DE4224912A1 - REACTOR - Google Patents
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Abstract
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor für ein Zweiphasen- oder Dreiphasensystem.This invention relates to a reactor for a Two-phase or three-phase system.
Die Erfindung findet besonders bei der Durchlüftung eines Fluids, das eine Aufschlämmung aus Mineralpartikeln umfaßt, mit Luft oder bei Bedarf mit einem anderen geeigneten sauerstoffhaltigen Gas Anwendung, beispielsweise bei der aeroben bakteriellen Extraktion. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und erstreckt sich auf die Durchlüftung aller Systeme aus Gas/Flüssigkeit, Gas/ Flüssigkeit/Feststoff oder Gas/Flüssigkeit/Feststoff/Mikro bakterien.The invention finds particular in the ventilation of a Fluids comprising a slurry of mineral particles, with air or if necessary with another suitable one oxygen-containing gas application, for example in the aerobic bacterial extraction. However, the invention is not limited to this application and extends to the ventilation of all systems of gas / liquid, gas / Liquid / solid or gas / liquid / solid / micro bacteria.
Die Erfindung hat die Vorteile der Durchlüftung eines Fluids mit Gas bei geringem Energieeinsatz und mit hoher Leistung, dies ist auf die Ausnutzung des Gases bezogen.The invention has the advantages of aeration Fluids with gas at low energy input and high Performance, this is related to the utilization of the gas.
Der hier verwendete Begriff "Durchlüftung" bedeutet die Einführung eines oder mehrerer Gase in ein Fluid.The term "aeration" as used herein means the Introduction of one or more gases into a fluid.
Reaktoren zur Durchlüftung von Aufschlämmungen werden seit vielen Jahren in der Bergbauindustrie verwendet. Die zwei wichtigsten Typen von Reaktoren sind der Pachuca- (oder mit Luft gerührte Reaktor) und der mechanisch gerührte Reaktor.Reactors for the aeration of slurries are since used many years in the mining industry. The two main types of reactors are the Pachuca (or with Air stirred reactor) and the mechanically stirred reactor.
Der Pachucareaktor war am Anfang aufgrund seiner einfachen Konstruktion und der einfachen Betriebsweise begünstigt, verliert jedoch seine Vorteile allmählich, da die Reaktor größe zunimmt. Dieser Bedeutungsverlust resultiert aus den großen Mengen komprimierter Luft, die für eine gute Suspen sion der Mineralien erforderlich ist. Die Verweilzeit der Luft im Pachucareaktor ist für eine wirksame Massenüber tragung zu gering und Pachucareaktoren neigen zur Kanali sierung der Luft. Das Rühren mit Luft ist im allgemeinen unzureichend, da die Blasengröße für ein wirksames Rühren zu hoch ist, um eine wirksame Massenübertragung zu gewähr leisten.The pachuco reactor was at the beginning due to its simple nature Design and ease of operation favors, However, its benefits are gradually losing as the reactor size increases. This loss of meaning results from the large amounts of compressed air for a good bucket Minerals is required. The residence time of Air in the pachuco reactor is an effective mass overflow The transmission is too low and pachuco reactors tend to canali sation of the air. The stirring with air is in general insufficient as the bubble size for effective stirring is too high to ensure an efficient mass transfer Afford.
Das mechanische Rühren wird insbesondere für große Reak toren immer umfangreicher verwendet, da die Gestaltung der Rührflügel effizienter geworden ist und es deutlich wurde, daß die zusätzlichen Kosten durch die relativ niedrigere Energie mehr als kompensiert werden, die zum Rühren erfor derlich ist.The mechanical stirring is especially for large reac More and more extensive used, as the design of the Agitator has become more efficient and it became clear that the additional costs are due to the relatively lower Energy more than compensated for, which requires stirring is derlich.
