DE4309546C2 - Vorrichtung zur Behandlung fluider Medien unterschiedlicher Dichte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung fluider Medien unterschiedlicher Dichte mit einem geschlossenen Gefäß mit einem Zulauf für das leichtere Medium in den oberen Bereich des Gefäßes, mit einem Düsenkörper im Inneren des Gefäßes, der zylinderförmig ausgebildet ist, der in seinem oberen Bereich aus einem Düsenkopf, einem sich daran anschließenden Düsenkopf und in seinem unteren Bereich aus einem Düsenfuß besteht, dessen Düsenkopf eine Strömungsverbindung zu dem leichteren Medium hat und der in seinem unteren Bereich eine Strömungsverbindung zu dem schwereren Medium hat, mit einer Zuleitung für das schwerere Medium unter Druck in den Düsenkörper, mit einer Düse in dem Düsenkörper, durch die das schwerere Medium in einen Düsenaustrittsraum strömt und der über den Düsenkopf eine Strömungsverbindung mit dem leichteren Medium hat und mit einem Ablauf für die Mischung im unteren Bereich des Gefäßes.

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 eingebracht und das Gas durch Eintrittsöffnungen in der Wand des Reaktionsraumes zugeführt wird. Die bekannte Düsenplatte 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 140 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 unteren 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 fluider Medien unterschiedlicher Dichte mit einem geschlossenen Gefäß (101), mit einem Zulauf (103) für das leichtere Medium in den oberen Bereich (108) des Gefäßes, mit einem Düsenkörper (107) im Inneren des Gefäßes, der zylinderförmig ausgebildet ist, der in seinem oberen Bereich aus einem Düsenkopf (120), einem sich daran anschließenden Düsenrumpf (118) und in seinem unteren Bereich aus einem Düsenfuß (116) besteht, dessen Düsenkopf eine Strömungsverbindung zu dem leichteren Medium hat und der in seinem unteren Bereich eine Strömungsverbindung zu dem schwereren Medium hat, mit einer Zuleitung für das schwerere Medium unter Druck in den Düsenkörper, mit einer Düse (130) in dem Düsenkörper, durch die das schwerere Medium in einen Düsenaustrittsraum (140) strömt und der über den Düsenkopf eine Strömungsverbindung mit dem leichteren Medium hat, und mit einem Ablauf (142) für die Mischung im unteren Bereich des Gefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf zur Herstellung der Strömungsverbindung zu dem leichteren Medium oben offen ist, daß eine ringförmige Prallkammer (129) im Düsenkopf vorgesehen ist, die zwischen dem Düsenkopf und dem Düsenrumpf angeordnet ist und über die das schwere Medium der Düse (130) zuströmt, daß die Düse einen ringförmigen, kegelstumpfmantelförmigen Düsenspalt (137) aufweist und daß der Düsenspalt in seiner Breite einstellbar ist.

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.