DE3833023A1 - Verfahren und vorrichtung zum loesen von gasen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum loesen von gasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lösen von Gasen, um ein Gas in einer Flüssigkeit zu lösen.
Wasser, in dem eine große Menge an Sauerstoff gelöst ist, wird dazu verwendet, um Fische oder Schalentiere zu züchten. Derartiges Wasser wird auch dazu verwendet, um Gemüse aufzu­ frischen, zu reinigen und haltbar zu machen. Bekannte Verfahren zum Lösen von Sauerstoff in Wasser beinhalten die Verfahrens­ weise des Einblasens von Luft in Wasser und die Verfahrensweise von Einsprühen von Wasser in Luft.
Diese bekannten Verfahrensweisen sind jedoch dahingehend unbefriedigend, weil die Lösungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, gering ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Lösen von Gasen zu schaffen, bei dem die Lösungsgeschwindig­ keit des Gases in einer Flüssigkeit erhöht ist.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich­ tung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren zum Lösen von Gasen geschaffen wird, das die Schritte enthält: Einführen einer Flüssigkeit in eine erste Kammer eines Behälters, Einstellen des Druckes des zu lösenden Gases derart, daß er höher als der der Flüssigkeit ist, Einführen des unter Druck stehenden Gases in eine zweite Kammer des Behälters, Durchdringenlassen des Gases durch eine Trennwand aus porösem Keramikmaterial in die Flüssigkeit hinein, und Abführen der Flüssigkeit aus der ersten Kammer des Behälters.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Lösen von Gasen gelöst, die einen Behälter, eine Trennwand zum Aufteilen des Behälters in eine erste und in eine zweite Kammer, einen ersten Einlaß am Kessel zum Einführen einer Flüssigkeit, wie beispielsweise unter Druck stehendes Wasser, in die erste Kammer, einen zweiten Einlaß am Behälter zum Einführen von unter Druck stehendem Gas, wie beispielsweise Sauerstoffgas, in die zweite Kammer, und eine Auslaßöffnung am Behälter aufweist, um die Flüssigkeit aus der ersten Kammer abzuführen. Der Druck des unter Druck stehenden Gases im Behälter ist höher als der der Flüssigkeit im Behälter. Die Trennwand besteht aus porösem Keramikmaterial, so daß das Gas, das von der zweiten Kammer durch die Trennwand in die erste Kammer strömt, zu kleinen Blasen in der Flüssigkeit wird.
Erfindungsgemäß wird ermöglicht, daß die Lösung des Gases in der Flüssigkeit in der ersten Kammer erleichtert wird. Da die Trennwand aus einem porösen Keramikmaterial besteht, sind die Gasblasen, die aus der zweiten Kammer durch die Trennwand in die erste Kammer strömen, sehr klein.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Poren im Keramikmaterial, das der ersten Kammer zugewandt ist, etwa 0,8 µ oder weniger.
Beispiele für poröse keramische Materialien sind hochreines Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder dgl., die allesamt ausgezeichnete Korrosionswiderstands­ fähigkeiten aufweisen.
Falls derartige Keramiken verwendet werden, ist es möglich, saure oder alkalische Gase oder Flüssigkeiten zu verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von sauren oder alkalischen Flüssigkeiten herangezogen werden, bei der eine chemische Reaktion zwischen sauren oder alkalischen Flüssigkeiten und Gasen stattfindet. Zusätzlich kann die Temperatur der Flüssigkeiten und der Gase jeweils für sich und beliebig ausgewählt werden.
Die Trennwand ist vorzugsweise in einer vielschichtigen Bauweise aufgebaut, bei der die Porengröße von der ersten Schicht, die der ersten Kammer zugewandt ist, zur letzten Schicht, die der zweiten Kammer zugewandt ist, zunimmt. Höchst vorzugsweise beträgt die Dicke der ersten Schicht, die der ersten Kammer zugewandt ist, für eine leistungsfähige Gaslösung etwa 5 bis 40 µ, und der Durchmesser der Poren der ersten Schicht ist etwa 0,8 µ oder geringer.
Für ein leichtes Durchströmen kann als Trennwand eine polygone Säule (vorzugsweise eine sechseckige Säule) verwendet werden. In der polygonen Säule kann in deren Längsrichtung eine Vielzahl an durchreichenden Öffnungen (vorzugsweise durchreichende Öffnungen mit kreisförmigem Querschnitt) vorgesehen sein, um den Oberflächenbereich in der Trennwand zu vergrößern.
Der Gasdruck beträgt vorzugsweise etwa das Zweifache des Druckes der Flüssigkeit.
Der Druck der Flüssigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 kg/cm2 Überdruck. Dabei ist insbesondere ein Überdruck von 1 kg/cm2 bevorzugt.
