DE68912503T2 - Vorrichtungzur Erzeugung und Verteilung von Blasen in einer Flüssigkeit. - Google Patents

Vorrichtungzur Erzeugung und Verteilung von Blasen in einer Flüssigkeit.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben eines Gases in eine Flüssigkeit in einem Behälter in der Form feinverteilter Blasen und Verteilen der Blasen über das gesamte Flüssigkeitsvolumen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Ausdruck "Inert-Gas" umfaßt im vorliegenden Zusammenhang Stickstoffgas, das gegenüber Aluminium und Aluminiumlegierungen inert ist, ferner Argongas, Heliumgas, Kryptongas und Xenongas im Periodensystem.
  • Es gibt Fälle, in denen ein Gas feinverteilt in eine Flüssigkeit abgegeben werden muß. Beispielsweise wird ein Behandlungsgas in der Form von Blasen in geschmolzenes Aluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Entfernen von gelöstem Wasserstoff, nichtmetallischen Einschlüssen in Form von Oxiden des Aluminium, Magnesium oder entsprechende Metalle, oder von Kalium, Natrium, Phosphor und ähnlichen Metallen aus der Schmelze abgegeben. Weiterhin wird zum Fördern einer chemischen Reaktion ein Gas in Form von Blasen in eine Flüssigkeit abgegeben und dadurch in Berührung mit der Flüssigkeit gebracht. Damit das Gas in diesen Fällen mit der Flüssigkeit in Berührung tritt, ist es erforderlich, das Gas so fein wie möglich zu verteilen und die entstehenden Blasen gleichförmig über die Flüssigkeit einzumischen.
  • Die EP-A-0 155 701 offenbart eine Vorrichtung zum Lösen und Einmischen von Blasen in eine Flüssigkeit ähnlich der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Ein Rotor ist am unteren Ende einer senkrechten hohlen Welle angebracht. Die Welle bildet einen Gaskanal mit einem Auslaß am Boden des Rotors. Gasführungsnuten erstrecken sich radial von dem Gasauslaß zu Vorsprüngen an dem Umfang des Rotors.
  • Die US-A-2 609 189 und die FR-A-2 604 107, die ähnliche Vorrichtungen zeigen, offenbaren einen Rotor mit radialen Bohrungen zum Abgeben von Gas. Die Gasauslässe befinden sich in Ausnehmungen, die zwischen radialen Vorsprüngen am Umfang des Rotors vorgesehen sind.
  • Für den vorliegenden Zweck wurde zuvor eine Vorrichtung verwendet, die eine senkrechte, drehbare Welle umfaßte, die einen Gaskanal aufwies, der sich durch die Welle in deren Längsrichtung erstreckte, und einen Rotor zum Abgeben und Einmischen von Blasen am unteren Ende der Welle. Der Rotor wies eine Anzahl von Flüssigkeits-Rührilügeln an seiner Umfangsfläche in vorgegebenen Umfangsabständen auf. Gasauslässe befanden sich in der Umfangsfläche jeweils zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Flügeln und waren mit dem Gaskanal der drehbaren Welle verbunden. Eine Anzahl von Flüssigkeitskanälen erstreckte sich von der Bodenfläche des Rotors zu den jeweiligen Gasauslässen (US-A-4 426 068). Bei dieser Vorrichtung wird die senkrechte, drehbare Welle gedreht, während das in die Flüssigkeit abzugebende Gas in den Gaskanal eingeleitet wurde, so daß das Gas von den Gasauslässen in Form von Blasen abgegeben wurde. Dabei fließt die Flüssigkeit in die Flüssigkeitskanäle über deren Öffnungen im Umfang des Rotors, sodann durch diese Kanäle in Richtung der Gasauslässe in der Umfangsfläche des Rotors und anschließend aus den Auslässen hinaus. Auf diese Weise werden die Blasen, die von den Auslässen abgegeben werden, in dem gesamten Flüssigkeitsvolumen vermischt und weiter fein verteilt.
