DE60211923T2

DE60211923T2 - Vorrichtung und verfahren zum inberührungbringen einer flüssigkeit mit einem gas

Info

Publication number: DE60211923T2
Application number: DE60211923T
Authority: DE
Inventors: Bo Boye
Original assignee: Fibra Ltd
Current assignee: Shell Technology Ventures Fund 1 BV
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2022-05-04
Also published as: US7104530B2; EP1427519A1; ATE327822T1; DE60211923D1; EP1427519B1; US20040262789A1; WO2003024582A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas zur Grenzflächenwechselwirkung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas, wobei sich eine Vielheit von Fasern in Längsrichtung in einem Fasergehäuse erstreckt, wobei in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume zwischen den Fasern bereitgestellt sind und Strömungskanäle für die Flüssigkeit und das Gas definieren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt in der Industrie zahlreiche Prozesse, bei welchen es erstrebenswert ist, eine Flüssigkeit mit einem Gas (chemisch oder physikalisch) reagieren zu lassen. Die meisten der derartigen Prozesse haben den Wunsch gemeinsam, einen engen Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit mit einer schnellen Rate bereitzustellen. Ein schneller enger Kontakt kann zu effektiven Reaktionen und einer schnellen Reaktionsrate, die beide erstrebenswerte Ziele sind, führen.
Das US-Patent Nr. 6 004 386 offenbart ein Gerät zum Erzeugen von Schnittstellenkontaktbedingungen zwischen Gas und Flüssigkeit zum hoch effizienten Massentransfer zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit. Das offenbarte Gerät weist einen Gas-Flüssigkeit-Kontaktaufbau auf, der Folgendes umfasst: eine hohle, poröse Röhre umgeben von einem Außenmantel, der ein Gasplenum zwischen dem Mantel und der porösen Röhre definiert; einen Flüssigkeitseinlassaufbau, der eine Düse zum Einspritzen von Flüssigkeit in die poröse Röhre in einem Spiralströmungsmuster um und entlang der porösen Röhre umfasst; einen Gas-Flüssigkeit-Abscheideraufbau an dem ersten Ende der porösen Röhre, umfassend eine nicht poröse Entgasungsröhre koaxial ausgerichtet mit und verbunden mit der porösen Röhre, eine Gasauslassöffnung koaxial ausgerichtet zu der Entgasungsröhre, um einen ersten Teil des Gases aufzunehmen, das aus der Entgasungsröhre fließt, eine erste Gasleitung koaxial ausgerichtet mit und verbunden mit der Gasauslassleitung, um den ersten Teil von Gas daraus zu befördern, und einen Flüssigkeitsammelaufbau. Ein zweiter Gasauslassaufbau zum Sammeln und Befördern von Gas von einem ersten Ende der porösen Röhre ist ebenfalls offenbart.
In US-Patent Nr. 5 405 497 ist ein Verfahren zum chemischen Reagierenlassen einer Flüssigkeit mit einem Gas in einem Wirbel offenbart. Hier wird eine wässerige Masse oder eine Flüssigkeit in ein erstes Ende eines Wirbels eingeleitet, und ein Gas wird von außerhalb des Wirbels in Berührung mit der wässerigen Masse oder der Flüssigkeit in dem Wirbel eingeleitet, so dass eine Reaktion zwischen der wässerigen Masse oder der Flüssigkeit und dem Gas stattfindet. Die behandelte wässerige Masse oder die Flüssigkeit wird an dem zweiten Ende des Wirbels entfernt, während Rest- oder Trägergas von dem ersten Ende des Wirbels entfernt wird. Das Gaseinleiten kann durch eine poröse Rotationsflächenwand (das heißt zylindrisch oder kegelig), die den Wirbel umgibt, verwirklicht werden, wobei das Gas die Form winziger Blasen haben kann, wenn es in die wässerigen Masse oder die Flüssigkeit eintritt.
Es ist jedoch weder aus dem US-Patent Nr. 6 004 386 noch aus dem US-Patent Nr. 6 004 386 bekannt, einen engen Kontakt zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit durch den Einsatz von Strömungskanälen, die durch in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume von Fasern, die in Längsrichtung in einem Fasergehäuse verlaufen, erzielt werden, zu erzielen.
Der Gebrauch von Fasern, die in Längsrichtung in die Richtung einer Fluidströmung verlaufen und zum Filtern eines solchen Fluids verwendet werden, wurde im früheren Stand der Technik beschrieben. Das US-Patent Nr. 4 219 420 offenbart eine Anordnung zum Filtern eines kontaminierten Fluids oder Mediums. Gemäß der Offenbarung dieses Patents befindet sich eine Vielheit von Faserbündeln auf einem Träger und erstreckt sich innerhalb eines Filtergehäuses zwischen einem Einlass und einem Auslass des Gehäuses. Das zu filternde Fluid wird durch den Einlass in eine Richtung zum Auslass eingeleitet. Die kontaminierten Partikel werden unter den Fasern aufgehalten, während sie durch die Vielheit von Faserbündeln geleitet werden. Um die „Tiefenwirkung" der Faserbündel zu verbessern, können die Fasern unterschiedliche Längen haben. Hierbei hängt die Qualität des gefilterten Fluids von der Dichte der Faserbündel ab. Um jedoch die Qualität des Filterprozesses zu steigern, muss die Dichte der Fasern gesteigert werden, was bedingt, dass mehr Faserbündel in das Filtergehäuse eingefügt werden.
Eine Verbesserung des Filters des US-Patents Nr. 4 219 420 wurde in EP 0 280 052 vorgeschlagen. Hier umfasst ein Filtergehäuse ein Tragmittel mit einer Vielheit von Faserbündeln, die an dem Tragmittel befestigt ist und innerhalb des Filtergehäuses zwischen einem Einlass und einem Auslass verläuft. Eine flexible wasserdichte Membran ist innerhalb des Filtergehäuses bereitgestellt, um eine Druckkammer zu bilden. Beim Druckbeaufschlagen während des Filterprozesses, drückt die Membran die Vielheit der Faserbündel zusammen, um eine kegelstumpfähnliche Filterkammer zu bilden, und das Fluid wird gefiltert, während es durch die kegelähnliche Kammer läuft. Hier kann man die Dichte der Fasern und daher die Qualität des Filterns durch Einstellen des Drucks in der Druckkammer steuern, wodurch das Verdichten der Fasern eingestellt wird.
Ein anderes Filter mit Fasern in Längsrichtung der Fluidströmung, bei dem die Dichte der Fasern durch Verdichten der Fasern eingestellt wird, ist in WO 94/11088 offenbart. Hier sind die Fasern in einer Öffnung angeordnet, die durch ein Rückhalteelement definiert wird, und ein Verschiebeelement, das einen kegelförmigen Teil aufweist, ist in der Mitte der Fasern angeordnet. Durch Bewegen des Schiebeelements in eine Richtung entlang der Fasern, wird das Zusammendrücken der Fasern gegen das Rückhalteelement eingestellt, wodurch die Dichte der Fasern und die Qualität des Filterns gesteuert werden.
Die Konzepte einer Fluidfilterung innerhalb einer Vielheit von Fasern, die in Längsrichtung in die Fluidströmungsrichtung verlaufen, und wobei die Qualität des Filterns durch Einstellen des Zusammendrückens und dadurch der Dichte der Fasern gesteuert wird, ist daher bekannt.
Die Filtervorrichtung des US-Patents Nr. 4 219 420 verwendet eine Druckkammer, um die Fasern zu komprimieren, während die Filtervorrichtung von WO 94/11088 ein kegelförmiges Verschiebeelement hat, das in der Mitte der Fasern angeordnet ist, um die Fasern gegen ein Rückhalteelement zusammenzudrücken. Die Herstellung beider dieser Filtervorrichtungen ist relativ teuer.
In keiner der oben erwähnten Referenzen, die Filtervorrichtungen beschreiben, die Fasern verwenden, die in Längsrichtung der Fluidströmung verlaufen, wurde vorgeschlagen, einen engen Kontakt zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit durch den Einsatz von Strömungskanälen zu erzielen, die zwischen den Fasern ausgebildet sind.
Es besteht daher noch ein erheblicher Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Optimieren von Gas-Flüssigkeit-Grenzflächenkontakt und ein Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung, bei der optimale Bedingungen für Gas-Flüssigkeit-Grenzflächenkontakt wirtschaftlich geschaffen und gesteuert werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: mindestens einen Gaseinlass, um das Gas in die Flüssigkeit einzuleiten, ein Fasergehäuse, das mindestens einen Flüssigkeitseinlass hat, der in einem Einlassende des Fasergehäuses eingerichtet ist, und mindestens einen Flüssigkeitsauslass, wobei das Fasergehäuse eine äußere Begrenzung für eine Vielheit von in Längsrichtung in dem Fasergehäuse verlaufenden Fasern umgibt und definiert, wobei in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume zwischen den Fasern bereitgestellt und dadurch eine Vielheit von Strömungskanälen für die Flüssigkeit und das Gas definiert wird, und wobei mindestens ein Teil des/der Gaseinlasses/Gaseinlässe angeordnet sind, so dass zumindest ein Teil des Gases in die Flüssigkeit am Einlassende des Fasergehäuses eingeleitet werden kann oder bevor die Flüssigkeit in das Einlassende des Fasergehäuses über den/die Flüssigkeitseinlässe eintritt, wodurch sich über die von den Zwischenräumen bereitgestellten Strömungskanäle eine Gas-Flüssigkeit-Strömung vom Einlassende zum Auslassende erhalten lässt, wobei die Zwischenräume dadurch einen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas bereitstellen, und Mittel, um die Fasern in einer radialen Richtung zu verdichten, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Gas-Flüssigkeit-Strömung durch die Zwischenräume aufzuweisen, wenn sich die Fasern in einem verdichteten Zustand befinden.
