DE2647913A1

DE2647913A1 - Verfahren und vorrichtung zur gasuebertragung mit verduennungssteuerung

Info

Publication number: DE2647913A1
Application number: DE19762647913
Authority: DE
Inventors: Richard Eugene Prof Speece
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS52146785A; DE2647913C2; JPS5543376B2; US4087262A

Description

8 0 0 0 München 2 2 ■ S t e i η s d ο r f s t r a ß e 21 - 22 Γ e i B f ο η 089 / 29 84 62

B 7992

RICHARD EUGENE SPEECE
4516 Verplanck Place, N.W., Washington D.C./USA

Verfahren und Vorrichtung zur Gasübertragung
mit Verdünnungssteuerung

Die Erfindung betrifft die Übertragung von Gas, beispielsweise Sauerstoff auf eine Flüssigkeit, welche behandelt werden soll. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung eines Gasübertragungssystems, welches in der US-Patentschrift 3 926 588 beschrieben ist.

Ein wichtiger Gesichtspunkt beim Betrieb des bekannten Gasübertragungssystems in der US-PS 3 926 588 ist der mögliche Verlust an ge-

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löstem Sauerstoff, welcher aus der Turbulenz in einem übersättigten Abfluß bzw. Abwasser, welches aus einer Pfropfenströmungskammer unter Druck ausströmt, resultiert. Das Austreten von Gas, beispielsweise als Gasblasen aus der abfließenden Flüssigkeit ergibt sich auch aus der plötzlichen Druckverringerung. Dies äußert sich auch als bekanntes Phänomen in Form von Aufschäumen bzw. Sprudeln. Der Grad des Aufschäumens bzw. Sprudeins ist eine Funktion der Konzentration des gelösten Gases, der Turbulenz und der Zeit, während welcher die übersättigte Flüssigkeit aus der Pfropfenströmungskammer am Ende eines Gasübertragungszyklus ausgestoßen wird. Das Aufschäumen bzw. Sprudeln begrenzt den Druckunterschied während des Betriebes und die lösbare Gasmenge für vorgegebene Abmessungen der Ventildurchlässe der Druckkammern, der Gasübertragungseinrichtung und der Sammelzonen der Pfropfenströmungskammern im bekannten Gasübertragungssystem.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Aufschäumen bzw. Aufwallen und Ausströmen des Gases aus der Flüssigkeit zu verringern, so daß bei der Gasühertragung bei einem höheren Betriebsdruck gearbeitet werden kann, ohne daß die Abmessungen der Gasübertragungsvorrichtung vergrößert werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung eines relativ gut komprimierbaren Fluids, insbesondere eines Gases wie Sauerstoff auf ein relativ wenig komprimierbares flüssiges Material, insbesondere eine Flüssigkeit bei der das Fluid und das fließfähige Material intermittierend zwischen einer Übertragungszone und einer Sammelzone umgewälzt werden, wobei das fließfähige Material mit einem relativ hohen Druck beaufschlagt wird und anschließend das das Fluid enthaltende fließfähige Material bei relativ niedrigem Druck aus dem Sammelraum entfernt wird, welches dadurch

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gekennzeichnet ist, daß das fließfähige Material, insbesondere die Flüssigkeit, mit dem relativ gut komprimierbaren Fluid, insbesondere dem Gas, während des Umwälzens übersättigt wird und daß nach der Übersättigung ein Verdünnungsmittel in das fließfähige Material, insbesondere die Flüssigkeit eingebracht wird.

Bei der Erfindung wird die Konzentration des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases verdünnt, so daß ein Aufwallen bzw. Aufsprudeln oder Aufschäumen und damit ein Verlust an gelöstem Gas verhindert wird. Diese Verdünnung wird dadurch erzielt, daß man ein Verdünnungsmittel in die Flüssigkeit einbringt, welche aus einer Pfropfenströmungskammer, in welcher die Flüssigkeit mit dem Gas übersättigt worden ist, einbringt. Die Übersättigung der Flüssigkeit mit dem Gas erfolgt dadurch, daß die Flüssigkeit in einer geschlossenen Schleife, welche die Pfropfenkammer und eine Gasübertragungseinrichtung enthält, umgewälzt wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen, daß die Flüssigkeit, welche eine niedrige Konzentration an gelöstem Gas enthält, zu einem bestimmten Zeitpunkt als Verdünnungsmittel in die Flüssigkeit eingebracht wird, welche aus dem Gasübertragungssystem ausströmt, nachdem die Flüssigkeit mit Gas übersättigt worden ist. Auf diese Weise verhindert man ein Ausströmen des Gases bzw. ein Aufwallen oder Sprudeln.

