DE69806906T2 - Gerät zum rühren des inhalts eines mit einem luftblasenheber versehenen gefässes - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rühren des Inhalts eines Gefäßes.
• Sie greift zurück auf eine Vorrichtung, Luftblasenheber genannt, die insbesondere in der Nuklearindustrie schon lange benutzt wird und aus einem im Allgemeinen vertikalen Rohr besteht, das an seinen Enden offen ist und auf einer Zwischenhöhe eine Lufteinblas- Abzweigung umfasst. Das untere Ende ist immer in die Flüssigkeit des Gefäßes eingetaucht und entspricht einer Flüssigkeitseintrittsöffnung, während das obere Ende entsprechend den Umständen eingetaucht oder nicht eingetaucht sein kann und eine Ausstoßöffnung einer Mischung aus Luft und Flüssigkeit darstellt, da die durch die Abzweigung in das Rohr eingeblasene Luft ansteigt und die in dem Rohr befindliche Flüssigkeit mitnimmt, solange bis sie durch das obere Ende austritt. Dabei wird die ausgestoßene Flüssigkeit durch Flüssigkeit des Gefäßes ersetzt, die durch die untere Öffnung eintritt. Die Luftblasenheber benötigen keine beweglichen mechanischen Teile und können folglich auch in korrosiven Flüssigkeiten eingesetzt werden. Sie sind sehr wirkungsvoll beim Umrühren und Homogenisieren von Flüssigkeiten in Gefäßen, insbesondere um die Niederschläge, die sich am Boden des Gefäßes ansammeln, wieder in den Schwebezustand zurückzubringen.
• Die Leistungsfähigkeit eines Luftblasenhebers kann definiert werden als der Quotient aus mitgenommener Flüssigkeitsmenge und eingeblasener Luft. Man stellt fest, dass er sehr variabel ist und stark vom Eintauchgrad abhängt, also von dem Verhältnis aus der Höhe, die die Lufteinblas-Abzweigung von dem Flüssigkeitspegel in dem Gefäß trennt, und der unveränderlichen Höhe zwischen der Lufteinblas-Abzweigung und der Oberseite des Luftblasenhebers. Wenn der Flüssigkeitspegel bis zur Oberseite des Luftblasenhebers reicht, ist dieser ganz eingetaucht und der Eintauchgrad beträgt 100%. Dieser Grad nimmt in dem Maße ab, wie der Flüssigkeitspegel in dem Gefäß sinkt. Man stellt fest, dass die Leistungsfähigkeit schnell mit dem Eintauchgrad sinkt und dass sie bei einem Eintauchgrad von ungefähr 33% gleich null wird, was bedeutet, dass die Flüssigkeit aus der oberen Öffnung des Hebers nicht mehr austritt. Dies bedeutet, dass die Luftblasenheber bei wenig gefüllten Gefäßen wirkungslos sind. Wenn der Pegel des Gefäßes variabel ist, ordnet man mehrere Heber mit verschiedenen Höhen an und benützt sie je nach den Umständen getrennt, indem man den auswählt, der momentan die größte Leistung bringt, oder den, der in Tiefen mündet, die die vollständigste Homogenisierung ermöglichen, jedoch kann man mit Recht feststellen, dass die Anlage kompliziert wird.
• Der Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Luftblasenheber, der zugleich eine gute Leistungsfähigkeit und eine Hilfsbetriebs-Einsatzmöglichkeit in wenig gefüllten Gefäßen ermöglicht. Er kann mehrere gewöhnliche Heber ersetzen.
• Dieser Luftblasenheber umfasst ein offenes Rohr mit einem unteren Ende für den Flüssigkeitseintritt, einem oberen Ende für den Ausstoß eines Gas- und Flüssigkeitsgemisches und einer Abzweigung zum Einblasen von Gas bzw. Luft in einer Höhe zwischen den beiden Enden, und sie unterscheidet sich dadurch, dass das Rohr außerdem noch wenigstens eine zusätzliche Öffnung in einer Höhe zwischen dem oberen Ende und der Lufteinblas-Abzweigung umfasst. Diese neue Öffnung kann dazu dienen, unter bestimmten Umständen entweder eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge anzusaugen, oder - im Gegenteil - die Mischung auszustoßen. An dieser Öffnung ist im Allgemeinen ein Rohr angebracht. In der Folge wird die Erfindung detailliert beschrieben, mit Hilfe der beigefügten, erläuternden und nicht einschränkenden Figuren:
• - die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Luftblasenheber,
• - die Fig. 2a bis 2d zeigen mehrere unterschiedliche Betriebsarten,
• - und die Fig. 3 zeigt einen weiteren bzw. anderen Luftblasenheber.