Für eine wirksame Massenübertragung der Luft in die Lösung ist es erforderlich, in einem gut gemischten System eine feine Dispersion der Blasen zu erhalten, wobei diese Blasen im Reaktor eine hohe Verweilzeit aufweisen. In der Praxis wurde dies erreicht, indem Luft durch einen Turbinenrühr flügel mit hoher Scherkraft geleitet oder indem Luft durch eine Membran oder einen porösen Diffusor eingeführt wird. Diese beide Verfahren sind energieaufwendig, da die Luft mit ausreichendem Überdruck eingeführt werden muß, um den Druck der Flüssigkeit an der Einspritzstelle zu überwinden und den Druckabfall entlang der Einspritzöffnung, der Membran oder des Diffusors zu überwinden. Üblicherweise befindet sich die Einspritzstelle am Boden des Reaktors und besonders im Falle der Durchlüftung großer Gefäße bilden die Kosten und die Energiekosten für das Anfahren den Hauptteil der Kosten, um die Luft auf den Druck zu komprimieren, der zum Einspritzen erforderlich ist. Wenn die Behälter tiefer als etwa 10 m sind, ist eher die Installa tion teurer Hochdruckkompressoren erforderlich, als die von Luftgebläsen. Außerdem kann die Verwendung eines porösen Diffusors oder von Einblasrohren in Reaktoren für Aufschlämmungen zu Verlusten bei der Betriebszeit führen, wenn der Diffusor freigemacht werden muß.For effective mass transfer of the air into the solution It is necessary in a well mixed system to obtain fine dispersion of the bubbles, these bubbles have a high residence time in the reactor. In practice This was achieved by blowing air through a turbine agitator Guided by high shear or by passing air through a membrane or a porous diffuser is introduced. These two methods are energy consuming, as the air with sufficient overpressure must be introduced to the Pressure of the liquid to overcome at the injection point and the pressure drop along the injection port, the Overcome membrane or the diffuser. Usually is the injection point at the bottom of the reactor and especially in the case of aeration of large vessels the cost and the energy costs for starting the Main part of the cost to the air to the pressure too compress required for injection. If the Vessels deeper than about 10 meters are more likely to be the installa expensive high-pressure compressors required, as those of air blowers. In addition, the use of a porous diffuser or of injection pipes in reactors for Slurries lead to losses in operating time, when the diffuser needs to be cleared.
Mechanisch gerührte Reaktoren werden uneffektiv, wenn große Luftmengen nötig sind, da die für die Dispersion der Luft in den Reaktoren erforderliche Leistung sehr hoch wird. Im Falle von bakteriellen Reaktoren können außerdem die an den Blattspitzen der Hochgeschwindigkeitsrührflügel vorhandenen Scherkräfte die Bakterien zerstören.Mechanically stirred reactors become ineffective when large Air volumes are needed because of the dispersion of air In the reactors required power is very high. in the Traps of bacterial reactors may also be added to the Blade tips of high-speed impellers existing Shearing forces destroy the bacteria.
Besonders bei Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Systemen, bei denen es von Bedeutung ist, die Feststoffe in Suspension zu hal ten, wird die für die Zirkulation des Fluids im Durchlüfter erforderliche Leistung zum signifikanten Kostenfaktor.Especially in gas / liquid / solid systems in which it is important to halve the solids in suspension This is used for the circulation of the fluid in the ventilator required performance at a significant cost factor.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Reaktor zur Ein führung eines Gases in ein Fluid geschaffen, welcher um faßt:The present invention provides a reactor for Ein leadership of a gas created in a fluid, which um summarizes:
einen Mischbehälter für das Fluid, eine Trenneinrichtung, um den Behälter in mindestens zwei Kammern zu unterteilen und damit das Fluid an einem unteren Bereich und einem oberen Bereich des Behälters zwischen diesen Kammern strö men kann, eine Pumpeneinrichtung, die in einer der Kammern angeordnet ist, damit das Fluid in einer Kammer nach unten und in der anderen Kammer nach oben zirkuliert, eine Ein richtung zur Erzeugung eines Bereiches mit verringertem Druck in einem Teil des Fluids, eine Einrichtung zur Ein führung von Gas in das Fluid in diesem Bereich mit verringertem Druck, um das Fluid zu durchlüften, und eine Einrichtung zur Einführung des durchlüfteten Fluids in das zirkulierende Fluid im Behälter.a mixing container for the fluid, a separating device, to divide the container into at least two chambers and thus the fluid at a lower area and a the upper area of the container between these chambers strö men can, a pumping device, in one of the chambers is arranged so that the fluid in a chamber down and circulating in the other chamber, an on direction for generating a region with reduced Pressure in a part of the fluid, means for Ein guiding gas into the fluid in this area reduced pressure to aerate the fluid, and a Device for introducing the aerated fluid into the circulating fluid in the container.
Es ist bevorzugt, daß die Trenneinrichtung ein Saugrohr umfaßt, das so gestaltet ist, daß es in das Fluid im Be hälter eingetaucht wird, wobei dieses Saugrohr ein offenes oberes Ende und ein offenes unteres Ende aufweist.It is preferred that the separator means a suction tube which is designed so that it flows into the fluid in Be dipped, this suction tube is an open having upper end and an open lower end.
Es ist besonders bevorzugt, daß der Behälter zylindrisch und das Saugrohr in der Mitte in diesem Behälter angeordnet ist, um den Behälter in eine innere und eine äußere ring förmige Kammer zu unterteilen.It is particularly preferred that the container is cylindrical and the suction tube is arranged in the middle in this container is to put the container in an inner and an outer ring subdivide shaped chamber.
Es ist bevorzugt, daß im Saugrohr eine Pumpeneinrichtung angeordnet ist.It is preferred that in the suction pipe, a pump device is arranged.
Es ist bevorzugt, daß diese Pumpeneinrichtung eine Axial pumpe umfaßt.It is preferred that this pump means is an axial includes pump.
