DE3616680C3 - - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einer Begasungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer nach der DE-PS 16 67 042 bekannten Begasungsvorrichtung dieser Art wird über eine zentrale Luftleitung axial angesaugte Luft mit vom Rotor axial angesaugter Flüssigkeit unter inniger Vermischung radial auswärts in den Stator gefordert, der aus zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten Ringscheiben und aus zwischen diesen Ringscheiben eingesetzten vertikalen Leitwänden besteht. Diese Leitwände schließen untereinander Winkel zwischen 224 und 30° ein. Die im Querschnitt rechtwinkeligen Strömungskanäle divergieren dadurch sehr stark nach außen, wodurch das ausströmende Gas-Flüssigkeitsgemisch sehr turbulent wird und die Geschwindigkeit desselben beim Verlassen des Stators schon stark reduziert wird. Dadurch kommt die Strömung in relativ geringer Entfernung vom Stator zum Stillstand. Auf diesem Weg vom Stator bis zia&Stillstand gibt das Gas-Flüssigkeitsgemisch das Gas in Form feiner Blasen ab, welche aufsteigen. Es wird also nur der Bereich zwischen Stator und den äußersten Spitzen der Strömung gleichmäßig belüftet Da für bestimmte Fermentationen, beispielsweise für die submerse Essiggärung, eine gleichmäßige Belüftung des gesamten Subtrats Voraussetzung ist, bedeutet dies, daß der Durchmesser des die zu belüftende Flüssigkeit aufnehmenden Behälters ein bestimmtes Maß nicht übersteigen dan", um bei einer vorgegebenen Rotorleistung eine gleichmäßige Belüftung der Flüssigkeit über ^en gesamten Behälterquerschnitt sicherzustellen.

Bei einer nach der FR-24 44 494 bekannten Vorrichtung zum Eintragen von Gas in Flüssigkeit wird durch eine nahe am Boden eines Behälters iiiit senkrechter Achse angeordnete Pumpe eine Zirkulation der Flüssigkeit von oben nach unten in Gang gebracht unter Zuhilfenahme eines die schräg gestellten Pumpenflügel umgebenden, unten und oben offenen Hohlzylinders, der unten schräge Auslaufbleche besitzt, die die Strömung unten horizontal umlenken. Der Hohlzylinder ist doppelwandig mit porösen Austrittsflächen innen. Die Luft wird unter einem Druck, der höher als der statische Flüssigkeitsdruck sein muß in den doppelwandigen Hohlzylinder eingeleitet und tritt durch die poröse Innenfläche in die nach unten strömende Flüssigkeit aus, welche die Gasblasen mitnimmt. Die Luft-Flüssigkeitsmischung tritt dann in ein am Boden des Behälters angeordnetes etwa quadratisches Verteilerprisma ein. An jede der vier senkrechten Flächen des Verteilerprismas schließen jeweils zwei Verteilerkanäle mit etwa quadratischem Querschnitt an, die die Luft-Flüssigkeitsmischung nach außen fördern. Diese Verteilerkanäle schließen innen ans Verteilerprisma in Abständen voneinander an, die etwa ihrer l-2fachen Kantenlänge entsprechen, und sind gegenüber Radialrichtung in Drehrichtung der Pumpe geneigt. Überdies knicken sie auf halbem Weg nach außen nochmals um etwa 30° in gleicher Richtung weiter ab.

