DE2722826A1

DE2722826A1 - Vorrichtung zum einblasen von gas in eine fluessigkeit

Info

Publication number: DE2722826A1
Application number: DE19772722826
Authority: DE
Inventors: John Joseph Pietuszewski; Carl Scaccia; Ralph James Wagner
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-12-01
Also published as: CA1074294A; BE854872A; US4066722A; IT1113275B; FR2351693A1; JPS52142671A; GB1584468A; JPS5723532B2

Description

PATENTANWALT DiPL.-lNG. GERHARD SCHWAN

ELFENSTRASSE3J · DiOOO MÜNCHEN »3 O *7 O O Q O C

L-9932-G

UNION CARBIDE CORPORATION

270 Park Avenue, New York , N.Y. 10017, V.St.A.

Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit

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FERNSPRECHER: 089/601103» ■ KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit zwecks In-Kontakt-B ringen von Gas und Flüssigkeit sowie Mischen der beiden Medien.

Beim Durchführen von StoffÜbergangsprozessen zwischen Gasen und Flüssigkeit ist es allgemein üblich, das Gas in Form von kleinen Bläschen in die Flüssigkeit einzuleiten. Auf diese Weise kann eine große zusammengesetzte Phasengrenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit erzeugt werden, um für entsprechend hohe StoffÜbergangsgeschwindigkeiten zu sorgen.

Wenn das Volumen des in die Flüssigkeit einzuleitenden Gases

gegenüber dem Flüssigkeitsvolumen verhältnismäßig klein ist, werden häufig Begasungssysteme benutzt. Das Begasungsgerät ist in der Regel mit kleinen Öffnungen versehen, durch die hindurch Gas in die Flüssigkeit eingeblasen wird, um für eine verhältnismäßig feine Dispersion der Gasblasen in der zu behandelnden Flüssigkeit.zu sorgen. Bei derartigen Einrichtungen sitzt das Begasungsgerät in der Regel am Boden eines Behälters oder Beckens, so daß die kleinen Gasblasen durch die Flüssigkeit hindurch langsam nach oben steigen, was eine ausgedehnte Zeitdauer für den gegenseitigen Kontakt von Gas und Flüssigkeit sicherstellt.

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Wird ein in die Flüssigkeit eingetauchtes Begasungsgerät für den gegenseitigen Kontakt von Gas und Flüssigkeit in einer
großen Flüssigkeitsmenge verwendet, ist es im allgemeinen
erwünscht, Mittel vorzusehen, die für ein Mischen der Flüssigkeitsmasse in dem Behälter oder Becken sorgen. Das Mischen der Flüssigkeitsmasse wird vorgesehen, um Bedingungen zu vermeiden, unter denen sich andernfalls stagnierende Flüssigkeitszonen ausbilden würden, und um sicherzustellen, daß ein hoher StoffÜbergangsgradient zwischen dem Gas und der Flüssigkeit aufrechterhalten wird sowie daß Flüssigkeit zu der
Stelle hin umgewälzt wird, an der das Gas eingeleitet wird. Das Mischen der Masse ist von besonderer Wichtigkeit bei Anwendungen, bei denen Flüssigkeiten behandelt werden, die
Feststoffe oder Feststoffpartikel enthalten, die während der Behandlung in Suspension gehalten werden müssen. Beispiele für derartige Anwendungen sind unter anderem Fermentationsund Gärverfahren, Ausflockverfahren und die Abwasserbehandlung mittels des Belebungsverfahrens.

Bei in die Flüssigkeit eintauchenden Begasungseinrichtungen
umfaßt die für den Betrieb der Einrichtung notwendige Energie in der Regel einen Teil, der aufgewendet wird, um das Gas in die Flüssigkeit in Form von kleinen Bläschen einzuleiten, sowie einen Teil, der für eine Zirkulation in dem behandelten Flüssigkeitsvolumen sorgt. Die wirkungsvolle Ausnutzung der für das Mischen der Flüssigkeitsmasse erforderlichen Energie

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ist daher von entscheidender Wichtigkeit. Anlagen, bei denen diese Energie für den doppelten Zweck ausgenutzt wird, sowohl den Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit zu verbessern, als auch für ein Mischen der Masse zu sorgen, werden daher aufgrund ihres verhältnismäßig hohen Wirkungsgrades bevorzugt. Bei bekannten Einrichtungen sind jedoch die Funktionen des Einblasens von Gas und des Umwälzens der Masse nicht wirkungsvoll integriert. Die aufgewendete Energie wird daher leicht in einer Art und Weise ausgenutzt, die wechselweise für beide Zwecke günstig ist. Mit anderen Worten, die bekannten Einrichtungen erlauben es nicht, den Effekt des einen Mechanismus durch die Wirkung des anderen Mechanismus wesentlieh zu steigern .

Im Falle von Prozessen, bei denen ein Stoffübergang zwischen zwei Phasen eine Rolle spielt, wird einem solchen Übergang ein Widerstand dadurch entgegengesetzt, daß Fluidfilme durchdrungen werden müssen, die an der Grenzfläche zwischen den betreffenden Phasen vorhanden sind. Die Größe dieses Widerstandes ist eine Funktion der Tiefe solcher Filme. Es ist bei Flüssigkeits-Gassystemen bekannt, daß die Tiefe oder Dicke dieser Filme und der damit verbundene Stoffübergangswiderstand herabgesetzt werden können, indem turbulente Scherbeanspruchungen in dem Fluidfilm-Phasengrenzbereich ausgebildet werden. Es ist ferner bekannt, daß solche Scherbeanspruchungen

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die für den Stoffübergang zur Verfügung stehende Phasengrenzfläche vergrößern, indem sie die Größe der Gasblasen in der turbulenten Flüssigkeit herabsetzen und indem sie die Geschwindigkeit der Erneuerung der Phasengrenzfläche steigern. Der Einfluß der Scherbeanspruchungen kann so betrachtet werden, daß Scherebenen erzeugt werden, über die hinweg es zwischen aneinandergrenzenden Fluidschichten zu Gleitbewegungen kommen kann, sodaß über die Tiefe der Flüidfilmgrenzfläche hinweg steile Strömungsgeschwindigkeitsgradienten vorliegen. Die Dicke des Phasengrenzflächen-Fluidfilms steht in unmittelbarer Beziehung zu dem Geschwindigkeitsgradienten, der von den turbulenten Scherbeanspruchungen herbeigeführt

wird. Trotz der Kenntnis.derartiger Mechanismen zur Verbesserung des StoffÜbergangs war es nicht möglich, bei Anwendung solcher Mechanismen eine hohe Energieausnutzung zu erzielen, und zwar wegen der damit verbundenen Vernichtung der turbulenten Energie sowie deren Abklingen, was zu einem raschen Abbau der in den betreffenden Fluidströmen verbleibenden Energie führt.

Bei den einfachsten Tauchbegasungseinrichtungen wird Gas in das flüssige Medium eingebracht, indem das Gas durch eine stationäre Öffnung hindurchgeleitet wird. Die Größe der dabei gebildeten Blasen hängt von den Abmessungen der Öffnung, der Scherbeanspruchung,( die ihrerseits eine Funktion der Öff-

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nungsgröße, der Gasdurchflußmenge, der Fluidviskositäten und der Dichten ist) sowie der Grenzschichtoberflächenspannung ab. Weil das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen der Gasblasen mit sinkendem Blasendurchmesser ansteigt, werden die stationären Begasungsgeräte im allgemeinen mit sehr kleinen Öffnungen versehen, um die Bildung von kleinen Blasen zu fördern. Ein in der Praxis übliches Vorgehen besteht darin, Gas durch ein poröses keramisches Medium hindurch einzuleiten. Bei solchen Systemen muß Energie aufgewendet werden, um erstens den Druckabfall zu Überwinden, der dadurch entsteht, daß Gas durch die Öffnung hindurchströmt, sowie um zweitens eine Gasblase zu bilden. Die Blasenbildung bedingt die Aufwendung einer gewissen Energiemenge, um die Flüssigkeits/Gas-Kontaktflache innerhalb der umgebenden Flüssigkeitsmenge zu vergrößern. Die stationäre Begasungseinrichtung ist jedoch nicht in der Weise ausgelegt, daß der Stoffü bergang entweder an der Stelle der Blasenbildung oder innerhalb des Hauptflüssigkeitsvolumens weiter verbessert wird. In Abwesenheit eines nennenswerten Anhebens der Flüssigkeit durch das Gas wird die Energie für den alleinigen Zweck verbraucht, eine Oberflächenzone zu schaffen, über die hinweg der Stoffübergang erfolgen kann. Das Begasungsgerät ist hinsichtlich der verbrauchten Energie nicht besonders wirkungsvoll.

