DE3340096A1

DE3340096A1 - Process for admixing a liquid with gases which it can absorb, and apparatus therefor

Info

Publication number: DE3340096A1
Application number: DE19833340096
Authority: DE
Inventors: Timm Dipl.-Ing. 8000 München Lessel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-05
Filing date: 1983-11-05
Publication date: 1985-05-23
Also published as: DE3340096C2

Abstract

The process for admixing a liquid with gases which it can absorb operates virtually without any gas loss, because the gases according to the invention are introduced in a section where the liquid flow is directed downwards and the flow velocity of which in the upper part of the section is larger, and in the lower part of the section is smaller, than the speed at which the gas bubbles in the liquid flow rise in each case. As a result, in a central part of the section a zone of suspended bubbles is formed in which the flow velocity of the liquid and the speed at which the gas bubbles rise in the liquid are opposite and of the same magnitude, so that the gas bubbles are maintained in this zone until they are completely absorbed, without bubbling up to the liquid surface and generating losses. In addition, several shapes are described which can be given to the walls for carrying out the process.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren zum Versetzen einer Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen und Vorrichtung hierfür Auf vielen Gebieten der Technik ist es bekannt, Flüssigkeiten mit Gasen zu versetzen, die von ihnen absorbiert werden wie z.B. Abwässer oder Wasser mit Sauerstoff können.# DieseGase sind meist relativ kostspielig, und deshalb ist man bestrebt, sie mit möglichst geringen Verlusten an Gas-substanz zur Absorption zu bringen. Meist geschieht dies im Gegenstrom-Kaskadenverfahren, bei dem die Flüssigkeit nacheinander mehrere Kammern durchläuft und das Gas, beginnend in der letzten Kammer unten, eingeblasen wird; Das durch die Flüssigkeitsschicht der Kammer hindurchtretende Gasvolumen wird durch Pumpen wieder auf Überdruck gebracht und sodann in die nächste Kammer unten eingeblasen und so fort. Dieses Vorgehen setzt eine gasdichte Umschließung jeder Kammer voraus und vor allem ein erhebliche Unkosten verursachendes mehrfaches Verdichten des Gases auf Überdruck. Die Anlage-kosten sind - sumal bei korrosiv angreifenden Gasen in Erstellung und Wartung relativ hoch, die Anlage selbst relativ störanfällig und im Betrieb recht teuer, Vor allem aber ist mit dieser Technik eine Absorption der gesamten eingebrachten Gasmenge nicht zu erzielen wegen der begrenzten Aufenthaltszeit der Gasblasen in der Flüssigkeit beim Durchlaufen der Kammern. Method for adding to a liquid that can be absorbed by it Gases and Devices Therefor In many fields of technology it is known to use liquids to add gases that are absorbed by them, such as sewage or water with oxygen. # These gases are usually relatively expensive, and therefore is the aim is to use them for absorption with the lowest possible loss of gas substance bring to. Usually this happens in the countercurrent cascade process, in which the liquid one after the other passes through several chambers and the gas, starting in the last chamber below, is blown in; That which passes through the liquid layer of the chamber Gas volume is brought back to positive pressure by pumping and then into the next Chamber blown in below and so on. This procedure creates a gas-tight enclosure ahead of each chamber and, above all, a multiple, causing considerable costs Compress the gas to positive pressure. The system costs are - sumal in the case of corrosive attacking gases relatively high in production and maintenance, the system itself relatively high prone to failure and quite expensive to operate, but above all, this technology is one Absorption of the entire amount of gas introduced cannot be achieved because of the limited Residence time of the gas bubbles in the liquid when passing through the chambers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeit mit von ihr absorbierbaren Gasen zu versetzen bei praktisch verlastloser Absorption dieser Gase, und hierbei auch gasdichte Behandlungskammern und ein mehrfaches Verdichten der durch die Flüssigkeit hindurchgetretenen Gasmengen auf Ub#erdruck zu vermeiden.The invention is based on the object of providing a liquid with from to move absorbable gases to it with practically no load absorption of these Gases, and here also gas-tight treatment chambers and multiple compression to avoid excess pressure of the gas that has passed through the liquid.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 und durch einen Mantel für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 7 bis 10. Dadurch, daß das zu absorbierende Gas nur einmal in einen Flüssigkeitsstrom geblasen werden muß, der nach unten gerichtet ist, und in diesem praktisch restlos absorbiert wird, ohne den Flüssigkeitsstrom jemals zu verlassen, sind weder gasdichte Umschließungen noch Einrichtungen zum mehrfachen Verdichten der Gase erforderlich. Die Abschnittsbereiche der nach unten gerichteten Flüssigkeitsströmung - ein oberer Bereich mit größerer und ein unterer Bereich mit kleinerer Fließgeschwin digkeit als die jeweilige Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen und dazwischen ein sich selbst einstellender Bereich, in dem Fließ- und Aufstiegsgeschwindigkeit, entgegengesetzt gerichtet, gleich groß sind - halten die Gasblasen zwangsläufig in dem letztgenannten Bereich, der Schwebeblasenzone, so lange, bis das Gas restlos absorbiert ist.This object is achieved by the method according to the claims 1 to 6 and by a jacket for carrying out the method according to the claims 7 to 10. Thereby, that the gas to be absorbed only once in one Liquid flow must be blown, which is directed downwards, and in this is practically completely absorbed without ever leaving the liquid flow, are neither gas-tight enclosures nor devices for multiple compression of gases required. The section areas of the downward liquid flow - an upper area with a larger and a lower area with a lower flow velocity as the rate of ascent of the gas bubbles and in between a self-adjusting area in which the flow and ascent speed, oppositely directed, are of the same size - the gas bubbles inevitably hold in the latter area, the air bubble zone, until the gas is completely empty is absorbed.

