DE867540C - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Fluessigkeit aus einem gasbeladene festeTeilchen und Fluessigkeit enthaltenden Gemisch - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Flüssigkeit aus einem gasbeladene feste Teilchen und Flüssigkeit enthaltenden Gemisch Die Erfindung bezweckt, aus einem gasbeladene feste Teilchen und Flüssigkeit enthaltenden Gemisch, bei dem die festen Teilchen in auf- und absteigende Bewegung sind, die Flüssigkeit möglichst frei von festen Teilchen abzutrennen. Sie bezieht sich insbesondere auf solche Prozesse, bei denen eine Durchströmung von Flüssigkeit durch einen feste Teilchen, z. B. Schlammteilchen, enthaltenden Behälter stattfindet und bei denen die festen Teilchen, z. B. Schlamm, mehr oder weniger lange in dem Behälter verweilen sollen, während die Flüssigkeit, z. B. Wasser, laufend oder periodisch erneuert werden soll. Solche Prozesse sind beispielsweise die Gewinnung von Methan aus faulenden organischen Stoffen, die in gelöster oder fester Form vorliegen können.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar ist Bild I eine Seitenansicht einer Vorrichtung für ein Verfahren nach der Erfindung, Bild 2 eine Draufsicht auf Bild I, Bild 3 ein senkrechter Schnitt durch die Vorrichtung nach Bild I mit schematischer Darstellung der Strömungs- bzw. Bewegungslinien, Bild 4 ein senkrechter Schnitt durch einen Faultank mit einer eingebauten Vorrichtung nach Bild I.
• In der Zeichnung ist a (vgl. Bild 4) ein Behälter (Tank), der eine zur Ausfaulung löslicher organischer Stoffe bestimmte Flüssigkeit b enthält. c ist eine sich am Boden des Behälters ansammelnde Schlammschicht, aus der infolge des Faulprozesses Gasblasen nach oben steigen, die eine gewisse Menge fester Teilchen mitreißen. Diese sammeln sich am Flüssigkeitsspiegel in Form einer Schwimmschicht d an. t ist ein den Tank a oben abschließender Deckel und g ein Gasabzugsrohr.
• Eine der aufsteigenden gleiche Teilchenmenge sinkt nach Abgabe der adsorbierten Gasblasen aus der Schicht d laufend wieder in die Schlammschicht c ab. h ist ein Flüssigkeitszufuhrrohr mit einer Verteilerspirale B' und i ein Flüssigkeitsableitungsrohr. k ist (vgl. Bilder I und 3) ein eine etwa horizontale Öffnung k' aufweisender, mit dem Abflußrohr i verbundener Trichter. An Stelle des Trichters k kann auch eine z. B. dachförmig gebildete Rinne od. dgl. vorgesehen sein. m ist ein Abstand über der Öffnung k' angeordneter Doppelkegel, dessen größter Querschnitt rn' größer als die Offnung k' des Trichters k ist. Die Flächen n, n' des Doppelkegels ni stellen Abweis- und IGleitflächen dar. An Stelle des Doppelkegels m kann bei rinnenartigem Abflußteil k ein entsprechend langgestreckter, dachartiger Abdeckkörper rn verwendet werden. Der die Abweisflächen n, n' aufweisende Schutzkörper m kann auch anders ausgebildet sein. o ist ein zwischen der Ablauföffnung k' und dem ,4blenkkörper rn angeordneter Hohlkegelstumpf oder nach oben sich verengender rechteckiger Blechkörper od. dgl. vorzugsweise aus korrosionsfestem Werkstoff, z. B. Blech, der sowohl von der Öffnung k' als auch dem Ablenkkörper sn einen Abstand aufweist. Dieser Zwischenkörper o hat an seiner engsten Stelle einen Durchmesser bzw. eine Breite 0', der bzw. die kleiner als der größte Durchmesser m' des Ablenkkörpers çn ist, während sein größter Durchmesser bzw. seine größte Breite o" größer als die Abflußöffnung k ist.