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In Erkenntnis der mangelnden Leistungsfähigkeit, die dem einfachen Einleiten von Gasblasen in eine Flüssigkeit anhaftet, wurde eine Begasungseinrichtung vorgeschlagen, bei dem Gas in einen Flüssigkeitskörper über einen"Blasenverteiler" eingebracht wird, der in einem begrenzten Strömungsdurchlaß sitzt. Dabei wird die Flüssigkeit durch den begrenzten Strömungsdurchlaß hindurch nach unten umgewälzt, um die Verweildauer der Blasen in der Flüssigkeit zu verlängern, die Gasblasen werden dabei von dem Strömungsdurchlaß verdrängt, indem sie sich an dessen Auslaßende ansammeln.

Zusätzlich zu der Verlängerung der Verweildauer wird durch die Frischezufuhr von umgewälzter Flüssigkeit zu dem Blasenverteiler in dem Strömungsdurchlaß ein hoher Konzentrationsgradient im Bereich der Grenzschicht-Fluidfilme aufrecht erhalten. Trotz dieser Vorteile wird der Wiederstand, den die Grenzschichtfluidfilme dem StoffÜbergang entgegensetzen, durch das nach unten strömende Wasser nicht wesentlich beeinflußt; in dieser Hinsicht ist die Vorrichtung mit einem rudimentären ι stationären Begasungsgerät vergleichbar.

Es wurden ferner verschiedene Begasungsgerätekonstruktionen vorgeschlagen, bei denen Gasblasen in einen fließenden Flüssigkeitsstrom eingebracht werden, der einer Scherzone zugeführt wird, so beispielsweise in der Nähe eines eine hohe Scherwirkung erzielenden Propellers. In einer solchen Zone

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wird die Blasengröße herabgesetzt, wenn größere Blasen unter Bildung von kleineren Blasen zerteilt werden; der Flüssigkeit kann außerdem eine erhebliche nach unten oder radial gerichtete Geschwindigkeit vermittelt werden, um die Blasenverweildauer in der Flüssigkeit zu verlängern. Die Scherwirkung in dieser Zone dient auch der Verminderung des Grenzschicht-Filmwiderstands. Ein derartiges Begasungssystem erlaubt es, auf Grund der vorstehend genannten Effekte, vergleichsweise hohe StoffUbergangsgeschwindigkeiten oder Massestromdichten zu erzielen; die zugeführte Energie wird jedoch nicht auf die wirkungsvollste Weise ausgenutzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die drei Verfahrensschritte, nämlich Ausbilden der Blasenoberflächenzone, Ausbilden eines Flüssigkeitsstroms, der die Blasen von der Blasenbildungszone zu der Scherzone trägt, und durch Scheren der auf diese Weise in die Scherzone geförderten Blasen, jeweils gesondert und unabhängig durchgeführt werden, sodaß bei dieser Kombination der Effekt des einen Mechanismus durch die Wirkung der anderen Mechanismen wenig oder überhaupt nicht gesteigert wird.

Im allgemeinen sorgen die bekannten Begasungssysteme entweder nicht für eine zweckentsprechende Scherwirkung an der Gaseinführstelle, um den Grenzschicht-Filmwiderstand für hohe Stoff-Ubergangsgeschwindigkeiten zu vermindern, oder die dem System zugeführte Energie wird für den Stoffübergang an der Gasein-

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blasstelle oder für ein Mischen der Flüssigkeitsmasse und die Gaszirkulation innerhalb des Flüssigkeitskörpers nicht wirkungsvoll ausgenutzt.

Wie oben erwähnt ist, werden Begasungssysteme häufig verwendet, um Flüssigkeiten zu behandeln, die suspendierte Feststoffe enthalten. Wenn die Gasdurchlaßöffnungen des Begasungsgerätes klein sind, können sie von den Feststoffen leicht zugesetzt werden, wodurch das Betriebsverhalten des Systems nachteilig beeinflußt wird, das Begasungsgerät muß periodisch abgeschaltet und gereinigt werden. Große Gasdurchlaßöffnungen erlauben es, dieses Problem in begrenztem Maße auszuräumendes werden jedoch entsprechend größere Gasblasen erzeugt, wodurch die Gesamtphasengrenzfläche und der StoffÜbergangswirkungsgrad des Systems herabgesetzt werden.

Ein weiterer Mangel zahlreicher bekannter Begasungssysteme ergibt sich aus der Wechselbeziehung zwischen der von dem Begasungssystem aufgenommenen Energie und der zu bewältigenden Gasbeladung. Bei Systemen, bei denen sich die Prozeßbelastung ändert, kann die günstigste zugeführte Gasdurchflußmenge entsprechend schwanken; die Einrichtung muß in der Lage sein, sich derartigen Schwankungen anzupassen. Beispielsweise ist im Falle von Begasungssystemen, bei denen die Gas/Flüssigkeits-Dispersion einen Impeller durchläuft, um beispielsweise dem Flüssig-

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keitsstrom eine für eine Verlängerung der Blasenkontaktdauer geeignete Richtung zu geben, die Blasen zu durchscheren oder einfach Flüssigkeit, zu fördern, die von dem Impeller aufgenommene Energie in hohem Maße abhängig von der Einsatzgasdurchflußmenge. Bei einer solchen Vorrichtung steigt in der Regel die aufgenommene Energie erheblich an, wenn die Gasbelastung abnimmt; weil der Antrieb im vollen Bereich der Arbeitsbedingungen zufriedenstellend funktionieren muß, ist er wesentlich größer zu dimensionieren, als dies notwendig ist, um den Arbeitsbedingungen bei voller Gasbelastung zu genügen. Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mittels einer Begasungseinrichtung gelöst, die die Energie in besonders wirkungsvoller Weise ausnutzt, um zum einen einen raschen lokalisierten Strahlstrom auszubilden, mit dem hohe Scherbeanspruchungen verbunden sind und in den Gas eingeleitet wird, und um zum anderen den turbulenten Strahlstrom derart zu richten, daß für ein wirkungsvolles Mischen der behandelten Flüssigkeitsmasse gesorgt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit weist eine lotrecht verlaufende, drehbare Welle und eine hohle drehbare Glocke auf, die bezüglich einer lot-

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rechten Mittelachse eine nach unten insgesamt divergierende symmetrische Form hat und mit dem unteren Ende der Welle drehfest verbunden ist. Die Außenwandfläche der Glocke weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt mit einer Mehrzahl von Gasstromwandöffnungen auf, die in Umfangsrichtung um den Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts herum verteilt angeordnet sind. Mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts ist ein Wandflächendichtsegment verbunden, um eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen zu bilden. Der Strahlstromoberflächenabschnitt der Wand hat ein Oberflächenprofil mit von dem Basisteil bis zu seinem Oberteil stetig positiver Krümmung bei einem Basiswinkel β zwischen ungefähr 0 und ungefähr 60 sowie einem Scheitelwinkel<*zwischen ungefähr 0 und ungefähr 65 . Dabei ist ß der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Basisteil-Oberflächenabschnitt und einer waagrechten Radiallinie, die von der Glockenachse zu dem Berührungspunkt reicht, c*. ist der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Oberteil-Oberflächenabschnitt und der Glockenachse.

Axialstrompumpmittel sind vorgesehen, die über der drehbaren Glocke derart ausgerichtet sind, daß Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand vom Oberteil zum Basisteil derselben strömt und über den Gasstrom-

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öffnungen ein Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung ausgebildet wird. Die Vorrichtung ist ferner mit Mitteln zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke versehen, um Gas von dort durch die Gasstromöffnungen hindurch in den Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung austreten zu lassen und eine lokalisierte Dispersion des abgegebenen Gases in der Strahlstromflüssigkeit zwecks Gas/FlUssigkeitskontakt und Mischen der Flüssigkeitsmasse zu erhalten.

Beim Betrieb der vorstehend angegebenen Begasungsvorrichtung

ι erzeugt die in Axialrichtung austretende, gepumpte Flüssigkeit,

die nach unten über die rotierende Glockenwand strömt, über dem Strahlstrom οberflächenabschnitt der Wand einen Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Geschwindigkeit. Am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Wand wird das Gas in einen den Gasstromöffnungen naheliegenden Flüssigkeitsbereich hineingetrieben, wo die Kombination aus der " Zerhacke rwirkunig" der rotierenden Glocke und dem mit dem Flüssigkeitsstrahlstrom verbundenen hohen Scherkraft· fUr «in· Umgebung sorgt , in der hohe StoffÜbergangswirkungsgrade erzielt werden. Die Vorrichtung stellt daher eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Geräten dar, was den Wirkungsgrad anbelangt, mit dem die Eingangsenergie für das Lösen von Gas in einem großen Flüssigkeitskörper ausgenutzt wird. Außerdem wird mit der Vorrichtung nach der Erfindung für eine starke Mischwirkung in

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der Gesamtflüssigkeitsmasse gesorgt; die Vorrichtung neigt nicht zum Verstopfen bei Vorhandensein von in der Flüssigkeit mitgerissenen Feststoffen; was die Gasbelastung anbelangt, wird ein weiter Arbeitsbereich erhalten.

