtet wurde.
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Wird der drehbare Körper 2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von etwa 5 bis 12,5, vorzugsweise etwa 7,5 m/min angetrieben, dann sammeln sich große Luftblasen (nicht dargestellt),
welche von dem offenen Ende der Luftzuführungsleitung 7 durch :
die flüssige Phase aufsteigen, an der Unterseite der hori- : zontalen Scheibe 3 in Form eines dünnen Luftfilmes an. Der
dünne Luftfilm wird von der unteren Kante der rotierenden
Scheibe 3 gewaltsam abgerissen und nimmt die Form sehr feiner Gasblasen an, deren mittlerer Durchmesser etwa 2 bis 3 mm
beträgt. Die feinen Luftblasen haben immer die gleiche Größe, da auf die untere Kante der Scheibe 3 eine konstante Drehkraft
(Drehmoment) einwirkt. Ferner bewegen sich die erzeugten feinen Luftblasen horizontal in Richtung auf die Wand
des Flüssigkeitsbehälters 1 zu.
Andererseits bewegt sich die wässrige Natriumsulfitlösung
in dem Flüssigkeitsbehälter 1 in entgegengesetzt gerichteten
Strömen bezüglich der Scheibe 3, wie dies durch die Pfeile in Figur 2 dargestellt ist. In diesem Fall spielen die an der
Unterseite der drehbaren Scheibe 3 befestigten Rührstäbe 4 die Rolle von Rührern zur Erzeugung der oben erwähnten entgegengesetzt
gerichteten Flüssigkeitsströme. Ferner wirken
die Rührstäbe 4 gemeinsam als eine Art Schranke, welche große Luftblasen, die durch die Luftzuführungsleitung 7 in den von
den drehbaren Rührstäben 4 umgebenen Bereich eingeführt werden, zurückhält.
Feine, von der unteren Kante der drehbaren Scheibe 3 abgerissene Luftblasen folgen dem entgegengesetzt gerichteten
Flüssigkeitsstrom und zirkulieren durch den Flüssigkeitsbehälter
in einem sorgfältigen Gemisch mit der Flüssigkeit und werden im wesentlichen vor gegenseitiger Kollision bewahrt,
so daß eine sehr wirksame Gas-Flüssigkeit-Reaktion erreicht
wird. Die feinen Luftblasen werden an der unteren Kante der
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drehbaren Scheibe 3 gebildet,nicht jedoch an deren oberer
Kante oder irgendeinem Abschnitt der Rührstäbe 4.
Die den drehbaren Körper 2 bildende Scheibe 3 braucht nicht immer einen flachen rechteckigen Querschnitt zu haben, sondern
kann auch konische Form (nicht dargestellt) aufweisen oder einen kegel stumpfförmigen Querschnitt 30 haben, wie er
in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist. Ferner kann anstatt einer Scheibe auch eine Platte in Form eines Polyeders verwendet
werden. Es wurde durch Versuche nachgewiesen, daß eine Scheibe 30 mit kegelstumpfförmigern Querschnitt eine
größere Drehbeanspruchung (sheaving stress) erzeugte als eine Scheibe 3 mit rechteckigem Querschnitt. Ferner können die
Rührstäbe 4 der Figuren 2 und 4 durch schmale Platten oder Streifen 40 ersetzt werden, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt.
Figur 8 zeigt eine Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung für einen sehr großen Maßstab. Bei dieser Ausführungsform wird
eine Vielzahl von drehbaren Körpern 2 in einem großen Flüssigkeitsbehälter
1 aufgenommen. Jeweils benachbarte drehbare Körper werden in entgegengesetzten Richtungen angetrieben.
Wenngleich dies nicht in Figur 2 dargestellt ist, kann eine Vielzahl von vertikalen Bremsplatten vorzugsweise an der
Innenseite des FlUssigkeitsbehälters 1 befestigt sein, um
zu verhindern, daß die flüssige Phase in dem Behälter als Ganzes rotiert.
Die erfindungsgemäße Gas-Fl'üssi gkeit-Kontaktvorri chtung , die
sehr einfach konstruiert ist und in welcher die Gas-Flüssigkeit-Kontaktreaktion
mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, eignet sich nicht nur für die Oxidation von Flüssigkeit durch Luft
und die Reduktion von Flüssigkeit durch ein reduzierendes
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Gas, sondern ebenso für die Absorption von Gasen in einer Flüssigkeit oder die Desorption von Gasen aus der Flüssigkeit
und die Entfernung von Staub oder Nebel aus einer Gasphase.