• Durch die Erfindung wird folgendes erreicht: Löst sich ein gasbeladenes Teilchen aus der Schlammschicht c und steigt nach oben, so wird infolge der Druckentlastung während des Aufsteigens auf Grund der Abnahme der darüber befindlichen Flüssigkeitssäule die Gasblase etwas expandieren und dadurch die Aufstiegsgeschwindigkeit heschleunigt werden. In der Schicht d erfolgt Gasabgabe, wodurch das Teilchen wieder absinkt.
• Haftet noch etwas Gas an dem Teilchen, so wird dieses beim Absinken komprimiert und daher auch die Sinkgeschwindigkeit beschleunigt.
• Die Größe der Ablauföffnung k' wird so bemessen oder/und die Abströmgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Rohr s so reguliert, daß die vertikale Geschwindigkeitskomponente der in die Öffnung k' einströmenden Flüssigkeit kleiner, vorzugsweise wesentlich kleiner, als die Aufstiegsgeschwindigkeit eines gasbeladenen Teilchens auf seinem Wege q-r ist (vgl. Bild 3). Das Teilchen wird bei q', r' durch die Fläche o, fl abgelenkt, aber am Aufsteigen praktisch nicht gehindert. Ein absinkendes Teilchen trifft auf seinem Wege s-t zuntäthst die Gleitfläche n' des Ablenkkörpers m und alsdann die Fläche o des z. B. hohlkegelförmigen Gleitbleches. Der Abstand zwischen dem Körper m bzw. der Ablauföffnung k' und dem Zwischenkörper o wird so gewählt bzw. der größte Durchmesser ' so groß oder/und der kleinste Durchmesser 0' so klein gewählt, daß ein absinkendes Teilchen nur möglichst schwache, zur Ablauföffnung gerichtete Geschwindigkeitsfelder (Stromlinienfelder) schneidet und daher nicht in die Öffnung o' gelangen kann. Damit wird auch ein Eintreten in die Öffnung k' mit Sicherheit verhindert.
• Die in Bild 3 dargestellte Anordnung kann auch in um I800 gedrehter Stellung benutzt werden. In diesem Falle ist s-t der Weg eines gasbeladenen aufsteigenden Teilchens, q-r der eines mehr oder weniger gasfreien absinkenden Teilchens.
• Die Erfindung besteht weiterhin darin, die Ablauföffnung k' (vgl. Bilder 3 und 4) an einer solchen Stelle des Tanks a anzuordnen, wo vorzugsweise infolge hoher Aufsteige- und/oder Sinkgeschwindigkeiten der Teilchen ihre Konzentration möglichst gering ist. Hierdurch wird ein eventuelles Mitreißen in die Abfluß öffnung k auf ein Minimum herabgesetzt.
• Die Ablauföffnung k' kann an Stelle trichterartig auch als gerades Rohr ausgebildet sein. Der untere Rand 0" des Zwischenkörpers o kann in gleicher Höhe wie die Ablauföffnung k' oder auch etwas tiefer oder höher als die Öffnung k' liegen, vorteilhaft wird er jedoch so angeordnet, daß ein horizontales Einströmen von Flüssigkeit möglichst vermieden und die Stromlinien vor Eintritt in die Offnung k' aufgerichtet werden. An Stelle einer geschlossenen Ablenkfläche o können auch unterteilte Ablenkflächen oder zwei oder mehrere Zwischenkörper o übereinander angeordnet sein, um absinkende Teilchen möglichst weit aus dem Sog der Öffnung k' zu entfernen und durch möglichst schwache Strömungsfelder zu leiten. Bei passender Einstellung läßt es sich erreichen, daß eine Flüssigkeitströmung durch die Ebene o' nach unten (vgl. Bild 3, rechts) durch die auf dem Weg q-r aufsteigenden gasbeladenen Teilchen, die in Bild 3 der Ubersichtlichkeit halber nur links dargestellt sind, mehr oder weniger kompensiert wird, so daß durch die Ebene o' praktisch überhaupt keine Flüssigkeitsstörung stattfindet. Auf diese Weise ist ein Einsaugen auf dem Weg s-t absinkender Teilchen in die Öffnung o' ausgeschlossen.