  • Die herkömmliche Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß der Effekt des Verteilens und Vermischens der Blasen unzureichend ist. Wenn der Rotor gedreht wird, fließt die Flüssigkeit in dem Behälter auch in Drehrichtung des Rotors mit einer Geschwindigkeit, die geringer als die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors ist. Je größer die Differenz zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors ist, desto größer ist der Effekt in bezug auf eine feine Verteilung der Blasen. Bei der obigen Vorrichtung existiert jedoch kein ausreichend großer Geschwindigkeitsunterschied, da jeder Gasauslaß in dem ausgesparten Umfangsbereich des Rotors zwischen aufeinanderfolgenden Flügeln vorgesehen ist. Wenn im übrigen die Gasmenge, die abzugeben ist, zunimmt, füllt sich der ausgesparte Umfangsbereich des Rotors mit dem Gas, so daß es schwierig wird, feinverteilte Blasen zu erzeugen, die Flüssigkeit wirksam umzurühren und die Blasen wirksam in der Flüssigkeit zu verteilen. Der Boden des Rotors weist eine flache Oberfläche auf, so daß die Flüssigkeit kaum in die Flüssigkeitskanäle eintreten kann. Jeder der Flüssigkeitskanäle, der im Querschnitt rundum geschlossen ist, übt gegenüber der in dem Kanal eintretenden Flüssigkeit einen großen Widerstand aus, so daß sich eine reduzierte Geschwindigkeit der Flüssigkeit ergibt, wenn sie aus dem Gasauslaß austritt. Diese Schwierigkeiten oder Nachteile führen zu Einschränkungen des Effekts der feinen Verteilung und Vermischung der Blasen, wenn die Flüssigkeit aus dem Rotor austritt.
  • Fig. 7 und 8, die oben bereits erwähnt worden sind, zeigen eine bekannte Vorrichtungen zum Abgeben und Einmischen von Blasen, die eine senkrechte drehbare Welle 70 umfaßt, die in einer Flüssigkeit anzuordnen ist und einen Gaskanal 71 aufweist, der sich durch die Welle in deren Längsrichtung erstreckt, und einen Rotor 72 zum Abgeben und Verteilen von Blasen, der am unteren Ende der Welle 70 vorgesehen ist. Der Rotor 72 weist eine Anzahl von die Flüssigkeit umrührenden Vorsprüngen 73 auf seinem Umfang in vorgegebenen Umfangsabständen, einen Gasauslaß 74 am Boden des Rotors in dessen Mittelbereich in Verbindung mit dem Gaskanal 71 und eine Anzahl von Nuten 75 in der Bodenfläche des Rotors 72 auf, die sich radial vom Gasauslaß 74 zu den äußeren Oberflächen der jeweiligen Vorsprünge 73 erstrecken und ein offenes äußeres Ende in der Umfangsfläche des Rotors 72 aufweisen (US-A-4 611 790, entsprechend EP-A-0 155 701, die oben erwähnt wird). Bei dieser Vorrichtung wird die drehbare Welle 70 gedreht, während das in die Flüssigkeit abzugebende Gas in den Gaskanal 71 eingeleitet wird, so daß das Gas vom Gasauslaß 74 der Bodenfläche des Rotors 72 zugeführt wird. Sodann strömt das Gas durch die Nuten 75 in Richtung des Umfangs des Rotors 72. Dort kommt das Gas in Berührung mit den Umfangskanten des Rotors 72, die die Öffnungen der Nuten 75 begrenzen, so daß es fein verteilt und abgegeben wird.