Es wird bevorzugt, dass mindestens ein Flüssigkeitseinlass in einem Einlassende des Fasergehäuses eingerichtet ist. Ferner wird bevorzugt, dass der mindestens eine Flüssigkeitsauslass in einem Auslassende des Faserge häuses eingerichtet ist. Hier können die in Längsrichtung verlaufenden Zwischenräume zwischen Fasern zumindest teilweise von dem Einlassende zu dem Auslassende des Fasergehäuses verlaufen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Teil des/der Gaseinlasses/Gaseinlässe derart eingerichtet, dass mindestens ein Teil des Gases in die Flüssigkeit an dem Einlassende des Fasergehäuses oder bevor die Flüssigkeit in das Einlassende des Fasergehäuses eintritt, über den/die Flüssigkeitseinlass/Flüssigkeitseinlässe eingeleitet wird, wodurch eine Gas-Flüssigkeit-Strömung von dem Einlassende zu dem Auslassende über die Strömungskanäle erzielt werden kann, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden, wobei die Zwischenräume dadurch einen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung ferner mindestens einen Gasauslass aufweisen, und der mindestens eine Gasauslass kann Teil des Fasergehäuses oder mit diesem verbunden sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung ferner einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider aufweisen. Hier kann der Gas-Flüssigkeit-Abscheider mit dem mindestens einen Gasauslass verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vielheit der Fasern an mindestens einer Stelle entlang der Fasern innerhalb des Fasergehäuses dicht gepackt sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vielheit der Fasern an mindestens einer Stelle in Längsrichtung der Fasern innerhalb des Fasergehäuses dicht in eine radiale Richtung gepackt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht mindestens ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran, die die Fasern umgibt, und ein Verdichtungsmittel wird zum Schaffen eines Drucks an einer Außenfläche der biegsamen Membran bereitgestellt, so dass die Fasern an mindestens einer Stelle in Längsrichtung der Fasern in eine radiale Richtung verdichtet werden, um dadurch ein dichtes Packen der Fasern zu erzielen.
Das Fasergehäuse kann verschiedene Formen haben, es wird jedoch bevorzugt, dass das Fasergehäuse die Form eines röhrenförmigen Elements hat. Es wird ferner bevorzugt, dass mindestens ein Teil des Fasergehäuses geometrische Querschnittform hat, die im Wesentlichen gleich der Form ist, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die folgende Formen umfasst: Kreis, Oval, Ellipse, Tropfenform und Vieleck. Hier können die Vieleckformen ausgewählt werden, aus der Gruppe, die folgende Formen umfasst: Dreieck, Rechteck, Fünfeck, Sechseck, Siebeneck und Achteck.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Verdichtungsmittel dazu geeignet sein, den Druck auf einem Teil oder auf einem Abschnitt der Außenfläche der flexiblen Membran zu schaffen, wobei der Teil oder Abschnitt ein Maß oder Maße in Längsrichtung der Fasern hat, das/die kleiner ist/sind als die Gesamtlänge der Fasern innerhalb des Fasergehäuses. Hier kann das Maß des Druckteils oder -abschnitts in die Längsrichtung der Fasern unter 0,5 Mal die Gesamtlänge der Fasern innerhalb des Fasergehäuses betragen, wie zum Beispiel unter 0,4 Mal, unter 0,2 Mal oder unter 0,1 Mal.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verdichtungsmittel eine Druckkammer, wobei eine Innenwand der Druckkammer in Form mindestens eines Teils der flexiblen Membran des Fasergehäuses ausgebildet sein kann. Die Druckkammer kann einen oder mehrere Einlässe/Auslässe haben, die eine Druckbeaufschlagungsöffnung und eine Druckablassöffnung bereitstellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verdichtungsmittel den Druck auf einem Teil oder auf einem Abschnitt der Außenfläche der flexiblen Membran schaffen, wobei der Teil oder Abschnitt zumindest einen Außenumfang der Membran abdeckt oder den ganzen Umfang der Membran abdeckt. Hier kann der Druckteil oder der Druckabschnitt vorzugsweise teilweise einen Außenumfang der Membran abdecken, wie zum Beispiel unter 90% einer Außenumfangsfläche der Membran, wie zum Beispiel unter 80%, wie zum Beispiel unter 70%, wie zum Beispiel unter 60%, wie zum Beispiel unter 50%, wie zum Beispiel unter 40%, wie zum Beispiel unter 30%, wie zum Beispiel unter 20% abdecken.
Die vorliegende Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen ein Druck auf der Außenfläche der flexiblen Membran durch ein oder mehrere im Wesentlichen massive Verdichtungselement(e), die mit der Außenfläche in Kontakt sind, geschaffen werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Fasergehäuse aus einem massiven Rückhaltelement bestehen, das die Fasern umgibt, und Verdichtungsmittel können in der Form eines Verdichtungselements bereitgestellt werden, das innerhalb der Vielheit von Fasern in dem Rückhalteelement angeordnet ist, um die Fasern an mindestens einer Stelle in Längsrichtung der Fasern in eine radiale Richtung zu verdichten, um dadurch ein dichtes Packen der Fasern zu erzielen. Hier kann das Rückhalteelement eine Rückhaltezwinge sein, und das Verdichtungselement kann ein Verschiebeelement sein, das einen konisch geformten Teil aufweist, der in der Mitte der Fasern angeordnet ist.
Wenn die Fasern verdichtet werden, ist vorzuziehen, dass die Stelle, an der die Fasern verdichtet werden, eine vorbestimmte Stelle ist. Es ist ferner vorzuziehen, dass das Verdichtungsmittel den geschaffenen Druck variieren kann, um dadurch das dichte Packen der Fasern und den Gesamtquerschnitt der Strömungskanäle an der Stelle zu variieren.
Es ist klar, dass erfindungsgemäß verschiedene Mittel zum Verdichten der Fasern verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verdichtungsmittel daher eine Klemme. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verdichtungsmittel daher mindestens zwei Blöcke, die an entgegen gesetzten Seiten einer flexiblen Membran angeordnet sind, um die Fasern von zwei Seiten zu verdichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verdichtungsmittel hydraulische Mittel zum Schaffen eines Drucks.
Beim erfindungsgemäßen Verdichten der Fasern wird vorgezogen, dass das Verdichtungsmittel die Vielheit der Fasern in eine radiale Richtung mit einem Druck zwischen 5 und 20 bar verdichten kann.
Die vorliegende Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen das Fasergehäuse im Wesentlichen über seine ganze Länge aus einer flexiblen Membran gebildet ist.
Bei einem Fasergehäuse, das zumindest zum Teil aus einer flexiblen Membran gebildet ist, wird vorgezogen, dass das Fasergehäuse oder zumindest ein Teil des Fasergehäuses aus einem Werkstoff gebildet wird, der ausgewählt wird aus einer Gruppe, die folgende Werkstoffe umfasst: PE (Polyethylen), erweichtes PVC, Nylon, Teflon und EPDM-Gummi.
Es ist klar, dass verschiedene Werkstoffe für das Fasergehäuse verwendet können werden, es wird jedoch vorgezogen, dass das Fasergehäuse aus einem wasserdichten Werk stoff hergestellt ist.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Fasergehäuse innerhalb eines Halteelements angeordnet werden. Hier kann das Halteelement aus einem im Wesentlichen massiven Werkstoff hergestellt werden, wie zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl. Für ein Fasergehäuse, bei dem zumindest ein Teil des Gehäuses aus einer flexiblen Membran hergestellt wird, kann das Halteelement eine oder mehrere Öffnungen haben, um es dem Verdichtungsmittel zu erlauben, einen Druck auf der Außenfläche der flexiblen Membran des Fasergehäuses zu schaffen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Halteelement zwei Öffnungen haben, um es dem Verdichtungsmittel zu erlauben, einen Druck auf der Außenfläche der flexiblen Membran zu schaffen. Es wird vorgezogen, dass das Halteelement als ein röhrenformiges Element ausgebildet ist. Es wird auch bevorzugt, dass das Halteelement einen Einlass hat, der abdichtend mit dem Flüssigkeitseinlass des Fasergehäuses verbunden ist, wobei ein Auslassende abdichtend mit dem Flüssigkeitsauslass des Fasergehäuses verbunden ist.
Es ist klar, dass verschiedene Längen der Entfernung von dem Einlassende zu dem Auslassende des Fasergehäuses verwendet werden können. Es ist jedoch am praktischsten, eine Länge zu verwenden, die durch die Länge im Handel erhältlicher Fasern oder Faserbündel definiert ist. Derart kann die Entfernung zwischen dem mindestens einen Flüssigkeitseinlass und dem mindestens einen Flüssigkeitsauslass zwischen 10 cm und 200 cm betragen, wie zum Beispiel zwischen 30 cm und 150 cm, wie zum Beispiel zwischen 40 und 80 cm. Wenn ein Faserbündel mit einer Länge von etwa 60 cm verwendet wird, kann eine bevorzugte Entfernung zwischen dem mindestens Einlass und dem mindestens einen Auslass zwischen 50 und 70 cm oder etwa 60 cm betragen. Die vorliegende Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen die Entfernung zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlass und mindestens einem Flüssigkeitsauslass zwischen 10 cm und 60 cm liegt, wie zum Beispiel zwischen 20 und 40 cm, wie zum Beispiel bei etwa 30 cm.
Die Entfernung zwischen dem mindestens einen Einlass und der Stelle der dichten Packung kann entsprechend ausgewählt werden. Daher kann die Entfernung zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlass und der Stelle der dichten Packung zwischen 5 cm und 100 cm liegen, wie zum Beispiel zwischen 10 cm und 90 cm, wie zum Beispiel zwischen 20 und 80 cm, wie zum Beispiel zwischen 30 und 50 cm, wie zum Beispiel um 40 cm. Die Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen die Erfindung zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlass und der Stelle der dichten Packung zwischen 5 cm und 80 cm, wie zum Beispiel zwischen 10 und 60 cm, wie zum Beispiel zwischen 15 und 30 cm, wie zum Beispiel um 20 cm liegt.
Die vorliegende Erfindung deckt Ausführungsformen mit verschiedenen Innendurchmessern des Fasergehäuses. Es ist jedoch am praktischsten, einen Durchmesser auszuwählen, der zu dem Durchmesser der im Handel erhältlichen Faserbündel passt. Der Innendurchmesser des Fasergehäuses kann daher zwischen 1 cm und 20 cm, wie zum Beispiel zwischen 2 cm und 15 cm, wie zum Beispiel zwischen 3 cm und 10 cm, wie zum Beispiel zwischen 4 cm und 8 cm, wie zum Beispiel um 5 cm betragen. Bei bestimmten Zwecken, welche die vorliegende Erfindung ebenfalls deckt, kann es praktisch sein, dass die Kontaktierungsvorrichtung der Erfindung Mittel zum Aufrechterhalten einer Längsspannung in den Fasern aufweist.