• Der Luftblasenheber der Fig. 1 ist in einem Gefäß angeordnet und umfasst ein Hauptrohr 2, offen an seinem unteren Ende 3 und an seinem oberen Ende 4, wo es in Querrichtung umgebogen ist, wie üblich, um die horizontal oder sogar nach unten geleitete Mischung aus Hubgas und Flüssigkeit auszustoßen. Eine einer Lufteinblas-Abzweigung 5 entsprechende Zwischenöffnung befindet sich in geringer Höhe über dem unteren Ende 3. Dort mündet eine Druckluftleitung 6, die das Gas für die Mischung liefert.
• Das wesentliche Element der Erfindung besteht aus einer zusätzlichen Öffnung 7 des Hauptrohrs 2, die sich zwischen der Abzweigung 5 und dem oberen Ende 4 befindet und an der man einen Stutzen 8 vorsehen kann, der sich horizontal oder nach unten erstreckt und unter dem oberen Ende 4 in das Gefäß mündet.
• Man sieht, dass sich der Stutzen 8 sehr gut dazu eignet, sowohl Flüssigkeit aus dem Gefäß anzusaugen als auch eine Mischung auszustoßen. Im Voraus werden nun bestimmte geometrische Eigenschaften des Hebers erwähnt und ihr Vorteil erläutert. Zum Beispiel dass das Hauptrohr sich nach oben erweitert, wobei es von einem Durchmesser D1 auf der Seite des unteren Endes 3 auf einen größeren Durchmesser D2 auf der Seite des oberen Endes 4 übergeht. Die Durchmesseränderung befindet sich etwas unterhalb der Öffnung 7 und erfolgt brüsk, jedoch kann man mit einer progressiven Veränderung des Durchmessers über eine kleine Höhe des Hauptrohrs 2 einen korrekten Betrieb erzielen.
• Diese Anordnung ist nützlich zu Ansaugen der Flüssigkeit durch den Stutzen 8, denn man hat festgestellt, dass in einem glatten Rohr mit einem konstanten Innendurchmesser eine gleichmäßige Strömung herrscht, die keine große zusätzliche Durchsatzmenge durch die Öffnung 7 ermöglicht, während das hier beschriebe Hauptrohr 2 der Sitz von Turbulenzen ist, die eine Ansaugung von Flüssigkeit durch den Stutzen 8 begünstigen. Der Niveauunterschied d zwischen dem Bereich der Veränderung des Durchmessers von D1 nach D2, wo die Turbulenzen herrschen, und der Öffnung 7 muss kleinstmöglich sein, höchstens einige Zentimeter; wäre sie zu groß, würde der Ansaugeffekt reduziert.
• Zusätzliche Versuche, durchgeführt hinsichtlich einer Optimierung und Reduzierung des Werts des Niveauunterschieds b zwischen dem unteren Ende 3 und der Lufteinblasöffnung 5, haben gezeigt, dass die bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen empirischen Werte, enthalten in einem Bereich zwischen 15 und 25 cm, um jedes Entweichen von Luft nach unten durch die untere Öffnung 3 zu vermeiden, das die Leistungen des Hebers reduzieren würde, stark reduziert werden können.
• Es ist möglich, bei einem Hauptrohr 2 dem Niveauunterschied einen Wert von ungefähr 5 cm zu geben, ohne dass es zu einem Entweichen von Luft kommt, selbst dann nicht, wenn man die durch die Abzweigung 5 eingeblasene Luftmenge verdreifacht. Diese Möglichkeit, den Niveauunterschied b zu reduzieren, ist vorteilhaft, denn dadurch lässt sich der Eintauchgrad des Hebers - wobei alle anderen Gegebenheiten bzw. Werte gleich bleiben - erhöhen. Es wird also auch sein Einsatz in wenig gefüllten Gefäßen möglich, da der der Unterbrechung des Betriebs entsprechende Eintauchgrad 1/3 bleibt. Selbst dann, wenn der Betrieb mit einer hohen Lufteinblas-Ableitung 5 möglich ist, erhöht ihre Absenkung die Leistung des Hebers.
• Der Durchmesser D3 des Stutzens 8, sein Neigungswinkel und seine Länge sind bzw. werden empirisch ermittelt. Der Durchmesser D3 muss kleiner sein als der Durchmesser D2 und die Länge kleiner als die des unteren Teils (mit dem Durchmesser D1) des Hauptrohrs 2.
• Die Fig. 2a stellt eine Situation dar, wo das Gefäß 1 fast leer ist, wo aber eine Homogenisierung ihres Inhalts trotzdem erwünscht ist. Die Luft wird mit der gewünschten Fördermenge geliefert und nimmt die Flüssigkeit mit, die im unteren Teil des Rohrs 2 vorhanden ist, bis zur Öffnung 7 mit, ehe sie durch den Stutzen 8 entleert wird. Man erhält also einen Betrieb in einer "ersten Stufe" des Hebers, der nur seinen unteren Teil betrifft, während der Rest, enthalten zwischen der Öffnung 7 und dem oberen Ende 4, eine "zweite Stufe" darstellt, die bei dieser Betriebsart - abgesehen von entweichender Luft - leer bleibt, denn die Eintauchtiefe ist zu gering.