Unter dem Begriff "Wandflächendichtsegment" sollen vorliegend Wandteile verstanden werden, die bei Verbindung mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand ein· Flüssigkeitsabdichtung oder -abschirmung für die Gasstromöffnungen bilden, sodaß das in den Innenraum der Glocke eingeleitete Gas von dort nur über die Gasstromöffnungen austritt. Das Wandflächendichtsegment kann beispielsweise einen lotrechten, zylindrischen oder sich nach außen erweiternden Rand streifen oder ein Verschlußteil in Form einer waagrechten Platte aufweisen, dessen bzw. deren Funktion es ist, einen Ansatz oder eine Verlängerung der Glockenwand zu bilden, um den Austritt von Gas entlang dem unteren Umfangsrand des Basisteils- des Strahlstromoberflächenabschnitts mit Ausnahme des erwünschten Durchtritts des Gases durch die Gasstromwandöffnungen zu verhindern.

Erfindungsgemäß hat der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand ein Oberflächenprofil mit vom Basisteil bis zum Oberteil des Strahlstromoberflächenabschnitts stetig oder gleichbleibend positiver Krümmung. Unter dem Begriff "stetig positive Krümmung" soll vorliegend verstanden werden, daß die Änderung

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der Neigung der Außenseite des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glocke nicht negativ (d.h. > O) ist, wenn aufeinander folgende Steigungen in einer Radialebene entlang der äußeren Wandoberfleiche in zunehmenden lotrechten Abständen vom Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts betrachtet werden. Mit anderen Worten, der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand hat in einer Radialebene ein Oberflächenprofil, das frei von Konvexitäten ist. Dementsprechend stellt die Glocke eine Einschnürung oder Verengung des Flüssigkeitsstrahls dar, der von der darüberliegenden Pumpeinrichtung aus nach unten strömt; der Strahlstrom wird "zusammengepreßt", sodaß die Querschnittsfläche des Strömungsweges stark herabgesetzt wird.'Auf diese Weise werden in dem Flüssigkeitsstrom in der lokalisierten Grenzschicht an der Oberfläche des Konus hohe Geschwindigkeiten erzielt. Es wird ein stromlinienförmiger Strahlstrom aufrecht erhalten; entlang der Oberfläche des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand wird ein Geschwindigkeitsgradient ausgebildet, sodaß die Geschwindigkeit zunimmt und im Bereich des Basisteils des Strahlstromoberflächenabschnitts einen Höchstwert erreicht, ohne daß es zu der turbulenten Impulsübertragung kommt, die bei einer Freistrahlexpansion allgemein anzutreffen ist. Unter diesen Bedingungen wird dafür gesorgt, daß ein Flüssigkeitsstrahlstrom mit hoher Scherwirkung über die Gasstromöffnungen am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts hinwegläuft; es kommt zu einem Gas/Flüssig-

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keits-Kontakt mit wirkungsvollem StoffÜbergang ; die betreffenden Gas- und Flüssigkeitsphasen werden in ihrer Masse miteinander vermischt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 im Schnitt einen Aufriß eines Flüssigkeitsbelüftungsbeckens bei Anwendung der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine teilweise aufgeschnittene Aufrißansicht der Begasungsvorrichtung nach Fig. 1, die bauliche Einzelheiten erkennen läßt,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäß ausgebildeten Begasungsvorrichtung, wobei ein Glockenwand-Strahlstromoberflächenabschnitt mit einem hyperbolischen Oberflächenprofil vorgesehen ist,

Fig. 4 einen Aufriß einer weiter abgewandelten erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung mit einem nach unten divergierenden Wandflachendichtsegment,

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Fig. 5 im Schnitt einen Aufriß eines Gas/Flüssigkeits-Kontakttanks mit einer erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung entsprechend einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung,

Fig. 6 in größerem Maßstab und im Schnitt einen Aufriß der Begasungsvorrichtung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Normalübergangswirkungsgrad, der Belüftungsgasdurchflußmenge und der Drehzahl der Begasungsvorrichtung für eine Begasungsvorrichtung der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Art,

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Energieverbrauch der Begasungsvorrichtung im Betrieb mit Gaszufuhr und dem Energieverbrauch . der Begasungsvorrichtung im Betrieb ohne Gaszufuhr, aufgetragen über der Gasdurchflußmenge , für verschiedene bekannte Begasungsvorrichtungen und eine erfindungsgemäß ausgebildete Begasungsvorrichtung,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Kurven fUr die FlUssigkeitsgeschwindigkeit am Boden eines Beckens mit einer bekannten Turbinentauchbegasungseinrichtung und

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einer erfindungsgemäß ausgebildeten Begasungseinrichtung, aufgetragen als Funktion der der Begasungseinrichtung zugeführten Gasdurchflußmenge.

In Fig. 1 ist im Schnitt ein Aufriß eines Flüßigkeitsbelüftungstanks mit einer Begasungsvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Belüftungstank 1 weist lotrecht verlaufende Seitenwände 2 und 3 , einen Boden 4 und eine Abdeckung 5 auf, die mit den oberen Enden der Seitenwände gasdicht verbunden ist, um das Innenvolumen des Tanks abzuschließen. Eine derartige Belüftungszone eignet sich insbesondere für das Belüften von Belebtschlamm-Mischflüssigkeiten bei der Sauerstoffbehandlung von BSB-haltigem Abwasser, beispielsweise entsprechend den US-PSen 3 547 813 bis

3 547 815. Entsprechend diesem bekannten Verfahren wird mindestens eine umschlossene, abgedeckte Belüftungskammer verwendet, in welcher die zu behandelnde Flüssigkeit in Gegenwart von belebtem Schlamm mit sauerstoff-ang*reich«rtem Gas aus einem darüberliegenden Gasraum innig in Kontakt gebracht wird, um den für eine aerobe biologische Aktivität erforderlichen Sauerstoff zu lösen. Derartige Sauerstoffanreicherungssysteme können mit biologischen suspendierten Feststoffwerten und Belüftungsverweildauern arbeiten, die um ein mehrfaches größer bzw. um ein mehrfaches kurzer als die betreffenden Werte von konventionellen, mit Luft arbeitenden Belebungsanlagen sind,

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während vergleichbare oder höhere Gesamtbehandlungswerte erzielt werden. Bei der Anwendung auf derartige Anlagen führt die Begasungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zu einer Reihe von wichtigen wirtschaftlichen und das Betriebsverhalten betreffenden Vorteilen. Im Vergleich zu den bekannten Begasungsvorrichtungen erlaubt das vorliegend beschriebene Gerät insbesondere eine hohe Ausnutzung des in dem BelUftungs· gas vorhandenen Sauerstoffs, verminderte Energiekosten für das Komprimieren des Sauerstoffeinsatzgases, verminderte Energiekosten für das Umrühren der belebten schlammenthaltenden Mischflüssigkeit, einen hohen Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff und verminderte Mischverweildauern in der Belüfungszone.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Belüfungstank 1 eine Flüssigkeitseinlaßleitung 6 und eine Flüssigkeitsauslaßleitung 7 auf, die beide unterhalb des Flüssigkeitsspiegels L liegen. Die Begasungsvorrichtung ist dabei mit einer lotrecht verlaufenden drehbaren Welle 10 und einer hohlen drehbaren Glocke 11 versehen, die bezogen auf eine mit der lotrechten Achse der Welle 10 zusammenfallende lotrechte Längsachse eine insgesamt nach unten divergierende, symmetrische, konische Form hat und mit dem unteren Ende der Welle drehfest verbunden ist. Die Außenwandfläche der Glocke ist mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt 12 ver-

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sehen, der eine Mehrzahl von Gasstromwandöffnungen 13 aufweist, die in Umfangsrichtung um den Basisteil 14 des Abschnitts 12 herum verteilt angeordnet sind. Ein Wandflächendichtsegment 16 mit einem zylindrischen Wandteil, das vom Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts um dessen Umfang herum lotrecht nach unten steht und am unteren Ende 17 offen ist, ist mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts 12 verbunden, um eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen zu bilden. Ein Axialstrom-Pumpimpeller 19 ist über eine Nabe 21 an der Welle 10 fest angebracht. Der Impeller ist mit der Welle an deren urrterem Ende und in der Nähe der drehbaren Glocke verbunden» er weist nach außen reichende Flügel 20 auf, die derart ausgerichtet sind, daß sie Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt 12 der Glockenwand von deren oberen Teil 15 zum Basisteil 14 strömen lassen. Wie im einzelnen noch näher weiter unten erläutert ist, wird dadurch über den Gasstromöffnungen 13 ein Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung erhalten. Die Welle 10 steht mit einem Antrieb 23, beispielsweise einem Motor, in Verbindung, der auf der Abdeckung des Tanks 1 montiert ist. Die Welle 10 reicht dabei durch eine Öffnung in der Abdeckung hindurch, die über eine Flüssigkeitsdichtung 22 gasdicht abgedichtet ist.