Im folgenden werden Versuchsbeispiele der Oxidation einer wässrigen Natriumsulfitlösung durch Luft, durchgeführt in
einer Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung des Standes der
Technik gemäß vorerwähnter Literaturstelle (5) im Vergleich
zu den nachfolgenden Ausführungsbeispielen mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung beschrieben.
Es wurde ein zylindrischer Flüssigkeitsbehälter aus Glas verwendet,
der einen Innendurchmesser von 109 mm und eine Höhe von 400 mm aufwies. Ein länglicher drehbarer Glasbecher hatte
einen Außendurchmesser von 41 mm, einen Innendurchmesser von 37 mm und eine Höhe von 33 mm, und wurde mit einer Drehzahl
von 3.487 U/min gedreht, das heißt mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 7,5 m/s. Die Temperatur und der pH-Wert der Lösung betrugen 50+20C bzw. 6,7+0,1.
Es wurden jeweils 800 cm (800 cc.) wässrige Natriumsulfitlösungen
unterschiedlicher Konzentrationen getrennt in den Flüssigkeitsbehälter gefüllt. In die Lösungen wurde während
einer geeigneten Zeitspanne einzeln Luft eingeleitet. Die Oxidationsgeschwindigkeit in jeder Lösung wurde als Differenz
zwischen der Anfangskonzentration und der Endkonzentration der Lösung gemessen.
Die Versuchsdaten sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
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M/17 116
| Versuch Nr. |
Anfangskon zentration von Na2SO3(A) |
Reak tions zeit (min) |
Mol-Änderung von Na2SO3 in der Lösung |
Oxidations- geschwi ndi g- keit von Na2S03(mol/min) |
| 1 | 10,43 | 60 | 0,7393*0,3533 | 0^0064 |
| 2 | 7,30 | 42 | 0,5012*0,1608 | 0,0081 .....; Oj0087 I 0_^0096 |
| 3 | 5,22 | 30 | 0J3503->010904 0,2053*0,0333 |
0;0100 |
| 4 | 3,13 | 18 | 0,0670*0,0073 | |
| 5 | 1,04 | 6 |
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist die Oxidationsgeschwindigkeit
umso größer, je niedriger die Konzentration der Anfangslösung ist, das heißt je größer der Umsetzungsgrad von
atmosphärischem Sauerstoff ist: Bei auf 25 % festgelegtem Umsetzungsgrad von atmosphärischem Sauerstoff ist daher die
verbleibende Menge an zugeführter Luft umso größer, das heißt der Wert von K in der oben erwähnten Gleichung (2) umso größer,
je geringer die Konzentration der Anfangslösung ist.
Es wurden dem Beispiel 1 ähnliche Versuche durchgeführt unter Verwendung zweier zylindrischer Flüssigkeitsbehälter A und B
aus Glas mit unterschiedlichen Abmessungen. Diese Behälter A und B hatten einen Innendurchmesser von 109,0 mm bzw. 125,5 mm.
Ein langgestreckter drehbarer Glasbecher, der in beiden Flüssigkeitsgefäßen
A und B verwendet wurde, hatte einen Außendurchmesser von 30,1 mm, einen Innendurchmesser von 24,7 mm
und eine Höhe von 21,0 mm, und wurde mit einer Drehzahl von 4.765 U/min, das heißt mit einer Umfangsgeschwindigkeit von
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M/17 116
- 15 -
7,5 m/s gedreht. Die Temperatur und der pH-Wert der Lösung waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Jeder Flüssigkeitsbehälter wurde mit 1.200 cm3 (1.200 cc.)
einer wässriger Natriumsulfitlösung mit einer Konzentration
von 9,38 % beschickt. In die Lösung wurde während einer geeigneten Zeitdauer Luft eingeführt. Die Oxidationsgeschwindigkeit,
der Umsetzungsgrad von atmosphärischem Sauerstoff und der Wert von V (Luftausblasrate) in jedem Flüssigkeitsbehälter A und B
wurden für jede Lösung gemessen. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
| ■ O. ' Ver such Nr. |
Flüs- si g- kei ts- behäl- ter |
Luftaus- blasrate (l/min) |
I Mol-Änderung von Na2SO3 in der Lösung |
Oxi dations- geschwin- digkeit von Na2SO3 (mol/mi n) |
Umset zungs- grad von oz(%) |
V (l/min) |
| 6 | A | 0,536 | 1,0482*0,7577 | 0,0032 | 35,2 | 0,930 |
| 7 | A | 1,073 | 1,0482*0,6884 | 0;0040 | 21,8 | 0,715 |
| 8 | A | 2,146 | 1,0482-0,6087 | 0,0049 | 13,3 | |
| 9 | B | 0,536 | 1,0482*0,8092 | 0,0027 | 29,0 | |
| 10 | B | 1,073 | 1,0482*0,7204 | 0,0036 | 19,8 | |
| 11 | B | 2,146 | 1,0482*0,6509 | 0,0044 | 12,0 |
Tabelle 2 zeigt, daß bei -unverändert gehaltenem Außendurchmesser
des länglichen drehbaren Bechers die Luftausblasrate für
einen Flüssigkeitsbehälter mit einem kleineren Innendurchmesser
stärker erhöht werden muß als für einen Flüssigkeitsbehälter mit
einem größeren Innendurchmesser, was beweist, daß der Innendurchmesser d des Bechers in der obigen Gleichung (2) eine der
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wichtigen Einflußgrößen des Erfindungsgegenstandes ist.
Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt unter Verwendung von drei Flüssigkeitsbehältern aus Glas. Der erste hatte einen
Innendurchmesser von 109 mm und eine Höhe von 400 mm; der zweite einen Innendurchmesser von 125,5 mm und eine Höhe von
400 mm; und der dritte einen Innendurchmesser von 200 mm und eine Höhe von 400 mm. In jedem dieser drei Flüssigkeitsbehälter
wurde ein drehbarer Körper verwendet, der ausgewählt wurde aus einem der fünf drehbaren Körper: ein langer drehbarer perforierter
Vinylchloridharz-Becher mit einem Außendurchmesser
von 51 mm und einer Höhe von 96 mm; drei lange drehbare nicht perforierte Glasbecher, von denen der erste einen Außendurchmesser
von 36 mm und eine Höhe von 21 mm, der zweite einen Außendurchmesser von 41 mm und eine Höhe von 33 mm, und der
dritte einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Höhe von 74 mm aufwies; sowie ein langer drehbarer nicht perforierter
Vinyl chioridharz-Becher mit einem Außendurchmesser von 51 mm
und einer Höhe von 96 mm.
Die wässrige Natriumsulfitlösung hatte eine Konzentration von
10,15+0,15 % und einen pH-Wert von 6,7+0,1. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 50+20C und während 90 bis 450 Minuten
durchgeführt.. Jeder längliche Becher wurde gedreht mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 12,5 m/s. Die Luftausblasrate
wurde so ausgewählt, daß atmosphärischer Sauerstoff im Bereich
von 5 bis 40 % umgesetzt wurde.
Aus den Ergebnissen der oben erwähnten Untersuchungen wurden die mittleren Werte von et und K in der Gleichung (1) bzw. (2)
und die Werte der statistischen Abweichung davon berechnet; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.
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2S20310
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| Tabel | Ie 3 | Statistische Abweichung ο- |
ΙΟ"5 | |
| Mittel | Ι,39 · | IQ'4 | ||
| Konstarrte | 4,62 · | wert | 0,56 · | |
| ol | 5,04 · | 1O-5 | ||
| K | ΙΟ'4 | |||
Die Tabelle 3 zeigt, daß <&. eine größere statistische Abweichung
hat als K, womit bewiesen ist, daß K verläßlicher ist. Ferner können reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden, wenn
die Werte für K unter den gleichen Bedingungen bestimmt werden.
Da festgestellt wurde, daß der Wert K verläßlicher ist als der
Wert λ, wurden weitere Versuche durchgeführt, bei denen K als
ausschlaggebender Faktor verwendet wurde.
Es wurden vier Arten von langgestreckten drehbaren Bechern
oder Scheiben vorgesehen: (a) ein langgestreckter zylindrischer
nicht perforierter Polyvinylchloridharz-Becher; (b) eine horizontale
drehbare Scheibe wie in Figur 3 dargestellt, die nicht mir Rührstäben ausgerüstet war; (c) eine horizontale drehbare
Scheibe, die mit sechs Rührstäben wie in Figur 2 dargestellt
ausgerüstet war; und (d) eine horizontale drehbare Scheibe, die mit sechs schmalen gekrümmten Rührstreifen oder -platten,
wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt, ausgerüstet war. Die beiden vorerwähnten drehbaren Körper (a) und (b) wurden als
Kontrolle verwendet, und die beiden letzterwähnten drehbaren Körper (c) und (d) als Beispiele für die Erfindung.
