DE2620310C2

DE2620310C2 - Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2620310C2
Application number: DE2620310A
Authority: DE
Inventors: Minoru Hosoda; Teruo Yokohama Ohki; Hiroshi Kamakura Kanagawa Sato; Kasane Kawasaki Kanagawa Yamasita
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1975-05-08
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1982-10-21
Also published as: IT1061040B; JPS51130677A; DE2620310A1; FR2310154B1; FR2310154A1; GB1542301A; AU1364176A; JPS5342472B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen Gas und Flüssigkeit, insbesondere eine Vorrichtung, deren Flüssigkeitsbehälter einen schnell drehbaren Körper aufweist sowie ein Einlaßrohr für das Reaktionsgas im Boden des Flüssigkeitsbehälters, welches feine Bläschen des gasförmigen Reaktionsteilnehmers rund um den drehbaren Körper, welcher in die Flüssigkeit eintaucht, emittieren kann.

Es sind mehrere Gas-Flüssigkeif-Kontaktvorrichtungen der vorerwähnten Art bekannt, von denen eine z. B. in der DE-OS 23 24 123 beschrieben wird.

Die bekannte Vorrichtung besteht aus einem Reaktionsgefäß mit einem Flüssigkeitszuführungsrohr, einem Abzugsrohr für die bereits reagierte Flüssigkeit, einem Gaseinleitungsrohr und einem Gasabzugsrohr; ein zylindrischer Körper ist am Boden des Reaktionsgefäßes befestigt; am oberen Teil des zylindrischen Körpers ist ein Stator befestigt; die öffnung des Gaseinleitungsrohres befindet sich auf dem Boden des Reaktionsgefäßes und führt in den zylindrischen Körper; dem oberen Teil des Stators benachbart befindet sich ein konzentrisch angeordneter Rotor, der zusammen mit dem Stator einen engen Ringspalt bildet, durch den das im zylindrischen Körper sich ansammelnde Gas als »Gasfilm« strömt; und eine Vielzahl von den Gasfilm zerschlagenden Vorsprüngen, die auf dem Rotor radial und horizontal angebracht sind, wobei diese Vorsprünge gerade oder nach unten gebogen sind.

Der Film des Reaktionsgases der aus dem zylindrischen Körper durch den Ringspalt ausströmt wird in der flüssigen Phase außerhalb des Rotors durch die sich schnell bewegenden Vorsprünge in eine Vielzahl von Gasblasen mit einem Durchmesser von ca. 4 bis 6 mm zerschlagen. Danach reagieren die Gasblasen mit der Flüssigkeit im Reaktionsgefäß. Da aber die Gasblasen die Tendenz besitzen, an die Oberfläche der Flüssigkeit nach oben zu steigen, findet die Reaktion nur in der oberen Hälfte der flüssigen Phase statt. Mit der bekannten Vorrichtung läßt sich deshalb keine hohe Effektivität der Reaktion erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung für eine Kontaktreaklion zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit zu schaffen, die bei einer einfachen Konstruktion einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird in der folgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert Diese zeigen in

F i g. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht der erfindungsgemäßen Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung;

Fig.2 eine vertikale Schnitt-Ansicht des drehbaren Körpers der Vorrichtung;

F i g. 3 eine Vertikalansicht einer abgeänderten Ausführungsform des drehbaren Körpers der F i g. 2; F i g. 4 eine Draufsicht auf den in F i g. 3 dargestellten Körper; und

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit großer Kapazität.

In Fig. 1 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 Behälter I angeordnet ist; an der Unterseite der drehbaren Scheibe 3 ist längs eines konzentrischen jo 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, die mit der drehbaren Scheibe in deren Mittelpunkt fest verbunden ist; ein Gaseinlaßrohr 7 für den gasförmigen Reaktionsteilnehmer, welches zur axialen Antriebswelle 5 der drehbaren Scheibe seitwärts versetzt angeordnet ist, durchdringt den Boden des Flüssigkeitsbehälters 1 und mündet in dem von den Stäben 4 umgebenen Bereich. ■ίο Die axiale Antriebswelle 5 wird von einem Motor 9 über eine an diesem angeschlossene Einrichtung 8 zur Übertragung der Antriebsenergie gedreht. Die Flüssigkeit 10 und das Gas 11 werden kontinuierlich durch ein Flüssigkeitszuführungsrohr 12 und das Gaseinlaßrohr 7 in das Reaktionsgefäß 1 eingebracht. Nach der Reaktion des Gases mit der Flüssigkeit 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.

Wenn die drehbare Scheibe 3 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 5 bis 12,4, vorzugsweise etwa 7,5 m/sek, angetrieben wird, treten aus dem Gaseinlaßrohr 7 große Gasblasen (nicht dargestellt) aus und steigen durch die flüssige Phase zur unteren Oberfläche der Scheibe 3 auf, ohne durch die zwischen benachbarten Stäben 4 vorhandenen Lücken auszutreten. Die an der Unterseite der Scheibe angesammelten Gasblasen bilden an der unteren Oberfläche der rotierenden Scheibe 3 eine dünne Schicht eines Gasfilms. Wenn dieser Film infolge der Zentrifugalkraft der rotierenden Scheibe durch die Lücken zwischen den Stäben 4 hindurchtritt, wird er in sehr feine Gasbläschen h5 zerschlagen. Der mittlere Durchmesser dieser feinen Gasbläschen beträgt ca. 1 bis 3 mm, wodurch eine große Kontaktoberfläche von Gas und Flüssigkeit erreicht wird, die zu einer hohen Reaktionseffektivität führt.