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Zum Einleiten von Druckgas in den Innenraum der drehbaren Glocke ist eine Gaszuleitung 27 vorgesehen, die am einen Ende mit einem Kompressor*26 verbunden ist und deren anderes Ende 18 von dem Boden 4 des Tanks 1 aus lotrecht nach oben reicht und in einer offenen Mündung ausläuft, die innerhalb des das Wandtlächendichtsegment bildenden Randstreifens liegt. Zur Belüftung dienendes Einsatzgas wird dem Kompressor 26 über eine Speiseleitung 25 zusammen mit umgewälztem Belüfungsgas von dem Gasraum 28 über dem Flüssigkeitsspiegel zugeleitet, wobei das umgewälzte Gas über eine Umwälzleitung 24 von dem Gasraum 28 zu der Speiseleitung 25 gelangt. Eine Gasauslaßleitung 8 steht gleichfalls mit. dem Gasraum 28 in Verbindung, um abströmendes Gas aus dem System herauszuführen.

Im Betrieb dreht der Antrieb 23 die hohle drehbare Glocke und den über der Glocke sitzenden Axialstrom-Pumpimpeller mit einer Drehzahl von beispielsweise 100 U/min. Gleichzeitig wird Einsatzbelüftungsgas zum Einlaß des Kompressors 26 geleitet; das erhaltene Druckgas strömt über die Gaszuleitung 27 zu deren offenem Ende 18. Auf diese Weise wird Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke eingeleitet; das Gas verläßt die Glocke über die Gasstromöffnungen 13 und tritt in den über die Öffnungen hinwegstreichenden Flüssigkeitsstrahlstrom hoher Scherwirkung ein. An den Gasstromöffnungen wird das austretende Gas durch die rotierende Glockenwand und den Flüssigkeits-

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Strahlstrom zerteilt oder zerhackt; es kommt zu einer lokalisierten Dispersion des ausgetragenen Gases in der Strahlstromflüssigkeit. Dadurch werden Gas und Flüssigkeit miteinander in Kontakt gebracht und in der Masse miteinander vermischt. Das untere Ende des Strahlstromoberflächenabschnitts sollte von dem Boden 4 des Tanks 1 in einem lotrechten Abstand liegen, der nicht größer als der zweifache Durchmesser der Glocke, gemessen am unteren Ende des Strahlstromoberflächenabschnittes, ist. Eine solche Beziehung stellt sicher, da8 der Flüssigkeitsstrahlstrom, der eine erhebliche lotrechte Komponente in Abwärtsrichtung und eine erhebliche radial Komponente in auswärts weisender Richtung ..hat, wenn er den Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand verläßt, für geeignet hohe Bodengeschwindigkeiten in der Flüssigkeit am Boden des Tanks sorgt, um die Ablagerung von in der Flüssigkeit suspendierten Feststoffen zu vermeiden und einen ausgedehnten Zirkulationsstrom von Flüssigkeit und Gas herbeizuführen, wie dies durch die ringförmige Stromschleife T angedeutet ist. Unter diesen Bedingungen wird eine innige Mischung und durchgreifende Umwälzung der im Tank befindlichen Flüssigkeit erreicht, während die mit Gas in Berührung gebrachte Flüssigkeit wiederholt durch die Gaseinblaszone hindurchgetrieben wird. .

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Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab und teilweise aufgeschnitten die Begasungsvorrichtung nach Fig. 1. Wie veranschaulicht, ist die drehbare Glotke 11 mit der Antriebswelle 10 koaxial ausgerichtet. Beide sind symmetrisch bezüglich der lotrechten Mittelachse C. Der Durchmesser D des Axialstrom-Pumpimpellers 19 ist gleich dem größten Durchmesser der Glocke, gemessen in waagrechter Richtung im Bereich des zylindrischen Randstreifens 16. Vorzugsweise hat die Flüssigkeitsstromzone innerhalb des von den Impellerflügelspitzen beschriebenen Durchmessers D einen Wert zwischen dem 0,25- und dem 2,25 fachen der Querschnittsfläche der Glocke in einer waagrechten Ebene am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glocken-

wand, um an der Stelle des Einblasens von Gas in den Strahlstrom eine ausreichend hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeit und brauchbare Scherbedingungen zu erzielen. Der veranschaulichte Impeller weist 4 schräggestellte ebene Turbinenflügel 20 auf, die in einem Winkel θ mit Bezug auf die waagrechte Ebene stehen, in der die unteren Kanten der ImpellerflUgel liegen. Der Winkel θ kann in der Praxis zweckmäßig zwischen 10° und 45 liegen. Die Abmessung W der Flügel ist die projizierte Flügelbreite in einer Ebene, die parallel sowohl zu der Längsmittellinie der Flügel als auch zu der Achse c der Welle 10 ist. In der Praxis lassen sich Impeller mit schräggestellten Flügeln mit einem W/D-Verhältnis im Bereich von 0,11 bis 0,25 oder Schiffsschrauben mit einem Steigungs/Durchmesser-Verhält-

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nis von ungefähr 1,0 bis 2,0 mit Vorteil verwenden.

Der Strahlstromoberflächenabschnitt der Außenseite der Glockenwand hat ein Oberflächenprofil mit stetig positiver Krümmung vom unteren bis zum oberen Teil des Strahlstromoberflächenabschnitts. Der Basiswinkel ß liegt dabei zwischen ungefähr 0 und ungefähr 60 , während der Scheitelwinkel *U zwischen ungefähr 0° und ungefähr 65° liegt. Dabei ist ß der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Basisteil-Oberflächenabschnitt und einer waagrechten Radiallinie, die von der Glockenachse zu dem Berührungspunkt reicht. *>( ist der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer

Tangente an den Oberteil-Oberflächenabschnitt und der Glockenachse. Der Basiswinkel ß sollte einen Wert von ungefähr 60° nicht überschreiten, um für hohe Geschwindigkeiten und wirkungsvolle Scherbedingungen an der Stelle des Gaseintritts am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts zu sorgen und sicherzustellen, daß dem Strahlstrom eine ausreichende Radialgeschwindigkeitskomponente erteilt wird, um eine ausreichende Mischung der zu behandelnden Flüssigkeitsmasse zu bewirken. Bei Werten des Winkels & von mehr als 60 kommt es leicht zu einer schädlichen freien Expansion des Strahlstroms, die ihrerseits zur Aufzehrung von Energie, d.h. zu irreversiblen Energieverlusten in dem Flüssigkeitsstrom führt. Der Scheitelwinkel °f sollte einen Wert von ungefähr 65 nicht überschreiten,

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sodaß die Glockenoberfläche einen wirkungsvollen Strahlstrom ausbilden kann. Bei Werten von mehr als 65° wird die Glockenoberfläche in steigendem Maße "flach" mit Bezug auf den auftreffenden Flüssigkeitsstrom, sie hat dann die Neigung, die FlUssigkeitsgeschwindigkeit und die Strömungsenergie zu dämpfen sowie Turbulenzen in der nach unten gepumpten Flüssigkeit zu verursachen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 hat der Strahlstromoberflächenabschnitt 12 der Glocke 11 von seinem Basisteil 14 bis zu seinem oberen Teil 15 ein lineares Oberflächenprofil. Dementsprechend sind der Scheitelwinkelc< , gemessen in einer Radialebene zwischen der Tangente t an den oberen Teil 15 des Oberflächenabschnitts und der Glockenachse c, sowie der Basiswinkel ß , gemessen in der Radialebene zwischen der Tangente t. an den Basisteil 14 des Oberflächenabschnitts und der waagrechten Radiallinie r, die von der Glockenachse c zu dem Berührungspunkt reicht, einander komplementär, d.h. ihre Summe ist 90°. Der Winkel c< hat dabei einen Wert von ungefähr 45°, und auch der Basiswinkel ß liegt bei näherungsweise 45°. Bei einer Glocke mit einem Strahlstromoberflächenabschnitt mit linearem Oberflächenprofil sollte aufgrund der oben geschilderten Erwägungen der Basiswinkel β zwischen ungefähr 30° und ungefähr 60° liegen, während der Scheitelwinkel-<< zwischen ungefähr 30° und ungefähr 60° betragen sollte.

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Im Betrieb erzeugt der Axialstrom Impeller 19 einen Flüssigkeitsstrahl, dessen Durchmesser nahezu gleich dem Durchmesser des Impellers ist. Die konische Glocke stellt eine Einschnürung für den Flüssigkeitsetrom dar; sie preßt den Strahlstrom so zusammen, daß die Querschnittsfläche des Strömungsweges stark vermindert wird. Es werden auf diese Weise hohe Geschwindigkeiten in der lokalisierten Grenzschicht an der Oberseite des Strahlstromoberflächenabschnitts erzielt. Erfindungsgemäß wird ein stromlinienförmiger Strahlstrom aufrecht erhalten; entlang der konischen Oberfläche wird ein Geschwindigkeitsgradient ausgebildet, wobei die Geschwindigkeit ansteigt und am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts einen Größtwert erreicht, ohne daß ein turbulentes Moment auftritt, wie es bei einer Freistrahlexpansion allgemein anzutreffen ist, und zwar auch bei den bekannten Anlagen, bei denen Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch eine Gasinjektionszone hindurchgeleitet wird. Die lotrechte Höhe H des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand ist bei dieser Ausführungsform ungefähr gleich 1,OR bei R ■ 1/2 D. Der Wert R stellt also den Radius des Strahlstromoberflächenabschnitts gemessen am unteren Ende des Basisteils 14 des Strahlstromoberflächenabschnitts dar. Das Längenverhältnis H/R des Strahlstromoberflächenabschnitts sollte vorliegend allgemein im Bereich zwischen 0,5 und 2,0 liegen. Bei Längenverhältniswerten von weniger als 0,5 bildet der Strahlstrom-

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Oberflächenabschnitt eine Oberfläche, die mit Bezug auf den Strahlstrom übermäßig schräg verläuft, sodaß es leicht zu einer Dämpfung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit, zu Turbulenzen und zu Strömungsenergieverlusten in dem Flüssigkeitsstrom kommt. Bei Längenverhältnissen von mehr als 2,0 tritt eine freie Expansion des Strahlstroms auf, wodurch Strömungsenergie des Stroms verloren geht.