Verschiedene Fasertypen können für Vorrichtung zum Inkontaktbringen verwendet werden, wobei die Fasertypen ausgewählt werden können, um die Erfordernisse eines gegebenen Kontaktierungs- und/oder Filterprozesses zu erfüllen. Die Fasern können daher porös oder nicht porös sein, die Fasern können massiv oder hohl sein, und die Fasern können durchsichtige Fasern umfassen. Beim Gebrauch von hohlen Fasern wird bevorzugt, dass die Hohlfasern an den Faserenden, die an dem gleichen Ende des Fasergehäuses angeordnet sind wie ein Flüssigkeitseinlass in das Fasergehäuse eingerichtet sind, geschlossen sind. Unterschiedliche Werkstoffe können für die Fasern verwendet werden, wie zum Beispiel Polyester oder Nylon, aber andere Werkstoffe, wie zum Beispiel Glaswerkstoffe oder Gesteinswerkstoffe können für die Fasern verwendet werden.
Das Querschnittmaß der Fasern kann je nach Verfahren variieren. Die Fasern können daher einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von maximal 5 mm haben, wie zum Beispiel maximal 2 mm, wie zum Beispiel im Bereich von 0,001 bis 1 mm, wie zum Beispiel in dem Bereich von 0,01 bis 0,5 mm. Zu den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehört auch, dass die Fasern einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von maximal 250 mm haben, wie zum Beispiel maximal 160 mm, wie zum Beispiel maximal 60 mm, wie zum Beispiel maximal 25 mm, wie zum Beispiel maximal 16 mm, wie zum Beispiel maximal 6 mm, wie zum Beispiel maximal 2,5 mm.
Hier ist klar, dass die Maße der Fasern und das Verdichten der Fasern so ausgewählt werden können, dass das Querschnittmaß der geformten Zwischenräume eine Größe hat, die Blasen oder Mikroblasen mit einem erstrebenswerten Durchmesser erzeugt, wenn die Flüssigkeit und das Gas durch die Strömungskanäle, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden, fließen.
Beim Anordnen der Faser in dem Fasergehäuse wird bevorzugt, dass die Fasern an ihrem Einlassende des Fasergehäuses an einem Endteil des Fasergehäuses befestigt sind. Hier können die Fasern an dem Einlassende des Fasergehäuses an den Endteil geklebt sein oder an ein Halteelement geklebt sein, das an dem Endteil eingerichtet ist. Die Fasern können mit Epoxidharz geklebt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Fasern freie Faserenden an den entgegen gesetzten Enden des Einlassendes des Fasergehäuses. Die vorliegende Erfindung deckt jedoch auch eine Ausführungsform, bei welcher die Fasern in ihren jeweiligen Enden an einem Endteil des Fasergehäuses oder des Halteelements an den Endteilen mittels Epoxidharz befestigt sind.
Die Fasern können innerhalb des Fasergehäuses als ein Bündel von Fasern angeordnet werden, das die Länge der Fasern hat. Die Fasern können jedoch auch als ein gebogenes Bündel angeordnet werden, so dass eine daraus resultierende Länge des gebogenen Faserbündels in etwa zwischen 1/3 und 2/3 der Länge der nicht gebogenen Fasern beträgt. Vorzugsweise kann die Länge des gebogenen Faserbündels in etwa die halbe Länge des nicht gebogenen Faserbündels haben. Der gebogene Endteil des gebogenen Faserbündels kann entweder in dem Einlassende oder in dem Auslassende des Fasergehäuses angeordnet werden.
Obwohl bevorzugt werden kann, dass das Verdichtungsmittel die Fasern an einer einzigen Stelle entlang der Länge der Fasern verdichten kann, ist es auch innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, dass das Verdichtungsmittel die Fasern an mehreren Stellen entlang der Länge der Fasern verdichten kann. Hier kann der Druck für die verschiedenen Stellen der verdichteten Fasern variieren.
Es ist klar, dass das Verdichtungsmittel auf verschiedene Arten innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann. Das Verdichtungsmittel kann daher ein oder mehrere Verdichtungselemente aufweisen, die nicht flexible und/oder flexible Teile haben.
Die Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können zum Inkontaktbringen eines Gases mit einer Flüssigkeit und/oder zum Filtern verwendet werden, wenn sie in einem Kontaktierungs- und/oder Filtersystem angeordnet sind. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird daher ein System zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas und/oder zum Filtern einer Flüssigkeit bereitgestellt, wobei das System Folgendes aufweist: eine Vorrichtung zum Inkontaktbringen, die aus den Vorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgewählt wird, und Mittel zum Leiten einer Flüssigkeit und eines Gases durch eine Vielheit von Strömungskanälen der Fasern. Das System kann ferner Mittel zum Halten der Fasern in einem verdichteten Zustand aufweisen, während die Flüssigkeit und das Gas durch die Strömungskanäle der verdichteten Fasern laufen.
Das System kann ferner Mittel zum Freigeben des Drucks auf die Außenfläche der flexiblen Membran aufweisen, wodurch die Fasern in einem nicht verdichteten Zustand bleiben, und Mittel zum Leiten einer Flüssigkeit und/oder eines Gases durch die nicht verdichteten Fasern in eine Richtung von dem Einlass zu dem Auslass oder in eine entgegen gesetzte Richtung, so dass die Vorrichtung vorwärts oder rückwärts durchspült wird. Hier kann die Flüssigkeit, die durch die nicht verdichteten Fasern geleitet wird, um die Fasern zu spülen, Flüssigkeit sein, die nicht mit dem Gas in Kontakt war. Die Flüssigkeit, die durch die nicht verdichteten Fasern zu leiten ist, um die Faser durchzuspülen, kann auch oder alternativ behandelte Flüssigkeit sein, die mit dem Gas in Kontakt war.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind das Mittel zum Verdichten der Fasern, das Mittel zum Freigeben des Drucks, das Mittel zum Leiten einer Flüssigkeit und von Gas durch die verdichteten Fasern zum Inkontaktbringen der Flüssigkeit mit dem Gas und die Mittel zum Leiten einer Flüssigkeit und/oder eines Gases durch die nicht verdichteten Fasern, um die Vorrichtung durchzuspülen rechnergesteuert.
Es gehört auch zum Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas bereitzustellen. Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas in einem Fasergehäuse, das ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, bereitgestellt, wobei das Fasergehäuse eine äußere Begrenzung für eine Vielheit von Fasern umgibt und definiert, die sich in Längsrichtung in dem Fasergehäuse erstrecken, wobei in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume zwischen den Fasern bereitgestellt sind, so dass eine Vielheit von Strömungskanälen zwischen dem Einlassende und dem Auslassende definiert wird, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Einleiten einer Flüssigkeit und eines Gases an dem Einlassende des Fasergehäuses; Leiten der Flüssigkeit und des Gases von dem Einlassende zu den Fasern des Auslassendes über die Strömungskanäle, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden, und Begrenzen der Fasern und/oder Verdichten der Fasern in eine radiale Richtung an einer Stelle entlang der Länge der Fasern, um die Querschnittzone der Strömungskanäle zu verringern und dadurch den Druck auf den Fasern beizubehalten, während die Flüssigkeit und das Gas, die in Kontakt zu bringen sind, durch die Strömungskanäle geleitet werden.
Es wird bevorzugt, dass die in Längsrichtung verlaufenden Zwischenräume zwischen den Fasern sich mindestens zum Teil in eine Richtung von dem Einlassende zu dem Auslassende des Fasergehäuses erstrecken.
Für das Verfahren des dritten Aspekts der Er findung wird vorgezogen, dass das Verfahren ferner das Entfernen der Flüssigkeit aus dem Auslassende des Fasergehäuses aufweist. Hier kann die Flüssigkeit von dem Auslassende über einen oder mehrere Flüssigkeitsauslässe entfernt werden. Es gehört auch zu einer Ausführungsform der Erfindung, dass das Gas von dem Auslassende des Fasergehäuses entfernt werden kann.
Um die Flüssigkeit und das Gas von dem Einlassende zu dem Auslassende zu leiten, können ein Flüssigkeitsdruck und ein Gasdruck bereitgestellt werden, um dadurch eine Strömung der Flüssigkeit und des Gases von dem Einlassende zu dem Auslassende über die Strömungskanäle zu erzielen. Die Flüssigkeit und das Gas können an dem Einlassende getrennt eingeleitet werden, oder die Flüssigkeit und das Gas können gemischt werden, bevor sie in das Einlassende des Fasergehäuses eingelassen werden. Es wird bevorzugt, dass das Flüssigkeit-Luft-Gemisch an dem Einlassende des Fasergehäuses mit einem Druck in dem Bereich von 2 bis 7 bar, zum Beispiel mit 3 bar, zum Beispiel mit etwa 4 bar, zum Beispiel mit etwa 5 bar oder zum Beispiel mit etwa 6 bar bereitgestellt wird.
Wenn das Gas und die Flüssigkeit getrennt an dem Einlassende des Fasergehäuses eingeleitet werden, wird bevorzugt, dass das Gas an dem Einlassende über einen oder mehrere Gaseinlässe eingeleitet wird, und es wird auch bevorzugt, dass die Flüssigkeit an dem Einlassende über eine oder mehrere Flüssigkeitseinlässe eingeleitet wird. So können die Flüssigkeit und das Gas in das Fasergehäuse über mindestens einen getrennten Gaseinlass und mindestens einen getrennten Flüssigkeitseinlass eingeleitet werden. Hier kann ein Flüssigkeitsdruck in dem Bereich von 2 bis 7 bar, wie zum Beispiel etwa 3 bar, wie zum Beispiel etwa 4 bar, wie zum Beispiel etwa 5 bar oder wie zum Beispiel etwa 6 bar an dem Einlassende des Fasergehäuses bereitgestellt werden. Es wird auch bevorzugt, dass das Gas an dem Einlassende des Fasergehäuses mit einem Gasdruck eingeleitet wird, der höher ist als ein Flüssigkeitsdruck, mit dem die Flüssigkeit an dem Einlassende des Fasergehäuses eingeleitet wird. Hier kann der Gasdruck an dem Einlassende etwa 0,5 bis 2 bar höher sein als der Flüssigkeitsdruck an dem Einlassende des Fasergehäuses.