Eine Ausgestaltung der Erfindung wird noch darin gesehen, daß das Verdünnungsmittel durch Steuerventile in die Pfropfenströmungskammern eingebracht wird, während die übersättigte Flüssigkeit aus diesen Kammern entfernt wird. Die Steuerventile sperren das Einfließen des Verdünnungsmittels in die Pfropfenströmungskammern bzw. eine der Pfropf enströmungskammern, wenn während der Umwälzung der Flüssig -

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keit in der geschlossenen Schleife zwischen der Gasübertragungseinrichtung und dieser einen Pfropfenströmungskammer der hohe Druck der Gasübertragungseinrichtung herrscht. Die rasche Verdünnung der übersättigten Flüssigkeit während des Ausströmens aus der Pfropfenströmungskammer bei dem niedrigen Einlaßdruck der ankommenden Lieferflüssigkeit hat sich als vorteilhaft erwiesen, indem ein Aufwallen bzw. Sprudeln verhindert wird.

In der beiliegenden Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figur soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Die in der Figur schematisch dargestellte Vorrichtung kann das Verfahren gemäß der Erfindung durchführen. Die Vorrichtung enthält eine Gasübertragungseinrichtung 12, welche beispielsweise so ausgestaltet sein kann wie die Gasübertragungseinrichtung in der US-Patentschrift 3 643 403 oder in der US-Patentschrift 3 926 588. Aus einer Gasquelle 14 wird Gas in eine Flüssigkeit eingebracht, welche durch die Gasübertragungseinrichtung 12 mit HiKe eines Kompressors 16 zirkuliert. Der Kompressor 16 arbeitet kontinuierlich, so daß in der Gasübertragungseinrichtung bzw. in der Druckkammer dieser Gasübertragungseinrichtung ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, wie es auch aus der US-PS 3 926 588 bekannt ist.

Über eine Einlaßleitung 18 wird bei einem relativ niedrigem Einlaßdruck eine noch nicht behandelte Flüssigkeit in die Vorrichtung geliefert. In der Vorrichtung wird die Flüssigkeit in eine der Druckkammern 20 und 22, welche als Pfropfenströmungskammern ausgebildet sind, geleitet. Dies erfolgt über ein vierkanaliges Steuerventil mit zwei Einstellmöglichkeiten. Zufuhr leitungen 26 und 28 bringen die Flüssigkeit vom Steuerventil 24 in die Druckkammern 20 und 22. Ein

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zweites vierkanaliges Steuerventil 30 führt das gasförmige Fluid zu einer Auslaßleitung 32. Durch das Steuerventil 30 können abwechselnd Leitungen 34 und 36 mit der Auslaßleitung verbunden werden, so daß aus der Kammer 20 oder 22 entnommenes Fluid bzw. Gas an die Auslaßleitung weitergeleitet wird. Wenn sich die Steuerventile 24 und 30 in den dargestellten Stellungen befinden, gelangt Flüssigkeit in die Kammer 20 aus der Einlaßleitung durch die Zufuhr leitung 26. Diese Flüssigkeit verdrängt das vergaste Fluid in dieser Kammer, wobei dieses Fluid über die Leitung 34 zum Auslaß geleitet wird. Wenn die beiden Steuerventile 34 und 30 gleichzeitig in ihre anderen Betriebs Stellungen gebracht werden, verdrängt die durch die Zufuhrleitung 28 in die Kammer 22 geleitete Flüssigkeit das in dieser befindliche Fluid, wobei dieses Fluid durch die Leitung 36 zur Auslaßleitung 32 gebracht wird.

Wenn in einer der vorbeschriebenen Stellungen der Steuerventile 24 und 30 durch eine Pumpe 38 das Fluid bzw. Flüssigkeit durch eine geschlossene Schleife, welche aus der Gasübertragungseinrichtung 12 und einer der Pfropfenströmungskammern 20 und 22 besteht, zum Zirkulieren gebracht wird, wird das Fluid bzw. die Flüssigkeit innerhalb dieser Kammern, welche als Sammelzonen wirken, mit Gas übersättigt. Hierzu ist eine Einlauf leitung 40 zwischen das Steuerventil 24 und das Einlaßende der Gasübertragungseinrichtung geschaltet, während das Auslaßende der Gasübertragungseinrichtung über eine Umwälzpumpe 38 und über eine Leitung 42 mit dem Steuerventil 30 verbunden ist. Wenn die Steuerventile daher die in der Figur dargestellten Stellungen einnehmen, wird der Inhalt der Kammer 22 unter Druck mit Gas beaufschlagt. Die Kammer bildet hierbei einen Bestandteil einer geschlossenen Schleife zusammen mit der Gasübertragungseinrichtung und der Pumpe 38 über die Leitungen 28, 40, 42 und 36. In der anderen Betriebseinstellung der Steuerventile 24 und 30 enthält die geschlossene

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Schleife die Kammer 20, die Gasübertragungseinrichtung und die Pumpe 38, wobei diese Schleife durch die Leitungen 26, 40, 42 und 34 geschlossen wird.