Es ist besonders bevorzugt, daß diese Axialpumpe Rührflügel umfaßt, die im Saugrohr angeordnet sind.It is particularly preferred that this axial flow impeller includes, which are arranged in the suction pipe.
Es ist bevorzugt, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Be reiches mit verringertem Druck im Fluid ein rohrförmiges Teil umfaßt, das einen Bereich mit verringertem Querschnitt aufweist, um dem durch den rohrförmigen Körper strömenden Fluid einen Venturieffekt zu verleihen, wodurch in diesem Bereich mit verringertem Querschnitt die Geschwindigkeit des Fluids zunimmt und der Druck des Fluids abnimmt.It is preferred that the means for generating the Be rich with reduced pressure in the fluid a tubular Part comprising a region of reduced cross-section to flow through the tubular body Fluid to give a Venturi effect, causing in this Area with reduced cross-section the speed of the fluid increases and the pressure of the fluid decreases.
Bei einer bevorzugten Anordnung wird der Bereich mit ver ringertem Querschnitt geschaffen, indem im rohrförmigen Teil eine Verengung gebildet wird. Bei einer weiteren be vorzugten Ausführungsform wird der Bereich mit verengtem Querschnitt gebildet, indem in das rohrförmige Teil eine Beschränkung eingesetzt wird.In a preferred arrangement, the range is ver ringertem cross-section created by the tubular Part of a constriction is formed. In another be preferred embodiment, the area is narrowed Cross-section formed by in the tubular part a Restriction is used.
Es ist bevorzugt, daß die Einrichtung zur Einführung des Gases in das Fluid eine poröse Membran, Löcher oder Düsen umfaßt.It is preferred that the means for introducing the Gas in the fluid a porous membrane, holes or nozzles includes.
Durch die vorliegende Erfindung wird auch ein Verfahren zur Einführung eines Gases in ein Fluid geschaffen, welches um faßt:The present invention also provides a method for Introduction of a gas created in a fluid, which um summarizes:
Zirkulierung des Fluids durch eine Pumpeneinrichtung in einem Mischbehälter mit zumindest zwei Kammern, die im obe ren und unteren Bereich des Behälters in Fluidverbindung stehen, so daß das Fluid in einer Kammer nach unten und in der anderen nach oben strömt, Schaffung eines Bereiches mit verringertem Druck in einem Abschnitt des Fluids, Einfüh rung von Gas in diesen Abschnitt des Fluids im Bereich mit verringertem Druck, um das Fluid zu durchlüften, und Einführung des durchlüfteten Fluids in das im Behälter zir kulierende Fluid.Circulation of the fluid through a pump device in a mixing vessel with at least two chambers in the obe ren and bottom of the container in fluid communication stand so that the fluid in a chamber down and in the other flows upwards, creating an area with reduced pressure in a portion of the fluid, introducing tion of gas in this section of the fluid in the area with reduced pressure to aerate the fluid, and Introduction of the aerated fluid in the zir in the container culminating fluid.
Diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, welche zeigen:This invention will be with reference to the attached Drawings further explained, which show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors, Fig. 1 is a schematic representation of the preferred embodiment of the reactor according to the invention,
Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung der grundsätzlichen Gestaltung der Venturieinrichtung zur Verwendung im in Fig. 1 gezeigten Reaktor,Reactor Fig. 2 is a detailed schematic representation of the basic design of the venturi means for use in in Fig. 1 shown,
Fig. 3 eine detaillierte schematische Darstellung der be vorzugten Ausführungsform der Venturieinrichtung zur Verwendung im in Fig. 1 gezeigten Reaktor und Fig. 3 is a detailed schematic representation of the BE preferred embodiment of the Venturi device for use in the reactor shown in Fig. 1 and
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Sauerstoffaufnahme und der Sauerstoffausnutzung gegenüber der Luft strömung bei dem in Fig. 1 gezeigten Reaktor und bei einem herkömmlichen mit Luft gerührten Reaktor. Fig. 4 is a graph of the oxygen uptake and the oxygen utilization against the air flow in the reactor shown in Fig. 1 and in a conventional air-stirred reactor.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors wird hier im Zusammenhang mit der Durchlüftung einer Auf schlämmung aus Mineralien und Wasser mit Luft beschrieben. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß diese Erfindung nicht auf diesen Anwendungszweck beschränkt ist und sich auf die Durchlüftung jedes Fluids mit oder ohne suspendierten Feststoffen erstreckt.The preferred embodiment of the reactor according to the invention is here in connection with the ventilation of an up sludge of minerals and water with air described. It It must be noted, however, that this invention is not limited to this application and is based on the aeration of any fluid with or without suspension Solids extends.
