DE69004623T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Austreiben von gelösten Gasen und flüchtigen organischen Verbindungen aus einer Flüssigkeit. - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Austreiben von gelösten Gasen und flüchtigen organischen Verbindungen aus einer Flüssigkeit.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Austreiben von gelöstem Gas und flüchtigen organischen Verbindungen aus einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Oberbegriffs, wie sie in der US-A-4 761 077 beschreiben sind.
- Kontaminationen von Grundwasserbrunnen und Oberflächenwasserversorgungen wie Flüssen, Strömen und Seen sowohl durch natürlich auftretende organische und anorganische Gase wie Methan, Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Chlor und Radon als auch von künstlichen organischen Chemikalien wie Chlor, Trichloroethan, Tetrachlorethylen usw., können durch ein Verfahren, das als "air stripping" bezeichnet wird, entfernt werden. Dieses besteht im wesentlichen aus einem Verfahren, das einen hohen Turm einschließt, in dem Wasser, das von den gelösten Gasen zu befreien ist, durch eine Reihe von Leitblechen geführt wird, wobei Außenluft durch den Turm in Gegenstrom geblasen wird. Dieses Verfahren ist relativ teuer, da ein hoher Turm erforderlich ist, um eine ausreichende Zeitdauer und einen ausreichenden Luftkontakt mit dem ganzen Wasser zu bewirken.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, dieses System und das Verfahren, das in der US-A-4 761 077 beschrieben ist, zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 10 gelöst. Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9 und 11 bis 14 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
- Fig. 1 ist eine schematische Seitenschnittansicht einer Kontaktvorrichtung, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwirklicht,
- Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht der Kontaktvorrichtung im wesentlichen entlang der Linie II-II von Fig. 1,
- Fig. 3 ist eine Längsansicht der Kontaktvorrichtung von Fig. 1 unter Verwendung eines Luftwärmers,
- Fig. 4 ist eine Seitenschnittansicht der Wandung der Kontaktkammer, die die Düsen in Einzelheit zeigt,
- Fig. 5 ist eine Schnittansicht durch den Düsenbereich, die einige Düsen zeigt, die sowohl gewinkelt und schräg zu der Senkrechten der Achse ist,
- Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch den Düsenbereich, die einige Düsen zeigt, die nur gewinkelt angeordnet sind,
- Fig. 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Konstruktion der Kontaktvorrichtung, bei der die Kontaktkammer aus einer Mehrzahl von Ringen konstruiert ist.
- In Fig. 1 ist eine Kontaktvorrichtung im wesentlichen bei 10 gezeigt.
- Die Kontaktvorrichtung hat einen Einlaß 12 an der Rückseite des Kontaktelements zur Aufnahme eines kontinuierlichen Luftstroms, der entweder (in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel) angesaugt wird oder unter Druck gesetzt ist, einen Einlaß 14 zur Aufnahme eines kontinuierlichen Stroms einer unter Druck stehenden Flüssigkeit und einen Auslaß 18 für das Luft- und Flüssigkeitsgemisch. Die Flüssigkeit wird von einem Flüssigkeitsvorrat 20 zu dem Einlaß 14 geführt. Eine von einem Motor 24 betriebene Pumpe 22 setzt den Flüssigkeitsvorrat unter Druck, oder aber ein ausreichender statischer Kopf ist angeordnet, so daß der Einlaß mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Mittel 25 zum Erwärmen des Wassers vorgesehen, das in Form eines mehrrohrigen Wassererhitzers sein kann, der mit einem Einlaß 26 für ein erwärmtes Fluid und einen Auslaß 28 für das Fluid, das seine Wärme an das durch die Vielzahl von Rohren des Heizgerätes fließende Wasser abgegeben hat, versehen ist.
- Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird einer Ringkammer 30 zugeführt, die von einem Mantel 32 gebildet wird, der eine Kontaktkammer 34 umgibt. Eine Vielzahl von Passagen 36, die zu der Mittellinie der Kontaktkammer 34 geneigt sind, von denen auch einige winklig bezüglich der Mittellinie der Kontaktkammer schräg angeordnet sein können, wie in Fig. 5 gezeigt, führen von der Ringkammer 30 zu der Mischkammer 34. Die Passage 36 muß nicht winklig bezüglich der Mittellinie der Kontaktkammer schräg angeordnet sein, wie in Fig. 6 gezeigt, einige können vielmehr, falls erwünscht, wie in Fig. 5 angeordnet gezeigt sein. Die Ausbildung und die Ausrichtung dieser Passagen führen zu einer Mehrzahl von einzelnen Strahlen, die sich in einem turbulenten Wasserstrom axial zu dem Ausgang 18 bewegen. Zusätzlich erhöht eine turbulente Strömung in jedem einzelnen Strahl, der auch durch die Ausbildung und Ausrichtung der Passagen verursacht wird, die relative Oberfläche durch Erzeugung von mehr und kleineren Flüssigkeitstropfen. Die Summenbewegung des Flüssigkeitsstroms verursacht eine Aspiration von Luft durch den Einlaß 12 axial in die Kontaktkammer, wo eine hohe Intensität der Mischung und infolgedessen der Berührung von Luft- und Flüssigkeitsströmen vorliegt, wenn sich beide in dieselbe axiale Richtung bewegen. Die Ausbildung und die Anzahl von Passagen beeinflußt das Volumen der aspirierten Luft. Unter bevorzugten Betriebsbedingungen führt das Verhältnis von Luftvolumen zu Flüssigkeitsvolumen von mehr als 15:1 zu einer hohen prozentualen Entfernung der Kontaminationen aus dem Flüssigkeitsstrom bei einer einzigen Durchführung der Flüssigkeit durch die Kontaktvorrichtung.
- Zusätzlich verwendet die vorliegende Erfindung eine neue Düsengeometrie, wie sie am besten in den Fig. 4 bis 7 gezeigt ist, die die Fluidturbulenzlevel deutlich erhöht. Dies wurde teilweise durch die Düsenausbildung und teilweise durch die Verwendung von Düsen mit einem hohen Verhältnis von Länge zu Durchmesser von wenigstens 10:1 erreicht. Die Länge 50 ist, wie in Fig. 4 gezeigt, mehr als zehnmal so groß wie der Durchmesser 52.
- Die Wirkung von höheren Fluidturbulenzleveln erhöht zunächst die verfügbare Kontaktfläche durch Erzeugung von kleineren Wassertropfen und einer schnelleren Bewegung der einzelnen Tropfen in dem ausgestoßenen Strahl und erhöht weiter den Wärmeübertragungslevel zwischen den Fluiden (die Wärmeübertragung nimmt mit der Turbulenzgeschwindigkeit etwa in der 3. Potenz zu). Der erheblich angestiegene Wärmeübergang in den Fluidstrom erlaubt der flüchtigen Fraktion der Flüssigkeit, eine ausreichende Wärmeenergie zu gewinnen, um das latente Wärmeerfordernis zum Verdampfen zu überwinden. Die erhöhten Turbulenzlevel in den Düsen vermischen mit höherer Effektivität die Wärmeenergie, die von den statischen Druckbohrungen des aus den Düsen austretenden Fluids gewonnen wurden. Dies unterstützt den Verdampfungsvorgang.
- Die Düsen weisen, wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, einen abgerundeten Eingang 54 und einen Ausgang 56 auf, der normal oder rechtwinklig zu dem Winkel der Düse ist. Diese Änderungen in der Ausbildung führen zu einer erhöhten Geschwindigkeit durch die Düse durch Erhöhung des Entlandungskoeffizienten. Es wird durch den Reibungsverlust in der Düse weniger Energie verloren.
- Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung ist bei 100 in Fig. 7 gezeigt, wo zu erkennen ist, daß die Konstruktion einer Berührungskammer 102 eine Mehrzahl von ringförmigen Elementen oder Ringen 104 aufweist, die gegeneinander anstoßen oder in Eingriffsbeziehung sind, so daß sie einen Zylinder formen. Ein Dichtelement 106, etwa ein O-Ring, ist zwischen jedem der Ringelemente 104 vorgesehen, um jede Leckage zwischen diesen zu verhindern. Ein erstes Ringelement 108 hat eine Schulter 110, die auf diesem ausgebildet ist, und die gegen die innenseitige Endwandung 112 eines Mantelelements 114 stößt. Das erste Ringelement hat eine vollständig feste Wandung. Alle nachfolgenden Ringelemente 104 haben eine Mehrzahl von Düsen 116, die sich durch diese erstrecken, von der Form und der Ausrichtung, die oben bezüglich der Fig. 4 bis 6 gezeigt ist. Ein Endringelement 118 stößt gegen eine Innenfläche 120 des Mantels 114 und stößt gegen eine Endwandung 112 eines Auslaßelements 124, das einen sich radial erstreckenden Flansch 126 benachbart der Endwandung 122 hat. Geeignete Befestigungsmittel 128, etwa eingeschraubte Befestigungselemente erstrecken sich durch den Flansch 126 in den Mantel 114, um klemmend alle Ringelemente 104 in der wie beschriebenen versetzten Art zu halten.