  • Die herkömmliche Vorrichtung, die oben beschrieben wurde, arbeitet zufriedenstellend bei der feinen Verteilung und Vermischung des Gases, wenn die zugeführte Gasmenge gering ist, während bei zunehmender Gasmenge die folgenden Probleme auftreten. Wenn das Gas durch den Gaskanal 71 dem Gasauslaß 74 in der Mitte der Bodenfläche des Rotors 72 zugeführt wird, sammelt sich ein Teil des Gases G aufgrund des Druckes der Flüssigkeit um den Gasauslaß 74 in der Bodenfläche des Rotors 72 herum, wie es in Fig. 7 und 8 gezeigt ist. In nahezu allen Fällen liegt die Bodenfläche des Rotors 72 nicht vollständig waagerecht, sondern sie ist etwas geneigt, so daß der Gasanteil G nicht vollständig in die Nuten 7 eintreten kann, sondern über die Nuten 75 überströmt, entsprechend der Neigung der Bodenfläche aufsteigt und vom oberen Ende der geneigten Bodenfläche insgesamt in Form von großen Blasen abgegeben wird. Da im übrigen die Blasen selbst ein geringes Gewicht aufweisen, sind sie nur geringen Zentrifugalkräften ausgesetzt, so daß sie sich in Richtung der Umfangskante des Bodens des Rotors 72 mit geringer Geschwindigkeit bewegen. Folglich kann das Gas nicht wirksam verteilt und vermischt werden.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zum feinen Verteilen und Vermischen von Blasen zu schaffen, die gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen wirksamer ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine drehbare Welle, die im wesentlichen senkrecht in einer Flüssigkeit anzuordnen und um ihre Achse drehbar ist und einen Gaskanal aufweist, der sich axial durch die Welle erstreckt, und einen Blasen abgehenden und einmischenden Rotor, der fest am unteren Ende der drehbaren Welle angebracht ist und eine Anzahl von Flüssigkeits-Rührvorsprüngen entlang dem Umfang in vorgegebenen Umfangsabständen aufweist. Der Rotor ist in seiner Bodenfläche mit einer Anzahl von Nuten versehen, die sich radial vom Mittelbereich der Bodenfläche zu den äußeren Enden der jeweiligen die Flüssigkeit umrührenden Vorsprünge erstrecken und die Flüssigkeit mit Zentrifugalwirkung führen, wenn die drehbare Welle gedreht wird. Der Rotor weist Gasauslässe auf, die mit dem Gaskanal in der drehbaren Welle über einen Verbindungskanal in Verbindung stehen und in gleicher Anzahl wie die Nuten zur Abgabe von Gas aus diesen vorgesehen sind.
  • Wenn die drehbare Welle gedreht wird, während die Vorrichtung in eine Flüssigkeit eingetaucht ist und Gas den Gaskanal der drehbaren Welle Zugeführt wird, das in die Flüssigkeit abzugeben ist, strömt die Flüssigkeit durch die Nuten radial zur Außenseite des Rotors und aus dem äußeren Ende der Flüssigkeits-Rührvorsprünge. Andererseits strömt das Gas, das dem Gaskanal zugeführt wird, in entsprechender Verteilung zu den Gasauslässen, durch die es in das Flüssigkeitsvolumen in Form von Blasen abgegeben wird, die durch die nach außen gerichteten Flüssigkeitsströme mitgenommen werden. Die Blasen werden fein verteilt durch die strömende Flüssigkeit und abgegeben. Weiterhin werden die Blasen, die in die Flüssigkeit durch Mitnahme durch die nach außen gerichteten Flüssigkeitsströme abgegeben werden, über den gesamten Flüssigkeitsbereich vermischt und weiter fein verteilt. Selbst wenn die Menge des dem Gaskanal der drehbaren Welle zugeführten Gases zunimmt, wird der Effekt der feinen Verteilung und Vermischung der Blasen nicht beeinträchtigt, sondern eine große Gasmenge kann in Berührung mit der Flüssigkeit zur gleichen Zeit gebracht werden. Es ist daher möglich, eine große Menge eines geschmolzenen Metalls gleichzeitig zum Entfernen von Stickstoffgas und nichtmetallischen Einschlüssen zu behandeln oder eine chemische Reaktion zwischen großen Flüssigkeits- und Gasmengen durchzuführen und eine hochwirksame Reinigung oder Reaktion zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 genauer erläutert werden.
  • Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung und zelgt einen Behälter in aufgebrochener bzw. geschnittener Darstellung;
  • Fig. 2 ist ein entsprechender vergrößerter senkrechter Teilschnitt;
  • Fig. 3 zeigt die erste Ausführungsförm gemäß Fig. 1 in einer Unteransicht eines Rotors;
  • Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt entsprechend Fig. 2 und zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 5 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht der ersten Ausführungsform im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit einem teilweise aufgebroch enen Schmelzebehandlungsbehälter;
  • Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Linie IX-IX in Fig. 5;
  • Fig. 7 ist ein senkrechter Schnitt entsprechend Fig. 2 und zeigt eine herkömmliche Einrichtung;
  • Fig. 8 ist eine Unteransicht dieser Einrichtung.