Der in Fig. 1 gezeigte Reaktor 11 umfaßt einen Mischbehälter 12, der die Aufschlämmung enthält, ein senkrechtes Saugrohr 13, das in die Aufschlämmung getaucht ist, und einen von einem Motor angetriebenen axialen Rührflügel 14, der in der Nähe der Oberseite im Saugrohr 13 angeordnet ist. Der Behälter 12 kann jede geeignete Größe aufweisen. Das Saugrohr 13 hat ein offenes oberes und unteres Ende 16, 18 und ist in der Mitte des Mischbehälters 12 angeordnet, um den Mischbehälter 12 in die innere Kammer 21 und die äußere ringförmige Kammer 23 zu unterteilen. Bei Verwendung ruft der Rührflügel 14 eine nach unten gerichtete Strömung im Saugrohr 13 und anschließend eine Aufwärtsströmung in der äußeren ringförmigen Kammer 23 hervor. Die Strömung der Aufschlämmung wird so geregelt, daß die Mineralpartikel in Suspension gehalten werden.The reactor 11 shown in Fig. 1 comprises a mixing vessel 12 containing the slurry, a vertical suction pipe 13 immersed in the slurry, and an engine-driven axial stirring blade 14 disposed in the vicinity of the top in the suction pipe 13 is. The container 12 may be of any suitable size. The suction pipe 13 has an open upper and lower end 16 , 18 and is disposed in the center of the mixing container 12 to divide the mixing container 12 into the inner chamber 21 and the outer annular chamber 23 . In use, the impeller 14 causes a downward flow in the suction pipe 13 and then an upward flow in the outer annular chamber 23 . The flow of the slurry is controlled so that the mineral particles are kept in suspension.
Der Reaktor 11 umfaßt außerdem eine äußere Leitung zum Ab ziehen eines Teils der Aufschlämmung aus dem Mischbehälter 12, zur Durchlüftung der Aufschlämmung und Rückführung der mit Luft angereicherten Aufschlämmung zum Mischbehälter 12. Diese äußere Leitung umfaßt eine Umlaufleitung 6, eine Pumpe 15 zum Pumpen der Aufschlämmung entlang der äußeren Leitung und eine Venturieinrichtung 17 zur Durchlüftung der Auf schlämmung. Die äußere Leitung ist so angeordnet, daß sie die Aufschlämmung vom oberen Abschnitt des Mischbehälters 12 ab zieht und die mit Luft angereicherte Aufschlämmung an einer Stelle im Saugrohr 13 oberhalb des Rührflügels 14 zurück führt, um das Mischen der mit Luft angereicherten Aufschläm mung mit der im Mischbehälter 12 zirkulierenden Aufschlämmung zu optimieren. Die äußere Leitung umfaßt zumindest eine Wie dereintrittsdüse 19, die so angeordnet ist, daß sie die mit Luft angereicherte Aufschlämmung im Saugrohr 13 nach unten richtet.The reactor 11 also includes an outer conduit for drawing off a portion of the slurry from the mixing vessel 12 for aeration of the slurry and recycling of the air-enriched slurry to the mixing vessel 12 . This outer line comprises a circulation line 6 , a pump 15 for pumping the slurry along the outer line and a Venturieinrichtung 17 for aeration of the slurry on. The outer conduit is arranged to draw the slurry from the upper portion of the mixing vessel 12 and return the air-enriched slurry at a location in the draft tube 13 above the agitating blade 14 for mixing the air-enriched slurry slurry with the slurry Mixing tank 12 to optimize circulating slurry. The outer conduit comprises at least one of the dereintrittsdüse 19 , which is arranged so that it directs the air-enriched slurry in the suction pipe 13 downwards.
Fig. 2 zeigt die grundsätzlichen Gestaltungsmerkmale der Venturieinrichtung 17. Wie es in dieser Figur gezeigt ist, umfaßt die Venturieinrichtung 17 einen rohrförmigen Körper 25 mit einer Einlaßseite 41 und einer Auslaßseite 43 und eine mittlere Verengung 3, die den Bereich mit reduziertem Quer schnitt definiert, in dem sich Löcher 2 zur Einführung der Luft befinden, damit diese mit der Aufschlämmung vermischt wird. Wenn die Aufschlämmung durch den rohrförmigen Körper 25 in der durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtung strömt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu, wenn die Aufschlämmung die Verengung 3 betritt, wodurch entsprechend der Bernoulli- Gleichung ein Bereich mit verringertem Druck erzeugt wird. Um die Luft in diesen Bereich mit verringertem Druck einzufüh ren, ist es folglich nicht erforderlich, daß die Luft einen hohen Druck aufweist, die Luft kann mit niedrigem Druck oder durch natürliche Ansaugung eingebracht werden. Wenn die Auf schlämmung aus der Verengung 3 fließt, betritt sie einen Be reich mit vergrößertem Querschnitt 5, worin die Fluidge schwindigkeit abnimmt und der Druck ansteigt. FIG. 2 shows the basic design features of the venturi device 17 . As shown in this figure, the Venturieinrichtung 17 comprises a tubular body 25 having an inlet side 41 and an outlet side 43 and a central constriction 3 , which defines the section of reduced cross-section, in which there are holes 2 for introducing the air so that it is mixed with the slurry. As the slurry flows through the tubular body 25 in the direction indicated by the arrow A, the flow rate increases as the slurry enters the throat 3 , producing a region of reduced pressure in accordance with the Bernoulli equation. Consequently, in order to introduce the air into this area under reduced pressure, it is not necessary for the air to be high in pressure, for the air to be introduced at low pressure or by natural suction. As the slurry flows out of the throat 3 , it enters a region of enlarged cross-section 5 where the fluid velocity decreases and the pressure increases.
