EP4230285A1 - Vorrichtung und verfahren zum begasen einer flüssigkeit - Google Patents

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EP4230285A1
EP4230285A1 EP23155301.7A EP23155301A EP4230285A1 EP 4230285 A1 EP4230285 A1 EP 4230285A1 EP 23155301 A EP23155301 A EP 23155301A EP 4230285 A1 EP4230285 A1 EP 4230285A1
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EP
European Patent Office
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flow channels
liquid
rotor
gassing
stator
Prior art date
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Pending
Application number
EP23155301.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Werner Wilsberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cetotec GmbH
Original Assignee
Cetotec GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B01F23/23365—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements characterised by the location of the place of introduction of the gas relative to the stirrer the gas being introduced at the radial periphery of the stirrer
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    • B01F25/31434—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit characterised by the specific design of the injector being a bundle of similar tubes, each of them having feedings on the circumferential wall, e.g. as mixer for a reactor
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    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
    • B01F27/813—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow the stirrers co-operating with stationary guiding elements

Definitions

  • the invention relates to a device for gassing a liquid, comprising a rotor which is driven in rotation about a vertical axis of rotation and has a plurality of vanes for conveying the liquid and a stator which surrounds the rotor and has a large number of flow channels which each start from a radially inner inlet opening adjacent to the rotor through the Stator run through to a radially outer outlet opening and are limited along their course of side walls, bottom and top surfaces and can be acted upon by the rotor with liquid in the area of the inlet opening.
  • the invention also relates to a method for gassing a liquid, in which the liquid is conveyed by a rotor with a plurality of blades, which is driven in rotation about a vertical axis of rotation, into flow channels of a stator surrounding the rotor, each of which flows from a radially inner inlet opening adjacent to the rotor through the Stator run through to a radially outside outlet opening and are limited along their course of side walls, floor and ceiling surfaces.
  • Devices and methods of the type mentioned are known and are used, for example, to introduce air into a vinegar fermenter in the course of vinegar production, in which there is an aqueous alcohol solution which is converted to vinegar by aerobic bacteria. These bacteria have a high permanent oxygen demand.
  • devices which have a rotationally driven rotor with a plurality of vanes for promoting the liquid radially outwards in a stator surrounding the rotor.
  • the stator has a large number of flow channels through which the liquid flows, driven by the rotor.
  • the pipeline for the gas supply can also be connected to a pressurized gas source in order to increase the volume of air introduced.
  • the DE39 05 211 A1 discloses a gassing device for liquids, in which the gas is introduced into the liquid flow guided through side walls and floor and ceiling surfaces according to the injector principle and is mixed with the liquid.
  • the DE 24 17 536 A describes a device with a liquid container and a stirrer rotating about a vertical axis. A gas stream can be fed in below the stirrer.
  • a disadvantage of these known devices is that the mixing of the gas components with the liquid usually takes place in the area of the rotor, ie before the gas-liquid mixture passes into the flow channels of the stator. This is accompanied by a considerable loss of flow energy, so that such systems can only be operated in an energy-inefficient manner, which appears to be in need of improvement. Furthermore, the amount of gas to be injected is limited, particularly in the case of self-priming devices. A simple injection of compressed air into the liquid volume in the container is often found in the case of critical liquids to be gassed, for example in the context of vinegar production as insufficient, since no uniform, finely divided gassing of the entire liquid volume can be achieved.
  • a self-priming device is additionally charged with compressed gas, e.g. compressed air from a compressor, in the area of the suction line, the increasing pressure is accompanied by a reduction in the pumping capacity of the rotor, which leads to an undesirably high loss of drive energy for the rotor.
  • compressed gas e.g. compressed air from a compressor
  • the object of the invention is therefore to propose a device and a method of the type mentioned above, which overcome the disadvantages of the prior art and enable a particularly uniform and intensive gassing of a liquid with little structural effort.
