DE4339006C2

DE4339006C2 - Vorrichtung zur Umsetzung von Flüssigkeiten und Gasen an Feststoffen

Info

Publication number: DE4339006C2
Application number: DE19934339006
Authority: DE
Inventors: Alfred Schymalla; Peter Herberg; Waldemar Grau
Original assignee: HERBERG HEIKO; HERBERG KATRIN; MICHEL BIRGIT
Current assignee: SCHYMALLA, ALFRED, DR.-ING., 12437 BERLIN, DE GRAU
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: DE4339006A1

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 Re aktor für die Umsetzung von Gasen und Flüssigkeiten, sowohl jeweils getrennt untereinander als auch mitein ander, unter Beteiligung von Feststoffen. Außerdem sind Stoffübertragungsprozesse, beispielsweise Destil lation, Extraktion sowie Ab- und Adsorption möglich. Der Apparat kann für Umweltschutztechnologien wie die Abwasserreinigung und für stoffumwandelnde Indu striezweige verwendet werden.

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

Bei diesen Apparaten mit festen Einbauten ist der Grad des Stoffaustausches unmittelbar von der Ge schwindigkeit der durchströmenden 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 ver arbeitet, wird der Arbeitsbereich des Apparates durch instabile Strömungen und Staupunktphänomene einge schränkt.

Bei der Verwendung von Rührkesseln oder Wirbel schichten tritt der Abrieb der Feststoffteilchen als Hauptproblem in Erscheinung, das für viele Anwendun gen bisher noch nicht befriedigend gelöst werden konn te. Außerdem stellen diese Apparate lediglich eine Rührkesselstufe dar, was dann von entscheidendem Nachteil ist, wenn eine enge Verweilzeitverteilung (Pro pfenströmung) benötigt wird.

Für den Bereich der Umweltschutztechnologien und der Stoffwirtschaft ergibt sich daher die Aufgabe zur Entwicklung von Vorrichtungen bzw. Apparaten, bei denen Gase oder Flüssigkeiten mit Feststoffen in Kon takt 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 durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.

Je nach Einsatzgebiet können die Rührelemente un terschiedlich ausgestaltet sein, jedoch ist für viele Zwec ke die bevorzugte Form der Scheibenrührer. Der ring förmige Raum 6 muß nicht notwendigerweise bis zum Boden des Behälters reichen, sondern kann höher en den, wobei dann zwischen ihm und dem Boden ein zu sätzliches 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.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt folgende Wirkungsweise zugrunde:
Bei Beschickung mit fluiden Medien wird diesen durch die Rührelemente eine Rotationsströmung verliehen, die bei ausreichender Drehzahl turbulent ist und einen hohen Stoffaustausch an der Feststoffoberfläche ge währleistet. An jedem der Rührelemente (8) entsteht ein Doppelwirbel, der annähernd einer Rührkesselstufe entspricht. Dann wird mit steigender Anzahl an Rührelementen sukzessive eine Pfropfenströmung erreicht.

Bringt man nun mehrere, nicht miteinander mischba re Medien in die Vorrichtung ein, so erfolgt innerhalb des ringförmigen Raumes eine gleichmäßige intensive Dispersion der Phasen. Diese Dispersion wird noch wei ter verbessert, wenn unterhalb des ringförmigen Rau mes ein, wie oben bereits gezeigt, zusätzliches Rührele ment 9 angeordnet ist, zu dessen Unterseite hin mittels des entsprechenden Stutzens mindestens eines der be teiligten Medien zwangsgeleitet wird.

Durch weitere Rohre 10, die zur Wärmeübertragung in dem ring förmigen Raum angeordnet sind, und die intensiv und turbulent umströmt werden, wird ein hoher Wärmeübergang gesichert.

Das Gleiche gilt für die Zuführung akti vierender Strahlung mittels dieser Rohre.

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

Beispiele 1. Abwasserreaktor

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich als aerober Abwasserreaktor einsetzen. Für diesen Zweck ist im ringförmigen Raum eine Packung oder Schüttung poröser Teilchen mit großer spezifischer Oberflächen vorzusehen. Auf diesen porösen Oberflächen bildet sich ein Film aus Mikroorganismen, die die Inhaltsstoffe des Abwassers umsetzen. Die für den Prozeß benötigte Luft wird unterhalb des Rührelementes (9) mittels der Stut zen (3; 4) zugeführt und am Rand des Rührelementes fein dispergiert. Beim Durchtritt der Luft durch die Pac kung oder Schüttung wird diese Dispergierung noch intensiviert, wodurch sich Sauerstoffeintrag und Abbau leistung erhöhen. Bei hochbelasteten Abwässern (z. B. CSB 10000 mg/l) können Leistungswerte für den Ab bau von bis zu 3 kg/m³.h erreicht werden. Die für die Mikroorganismen erforderliche Arbeitstemperatur kann unter entsprechender Nutzung der Rohre (10) op timal 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-Lampen sind in diesen Rohren untergebracht. Als Oxidationsmittel kön nen Luft, Sauerstoff, ozonhaltige Gase oder deren Mi schungen verwendet werden, die über den Stutzen 4 zuzuführen sind. Das oxidierend zu behandelnde Medi um, in der Regel schadstoffhaltiges Wasser, kann die Vorrichtung von unten nach oben oder umgekehrt pas sieren. Der Schadstoffabbau läßt sich noch weiter verbessern bzw. beschleunigen, wenn die Packung oder Schüttung katalytisch wirkende Stoffe enthält, beispiels weise TiO₂.

In einem Laborreaktor wurde ein Pflanzenschutzmit tel (Simazin) innerhalb von 5 Minuten zu 98,3% abge baut.

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 Feststoffen, die aus einem zylindrischen Behälter (1) besteht, der unten und oben mit Stutzen (2; 3; 4; 5) für die Zu- und Abführung der Medien versehen ist und in seiner Längsachse mit einer Rührerwelle (7) mit mehreren entlang dieser Welle angeordneten Rührelementen (8) ausgestattet ist, wobei sich zwischen der Wandung des Behälters und den Rührelementen ein ringförmiger Raum (6) befindet, der die einen hohen Stoffaustausch gewährleistende Packung oder Schüttung aufnimmt, und wobei in diesem ringförmigen Raum parallel zur Längsachse der Vorrichtung Rohre (10) angeordnet sind, die der Wärmeübertragung oder der Zuführung aktivierender Strahlung dienen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der ringförmige Raum (6) nicht bis zum Boden des Behälters reicht, sondern höher en det, und zwischen ihm und dem Boden ein zusätzli ches Rührelement (9) auf der Rührerwelle (7) ange ordnet ist, dessen Durchmesser grö ßer als der Innendurchmesser des ringförmigen Raumes (6) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stutzen (3; 4), durch die minde stens 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 Rührele ment (9) herangeführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rührelemente (8; 9) aus Scheiben bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Packung oder Schüttung aus katalytisch aktiven Stoffen besteht oder diese ent hält.