- Eine solche Konstruktion wie in Fig. 7 gezeigt, erleichtert die Herstellung der Kontaktkammer 102 erheblich und erleichtert insbesondere die Maschinenbearbeitung der Düsen 116.
- Durch Verwendung eines Heizers 25 für das Wasser, wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Effektivität des Stripp-Verfahrens für von Gas in einer Flüssigkeit abnimmt, wenn die Temperatur erhöht wird. Das Erwärmen des Wassers ist daher bevorzugt. Es ist nötig, stattdessen die Luft, die in den Einlaß 12 eingebracht wird, zu erwärmen. In Fig. 3 ist ein Lufterwärmungsmittel 40 stromaufwärts des Lufteinlasses 12 vorgesehen und, wie gezeigt, in Form eines elektrischen Widerstandheizers. Jede andere Art von Luftheizmittel könnte auch verwendet werden.
- Es ist so zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Kontaminierungen aus einer Flüssigkeit mit deutlich höherer Effizienz schafft, als diese bei dem oben erwähnten US-Patent 4 761 077 erreicht wird, durch Zuführen eines Stromes von Flüssigkeit, die mit zu entfernenden Kontaminierungen behaftet ist, in eine Kontaktkammer, Erzeugen eines kontinuierlichen Luftstroms zu der Kontaktkammer und turbulentes Vermischen von Luft und Flüssigkeit in der Kontaktkammer, wobei die Trennung der Kontaminierungen aus der Lösung in dem Entladungsauslaß 18 durch Reduktion des Partialdrucks des Gases erlaubt wird. Vorzugsweise strömen die Luft und die Flüssigkeit kontinuierlich durch die Kontaktkammer und werden gerichtet, um in der Kontaktkammer im wesentlichen in dieselbe Richtung zu strömen. Die Flüssigkeit wird zu der Kontaktkammer unter Druck eingeführt, um ein Ansaugen der Luft in die Kontaktkammer zu bewirken. Das Volumen der der Kontaktkammer zugeführten Luft beträgt ein Mehrfaches des Volumen der zugeführten Flüssigkeit. Falls erforderlich, kann die Flüssigkeit vor der Einführung in die Kontaktkammer erwärmt werden, obwohl auch die Luft erwärmt werden kann, wenn eine von diesen erwärmt wird. Das Luft-Strippen der Kontaminierungen aus dem Flüssigkeitsstrom könnte entweder auf einer kontinuierlichen Basis oder mit kleinen Strömungsvolumen in Chargen erfolgen. Weiter kann auch ein Strom von Reagentien der Kontaktkammer zugeführt werden, um die Wirksamkeit der Entfernung der Kontaminierungen zu verbessern.
- Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, daß die Erfindung in verschiedenen Abweichungen und Modifikationen ausgebildet werden kann, die insbesondere von derjenigen, die in der vorangehenden Erläuterung und Beschreibung dargestellt worden ist, abweichen. Es versteht sich, daß in den Schutzbereich des Patents all die Änderungen einbezogen werden sollen, die vernünftig sind und in den Bereich des Beitrags zum Stand der Technik fallen.
- Die in der vorangehenden Beschreibung in den Ansprüchen und/oder in den beiliegenden Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in jeder Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Claims (14)
1. Ein System zum Entfernen von gelösten Gasen und
flüchtigen organischen Stoffen aus einer Flüssigkeit,
mit:
- einem Vorrat einer Flüssigkeit (20), die zu
entfernende Kontaminierungen aufweist;
- Mittel (22, 24) zum Unterdrucksetzen der
Flüssigkeit;
- einer Kontaktkammer (34, 102) mit einer
Einlaßöffnung (12), die zu der Atmosphäre offen ist, und
einer Auslaßöffnung (18); und
- Mittel (14) zum Einführen der unter Druck stehenden
Flüssigkeit durch eine Mehrzahl von Passagen (36,
116), die zu der Kontaktkammer (34, 102) offen sind
und axial zu der Mittellinie der Kontaktkammer (34,
102) winklig angeordnet sind, wodurch ein Ansaugen
von Luft in die Kontaktkammer (34) durch die
Einlaßöffnung (12) verursacht wird, so daß eine
erhöhte turbulente Mischvermischung der Luft und des
Wassers in der Kontaktkammer (34, 102) auftritt,
dadurch gekennzeichnet daß
die Passagen (36) ein Verhältnis der Länge zum
Durchmesser von wenigstens 10:1 haben.