Die von der Pumpe erzeugte horizontal nach außen umgelenkte Luft-Flüssigkeitsströmung staut sich im quadratischen Verteilerprisma bevorsie in die Verteilelkanäle eintreten kann, da die Eintrittsöffnungen soweit voneinander entfernt sind, daß der Eintrittsquerschnitt nur etwa ²A und der Zwischenraum 75 des Gesamtquerschnitts beträgt. Dies bedingt einen großen Druckverlust und damit unnützen Kraftaufwand. Diese Vorrichtung wäre daher auch nicht geeignet mit Selbstansaugung des Gases zu arbeiten. Da die Verteilerkanäle durch ihr nochmaliges Abknicken weitere Strömungsenergie vernichten, ist der Kraftbedarf dieser Vorrich-S tung zur Belüftung eines größeren Behälterquerschnittes mit einer gegebenen Luftmenge relativ hoch.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Begasungsvorrichtung zu schaffen, die unter Verwendung möglichst verlustarmer Strömung einen großen Behälterqüerschnitt mit geringem Kraftaufwand gleichmäßig zu begasen gestattet

Die Erfindung tost die gestellte Aufgabe mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln. Durch die Anordnung der Eintrittsöffnungen der Strämungskanäle unmittelbar nebeneinander wird die durch den Rotor bereits horizontal zugeführte Gas-Flüssigkeitsmischung praktisch verlustlos in die Strömungskanäle eingeleitet Da die Strömungskanäle durch keilförmige Zwischenräume voneinander getrennt sind, deren Scheitel zwischen den unmittelbar benachbarten Eintrittsöffnungen liegen, verlaufen die Sirömungskanälc gerade und ungeknickt, was weitere Strömungsverluste vermeidet Da die im wesentlichen vertikal verlaufenden seitlichen Begrenzungsflächen eines jeden Strömungskanals um höchstens 7° von der Parallelität abweichen, wird die Strömung laminar ausgerichtet, wodurch die äußersten Spitzen dar Strömung erst in wesentlich größerer Entfernung vom Stator zum Stillstand kommen, so daß dadurch eine gleichmäßige Belüftung eines großen Behälterquerschnitts sicher bewerkstelligt werden kann.

Dabei ergeben sich besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse, weil die Größe und Formgebung des Rotors das Auswurfvolumen von Luft und Flüssigkeit und damit die gewünschte Belüftungsrate bestimmen, während die Ausbildung der Strömungskanäle des Stators für die Reichweite des ausgestoßenen Luft-Flüssigkeitsgemisches verantwortlich ist. Divergieren die vertikalen Begrenzungsflächen der Strömungskanäle gegen den Außenumfang des Sutors, so ivird die Austrittsgeschwindigkeit des Luft-Flüssigkeitsgemisches gegenüber seiner Eintrittsgeschwindigkeit in den Stator verringert. Diese Maßnahme wird bei nicht zu großen Behälterdurchmessern gewählt. Soll für sehr große Behälterdurchmesser die Austrittsgeschwindigkeit aus den Strömungskanälen gesteigert werden, so wird eine Konvergenz der seitlichen Begrenzungsflächen der Strömungskanäle gegen den Statoraußenumfang gewählt Der Winkel zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen der einzelnen Strömungskanäle darf dabei allerdings 7° nicht übersteigen, damit laminare Strömungen sichergestellt und Wirbelbildungen mit Verlusten weitgehend verhindert werden können.
Mit zunehmendem Behälterdurchmesser ist darauf zu achten, daß der Abstand zwischen den Strömungen zweier benachbarter Strömungskanäle im Bereich der Behälterumfangswand nicht zu groß wird, damit eine gleichmäßige Belüftung der Behälterflüssigkeit auch im Bereich der Umfangwand des Behälters gewährleistet werden kann. Um auch bei größeren Behälterdurchmessern einen zulässigen Maximalabstand zwischen den Strömungen benachbarter Kanäle nicht zu überschreiten, ist folglich für eine entsprechende Anzahl von Strömungskanälen zu sorgen.