  • the invention proposes a device that is designed in such a way that the side walls and/or bottom and top surfaces of the flow channels between the inlet opening and the outlet opening have a large number of gassing openings, which can be pressurized with compressed gas from a compressed gas source in order to introduce this into the flow channels.
  • the rotor is therefore only used to convey the liquid into the flow channels and only in the flow channels is the liquid on the way from the inlet opening to the outlet opening acted upon by the pressurized gas from a pressurized gas source, which enters the flow channels via the gassing openings and spreads mixed with the liquid there.
  • this mixture of the gas and liquid components is moved according to the invention to the area of the flow channels in which the liquid is conveyed by the action of the rotor. Energy losses in the area of the rotor drive are thus significantly reduced.
  • a separating element is arranged between adjacent flow channels of the stator, which has side surfaces that each form at least a partial section of a side wall of one or both adjacent flow channels and the gassing openings are formed in the side surface.
  • separating elements each form a complete side wall of the adjacent flow channels with their side surfaces, so that the stator is characterized by a configuration in which flow channels arranged one after the other in the shape of a ring are each divided off by a separating element, i. H. flow channels and separating elements alternate over the circumference of the stator, which is usually designed to be round.
  • the separating elements can be designed with an inner hollow chamber which communicates with the compressed gas source via corresponding supply lines and a perforated plate having the gassing openings is accommodated in the side surfaces of the separating elements.
  • a perforated plate having the gassing openings is accommodated in the side surfaces of the separating elements.
  • corresponding perforated plates with a specifically calculated number and dimensions are used of gassing openings inserted into the corresponding recordings of the side surfaces. In the position in which it is introduced into the receptacle, the perforated plate continues the surrounding side surface, preferably flush.
  • the gassing openings are preferably arranged adjacent to the outlet opening of the flow channels, i. H. they are at a greater distance from the inlet openings than from the outlet opening of the individual flow channels.
  • the flow of liquid generated by the rotor through the flow channel thus has the opportunity, after entering via the inlet opening, to first equalize before it passes through the gassing openings, via which the compressed gas is introduced into the liquid.
  • the stator is designed in several parts and comprises a lower stator plate and an upper stator plate, between which the separating elements are arranged in an exchangeable manner.
  • the separating elements can be easily replaced, for example when they are worn. For example, they can be screwed onto the lower stator plate.
  • the lower and upper stator plates form the bottom and top surfaces of the flow channels between the separating elements, i. H. they cover them together on the top and bottom.
  • this lower stator plate has a circumferential gas distribution channel connected to a central gas inlet, which communicates with the gassing openings via the individual separating elements.
  • a circumferential gas distribution channel connected to a central gas inlet, which communicates with the gassing openings via the individual separating elements.
  • the separating elements can have various suitable shapes.
  • the design of the separating elements in the manner of a wedge is considered advantageous, with the tip of the wedge pointing in the direction of the rotor.
  • each flow channel can have a large number of gassing openings, in particular between 200 and 2000 gassing openings, which are attached in the respective side walls, if necessary also in the floor areas and/or ceiling areas of the flow channel.
  • corresponding gassing openings prefferably be arranged in the two side walls facing one another and delimiting the flow channel, optionally also in the area of the bottom surface and in exceptional cases also in the area of the ceiling surfaces.
  • air from a compressor can be provided as the compressed gas for the device according to the invention, which in this respect serves as a compressed gas source.
  • the method according to the invention for gassing a liquid is based on the fact that the liquid is conveyed by a rotationally driven rotor with a plurality of vanes into flow channels of a stator surrounding the rotor.
  • the flow channels each run from a radially inner inlet opening adjacent to the rotor through the stator to a radially outer outlet opening and are delimited along their course by side walls, bottom and top surfaces.
  • gas from a compressed gas source is introduced into the flow channels in the area between the inlet opening and the outlet opening from gassing openings in the side walls and/or floor and ceiling surfaces and is mixed with the liquid flowing through the flow channels during the passage through the flow channels.