2. Ein System nach Anspruch 1, wobei die Passagen (36,
116) einen Eingang aufweisen, der im Durchmesser
progressiv in einer Richtung hin zu der Kammer (34, 102)
abnimmt.
3. Ein System nach Anspruch 1, wobei die Passagen (36,
116) einen Ausgang haben, der senkrecht zu einer Achse
der Passage (36, 116) ist.
4. Ein System nach Anspruch 1, wobei wenigstens einige
der Passagen (36, 116) winklig schräg relativ zu der
Achse der Kontaktkammer angeordnet sind, um ein
Schneiden mit der Mittellinie der Kontaktkammer (34, 102) zu
vermeiden.
5. Ein System nach Anspruch 1, wobei die Kontaktkammer
(34, 102) von einem Mantel (32, 114) umgeben ist, der
eine ringförmige Kammer (30) bildet, die mit den
Passagen (36) kommuniziert.
6. Ein System nach Anspruch 1, wobei die Kontaktkammer
(34, 102) zylindrisch ist und die Passagen (36, 116)
mit der Kammer (34, 102) um den Umfang der Kammer (34,
102) herum kommunizieren.
7. Ein System nach Anspruch 1, wobei der Luftstrom und
der Flüssigkeitsstrom gerichtet sind, um im
wesentlichen in dieselbe Richtung in der Kontaktkammer (34,
102) zu strömen.
8. Ein System nach Anspruch 1, mit Mitteln zum
Ansaugen eines Luftvolumens in die Kontaktkammer (34, 102),
das mehr als das 15-fache des Volumens der zugeführten
Flüssigkeit beträgt.
9. Ein System nach Anspruch 1, wobei die Kontaktkammer
(102) aus einer Mehrzahl von einzelnen Ringelementen
(104) besteht, die mittels eines äußeren Mantels (114)
zusammengehalten werden.
10. Ein Verfahren zum Entfernen von gelösten Gasen und
löslichen organischen Stoffen aus einer Flüssigkeit,
unter:
- Zuführen eines Stromes von unter Druck stehender
Flüssigkeit, die mit zu entfernenden
Kontaminationen versehen ist, in eine Kontaktkammer (34, 102),
die mit einer zu der Atmosphäre offenen
Einlaßöffnung (12) und einer Auslaßöffnung (18), die entlang
einer Achse der Kammer (34, 102) liegt, versehen
ist; und
- Einführen der unter Druck stehenden Flüssigkeit
durch eine Mehrzahl von Passagen (36, 116), die zu
der Kontaktkammer (36, 116) offen ist, in Form von
einzelnen Strahlen, die in einer axialen,
gewinkelten Richtung ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet daß
- die unter Druck stehende Flüssigkeit durch eine
Mehrzahl von Passagen (36, 116) strömt, die
abgewinkelt sind und/oder winklig schräg relativ zu der
Achse der Kontaktkammer sind, und die ein
Verhältnis der Länge zum Durchmesser von wenigstens 10:1
haben, und
- die einzelnen Strahlen entlang der Achsen der
Passagen ausgerichtet sind, um eine große Fläche in
der Flüssigkeitsphase zu haben und die Flüssigkeit
in den Strahlen turbulent vermischt wird, um so ein
Ansaugen der Luft in die Kontaktkammer (34, 102)
durch die Einlaßöffnung (12) zu bewirken derart,
daß die turbulente Vermischung der Luft und der
Flüssigkeit in der Kontaktkammer (34, 102)
vergrößert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das die
Kontaktkammer (34, 102) angesaugte Luftvolumen mehr als
das 15-fache des Volumens der zugeführten
Flüssigkeit beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die
Flüssigkeits- und Luftströme kontinuierlich durch
die Kontaktkammer (34, 102) strömen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei
der durch die Kontaktkammer (34, 102) geführte
Flüssigkeitsstrom mehr als einmal die nicht
kontaminierte Luft berührt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei
die Flüssigkeits- und Luftströme in die
Kontaktkammer (34, 102) in diskreten Chargen zugeführt wird.
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