Wie oben anhand der Fig. 1 erläutert, wird.Druckgas in den Innenraum der Glocke über die Gaszuleitung 27 eingebracht,die am offenen Ende 18 innerhalb des Randstreifens 16 der Glocke ausläuft. Das als Randstreifen ausgebildete Wandflächendicht-

segment 16 hat die Aufgabe, eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen zu bilden, so daß das eingeleitete Gas bevorzugt über die Öffnungen austritt. Wäre der Randstreifen nicht vorhanden, könnte das eingeleitete Gas, insbesondere bei höheren Gaszufuhrmengen aus der Glocke entlang dem vollem Umfang des Basisteils des Strahlstromoberflächenabschnitts austreten und durch die Wirkung der Wandfläche zwischen benachbarten Gasstromöffnungen nicht hinreichend unterteilt werden, wodurch der StoffÜbergangswirkungsgrad des Gesamtsystems nachteilig beeinflußt würde. Das Dichtelement der Glockenwand erlaubt es, daß der externe hydrostatische Flüssigkeitsdruck außerhalb der Glocke für eine Flüssigkeitsabdichtung der Gasöffnungen sorgt, sodaß das eingeleitete Gas durch die rotierende Glockenwand zerteilt wird, wenn es durch die Öffnungen

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hindurch in den raschen Strahlstrom 29 von hoher Scherwirkung übertritt. Dadurch kommt es zu einer lokalisierten Dispersion der feinen Blasen, zu einem entsprechenden Ln-Kontakt-Bringen von Gas und Flüssigkeit sowie zu einem Durchmischen in der von der Begasungszone abströmenden Flüssigkeit.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich für eine Anwendung in dem Flüssigkeitsbehandlungstank nach Fig. 1 eignet. Bei dieser Ausführungsform besteht die Axialstrompumpeinrichtung aus einer 4-flügeligen Schiffsschraube 32 mit zugehöriger Nabe 31 . Die Nabe 31 verbindet die Welle 10 mit der drehbaren Glocke 33., zwecks Drehung um die lotrechteAchse c.Die Wand der Glocke weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt 34 mit einer Mehrzahl von Gasstromöffnungen 37 auf, die um den Basisteil 35 des Flächenabschnitts 34 herum verteilt angeordnet sind. Ein Abdichtelement 38 in Form eines zylindrischen Randstreifens oder Ansatzes, der an seinem unteren Ende 39 offen ist, ist mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts verbunden, um eine Flüssigkeitsdichtung für die Gasstromöffnungen in der gleichen Weise zu erhalten, wie dies oben in Verbindung mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 erläutert ist.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 hat der Strahlstromoberflächenabschnitt der Außenseite der Glockenwand ein hyperbolisches Oberflächenprofil S₁ das von dem Basisteil 35 bis zum oberen Teil 36 der Glockenwand reicht. Die projizierte lotrechte Höhe des Strahlstromoberflächenabschnittes der Glockenwand ist als H bezeichnet. Der über dem Strahlstromoberflächenabschnitt liegende Teil der Glockenwand hat ein konvexes Oberflächenprofil, er soll im Vergleich zu der Gesamtwandoberfläche der Glocke so klein wie möglich sein, um Störungen hinsichtlich der Ausbildung des Strahlstroms über dem Strahlstromoberf lächenabschnitt der Glockenwand zu minimieren. Der Basiswinkel β des Strahlstromoberf.lächenabschnitts 34, gemessen in der Radialebene P zwischen der Tangente t_ß an den Basisteil· Oberflächenabschnitt und der waagrechten Radiallinie r, die von der Glockenachse c zu dem Berührungspunkt reicht, beträgt bei dieser Ausführungsform ungefähr 35°, während der Scheitelwinkel^ , gemessen in der Radialebene P zwischen der Tangente, t, an den Oberteil-Oberflächenabschnitt 36 und der Glockenachse c, bei ungefähr 33°liegt.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt, wo eine drehbare Glocke 53 mit der Welle 10 über eine Nabe 52 verbunden ist. Der Nabe ist ein Axialstrom-Pumpimpeller 50 mit Flügeln 51 zugeordnet, um Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt 54 der Glockenwand von

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deren oberem Teil 56 zum Basisteil 55 strömen zu lassen. Druckgas wird in den Innenraum der Glocke Über das untere offene Ende 59 des Wandtlächendichtsegments 5Θ in der oben in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläuterten Weise eingeleitet; es verläßt die Glocke über Gasauslaßöffnungen 57 und tritt dabei in den Strahlstrom hoher Scherwirkung ein, der über die Öffnungen hinwegstreicht.

Fig. 5 zeigt im Schnitt einen Aufriß eines Gas/Flüssigkeits-Kontakttanks mit einer Begasungsvorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Kontakttank 101 weist lotrecht verlaufende Seitervwände 102 und 103, einen

Boden 104 und eine Abdeckung 105 auf, welche den Tankraum gasdicht abschließt. Die Begasungsvorrichtung ist mit einer lotrecht gerichteten, drehbaren Welle 110 und einer drehbaren Glocke 111 ausgestattet, die über ein Verbindungsstück 121 mit dem unteren Ende der Welle starr verbunden ist. Die Glocke hat bezogen auf ihre lotrechte Mittelachse eine insgesamt nach unten divergierende, symmetrische Form. Die Außenseite der Glockenwand weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt 112 auf, der an seinem Basisteil 114 mit einem Sintermetallwandabschnitt 133 versehen ist. Der poröse Metallwandabschnitt sorgt fUr eine Mehrzahl von in der Wandoberfläche ausgebildeten Gasstromwandöffnungen für das Einblasen von Gas in die darüber hinwegströmende Flüssigkeit. Bei

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dieser Ausführungsform hat der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand vom Basisteil 114 bis zum oberen Teil 115 ein hyperbolisches Oberflächenprofil. Das Wandflächendichtsegment der Glocke weist ein Abschlußteil 132 in Form einer im wesentlichen waagrecht angeordneten Platte auf, die an ihrem Umfang mit dem Basisteil 114 des Strahlstromoberflächenabschnitts verbunden ist, um in der drehbaren Glocke einen abgeschlossenen Innenraum zu bilden.

Gas wird in die drehbare Glocke über einen Durchlaß in der drehbaren Welle 110 eingeleitet, der an seinem unteren Ende mit dem Innenraum der Glocke verbunden, sowie an seinem oberen Ende an eine Druckgasquelle angeschlossen ist. Zu der Druckgasquelle gehört eine Gaseinlaßleitung 125, der Einsatzgas zugeführt wird, das über die Leitung zu dem Durchlaß in der Welle 110 gelangt. Der Einsatzgasstrom wird durch Gas ergänzt, das von dem über dem Flüssigkeitsspiegel L in dem Tank befindlichen Gasraum 128 umgewälzt wird. Umwälzgas strömt über eine mit dem Gasraum 128 in Verbindung stehende Leitung 124 und gelangt in einen Umwälzkompressor 134, von wo aus es zusammen mit dem Einsatzgas über eine Leitung 127 strömt. Überschüssiges, in Kontakt gebrachtes Gas wird von dem Überkopfgasraum über eine Auslaßleitung 108 abgeführt, in der eine zweckentsprechende (nicht gezeigte) Ventilsteuer- oder- regelanordnung liegen kann, um das umzuwälzende Gas auf dem gewünschten Reinheitswert zu halten.

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Zuströmende Flüssigkeit wird in das System Über eine Speiseleitung 106 eingeleitet und gelangt zu einer die Flüssigkeit unter Druck setzenden Pumpe 129. Die erhaltene Druckflüssigkeit tritt in eine Sammelleitung 140 aus, von wo aus sie über Flüssigkeitsauslaßleitungen 130 und 131 strömt. Die Flüssigkeitsauslaßleitungen sind an ihren unteren Enden offen und geben Flüssigkeit nach unten derart ab, daß sie vom oberen Teil 115 zum Basisteil 114 des Strahlstromoberflächenabschnitts 112 strömt. Gleichzeitig tritt Gas aus der Glocke über die porenförmigen Öffnungen in dem porösen Sintermetallwandabschnitt 133 aus, um eine lokalisierte Dispersion des abgegebenen Gases in der Strahlstromflüssigkeit ^zwecks Gas/Flüssigkeits-Kontakt und Mischen der Flüssigkeitsmasse zu erhalten. Nach der erforderlichen Flüssigkeitsbehandlungsdauer wird mit Gas in Kontakt gebrachte Flüssigkeit aus dem Tank 101 über eine Auslaßleitung 107 ausgetragen.

Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Teilaufriß der Begasungsvorrichtung nach Fig. 5. Wie veranschaulicht, ist die drehbare Glocke 111 an ihrem unteren Ende mittels eines plattenförmigen Abschlußteils 132 verschlossen, um eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen in dem porösen Metallwandabschnitt 133 zu erhalten. Der umschlossene Innenraum steht mit dem Gasdurchlaß in der drehbaren Welle 110 in Verbindung, wobei das obere Ende 135 der Glockenwand mit dem unteren Ende 136 ver-

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bunden ist, beispielsweise durch eine innerhalb des Verbindungsstücks 121 liegende Schweißnaht. Der Strahlstromoberflächenabschnitt 112.der Glockenwand hat von dem Basisteil 114 bis zum oberen Teil 115 ein hyperbolisches Oberflächenprofil. Der Strahlstromoberflächenabschnitt weist einen Scheitelwinkel c^ in einer Radialebene zwischen der Tangente t an den Oberteil-Oberflächenabschnitt und der Glockenachse c von ungefähr 14° sowie einen bei etwa 33 liegenden Basiswinkel β in der Radialebene zwischen der Tangente t_ an den Basisteil-Oberflächenabschnitt und der waagrechten Radiallinie auf, die von der Glockenachse zu dem Berührungspunkt reicht.

Bei dieser Ausführungsform werden.die Axialstrompumpmittel von

den Flüssigkeitsauslaßleitungen 130, 131 gebildet, die über der drehbaren Glocke sitzen und derart ausgerichtet sind, daß Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand vom Oberteil 115 zum Basisteil 114 desselben strömt und über den Gasstromöffnungen des porösen metallischen Wandabschnitts 133 ein Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung ausgebildet wird. Der poröse metallische Wandabschnitt 133 sollte vorzugsweise Poren mit einem Mindestdurchmesser von 50 jam haben, um ein Verstopfen durch teilchenförmige Feststoffe in der Flüssigkeit oder dem eingeleiteten Gas zu vermeiden. Es versteht sich, daß bei der in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsform auch andere Arten von Gasstromöffnungen vorgesehen werden können, beispielsweise im Basisteil

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des Strahlstromoberfläche'nabschnitts ausgebildete Schlitze oder Öffnungen. Ferner können anstelle des oben erläuterten porösen Sintermetallbandes andere poröse Medien, beispielsweise poröse keramische Werkstoffe, vorgesehen sein. Während ferner bei der veranschaulichten Ausführungsform die Axialstrompumpmittel zwei Auslaßleitungen aufweisen, versteht es sich, daß mehr als zwei derartige Leitungen um die Welle 110 herum verteilt vorgesehen sein können oder andere Arten von Flüssigkeitsauslaßeinrichtungen, beispielsweise Düsen, verwendet werden können.

Fig. 7 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Luft-Normalübergangswirkungsgrad, der Durchflußmenge der zugeführten Luft und der Drehzahl der Welle für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gas/Flüssigkeits-Kontaktbelüftungseinrichtungen werden normalerweise entsprechend detm sogenannten "Luft-Normalübergangswirkungsgrad" bemessen, der das Vermögen der Vorrichtung kennzeichnet, Luftsauerstoff in Lei tungswasser mit der Konzentration Null an gelöstem Sauerstoff bei einem Druck von einer Atmosphäre und einer Temperatur von 20° C zu lösen. Im Falle von Anwendungen, bei denen nach dem Belebungsverfahren gearbeitet wird, ist es beispielsweise allgemein üblich, einen Luftübergangswirkungsgrad von mindestens 0,9 kg O₂/kWh anzusetzen, um den erforderlichen Stoffübergang auf wirtschaftliche Weise zu erreichen. Bei der Messung des

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Luft-Normalübergangswirkungsgrades ist die bei der Bemessung der Vorrichtung eingesetzte Energie die Gesamtenergie sowohl für das Umrühren (Mischen) der Flüssigkeit als auch für das In-Kontakt-Bringen von Gas und Flüssigkeit. Die in Fig. 7 aufgetragenen Daten wurden mit einer Vorrichtung der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Art erhalten. Bei dem nach unten pumpenden Impeller 19 handelte es sich um eine Turbine von 1,37 m Durchmesser (=D), mit in einem Winkel von 32 geneigten Flügeln. Der Durchmesser der rotierenden konischen Glocke betrug, gemessen am unteren Ende des Strahlstromoberflächenabschnittes 12, 1,39 m. Das Wandflächendichtsegment 16 hatte eine Höhe von 0,46 m. Die lotrechte ^projizierte Höhe H des Strahlstromoberf lachenabschnitts betrug ungefähr 0,81 m, und der lotrechte Abstand zwischen dem unteren Rand des Dichtsegments 16 und dem Boden 4 des Tanks 1 lag bei 0,56 m. Der Strahlstromoberf lächenabschnitt hatte einen Scheitelwinkelc< von 45 und einen Basiswinkel /3 von 45 . Die Gasstromöffnungen 13 waren 76 mm hohe und 13 mm breite Schlitze, die entlang dem Basisteil 14 des Strahlstromoberflachenabschnitts mit Mittenabständen von 12 cm in Umfangsrichtung gleichförmig verteilt waren. Die Begasungsvorrichtung wurde in einem offenen Tank von quadratischem Querschnitt in den Abmessungen 9,1 m χ 9,1 m getestet, der Leitungswasser mit einer Tiefe von 4 ,6 m enthielt.

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Während des Versuchs wurden die Energiezufuhr, die Einsatzluftdurchflußmenge und die Menge des gelösten Sauerstoffs überwacht. Der im Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung erhaltene Luft-Normalübergangswirkungsgrad wurde bei verschiedenen Drehzahlen der Welle bestimmt. Für jeden folgenden Wert der untersuchten Drehzahl wurde die Durchflußmenge, mit der Luft im Inneren des Konus zugeführt wurde, eingestellt, um den Luft-Normalübergangswirkungsgrad zu maximieren. Die resultierenden Datenaufzeichnungen gemäß der graphischen Darstellung nach Fig. 7 lassen erkennen, daß in dem Drehzahlbereich von 78 bis 106 U/min bei Einsatzluftdurchflußmengen von ungefähr

3,
6,37 bis 24,4 Nm /min Luft-Normalübergangswirkungsgrade von un-

gefahr 2,5 bis 3,0 kg 02/kWh erzielt wurden. Derart hohe Werte sind eine Folge der Ausbildung eines raschen Flüssigkeitsstrahlstroms hoher Scherwirkung, der an der Gaseinblasstelle durch die Scherwirkung unterstützt wird, die mit dem Drehen der Glockenwand verbunden ist, wobei Stromlinien-Strahlstrombedingungen entlang der Strahlstromoberfläche der Glockenwand aufrecht erhalten werden, um für eine wirkungsvolle Ausnutzung der in dem Strahlstrom vorhandenen Energie zu sorgen.

Es wurde gefunden, daß mit der Vorrichtung nach der Erfindung ein synergistischer Effekt zwischen den einzelnen Gaslösungsmechanismen erzielt wird, die mit der Bildung eines Flüssigkeitsstrahlstroms einerseits und der Abgabe von Gas aus der

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rotierenden Glocke andererseits verbunden sind. Wurde die Vorrichtung unter den oben beschriebenen Arbeitsbedingungen mit von der drehbaren Welle abgekoppelter und stationär festgehaltener Glocke getestet, sodaß durch Drehung der Welle nur der Axialstromimpeller gedreht und Gas von der stillstehenden Glocke aus in den Strahlstrom abgegeben, wurde, betrug der Höchstwert des erzielten Normalübergangswirkungsgrades 1,48 kg 02/kWh. Fehlte bei dem System andererseits der Axialstrompumpimpeller und wurde nur die Glocke gedreht, sodaß Gas von der rotierenden Glocke aus injiziert, jedoch kein Flüssigkeitsstrahlstrom gebildet wurde, ergaben sich Normalübergangswirkungsgrade von 0,86 bis 1,05 kg 02/kWh. Mit der Vorrichtung nach der Erfindung werden also in unerwarteter Weise wesentlich höhere Werte für den NormalUbergangswirkungsgrad erzielt, als sie additiv durch die gesonderten Tei!mechanismen der Gaslösung erreicht werden können.

Außerdem zeigte es sich, daß die Vorrichtung nach der Erfindung fUr ein stabiles Arbeiten Über einen weiten Bereich von Gasdurchflußmengen-Arbeitsbedingungen sorgt. In einem weiteren Versuch wurde die oben in Verbindung mit den Tests der Fig. 7 erläuterte Begasungsvorrichtung vergleichsweise verschiedenen bekannten rotierenden Begasungsgeräten gegenübergestellt, wobei die graphische Darstellung gemäß Fig. 8 aufgenommen wurde, die das prozentuale Verhältnis des Energieverbrauchs P im Be-

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trieb mit Gaszufuhr und des Energieverbrauchs P_Q im Betrieb ohne Gaszufuhr als Funktion der Durchflußmenge der der Begasungsvorrichtung zugeführten Luft veranschaulicht.