Die Strömungskanäle können unterschiedlich ausgebildet sein. So ist es beispielsweise möglich, die Strömungskanäle durch Stegbleche zu bilden, die zwischen zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten

Ringscheiben vorgesehen sind. Eine besonders vorteilhafte Konstruktion ergibtsich allerdings, wenn die Strömungskaniüe aus auf einer Ringscheibe aufgesetzten U-Profilen bestehen. Diese Ausbildung bietet nicht nur vorteilhafte Herstellungsbedingungen mit einem vergleichsweise geringen Materialaufwand, sondern erlaubt auch eine einfache Statorreinigung, weil die Zwikkelbereiche zwischen den einzelnen die Strömungskanäle bildenden U-Profilen frei zugänglich sind.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt Es zeigt

Flg. 1 eine erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung für Flüssigkeiten in einer zum Teil aufgerissenen, schematischen Seitenansicht

Fig. 2 den Stator dieser Belüftungsvorrichtung in einer zum Teil aufgerissenen Draufsicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Strömungskanal nach Linie III-III der Fig. 2 in einem größeren Maßstab,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines Strömungskanals,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch einen Stator mit nach außen divergierenden Strömungskanälen und

Fig. ö eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung eines Stators mit nach außen konvergierenden Strömungskanälen.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I besteh: die dargestellte, unmittelbar über einem Behälterboden 1 angeordnete Belüftungsvorrichtung im wesentlichen aus einem Rotor 2, der von einem Motor 3 herangetrieben wird, und einem den Rotor 2 umgebenden Stator4. Die vertikale Rotorwelle 5 durchsetzt dabei den Behälterboden 1, an dem der Motor 3 angeflanscht ist. Die in die Flüssigkeit des Behälters einzutragende Luft wird über eine Luftleitung 6 angesaugt und axial dem Rotor 2 zugeführt, der über eine Ringöffnung 7 des Stators 4 zugleich Flüssigkeit aus dem Behälter ansaugt und mit der Luft in den Stator fördert, wie dies durch die Strömungspfeile angedeutet ist

Im Stator4 wird das Flüssigkeit-Luft-Gemisch in Strömungskanälen 8 aufgenommen, die gemäß den Fig. 1 bis 3 durch vertikale Stege 9 gebildet werden, die zwischen zwei Ringscheiben 10 und 11 eingesetzt sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß benachbarte Stege 9 unmittelbar nebeneinander angeordneter Strömungskanäle 8 gegen den Außenumfang des Stators 4 hin divergieren, so daß die vertikalen Begrenzungsflächen der S:römungskanäle 8 zueinander parallel verlaufen. Diese Ausbildung bewirkt eine annähernd der Eintrittsgeschwindigkeit des vom Rotor 2 in den Siator 4 geförderten Flüssigkeit-Luft-Gemisch entsprechende Austrittsgeschwindigkeu der Strömung aus den Strömungskanälen 8, so daß sich aufgrund der vergleichsweise hohen Austrittsgeschwindigkeit die Strömung über einen großen Radius in den Behälter fortsetzt. Damit wird eine gleichmäßige Belüftung auch von Behältern größerer Durchmesser sichergestellt, wenn durch eine entsprechende Anzahl an Strömungskanälen dafür gesorgt wird, daß die Strömungen benachbarter Strömungskanäle vor allem gegen den Bereich der Umfangswand des Behälters hin nicht zu stark divergieren.

Wie Fig. 4 zeigt, kann eine besonders einfache Statorkonstruktion dadurch erhalten werden, daß die Strömungskanäle 8 durch U-Profile 12 gebildet werden, die auf einer Ringscheibe 13 aufgesetzt sind. Diese Ausbildung gewährleistet nicht nur eine einfache Herstellung, sondern bietet auch Vorteile hinsichtlich der Statorreinigung, weil die Zwickeibereiche zwischen benachbarten Strömungskanälen ft ei zugänglich sind.