  • FIG. 1 to 3 is a device for gassing a liquid, for example usable as an aerator for a vinegar fermenter in vinegar production.
  • the device comprises a rotor 1 driven in rotation by a drive motor, not shown here, which has a plurality of vanes 10, in this case seven, protruding radially along a curved path and in which in figure 1 direction of rotation shown according to arrow D.
  • the rotor 1 is surrounded radially on the outside by a stator 2 which, starting from a mounting flange 23 on the underside, comprises a circular lower stator plate 26 and a likewise upper stator plate 27, between which a large number of wedge-shaped separating elements 25 are arranged, which are designed to match. These are fixed at equal distances from one another in a ring on the lower stator plate 26 by means of screws 252 so that they can be replaced, with a flow channel 20 being formed between adjacent separating elements 25 and running through the stator 2 from the inside to the outside.
  • each flow channel 20 comprises an inlet opening 21 adjacent to the rotor 1 and an outlet opening 22 on the radially outer side and is separated from mutually facing side surfaces 250 of two adjacent separating elements 25 as side walls and from the lower stator plate 26 as the bottom surface and the upper
  • Stator plate 27 is limited as a top surface and is therefore open to the inlet opening 21 and outlet opening 22 for the passage of liquid.
  • the upper stator plate 27 of the stator 2 is ring-shaped and has a central through bore as a liquid inlet 270, via which the vanes 10 and the vane spaces 11 remaining between the vanes 10 are accessible.
  • the device is located in the bottom area of the container and can be sealingly fastened in a corresponding container opening via a flange ring 28 provided radially on the outside.
  • the flange 23 then coming to rest outside of the container carries the drive motor, not shown here, whose drive shaft engages in the shaft receptacle 12 of the rotor 1 in order to drive the rotor 1 according to arrow D about a vertical axis of rotation.
  • the inlet openings 21 of the individual flow channels 20 can be located close to the circumferential line of the rotor 1 resulting from rotation and the tips of the wedge-shaped separating elements 25 each point in the direction of the rotor 1.
  • the device When the rotor 1 rotates, the device thus conveys a high volume flow of liquid via the liquid inlet 270 into the flow channels 20 to their outlet openings 22, from where the liquid passes back into the container and, as a result of the circular arrangement of the individual flow channels 20, evenly in the container is distributed.
  • each separating element 25 which each form a side wall of adjacent flow channels 20, are provided with an opening as a receptacle, into which a corresponding perforated plate 251 is inserted, which continues the side surface 250 of the separating element 25 flush.
  • Each perforated plate 251 is provided with a plurality of gassing openings 24 running through the perforated plate 251, for example one hundred to one thousand such gassing openings 24 in a regular arrangement, each having a diameter of less than 1 mm.
  • the separating elements 25 are in turn designed with an inner cavity which communicates with the opening in the side surface 250 and the perforated plate 251 accommodated therein and the gassing openings 24 formed therein.
  • the gas intended for gassing can be supplied under high pressure from a compressed gas source, for example air from a compressor, via a central gas inlet 261 on the underside and reaches each individual cavity of the separating elements 25 via a circumferential gas distribution channel 260 in the lower stator plate 26 and corresponding connecting bores. From there, the gas passes into the individual flow channels 20 via the gassing openings 24 in the respective perforated plates 251 .
  • the arrangement is selected such that the gassing openings 24 are arranged adjacent to the outlet opening 22 of each flow channel 20 and are therefore at a greater distance from the inlet opening 21, with the exit direction of the gas from the gassing openings 24 running transversely to the direction of flow of the liquid in the flow channel 20.
  • the stirring effect of the rotor is optimally used and, despite the high gas volumes introduced, about 30 to 50% of energy can be saved compared to conventional devices.
  • a liquid inlet 3 is provided centrally above the rotor 1 and the liquid inlet 270 in the upper stator plate 27, which is held at a distance above the liquid inlet opening 270 by means of four vertically standing holding plates 30 arranged at an angle of 90° to one another.