Der Bereich mit vergrößertem Querschnitt 5 ist so gestaltet, daß sich eine maximale Energiegewinnung ergibt, wenn sich die mit Luft angereicherte Aufschlämmung ausdehnt, da sie aus der Verengung 3 herausfließt. Außerdem sind die Gestaltung und die Betriebsparameter der Venturieinrichtung 17 so ausge wählt, daß Luftblasen mit optimaler Größe für eine wirksame Massenübertragung des Sauerstoffs aus den Blasen auf die Auf schlämmung gebildet werden. Als Folge ist eine minimale Luft menge erforderlich, wodurch die Betriebskosten verringert werden. Die Gestaltung und die Betriebsparameter umfassen die Strömungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung, den Luftdruck und die Einrichtung zum Einspritzen der Luft in die Aufschläm mung.The region of increased cross-section 5 is designed so that maximum energy is obtained when the air-enriched slurry expands as it flows out of the throat 3 . In addition, the design and the operating parameters of the Venturieinrichtung 17 are so selected that air bubbles are formed with optimum size for effective mass transfer of oxygen from the bubbles on the slurry on. As a result, a minimum amount of air is required, whereby the operating costs are reduced. The design and operating parameters include the flow rate of the slurry, the air pressure and the means for injecting the air into the slurry.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Venturi einrichtung 17 für die Verwendung bei einem Mischtank 12 mit 3000 Liter Kapazität und einer Umlaufleitung 6 mit 75 mm Durchmesser. Die Verengung 3 der Venturieinrichtung 17 umfaßt einen Einlaßkonus 45 mit 25° und einen Auslaßkonus 47 mit 7°. Der Durchmesser der Verengung 3 beträgt 25 mm und der Durch messer der Auslaß- und Einlaßseite 41, 43 beträgt 75 mm. Die Löcher 2 sind im Auslaßkonus 47 der Verengung 3 und in drei Umfangsreihen angeordnet, die 5 mm voneinander getrennt sind, wobei jede Reihe 24 Löcher mit 1 mm umfaßt. Fig. 3 shows a preferred embodiment of the Venturi device 17 for use in a mixing tank 12 with 3000 liters capacity and a circulating line 6 with 75 mm in diameter. The constriction 3 of the venturi 17 comprises an inlet cone 45 at 25 ° and an outlet cone 47 at 7 °. The diameter of the constriction 3 is 25 mm and the diameter of the outlet and inlet side 41 , 43 is 75 mm. The holes 2 are arranged in the outlet cone 47 of the constriction 3 and in three circumferential rows separated by 5 mm, each row comprising 24 holes of 1 mm.
Die Erfindung ist in ihren grundsätzlichen Aspekten nicht auf die hier genannten spezifischen Details beschränkt.The invention is not in its fundamental aspects the specific details specified here are limited.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des folgenden Beispiels erläutert.The invention will be described below with reference to the following example explained.
Es wurde ein Reihe von Versuchen in einem herkömmlichen Reak tor, der einen 3000-Liter-Mischbehälter umfaßt, der von einem axialen Rührflügel gerührt wird und eine Lufteinspritzung durch ein Ringeinblasrohr mit einem Bohrloch von 1 mm auf weist, das unterhalb des Rührflügels angeordnet ist, und der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors durchgeführt, die in Fig. 1 gezeigt ist und einen 3000-Liter- Mischbehälter umfaßt, der von einem axialen Rührflügel ge rührt wird, der im Saugrohr angeordnet ist, und der eine Venturieinrichtung aufweist, die die durchlüftete Aufschläm mung an eine Stelle oberhalb des axialen Rührflügels zurück führt.It has been a series of experiments in a conventional reac tor comprising a 3000 liter mixing container, which is stirred by an axial impeller and has an air injection through a Ringeinblasrohr with a hole of 1 mm, which is arranged below the agitator blade, and the preferred embodiment of the reactor according to the invention, which is shown in Fig. 1 and comprises a 3000-liter mixing vessel, which is stirred by an axial impeller, which is arranged in the suction tube, and which has a Venturieinrichtung, the aerated Aufschläm tion leads back to a point above the axial impeller.
Die Behälter enthielten eine Aufschlämmung mit 8% Gew./Vol. von abgereicherten Pyrit/Pyrhotit-Fraktionen, die mit Thiobacillus ferrooxidans bakteriell extrahiert worden war.The containers contained a slurry at 8% w / v. depleted pyrite / pyrhotite fractions with Thiobacillus ferrooxidans had been bacterially extracted.
