DE4302867A1 - Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartig aufgebaute Vorrichtung ist aus der DE-PS 35 01 175 bekannt geworden.

Beim Einsatz von Flüssigkeiten mit groben Verschmutzungen besteht die Gefahr, daß diese Verschmutzungen sich an und in der Düsenplatte festsetzen und somit die Düsenlöcher verstopfen können, so daß die Effektivität dieser Vorrichtung beeinträchtigt wird.

Zur Reinigung der Düsenplatte muß dann durch die Vorrichtung Reinwasser gedrückt werden oder aber es ist eine Demontage von Vorrichtungsteilen erforderlich, so daß in beiden Fällen eine Unterbrechung im Mischungs- und Lösungsprozeß entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufgebaute Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß ihr Mischreaktor im düsenförmigen Flüssigkeitsdurchströmbereich in einfacher und sicherer Weise ohne Demonatagearbeiten und Unterbrechung des Misch- und Lösungsprozesses selbstreinigend ausgeführt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenplatte im Mischreaktor in mindestens zwei, im Bereich ihrer Düsenlöcher getrennte und zur Selbstreinigung der Düsenplatte gegeneinander bewegbare Plattenteile aufgeteilt ist.

Die Unteransprüche beinhalten Gestaltungsmerkmale, welche vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Mischreaktor als selbstreinigender Druckbelüfter ausgebildet, in dem die Düsenplatte, durch welche die mit Gas zu mischende und zu lösende Flüssigkeit hindurchgedrückt wird, in zwei oder mehrere Teile aufgeteilt worden ist, von denen ein oder mehrere Teile fest stehend und das andere oder weitere Teile bewegbar vorgesehen sind; die Teilung der Düsenplatte erfolgt dabei im Bereich der Düsenlöcher, so daß durch das Auseinanderfahren der Düsenplatte eine große Öffnung zwischen den Düsenteilen entsteht und auch die Düsenlöcher als halbe Löcher vorliegen, wodurch dann die Reinigung durch die durchfließende Flüssigkeiten erfolgt, indem diese die Verschmutzungen (Schwebstoffe, Partikel usw.) aus den Düsenlöchern und auch von der Düsenplatte wegspült.

Die Düsenplatte läßt sich dabei von Zeit zu Zeit auseinanderfahren oder aber wird druckabhängig in die Reinigungsstellung auseinander bewegt.

Die Düsenplatte ist äußerst einfach aufgebaut und auch in ihrer Teilung konstruktionsmäßig günstig gelöst und ergibt aufgrund ihrer Auseinander- und Zusammenfahrbarkeit einen hohen Gebrauchswert für die gesamte Vorrichtung.

Aufgrund dieser Gestaltung der Düsenplatte und des Selbstreinigungseffektes des Mischreaktors können in der Vorrichtung auch Medien mit hoher Viskosität behandelt werden, z. B. läßt sich der Eintrag von Gasen in der Nahrungsmittelindustrie mit dieser Vorrichtung durchführen.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht im teilweisen Schnitt einer Misch- und Lösungsvorrichtung mit in einen Lösungstank eingesetzten Mischreaktor mit zweigeteilter Düsenplatte,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Mischreaktor mit zweigeteilter Düsenplatte in zusammengefahrener Arbeitsstellung der beiden Düsenplattenteile,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die in einen Düsenring und einen Düsenkolben aufteilte Düsenplatte bei ineinanderliegender Arbeitsstellung beider Plattenteile,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf den Düsenring, aus dem zur Düsenplattenreinigung der Düsenkolben herausgefahren ist,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine im Bereich ihrer Düsenlochreihen in mehrere Düsenringe und einen Düsenkolben aufgeteilte Düsenplatte,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Düsenplatte nach Fig. 5 mit ineinanderliegenden Plattenteilen,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Düsenplatte gemäß Fig. 6 bei feststehenden und in die Reinigungsstellung herausgefahrenen Platten­ teilen.

Die Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in Flüssigkeiten weist einen mit Lösung (L) bis zu einem einstellbaren Niveau gefüllten, unter einem mittleren Druck stehenden, vertikalen Lösungstank (1) auf.

In diesen Lösungstank (1) ist von oben her ein Mischreaktor (2) eingesetzt, der mit einem vertikalen, einen Reaktionsraum bildenden Reaktionsrohr (3) in den Tank (1) auf eine gewisse Länge hineinragt. Weiterhin ist in den Tank (1) von oben her neben dem Mischreaktor (2) eine Gaszuleitung (4) hineingeführt.

Das im Tank (1) stehende untere Ende des Reaktionsrohres (3) ist durch eine Prallfläche (5) geschlossen.