Bei diesem Versuch wurden die betreffenden Begasungssysteme bei einer konstanten Drehzahl von 86 U/min Und unterschiedlichen Einsatzgasdurchflußmengen im Bereich von 0 bis 17,6 Nm /min untersucht. Fig. 8 zeigt die Ergebnisse der Auswertung, wobei der Energieverbrauch im Betrieb mit Gaszufuhr die Energie darstellt, die das System bei der betreffenden Einsatzgasdurchflußmenge aufnimmt, während der Energieverbrauch im Betrieb ohne Gaszufuhr die bei der Gasdurchflußmenge 0 aufgenommene Energie ist.

Die Kurve M stellt die Energieverhältnisänderung fUr die untersuchte Begasungsvorrichtung nach der Erfindung dar; die Kurve N gilt für ein bekanntes System mit einer Mehrzahl van radial verlaufenden, mit Öffnungen versehenen Gasverteilerarmen, die an einer rotierenden Welle angebracht und unterhalb eines Axial· stromimpellers mit nach unten gerichteter Pumpwirkung angeordnet sind; die Kurve P gilt für ein konventionelles Flachscheibenbegasungsgerät mit Radialauslaß, bei dem Gas einem Impeller zugeführt wird, der eine kreisförmige Scheibe mit nach unten gerichteten, an seiner Unterseite angebrachten RadialflUgeln ausgestattet ist, um das eingeleitete Gas in Form von kleinen Blasen zu zerteilen und in Radialrichtung zu dispergieren.

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Die Vorrichtung, für die die Kurve N gilt, entspricht dem Stand der Technik gemäß US-PS 3 775 307. Die Vorrichtung hatte acht radial verlaufende Gasverteilerarme, die um den Umfang der rotierenden Welle herum verteilt waren und einen Durchmesser von 1,37 m, gemessen als der Kreis hatten, den die äußeren Enden der Gasverteilerarme während der Drehung beschrieben. Der Axialstromimpeller mit nach unten gerichteter Pumpwirkung hatte gleichfalls einen Durchmesser von 1,37 m und wies vier schräggestellte ebene TurbinenflUgel auf, die einen Steigungswinkel von 32 , gemessen mit Bezug auf die waagrechte Ebene hatten, in der die'Unterkanten der Impellerflügel lagen. Dieser Impeller hatte ein W/D-Verhältnis von 1/6, wobei W die projizierte Flügelbreite in einer Ebene parallel sowohl zu der Längsmittellinie des Flügels als auch zu der lotrechten Achse der Welle ist, während D den Durchmesser des Impellers darstellt. Sowohl das Begasungsgerät nach der Erfindung (Kurve M) als auch das bekannte mehrarmige Begasungsgerät (Kurve N) wurden bei diesem Versuch in einem offenen Tank untersucht, der 9,1 m χ 9,1 m groß war und 4,6 m Leitungswasser enthielt.

Was die allgemeine Form der Kurven gemäß Fig. 8 anbelangt, so ist die Verminderung der Leistungsaufnahme bei höheren Gasdurchflußmengen eine Folge des größeren Prozentsatzes an Gas, das von dem Impeller gepumpt wird. Ein vorgegebener Impeller kann eine

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begrenzte Gasmenge in kleine Blasen aufbrechen; bei zunehmender Einsatzgasdurchflußmenge nähert sich der Impeller einem Zustand, der als "Überflutung" bezeichnet werden kann und bei dem der Impeller in einem im wesentlichen aus Gas bestehenden Medium arbeitet.

Vergleicht man die Kurven M und N für das erfindungsgemäße Begasungsgerät bzw. die bekannte mehrarmige Begasungsvorrichtung, so läßt Fig. 8 erkennen, daß beispielsweise bei einem Energieverhältnis von 90 das Gasverarbeitungsvermögen der vorliegenden Vorrichtung wesentlich größer als dasjenige des bekannten mehrarmigen Begasungsgerätes ist. Allgemein ist ein Betrieb bei Einsatzgasdurchflußmengen, die zu einer Verminderung von P_/P_o unter 0,9 führen, wegen des unvermeidbaren Überflutungszustandes und der damit verbundenen geringen Leistungsfähigkeit des Systems nicht zu empfehlen.

Was die Kurve P in Fig. θ anbelangt, so zeigt sich deutlich, daß das Energieverhältnis der bekannten scheibenförmigen Eintauchturbine in hohem Maße empfindlich bezüglich der Gasbelastung ist. Calderbank (Trans. Inst. Chem. Eng. (London) 36,443 (1958)) bietet eine Korelation für die Beziehung Leistungsverhältnis/Einsatzgasdurchflußmenge bei Begasungsgeräten mit Flachscheibenturbinen an, denen das Einsatzgas zugeführt wird. Die Kurve P in Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung des Betriebsverhaltens das nach der Calderbank-Kore-

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lotion für Flachscheiben-Turbinenbegasungsgeräte zu erwarten ist, die in dem untersuchten EinsatzgasdurchfluSmengenbereich arbeiten. Wegen der starken Veränderung des Energieverhältnisses, z.B. nahezu 47% innerhalb des Bereichs von 0 bis 4,25 Nm /min sind die Kosten der Antriebsvorrichtung, und insbesondere der KraftUbertragunaseinrichtung, für eine solche bekannte Vorrichtung wesentlich größer als im Falle von erfindungsgemäß aufgebauten Systemen.

Es zeigte sich ferner, daß die Vorrichtung nach der Erfindung in der Lage ist, fUr hohe Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten am Boden der Tanks zu sorgen, in denen die Vorrichtung arbeitet. Bei einem weiteren Test wurde ein Begasungsgerät der in Fig. 1 veranschaulichten Art im Vergleich zu einem bekannten mehrarmigen Begasungsgerät ähnlich dem oben in Verbindung mit dar Kurv· N der Fig. β beschriebenen Gerät untersucht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung war mit einer konischen Glocke versehen, bei welcher der Strahlstromoberflächenabschnitt Scheitel- und Basiswinkel von 45° hatte. Der Durchmesser der Glocke, gemessen am unteren Ende des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand,betrug 1,8 m. Die FlUgel des fUr eine nach unten gerichtete Pumpwirkung sorgenden Axialstromimpellers hatten eine Neigung von 32 ; der Durchmesser des Impellers betrug 1.8 m. Der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand hatte eine lotrechte projiziert· Höhe H von 0,91 m; der lotrechte Ab-

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stand zwischen dem unteren Ende der Glocke und dem Boden des Tanks betrug 0,91 m. Das bekannte System wies ein Begasungsgerät mit acht radial verlaufenden, mit Öffnungen versehenen Gasverteilerarmen auf, die um den Umfang der rotierenden Welle herum verteilt waren. Diese Welle war mit einem Durchlas versehen, der mit den Gasverteilerarmen in Verbindung stand, um Belüftungsgas in die Arme einzuleiten und anschließend durch die dort befindlichen Öffnungen hindurch austreten zu lassen. Der Durchmesser der Gasverteilerarme betrug 1,8 m, gemessen als der von den äußeren Enden der Gasverteilerarme während der Drehung beschriebene Kreis. Ein fUr eine nach unten gerichtete Pumpwirkung sorgender Axialstromimpeller war oberhalb der Verteilerarmanordnung montiert und hatte gleichfalls einen Durchmesser von 1,8 m. Der Impeller wies vier schräggestellte ebene Turbinenflügel mit einem Neigungswinkel von 32 , gemessen mit Bezug auf die waagrechte Ebene auf, in der die Unterkanten der ImpellerflUgel liegen. Das W/D-Verhältnis betrug 1/6,.wobei W die projezierte Flügelbreite in einer Ebene ist, die parallel zu der Längsmittellinie des Flügels und der lotrechten Achse der Welle ist, während D der Durchmesser des Impellers ist. Beide diese Begasungsvorrichtungen waren in einem quadratischen Tank von 9,1 m χ 9,1 m angeordnet, der in den gesonderten Versuchen 4,6 m Leitungswasser enthielt.

Bei diesem Versuch wurden die betreffenden Begasungsvorrichtungen mit 66 U/min gedreht; die radiale Flüssigkeitsgeschwindigkeit

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des Leitungswassers wurde in einem Abstand von 0,3 m vom Boden des Tanks und 3,4 m von der lotrechten Mittelachse der drehbaren Begasungsvorrichtung gemessen. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Fig. 9 aufgetragen; es ist zu erkennen, daß die Flüssigkeitsbodengeschwindigkeiten bei der Vorrichtung nach der Erfindung wesentlich höher (beispielsweise bei 8,50 Nm /min um mindestens 70%höher)als die Werte sind, die mit dem bekannten mehrarmigen Begasungsgerät innerhalb des vollen Einsatzgasdurchflußmengenbereichs von 0 bis 17,0 Nm /min erzielt werden.