Die Durchlüftungsleistung jedes Behälters wurde ausgewertet und die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.The aeration performance of each container was evaluated and the results are shown in FIG .
Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen: Fig. 4 shows the relationship between:
- a) der Sauerstoffaufnahme in der Aufschlämmung und die Luftströmung in den herkömmlichen Reaktor und in die bevor zugte Ausführungsform des Reaktors unda) the oxygen uptake in the slurry and the Air flow in the conventional reactor and in the before zugte embodiment of the reactor and
- b) die Sauerstoffausnutzung und die Luftströmung in den herkömmlichen Reaktor und in die bevorzugte Ausführungsform des Reaktors.b) the oxygen utilization and the air flow in the conventional reactor and in the preferred embodiment of the reactor.
Der Begriff "Sauerstoffaufnahme" bezieht sich auf die Sauer stoffmenge, die auf die Flüssigkeit übertragen wurde, und ist folglich ein direktes Merkmal des Durchlüftungsgrads. Der Be griff "Sauerstoffausnutzung" bezieht sich auf die Sauerstoff menge, die als Prozentsatz der Gesamtmenge des Sauerstoffs, der in den Reaktor eingebracht wurde, auf die Flüssigkeit übertragen wurde und ist folglich ein direktes Merkmal der Durchlüftungsleistung. The term "oxygen uptake" refers to the acid amount of substance that has been transferred to the liquid, and is thus a direct feature of the degree of ventilation. The Be handle "Oxygen utilization" refers to the oxygen amount, expressed as a percentage of the total amount of oxygen, which was introduced into the reactor, to the liquid has been transferred and is therefore a direct feature of Ventilation performance.
In Fig. 4 bezieht sich der Begriff "Lufteinblasrohr" auf den herkömmlichen Reaktor und der Begriff "Venturidurchlüfter" auf die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors.In Fig. 4, the term "air sparger" refers to the conventional reactor and the term "venturi fan" to the preferred embodiment of the reactor of the present invention.
Die Ergebnisse in Fig. 4 zeigen, daß die Durchlüftungslei stung der bevorzugten Ausführungsform des Reaktors deutlich besser als die des herkömmlichen Reaktors war. Als besonderes Beispiel ist es bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Reaktors möglich, die Aufschlämmung mit 150 mg O2/l der Auf schlämmung/h bei einer Luftströmung von 60 l/min und einer Sauerstoffausnutzung von 50% zu durchlüften, wohingegen es beim herkömmlichen Reaktor nur möglich war, die Aufschlämmung mit 150 mg O2/l der Aufschlämmung/h bei einer beträchtlich höheren Luftströmung von 150 l/min und einer deutlich niedri geren Sauerstoffausnutzung von 20% zu durchlüften.The results in Fig. 4 show that the Durchläüftungslei Stung the preferred embodiment of the reactor was significantly better than that of the conventional reactor. As a specific example, in this preferred embodiment of the reactor, it is possible to aerate the slurry with 150 mg O 2 / l slurry / hr at 60 l / min air flow and 50% oxygen efficiency, whereas in the conventional reactor only it was possible to aerate the slurry with 150 mg O 2 / l of the slurry / h at a considerably higher air flow of 150 l / min and a significantly lower oxygen utilization of 20%.
Der Strombedarf zur Durchlüftung jedes Reaktortyps mit einem gegebenen Luftvolumen wurde beobachtet und wurde auf Werte ausgeweitet, die den angenommenen Strombedarf für die Durch lüftung in einem Behälter mit 1000 m3 darstellen. Die Ergeb nisse sind in Tabelle 1 gezeigt.The power requirement for aeration of each reactor type with a given volume of air was observed and was extended to values representing the assumed power requirement for the ventilation in a 1000 m 3 tank. The results are shown in Table 1.