Der Mischreaktor (2) besitzt im oberen Bereich außerhalb des Tankes (1) einen Zuführanschluß (6) für die Flüssigkeit und eine in Flüssigkeit-Einströmrichtung (A) dahinter angeordnete, im oberen Tankbereich liegende Düsenplatte (7). Oberhalb der Prallfläche (5) sind seitliche Austrittsöffnungen (8) für das Gas-Flüssigkeit-Lösungsgemisch im unteren Ende des Reaktionsrohres (3) und unterhalb der Düsenplatte (7) seitliche Eintrittsöffnungen (9) für das Gas vorgesehen. Am unteren Ende des Lösungstankes (1) ist ein Entspannungsventil (10) angeordnet, an das eine Ableitung für das Lösungsgemisch angeschlossen wird.

Der Mischreaktor (1) wird durch eine in einen oberen Flansch (11) des Lösungstankes (1) einmontierte Verschraubung (12) am Tank (1) gehalten. In dieser Verschraubung (12) sitzt die Düsenplatte (7) und unter der Düsenplatte (7) ist mit einem in die Verschraubung (12) eingreifenden Einschraubteil (13) das Reaktionsrohr (3) gehalten, welches mit seinem oberen, offenen Rohrende in das Einschraubteil (13) einfaßt. Durch die Verschraubung (12) und das Einschraubteil (13) sind unter der Düsenplatte (7) und oberhalb des oberen Rohrendes des Reaktionsrohres (3) die seitlichen Gas-Eintrittsöffnungen (9) in Lochform geführt.

Die Prallfläche (5) wird von einer auf dem unteren Ende des Reaktionsrohres (3) festgelegten Kappe gebildet; die seitlichen Austrittsöffnungen (8) sind in Lochform in der Kappe (5) und dem Reaktionsrohr (3) ausgespart.

Die Düsenplatte (7) ist in mindestens zwei, im Bereich ihrer Düsenlöcher (12) getrennte und zur Selbstreinigung der Düsenplatte (7) gegeneinander bewegbare Plattenteile (7 a, 7b) aufgeteilt, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

Die Trennung der Düsenplatte (7) in ihre Düsenteile (7a, 7b) liegt jeweils auf dem halben Durchmesser einer Düsenlochreihe.

Die Düsenplatte (7) gemäß Fig. 1 bis 4 weist eine auf einem gemeinsamen Teilkreis (15) liegende Reihe an Düsenlöchern (14) auf und die Düsenplatte (7) ist in diesem Teilkreis (15) in einen feststehenden Düsenring (7a) und in einen diesem gegenüber axial verschiebbaren Düsenkolben (7b) aufgeteilt, wodurch der Düsenkolben (7b) auf seinem Außenumfang und der Düsenring (7a) auf seinem Innenumfang jeweils halbe Düsenlöcher (14a, 14b) zeigt.

Gemäß der weiteren Ausführung nach Fig. 5 bis 7 besitzt die Düsenplatte (70) mehrere auf unterschiedlichen Teilkreisen (15) liegende Reihen an Düsenlöchern (14); die Düsenplatte (70) ist dabei in jedem Teilkreis (15) getrennt und in zwei feststehende Düsenringe (70a, 70c) und zwei gegenüber diesen axial bewegbare, von einem Düsenring (70b) und einem Düsenkolben (70d) gebildete Plattenteile aufgeteilt, wobei alle Plattenteile (70a bis 70d) jeweils halbe Düsenlöcher (14a, 14b) haben.

Von den vier Plattenteilen (70a bis 70d) sind jeweils zwei Plattenteile (70a und 70c, 70b und 70d) im Wechsel miteinander bewegungsstarr verbunden, vorzugsweise durch Stege (16, 17) zu einer freistehenden und einer bewegbaren Einheit zusammengehalten.

Wie aus Fig. 7 deutlich sichtbar, ist der äußere Düsenring (70 a) mit dem übernächsten (dem inneren) Düsenring (70c) zu einem feststehenden Düsenringpaar und der mittlere Düsenring (70 b) mit dem zentralen Düsenkolben (70d) zu einem bewegbaren Düsenteilepaar verbunden.

Die beiden Düsenringe (70a, 70c) sind durch an der Oberseite der Düsenplatte (70) liegende Stege (16) und der Düsenring (70b) ist mit dem Düsenkolben (70d) durch an der Unterseite der Düsenplatte (70) liegende Stege (17) verbunden.

Jeweils der äußere Düsenring (7a/70a) der Düsenplatte (7/70) ist in der Verschraubung (12) festgelegt, wie Fig. 2 zeigt. Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist dann an dem äußeren in der Verschraubung (12) sitzenden Düsenring (70a) der innere Düsenring (70c) durch die Stege (16) ebenfalls fest stehend gehalten.

Das bewegbare Plattenteil, nämlich der Düsenkolben (7a/70d) steht mit einer Schiebestange (18) in Verbindung, die in Längsrichtung des Mischreaktors (2) hin- und herbewegbar ist und den Düsenkolben (7a/70d) verschiebeführt.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist die Schiebestange (18) ebenfalls an den Düsenkolben (70d) angeschlossen und mit dem Düsenkolben (70d) wird der mittlere Düsenring (70b) mitbewegt.

Die Schiebestange (18) bewegt also den Düsenkolben (7 a) in den Düsenring (7b) bzw. den Düsenkolben (70d) mit Düsenring (70b) in die feststehenden Düsenringe (70a, 70c) hinein, so daß alle Düsenlöcher (14) ihren vollen Querschnitt einnehmen (Fig. 3, 5 und 6) und die Flüssigkeit unter Druck durch die Düsenlöcher (14) strömen kann. Zum Reinigen und Freispülen der Düsenlöcher (14) wird durch die Schiebestange (18) der Düsenkolben (7b) aus dem Düsenring (7a) bzw. der Düsenkolben (70d) mit Düsenring (70b) aus den Düsenringen (70a, 70c) axial herausgefahren, wie in Fig. 4 und 7 gezeigt, so daß eine große Öffnung zwischen feststehenden und bewegbaren Düsenplattenteilen (7a, 7b/70a bis 70d) entsteht, durch die die Verschmutzungen durch die weiter durchfließende Flüssigkeit automatisch weggespült werden.

Die Schiebestange (18) ist in einer Ausführung mit einem pneumatischen Kolbenantrieb (19) zur Schiebestangenverschiebung verbunden, der koaxial am oberen außerhalb des Tanks (1) liegenden und auch oberhalb des seitlichen Zuführanschlusses (6) sich befindenden Ende des Mischreaktors (2) angeordnet ist.

Dieser Kolbenantrieb (19) ist an einem Ende eines den Zuführanschluß (6) aufweisenden T-Stückes (20) befestigt und dieses T-Stück (20) ist mit seinem anderen Ende mit der Verschraubung (12) verbunden.

Der Kolbenantrieb (19) hat eine in das T-Stück (20) eingeschraubte Gehäusebuchse (21), in der ein unter einstellbarer Federspannung stehender Kolben (22) verschiebbar gelagert ist; die Schiebestange (18) steht mit dem Kolben (22) in bewegungsstarrer Verbindung und der Kolben (22) wird durch einen seitlich in der Gehäusebuchse (21) vorgesehenen Druckluftanschluß (23) mit Druckluft beaufschlagt, so daß der Kolben (22) die Schiebestange (18) und somit den Düsenkolben (7b/70d, 70b) aus dem Düsenring (7a/70c, 70a) herauszieht oder -schiebt, und zwar entgegen der Kraft der einstellbaren Druckfeder (24).

Bei Druckluftentlastung bringt die Druckfeder (24) die Düsenkolben (7b/70d, 70b) wieder in die geschlossene Düsenplattenstellung gemäß Fig. 2 und 6 zurück.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung ist die Schiebestange (18) mit einem elektrischen Antrieb zur Schiebestangenverschiebung gekoppelt. Der pneumatische oder elektrische Antrieb (19) läßt sich mit einer Zeitsteuerung ausstatten, so daß von Zeit zu Zeit, z. B. alle 2 Stunden, die Düsenplatte (7, 70) in ihre Spülstellung auseinander gefahren wird. Weiterhin kann der pneumatische oder elektrische Antrieb (19) von einem durch die geschlossene Düsenplatte (7, 70) bei ansteigendem Druck auf die Düsenplatte (7, 70) angesteuerten Druckaufnehmer gesteuert werden.

Wie in Fig. 2 und 6 gezeigt, sind die Düsenlöcher (14) von zylindrischen Injektordüsen und/oder von stromauf zylindrischen und stromab sich konisch erweiternden Mischdüsen gebildet. Die Flüssigkeit wird unter hohem Druck der vorzugsweise runden Düsenplatte (7, 70) zugeführt, so daß sie abstromseitig unter einem mittleren Druck in den vorzugsweise zylindrischen Reaktionsraum (3) von oben mit dem Gas sich mischend einströmt und diesen zu einem Teil füllt, aus dem das Gas-Lösungsgemisch seitlich aus den Öffnungen (8) in den Lösungstank (1) ausströmt, in dem sich überschüssiges Gas entmischt und von dem dieses von oben in den Reaktionsraum (3) wiederholt erneut durch einen Sog, der durch die aus den Düsen (14) ausströmende Flüssigkeit entsteht, durch die Öffnungen (9) einströmt und von dem die gesättigte Lösung vorzugsweise unten an ein drittes, niedriges Druckniveau abgeführt wird.

Der gesamte Düsenplattenströmungswiderstand wird zweckmäßig so gewählt, daß etwa die Hälfte des zur Verfügung stehenden Flüssigkeitsdruckes zu dessen Durchströmung und die andere Hälfte zur Intensivierung des Lösungsvorganges dient. Während des Misch- und Lösungsvorganges wird die Düsenplatte (7/70) zeit- oder druckabhängig in die geöffnete Spülstellung auseinander gefahren.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung ist die Düsenplatte (7, 70) in einzelne, feststehende und bewegbare Plattensegmente aufgeteilt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in Flüssigkeiten, mit einem Lösungstank, in den von oben her ein Mischreaktor mit einem vertikal in den Tank hineinragenden, einen Reaktionsraum bildenden und am unteren Ende unter Bildung einer Prallfläche geschlossenen Reaktionsrohr eingesetzt und eine Gaszuleitung neben dem Mischreaktor hineingeführt ist, wobei der Mischreaktor im oberen Bereich einen Zuführanschluß für die Flüssigkeit und eine in Flüssigkeit-Einströmrichtung dahinter angeordnete Düsenplatte aufweist, sowie oberhalb der Prallfläche seitliche Austrittsöffnungen für das Gas-Flüssigkeit-Lösungsgemisch und unterhalb der Düsenplatte seitliche Eintrittsöffnungen für das Gas hat, und mit einem an unteren Ende des Lösungstankes angeordneten Entspannungsventil, an das eine Ableitung für das Lösungsgemisch angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (7/70) in mindestens zwei, im Bereich ihrer Düsenlöcher (14) getrennte und zur Selbstreinigung der Düsenplatte (7/70) gegeneinander bewegbare Plattenteile (7a, 7b/70a bis 70d) aufgeteilt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Düsenplatte (7/70) in ihre Düsenteile (7a, 7b/70a bis 70d) jeweils auf dem halben Durchmesser einer Düsenlochreihe liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (7) eine auf einem gemeinsamen Teilkreis (15) liegende Reihe an Düsenlöchern (14) aufweist, die Düsenplatte (7) in einen feststehenden Düsenring (7a) und einen diesem gegenüber axial verschiebbaren Düsenkolben (7b) aufgeteilt ist und der Düsenkolben (7b) auf seinen Außenumfang und der Düsenring (7a) auf seinem Innenumfang jeweils halbe Düsenlöcher (14b/14a) hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (70) mehrere auf unterschiedlichen Teilkreisen (15) liegende Reihen an Düsenlöchern (14) aufweist, in jedem Teilkreis (15) getrennt ist und in zwei feststehende Düsenringe (70a, 70c) und zwei gegenüber diesen axial bewegbare, von einem Düsenring (70b) und einem Düsenkolben (70d) gebildete Plattenteile aufgeteilt ist, wobei alle Plattenteile (70a bis 70d) jeweils halbe Düsenlöcher (14a, 14b) haben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den vier Plattenteilen (70a bis 70d) jeweils zwei Plattenteile (70a, 70c/70b, 70d) im Wechsel miteinander bewegungsstarr verbunden, vorzugsweise durch Stege (16, 17) zu einer feststehenden und einer bewegbaren Einheit zusammengehalten sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Plattenteil (7b/70d, 70b) an einer Schiebestange (18) in Längsrichtung des Mischreaktors (2) verschiebbar geführt gehalten ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebestange (18) mit einem pneumatischen Kolbenantrieb (19) zur Schiebestangenverschiebung verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebestange (18) mit einem elektrischen Antrieb zur Schiebestangenverschiebung gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische oder elektrische Antrieb (19) mit einer Zeitsteuerung ausgestattet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische oder elektrische Antrieb (19) von einem durch die geschlossene Düsenplatte (7, 70) bei ansteigendem Druck auf die Düsenplatte (7, 70) angesteuerten Druckaufnehmer steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischreaktor (1) durch eine in einen oberen Flansch (11) des Lösungstankes (1) einmontierte Verschraubung (12) am Tank (1) gehalten und in dieser Verschraubung (12) die Düsenplatte (7, 70) eingesetzt ist und unter der Düsenplatte (7) mittels eines in die Verschraubung (12) eingreifenden Einschraubteiles (13) das mit seinem oberen, offenen Rohrende in das Einschraubteil (13) einfassende Reaktionsrohr (3) festgelegt ist, wobei durch die Verschraubung (12) und das Einschraubteil (13) unter der Düsenplatte (7) und oberhalb des oberen Rohrendes des Reaktionsrohres (3) die seitlichen Gas-Eintrittsöffnungen (9) in Lochform durchgeführt sind (Fig. 2).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (5) von einer auf dem unteren Ende des Reaktionsrohres (3) festgelegten Kappe gebildet ist und die seitlichen Austrittsöffnungen (8) in Lochform in der Kappe (5) und dem Reaktionsrohr (3) ausgespart sind.