Das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen eine Vielheit von Fasern dicht in einer radialen Richtung an mindestens einer Stelle in Längsrichtung der Fasern innerhalb des Fasergehäuses gepackt ist. Das Verfahren kann daher ferner die Schritte des Verdichtens der Fasern aufweisen, um die Querschnittzone der Strömungskanäle zu verringern, und das Aufrechterhalten des Drucks auf den Fasern, während die Flüssigkeit und das Gas, die in Kontakt zu bringen sind, durch die Strömungskanäle geleitet werden. Um die Fasern zu verdichten, wird vorgezogen, dass zumindest ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran gebildet ist, die die Fasern umgibt. Der Schritt des Verdichtens der Fasern kann daher das Schaffen eines Drucks auf mindestens einem Teil einer Außenfläche der flexiblen Membran, die die Fasern umgibt, aufweisen.
Für bestimmte Prozesse ist der Einsatz von ultraviolettem Licht günstig. Daher gehört zum dritten Aspekt der Erfindung, dass das Verfahren ferner den Einsatz von ultraviolettem Licht umfasst. Hier können die Fasern Lichtleitfasern sein, und das ultraviolette Licht kann durch die Fasern übertragen werden.
Beim Inkontaktbringen eines Gases mit einer Flüssigkeit gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, können Mikroblasen, die das eingeleitete Gas enthalten, innerhalb der Flüssigkeit erzeugt werden, wenn das Gas durch die Strömungskanäle der Fasern geleitet wird, und die Maße der Mikroblasen können von dem Durchmesser oder den Quer schnittmaßen der Fasern und/oder dem Querschnittmaß der Strömungskanäle, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden, abhängen. Für einen gegebenen Durchmesser oder ein Querschnittmaß der Fasern, kann das Querschnittmaß der Strömungskanäle durch das dichte Packen der Fasern gesteuert werden, und das dichte Packen der Fasern kann durch das Verdichten der Fasern in die radiale Richtung gesteuert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Durchmesser der Fasern und das Maß der Strömungskanäle so ausgewählt werden, dass die erzeugten Mikroblasen ein Querschnittmaß haben, das maximal 1 mm beträgt, wie zum Beispiel in dem Bereich von 0,1 bis 1 mm, wie zum Beispiel in dem Bereich von 0,2 bis 0,6 mm, wie zum Beispiel etwa 0,4 mm.
Der dritte Aspekt der Erfindung deckt auch Ausführungsformen, bei welchen der Durchmesser der Fasern und/oder das Maß der Strömungskanäle so ausgewählt wird, dass das über die erzeugten Mikroblasen eingeleitete Gas in der eingeleiteten Flüssigkeit absorbiert oder zumindest zum Teil absorbiert wird.
Es ist klar, dass für verschiedene Gaskontaktierungsprozesse verschiedene Gase zum Inkontaktbringen mit der Flüssigkeit eingeleitet werden können. Bei bestimmten Prozessen kann das eingeleitete Gas daher Luft sein, während es für andere Prozesse Ozon sein kann.
Ferner gehört zu einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung, dass das eingeleitete Gas ein Gas ist, das Sauerstoff enthält, während das eingeleitete Gas bei einer anderen Ausführungsform aus der Gruppe ausgewählt werden kann, die im Wesentlichen aus Chlor und Chlordioxid besteht.
Das Fasergehäuse kann in verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein, aber bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Fasergehäuse senkrecht zu dem Einlassende des Fasergehäuses an der Unterseite und am Auslassende an der Oberseite angeordnet.
Wenn die Fasern an mindestens einer Stelle dicht gepackt sind, umfasst das Verfahren des dritten Aspekts der Erfindung ferner einen Filterprozess, bei dem die Flüssigkeit gefiltert wird, wenn sie durch die Strömungskanäle läuft, und der Filterprozess wird durch das dichte Packen oder Verdichten der Fasern gesteuert.
Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchen die Fasern an mindestens einer Stelle dicht gepackt sind, kann das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweisen: Freigeben des Drucks auf die Fasern und Leiten einer Flüssigkeit oder eines Gases durch die nicht verdichteten Fasern. Hier kann die Flüssigkeit oder das Gas durch die nicht verdichteten Fasern von dem Einlass zu dem Auslass oder in eine entgegen gesetzte Richtung laufen, um die Vorrichtung vorwärts oder rückwärts durchzuspülen. Die Flüssigkeit, die durch die nicht verdichteten Fasern geleitet werden soll, um die Fasern durchzuspülen, kann eine Flüssigkeit sein, die nicht mit dem Gas in Kontakt war, oder eine behandelte Flüssigkeit, die mit dem Gas in Kontakt war.
Es ist klar, dass die Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung von einer Vorrichtung oder einem System ausgeführt werden können, das aus den Vorrichtungen und Geräten gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgewählt wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der unten gegebenen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
2 ist ein Blockschaltbild, das eine erste Ausführungsform eines Systems zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
4 ist ein Blockschaltbild, das eine zweite Ausführungsform des Systems zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, die zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Vorrichtung der 1 umfasst ein Fasergehäuse 1, das die Form einer Röhre hat. Hier besteht das Fasergehäuse 1 aus einem Schlauch, wasserdichtem Material in der gesamten Länge des Fasergehäuses, so dass das Fasergehäuse als eine Schlauchmembran gebildet wird, die ein Faserbündel 2 umgibt. Das Faserbündel 2 weist eine Vielheit von Fasern auf, die in Längsrichtung in dem Fasergehäuse 1 verlaufen.
In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Fasern gebogen, um ein Bündel gebogener oder gefalteter Fasern 2 zu erzielen, das eine Länge hat, die etwa die halbe Länge der nicht gebogenen Fasern hat. Das gebogene Ende der Fasern ist in einem Auslassende 3 des Fasergehäuses 1 eingerichtet. Hier können die Fasern um ein Kreuz 4 gebogen werden, das an dem Fasergehäuse 1 durch Kleben mittels eines Epoxidharzes befestigt ist. Die freien Enden der Fasern sind in einem Einlassende 5 des Fasergehäuses 1 angeordnet. Hier wird bevorzugt, dass die Fasern an dem Einlassende 5 mittels Epoxidharz geklebt werden, was eine wasserdichte Endfläche an dem Einlassende 5 ergibt. Das Faserbündel 2 sollte beim Anordnen in dem Epoxidharz des Einlassendes 5 im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet werden, um eine Anzahl von Zwischenräumen mit im Wesentlichen gleicher Größe, die Strömungskanäle definieren, zu erzielen. Eine Anzahl von Flüssigkeits- oder Fluideinlässen 6 ist in der Seitenwand des Fasergehäuses 1 neben dem Einlassende 5 angeordnet, durch die eine Flüssigkeit oder ein Fluid in das Fasergehäuse 1 geleitet werden kann. Das Fasergehäuse 1 ist an dem Auslassende 3 offen, so dass die Flüssigkeit oder das Fluid aus dem Fasergehäuse 1 abgelassen werden kann. Für die Vorrichtung der 1 besteht kein getrennter Gaseinlass, so dass zum Verwenden dieses Geräts zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas das Gas in die Flüssigkeit eingeleitet oder mit ihr gemischt werden muss, bevor die mit dem Gas vermischte Flüssigkeit in die Fluid- oder Flüssigkeitseinlässe 6 eintritt.
In der veranschaulichten Ausführungsform der 1 besteht das Fasergehäuse 1 aus einem flexiblen Werkstoff, wie zum Beispiel aus einem erweichten PVC oder PVC-Schlauch, und die Seitenwand des Fasergehäuses hat eine Stärke von etwa 5 mm, und der Innendurchmesser des Fasergehäuses beträgt etwa 50 mm, was einen Außendurchmesser von etwa 60 mm ergibt. Das Kreuz 4 besteht aus nichtrostendem Stahl und hat einen Durchmesser von etwa 23 mm. Die Fasern können zum Beispiel Hohlfasern des Typs Tynex^® Nylon sein (erhältlich bei der Firma DuPont) mit einer aufgebreiteten Länge von 600 mm und einem Durchmesser von etwa 0,15 mm. Es können jedoch auch massive Fasern verwendet werden. Die gebogene oder gefaltete Länge der Fasern in dem Faserbündel 2 beträgt daher etwa 300 mm oder etwas weniger. Die Länge des Fasergehäuses beträgt dann etwa 300 mm oder etwas mehr. Zu bemerken ist, dass das Fasergehäuse 1 auch aus einem Gummiwerkstoff hergestellt werden kann, wie zum Beispiel aus EPDM-Gummi.
Wenn sich die Fasern in einem nicht verdichteten Zustand befinden, werden die Zwischenräume zwischen den Fasern von der Anordnung der Fasern in dem Einlassende 5 und der Anordnung der Fasern um das Kreuz 4 an dem Auslassende 3 definiert. Aufgrund der Anordnung um das Kreuz 4, kann die Größe der Zwischenräume und daher der Strömungskanäle von dem Einlassende 5 zu dem Auslassende 3 leicht variieren. Es gehört auch zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass die zwei Elemente des Kreuzes 4 voneinander durch eine Entfernung von 20 mm getrennt sind.
Wenn ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch die Strömungskanäle der Fasern der Vorrichtung der 1 geleitet wird, können Blasen oder Mikroblasen, die das eingeleitete Gas enthalten, innerhalb der Flüssigkeit erzeugt werden, und die Größe dieser Blasen oder Mikroblasen kann von dem Querschnittmaß der Strömungskanäle, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden, abhängen. Das Maß dieser Strömungskanäle kann wieder von dem Durchmesser der Fasern und der Packdichte oder dem engen Packen der Fasern abhängen. Der Prozess des Inkontaktbringens einer Flüssigkeit mit einem Gas beim Leiten durch die Strömungskanäle der Vorrichtung der 1 kann daher durch die Auswahl von Fasertypen (hohl oder massiv), des Durchmessers der Fasern und durch das dichte Packen der Fasern gesteuert oder geregelt werden. Hier kann das dichte Packen der Fasern durch ein Verdichten der Fasern in die radiale Richtung gesteuert werden.