  • In allen Zeichnungen sind entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
  • Fig. 1 bis 3 zeigen eine Vorrichtung als erste Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt eine rohrförmige, drehbare Welle 10 mit einem Gaskanal 11, der sich axial durch die Welle erstreckt, welche Welle senkrecht in einem Behälter 2 angeordnet ist, und einen Rotor 20 zur Verteilung und Vermischung von Blasen in der Form einer Scheibe, der am unteren Ende der drehbaren Welle 10 befestigt ist. Der Behälter 2 ist beispielsweise ein rechteckiger, quaderförmiger oder wüffelförmiger Tank zur Aufnahme einer Flüssigkeit 1, wie etwa geschmolzenes Aluminium oder Aluminiumlegierung, oder einer Flüssigkeit zur Verwendung bei einem Gas-Flüssigkeits-Kontaktverfahren.
  • Die drehbare Welle 10 erstreckt sich nach oben durch eine Deckel 3 des Behälters 2 und ist durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung, die sich oberhalb des Behälters 2 befindet, drehbar. Das untere Ende der Welle 10 befindet sich in der Nähe des Bodens des Behälters 2 und weist ein Außengewinde 12 auü Das obere Ende des Gaskanals 11 ist verbunden mit einer nicht dargestellten, bekannten Gaszufuhreinrichtung. Wenn die vorliegende Vorrichtung verwendet wird zum Entfernen von Wasserstoff und nichtmetallischen Einschlüssen aus geschmolzenem Aluminium oder geschmolzenen Aluminiumlegierungen, führt die Gaszufuhreinrichtung ein Inertgas, Chlorgas oder Gemisch aus dem Inertgas und dem Chlorgas zu. Wenn alternativ die Vorrichtung verwendet wird zum Entfernen von Alkalimetallen aus geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen, führt die Gaszufuhreinrichtung Chlorgas oder ein Gemisch aus Chlorgas und Inertgas zu.
  • Der Rotor 20 weist eine Umfangsfläche vorgegebener Höhe auf und ist auf seinem Umfang mit einer Anzahl von beispielsweise wenigstens drei flüssigkeltsrührenden Vorsprüngen 21 über die gesamte Höhe der Umfangsfläche versehen, die in vorgegebenen Umfangsabständen angeordnet sind. Ein kreisförmiger Gasauslaß 22, der mit dem Gaskanal 11 der drehbaren Welle 10 verbunden ist, ist in der äußeren Oberfläche jedes Rührvorsprungs 21 angeordnet. Die obere Oberfläche des Rotors 20 ist schräg abwärts vom Mittelpunkt in Richtung des Umfangsrandes geneigt und verläuft daher nach oben kegelstumpfförmig. Ein ausgenommener Bereich 23 befindet sich in der Oberseite des Rotors 20 in dessen Zentrum. Annähernd die obere Hälfte des Umfangs des ausgenommenen Bereichs 23 ist mit Innengewinde 24 versehen. Das Außengewinde am unteren Endbereich 12 der drehbaren Welle 10 wird in das Innengewinde 24 eingeschraubt, so daß der Rotor 20 an der Welle 10 befestigt ist. Wenn der Rotor 20 an der Welle 10 befestigt ist, dient der Rest des ausgenommenen Bereichs 23 als Gaskammer 25. Der Rotor 20 ist mit einer Anzahl von radialen Kanälen 26 versehen, die sich von der Gaskammer 25 zu den äußeren Enden der jeweiligen Rührvorsprünge 21 erstreckt. Die äußeren Enden der Kanäle 26 werden gebildet durch die Gasauslaßöffnungen 22. Die Bodenfläche des Rotors 20 ist aufwärts abgeschrägt vom Mittelpunkt zum äußeren Rand hin und damit in Aufwärtsrichtung kegelstumpfförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist der Neigungswinkel θ1 der Bodenfläche des Rotors 20 etwa gleich dem Neigungswinkel θ2 der oberen Oberfläche. Der Neigungswinkel θ1, der etwa gleich dem Neigungswinkel θ2 ist, umfaßt den Neigungswinkel θ1 der BodenfIäche, der etwa 2-3º größer ist als der Neigungswinkel θ2 der oberen Oberfläche. Die Neigungswinkel θ1 und θ2 der Bodenfläche und der oberen Oberfläche des Rotors 20 werden durch geeignete Experimente im Hinblick auf die