  • This liquid inlet 3 ensures that the supplied amount of alcohol reaches the rotating rotor 1 directly and is distributed by it into the flow channels 20 and from there evenly in the container.
  • the vertical retaining plates 30 counteract the formation of an undesirable cyclone flow in the container.
  • the device explained above is preferably made of corrosion-resistant metal, with the finely distributed gassing openings 24 being able to be introduced into the perforated plates 251, in particular by means of a laser.
  • the device and the method are particularly suitable for aerating an alcoholic solution with air in the context of vinegar production, but can also be used for any other gassing tasks of liquids in which the homogeneous distribution of large gas volumes in the reacted liquid is desired.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit, umfassend einen drehangetriebenen Rotor (1) mit mehreren Flügeln (10) zur Förderung der Flüssigkeit und einen den Rotor (1) umgebenden Stator (2) mit einer Vielzahl von Strömungskanälen (20), die jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung (21) benachbart zum Rotor (1) durch den Stator (2) hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung (22) verlaufen und entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt werden und im Bereich der Eintrittsöffnung (21) vom Rotor (1) mit Flüssigkeit beaufschlagbar sind, wobei die Seitenwände und/oder Boden- und Deckenflächen der Strömungskanäle (20) zwischen der Eintrittsöffnung (21) und der Austrittsöffnung (22) eine Vielzahl von Begasungsöffnungen (24) aufweisen, die mit Druckgas einer Druckgasquelle beaufschlagbar sind, um dieses in die Strömungskanäle (20) einzuleiten. Es wird ferner auch ein entsprechendes Verfahren zum Begasen einer Flüssigkeit angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit, umfassend einen um eine vertikale Rotationsachse drehangetriebenen Rotor mit mehreren Flügeln zur Förderung der Flüssigkeit und einen den Rotor umgebenden Stator mit einer Vielzahl von Strömungskanälen, die jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung benachbart zum Rotor durch den Stator hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung verlaufen und entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt werden und im Bereich der Eintrittsöffnung vom Rotor mit Flüssigkeit beaufschlagbar sind.
  • Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren zum Begasen einer Flüssigkeit, bei welchem die Flüssigkeit von einem um eine vertikale Rotationsachse drehangetriebenen Rotor mit mehreren Flügeln in Strömungskanäle eines den Rotor umgebenden Stators gefördert wird, die jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung benachbart zum Rotor durch den Stator hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung verlaufen und entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt werden.
  • Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt und dienen beispielsweise dazu, im Rahmen der Essigherstellung Luft in einen Essigfermenter einzubringen, in welchem sich eine wässrige Alkohollösung befindet, die von aeroben Bakterien zu Essig umgesetzt wird. Diese Bakterien weisen einen hohen permanenten Sauerstoffbedarf auf.
  • Um entsprechend die Flüssigkeit mit ausreichendem Volumen begasen zu können, beispielsweise Sauerstoff in eine solche Alkohollösung einzubringen, sind Vorrichtungen bekannt, die einen drehangetriebenen Rotor mit mehreren Flügeln zur Förderung der Flüssigkeit radial nach außen in einen den Rotor umgebenden Stator aufweisen. Der Stator weist eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, durch welche die Flüssigkeit getrieben vom Rotor hindurchströmt.
  • Aus der DE 1 667 042 A1 ist es bekannt, vom Rotor neben der Flüssigkeit auch Luft selbsttätig anzusaugen und in der zu belüftenden Flüssigkeit vor dem Eintritt in die Strömungskanäle zu verteilen, sodass aus den Strömungskanälen ein Flüssigkeits-Luftgemisch mit fein verteilten Gasbläschen austritt.