Zusätzlich zum Gebrauch zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas, kann die Vorrichtung der 1 auch zum Filtern eines Fluids oder einer Flüssigkeit verwendet werden. Der Filterprozess kann gleichzeitig mit einem Prozess des Flüssigkeit-Gas-Inkontaktbringens ausgeführt werden. Die Mindestgröße der Partikel, die aus dem Fluid oder der Flüssigkeit gefiltert werden sollen, hängt hier auch von dem Durchmesser der Fasern und dem Packen oder der Querschnittdichte der Fasern ab. Die Größe der herausgefilterten Partikel sinkt daher mit sinkendem Faserdurchmesser. Obwohl eine relativ hohe Dichte der Fasern bevorzugt wird, ist es wichtig, dass die Querschnittzone der Strömungskanäle in einer Entfernung von der Stelle der verdichteten Fasern größer ist als an der Stelle, um ein Verstopfen zu vermeiden.
Um die Fasern der Vorrichtung der 1 zu verdichten, kann die flexible Membran, die das Faserbündel 2 umgibt, in eine radiale Richtung an einer Stelle entlang des Fasergehäuses 1 verdichtet werden. Dadurch wird die Gesamtquerschnittzone der Zwischenräume zwischen den Fasern und dadurch die Querschnittzone der Strömungskanäle an der Stelle verringert, wobei die Querschnittzonen der Strömungskanäle allmählich zu dieser Stelle verringert werden. Die Querschnittzone der Strömungskanäle und die Kontaktierungswirkung und/oder Filterwirkung kann daher durch Variieren des Außendrucks auf die flexible Membran variiert werden.
Um die Fasern des Faserbündels 2 zu verdichten, umfasst die Filtervorrichtung der 1 Verdichtungsmittel in der Form einer Klammer, die zwei gebogene Backen 7a, 7b hat. Hier bestehen die Backen 7a, 7b aus nichtrostendem Stahl mit einer Beschichtung aus erweichtem PVC auf den Oberflächen zum Kontaktieren der flexiblen Membran des Fasergehäuses 1.
Wenn die Backen 7a, 7b gegen das Fasergehäuse 1 gedrückt werden, werden die Fasern verdichtet und die Filtervorrichtung kann zum Filtern des Fluids verwendet werden. Wenn das Fluid durch das Fasergehäuse geleitet wird, werden die gefilterten Partikel auf der Einlassseite des Fasergehäuses 1 zwischen den Einlässen 6 und der Stelle 8 der verdichteten Fasern abgelagert.
Um ausreichend Raum für die abgelagerten Partikel zu erzielen und um ein frühzeitiges Verstopfen der Filtervorrichtung zu vermeiden, werden die Backen 7a, 7b und daher die Lage des Verdichtens 8 vorzugsweise so angeordnet, dass etwa 2/3 der Länge des Fasergehäuses auf der Einlassseite der Backen 7a, 7b liegen, und 1/3 der Länge des Fasergehäuses auf der Auslassseite der Backen 7a, 7b liegt. Für die Vorrichtung der 1 beträgt die Breite der Backen 7a, 7b etwa 25 mm. Die Kontaktierungsflächen der Backen 7a, 7b sind so geformt, dass jede Oberfläche etwa 1/3 des Außendurchmessers oder Umfangs des nicht verdichteten Fasergehäuses 1 abdeckt.
Die Backen oder Blöcke 7a, 7b des Verdichtungsmittels können manuell oder durch hydraulische Mittel gesteuert werden. Beim Einsatz eines hydraulischen Mittels kann der Druck des Verdichtungsmittels elektronisch zum Beispiel durch den Einsatz eines Computers gesteuert werden. Für die Vorrichtung der 1 wurden Prozesse mit einem Druck von etwa zwei Tonnen auf dem Verdichtungsmittel 7a, 7b, durch die das Faserbündel 2 verdichtet wird, ausge führt.
Um das Fasergehäuse 1 der 1 zu stützen oder zu halten, wird ein Halteelement 9 bereitgestellt. Das Halteelement hat die Form einer Röhre mit einem Fluid- oder Flüssigkeitseinlassende und einem Fluid- oder Flüssigkeitsauslassende und mit zwei entgegen gesetzt angeordneten Öffnungen 10a, 10b, die es dem Verdichtungsmittel 7a, 7b erlauben, die flexible Membran des Fasergehäuses 2 zu komprimieren. Das Halteelement oder die Leitung 9 hat einen ersten Innenkragen 11 an dem Einlassende und einen zweiten Innenkragen 12 an dem Auslassende, wobei ein erster O-Ring 13 um das Fasergehäuse 1 an dem Einlassende 5 angeordnet ist und abdichtend in den ersten Innenkragen 11 eingreift, und wobei ein zweiter O-Ring 14 um das Fasergehäuse 1 an dem Auslassende 3 angeordnet ist und abdichtend in den zweiten Innenkragen 12 eingreift. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist auch ein Außenkragen 15 an dem Einlassende 5 des Fasergehäuses 1 ausgebildet, wobei der erste O-Ring 13 zwischen dem Außenkragen 15 und dem ersten Innenkragen 11 angeordnet ist. Das Halteelement oder die Leitung 9 hat ferner einen Einlassflansch 16, der an dem Fluid- oder Flüssigkeitseinlassende eingerichtet ist, und einen Außenflansch 17, der an dem Fluidauslassende eingerichtet ist.
Die Flansche 16, 17 sind an dem Halteelement 9 mit Bolzen 18 und entsprechenden Muttern 19 befestigt.
Der Einlassflansch 16 ist bemessen, um auf eine Fluideinlassleitung zu passen, und der Auslassflansch 17 ist bemessen, um auf eine Fluidauslassleitung zu passen.
Für die Vorrichtung der 1 sind die Einlass- und die Auslassleitung Leitungen zu ¾ Zoll, und das Halteelement oder die Leitung 9 besteht aus nichtrostendem Stahl mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von etwa 360 mm.
Beim Gebrauch von erweichtem PVC für das Fasergehäuse 1, ist die Steifheit des Fasergehäuses 1 groß genug, um ein abdichtendes Eingreifen zwischen dem Innenkragen 12 und dem O-Ring 14 sicherzustellen. Dieser abdichtende Eingriff wird ferner durch den Druck des Fluids innerhalb des Fasergehäuses 1 verstärkt. Wenn jedoch eine Gummimembran für das Fasergehäuse 1 verwendet wird, kann es erforderlich sein, das Auslassende 3 des Fasergehäuses 1 zu verstärken.
Zu bemerken ist, dass eine Vorrichtung, die der Vorrichtung der 1 ähnelt, jedoch ohne das Verdichtungsmittel 7a, 7b zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Hier kann die Querschnittzone der Strömungskanäle von den Fasertypen und dem Faserdurchmesser sowie von der Dichte der Fasern innerhalb des Fasergehäuses 1 abhängen, aufgrund des Mangels an Verdichtungsmittel kann die Querschnittzone der Strömungskanäle jedoch nicht ohne Wechseln der Fasern, der Anzahl der Fasern oder der Querschnittzone des Fasergehäuses 1 geändert werden.
Es ist klar, dass ein Hauptvorteil einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit des Durchspülens der Fasern ist, wenn der Druck auf den Fasern freigegeben wird. Das ist insbesondere ein Vorteil, wenn man die Vorrichtung zum Filtern verwendet. Der Durchspülprozess kann entweder ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsdurchspülprozess sein. Das ist in 2 veranschaulicht, die ein Blockschaltbild ist, das ein System zeigt, das eine Inkontaktbring- und Filtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung kann vorzugsweise die in 1 gezeigte Vorrichtung sein.
Das System der 2 weist eine Vorrichtung 41 gemäß der Vorrichtung der 1 auf. Die Vorrichtung 41 hat ein Fasergehäuse 42 innerhalb eines Halteelements 43, das Öffnungen 44a, 44b für Verdichtungsmittel 45, 45b hat, wobei das Verdichtungsmittel einen Druck auf eine flexible Membran des Fasergehäuses 42 schaffen kann. Die Filtervorrichtung 41 hat ferner ein Flüssigkeits- oder Fluideinlassende 46 und ein Flüssigkeits- oder Fluidauslassende 47 jeweils zum Anschließen an die Flüssigkeits- oder Fluideinlass- und -auslassleitungen 48, 49.
Das System der 2 weist ferner einen Behälter 50 für ungefilterte Flüssigkeit oder Fluid mit einer Leitung 51 auf, über die ein Flüssigkeitsventil 69 mit der Einlassseite einer Pumpe 52 verbunden ist, um einen vorbestimmten Fluid- oder Flüssigkeitsdruck bereitzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gaseinlassventil zwischen dem Flüssigkeitsventil 69 und der Einlassseite der Pumpe 52 angeschlossen. Wenn das Flüssigkeitsventil 69 offen ist, das Gaseinlassventil offen und die Pumpe 52 aktiv ist, wird ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gas mit einem bestimmten Druck an der Auslassseite der Pumpe 52 bereitgestellt.
Von der Auslassseite der Pumpe 52 führt eine Leitung 53 das Fluid, die Flüssigkeit oder das Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch ein Ventil 55 zu der Fluid- oder Flüssigkeitseinlassleitung 48, die einen Druckmesser 54 hat. Vor dem Ventil 55 ist eine Leitung 56 mit der Leitung 53 über ein Ventil 57 verbunden, wobei das andere Ende der Leitung 56 mit der Fluid- oder Flüssigkeitsauslassleitung 49 verbunden ist. Die Flüssigkeits- oder Fluideinlassleitung 48 ist mit einer Leitung 58 verbunden, die über ein Ventil 59 zu einem Behälter 60 zum Aufnehmen von Filterpartikeln oder Ablagerung führt, die aus dem Fasergehäuse 42 während des Durchspülprozesses entfernt wird. Die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 49 ist ferner mit einer Leitung 61 verbunden, die über ein Ventil 62 zu einem Ablagerungsbehälter 60 führt. Die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 49 hat ebenfalls einen Druckmesser 63, und nach dem Anschließen an die Leitungen 56 und 61 wird die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 49 an eine Leitung 64 angeschlossen, die über ein Ventil 65 die/das behandelte und/oder gefilterte Flüssigkeit/Fluid zu einem Behälter 70 für behandelte(s) und/oder gefilterte(s) Flüssigkeit oder Fluid leitet.