Größe des Flüssigkeitsbehälters 2, die Art der Flüssigkeit etc. bestimmt, und der Winkel beträgt vorzugsweise etwa 5 bis etwa 400 Ein Flüssigkeitsauinahmeraum 27 ist in der Bodenfläche des Rotors 20 in dessen Zentrum gebildet. Ferner befindet sich in der Bodenfläche des Rotors 20 eine Anzahl von radialen Nuten 28, die sich von dem Einlaßraum 27 zur Umfangskante der Bodenfläche erstrecken und jeweils ein offenes Ende am äußeren Ende der Rühiworsprünge 21 am Umfang des Rotors aufweisen. Die offenen Enden der radialen Nuten 28 in der Umfangsfläche des Rotors befinden sich unmittelbar unterhalb der jeweiligen Gasauslässe 22.
  • Je größer der Durchmesser oder die Umiangsgeschwindigkeit des Rotors 10 ist, desto größer ist der Effekt in bezug auf die feine Verteilung von Blasen. Der Durchmesser und die Umfangsgeschwindigkeit werden in geeigneter Weise durch Experimente im Hinblick auf die Größe des Flüssigkeitsbehälters 2, die Art der Flüssigkeit etc. bestimmt. Die Größe der Gasauslaßöffnungen 22, der Querschnitt der Nuten 28 und die Größe und Anzahl der Rührvorsprünge 21 werden ebenfalls in geeigneter Weise durch Experimente im Hinblick auf die Größe des Flüssigkeitsbehälters, die Art der Flüssigkeit bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß umso bessere Ergebnisse erzielt werden, je kleiner die Gasauslaßöffnungen 22 sind. Wenn die Auslässe kreisförmig sind, beträgt der Durchmesser vorzugsweise etwa 0,5 bis 7 mm.
  • Es ist wünschenswert, daß die äußere Oberfläche der drehbaren Welle 10 und des Rotors 20 mit einem gegenüber der Flüssigkeit inerten Material überzogen werden und daß die innere Oberfläche des Gaskanals 11 der drehbaren Welle 10 und die innere Oberfläche der einzelnen Gaskanäle 26, die den Gaskanal 1 l der Welle 10 in Verbindung mit den Gasauslässen halten, mit einem gegenüber dem Gas inerten Material überzogen werden. Wenn beispielsweise die Flüssigkeit geschmolzenes Metall, wie etwa Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, kann die Vorrichtung vollständig aus keramischem Material bestehen, das gegenüber Metall inert ist, wie etwa Graphit, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Kohlenstoffkeramik oder dergleichen. Das abzugebende und in der Flüssigkeit zu verteilende Gas ist vorzugsweise ein Inertgas, Chlorgas oder eine Mischung aus Chlorgas und Inertgas, wenn Wasserstoff und nichtmetallische Einschlüsse aus geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu entfernen sind, oder ein Chlorgas oder ein Gemisch aus Chlorgas und Inertgas wenn Alkalimetalle von dem geschmolzenem Metall zu entfernen sind.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung wird in der zu behandelnden Flüssigkeit angeordnet, und die drehbare Welle 10 wird um ihre Achse mit hoher Drehzahl durch die Antriebseinrichtung gedreht, während von der Gaszufuhreinrichtung Gas in den Gaskanal 11 eingeleitet und dieses in die Flüssigkeit gedrückt wird. Das Gas tritt in die Gaskammer 25 vom unteren Ende des Gaskanals 11 her ein, verteilt sich auf die Kanäle 26, tritt durch die Kanäle 26 hindurch und wird aus den Gasauslässen 22 am Umfang des Rotors 20 ausgepreßt, d.h, an der äußeren Endfläche der Rührvorsprünge 21. Das Gas wird fein zu Blasen verteilt, wenn es an die den Auslaß 22 begrenzende Kante jedes Vorsprungs 21 gelangt. und abgegeben. Da die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 20 am äußeren Ende der Vorsprünge 21 größer als im Bereich zwischen den Vorsprüngen 21 ist, ist die Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit groß, so daß sich ein verbesserter Gasschervorgang einstellt und die Blasen fein vor der Abgabe verteilt werden.