Aus den vorstehenden Erläuterungen fo.lgt, daß die zum Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung aufgewendete Energie auf besonders wirkungsvolle Weise benutzt wird, um zum einen einen raschen lokalisierten Strahlstrom mit hoher Scherwirkung zu erzeugen, in den Gas eingeleitet wird, und um zum anderen den mit Gas in Kontakt gebrachten Strahlstrom radial nach außen zu leiten und auf diese Weise ein wirkungsvolles Mischen der Flüssigkeitsmasse zu erzielen. Die mit der vorliegend erläuterten Vorrichtung erzielten hohen Flüssigkeitsbodengeschwindigkeiten sind von besonderer Wichtigkeit, wenn Gas mit Flüssigkeiten in Kontakt gebracht wird, die suspendierte Feststoffe enthalten^ wie dies beispielsweise beim Belüften von Belebtschlamm-Mischflüssigkeiten bei der Behandlung von BSB-haltigem Abwasser der Falliist, wo das Ablagern der im Schlamm suspendierten Feststoffe einen starken ungünstigen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Prozesses

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haben kann. Bei solchen Abwasserbehandlungsanwendungen erlauben es die für die vorliegende Vorrichtung charakteristischen hohen Nor/nalübergangswirkungsgrade, in der Mischflüssigkeit hohe Werte für den gelösten Sauerstoff zu erzielen, wodurch die Verweildauer der Mischflüssigkeit in dem Belüftungsbecken verkürzt wird und der Energieaufwand für das Gesamtsystem vermindert wird.

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-54· Le e rs e ι te

Claims

MV Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit, mit einer hohlen, drehbaren Glocke, die bezüglich einer lotrechten Mittelachse eine nach unten insgesamt divergierende, symmetrische Form hat und mit dem unteren Ende einer lotrecht verlaufenden, drehbaren Welle drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet daß

(a) die Außenwandfläche der Glocke einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt mit einer Mehrzahl von Gasstromwandöffnungen aufweist, die in Umfangsrichtung um dessen Basisteil herum verteilt angeordnet sind, mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts ein Wandflächendichtsegment verbunden ist, das eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen bildet, und der Strahlstromoberflächenabschnitt der Wand ein Oberflächenprofil mit von dem Basisteil bis zum Oberteil stetig positiver Krümmung bei einem Basiswinkel β zwischen ungefähr 0° und ungefähr 60 sowie einem Scheitelwinkel o^ zwischen ungefähr O und ungefähr 65 hat, wobei Ader in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Basisteil-Oberflächenabschnitt und einer waagrechten Radiallinie ist, die von der Glockenachse zu dem Berührungspunkt reicht, und wobei <\ der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Oberteil-Oberflächenabschnitt und der Glockenachse ist;

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(b) Axialstrompumpmittel vorgesehen sind, die über der drehbaren Glocke derart ausgerichtet sind, daß Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand vom Oberteil zum Basisteil desselben strömt und über den Gasstromöffnungen ein Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung ausgebildet wird; und

(c) Mittel zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke vorgesehen sind, um Gas von dort durch die Gasstromöffnungen hindurch in den Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung austreten zu lassen uncf eine lokalisierte Dispersion des abgegebenen Gases in der Strahlstromflüssigkeit zwecks Gas/Flüssigkeits-kontakt und Mischen der Flüssigkeitsmasse zu erhalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Axialstrompumpmittel einen an der drehbaren Welle fest angebrachten Impeller mit nach außen reichenden Flügeln zwischen dem oberen und dem unteren Ende der drehbaren Welle aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Flüssigkeitsstromfläche innerhalb des von den Flügelspitzen des Impellers beschriebenen Durchmessers zwischen

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dem 0,25- und dem 2,25-fachen der Querschnittsfläche der drehbaren Glocke in einer waagrechten Ebene am Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel eben und in einem Winkel zwischen 10° und 45° mit Bezug auf die waagrechte Ebene geneigt sind, die die Unterkanten der Impellerflügel enthält, und daß das Verhältnis W/D für den Impeller zwischen ungefähr 0,11 und 0,25 liegt, wobei W die projizierte Flügelbreite in einer Ebene ist, die sowohl zu der Längsmittellinie des Flügels als auch zu der lotrechten Achse der Welle parallel verläuft, und wobei D der Durchmesser des Impellers ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impeller eine Schiffsschraube mit einem Verhältnis von Steigung zu Durchmesser von ungefähr 1,0 bis 2,0 vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daB di· drehbare Glocke eine konische Form hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand ein hyperbolisches Oberflächenprofil hat.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand ein lineares Oberflächenprofil hat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand einen in Umfangsrichtung verlaufenden Wandabschnitt aus porösem Sintermetall aufweist, das Poren von mindestens 50 um Durchmesser als Gasstromöffnungen für den Strahlstromoberf lachenabschnitt hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandflächendichtsegment ein zylindrisches Wandteil aufweist, das von dem Strahlstromoberflachenabschnitt entlang dem Umfang des Basisteils lotrecht nach unten steht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandflächendichtsegment ein im wesentlichen waagrecht angeordnetes, plattenförmiges Verschlußorgan aufweist, das gn seinem Umfang mit dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts unter Bildung eines abgeschlossenen Innenraums in der drehbaren Glocke verbunden ist, und daß die Mittel zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke einen in der drehbaren Welle ausgebildeten Durchlaß aufweisen, der an seinem unteren Ende mit dem Innenraum der Glocke in Verbindung steht und der an seinem oberen

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Ende an eine Druckgasquelle angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der drehbaren Glocke offen ist, und die Mittel zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke eine Gasstromleitung aufweisen, die am einen Ende mit einer Druckgasquelle verbunden ist und deren anderes Ende nahe dem offenen Ende der drehbaren Glocke liegt, um Gas in deren Innenraum gelangen zu lassen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Längenverhältnis H/R des Strahlstromoberflächenabschnitts der Glockenwand zwischen 0,5 und 2,0 liegt, wobei H die projizierte lotrechte Höhe des Strahlstromoberflächenabschnitts ist und R der Radius des Strahlstromoberflächenabschnitts am unteren Ende des Basisteils des Strahlstromoberflächenabschnitts ist.
14. Vorrichtung zum Einblasen von Gas in eine Flüssigkeit, mit einer hohlen, drehbaren Glocke, die bezüglich meiner lotrechten Mittelachse eine nach unten insgesamt divergierende, symmetrische, konische Form hat und mit dem unteren Ende einer lotrecht verlaufenden drehbaren Welle drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Außenwandfläche der Glocke einen in Umfangsrichtung verlaufenden Strahlstromoberflächenabschnitt mit ei-

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ner Mehrzahl von Gasstromwandöffnungen aufweist, die in Umfangsrichtung um dessen Basisteil herum verteilt angeordnet sind, von dem Basisteil des Strahlstromoberflächenabschnitts ein mit einer zylindrischen Wand versehenes, unten offenes Wandflächendichtsegment lotrecht nach unten steht, um eine Flüssigkeitsabdichtung für die Gasstromöffnungen zu bilden , und der Strahlstromoberflächenabschnitt der Wand von dem Basisteil bis zum Oberteil des Strahlstromoberflächenabschnitts ein lineares Oberflächenprofil bei einem Basiswinkel ß zwischen ungefähr 30 und ungefähr 60° sowie einem Scheitelwinkel <s< zwischen ungefähr 30° und ungefähr 60° hat, wobei ß der in einer Radialebene liegende Winkel zw'ischen einer Tangente an den Basisteil-Oberflächenabschnitt und einer waagrechten Radiallinie ist, die von der Glockenachse zu dem Berührungspunkt reicht, und wobei o< der in einer Radialebene liegende Winkel zwischen einer Tangente an den Oberteil-Oberflächenabschnitt und der Glockenachse ist;

(b) über der drehbaren Glocke ein Axialstrompumpimpeller vorgesehen ist, der derart ausgerichtet ist, daß Flüssigkeit nach unten über den Strahlstromoberflächenabschnitt der Glockenwand vom Oberteil zum Basisteil desselben strömt und über den Gasstromöffnungen ein Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung ausgebildet wird; und

(c) Mittel zum Einleiten von unter Druck stehendem Gas in den Innenraum der drehbaren Glocke vorgesehen sind, um Gas von

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dort durch die Gasstromöffnungen hindurch in den Flüssigkeitsstrahlstrom von hoher Scherwirkung austreten zu lassen und eine lokalisierte Dispersion des abgegebenen Gases in der Strahlstromflüssigkeit zwecks Gas/Flüssigkeits-Kontakt und Mischen der Flüssigkeitsmasse zu erhalten, wobei diese Mittel eine am einen Ende mit einer Druckgasquelle verbundene Gasstromleitung aufweisen, deren anderes Ende nahe dem offenen Boden der drehbaren Glocke liegt, um Gas in den Innenraum der Glocke gelangen zu lassen.

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