In 2 ist auch ein Einlass 66 gezeigt, der mit der Leitung 56 über ein Ventil 67 verbunden ist. Ferner ist ein Ventil 68 in die Leitung 56 vor dem Anschluss an die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 49 eingefügt. Der Einlass 66 kann zum Einspritzen oder Einleiten einer Flüssigkeit, von Luft oder eines Gases in das System verwendet werden, um für einen Durchspülprozess verwendet zu werden. Die Flüssigkeit, die Luft oder das Gas sollten einen Druck haben, der hoch genug ist, um das System durchzuspülen.
Wenn das System der 2 in einer Betriebsart funktioniert, bei der Fasern verdichtet werden, stellt das Verdichtungsmittel 45a, 45b einen vorbestimmten Druck auf die Fasern innerhalb des Fasergehäuses 24 bereit, wobei die Ventile 69, 55, 65 und das Gaseinlassventil offen sind, die Ventile 57, 59,62, 67 und 68 geschlossen sind und die Pumpe 52 einen vorbestimmten Fluid- oder Flüssigkeitseinlassdruck bereitstellt. Dieser Druck kann zum Beispiel maximal 20 bar betragen, wie zum Beispiel maximal 10 bar, wie zum Beispiel in dem Bereich von 5 bis 10 bar. Wenn das Verfahren einige Zeit gelaufen ist, müssen die Fasern innerhalb des Fasergehäuse 42 eventuell durchgespült werden.
Wird ein Vorwärtsdurchspülen unter Einsatz von Fluid gewünscht, kann die Pumpe 52 abgeschaltet werden, die Ventile 69, 55, 65 und das Gaseinlassventil werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in geschlossener Stellung gehalten werden, das Verdichtungsmittel 45a, 45b wird freigegeben, die Ventile 62, 69 und 55 werden geöffnet, und die Pumpe 52 wird wieder eingeschaltet. Das leitet ungefiltertes und/oder unbehandeltes Fluid durch die nicht verdichteten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch die Leitung 61 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Wenn Rückwärtsdurchspülen unter Einsatz von Fluid gewünscht wird, kann die Pumpe ausgeschaltet werden, die Ventile 69, 55, 65 und das Gaseinlassventil werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in geschlossener Stellung gehalten werden, das Verdichtungsmittel 45a, 45b wird freigegeben, und die Pumpe 52 wird wieder eingeschaltet. Das leitet ungefiltertes Fluid durch die Leitung 56, rückwärts durch die nicht verdichteten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch die Leitung 58 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Wenn ein Vorwärtsdurchspülen unter Einsatz des Einlasses 66 gewünscht wird, kann die Pumpe 52 ausgeschaltet werden, die Ventile 69, 55, 65 und das Gaseinlassventil werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Stellung gehalten werden, das Verdichtungsmittel 45a, 45b wird freigegeben, dann werden die Ventile 62, 67, 57 und 55 geöffnet. Das leitet Flüssigkeit, Luft oder Gas von dem Einlass 66 durch die nicht verdichteten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch die Leitung 61 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Wenn Rückwärtsspülen unter Einsatz des Einlasses 66 gewünscht wird, kann die Pumpe 52 ausgeschaltet werden, die Ventile 69, 55, 65 und das Gaseinlassventil werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Stellung gehalten werden, das Verdichtungsmittel 45a, 45b wird freigegeben, dann werden die Ventile 67, 68 und 59 geöffnet. Das leitet Flüssigkeit, Luft oder Gas von dem Einlass 66 durch die Leitung 56 rückwärts durch die nicht verdichteten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch Leitung 58 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Gewöhnlich wird ein Rückwärtsspülvorgang verwendet, um jede weitere Kontamination des Systems zu vermeiden.
Man muss verstehen, dass es ebenfalls in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fällt, ein System zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas oder zum Filtern einer Flüssigkeit oder eines Gases bereitzustellen, wobei das System automatisch von einem Computer, wie zum Beispiel einer speicherprogrammierbaren Steuerung, SPS, betrieben wird. Hier kann der Computer programmiert werden, um das Verdichten und das Freigeben des Druckmittels zum Beispiel durch den Gebrauch hydraulischer Mittel zu steuern. Vorausbestimmte Drücke und Zeitintervalle können in den Computer programmiert werden, um einen solchen Prozess zu steuern. Der Computer kann ferner programmiert werden, um die Fluidpumpe 52 sowie die Ventile 55, 57, 59, 62, 65, 67, 68 und das Gaseinlassventil in vorausbestimmten Zeitintervallen auf aktiv oder inaktiv zu steuern.
3 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Vorrichtung der 3 umfasst ein Fasergehäuse 301, das die Form einer Röhre hat. Hier besteht das Fasergehäuse 301 aus einem wasserdichten Werkstoff, der in der gesamten Gehäuselänge massiv ist und ein Faserbündel 302 umgibt. Das Faserbündel 302 umfasst eine Vielheit von Fasern, die in Längsrichtung des Fasergehäuses 301 verlaufen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Verdichtungsmittel 303 in der Form einer Verdichtungsmembran, eines Futters oder eines Balgs an einer Stelle innerhalb des Fasergehäuses 301 angeordnet und umgibt die Fasern 302. Das Verdichtungsmittel 303 besteht aus einem flexiblen Werkstoff, der abdichtend mit der Innenwand des Fasergehäuses 301 durch Montage und Dichtringe 304 sowie Montagebolzen 305 verbunden ist. Eine hydraulische Einlass-/Auslassöffnung 306 ist in dem Fasergehäuse 303 angeordnet, um einen hydraulischen Druck bereitzustellen und/oder zu steuern, wodurch das Verdichtungsmittel 303 gegen das Faserbündel 302 gedrückt werden kann.
In der veranschaulichten Ausführungsform hat das Fasergehäuse 301 ein Einlassende 307 und ein Auslassende 308, und die Fasern 302 haben freie Enden an dem Auslassende 308. An dem Einlassende 307 sind die Fasern an einem Faserkopf 309 gesichert, und es wird vorgezogen, dass die Fasern 302 mit Epoxidharz an den Faserkopf 309 geklebt werden. Das Faserbündel 302 sollte beim Einrichten in dem Epoxidharz des Faserkopfes 309 im Wesentlichen gleichförmig beabstandet werden, um eine Anzahl von Zwischenräumen mit im Wesentlichen gleicher Größe zu erzielen, die die Strömungskanäle definieren. Ein oder mehrere Flüssigkeits- oder Fluideinlässe können an und um das Einlassende 307 des Fasergehäuses 301 angeordnet werden, so dass eine Flüssigkeit oder ein Fluid in das Fasergehäuse 301 geleitet werden kann. Das Fasergehäuse 301 hat einen oder mehrere Flüssigkeits- oder Fluidauslässe an dem Auslassende 308, durch die die Flüssigkeit oder das Fluid aus dem Fasergehäuse 301 abgelassen werden kann. Der Faserkopf 309 ist an einem Faserkopfaufbau 310 befestigt, der an dem Fasergehäuse 301 gesichert ist, und die Flüssigkeit oder das Fluid kann von dem/den Einlass/Einlässen durch den Aufbau 310 entlang des Faserkopfs 309 durchgehen und dann in das Faserbündel 302 entlang der Außenseite des Faserbündels 302 eintreten. Wenn eine Flüssigkeit in das Faserbündel 302 eingeleitet wird, können die Fasern gegen das Fasergehäuse 301 und Verdichtungsmittel gedrückt werden, wodurch die Flüssigkeit durch Zwischenräume laufen muss, die zwischen den Fasern bereitgestellt werden, bevor sie das Fasergehäuse 301 durch den/die Flüssigkeitsauslass/-auslässe verlassen kann.
Der Faserkopf 309 kann an dem Aufbau 310 über einen Kopfbolzen 311 mit einer Bündigmutter 312, die auf einem Bündigring 313 ruht, gesichert werden. Ein Freiraum wird um den Kopfbolzen 311 mit dem Aufbau 310 bereitgestellt, und ein Bündigraum wird zwischen dem Aufbau 310 und dem Faserkopf 309 bereitgestellt. Es wird bevorzugt, dass ein Ring 314 zum Bereitstellen einer turbulenten Flüssigkeitsströmung, wie zum Beispiel während eines Durchspülprozesses an der Innenwand des Fasergehäuses 301 bereitgestellt wird.
Für die Vorrichtung der 3 kann ein Gaseinlass 315 an dem Einlassende 307 bereitgestellt werden. Hier kann der Gaseinlass 315 zum dem Aufbau 310 gehören, wobei das Gas in die Flüssigkeit an dem Freiraum vor dem Faserkopf 309 eingeleitet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch kein getrennter Gaseinlass verwendet, und das Gas wird in die Flüssigkeit eingeleitet oder mit der Flüssigkeit gemischt, bevor die Flüssigkeit vermischt mit dem Gas in die Fluid- oder Flüssigkeitseinlässe eintritt.
Es wird bevorzugt, dass der Bündigring 313 eine variable Stärke oder Höhe hat, und dass die Bündigmutter 312 bemessen ist, um zu der variablen Höhe des Bündigrings zu passen. Wenn der Faserkopf 309 daher während zum Beispiel eines Durchspülprozesses gedreht oder verdreht wird, kann der Faserkopf 309 in die Richtung gegen den Aufbau vor- und zurückbewegt werden. Der Faserkopf 309 kann aufgrund einer turbulenten Flüssigkeitsströmung, die von dem Ring 314 bereitgestellt wird, verdreht werden.