Bei den gesamten Kontrollen und Versuchen wurde ein zylindrischer
Flüssigkeitsbehälter aus Glas mit einem Innendurchmesser
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von 200 mm und einer Höhe von 395 mm verwendet. Der Becher (a) hatte einen Außendurchmesser von 51 mm und eine Höhe von 96 mm.
Die aus Polyvinylchloridharz hergestellte Scheibe (b) hatte
einen Durchmesser von 4756 mm und eine Dicke von 6,2 mm. Die
aus Polyvinylchloridharz hergestellte Scheibe (c) hatte die
gleichen Abmessungen wie die Scheibe (b). Die symmetrische Anordnung der sechs Rührstäbe, von denen jeder 3 mm Durchmesser
und 19 mm Länge aufwies, war so getroffen, daß der über einen Durchmesser gemessene Abstand von Umfangspunkt zu Umfangspunkt
38,3 mm betrug. Die Scheibe (d) aus Polyvinylchloridharz hatte
hier die gleichen Abmessungen wie die Scheibe (b). Die sechs gekrümmten Rührstreifen, von denen jeder 3 mm dick und 10 mm
lang war, waren so angeordnet, daß ihr Abstand längs eines zwei Umfangspunkte verbindenden Durchmessers, gemessen jeweils
von ihrer Mitte aus, 47 mm betrug.
Der Flüssigkeitsbehälter wurde mit 7,5 1 wässriger Natriumsulfitlösung
mit einer Konzentration von 10,20+0,05% und einem
pH-Wert von 6,7+0,1 gefüllt. Die Reaktion wurde unterschiedlich
lang durchgeführt, nämlich 420 Minuten lang für (a), 450 Minuten lang für (b), 150 Minuten lang für (c) und 150 Minuten
lang für (d), wobei die drehbaren Körper mit unterschiedlichen
Drehzahlen angetrieben wurden, nämlich 2.816 U/min für (a), 3.008 U/min für (b), (c) und (d), wobei diese Drehzahlen einer
Umfangsgeschwindigkeit von 7,5 m/s entsprechen. In jedem Fall
wurde die Menge an in die Lösung eingeblasener Luft so gesteuert,
daß atmosphärischer Sauerstoff mit einer Rate von 25 % umgesetzt wurde.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind gemeinsam in den Tabellen und 5 dargestellt.
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| Ver such Nr. |
Dreh körper |
Luftaus- blasrate (l./min) |
Mol-Änderung von Na2SOo |
Oxidations- geschwin- digkeit von Na2SO3 (mol/min) |
Umset zungs- grad von O2 (%) |
V (l/min) |
I |
| 12 | (a) | 1,000 | 6,7506*4,5348 | 0,0053 | 30,8 | 1,50 | |
| 13 | (a) | 2,000 | 6,7506-^3,7556 | 0,0071 | 20,8 | 0,08 | |
| 14 | U) | 4,000 | 6,7506-3,3892 | 0,0080 | 11,7 | ||
| 15 | (b) | 0,100 | 6,7340*6,5552 | 0,0004 | 23,2 | ||
| 16 | (b) | 0,200 | 6,7340+6,5077 | 0,0005 | 14,7 | 7,50 | |
| 17 | (b) | 0,400 | 6,7340*6,4727 | 0,0006 | 8,5 | ||
| 18 | (C) | 1,600 | 6,7905^4,3441 | 0,0163 | 59,6 | ||
| 19 | (C) | 3,200 | 6,7905*3,2188 | 0,0238 | 43,5 | ||
| 20 | (C) | 6,400 | 6,7905-2,2698 | 0,0301 | 27,5 | 4,50 | |
| 21 | (C) | 12,800 | 6,7905-^1,5694 | 0,0348 | 15,9 | ||
| 22 | (C) | 25,600 | 6,7905-0,4307 | 0,0424 | 9,7 | ||
| 23 | (d) | 1,600 | 6,7794-4,9588 | 0,0121 | 44,3 | ||
| 24 | (d) | 3,200 | 6,7794-^4,1538 | 0,0175 | 32,0 | ||
| 25 | (d) | 6,400 | 6,7794*3,7077 | 0,0247 | 18,7 |
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| Versuch | bis | Nr. | Drehkörper | 1,503-10"5 | K |
| 12 | bis | 14 | (a) | 1.327-10"5 | 4,703·10"4 |
| 15 | bis | 17 | (b) | 124,409-10~5 + 47,656-10"5++ |
2,352-10"4 |
| 18 | bis | 22 | (C) | 74,645·10"5 + 29,246·10"5+4· t |
220,504·10"4 ♦ 107,936·10"4++ |
| 23 | 25 | (d) | 132.302-10"4 * 52,936·10"4+* |
||
Tabelle 5 gibt zwei markierte Werte, nämlich * und ■*+, für öl
bzw. K an bei zwei Versuchsgruppen mit den drehbaren Körpern (c) und (d). Die Markierung <♦ in der (c) betreffenden Zeile
zeigt, daß der Wert unter der Annahme berechnet wurde, daß der drehbare Körper (c) nicht mit einem Rührstab ausgerüstet war. ;
Die Markierung ++ in der (d) betreffenden Zeile bedeutet, daß
der Wert berechnet wurde unter der Annahme, daß der drehbare Körper (d) von einer Scheibe und einem von sich drehenden
Rührstäben erzeugten Zylinder gebildet wurde.
