DE4339006A1

DE4339006A1 - Vorrichtung zur Umsetzung von Flüssigkeiten und Gasen an Feststoffen

Info

Publication number: DE4339006A1
Application number: DE19934339006
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Ing Schymalla; Peter Herberg; Waldemar Dr Grau
Original assignee: Individual
Current assignee: Schymalla Alfred Dr-Ing 12437 Berlin De Grau
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: DE4339006C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. einen Apparat zur Umsetzung von Flüssigkeiten und Gasen an Feststoffen.

Die Vorrichtung bzw. der Apparat eignet sich als Reaktor für die Umsetzung von Gasen und Flüssigkeiten, sowohl jeweils getrennt untereinander als auch miteinander, unter Beteiligung von Fest stoffen. Außerdem sind Stoffübertragungsprozesse, beispielsweise Destillation, Extraktion sowie Ab- und Adsorption möglich. Der Apparat kann für Umweltschutztechnologien wie die Abwasserreini gung und für stoffumwandelnde Industriezweige verwendet werden.

Es ist bekannt, für die Umsetzung von Gasen und Flüssigkeiten unter Beteiligung von Feststoffen Apparate mit festen Einbauten, Schüttungen oder Packungen zu verwenden. Wenn dabei der Feststoff feinkörnig vorliegt, setzt man Rührkessel oder Wirbelschichten ein.

Bei diesen Apparaten mit festen Einbauten ist der Grad des Stoff austausches unmittelbar von der Geschwindigkeit der durchströmen den Medien abhängig. Allerdings erhöht sich jedoch hier mit dem Quadrat der Geschwindigkeit der Druckverlust für die Medien. In dem Fall, wo man Gas und Flüssigkeit gleichzeitig verarbeitet, wird der Arbeitsbereich des Apparates durch instabile Stromungen und Staupunktphänomene eingeschränkt.

Bei der Verwendung von Rührkesseln oder Wirbelschichten tritt der Abrieb der Feststoffteilchen als Hauptproblem in Erscheinung, das für viele Anwendungen bisher noch nicht befriedigend gelöst werden konnte. Außerdem stellen diese Apparate lediglich eine Rührkesselstufe dar, was dann von entscheidendem Nachteil ist, wenn eine enge Verweilzeitverteilung (Propfenströmung) benötigt wird.

Für den Bereich der Umweltschutztechnologien und der Stoffwirt schaft ergibt sich daher die Aufgabe zur Entwicklung von Vorrich tungen bzw. Apparaten, bei denen Gase oder Flüssigkeiten mit Feststoffen in Kontakt gebracht werden, die einen hohen, vom Durchsatz unabhängigen Stoffübergang bei Vorliegen einer quasi Pfropfenströmung gewährleisten. Außerdem wird für die Feststoffe eine hohe Standzeit gefordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst.

Die Vorrichtung besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Be hälter 1, der mit Stutzen 2; 3; 4; 5 für die Zu- und Abführung der Medien und in seiner Längsachse mit einer Rührerwelle 7 aus gestattet ist, die ein oder mehrere Rührelemente 8 trägt, wobei sich zwischen der Wandung des Behälters und den Rührelementen ein vorzugsweise ringförmiger Raum 6 befindet, der Einbauten, eine Packung und/oder eine Schüttung aufnimmt.

Je nach Einsatzgebiet können die Rührelemente unterschiedlich ausgestaltet sein, jedoch ist für viele Zwecke die bevorzugte Form der Scheibenrührer. Der ringförmige Raum 6 muß nicht notwen digerweise bis zum Boden des Behalters reichen, sondern kann höher enden, wobei dann zwischen ihm und dem Boden ein zusätzliches Rührelement 9 auf der Welle 7 angeordnet sein kann, dessen Durchmesser vorzugsweise größer als der Innendurchmesser des ringförmigen Raumes 6 ist. Die Stutzen 3; 4 können dann, am unteren Teil in den Behälter hineinragend, bis zu einem Abstand von 0,5 bis 10 mm an das Rührelement 9 herangeführt werden. Innerhalb des ringförmigen Raumes ist es ebenfalls möglich, zu sätzlich Rohre 10 vorzusehen, die der Wärmeübertragung oder der Zuführung aktivierender Strahlung dienen.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt folgende Wirkungsweise zugrunde:
Bei Beschickung mit fluiden Medien wird diesen durch die Rührele mente eine Rotationsströmung verliehen, die bei ausreichender Drehzahl turbulent ist und einen hohen Stoffaustausch an der Feststoffoberfläche gewährleistet. An jedem der Rührelemente (8) entsteht ein Doppelwirbel, der annähernd einer Rührkesselstufe entspricht. Auf diese Weise dann mit steigender Anzahl an Rühr elementen sukzessive eine Pfropfenströmung erreicht werden.