  • Andererseits strömt die Flüssigkeit oberhalb des Rotors 20 entlang der kegelstumpfförmigen oberen Oberfläche des Rotors 20, wie es durch Pfeile A in Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Die Flüssigkeit unterhalb des Rotors 20 strömt in die Einlaßausnehmung 27, durch die Nuten 28 hindurch und wird abgegeben von den äußeren offenen Enden der Nuten 28, wie es durch die Pfeile B In Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die beiden Ströme, die durch die Pfeile A und B gekennzeichnet werden, verbinden sich in einer Position in vorgegebenem Abstand von dem Umfang des Rotors 20 und bewegen sich weiter in Zentrifugalrichtung. Die fein verteilten Blasen, die durch die Auslässe 22 abgegeben worden sind, bewegen sich zentrifugal, da sie durch die beiden Flüssigkeitsströme gemäß Pfeil A und B mitgenommen werden, und werden über die gesamte Flüssigkeitsmenge verteilt. Die Blasen werden weiterhin durch die Flüssigkeitsströme fein verteilt. Da die Flüssigkeit in Zentrifugalrichtung strömt, während sie sich zugleich in Drehrichtung des Rotors 20 aufgrund der Rührwirkung der Vorsprünge 21 bewegt, werden die Blasen über die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsstrom verteilt.
  • Da die Nuten 28 an der Unterseite offen sind, ist der Widerstand gegenüber der Flüssigkeit in den Nuten 28 kleiner als bei den Flüssigkeitskanälen bei der ersteren der beiden zum Stand der Technik gehörigen, bereits beschriebenen Einrichtung. Folglich ist die Erfindung der bekannten Vorrichtung in bezug auf die Wirksamkeit der feinen Verteilung der Blasen und die Vermischung der Blasen überlegen.
  • Wenn Wasserstoffgas und nichtmetallische Einschlüsse aus geschmolzenem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu entfernen sind, werden sie durch dasselbe Verfahren entfernt, das in der US-A-4 611 790 beschrieben worden ist.
  • Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Ein Rotor 30 ist am unteren Ende einer drehbaren Welle 10 befestigt und weist eine flache Bodenfläche auü Bei dieser Form wird das Gas ebenso wie bei der ersten Ausführungsforin in die Flüssigkeit feinverteilt in Form von Blasen abgegeben und mit der gesamten Flüssigkeit vermischt.
    • Beispiel 1
  • Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Vornchtung wurde bei diesem Beispiel verwendet zur Überprüfung der erzeugten Blasen im Hinblick auf Feinheit und Vermischung. Wasser wurde in einen rechtwinkligen, quaderförmigen Behälter 2 aus transparentem Acrylharz mit 800 mm Länge, 800 mm Breite und 750 mm Höhe bis zu einer Tiefe von 600 mm eingefüllt. Der Rotor 20-wies einen Durchmesser von 200 mm im Durchmesser D (vom äußeren Ende der Vorsprünge 21 zum äußeren Ende eines gegenüberliegenden äußeren Vorsprungs), 70 mm in der Höhe H, sechs Rührvorsprünge 21, sechs Gasauslässe 22, 15º Neigungswinkel θ2 der oberen Oberfläche, 15º Neigungswinkel 61 der unteren Oberfläche, 4 mm im Durchmesser der Auslässe 22,8 mm in der Breite der Nuten 28 in der Bodeniläche und 8 mm in bezug auf die Tiefe der Nuten 28 auf. Ar-Gas wurde dem Gaskanal 11 von einer Gaszufuhreinrichtung mit einem Durchsatz von 30 ltr./min., 60 ltr./min., 120 ltr./min. oder 200 ltr./min. zugeführt. Die Blasen, die in dem Wasser verteilt wurden, wurden geprüft hinsichtlich Größe und Verteilung im Wasser. Die anschließende Tabelle zeigt die Ergebnisse.