Die sehr feinen Gasblaschen haben alle etwa die gleiche Größe, weil durch die rotierende Scheibe eine konstante Scherkraft entwickelt wird. Die auf diese Weise erzeugten Gasblaschen bewegen sich horizontal auf die Wand des Reaktionsgefäßes 1 zu.

Durch die sich überlagernden Wirkungen der horizontalen Bewegung der Gasblaschen und der Umdrehung der Scheibe zirkuliert die mit den feinen Gasblaschen beladene Flüssigkeit, wie in Fig. 1 durch die unterbrochenen Pfeile gezeigt, in zwei entgegengerichteten Strömen im Reaktionsgefäß 1. Dabei spielen die Stäbe 4, die an der Unterseite der drehbaren Scheibe 3 angebracht sind, die Rolle von Rührern zur Erzeugung der oben erwähnten entgegengerichteten Flüssigkeitsströme. Ferner wirken die Stäbe 4 gemeinsam als eine Art Schranke, welche große Gasblasen, die durch das Gaseinlaßrohr 7 in den von den drehbaren Stäben 4 umgebenen Bereich eingeführt werden, zurückhält. Der die feinen Gasblaschen enthaltende, zirkulierende Flüssigkeitsstrom kann jedoch, wie dies die F i g. 1 zeigt, durch die von benachbarten Stäben 4 gebildeten Lücken hindurchtreten. Durch die Flüssigkeilszirkulation wird die Kontaktzeit zwischen Gas und Flüssigkeit erheblich verlängert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist demnach gegenüber der aus der DE-OS 23 24 123 bekannten Vorrichtung erhebliche Vorteile uuf, nämlich: in konstruktiver Hinsicht, weil der zylindrische Körper mit seiner aufwendigen und anfälligen Stator-Rotor-Anordnung wegfällt, wodurch es außerdem auch möglich ist, bei gleicher Flüssigkeitsmenge das Reaktionsgefäß kleiner zu halten. Der mittlere Durchmesser der in der flüssigen Phase erzeugten Gasblasen ist geringer (2 bis 3 mm gegenüber 4 bis 6 mm), wodurch eine größere Kontaktoberfläche zwischen Gas und Flüssigkeit erreicht wird, die zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Während bei der bekannten Vorrichtung die Gasblasen schnell nach oben steigen, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der Flüssigkeitszirkuiation die Kontaktzeit von Gas und Flüssigkeit erheblich verlängert, was neben der großen Kontaktoberfläche zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads beiträgt. Durch den schnellen Zirkulationsfluß werden die feinen Gasblaschen außerdem weitgehend vor gegenseitigen

ίο Zusammenstößen bewahrt, während in der bekannten Vorrichtung die Gasblasen aufgrund der langsamen Bewegung der flüssigen Phase, die nicht zirkuliert, durch gegenseitige Zusammenstöße leicht vergrößert werden können.

Die drehbare Scheibe 3 braucht nicht immer einen flachen rechteckigen Querschnitt zu haben, sondern kann auch einen kegelstumpfförmigen Querschnitt besitzen, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt. Experimentell wurde festgestellt, daß eine Scheibe 30 gemäß den F i g. 3 und 4, die einen kegelstumpfförmigen Querschnitt besitzt, aufgrund ihrer extrem scharfen Kante des unteren Umfangs eine größere Scherkraft ausübt als die Scheibe nach F i g. 2.

Die Fig. 5 zeigt eine Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung für einen sehr großen Maßstab. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von drehbaren Körpern 2 in einem großen Flüssigkeitsbehälter 1 vorhanden. Jeweils benachbarte drehbare Körper

jo werden in entgegengesetzten Richtungen angetrieben.

Wenngleich dies nicht in Fig. 1 dargestellt ist, kann

eine Vielzahl von vertikalen Bremsplatten vorzugsweise an der Innenseite des Flüssigkeitsbehälters 1 befestigt sein, um zu verhindern, daß die flüssige Phase in dem

jj Behälter als Ganzes rotiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung einer Reaktion zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit mit einer drehbaren horizontalen Scheibe, die in der unteren Hälfte der in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit angeordnet ist und die mit einer Mehrzahl von von der Scheibe abstehenden Stäben versehen ist, die mit gleichem Umfangsabstand längs eines konzentrischen Kreises angebracht sind, sowie einem Einlaßrohr für das Reaktionsgas, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Stäbe (4) an der Unterseite der Scheibe (3,30) befestigt sind, die beidseitig von der Flüssigkeit umgeben ist, und daß das Einlaßrohr für das Reaktionsgas in den von den Stäben umgebenen Bereich einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe (30) ein kegelstumpfförmiges Profil hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch ) oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von mit den Stäben (4) versehenen Scheiben (3, 30) vorgesehen ist, wobei je zwei benachbarte Scheiben (3, 30) in entgegengesetzten Richtungen drehbar sind.