Die Flüssigkeit besteht vorzugsweise aus Frischwasser, Meer­ wasser oder Abwasser.
Das Gas besteht dabei vorzugsweise aus Sauerstoff, Luft oder einem Mischgas aus Sauerstoff und Luft.
Weist die Trennwand eine Porengröße von 0,8 µ auf, sollte wegen des Eintrittswinkels der Druck des Gases etwa 2 kg/cm2 Überdruck oder mehr betragen, um das Gas im Wasser zu lösen. Eine Trennwand, die aus einer hochpolymeren Membran hergestellt ist, würde bei diesem Druck beschädigt werden.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ folgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise perspektivische Ansicht eines bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens; und
Fig. 3 ein Diagramm, das die Wirkungen eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Ein in Fig. 1 dargestellter Behälter 1 besteht aus rostfreiem Stahl (SUS), ist zylinderförmig und an beiden Enden geschlossen. Im Behälter 1 ist eine ringförmige Trennwand 4 eingebaut, die dazu vorgesehen ist, den Innenraum des Behälters 1 in eine erste Kammer 2 und eine zweite Kammer 3 aufzuteilen. Die Trennwand 4 besteht aus hochreinem porösem Keramikmaterial, wie es zuvor beschrieben wurde. An einem Ende des Behälters 1 ist ein rohrförmiger Einlaß 6 angebaut, der dazu vorgesehen ist, unter Druck stehendes Wasser in die erste Kammer 2 einzu­ führen. Das unter Druck stehende Wasser wird mittels einer Pumpe 5 aus einem Wassertank 9 in die erste Kammer 2 geführt. Der Wassertank 9 besteht aus einem Polyethylenbehälter. An einem umfänglichen Seitenteil des Behälters 1 ist ein rohr­ förmiger Einlaß 7 angebracht, der dazu vorgesehen ist, unter Druck stehendes Sauerstoffgas in die zweite Kammer 3 einzu­ bringen. Das unter Druck stehende Sauerstoffgas kommt aus einem zylinderförmigen Sauerstoffbehälter 8.
Die Trennwand 4 hat einen dreischichtigen Aufbau. Der Durch­ messer der Poren der ersten Schicht, die der ersten Kammer 2 zugewandt ist, beträgt etwa 0,8 µ. Die Gesamtdicke der drei Schichten der Trennwand 4 beträgt 3 mm. Die Dicke der ersten Schicht der Trennwand 4 beträgt etwa 20 µ. Der hydraulische Druck und die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers im Einlaß 6 wird so eingerichtet, daß diese beispielsweise 40 l/Minute und 1 kg/cm2 Überdruck betragen. Der Druck und die Durchfluß­ geschwindigkeit des Sauerstoffgases im Einlaß 7 werden so ausgewählt, daß sie beispielsweise 10 l/Minute und 2 kg/cm2 Überdruck betragen. Bei dieser Anordnung tritt das in der zweiten Kammer 3 aufgenommene Sauerstoffgas als extrem kleine Blasen oder Bläschen durch die Trennwand 4 in die erste Kammer 2 ein. Als Ergebnis erhält man eine Erhöhung der Sauerstoff­ konzentration des Wassers in der ersten Kammer 2. Der Sauerstoff ist teilweise als Bläschen im Wasser in der ersten Kammer 2 enthalten.
Am anderen Ende des Behälters 1 ist ein rohrförmiger Auslaß 12 angebracht, der dazu vorgesehen ist, das sauerstoffhaltige Wasser aus der zweiten Kammer 2 aus dem Behälter 1 abzuführen. Das sauerstoffhaltige Wasser wird in das im Wassertank 9 enthaltene Wasser 10 eingeleitet.