    • Vergleichsbeispiel
  • Die herkömmliche Einrichtung gemäß Fig. 7 und 8 wurde bei diesem Vergleichsbeispiel verwendet zur Überprüfung der Blasen im Hinblick auf Feinheit und Vermischung. Im einzelnen wurden die durch das Wasser aufgenommenen Blasen geprüft in ihrer Größe und in ihrer Vermischung in dem Wasser, wie es bei Beispiel 1 der Fall war, mit der Ausnahme, daß der verwendete Rotor einen Durchmesser von 200 mm, eine Höhe von 70 mm, sechs Nuten 75 im Boden, sechs Vorsprünge 73 am Umfang, 150 Neigungswinkel auf der oberen Oberfläche, 8 mm Breite der Nut 75 und 8 mm Tiefe der Nuten 75 aufwies. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle. Ar-Durchsatz Liter/Minute Prüf-Gegenstand Blasengröße Vermischung Beispiel Vergleichbeispiel gut * Die Blasengröße ist angegeben über den Durchmesser der Blasen in mm. ** Blasen, die sich um die drehbare Welle herum ansammeln, verteilen sich nicht
  • Die Tabelle zeigt, daß bei geringer Gaszufuhr die Vorrichtung gemäß der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik ausgezeichnet wirken in bezug auf eine feine Verteilung und Vermischung des Gases, das jedoch bei erhöhten Durchsätzen der Gaszufuhr die Vorrichtung des Beispiels 1 in ihrer Wlrksamkeit bei der feinen Verteilung und Vermischung der Blasen überlegen ist.
    • Beispiel 2
  • In diesem Beispiel wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt zum Enffernen von Wasserstoff aus einer geschmolzenen Aluminiumlegierung. Fig. 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung zum Entfernen von Wasserstoff, die einen Behandlungsbehälter 60 für eine geschmolzene Aluminiumlegierung aufweist, der einen Hauptteil 61 mit einem offenen oberen Ende und einenenffernbaren Deckel 62 zum Schließen des oberen Endes des Hauptteils 61 umfaßt. Der Hauptteil 61 ist an seinem oberen Endbereich mit einem Schmelzeeinlaß 63 und einem Schmelzeauslaß 64 versehen. In einer Position gegenüber dem Schmelzeauslaß 64 erstreckt sich eine im waagerechten Querschnitt U-förmige Trennwand 65 senkrecht von der unteren Oberliäche des Deckels 62 und bedeckt den inneren Endbereich des Schmelzeauslasses 64 und den inneren Oberflächenbereich des Hauptteils 61, der sich nach unten von dem Auslaßbereich erstreckt. Das untere Ende der Trennwand 65 befindet sich in der Nähe der Bodenwand des Hauptteils 61. Die Vorrichtung zum Abgeben und Vermischen von Blasen befindet sich in dem Behälter 60 mit der drehbaren Welle 10, die sich durch den Deckel 62 hindurch erstreckt. Bei der Behandlungsvorhchtung fließt geschmolzene Aluminiumlegierung in den Behälter 60 durch den Schmelzeeinlaß 63. Die Schmelze steigt in dem durch die Trennwand 65 umgebenen Bereich ab und strömt aus der Vorrichtung über den Schmelzeauslaß 64 aus. Während des Durchgangs durch den Behälter 60 wird die Schmelze durch die Vorrichtung zur Abgabe und Vermischung von Blasen dahingehend behandelt, daß Wasserstoffgas aus der Schmelze entfernt wird.