  • Aus der DE 298 19 704 U1 ist es darüber hinaus bekannt, das Gas, beispielsweise Luft über eine Rohrleitung dem Rotor zuzuführen und im Rotor mit der gesondert angesagten Flüssigkeit zu vermischen, um das entstehende Gas-Flüssigkeitsgemisch anschließend über die Strömungskanäle des Stators homogen zu verteilen. Die Rohrleitung für die Gaszuführung kann bei bekannten Ausführungsformen auch mit einer Druckgasquelle verbunden sein, um das eingebrachte Luftvolumen zu erhöhen.
  • Die DE39 05 211 A1 offenbart eine Begasung Vorrichtung für Flüssigkeiten, bei der das Gas in den durch Seitenwände sowie Boden- und Deckenflächen geführten Flüssigkeitsstrom nach dem Injektorprinzip eingetragen und mit der Flüssigkeit vermischt wird.
  • Die DE 24 17 536 A beschreibt eine Vorrichtung mit einem Flüssigkeitsbehälter und einem um eine vertikale Achse rotierenden Rührer. Unterhalb des Rührers kann ein Gasstrom zugeführt werden.
  • Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist es, dass die Vermischung der Gasanteile mit der Flüssigkeit üblicherweise im Bereich des Rotors erfolgt, d. h. bevor das Gas-Flüssigkeitsgemisch in die Strömungskanäle des Stators übertritt. Damit geht ein erheblicher Verlust an Strömungsenergie einher, sodass derartige Anlagen lediglich energieineffizient zu betreiben sind, was verbesserungswürdig erscheint. Überdies ist die Menge an einzubringendem Gas insbesondere bei selbstansaugenden Vorrichtungen begrenzt. Ein einfaches Einblasen von Druckluft in das Flüssigkeitsvolumen im Behälter erweist sich häufig bei kritischen zu begasenden Flüssigkeiten, beispielsweise im Rahmen der Essigherstellung als unzureichend, da keine gleichmäßige, feinteilige Begasung des gesamten Flüssigkeitsvolumens erzielbar ist.
  • Wird eine selbstansaugende Vorrichtung im Bereich der Saugleitung zusätzlich mit Druckgas, z.B. Druckluft aus einem Verdichter beaufschlagt, geht mit steigendem Druck eine Verringerung der Förderleistung des Rotors einher, was zu unerwünscht hohem Verlust an Antriebsenergie des Rotors führt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und eine besonders gleichmäßige und intensive Begasung einer Flüssigkeit mit geringem baulichen Aufwand ermöglicht.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
  • Ein Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruches 9.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die derart ausgestaltet ist, dass die Seitenwände und/oder Boden- und Deckenflächen der Strömungskanäle zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung eine Vielzahl von Begasungsöffnungen aufweisen, die mit Druckgas einer Druckgasquelle beaufschlagbar sind, um dieses in die Strömungskanäle einzuleiten.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient von daher der Rotor lediglich zur Förderung der Flüssigkeit in die Strömungskanäle und erst in den Strömungskanälen wird die Flüssigkeit auf dem Weg von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung mit dem Druckgas einer Druckgasquelle beaufschlagt, welches über die Begasungsöffnungen in die Strömungskanäle eintritt und sich dort mit der Flüssigkeit vermischt.
  • Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass durch eine solche Ausgestaltung der Rotor eine besonders hohe Förderleistung und intensive Rührwirkung auf die Flüssigkeit ausübt, gleichzeitig jedoch auch hohe Gasvolumina in die durch die Strömungskanäle strömenden Flüssigkeit eingebracht werden können. Anschließend tritt ein sehr fein verteiltes und homogenes Gas-Flüssigkeitsgemisch aus den Strömungskanälen aus.
  • Im Gegensatz zu der im Stand der Technik üblicherweise angewendeten Mischung der Gas- und Flüssigkeitsanteile im Wirkungsbereich des Rotors wird diese Mischung der Gas- und Flüssigkeitsanteile erfindungsgemäß in den Bereich der Strömungskanäle verlegt, in welchen die Flüssigkeit durch die Wirkung des Rotors gefördert wird. Energieverluste im Bereich des Rotorantriebes werden somit signifikant verringert.