Die Ergebnisse zeigen deutliche Stromeinsparungen bei der be vorzugten Ausführungsform des Reaktors verglichen mit dem herkömmlichen Reaktor. Die Ergebnisse zeigen insbesondere, daß die pro m3 zugeführter Luft nötige Energie für die bevor zugte Ausführungsform des Reaktors viermal niedriger als die beim herkömmlichen Reaktor war. Auf der Basis dieser Ergeb nisse der Energieausnutzung, um die oben erläuterte O2-Auf nahme von 150 mg O2/1 der Aufschlämmung/h zu erreichen, war die pro m3 übertragener Sauerstoff nötige Energie bei der be vorzugten Ausführungsform des Reaktors neunmal geringer als beim herkömmlichen Reaktor.The results show significant power savings in the preferred embodiment of the reactor compared to the conventional reactor. The results show, in particular, that the energy required per m 3 of supplied air for the before ferred embodiment of the reactor was four times lower than that in the conventional reactor. On the basis of these results of energy utilization to achieve the above-mentioned O 2 uptake of 150 mg O 2 / l of slurry / h, the energy required per m 3 of transferred oxygen was nine times lower in the preferred embodiment of the reactor as in the conventional reactor.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors weist gegenüber dem herkömmlichen Reaktor die folgenden Vor teile auf:The preferred embodiment of the reactor according to the invention has the following advantages over the conventional reactor Share on:
- i) Das Gas wird mit geringem Druck oder durch natürliche Ansaugung zugeführt, wodurch der Bedarf nach teuren Hochdruckkompressoren für Gas eliminiert und der Strombedarf des Reaktors verringert werden. Es ist deutlich, daß der Rührer nur verwendet wird, um die Mineralpartikel zu suspendieren und die durchlüftete Aufschlämmung zu zirkulieren.i) The gas is used with low pressure or by natural Intake, which reduces the need for expensive High pressure compressors for gas eliminated and the Electricity demand of the reactor can be reduced. It is clear that the stirrer is only used to the To suspend mineral particles and aerated To circulate slurry.
- ii) Das Gas wird an der Stelle der Venturieinrichtung, an der die Fluidgeschwindigkeit hoch ist, eingespritzt oder natürlich angesaugt. Dies erzeugt sehr kleine Blasen, wodurch die Massenübertragung von Sauerstoff in die Lösung verbessert wird. Als Folge werden die Betriebskosten verringert, da die für den Reaktor nö tige Luft minimiert wird.ii) The gas is applied at the location of the venturi the fluid velocity is high, injected or of course sucked. This produces very small Bubbles, causing the mass transfer of oxygen in the solution is improved. As a result, the Reduced operating costs, since the nö for the reactor air is minimized.
- iii) Die durchlüftete Aufschlämmung wird oberhalb des Rührflügels in einem mittleren Saugrohr mit geringem Druck zum Mischbehälter zurückgeführt. Folglich wer den die Betriebskosten verringert, da der für die Zirkulation des Stroms nötige Strom der Pumpe mini miert wird.iii) The aerated slurry is placed above the Stirrer in a middle intake manifold with low Pressure returned to the mixing tank. Consequently, who which reduces the operating costs, since the for the Circulation of the current necessary current of the pump mini is being mingled.
- iv) Die Kapitalkosten des Reaktors werden minimiert, da es im Mischbehälter weniger innere Teile gibt. Außer dem können größere Reaktoren gebaut werden, was zu einer ausgeglichenen Ökonomie führt.iv) The capital costs of the reactor are minimized because There are less internal parts in the mixing bowl. except larger reactors can be built, resulting in a balanced economy.
- v) Die Wartungskosten und die Ausschaltzeit werden mini miert, da es im Mischbehälter wenige Teile gibt, die ausfallen können. Die Wartung der äußeren Komponenten ist einfach, da die einzelne Durchlüftungseinrichtung zur Wartung abgeschaltet werden kann, ohne die Ge samtleistung des Reaktors zu beeinflussen. Der Ersatz einer verstopften Durchlüftungseinrichtung kann mit minimaler Unterbrechung des Verfahrens schnell erfol gen.v) The maintenance costs and the switch-off time become mini miert, since there are few parts in the mixing container, the can fail. The maintenance of the outer components is easy because the single venting device can be turned off for maintenance without the Ge Total power of the reactor to influence. The replacement a clogged aeration device can with minimal interruption of the procedure quickly success gene.
- vi) Die Erfindung ist für eine effiziente Gasbeschickung und Suspension der Feststoffe in einem Gas/Flüssig keit/Feststoff-System oder für eine effiziente Gasbe schickung zu einem Flüssigkeitssystem geeignet. Ein Beispiel der Anwendung dieser Erfindung ist die Sus pension und Durchlüftung einer Reaktionsaufschlämmung von Mineralpartikeln, wie beim bakteriellen Extrahie ren. Andere Verwendungen umfassen die Biomethanisie rung von Synthesegas, die aerobe Digestion bzw. der aerobe Aufschluß von Abwasser oder anderem Schlamm bei der Herstellung von synthetischem Rutil, z. B. beim Becher-Verfahren. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gebiete beschränkt.vi) The invention is for efficient gas charging and suspension of the solids in a gas / liquid keit / solids system or for an efficient Gasbe Suitable for a fluid system. On Example of the application of this invention is the Sus pension and aeration of a reaction slurry of mineral particles, as in bacterial extract Other uses include biomethanization tion of synthesis gas, aerobic digestion or the aerobic digestion of sewage or other sludge in the preparation of synthetic rutile, e.g. B. in the cup method. The application of the invention however, is not limited to these areas.
Es können viele Modifikationen der hier beschriebenen Ausfüh rungsform des Reaktors vorgenommen werden.There may be many modifications to the Ausfüh described here tion form of the reactor.