• Wenn das Gefäß sich füllt, kann man den Zustand der Fig. 2b erreichen, wo der Flüssigkeitspegel bis zu der Öffnung 7 steigt. Dieser Betrieb entspricht beinahe dem vorhergehenden: die gesamte Luft-Flüssigkeit-Mischung durchfließt den Stutzen 8, wobei die Mischung aber direkt in die Flüssigkeit entleert wird.
• Wenn das Gefäß 1 sich weiter füllt, erreicht man den Zustand der Fig. 2c, wo eventuell die zweite Entleerungsstufe aktiv wird. Wenn die eingeblasene Luftmenge relativ klein ist, wird die gesamte angesaugte Flüssigkeit durch den Stutzen 8 in das Gefäß zurückgeleitet, wie vorhergehend. Wenn die Luftmenge aber zunimmt, wächst auch die Menge der zu entleerenden Flüssigkeit und sehr schnell durchfließt dann der größere Teil die zweite Stufe und verlässt den Heber durch das obere Ende 4, wie bei einem gewöhnlichen Heber. Das Teilen der Mischung durch die beiden Stufen kann die Homogenisierung der Flüssigkeit dank des in mehreren Höhen erzeugten Rühreffekts begünstigen.
• Wenn der Flüssigkeitspegel in dem Gefäß noch weiter steigt, erreicht man den Zustand der Fig. 2d, wo der Betrieb des Hebers sich erneut verändert: die Flüssigkeit durchfließt den Stutzen 8 in umgekehrter Richtung, so dass dieser Stutzen 8 ein Ansaugstutzen einer zusätzlichen Flüssigkeitsmenge wird. Das Ansaugen der Flüssigkeit in zwei Höhen begünstigt das Umrühren des Inhalts des Gefäßes noch weiter, während gleichzeitig die Menge der in das Hauptrohr 2 gesaugten Flüssigkeit zunimmt. Die Öffnung 7 optimiert dann den Betrieb des Luftblasenhebers, indem sie ermöglicht, mit der gleichen Luftmenge eine größere Flüssigkeitsmenge anzusaugen und dann auszustoßen als ein gewöhnlicher Heber.
• Die Fig. 3 zeigt, dass das Konzept mit der Zwischenöffnung verallgemeinert werden kann für einen Luftblasenheber mit mehr als zwei Ausstoßstufen. Der in dieser Fig. 3 gezeigte Heber umfasst also über der ersten (mit 7 bezeichnet, wie in dem vorhergehenden Beispiel) eine zweite Zwischenöffnung 17 mit einem zweiten Stutzen 18. Er ist nach unten geneigt, in das Gefäß 1 hinein, wie der vorhergehende, und sein Durchmesser D5 kann dem Durchmesser D3 des ersten Stutzens 8 entsprechen oder etwas größer sein. Das Rohr 2 umfasst dann drei Sektionen mit den Durchmesser D1, D2 und D4, verbunden mittels brüsker oder progressiver Durchmesseränderungen, wie vorhergehend. Die Luft-Flüssigkeit-Mischung verlässt das Hauptrohr 2 durch 7 und 17 oder durch das obere Ende 4 oder durch mehrere dieser Stellen gleichzeitig, in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe und der Luftdurchsatzmenge, wie vorhergehend.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Rühren des flüssigen Inhalts eines Gefäßes mit wenigstens einem Luftblasenheber, der ein Rohr (2) umfasst, das offen ist an einem unteren Eintrittsende der Flüssigkeit (3), an einem oberen Austrittsende (4) einer Mischung aus der Flüssigkeit und aus Gas, und einer Abzweigung (5) zum Einblasen von Luft in einer Zwischenhöhe, zwischen den beiden Enden, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) noch eine zusätzliche Öffnung oder Anschlussöffnung (7) in einer Zwischenhöhe umfasst, die zwischen dem oberen Ende und der Lufteinblasabzweigung liegt und durch die die Flüssigkeit in das Rohr gesaugt werden kann oder aus diesem ausgestoßen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr gebildet wird durch einen unteren Teil, der etwas unter der Anschlussöffnung endet, und durch einen oberen Teil mit einem größeren Durchmesser (D2) als der untere Teil.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Rohrs mittels einer brüsken Durchmesseränderung ineinander übergehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Rohrs mittels einer progressiven Durchmesseränderung ineinander übergehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abzweigungsrohr (8) an der zusätzlichen Öffnung (7) mit dem Rohr (2) verbunden ist, wobei das Abzweigungsrohr unterhalb des oberen Endes (4) mündet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite zusätzliche Öffnung (17) in einer Höhe zwischen dem oberen Ende (4) des Rohrs (2) und der Lufteinblas-Abzweigung (5), wobei die zusätzlichen Öffnungen (7, 17) sich in unterschiedlichen Höhen befinden.