Wie in der US-PS 3 926 588 beschrieben, ist eine derartige Einrichtung geeignet, um eine zugeführte Flüssigkeit mit Gas zu versetzen. Als Flüssigkeit kann hierbei beispielsweise Wasser oder ein anderes relativ unkomprimierbares fließendes Material dienen. Diese Flüssigkeit wird mit einem relativ niedrigen Einlaßdruck unter geringem Energiebedarf eingebracht, wobei der erwünschte Übergang des Gases auf die Flüssigkeit bzw. das Einbringen des Gases in die Flüssigkeit erfolgt. Die Vorrichtung und das Verfahren ist beispielsweise für die Übertragung von Sauerstoffgas auf Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, insbesondere bei der Abwasserbehandlung, vorteilhaft anwendbar. Beispielsweise kann man am Auslaß der Vorrichtung eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, erhalten, das mit Sauerstoff stark übersättigt ist. Die im Wasser gelöste Sauerstoffmenge ist jedoch wegen des Aufwallens bzw. Sprudeins nicht so hoch wie möglich wegen der Druckerniedrigung in den Kammern 20 bzw. 22, welche zusammen mit der Gasübertragungseinrichtung 12 während der Übersättigung mit Gas zur Umwälzung der Flüssigkeit eine geschlossene Schleife gebildet haben. Beim Ausfließen der Flüssigkeit ergibt sich eine Turbulenz in der ausfließenden Flüssigkeit, die von den Kammern zur Auslaßleitung über die Leitungen 34 und 36 geleitet wird. Hieraus resultiert ein Verlust an gelöstem Gas durch Sprudeln. Es hat sich herausgestellt, daß der Grad des Aufwallens bzw. Sprudeins und des damit verbundenen Gasverlustes eine Funktion der Konzentration des gelösten Gases in der übersättigten Flüssigkeit der Turbulenz, welche aus dem Druckabfall und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in den Auslaßleitungen ist.

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Bei der Erfindung wird die mit Gas übersättigte Flüssigkeit in jeder der Pfropfenströmungskammern 20 und 22 rasch verdünnt, wenn aufgrund der Umschaltung der Ventile 24 und 30 die übersättigte Flüssigkeit aus den Kammern entfernt wird und die Flüssigkeit auf etwa den Druck der Umgebung gebracht wird. Diese rasche Verdünnung der Inhalte jeder der Kammern erfolgt synchron mit der Ventilverstellung der Steuerventile 24 und 30. Auf diese Weise wird ein nachfolgendes Sprudeln bzw. Aufwallen wegen einer hohen Turbulenz in den Leitungen 34 oder 36 verhindert. Als geeignetes Verdünnungsmittel kann die Flüssigkeit dienen, welche in die Vorrichtung eingebracht wird, wobei dieses Verdünnungsmittel eine niedrige Konzentration an gelöstem Gas enthält. Das Verdünnungsmittel kann von einer Verdünnungsmittelquelle 44 mit einem geeigneten Druck zu jeder der Pfropfenströmungskammern geliefert werden. Diese Zulieferung kann über Steuerventile 46 und 48 und mehrere im Abstand voneinander angeordnete Düsen 50 erfolgen. Die Steuerventile sperren den Zufluß des Verdünnungsmittels, wenn die Kammern 20 bzw. 22 unter einem relativ hohen Druck stehen. Dieser herrscht dann vor, wenn die Kammern an die Gasübertragungseinrichtung angeschlossen sind und mit dieser durch entsprechende Einstellung der Steuerventile 24 und 30 eine geschlossene Schleife bilden. Der Druckunterschied, welcher avischen dem relativ hohen Druck in der geschlossenen Schleife und dem relativ niedrigen Druck der Umgebung besteht, kann zur Steuerung des Einbringes des Verdünnungsmittels in jede der Pfropfenströmungskammern dienen.

Sobald die Flüssigkeit das System verläßt, ergibt sich eine starke Druckerniedrigung aufgrund des erwähnten Druckunterschiedes wodurch ein Sprudeln bzw. ein Austritt des gelösten Gases unterbunden bzw. stark verrringert wird, indem in die übersättigte Flüssigkeit das Verdünnungsmittel eingebracht wird. Beispielsweise kann in einigen Fällen das Verdünnungsmittel in die Auslaßleitung 32 über eine Nebenleitung 52,

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welche an die Verdünnungsmittelqueüe 44 angeschlossen ist₅ eingeleitet werden, indem ein Ventil 54 geöffnet wird. Das Verdünnungsmittel wird dabei der Flüssigkeit zugeführt, nachdem die Flüssigkeit das Steuerventil 30 verlassen hat.