• Das neue Verfahren und die Vorrichtung eignen sich beispielsweise zur Gewinnung von Methan und Kohlensäure aus lösliche oder feste organische Stoffe enthaltenden Abwässern, aus Faulschlamm städtischer Anlagen od. dgl. Das Verfahren kann unter Umständen auch bei der Erzaufbereitung mittels Flotationsverfahren od. dgl. Anwendung finden.
• Beispiel Ein Faultank zur Methangewinnung von etwa gm tt und 8 m Höhe enthält am Boden eine etwa 2 bis 2V2 m hohe, etwa 200 m8 betragende Schlammschicht und am Flüssigkeitsspiegel eine etwa V2.- m dicke Schwimmschicht. Der ganze Flüssigkeits-Schlamm-Inhalt beträgt etwa 600m3.
• Durch das Zuflußrohr ii bzw. Abfluß rohr i werden täglich etwa 200 m3 Flüssigkeit geleitet. Der Faulschlamm selbst bleibt etwa 300 Tage im Behälter.
• Der Durchmesser k' der Ablauföffnung beträgt etwa 1,5 m, während die untere Öffnung o" des Ablenkhohlkegelstumpfes o etwa 2,4 m beträgt. Der untere Rand o" befindet sich etwa in Höhe der Ablauföffnung k' oder etwas darunter. Der obere Durchmesser 0' des Hohlkegelstumpfes hat bei einem senkrechten Randabstand o' bis o" von 0,7 m einen Durchmesser von etwa ;I,6 m. Der Abdeckkörper iii hat bei einem Abstand der Kegelspitzen von etwa I,3 m einen größten Durchmesser »' = etwa 1,9 m.
• Diese Ablaufeinrichtung ist in dem Methangewinnungstank (Faultank) in einer Höhe von etwa 4,7 m, bezogen auf die Ablauföffnung #', eingebaut.
• Es wurde gefunden, daß etwa in dieser Höhe die Aufstiegs- und Sinkgeschwindigkeit der Teilchen am größten ist. Ein solcher Faultank gestattet, bei einer Beschickung mit etwa óoo m3 faulender Substanz, pro Tag eine Gewinung von etwa 6001mm eines Methan-I<ohlensäure-Gemisches mit etwa 700/oCH4, das nach Entfernung der C 02, durch Druckwasserwäsche, Verflüssigung, Kalkabsorption od. dgl., in hochprozentiger Form gewonnen werden kann.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE; 1. Verfahren zum Abtrennen von Flüssigkeit aus einem gasbeladene feste Teilchen und Flüssigkeit enthaltenden Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, z. B. eine lösliche organische Stoffe enthaltende, unter Meffianbildung faulende Lösung oder ein Abwasser, durch eine im wesentlichen waagerechte Abflußöffnung abgezogen wird, wobei durch deren Größenbemessung oder/und durch Regulierung der Geschwindigkeit eine Abflußgeschwindigkeit eingestellt wird, daß die nach unten bzw. oben gerichtete Vertikalgeschwindigkeit der Flüssigkeit geringer als die Auf-bzw. Abstiegsgeschwindigkeit der festen Teilchen ist und daß absinkende bzw. aufsteigende Teilchen durch Abweisflächen am Eindringen in die waagerechte Abflußöffnung gehindert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß absinkende bzw. aufsteigende Teilchen durch Gleit- oder Abweisflächen derart abgelenkt werden, daß sie seitlich von der Ab lauföffnung weggeführt und zu Stellen nur schwacher, zur Ablauföffnung gerichteter Strömungsfelder der Flüssigkeit geleitet werden;
3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Horizontalströmungen zum Rand der Ablauföffnung mehr oder weniger vermieden und am äußeren Rand der Ablauföffnung durch Leitflächen mehr oder weniger aufwärts bzw. abwärts gerichtete, die Aufstiegs-bzw. Absinkgeschwindigkeit nach oben bzw. unten steigender Teilchen unterstützende Flüssigkeitsströmungen erzeugt werden.