Für die veranschaulichte Ausführungsform der 3 können das Fasergehäuse 301 und der Aufbau 310 aus nichtrostendem Stahl hergestellt werden, während das Verdichtungsmittel 303 aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt werden kann, wie zum Beispiel aus erweichtem PVC oder PVC-Schlauch oder Gummi. Der Innendurchmesser des Fasergehäuses kann bei einer bevorzugten Ausführungsform etwa 100 mm betragen, und der Durchmesser des Faserkopfs 309 und das Faserbündel 302 können etwa 76 mm betragen. Bei einer Ausführungsform sind die Fasern Hohlfasern aus Nylon mit einer Länge von etwa 400 mm und einem Faserdurchmesser von etwa 6 mm. Die Gesamtlänge des Fasergehäuses 301 kann 500 mm betragen. Es können auch Massivfasern verwendet werden, und bei einer Ausführungsform werden Massivfasern mit einem Durchmesser von 2,5 mm verwendet.
Wenn ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch die Strömungskanäle der Fasern der Vorrichtung der 3 geleitet wird, können Blasen oder Mikroblasen, die das eingeleitete Gas enthalten, innerhalb der Flüssigkeit erzeugt werden, siehe auch die oben stehende Besprechung in Zusammenhang mit 1, und das Maß dieser Blasen oder Mikroblasen kann von dem Querschnittmaß der Strömungskanäle abhängen, die von den Zwischenräumen bereitgestellt werden. Beim Gebrauch von Hohlfasern mit einem Durchmesser von 6 mm, wird bei einer Ausführungsform der Einsatz eines Hydraulikdrucks von etwa 5 bis 10 bar auf dem Verdichtungsfutter vorgezogen, um eine sehr dichte Packung der Fasern zu erzielen, die Zwischenräume ergeben, die ein Querschnittmaß in dem Bereich von 0,4 mm haben. Das Gas-Flüssigkeit-Gemisch kann an dem Einlassende des Fasergehäuses 301 mit einem Druck in dem Bereich von 4 bis 6 bar eingeleitet werden.
Neben dem Gebrauch zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas, kann die Vorrichtung der 3 auch zum Filtern eines Fluids oder einer Flüssigkeit ver wendet werden. Der Filterprozess kann gleichzeitig mit einem Prozess des Flüssigkeit-Gas-Inkontaktbringens ausgeführt werden, siehe oben stehende Besprechung in Zusammenhang mit der 1.
Zu bemerken ist, dass eine Vorrichtung, die der Vorrichtung der 3 ähnelt, jedoch ohne das Verdichtungsfutter 303, für das Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Hier kann die Querschnittszone der Strömungskanäle von den Fasertypen und dem Faserdurchmesser sowie von der Dichte der Fasern innerhalb des Fasergehäuses 301 abhängen, aufgrund des Mangels an Verdichtungsmittel können die Zwischenräume jedoch nicht ohne Wechseln der Fasern, der Anzahl der Fasern oder der Querschnittzone des Fasergehäuses 301 geändert werden.
Es ist klar, dass ein Hauptvorteil einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit des Durchspülens der Fasern ist, wenn der Druck auf den Fasern freigegeben wird. Das ist insbesondere ein Vorteil, wenn man die Vorrichtung zum Filtern verwendet. Der Durchspülprozess kann entweder ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsdurchspülprozess sein. Ein System, das einen Vorwärtsdurchspülprozess ausführen kann, ist in 4 veranschaulicht, die ein Blockschaltbild ist, das ein System zeigt, das eine Inkontaktbring- und Filtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das System der 4 kann daher zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, aber das System kann auch für einen Filterprozess verwendet werden.
Das System der 4 weist eine Vorrichtung 401 auf, die eine Vorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Vorrichtung der 3 ist. Die Vorrichtung 401 hat ein Fasergehäuse 402, das eine hydraulische Einlass-/Auslassöffnung 403 hat, die zu einem Verdichtungsmittel in dem Gehäuse führt, um das Faserbündel innerhalb des Fasergehäuses 402 zu verdichten. Ein Fluid oder ein Gas kann mit einem bestimmten Druck über die Öffnung 403 eingeführt werden, um die Fasern zu verdichten. Die Vorrichtung 401 hat ferner ein Flüssigkeits- oder Fluideinlassende 404 und ein Flüssigkeits- oder Fluidauslassende 405, um jeweils an die Flüssigkeits- oder Fluideinlass- und -auslassleitungen 406, 407 anzuschließen.
Das System der 4 umfasst ferner einen Behälter 408 für ungefilterte Flüssigkeit oder ungefiltertes Fluid mit einer Leitung 409, über die ein Flüssigkeitsventil 410 mit der Einlassseite einer Pumpe 411 verbunden ist, um einen vorausbestimmten Fluid- oder Flüssigkeitsdruck bereitzustellen. Ein Gaseinlassventil 412 ist ferner an die Einlassseite der Pumpe 411 angeschlossen. Ferner ist ein Rückführventil 413 an die Einlassseite der Pumpe 411 angeschlossen. Wenn das Flüssigkeitsventil 410 offen ist, das Gaseinlassventil 412 offen ist, das Rückführventil 413 geschlossen ist, und die Pumpe 411 aktiv ist, wird ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch mit einem bestimmten Druck an der Auslassseite der Pumpe 411 bereitgestellt.
Von der Auslassseite der Pumpe 411 leitet eine Leitung 414 das Fluid, die Flüssigkeit oder das Gas-Flüssigkeit-Gemisch durch ein Ventil 415 zu der Fluid- oder Flüssigkeitseinlassleitung 406. Vor dem Ventil 415 ist eine Leitung 416 an die Leitung 414 über ein Verdichtungsventil 417 angeschlossen, wobei der Ausgang des Ventils 417 an die Öffnung 403 angeschlossen ist. Die Öffnung 403 ist auch an eine externe Steuerleitung 418 über ein externes Steuerventil 419 angeschlossen, und an eine Leitung 420 über ein Druckablassventil 421. Die Leitung 420 ist an eine Einspritzvorrichtung 422 angeschlossen.
Der Ausgang der Einspritzvorrichtung 422 führt zu einem Behälter 423 zum Aufnehmen von Filterpartikeln oder Ablagerung, die aus dem Fasergehäuse 402 während eines Durchspülprozesses entfernt wird. Die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 407 ist ferner mit der Einspritzvorrichtung 422 über eine Leitung 424 und ein Vorwärtsspülventil 425 verbunden. Die Flüssigkeits- oder Fluidauslassleitung 407 ist mit einer Leitung 426 verbunden, über die ein Ventil 427 die behandelte und/oder gefilterte Flüssigkeit oder das behandelte und/oder gefilterte Fluid zu einem Behälter 428 für behandelte(s) und/oder gefilterte(s) Flüssigkeit oder Fluid leitet.
Das Verdichten der Fasern kann extern durch Anpassen des Hydraulikdrucks über die externe Steuerleitung und das Ventil 419 gesteuert werden. Beim Betrieb in dieser Betriebsweise sind die Ventile 417 und 421 geschlossen. Beim Druckablassen des Verdichtungsmittels kann das Druckablassen über das Ventil 419 oder durch Öffnen des Druckablassventils 421 stattfinden. Es wird jedoch bevorzugt, dass das Ventil 419 geschlossen ist, und dass der Verdichtungsdruck über das Verdichtungsventil 417 gesteuert wird. Hierbei sind die Ventile 415, 412, 413, 419 und 421 geschlossen, während die Ventile 410 und 417 offen sind und nicht behandelte(s) Fluid oder Flüssigkeit von der Pumpe 411 über die Leitung 416 in das Verdichtungsmittel über die Öffnung 403 gepumpt wird. Sobald ein gewünschter Druck erzielt wurde, wird das Ventil 417 geschlossen, und das System kann für den normalen Betrieb verwendet werden.
Während des normalen Betriebs sind die Ventile 413, 417, 419, 421 und 424 geschlossen, während die Ventile 410, 412, 415 und 427 offen sind. Hierbei kann das Ventil 412 geschlossen sein, wenn das Fluid oder die Flüssigkeit ohne den Gaskontakt zu filtern oder zu behandeln ist. Die Pumpe 411 stellt einen vorbestimmten Fluid- oder Flüssigkeitseinlassdruck bereit. Dieser Druck kann zum Beispiel bis zu 20 bar betragen, wie zum Beispiel bis zu 10 bar, wie zum Beispiel in dem Bereich von 5 bis 10 bar oder in dem Bereich von 4 bis 6 bar. Wenn der Prozess seit einiger Zeit läuft, ist es eventuell erforderlich, dass die Fasern innerhalb des Fasergehäuses 402 durchgespült werden.
Wird ein Vorwärtsdurchspülen gewünscht, kann die Pumpe 411 abgeschaltet werden, die Ventile 410, 412, 415 und 427 werden geschlossen, und die Ventile 413, 417 und 419 werden geschlossen gehalten, das Druckablassventil 421 und das Vorwärtsspülventil 425 werden geöffnet, dann werden die Ventile 410, 415 geöffnet, und die Pumpe 411 wird wieder eingeschaltet. Das leitet ungefiltertes und/oder unbehandeltes Fluid durch die Fasern vorwärts, während gleichzeitig die Fasern dekomprimiert werden, indem man die Einspritzvorrichtung 422 das Verdichtungsfluid oder die Verdichtungsflüssigkeit über das Druckablassventil 421 entfernen lässt. Das Spül- und Verdichtungsfluid oder die Spül- und Verdichtungsflüssigkeit wird über die Einspritzvorrichtung 422 zu dem Abfall- oder Ablagerungsbehälter 423 geleitet.
Man versteht, dass es auch in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung gehört, dass ein System gemäß 4 zum Inkontaktbringen einer Flüssigkeit mit einem Gas oder zum Filtern einer Flüssigkeit oder eines Gases bereitgestellt werden kann, wobei das System automatisch von einem Computer, wie zum Beispiel einer speicherprogrammierbaren Steuerung, SPS, betrieben wird. Hierbei kann der Computer programmiert werden, um die Pumpe 411 und die Ventile in vorbestimmten Zeitintervallen auf aktiv und nicht aktiv zu steuern.
Man versteht, dass die Vorrichtungen und Systeme gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung für eine Vielheit verschiedener Prozesse verwendet werden können. Bei vielen Prozessen kann das mit der Flüssigkeit vermischte Gas Luft sein, die bei Luftdruck über einen Gaseinlass, der vor der Pumpe 52, 411 eingerichtet ist, hereingenommen wird.