  • Nach einem Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten Strömungskanälen des Stators jeweils ein Trennelement angeordnet ist, welches Seitenflächen aufweist, die jeweils mindestens einen Teilabschnitt einer Seitenwand eines oder beider benachbarter Strömungskanäle ausbilden und die Begasungsöffnungen in der Seitenfläche ausgebildet sind.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, wenn solche Trennelemente mit ihren Seitenflächen jeweils eine vollständige Seitenwand der benachbarten Strömungskanäle ausbilden, sodass sich der Stator durch eine Ausgestaltung auszeichnet, in der kranzförmig aufeinanderfolgend angeordnete Strömungskanäle jeweils von einem Trennelement abgeteilt sind, d. h. es wechseln sich Strömungskanäle und Trennelemente über den Umlauf des üblicherweise rund ausgebildeten Stators ab.
  • Die Trennelemente können nach einem Vorschlag der Erfindung mit einer inneren Hohlkammer ausgebildet sein, die mit der Druckgasquelle über entsprechende Zuleitungen kommuniziert und in den Seitenflächen der Trennelemente wird eine die Begasungsöffnungen aufweisende Lochplatte aufgenommen. Auf diese Weise kann eine besonders rationelle Fertigung erreicht werden, da die Trennelemente unter Einschluss der Hohlkammer entsprechend vorgefertigt werden können. Je nach Auslegung werden entsprechende Lochplatten mit einer spezifisch berechneten Anzahl und Dimensionierung von Begasungsöffnungen in die entsprechenden Aufnahmen der Seitenflächen eingesetzt. Die Lochplatte setzt in ihrer in die Aufnahme eingebrachten Position die umgebende Seitenfläche vorzugsweise bündig fort.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Begasungsöffnungen bevorzugt benachbart zur Austrittsöffnung der Strömungskanäle angeordnet, d. h. die weisen zu den Eintrittsöffnungen einen größeren Abstand als zur Austrittsöffnung der einzelnen Strömungskanäle auf. Die vom Rotor erzeugte Flüssigkeitsströmung durch den Strömungskanal hat somit Gelegenheit, sich nach Eintritt über die Eintrittsöffnung zunächst zu vergleichmäßigen, bevor die Begasungsöffnungen passiert werden, über welche das Druckgas in die Flüssigkeit eingeleitet wird.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Stator mehrteilig ausgebildet und umfasst eine untere Statorplatte sowie eine obere Statorplatte, zwischen denen die Trennelemente austauschbar angeordnet sind. Durch eine solche Ausgestaltung wird die mechanische Fertigung des Stators vereinfacht und die Trennelemente können beispielsweise bei Verschleiß leicht ausgetauscht werden. Sie können dazu beispielsweise auf die untere Statorplatte aufgeschraubt werden. In jedem Fall bilden die untere und obere Statorplatte in einer solchen Anordnung jeweils zwischen den Trennelementen die Boden- und Deckenflächen der Strömungskanäle aus, d. h. sie decken diese gemeinsam ober- und unterseitig ab.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass insbesondere bei Ausgestaltungen, bei denen die Trennelemente austauschbar auf der unteren Statorplatte befestigt werden, diese untere Statorplatte einen umlaufenden und mit einem zentralen Gaseingang verbundenen Gasverteilkanal aufweist, der mit den Begasungsöffnungen über die einzelnen Trennelemente kommuniziert. Selbstverständlich könnte eine solche Anordnung auch im Bereich der oberen Statorplatte vorgesehen werden, wobei dann vorteilhaft die Trennelemente ebenfalls an der oberen Statorplatte befestigt werden.
  • Die Trennelemente können verschiedene geeignete Formgestaltungen aufweisen. Insbesondere die Ausgestaltung der Trennelemente nach Art eines Keils wird als vorteilhaft angesehen, wobei die Keilspitze in Richtung des Rotors weist.