Im vorstehenden ist das Prinzip der Erfindung im einzelnen erläutert worden, wobei ein Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Es sind noch andere Ausführungsbeispiele denkbar, die in den Rahmen der Erfindung passen.

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Claims

Patentansprüche

fly Verfahren zur Übertragung eines relativ gut komprimierbaren Fluids, insbesondere von Gas,wie Sauerstoff in ein relativ wenig

in eine komprimierbares flüssiges Material, insbesondere.Flüssigkeit, bei dem das fließfähige Material zwischen einer Gasübertragungszone und einer Sammelzone intermittierend umgewälzt wird, wobei das fließfähige Material mit einem relativ hohen Druck beaufschlagt wird und anschließend das das relativ gut komprimierbare Fluid enthaltende fließfähige Material bei relativ niedrigem Druck aus der Sammelzone entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Material, insbesondere die Flüssigkeit, mit dem relativ gut komprimierbaren Fluid, insbesondere Gas, während des Umwälzens übersättigt wird und daß nach der Übersättigung ein Verdünnungsmittel in das fließfähige Material eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel das fließfähige Material, insbesondere die Flüssigkeit, ist, welche eine niedrige Konzentration des relativ gut komprimierbaren Fluids, insbesondere Gases, gelöst enthält, wobei die Konzentration im Vergleich zur Konzentration des Fluids im übersättigten fließfähigen Material niedrig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel während des Ausfließens der Flüssigkeit in die Sammelzone eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel in die Sammelzone nur dann eingebracht wird, wenn der Druck in der Sammelzone unter einem

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bestimmten relativ hohen Wert unmittelbar nach Beginn des Entfernens des fließfähigen Materials bei einem relativ niedrigen Druck gesunken ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel während des Ausfließens des fließfähigen Materials aus der Sammelzone eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmitell beim Entfernen des flüssigen Materials aus der Sammelzone in Abhängigkeit von dem dabei entstehenden Druckabfall unter einem relativ hoch angesetzten Druckwert eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ gut komprimierbare Fluid mit dem relativ wenig komprimierbaren fließfähigen Material in der Weise versetzt wird, daß ein kontinuierlicher Fluß des fließfähigen Materials, insbesondere der Flüssigkeit, durch eine Gasübertragungszone bei einem relativ hohen Druck aufrechterhalten wird, daß das fließfähige Material in einer geschlossenen Schleife zwischen der Gasübertragungszone und der Sammelzone in Umlauf gesetzt wird, wobei die Konzentration des relativ gut komprimierbaren Fluids innerhalb des fließfähigen Materials anwächst, daß intermittierend das fließfähige Material aus der Sammelzone entfernt wird, wobei die geschlossene Schleife unter einem relativ geringen Druck gesetzt wird dann, wenn die Konzentration des relativ gut komprimierbaren Fluids bis zu einem bestimmten Wert angewachsen ist und daß die Konzentration des relativ gut komprimierbaren Fluids im fließfähigen Material rasch verdünnt wird, wenn der bestimmte Konzentrationswert erreicht ist, so daß beim Entfernen des fließfähigen Materials aus der Sammelzone wäh-

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rend der dabei auftretenden Druckverringerung ein Entweichen des Gases aus der Flüssigkeit verhindert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel während des Entfernens des fließfähigen Materials aus der Sammelzone in die Sammelzone eingebracht wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Gasübertragungseinrichtung und wenigstens einer Sammelkammer, welche zu einer geschlossenen unter Druck stehenden Schleife zum Umwälzen des fließfähigen Materials, insbesondere der zu behandelnden Flüssigkeit miteinander verbindbar sind und mit einer Auslaßeinrichtung zum intermittierenden Entfernen des behandelten fließfähigen Materials aus der Sammelkammer bei verringertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdünnungsmittelzufuhreinrichtung (52, 54) an die Auslaßseite der Vorrichtung angeschlossen ist, welche bei dem beim Entfernen des fließfähigen Materials aus der Sammelkammer entstehenden Druckabfall betätigbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnungsmittelzufuhreinrichtung(52, 54) durch den beim Entfernen des fließfähigen Materials aus der Sammelkammer (20 bzw. 22) entstehenden Druckabfall steuerbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des relativ gut komprimierbaren Fluids in dem fließfähigen Material ein Übersättigungswert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnungsmittelzufuhreinrichtung in Abhängigkeit vom Ausfließen des aus der Sammelkammer ausfließen-

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den fließfähigen Materials in der Weise steuerbar ist, daß Verdünnungsmittel in die Sammelkammer (20 bzw. 22) eingebracht wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsmittel in die Auslaßleitung (32) der Vorrichtung, welche dem Steuerventil (30) nachgeschaltet ist, eingeleitet ist.