Ausführungsbeispiel 1
In Fig. 1 wurde sauerstoffhaltiges Wasser der ersten Kammer 2 durch den Auslaß 12 in den Wassertank 9 eingeführt. Der Wasser­ tank 9 weist ein Gesamtvolumen von 100 l auf und kann etwa 70 bis 80 l Wasser aufnehmen. Der Wassertank 9 ist in einem (hier nicht dargestellten) Kühlgerät aufgenommen, so daß die Tempe­ ratur des Wassers 10 etwa im Bereich von 1 bis 4°C liegt. In das Wasser 10 ist Frischgemüse oder Gemüse 11 eingetaucht. Das Wasser wird durch die Pumpe 5 derart bewegt, daß es mittels eines Rohres oder einer Leitung in die erste Kammer 2 erneut durch den Einlaß 6 eingeführt wird. In anderen Worten ausge­ drückt, wurde das Wasser umgewälzt oder rückgeführt. Es werden die Wasseraufnahmekoeffizienten der Gemüse verglichen, wobei zum einen ein erfindungsgemäßes Beispiel herangezogen wird, bei dem unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 fünf Stunden ein Sauerstofflösevorgang durchgeführt wurde, und bei dem zum andern ein Vergleichsbeispiel herangezogen wird, bei dem kein sauerstoffhaltiges Wasser in das Wasser 10 eingeführt wurde. Im Falle von Chinakohl (Nappa-Gemüse) betrug der Wasseraufnahme­ koeffizient im Vergleichsbeispiel 5,5%, wohingegen dieser 50% beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel betrug. Im Fall von Kopfsalat beträgt im Vergleichsbeispiel der Wasseraufnahme­ koeffizient 6%, wohingegen er 49% beim erfindungsgemäßen Beispiel beträgt. Gleichermaßen beträgt der im Falle von Spinat 7,3% beim Vergleichsbeispiel, wohingegen er 38% beim erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt. Im Falle von Winter­ zwiebeln beträgt er beim Vergleichsbeispiel 4,6%, wohingegen er 35% beim erfindungsgemäßen Beispiel beträgt.
In der vorangegangenen Beschreibung steht der Wasserabsorptions­ koeffizient für das Prozentualverhältnis zwischen dem Gewicht des Gemüses, bevor es in den Wasserdruck eingetaucht wurde und dem Gewicht des Gemüses, nachdem es für eine bestimmte Anzahl von Stunden im Wassertank eingetaucht war.
Ausführungsbeispiel 2
Es wurden Untersuchungen unter Verwendung von 400 cm3 natür­ lichen Wassers eines kleinen Flusses durchgeführt. Es wurden im Wasser einige Killifische gezüchtet, währenddessen Sauerstoff erfindungsgemäß im Wasser gelöst wurde.
Es wird das Aufwachsen von Killifischen verglichen, wobei zum einen ein erfindungsgemäßes Beispiel herangezogen wird, bei dem Sauerstoffgas im Wasser gelöst wurde und zum andern ein Vergleichsbeispiel herangezogen wird, bei dem Wasser aus demselben kleinen Fluß entnommen wurde, das einer andauernden Belüftung durch eine Belüftungseinheit für Aquariumfische unterworfen wurde, um Luft in das Wasser in an sich bekannter Weise einzuführen. Den ersten Tag überlebten sowohl im Ver­ gleichsbeispiel als auch im erfindungsgemäßen Ausführungsbei­ spiel zehn Killifische. Beim Vergleichsbeispiel lebten am zweiten Tag allerdings nur noch acht Killifische, wohingegen beim erfindungsgemäßen Beispiel noch alle zehn Killifische lebten. Am vierten und am achten Tag lebten beim Vergleichsbei­ spiel nur noch sieben Killifische, wohingegen weiterhin zehn Killifische beim erfindungsgemäßen Beispiel lebten.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, mit der Beispiel 2 durchgeführt werden kann. In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugsziffern die gleichen oder entsprechenden Bauteile wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Daher werden diese Bauteile nicht nochmals erläutert und nur die neuen bzw. zusätzlichen Bauteile werden näher beschrieben. Anstatt des zylinderförmigen Sauerstoffbehälters 8 ist ein Luftkompressor 13 vorgesehen. Der Wassertank 9 ist durch ein Drahtnetz 14 ersetzt worden, das in das Wasser eingetaucht wird. Ein Fisch 15 ist im Wasser aufgenommen, das vom Drahtnetz 14 umrundet wird. Der Behälter 1 ist auch in diesem Bereich angeordnet.
Ausführungsbeispiel 3
In einen Behälter werden 180 l Leitungswasser geschüttet und auf eine Temperatur zwischen 1 und 4°C abgekühlt. Anschließend wird Sauerstoff auf erfindungsgemäße Art und Weise ins Wasser zu Lösen eingepreßt.
Die zeitliche Änderung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff wird verglichen zwischen einem erfindungsgemäßen Ausführungs­ beispiel, bei dem Sauerstoff im im Behälter aufgenommenen Leitungswasser gelöst wurde und einem Vergleichsbeispiel, bei dem 10 l/Minute Preßluft in das im Behälter aufgenommene Lei­ tungswasser eingeführt wurde. Das Ergebnis ist in Fig. 3 dargestellt. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen, nimmt die Konzen­ tration an gelöstem Sauerstoff rasch von dem ursprünglichen Wert von 8 ppm auf 16 ppm zu, der dem Sättigungswert entspricht und zwar beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel schon nach Ablauf einer Stunde. Beim Vergleichsbeispiel wurde jedoch die Konzentration an gelöstem Sauerstoff nur langsam von dem Ausgangszustand 8 ppm allmählich nach 5 Stunden auf 12 ppm erhöht.