Die Abschnittsbereiche mit geringerer Fließgeschwindigkeit können, gemäß Anspruch 2, durch Vergrößerung des Fließquer schnittes geschaffen werden oder, gemäß Anspruch 3, durch seitliches Abzweigen von Teilströmen; dieses letztgenannte Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn ohnehin Teilmengen der Flüssigkeit mit unterschiedlich großer aufgenommener Gasmenge benötigt werden. Beide Verfahrensschritte können auch gleichzeitig nebeneinander Verwendung finden.The section areas with lower flow velocity can, according to claim 2, created by increasing the flow cross-section or, according to claim 3, by laterally branching off partial flows; this latter The method is particularly advantageous when subsets of the liquid are used anyway are required with different amounts of gas absorbed. Both procedural steps can also be used side by side at the same time.

Das Einbringen der Gase in die Flüssigkeitsströmung kann an einer beliebigen Stelle des Strömungsabschnittes geschehen, denn die Gasblasen werden sich immer bis an die Schwebeblasenzone heranarbeiten, an der die Fließgeschw2digkeit der Flüssigkeit und Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen entgegengesetzt gleich sind. Mit Vorteil können aber die Gaseentweder im Bereich der größten (gemäß Anspruch 4) oder der kleinsten (gemäß Anspruch 5) Fließgeschwindigkeit eingebracht werden; im ersten Fall des Nitstromprinzips kommt die Flüssigkeit bei relativ kleinem Querschnitt mit der größten Gasmenge - bei dem geringsten erforderlichen Überdruck -in Kontakt, was am wenigsten energieaufwendig und bei vielen Prozessen vorteilhaft ist, Im zweiten Fall des Gegenstromprinzips kommt die Flüssigkeitsströmung im oberen Abschnittsbereich zunächst nur mit den inzwischen kleiner gewordenen Gasblasen in Kontakt und erst im unteren Abschnittsbereich mit der größten Gasmenge in Berührung, welche Behandlungsweise bei vielen Flüssigkeiten und Gasen vorteilhafter sein kann.The introduction of the gases into the liquid flow can be done at a happen at any point of the flow section, because the gas bubbles are always work your way up to the air bubble zone at which the flow velocity the liquid and the ascent rate of the gas bubbles are opposite are. With advantage, however, the gases can either be in the range of the largest (according to claim 4) or the smallest (according to claim 5) flow rate are introduced; In the first case of the nitrogen flow principle, the liquid comes with a relatively small cross-section in contact with the largest amount of gas - at the lowest required overpressure, what is the least energy consuming and advantageous in many processes, in the second In the case of the countercurrent principle, the liquid flow comes in the upper section area first only in contact with the gas bubbles, which have now become smaller, and only in the lower part Section area in contact with the largest amount of gas, which treatment method can be more advantageous with many liquids and gases.

Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens ist gemäß Anspruch 6 das Versetzen von Wasser, Abwasser oder Klärschlamm mit Sauerstoff; da es sich hierbei meist laufend um größere Mengen an Flüssigkeit und demnach auch an Gas handelt, und da Sauerstoff zu kostenaufwendigen Gasen gehört, ist hier der Vorteil der Verlustfreiheit bei dem Gas besonders groß, Bei dem Mantel für die seitliche Begrenzung der Flüssigkeitsströmung zur Durchführung des Verfahrens ist dessen Innen#uerschnitt, gemäß Anspruch 7, im Absohnittsbereich der sich verringernden Fließgeschwindigkeit - in Strömungsrichtung gesehen - kontinuierlich erweitert. Gemäß Anspruch 8 kann dieser kontinuierlich sich erweiternde Abschnittsbereich durch eine oder mehrere Beruhigungszonen mit gleichbleibendem Innenquerschnitt unterbrochen sein, was insbesondere bei Flüssigkeiten mit nicht konstanter Viskosität von Vorteil sein kann.An advantageous application of the method is according to claim 6 the addition of oxygen to water, sewage or sewage sludge; since it is this usually involves larger quantities of liquid and therefore also of gas, and since oxygen is one of the expensive gases, the advantage here is that it is lossless especially large for the gas, for the jacket for the lateral limitation of the liquid flow to carry out the method, its inner # uschnitt, according to claim 7, in Absohnittsbereich the decreasing flow velocity - in the direction of flow seen - continuously expanded. According to claim 8, this can be continuous widening section area with one or more calming zones constant internal cross-section be interrupted, which is particularly important in the case of liquids with non-constant viscosity can be beneficial.

Gemäß Anspruch 9 kann die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Abschnittsbereichen des Mantels steuerbar oder regelbar sein durch in der Strömungsachse angeordnete Verdrängerkörper in einem oder mehreren Bereichen, die entweder einzeln oder zusammen in der Höhe verstellbar angeordnet sind; auf diese Weise kann die Absorptionsdauer beeinflußt werden, die bei höherer Fließgeschwindigkeit geringer wird. Innerhalb des kontinuierlich sich erweiternden Abschnittsbereiches des Mantels stellt sich die Schwebeblasenzone, also die Zone derselben Fließ- und Auftriebsgeschwindigkeit, bei gesteigerter Eintrittsgeschwindigkeit tiefer und bei geringerer höher ein, wodurch gleichfalls eine kürzere oder längere Absorptionsdauer erzielt werden kann.According to claim 9, the flow rate in the individual section areas of the jacket can be controlled or regulated by arranged in the flow axis Displacement bodies in one or more areas, either individually or together are arranged adjustable in height; this way the absorption time can be influenced, which is lower at higher flow rate. Within of the continuously expanding section area of the jacket arises the air bubble zone, i.e. the zone with the same flow and buoyancy speed, with increased entry speed lower and with lower entry speed higher, whereby a shorter or longer absorption time can also be achieved.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf die Einbringung von Sauerstoff in Abwasser oder Klärschlamm Anwendung findet, kann gemäß Anspruch 10 der Mantel durch Schachtteile einer Bestrahlungsanlage mit Gammastrahlen gebildet sein, die ohnehin schon für den Bestrahlungsprozeß benötigt werden.If the method according to the invention is based on the introduction of oxygen Is used in sewage or sewage sludge, according to claim 10, the jacket be formed by shaft parts of an irradiation system with gamma rays, the are already needed for the irradiation process anyway.