Die Werte von «* bei den Kontrollversuchen mit Verwendung des ;
drehbaren Körpers (a) stimmen gut überein mit der Gleichung (1). Die Werte von K bei den Kontrollversuchen mit dem drehbaren
Körper (b) betrugen fast die Hälfte derjenigen der Kontronversuche mit (a). Bei den Kontrol!versuchen mit (b) betrug
der mittlere Durchmesser der dispergieren sphärischen Luftblasen mehr als 4 mm.
Die Tabellen 4 und 5 zeigen, diß die erfindungsgemäße Gas-
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FTüssi gkei t-Kontaktvorri chtung weit besser ist als jede bisher
bekannte Vorrichtung.
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Claims (8)
1. Vorrichtung zur Durchführung einer Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit, gekennzei chnet
durch eine horizontale Scheibe (3; 30), die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 12,5 m/s drehbar ist
und unterhalb der Mitte einer in einem Flüssigkeitsbehälter
(1) befindlichen flüssigen Phase angeordnet ist, durch eine Vielzahl von vertikalen, an der Unterseite
der Scheibe befestigten und längs eines konzentrischen Kreises mit gleichem Umfangsabstand angeordneten Rührstäben
(4), sowie durch ein Ausblasrohr (7) für den gasförmigen Reaktionsteilnehmer, welches den Boden des Flüssigkeitsbehälters
durchdringt und den gasförmigen Reaktionsteilnehmer in einen von den vertikalen Rührstäben
umgebenen Bereich einbläst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß es sich bei der Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit
um die Oxidation einer beliebigen wässrigen Sulfitsalzlösung durch Einblasen von Luft in diese Lösung handelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine horizontale Platte bzw. Scheibe (30) mit einem kegelst umpfförmi gen Querschnitt statt der drehbaren Scheibe (3)
mit einem rechteckigen Querschnitt vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein konischer drehbarer Körper anstelle der drehbaren Scheibe mit Rechteckquerschnitt vorgesehen ist.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der drehbaren Scheibe (3) statt einer
Vielzahl von vertikalen Rührstäben eine Vielzahl von verti· kalen Rührplättchen oder -streifen (40) befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von vertikalen RUhrplättchen oder -streifen
(40) an der Unterseite der drehbaren Scheibe (30) mit kegelstumpfförjnigem Querschnitt befestigt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganzer Satz von einer Vielzahl von drehbaren Scheiben,
die mit einer Vielzahl von Rührstäben ausgerüstet sind, und einer Vielzahl von Luftausblasrohren in dem Flüssigkeitsbehälter anstatt nur eines solchen Elements vorgesehen ist, wobei je zwei benachbarte Scheiben bzw. Drehkörper (Z) in entgegengesetzten Richtungen antreibbar
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl yon vertikalen Bremsplatten oder -streifen
an der Innenseite des Flüssigkeitsbehälters befestigt
ist, welche verhindern, daß sich die flüssige Phase insgesamt sritdreht.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50055111A JPS51130677A (en) | 1975-05-08 | 1975-05-08 | A vapor-liquid contact apparatus |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2620310A1 true DE2620310A1 (de) | 1976-11-11 |
| DE2620310C2 DE2620310C2 (de) | 1982-10-21 |
Family
ID=12989628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2620310A Expired DE2620310C2 (de) | 1975-05-08 | 1976-05-07 | Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit |
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| AU (1) | AU1364176A (de) |
| DE (1) | DE2620310C2 (de) |
| FR (1) | FR2310154A1 (de) |
| GB (1) | GB1542301A (de) |
| IT (1) | IT1061040B (de) |
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| AU1364176A (en) | 1977-11-10 |
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| JPS51130677A (en) | 1976-11-13 |
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|---|---|---|---|
| D2 | Grant after examination |