Ein Beispiel eines Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abscheideprozess, bei dem Öle oder Fette von einer wässerigen Lösung getrennt werden. Hierbei wird zum Beispiel Luft verwendet und mit der Lösung vor dem Eintreten in die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Flüssigkeit und Gas, die eine Vorrichtung, die eine Vorrichtung gemäß der 3 sein kann, vermischt. Hierbei beträgt der Innendurchmesser des Fasergehäuses etwa 100 mm, und der Durchmesser des Faserkopfs 309 und des Faserbündels 302 beträgt etwa 76 mm. Die Fasern sind Hohlfasern aus Nylon mit einer Länge um 400 mm mit einem Faserdurchmesser von etwa 6 mm. Ein Verdichtungsdruck von 10 bar wird verwendet, um ein dichtes Packen der Fasern zu erzielen, und um Faserzwischenräume zu erzielen, die in dem Bereich von 0,4 mm sein können, wobei sehr feine Mikroblasen, die im Bereich von 0,4 mm liegen können, gebildet werden können. Die gemischte Lösung wird mit einem Druck um 5 bar eingeleitet. Die Maße des Fasergehäuses und des Faserbündels werden so ausgewählt, dass für diesen Einlassdruck eine Fluidströmung von etwa 1 Kubikmeter pro Stunde erzielt wird. Ein Prozess zum Abscheiden von Ölen oder Fetten aus einer wässerigen Lösung kann bei dieser Ausführungsform der Erfindung ebenfalls ohne den Einsatz von Verdichten des Verdichtungsmittels verwendet werden. Hier werden die Zwischenräume zwischen den Fasern viel breiter, und die ausgebildeten Blasen haben einen viel größeren Durchmesser, und eine Fluidströmung durch die Vorrichtung in dem Bereich von 9,5 Kubikmeter pro Stunde kann bei einem Fluideinlassdruck von etwa 4 bar erzielt werden.
Es können daher Abscheideprozesse für verschiedene Verdichtungen der Fasern ausgeführt werden, was zu verschiedenen Durchsätzen der zu behandelnden Lösung führt. Für bestimmte Zwecke wurde jedoch festgestellt, dass ein Verdichten des Verdichtungsmittels gegen die Fasern mit einem Hydraulikdruck in dem Bereich von 5 bis 10 bar eine gute Lösung bereitstellen kann.
Die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können auch für eine Anzahl anderer Prozesse neben den Abscheideprozessen verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher zum Erzeugen einer Reaktion eines Gases mit einer Flüssigkeit effektive Verfahren bereitgestellt werden, bei welchen Prozessparameter steuerbar sind, so dass das eingeleitete Gas ganz oder zumindest teilweise in der Flüssigkeit absorbiert wird.
Gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung können auch effektive Verfahren zum Austreiben von Gasen aus einer Lösung bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Ammoniak, Wasserstoffsulfid und Lösemittel. Hierbei kann Luft in die Lösung eingeleitet werden, und das Gas kann aus der Lösung durch die erzeugten Blasen ausgetrieben werden.
Es ist klar, dass die Verfahren des Sterilisierens einer Flüssigkeit oder einer Lösung ebenfalls erzielt werden können, indem die vorliegende Erfindung verwendet wird. Hierbei kann ein Sterilisierungsgas, wie zum Beispiel Ozon eingeführt werden, um mit der Flüssigkeit oder der Lösung zu reagieren. Das Ozon kann über einen getrennten Gaseinlass direkt an dem Einlassende des Fasergehäuses mit einem Druck eingeleitet werden, der größer ist als der Einlassdruck der Flüssigkeit oder der Lösung. Der Einlassdruck des Ozons kann in dem Bereich von 0,5 bis 2 bar höher sein als der Einlassdruck der Flüssigkeit, der im Bereich von 4 bis 6 bar liegen kann.
Durch den Einsatz eines sauerstoffhaltigen Gases als das Gas, und Abwasser als die Flüssigkeit, können die Verfahren der vorliegenden Erfindung einen effektiven Prozess für das Verringern der chemischen Sauerstoffbe darfszahl (COD, Chemical Oxygen Demand) des Abwassers bereitstellen, da eine effektive Reaktion zwischen dem Sauerstoff des Gases und dem Abwasser durch das Bilden von Blasen oder Mikroblasen erzielt werden kann.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Details vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen, und derartige Änderungen fallen in den Bereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Vorrichtung, um eine Flüssigkeit mit einem Gas in Kontakt zu bringen, die Folgendes umfasst: mindestens einen Gaseinlass, um das Gas in die Flüssigkeit einzuleiten, ein Fasergehäuse, das mindestens einen in einem Einlassende des Fasergehäuses angeordneten Flüssigkeitseinlass und mindestens einen Flüssigkeitsauslass aufweist, wobei das Fasergehäuse eine Vielheit von in Längsrichtung in dem Fasergehäuse verlaufenden Fasern umgibt und für diese eine äußere Begrenzung definiert und zwischen den Fasern in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume bereitgestellt sind, wodurch eine Vielheit von Strömungskanälen für die Flüssigkeit und das Gas definiert werden, und wobei mindestens ein Teil des/der Gaseinlasses/Gaseinlässe dergestalt angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des Gases am Einlassende des Fasergehäuses, oder bevor die Flüssigkeit über den/die Flüssigkeitseinlass/Flüssigkeitseinlässe in das Einlassende des Fasergehäuses eintritt, in die Flüssigkeit eingeleitet werden kann, wodurch sich über die von den Zwischenräumen bereitgestellten Strömungskanäle eine Gas-Flüssigkeit-Strömung vom Einlassende zum Auslassende erhalten lässt, wobei die Zwischenräume dadurch einen Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas bereitstellen, und Mittel, um die Fasern in einer radialen Richtung zu verdichten und/oder einzuengen, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Gas-Flüssigkeit-Strömung durch die Zwischenräume aufzuweisen, wenn sich die Fasern in einem verdichteten und/oder eingeengten Zustand befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran ausgebildet ist, welche die Fasern umgibt, und ein Verdichtungsmittel bereitgestellt ist, um auf einer Außenfläche der flexiblen Membran an mindestens einer Stelle entlang der Länge der Fasern einen Druck zu erzeugen und dadurch die Fasern in einer radialen Richtung zu verdichten, um dadurch eine dichte Packung der Fasern zu erhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, die ferner mindestens einen Gasauslass umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Gas-Flüssigkeit-Abscheider mit dem mindestens einen Gasauslass verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Gasauslass Teil des Fasergehäuses oder mit diesem verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der mindestens eine Flüssigkeitseinlass in einem Einlassende des Fasergehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Flüssigkeitsauslass in einem Auslassende des Fasergehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, wobei die in Längsrichtung verlaufenden Zwischenräume zwischen den Fasern mindestens teilweise in einer Richtung vom Einlassende zum Auslassende des Fasergehäuses verlaufen.
System, um eine Flüssigkeit mit einem Gas in Kontakt zu bringen, das Folgendes umfasst: eine Vorrichtung zum Inkontaktbringen, die unter den Vorrichtungen nach Ansprüchen 1 bis 9 ausgewählt ist, und Mittel, um eine Flüssigkeit und ein Gas durch die Vielheit von Strömungskanälen der Fasern zu leiten.
System nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Mittel, um den Druck auf die Außenfläche der flexiblen Membran aufzuheben und dadurch die Fasern in einem nicht verdichteten Zustand zu hinterlassen, Mittel, um eine Flüssigkeit und/oder ein Gas in einer Richtung vom Einlass zum Auslass oder in einer entgegengesetzten Richtung durch die nicht verdichteten Fasern zu leiten, um dadurch die Vorrichtung vorwärts oder rückwärts zu durchspülen.
Verfahren, um in einem Fasergehäuse, das ein Einlassende und ein Auslassende aufweist, eine Flüssigkeit mit einem Gas in Kontakt zu bringen, wobei das Fasergehäuse eine Vielheit von in Längsrichtung in dem Fasergehäuse verlaufenden Fasern umgibt und für diese eine äußere Begrenzung definiert, wobei zwischen den Fasern in Längsrichtung verlaufende Zwischenräume bereitgestellt sind, wodurch eine Vielheit von Strömungskanälen zwischen dem Einlassende und dem Auslas sende definiert wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einleiten einer Flüssigkeit und eines Gases am Einlassende des Fasergehäuses, Leiten der Flüssigkeit und des Gases über die von den Zwischenräumen bereitgestellten Strömungskanäle vom Einlassende zum Auslassende und Einengen und/oder Verdichten der Fasern in einer radialen Richtung an einer Stelle entlang der Länge der Fasern, um dadurch die Querschnittsfläche der Strömungskanäle zu reduzieren, wodurch der Druck auf die Fasern aufrechterhalten wird, während die Flüssigkeit und das Gas, die in Kontakt gebracht werden sollen, durch die Strömungskanäle geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die in Längsrichtung verlaufenden Zwischenräume zwischen den Fasern mindestens teilweise in einer Richtung vom Einlassende zum Auslassende des Fasergehäuses verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Flüssigkeit und das Gas gemischt werden, bevor sie am Einlassende des Fasergehäuses eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei für das Flüssigkeit-Luft-Gemisch am Einlassende des Fasergehäuses ein Druck im Bereich von 2 bis 7 Bar, wie etwa 3 Bar, wie etwa ca. 4 Bar, wie etwa ca. 5 Bar oder wie etwa 6 Bar, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Gas am Einlassende über einen oder mehrere Gaseinlässe eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 14 oder 16, wobei die Flüssigkeit am Einlassende über einen oder mehrere Flüssigkeitseinlässe eingeleitet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 12 bis 17, wobei an mindestens einer Stelle entlang der Länge der Fasern in dem Fasergehäuse die Vielheit von Fasern in einer radialen Richtung dicht gepackt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei in der Flüssigkeit Mikroblasen generiert werden, die das eingeleitete Gas enthalten, wenn die Flüssigkeit und das Gas durch die Strömungskanäle der Fasern geleitet werden, wobei die Größe der Mikroblasen eine Funktion des Durchmessers oder der Querschnittsgrößen der Fasern und/oder der Querschnittsgröße der von den Zwischenräumen bereitgestellten Strömungskanäle ist.