Die Erfindung wird in der Zeichnurgnäher erläutert. Es zeigen: Fig.1 zeigt den Querschnitt durch den Mantel eines I~angs-oder Rundbehälters mit einem Zulauf 1 und einem Ablauf 2 für die Flüssigkeit. Beide Hälften der Fig,1 zeigen eine unterschiedliche Stelle der Gas einleitung.The invention is explained in more detail in the drawing. They show: Fig.1 shows the cross section through the jacket of an angular or round container with a Inlet 1 and an outlet 2 for the liquid. Both halves of FIG. 1 show a different point of the gas inlet.

Wie in der linken Hälfte gezeigt, können die Gase im Mitstromprinzip über eine Gaseinleitungsvorrichtung 4 an der Stelle mit der höchsten Fließgeschwindigkeit eingeleitet werden, während gemäß der rechten Figurenhälfte beim Gegenstromprinzip das Gas durch die Vorrichtung 3 im Bereich der geringsten Fließgeschwindigkeit eingebracht wird. Im Bereich des engsten Innenquerschnitts des Mantels stellt sich eine maximale Fließgeschwindigkeit Vfl 1 unteren Bereich eine minimale Fließgeschwindigkeit Vfl3. Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen in der Flüssigkeit ist Vg c Die Geschwindigkeit Vr1 der über die Vorrichtung 4 eingetragenen Gasblasen in der Flüssigkeitsströmung Vfl ist so lange nach unten gerichtet, wie die Fließgeschwindigkeit Vfl größer ist als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen Vg in der Flüssigkeit. As shown in the left half, the gases can flow along with the flow principle Via a gas inlet device 4 at the point with the highest flow rate are initiated, while according to the right half of the figure with the countercurrent principle the gas is introduced through the device 3 in the region of the lowest flow velocity will. In the area of the narrowest internal cross-section of the jacket, there is a maximum Flow rate Vfl 1 lower range a minimum flow rate Vfl3. The ascent rate of the gas bubbles in the liquid is Vg c The rate Vr1 of the gas bubbles introduced via the device 4 in the liquid flow Vfl is directed downwards as long as the flow velocity Vfl is greater as the rate of ascent of the gas bubbles Vg in the liquid.

Entsprechend ist bei einer Gaseinleitung bei 3 (rechte Figurenhälfte) die Bewegung der Gasblasen so lange nach oben gerichtet, wie die Plussigkeitsströmung Vfl eine kleinere Geschwindigkeit aufweist als die Aufstiegsgeschwindigkeit Vg der Gasblasen. Correspondingly, when gas is introduced at 3 (right half of the figure) the movement of the gas bubbles is directed upwards as long as the positive flow Vfl has a lower speed than the ascent rate Vg der Gas bubbles.

g In einem mittleren Bereich, der erfindungsgemäß eine Gasblasen-Schwebezone darstellt, sind die Geschwindigkeiten der #~ Flüssigkeit Vfl2 und der aufsteigenden Gasblasen,entgegengesetzt gerichtet, gleich groß. Damit ist die Bedingung zur Erzielung der Gasblasen-Schwebezone Vfi vfi, = Vg > Vfl3 Damit wird ein Aufsteigen der Gasblasen bis zur Flüssigkeitsoberfläche - und damit ein Gasverlust -unterbunden; alle Gasblasen verbleiben bis zur restlosen Absorption in der nach unten gerichteten Flüssig-Die Die kontinuierliche Querschnittserweiterung keitsstromung. kanndurch Gerade oder Kurven gegeben sein. g In a central area, which according to the invention is a gas bubble floating zone represents the velocities of the # ~ liquid Vfl2 and the ascending Gas bubbles, directed in opposite directions, of the same size. In order to is the Condition for achieving the gas bubble floating zone Vfi vfi, = Vg> Vfl3 Thus the gas bubbles rise to the surface of the liquid - and thus a Gas loss -stopped; all gas bubbles remain until they are completely absorbed in the downward-facing liquid die The continuous expansion of the cross-section flow of water. can be given by straight lines or curves.