Um die für die Belüftung eines Flüssigkeitsbehälters mit einem bestimmten Durchmesser erforderliche Austrittsgeschwindigkeit des Flüssigkeii-Luft-Gemischs aus dem Stator bei einer gegebenen Rotorleistung festlegen zu können, können die vertikalen Begrenzungsflächen der einzelnen Strömungskanäle 8 von ihrem parallelen Verlauf abweichen. Werden beispielsweise die Stege 9 der einzelnen Strömungskanäle 8 gegen den Außenumfang des Stators 4 hin divergierend angeordnet, so ergibt sich eine Verlangsamung der Strömung innerhalb der Strömungskanäle 8. Der Winkel α, zwischen den vertikalen Stegen 9 darf dabei 7° nicht übersteigen, da sonst mit einer vermehrten Wirbelbildung zu rechnen ist, was die Reichweite der aus den Strömungskanälen 8 austretenden Strömung stark einengt

Soll die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Außenumfangs des Stators 4 gegenüber der Eintrittsgeschwindigkeit gesteigert werden, so können die Stege 9 nach außen hin konvergieren, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist Auch in diesem Fall ist der Winkel α zwischen den vertikalen Stegen 8 derc-V-tzelnen Strömungskanäle auf höchstens 7° zu begrenzen

Mit Hilfe der dargestellten Belüftungsvorrichtung gelingt es durch die besondere Ausbildung des Stators Flüssigkeit über größere Grundflächen gleichmäßig zu belüften, wobei sich diese Belüftungsvorrichtung vor allem für den Einsatz bei der submersen Essiggärung, bei der Hefeherstellung oder bei der Abwasserreinigung anbieten.

Es können beispielsweise sehr unterschiedlich aufgebaute Rotoren eingesetzt werden, wobei es z. B. möglich ist, Flüssigkeit nicht nur entsprechend Fig. 1 einseitig, sondern beidseitig des Rotors anzusaugen. Die Rotorkonstruktion kann auch so ausgeführt werden, daß die Luft von unterhalb des Rotors angesaugt wird und der Motor in Form eines Tauchmotors bekannter Konstruktion im Behälter über dem Rotor montiert wird. Natürlich kann auch jedes andere Gas als Luft angesaugt und in irgend einer gegebenen Flüssigkeit verteilt werden. In Abhängigkeitt von der Rotorausbildung ist dann die Neigung der Strömungskanäle 8 gegenüber der radialen Richtung festzulegen. Darüber hinaus können benachbarte Stege 9 unmittelbar nebeneinander angeordneter Strömungskanäle 8 durch einen gemeinsamen Zwischenkörper gebildet werden, der in seinem Grundriß keilförmige Gestalt aufweist, damit wiederum die vertikalen Begrenzungsflächen jedes Strömungskanals zumindest im wesentlicher, parallel verlaufen.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit mit einem eine im wesentlichen vertikale Drehachse rufweisenden Rotor, der im Bereich des Behälterbodens angeordnet ist, mit einer Zuleitung für das Gas zum Roto/, und einem den Rotor umgebenden Stator, der mittig eine Öffnung aufweist, durch die der Rotor Flüssigkeit aus dem Behälter ansaugt und der einen geschlossenen Kranz von Strömungskanäleii aufweist, die Eintrittsöffnungen für das vori dem Rotor zugeführte Flüssigkeits-Gasgemisch haben, wobei die Strömungskanälü gegenüber der Radialrichtung in Drehrichtung des Rotors geneigt und durch Zwischenräume voneinander getrennt sind und eine solche Länge aufweisen, daß auch eine Belüftung über einen größeren Behälterquerschnitt möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnuneen der

Strömungskanäle unmittelbar nebeneinander liegen, daß die Strömungskanäle durch keilförmige Zwischenräume voneinander getrennt sind, deren Scheitel zwischen den unmittelbar benachbarten EintrittsöfTnungen liegen, und daß die im wesentli- s chen vertikal verlaufenden seitlichen Begrenzungsflächen eines jeden Strömungskanals einen Winkel von höchstens 7° (konvergierend oder divergierend) einschließen. '<

2. Begasungsvorrichtung nach Anspruch 1, lo ' dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der \ Strömungskanäle (8) rechtwinkelig ist. W

3. Begasungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (8) durch auf eine Ringscheibe (13) aufgesetzte U- i> Profile (12) gebildet sind.

Hierzu 2 Seite(n) Zeichnungen

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50 55 60 65