  • Die Vorrichtung zur Abgabe und Vermischung von Blasen, die im Beispiel 1 eingesetzt wurde, wird auch hier verwendet. Während geschmolzene AA6063-Legierung durch den Behandlungsbehälter 60 mit einem Durchsatz von 9 to/h hindurchgeht und die drehbare Welle 10 mit einer Drehzahl von 600-700 U/min. gedreht wird, wird Ar-Gas in den Gaskanal 11 mit einem Durchsatz von 80 ltr./min. zum Entfernen von Wasserstoffgas von der geschmolzenen Aluminiumlegierung eingeleitet, die durch den Behälter 60 hindurch strömt. Der Wasserstoffanteil der geschmolzenen Aluminiumleglerung, die in den Behälter 60 über den Einlaß 63 eintritt, und der Wasserstoffgehalt der Schmelze, die aus dem Auslaß 64 austritt, betrug 0,43 bis 0,46 cm³/100 g Al bzw. 0,07 bis 0,10 cm³/100 g Al, wie durch eine TELEGAS-Vorrichtung gemessen wurde (siehe Artikel "Use of the Telegas Instrument in Quality Control" von Douglas A. Granger, "Light metal Age", Dezember 1984, Seite 17).
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht nur zum Entfernen von Stickstoffgas, nichtmetallischen Einschlüssen oder Alkalimetallen aus geschmolzenem Aluminium oder geschmolzenen Aluminiumlegierungen verwendet, sondern kann auch eingesetzt werden bei Gas-Flüssigkeit-Kontaktverlahren zur Bewirkung einer beschleunigten chemischen Reaktion und für andere Zwecke.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Abgabe und Verteilung von Blasen zur Abgabe eines Gases in eine Flüssigkeit in der Form von feinverteilten Blasen und Verteilung der Blasen über die gesamte Flüssigkeit, mit
einer drehbaren Welle (10), die im wesentlichen senkrecht und um ihre Achse drehbar in der Flüssigkeit angeordnet ist, welche drehbare Welle einen Gaskanal (11) aufweist, der sich axial durch die Welle erstreckt,
einem Blasen abgebenden und verteilenden Rotor (20,30), der fest am unteren Ende der drehbaren Welle (10) angebracht ist und eine Anzahl von Flüssigkeitsrührvorsprüngen (21) auf dem Umfang in vorgegebenen Umfangsabständen aufweist, wobei die obere Oberfläche des Rotors vom Mittelbereich zum Umlangsrand abwärts geneigt ist, welcher Rotor (20,30) in der Bodenfläche einen Hohlraum (27) aufweist, wobei sich Nuten (28) radial von der Ausnehmung (27) der Bodenfläche zu den äußeren Enden der Flüssigkeitsrühivorsprünge (21) zur zentrifugalen Führung der Flüssigkeit bei Drehung der drehbaren Welle erstrecken,
welcher Rotor (20,30) Gasauslaßöffnungen (22) aufweist, die mit dem Gaskanal (11) der drehbaren Welle (10) über Verbindungskanäle (26) in Verbindung stehen, wobei die Auslässe in der Anzahl der radialen Nuten (28) und Vorsprünge (21) vorgesehen sind, welche Gasauslässe (22) das Gas so abgeben, daß Blasen durch die zentrifugal aus den äußeren Enden der Nuten (28) austretende Flüssigkeit mitgenommen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (22) in den äußeren Enden jedes der Flüssigkeitsrührvorsprünge (21) ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauslaß (22) kreisförmig ist und einen Durchmesser von 0,5 bis 7 mm aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläehe des Rotors (20,30) vom Mittelbereich in Richtung des Umfangsrandes aufwärts geneigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche des Rotors einen Neigungswinkel von 5 bis 40 Grad aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Rotors (20,30) einen Neigungswinkel von 5 bis 40 Grad aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Bodenfläche des Rotors (20,30) gleich dem Neigungswinkel der oberen Oberfläche des Rotors ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der drehbaren Welle (10) und des Rotors (20,30) mit einem gegenüber der Flüssigkeit unempfindlichen Material überzogen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Gaskanals (11) der drehbaren Welle und die innere Oberfläche des Verbindungskanals (26), der den Gaskanal in Verbindung mit dem Gasauslaß (22) hält, mit einem gegenüber dem Gas unempfindlichen Material überzogen sind.
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