Obwohl der Rührflügel 14 bei dieser bevorzugten Ausführungs form in der Nähe der Oberseite des Saugrohrs 13 angeordnet ist, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, der Rührflügel 14 kann in jeder geeigneten Position entlang der Länge des Saugrohrs 13 angeordnet werden.Although the impeller 14 is arranged in this preferred embodiment form near the top of the suction tube 13 , the invention is not limited to this arrangement, the impeller 14 may be arranged in any suitable position along the length of the suction pipe 13 .
Claims (11)
einen Mischbehälter (12) für das Fluid, eine Trennein richtung, um den Behälter in mindestens zwei Kammern zu unterteilen und damit das Fluid an einem unteren und
einem oberen Bereich des Behälters zwischen diesen Kam mern strömen kann, eine Pumpeneinrichtung, die in einer der Kammern angeordnet ist, damit das Fluid in einer Kammer nach unten und in der anderen nach oben zirku liert, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches mit verringertem Druck in einem Teil des Fluids, eine Einrichtung zur Einführung von Gas in das Fluid in die sem Bereich mit verringertem Druck, um das Fluid zu Durchlüften, und eine Einrichtung zur Einführung des durchlüfteten Fluids in das zirkulierende Fluid im Be hälter.1. reactor for introducing a gas into a fluid, characterized by:
a mixing container ( 12 ) for the fluid, a Trennein direction to divide the container into at least two chambers and thus the fluid at a lower and
an upper portion of the container can flow between these Kam, a pumping device which is arranged in one of the chambers, so that the fluid in one chamber downwards in the chamber and in the other zirku upwards, means for generating a region of reduced pressure in a portion of the fluid, means for introducing gas into the fluid in the reduced pressure region to aerate the fluid, and means for introducing the aerated fluid into the circulating fluid in the container.
Zirkulation des Fluids mit einer Pumpeneinrichtung in einem Mischbehälter mit zumindest zwei Kammern, die im oberen und unteren Bereich des Behälters in Fluidver bindung stehen, so daß das Fluid in einer Kammer nach unten und in der anderen nach oben strömt, Schaffung eines Bereiches mit verringertem Druck in einem Teil des Fluids, Einführung des Gases in diesen Teil des Fluids im Bereich mit verringertem Druck, um das Fluid zu durchlüften, und Einführung des durchlüfteten Fluids in das im Behälter zirkulierende Fluid.10. A method of introducing a gas into a fluid, characterized by
Circulation of the fluid with a pumping device in a mixing container with at least two chambers, which are in fluid communication in the upper and lower portions of the container, so that the fluid flows down in one chamber and in the other up, creating a region of reduced pressure in a portion of the fluid, introducing the gas into that portion of the fluid in the region of reduced pressure to aerate the fluid, and introducing the aerated fluid into the fluid circulating in the container.
einen Mischbehälter (12) für das Fluid, ein Saugrohr (13) zur Unterteilung des Behälters in zumindest zwei Kammern, wobei das Saugrohr ein offenes oberes und un teres Ende (16, 18) aufweist, damit das Fluid an einem unteren und oberen Bereich des Behälters zwischen den Kammern strömen kann, eine Axialpumpe mit einem Rührflügel (14), der im Saugrohr angeordnet ist, damit das Fluid im Saugrohr nach unten und dann in der ande ren Kammer nach oben zirkuliert, eine Einrichtung zur Schaffung eines Bereiches mit verringertem Druck in einem Teil des Fluids, die ein rohrförmiges Teil um faßt, das einen Bereich mit verringertem Querschnitt aufweist, um dem durch das rohrförmige Teil fließenden Fluid einen Venturieffekt zu verleihen, wodurch in die sem Bereich mit verringertem Querschnitt die Geschwin digkeit des Fluids zunimmt und der Druck des Fluids ab nimmt, eine Einrichtung zur Einführung des Gases in das Fluid im Bereich mit verringertem Druck, um das Fluid zu durchlüften, und eine Einrichtung zur Einführung des durchlüfteten Fluids in das im Behälter zirkulierende Fluid.11. reactor for introducing a gas into a fluid, characterized by:
a mixing vessel ( 12 ) for the fluid, a suction pipe ( 13 ) for subdividing the vessel into at least two chambers, the suction pipe having an open upper and lower end ( 16 , 18 ) to allow the fluid to be at a lower and upper region of the Container between the chambers can flow, an axial pump with an impeller ( 14 ) which is arranged in the suction pipe, so that the fluid circulates in the suction pipe down and then in the walls ren chamber upwards, means for creating a region of reduced pressure in a portion of the fluid comprising a tubular member having a reduced cross-sectional area to impart a Venturi effect to the fluid flowing through the tubular member, thereby increasing the velocity of the fluid in the reduced area portion and the pressure of the fluid, means for introducing the gas into the fluid in the reduced pressure region to aerate the fluid and means for introducing the aerated fluid into the fluid circulating in the container.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |