DE4309546A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und Flüssigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen und FlüssigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung
von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von
Gasen und Flüssigkeiten, die in einem geschlossenen
Gefäß einen oberen Zulauf für ein leichtes Medium,
einen unteren Ablauf für eine Mischflüssigkeit und eine
Zuleitung für eine zu behandelnde Flüssigkeit aufweist,
die in einem Düsenkörper mündet.
Aus der DE-PS 35 01 175 ist bereits ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Mischung und Lösung eines Gases in
einer Flüssigkeit bekannt, bei dem die Flüssigkeit
durch eine Düsenplatte in einen Reaktionsraum einge
bracht und das Gas durch Eintrittsöffnungen in der Wand
des Reaktionsraumes zugeführt wird. Die bekannte Düsen
platte ist mit einer Anzahl randseitiger Injektordüsen
mit vorzugsweise zylindrischen Bohrungen und mit mehre
ren Kränzen von stromauf zylindrischen und stromab
konisch erweiterten Mischdüsen ausgerüstet. Die Düsen
arbeiten mit einem verhältmäßig hohen Druck und sind im
Betrieb wegen Neigung zur Verstopfung auch störanfäl
lig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenge
staltung zu schaffen, die mit einem geringeren Druck
arbeiten kann, die Fähigkeit der Selbstreinigung be
sitzt und die sich auf unterschiedliche Durchströmmen
gen einstellen kann. Die gestellte Aufgabe wird durch
die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkma
le gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Ein besonderer Vorzug der Erfindung ist darin zu sehen,
daß die Düsengestaltung einen Einsatz sowohl in Mi
schern als auch in Vorrichtungen zur Trennung von
Medien unterschiedlicher Dichte gestattet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand
der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der Vorrich
tung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Düsenkörper
und
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht aus Fig. 2.
In einem senkrecht angeordneten und geschlossenen,
zylinder- oder quaderförmigen Gefäß 101 (Fig. 1) ist im
Deckel 102 ein Zulauf 103 und im Boden 104 neben einem
Ablauf 105 ein Zuleitungsrohr 106 vorgesehen, das bis
in das obere Drittel des Gefäßes 101 reicht und einen
im wesentlichen zylinderförmigen Düsenkörper 107 trägt.
Die zu bearbeitende Flüssigkeit wird durch das Zulei
tungsrohr 106 in den Düsenkörper 107 geleitet. Im
oberen Bereich 108 des Gefäßes 101 befindet sich das
leichtere Medium, das eine Flüssigkeit oder ein Gas
sein kann und über den Zulauf 103 in der Arbeitsweise
der Vorrichtung als Mischer zugeführt wird. Im unteren
Bereich 109 des Gefäßes 101 sammelt sich die im Düsen
körper 107 behandelte Flüssigkeit, die durch den Ablauf
105 abgeleitet wird.
Der Niveaustand zwischen dem leichten Medium im Bereich
108 und dem schwereren Medium im Bereich 109 wird durch
einen Niveaumelder 110 überwacht, der über eine nicht
dargestellte Schaltelektronik die Zugabe des leichten
Mediums regelt, um den Niveaustand zwischen einer Mini
mum-Marke 111 und einer Maximum-Marke 112 einzustellen.
Der zylinderförmige Düsenkörper 107 (Fig. 2) besteht
aus einem Düsenfuß 116 und einem Düsenrumpf 118, die
fest miteinander verbunden sind, und einem aufge
schraubten mehrteiligen Düsenkopf 120. Dieser zusammen
gesetzte Düsenkörper weist abgesehen von einer gewölb
ten Abschlußkappe 122 eine durchgehende axiale Bohrung
114 auf, die etwa dem Außendurchmesser des Zuleitungs
rohres 106 entspricht, das im Bodenbereich des Düsen
fußes 116 mit dem Düsenkörper 107 verbunden ist. Unmit
telbar über dem Ende des Zuleitungsrohres 106 ist die
Bohrung 114 durch eine erste Ringnut 124 vergrößert
und bildet damit einen ersten Verteilraum. Die Ab
schlußkappe 122 liegt über einem kurzen Rohrstück 123,
das mit der Oberkante der Ringnut 124 eine umlaufende
Abreißkante liefert. Von der Ringnut 124 ausgehend
verlaufen eine Mehrzahl von Bohrungen 126 in axialer
Richtung des Düsenkörpers 107, die in einer langge
streckten zweiten Ringnut 127 im Düsenrumpf enden. An
die zweite Ringnut 127 schließen sich eine Mehrzahl
von Bohrungen 128 mit geringerem Durchmesser an, die
damit weitere Abreißkanten bilden. Diese Bohrungen 128
münden in einer ringförmigen Prallkammer 129 im Düsen
kopf 120. Die obere Kante der axialen Bohrung 114 des
Düsenrumpfes 118 ist kegelstumpfmantelförmig gestaltet
und bildet das Unterteil der Düse 130. Das Düsenober
teil 131 ist mit seinem Flansch 132 und einem breiten
Gummiring 133 zwischen einer Düsenwange 134 und einer
Verschraubungswange 135 eingespannt und bildet den
Düsenkopf 120, der unter Zwischenlage eines Gummirings
136 mit rundem Querschnitt auf den Düsenrumpf 118
aufgeschraubt wird. Durch Anspannen der Verschraubungs
wange 135 wird die Soll-Öffnung des Düsenspalts 137
eingestellt. Der breite Gummiring 133 erlaubt eine
elastische Vertikalbewegung des Düsenoberteils 131.
Hierdurch wird eine Selbstreinigung des Düsenspalts
137 ermöglicht. Wenn sich ein Teil des Düsenspalts 137
verstopft, kann sich das Düsenoberteil 131 anheben
und die Düsenöffnung so erweitern, daß trotz Verschmut
zung wieder die notwendige Medienmenge austreten kann
und die Verschmutzung durch die erweiterte Düsenöffnung
herausgespült wird. Nach Reinigung des Düsenspalts 137
stellt sich die ursprüngliche Weite durch die Feder
kraft des Gummirings 133 wieder ein.
Wie aus dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 3 ersicht
lich ist, ist die Steigung der Flächen des Düsenspal
tes 137 so gewählt, daß die Breite des Spaltes zur
Spitze des Düsenoberteils 131 abnimmt. Außerdem ist die
Kante des Düsenoberteils mit einer Abrißfase 138 ausge
stattet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Strahl
der Düse 130 die Form eines Kegelmantels einnimmt, der
mit seiner Spitze auf einen auf der Mittelachse des
Düsenkörpers 107 liegenden Punkt weist. In den als
Düsenaustrittsraum 140 bezeichneten Teil der Bohrung
114 des Düsenrumpfes 118 ist eine Muffe 141 eingesetzt,
deren unteres Ende verengt ausgebildet ist und dicht
über einem oder mehreren Düsenausgängen 142 endet. In
der Zeichnung ist aus Übersichtsgründen nur ein Düsen
ausgang 142 dargestellt. Es ist aber zweckmäßig, mehre
re Ausgänge vorzusehen, um den Ablauf der Flüssigkeit
nicht zu behindern. Die dem Zuleitungsrohr 106 im
Eingang des Düsenfußes 116 gegenüberliegend angeordnete
kugelkalottenförmige Abschlußkappe 122 dient am unteren
Ende des Düsenablaufraums 143 als Prallplatte und sorgt
in Verbindung mit der konischen Verengung der Muffe 141
dafür, daß keine Mediumspritzer in den Düsenaustritts
raum 149 zurückspritzen.
Bei der Verwendung der Vorrichtung als Mischer wird die
Flüssigkeit unter Druck über das Zuleitungsrohr 106 dem
Düsenkörper 107 zugeführt und gelangt über die erste
Ringnut 124, mehrere Bohrungen 126 in eine zweite
Ringnut 127 und weitere Bohrungen 128 in eine ringför
mige Prallkammer 129. Die genannten Ringnuten und
Bohrungen sind aufeinanderfolgend im Mantel des Düsen
körpers 107 angeordnet. An den Übergangsstellen zwi
schen den Ringnuten und den Bohrungen sind Strömungs
abreißkanten vorgesehen, die die Molekularstruktur der
Flüssigkeit aufbrechen. Durch die mehrfache Passage der
Abreißkanten vor dem Durchgang durch die Ringdüse ist
die Flüssigkeit durch die gründliche Auflockerung der
Molekularstruktur bestens auf die Aufgabe vorbereitet,
im Düsenaustrittsraum andere Medienmoleküle aufzunehmen
oder abzugeben.
An die ringförmige Prallkammer 129 schließt sich eine
Ringdüse 130 an, deren Düsenspalt 137 zum Spaltende
enger ausgebildet ist. Das Düsenoberteil 131 ist gegen
über dem Düsenunterteil verkürzt und mit einer Abreiß
fase versehen. Die Düse erzeugt einen auf den mittleren
Bereich des Düsenaustrittraums 140 gerichteten kegel
mantelförmigen Strahl, der aus den verschiedenen Rich
tungen kommend aufeinandertrifft. Durch diese Maßnahme
wird praktisch etwa eine Verdoppelung der Aufprallge
schwindigkeit erzeugt. Hierbei wird durch den austre
tenden Strahl eine Sogwirkung in Richtung des Pfeils
144 erzeugt, wodurch ein leichteres Medium (Flüssigkeit
oder Gas) über den oben offenen Düsenkopf 120 aus dem
oberen Bereich 108 (Fig. 1) angesaugt. In das aus der
Prallkammer 129 und der Düse 130 austretende Medium
gemischt, in Richtung auf den Düsenausgang 142 gedrückt
und in den unteren Bereich 109 geleitet wird.
Bei der Mischung von Medien wird eine Optimierung der
Mischung und deren Stabilisierung durch eine mehrfache,
z. B. dreifach abgestufte Rückführung mit gestaffelten
Drücken in das Umgebungsmedium erreicht.
Bei der Verwendung der Vorrichtung zum Trennen von
Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder von Gasen
und Flüssigkeiten erfolgt der Betrieb durch Absaugen
des schwereren Mediums am Ablauf 105 und des leichteren
Mediums am Zulauf 103 (Fig. 1). Durch den im Düsenkör
per 107 entstehenden Sog wird das zu trennende Medium
über das Zuleitungsrohr 106 angesaugt. Durch die ring
förmige Düse 130 wird der kegelmantelförmige Strahl
in den Düsenaustrittsraum 140 erzeugt. Die hierbei
wirksam werdende hohe Aufprallgeschwindigkeit und
freiwerdende Energie erzeugt eine bis in die Molekular
struktur aufgebrochene Wolke des Mediums, die ein
Absaugen der Teilchen mit geringerer Dichte aus dem
Düsenkopf gegen die Richtung des Pfeils 144 ermög
licht. Die Teilchen des schwereren Mediums folgen dem
vom Düsenausgang 142 wirkenden Sog und gelangen in den
anderen Bereich. Das Absaugen des leichteren und des
schwereren Mediums aus dem oberen bzw. unteren Bereich
108 bzw. 109 wird durch den Niveaumelder 110 überwacht
und so geregelt, daß der Pegel zwischen diesen Medien
in den zulässigen Grenzen gehalten wird, die durch die
Min.- und Max.-Marken 111 bzw. 112 angegeben sind.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten unter
schiedlicher Dichte oder von Gasen und Flüssigkei
ten, die in einem geschlossenen Gefäß einen oberen
Zulauf für ein leichtes Medium, einen unteren Ablauf
für eine Mischflüssigkeit und eine Zuleitung für
eine zu behandelnde Flüssigkeit mit einem Düsenkör
per aufweist, dessen Düsenkopf Verbindung zum leich
ten Medium hat, dadurch gekennzeichnet, daß der
zylinderförmige Düsenkörper (107) mit einer axialen
Bohrung (114) aus einem Düsenfuß (116), einem mit
ihm verbundenen Düsenrumpf (118) und einem aufge
setzten Düsenkopf (120) besteht, wobei zwischen
dem oben offenen Düsenkopf (120) und dem Düsenrumpf
(118) eine ringförmige Prallkammer (129) gebildet
ist, von der eine ringförmige Düse (130) mit ke
gelstumpfmantelförmig gestaltetem und in der Breite
einstellbaren Düsenspalt (137) in den Düsenaus
trittsraum (140) führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenspalt (137) zum Düsenausgang verengt
ausgebildet ist und die vom Düsenoberteil (131)
gebildete Kante mit einer Abreißfase (138) ausgebil
det ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein in eine Schraubverbindung zwischen
dem Düsenrumpf (118) und dem Düsenkopf (120) einge
legter Gummiring (136) die Einstellung der Soll-Öffnung
des Düsenspalts (137) gestattet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Düsenoberteil (131) im
Düsenkopf (120) durch einen breiten Gummiring (133)
elastisch gelagert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die im Düsenaustrittsraum
(140) eingesetzte Muffe (141) an seinem ausgangssei
tigen Ende konisch verengt ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß unterhalb des konisch
verengten Endes der Muffe (141) ein oder mehrere
Düsenausgänge (142) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Zuleitungsrohr (106)
in einer Ringnut (124) im Düsenfuß (116) endet und
im Abstand über der Ringnut mit der Abschlußkappe
(122) eine umlaufende Abreißkante bildet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die von der Ringnut (124)
im Düsenfuß (116) ausgehenden Bohrungen (126, 128)
mit einer zwischengeordneten zweiten Ringnut (127)
durch Querschnittsänderungen eine Mehrzahl von
Abreißkanten bilden.
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