4. 4. Verfahren zum Abtrennen von Flüssigkeit aus einem aufsteigende und absinkende feste Teilchen und Flüssigkeit enthaltenden Gemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von einer Stelle geringster Konzentration, insbesondere von einer Stelle größter Aufstiegsoder/und größter Absinkgeschwindigkeit der festen Teilchen, vorzugsweise mittels einer großen Ablauföffnung, abgeleitet wird.
5. 5. Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine etwa horizontale, in einem Durchströmungsbehälter angebrachte Ablauföffnung und einen oberhalb bzw. unterhalb dieser angebrachten, vorzugsweise Ablenk- und Gleitflächen aufweisenden, den Aufstieg von Gasblasen, gasbeladener Teilchen u. dgl. praktisch nicht behindernden Abdeckkörper.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Einströmgeschwindigkeit die horizontale Abflußöffnung sich z. B. nach Art eines Trichters, Daches od. dgl. erweiternd ausgebildet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweisflächen für absinkende bzw. aufsteigende Teilchen nach oben bzw. unten zusammenlaufend ausgebildet und im Abstand über bzw. unter der Ablauföffnung angeordnet und ein oder mehrere so große Durchlässe für aufsteigende bzw. absinkende Teilchen vorgesehen sind, daß diese in ihrer Bewegung praktisch nicht behindert, entgegenkommende Teilchen aber von der Abflußöffnung ferngehalten werden.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb bzw. unterhalb der Ablauföffnung angeordneten Abweisflächen kegelförmig, vorzugsweise doppel -kegelförmig oder dachartig, vorzugsweise doppeldachartig, ausgebildet und vorzugsweise in der senkrechten Achse bzw. Ebene der Ablauföffnung angeordnet sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ablauföffnung und den darüber bzw. darunter befindlichen Abweisblechen mit Abstand eine oder mehrere weitere, ein Eintreten von Teilchen in die Ablauföffnung verhindernde Ablenkzwischenflächen für absinkende bzw. aufsteigende Teilchen angeordnet sind.
10. I1O. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die größte Breitenausdehnung der Abweisflächen bzw. des Abdedd<örpers größer als die Ablauföffnung oder!und der kleinste Breitenabstand dazwischenliegender Ablenkzwischenflächen gewählt ist.
11. II. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ablenkzwischenflächen so weit über die Ablauföffnung übergreifen, daß horizontale Einströmungen in die Ablauföffnungen mehr oder weniger verhindert und insbesondere die Flüssigkeitsstromlinien aufgerichtet werden.
12. I. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch eine trichterartige oder rinnen- oder dachartige Ausbildung der Ablauföffnung, einen mit Abstand vorzugsweise symmetrisch darüber angeordneten doppelkegelaptig oder doppeldachartig ausgebildeten Abdeckkörper größerer Breite als die Ablauföffnung und dazwischenliegende, derart ausgebildete und angeordnete Ablenkzwischenflächen, daß eine Horizontalströmung mehr oder weniger verhindert wird und absinkende bzw. aufsteigende Teilchen von der Auslauföffnung weggeleitet werden.
13. 13. Vorrichtung zur Gewinnung von Methan aus faulenden organischen Stoffen, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch einen diese Stoffe aufnehmenden Behälter, Zuleitungseinrichtungen für Wasser in diesen Behälter und eine oder mehrere in solcher Höhe angebrachte Ableitungsöffnungen aus dem Behälter, daß die Flüssigkeit von Stellen geringster FestteilchenGonzentration abläuft.