Fig.2 zeigt den Querschnitt durch einen Mantel eines Behälters bei dem gemäß Anspruch 3 die Verminderung der Fließgeschwindigkeit Vfl1, Vfl2, Vfl3 durch Ableitungen 5 für Teilströme 2 2 23 erreicht wird.Fig.2 shows the cross section through a jacket of a container according to claim 3, the reduction in the flow rate Vfl1, Vfl2, Vfl3 is achieved by discharges 5 for partial flows 2 2 23.

Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel, bei dem gemäß Anspruch 9 die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung in den einzelnen Abschnittsbereichen durch Verdrängerkörper B1, B2 steuerbar oder regelbar ist durch Höhenverstellwege S1, s2.Fig.3 shows a cross section through a jacket in which according to claim 9 the flow velocity of the liquid flow in the individual section areas controllable by displacer B1, B2 or adjustable by height adjustment paths S1, s2.

Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel gemäß Anspruch 8, bei dem der sich kontinuierlich erweiternde Innenquerschnittsbereich durch eine Beruhigungszone 6 mit gleichbleibendem Innenquerschnitt unterbrochen ist.4 shows a cross section through a jacket according to claim 8, in which the continuously expanding inner cross-sectional area through a Calming zone 6 is interrupted with a constant internal cross-section.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantel gemäß Anspruch 10, bei dem die erfindungsgemäße Schwebeblasenzone durch Ausgestaltung des Schachtoberteiles 7 einer Anlage zur Gammabestrahlung von Flüssigkeiten wie Wasser Abwasser oder Klärschlamm im Zusammenwirken mit an dem Schachtdeckel 8 befestigten Vorrichtungen 9 zur Gas einleitung erzielt wird.Fig. 5 shows a cross section through a jacket according to claim 10, in which the floating bubble zone according to the invention by design of the shaft upper part 7 a system for gamma irradiation of liquids such as water, sewage or sewage sludge in cooperation with attached to the manhole cover 8 devices 9 for gas initiation is achieved.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Re: ~ process, chemical liquid with gases that can be absorbed by it and apparatus for this. Claims 1. Method for displacing a liquid with gases that can be absorbed by it, characterized in that the gases in one Section are introduced with downward liquid flow, the Flow velocity in the upper area of the section greater and in the lower section area is smaller than the respective ascent rate of the gas bubbles in the liquid flow.

2. The method according to claim 1, characterized in that section areas Lower flow velocities created by increasing the flow cross-section will.

3. The method according to claim 1, characterized in that section areas Lower flow velocities can be created by branching off partial flows.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the gases within the section in the area of the greatest flow velocity be introduced.

5, method according to claims 1 to 3, characterized in, that the gases within the section in the range of the lowest flow velocity be introduced.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that the liquid is water, sewage or sewage sludge and the gas is oxygen.

7. Jacket for the lateral restriction of the liquid flow to the Implementation of the method according to Claims 1 to 6, characterized in that that its inner cross-section is in the section area of the decreasing blowing speed / -1 - viewed in the direction of flow - continuously expanded (Fig. 1). / -1 (Vfl2, Vfl3 )

8. coat according to claim 7, characterized in that its continuous expanding inner cross-sectional area through one or more calming zones with constant inner cross-section (6) is interrupted (Fig. 4).

9, coat according to claims 7 and 8, characterized in that the flow rate in the individual section areas of the jacket can be controlled or can be regulated by displacers arranged in the flow axis # B1, B) in one or more areas, either individually or together in height are arranged adjustable (Fig. 3).

10. Coat according to one of claims 7 to 9, characterized in that that he through shaft parts (7,8,9) of an irradiation system with gamma rays for Water, sewage or Elärschlamm is formed (Fig. 5).