Bringt man nun mehrere, nicht miteinander mischbare Medien in die Vorrichtung ein, so erfolgt innerhalb des ringförmigen Raumes eine gleichmäßige intensive Dispersion der Phasen. Diese Disper sion wird noch weiter verbessert, wenn unterhalb des ringförmigen Raumes ein, wie oben bereits gezeigt, zusätzliches Rührelement 9 angeordnet ist, zu dessen Unterseite hin mittels des entsprechen den Stutzens mindestens eines der beteiligten Medien zwangsge leitet wird. Wenn man noch weitere Rohre 10 zur Wärmeübertragung in dem ringförmigen Raum vorsieht, so werden diese intensiv und turbulent umströmt und damit ein hoher Wärmeübergang gesichert. Das Gleiche gilt für die Zuführung aktivierender Strahlung mit tels dieser Rohre.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen ohne jeden einschränkenden Charakter näher erläutert.

Beispiele 1. Abwasserreaktor

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich als aerober Abwas serreaktor einsetzen. Für diesen Zweck ist im ringförmigen Raum eine Packung oder Schüttung poröser Teilchen mit großer spezifi scher Oberflächen vorzusehen. Auf diesen porösen Oberflächen bil det sich ein Film aus Mikroorganismen, die die Inhaltsstoffe des Abwassers umsetzen. Die für den Prozeß benötigte Luft wird unter halb des Rührelementes (9) mittels der Stutzen (3; 4) zugeführt und am Rand des Rührelementes fein dispergiert. Beim Durchtritt der Luft durch die Packung oder Schüttung wird diese Dispergie rung noch intensiviert, wodurch sich Sauerstoffeintrag und Abbau leistung erhöhen. Bei hochbelasteten Abwässern (z. B. CSB 10 000 mg/l) können Leistungswerte für den Abbau von bis zu 3 kg/m³·h erreicht werden. Die für die Mikroorganismen erforder liche Arbeitstemperatur kann unter entsprechender Nutzung der Rohre (10) optimal eingestellt werden.

2. Reaktor für die Oxidation mittels UV-Strahlung

Bei der Verwendung des Reaktors für die Oxidation mit Hilfe von UV-Strahlung müssen die Rohre (10) aus für diese Wellenlänge durchlässigem Quarz hergestellt werden. Die für die Einleitung oder Beschleunigung der Oxidationsvorgänge erforderlichen UV-Lam pen sind in diesen Rohren untergebracht. Als Oxidationsmittel können Luft, Sauerstoff, ozonhaltige Gase oder deren Mischungen verwendet werden, die über den Stutzen 4 zuzuführen sind. Das oxidierend zu behandelnde Medium, in der Regel schadstoffhaltiges Wasser, kann die Vorrichtung von unten nach oben oder umgekehrt passieren. Der Schadstoffabbau läßt sich noch weiter verbessern bzw. beschleunigen, wenn die Packung oder Schüttung katalytisch wirkende Stoffe enthält, beispielsweise TiO₂.

In einem Laborreaktor wurde ein Pflanzenschutzmittel (Simazin) innerhalb von 5 Minuten zu 98,3% abgebaut.

Bezugszeichenliste

1 Behälter
2 Stutzen
3 Stutzen
4 Stutzen
5 Stutzen
6 ringförmiger Raum
7 Rührerwelle
8 Rührelement
9 Rührelement
10 Rohre

Claims

1. Vorrichtung zur Umsetzung von Flüssigkeiten und Gasen an Fest stoffen, mit festen Einbauten, einer Packung und/oder einer Schüttung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Behälter (1) besteht, der mit Stutzen (2; 3; 4; 5) für die Zu- und Abführung der Medien und in seiner Längsachse mit einer Rührerwelle (7) ausgestattet ist, die ein oder mehrere Rührelemente (8) trägt, wobei sich zwischen der Wandung des Behälters und den Rühr elementen ein ringförmiger Raum (6) befindet, der die Einbauten, die Packung und/oder die Schüttung aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (6) nicht bis zum Boden des Behälters reicht, sondern höher endet, und zwischen ihm und dem Boden ein zusätzli ches Rührelement (9) auf der Rührerwelle (7) angeordnet ist, des sen Durchmesser vorzugsweise größer als der Innendurchmesser des ringförmigen Raumes (6) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen (3; 4), durch die mindestens eines der beteiligten Medien zugeführt wird, am unteren Teil in den Behälter hineinragend bis zu einem Abstand von 0,5 bis 10 mm an das Rührelement (9) herangeführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des ringförmigen Raumes (6) Rohre (10) angeordnet sind, die der Wärmeübertragung oder der Zuführung aktivierender Strah lung dienen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührelemente (8; 9) aus Scheiben bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung oder Schüttung aus katalytisch aktiven Stoffen be steht oder diese enthält.