Wie aus dem Vorhergesagten zu entnehmen, kann erfindungsgemäß ein Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, aus der zweiten Kammer in vorteilhafter Weise in einer Flüssigkeit in der ersten Kammer über eine Trennwand gelöst werden, die aus porösem Keramikmaterial hergestellt ist und zwar derart, daß die Blasen, die aus der ersten Kammer durch die Trennwand in die zweite Kammer eintreten, sehr klein sind.

Claims (17)

1. Verfahren zum Lösen von Gasen, mit den Schritten:
Einführen einer Flüssigkeit in eine erste Kammer (2) eines Behälters (1);
Einrichten des Druckes des zu lösenden Gases höher als der Druck der Flüssigkeit;
Einführen des unter Druck stehenden Gases in eine zweite Kammer (3) des Behälters (1);
Durchströmenlassen des Gases durch eine Trennwand (4) aus porösem keramischen Material in die Flüssig­ keit hinein, und
Abführen der Flüssigkeit aus der ersten Kammer (2) des Behälters (1).
2. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit, die durch Auslaßmittel abgeführt wird, Bläschen enthält, die, nachdem sie von der zweiten Kammer durch die Trennwand in die erste Kammer hinein geführt wurden, teilweise nicht gelöst sind.
3. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Poren im keramischen Material etwa 0,8 µ oder weniger ist.
4. Verfahren zum Lösen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases etwa um das zweifache Höher ist als der Druck der Flüssigkeit.
5. Verfahren zum Lösen eines Gases nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine unter Druck stehende Flüssigkeit ist.
6. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Flüssigkeit etwa 0,1 bis 5 kg/cm2 Überdruck beträgt.
7. Vorrichtung zum Lösen von Gasen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Flüssigkeit etwa 1 kg/cm2 Überdruck beträgt.
8. Verfahren zum Lösen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Frischwasser, Meerwasser oder Abwasser ist.
9. Verfahren zum Lösen von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Sauerstoff­ gas, Luft oder ein Mischgas aus Sauerstoff und Luft ist.
10. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unter Druck stehendes Wasser, und daß das Gas unter Druck stehendes Sauerstoffgas ist.
11. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) aus mehreren Keramikschichten besteht.
12. Verfahren zum Lösen von Gasen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer ersten Keramik­ schicht, die der ersten Kammer (2) zugewandt ist, etwa 5 bis 40 µ beträgt.
13. Vorrichtung zum Lösen von Gasen, mit
einem einen Innenraum aufweisenden Behälter (1);
mit Trennwandmittel (4) zum Auftrennen des Innen­ raums des Behälters (1) in eine erste Kammer (2) und in eine zweite Kammer (3);
mit ersten Einlaßmitteln (6) für den Behälter (1) zum Einführen einer Flüssigkeit in die erste Kammer (2);
mit zweiten Einlaßmitteln (7) für den Behälter (1) zum Einführen eines unter Druck stehenden Gases in die zweite Kammer (3);
mit Auslaßöffnungsmitteln (12) für den Behälter (1) zum Abführen der Flüssigkeit aus der ersten Kammer (2); und
mit Mitteln zum Einrichten des Druckes des unter Druck stehendes Gases im Behälter höher als den Druck der Flüssigkeit im Behälter (1);
wobei die Trennwandmittel (4) ein poröses keramisches Material aufweisen, und wobei Gas, das aus der zweiten Kammer (3) durch die Trennwand (4) in die erste Kammer (2) strömt, zu kleinen Bläschen in der Flüssigkeit wird.
14. Vorrichtung zum Lösen von Gasen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einlaßmittel (6) an einem Ende des Behälters (1) angeordnet sind, und daß die Auslaßöffnungsmittel (12) am anderen Ende des Behälters (1) angeordnet sind.
15. Vorrichtung zum Lösen von Gasen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (14) die Form eines Rohres aufweist, und daß die erste Kammer (2) im Innenraum des Rohres und daß die zweite Kammer (3) um die Außenseite des Rohres angeordnet ist.
16. Vorrichtung zum Lösen von Gas nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) aus mehreren Keramikschichten besteht.
17. Vorrichtung zum Lösen von Gasen nach Anspruch 16, dadurch gekenzeichnet, daß die Dicke der ersten Keramikschicht, die der ersten Kammer (2) zugewandt ist, etwa 5 bis 40 µ beträgt.
DE3833023A 1987-10-01 1988-09-29 Verfahren und vorrichtung zum loesen von gasen Granted DE3833023A1 (de)

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