  • Die Begasungsöffnungen können je nach Art und Anforderung der zu begasenden Flüssigkeit dimensioniert werden und sollten einen Durchmesser von vorzugsweise höchstens 1 mm aufweisen, um der Bildung von unerwünscht großen Gasblasen in der Flüssigkeit entgegenzuwirken. Weiterhin kann jeder Strömungskanal eine Vielzahl von Begasungsöffnungen, insbesondere zwischen 200 und 2000 Begasungsöffnungen aufweisen, die in den jeweiligen Seitenwänden, gegebenenfalls auch in den Bodenflächen und/oder Deckenflächen des Strömungskanals zugeordnet angebracht sind.
  • Es ist bevorzugt, dass in beiden einander zugewandten und den Strömungskanal begrenzenden Seitenwänden entsprechende Begasungsöffnungen angeordnet sind, ggf. auch zusätzlich im Bereich der Bodenfläche und in Ausnahmefällen auch im Bereich der Deckenflächen.
  • Insbesondere bei Einsatz der Vorrichtung im Rahmen der Essigherstellung kann als Druckgas für die erfindungsgemäße Vorrichtung Luft aus einem Verdichter vorgesehen sein, der insoweit als Druckgasquelle dient.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Begasen einer Flüssigkeit beruht darauf, dass die Flüssigkeit von einem drehangetriebenen Rotor mit mehreren Flügeln in Strömungskanäle eines den Rotor umgebenden Stators gefördert wird. Die Strömungskanäle verlaufen jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung benachbart zum Rotor durch den Stator hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung und werden entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in die Strömungskanäle im Bereich zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung aus Begasungsöffnungen in den Seitenwänden und/oder Boden- und Deckenflächen Gas einer Druckgasquelle eingeleitet und mit der durch die Strömungskanäle strömenden Flüssigkeit während des Durchgangs durch die Strömungskanäle gemischt wird.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Gas quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die Strömungskanäle eingeleitet wird, um die Durchmischung verbessern. Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
    Figur 2
    den Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 1 entlang der Linie A-A;
    Figur 3
    in perspektivischer Darstellung eine teilweise demontierte Vorrichtung gemäß Figur 1.
  • Aus den Figuren 1 bis 3 ist eine Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit, beispielsweise einsetzbar als Belüfter für einen Essigfermenter bei der Essigherstellung ersichtlich.
  • Die Vorrichtung umfasst einen von einem hier nicht dargestellten Antriebsmotor drehangetriebenen Rotor 1, der eine Vielzahl, hier sieben entlang einer gekrümmten Bahn radial abstehende Flügel 10 aufweist und in der in Figur 1 dargestellten Drehrichtung gemäß Pfeil D rotiert.
  • Der Rotor 1 ist von einem Stator 2 radial außenseitig umgeben, der ausgehend von einem unterseitigen Montageflansch 23 eine kreisförmige untere Statorplatte 26 und eine ebenfalls obere Statorplatte 27 umfasst, zwischen denen eine Vielzahl von keilförmig ausgebildeten Trennelementen 25 angeordnet sind, die übereinstimmend ausgeführt sind. Diese sind mit gleichen Abständen zueinander kranzförmig auf der unteren Statorplatte 26 auswechselbar mittels Schrauben 252 befestigt, wobei zwischen benachbarten Trennelementen 25 jeweils ein Strömungskanal 20 ausgebildet ist, welcher von innen nach außen durch den Stator 2 verläuft.
  • Dementsprechend umfasst jeder Strömungskanal 20 eine dem Rotor 1 benachbarte Eintrittsöffnung 21 und eine radial außenseitige Austrittsöffnung 22 und wird von einander zugewandten Seitenflächen 250 zweier benachbarter Trennelemente 25 als Seitenwände sowie von der unteren Statorplatte 26 als Bodenfläche und der oberen
  • Statorplatte 27 als Deckenfläche begrenzt und ist insoweit zur Eintrittsöffnung 21 und Austrittsöffnung 22 hin offen für einen Flüssigkeitsdurchtritt.
  • Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Figur 1 ersichtlich, ist die obere Statorplatte 27 des Stators 2 ringförmig ausgebildet und weist eine zentrale Durchgangsbohrung als Flüssigkeitseintritt 270 auf, über die die Flügel 10 und die zwischen den Flügeln 10 verbleibenden Flügelzwischenräume 11 zugänglich sind.
  • Wenn eine solche Vorrichtung in einen Behälter, zum Beispiel einen Essigfermenter eingebaut wird, befindet sich die Vorrichtung im Bodenbereich des Behälters und kann über einen entsprechend radial außenseitig vorgesehenen Flanschring 28 in einer entsprechenden Behälteröffnung abdichtend befestigt werden. Der dann außerhalb des Behälters zum Liegen kommende Flansch 23 trägt den hier nicht dargestellten Antriebsmotor, dessen Antriebswelle in die Wellenaufnahme 12 des Rotors 1 eingreift, um den Rotor 1 gemäß Pfeil D um eine vertikal verlaufende Rotationsachse anzutreiben.
  • Infolge der Drehung des Rotors 1 strömt Flüssigkeit aus dem Behälter über den Flüssigkeitseintritt 270 in den Wirkungsbereich des sich drehenden Rotors 1 und wird von den Flügeln 10 aus den Flügelzwischenräumen 11 in die einzelnen Strömungskanäle 20 des Stators 2 gefördert. Die Eintrittsöffnungen 21 der einzelnen Strömungskanäle 20 können sich nahe an der durch Rotation sich ergebenden Umfangslinie des Rotors 1 befinden und die Spitzen der keilförmig ausgebildeten Trennelemente 25 weisen jeweils in Richtung des Rotors 1.
  • Bei Drehung des Rotors 1 fördert somit die Vorrichtung einen hohen Volumenstrom an Flüssigkeit über den Flüssigkeitseintritt 270 in die Strömungskanäle 20 bis zu deren Austrittsöffnungen 22, von wo aus die Flüssigkeit wieder in den Behälter übertritt und infolge der kreisförmigen Anordnung der einzelnen Strömungskanäle 20 gleichmäßig im Behälter verteilt wird.
  • Um diesen Flüssigkeitsstrom durch die einzelnen Strömungskanäle 20 mit dem gewünschten Gasvolumen begasen zu können, sind die Seitenflächen 250 jedes Trennelementes 25, die jeweils eine Seitenwand benachbarter Strömungskanäle 20 bilden, mit einer Öffnung als Aufnahme versehen, in die eine korrespondierende Lochplatte 251 eingesetzt ist, die die Seitenfläche 250 des Trennelements 25 bündig fortsetzt.
  • Jede Lochplatte 251 ist mit einer Vielzahl von durch die Lochplatte 251 verlaufenden Begasungsöffnungen 24, beispielsweise einhundert bis eintausend derartiger Begasungsöffnungen 24 in einer regelmäßigen Anordnung versehen, die jeweils einen Durchmesser von weniger als 1 mm aufweisen.
  • Die Trennelemente 25 sind ihrerseits mit einem inneren Hohlraum ausgeführt, der mit der Öffnung in der Seitenfläche 250 und der darin aufgenommenen Lochplatte 251 und den darin ausgebildeten Begasungsöffnungen 24 kommuniziert. Über einen unterseitigen zentralen Gaseingang 261 kann das zum Begasen vorgesehene Gas unter hohem Druck von einer Druckgasquelle, beispielsweise Luft von einem Verdichter, zugeführt werden und gelangt über einen umlaufenden Gasverteilkanal 260 in der unteren Statorplatte 26 und entsprechende Verbindungsbohrungen in jeden einzelnen Hohlraum der Trennelemente 25. Von dort tritt das Gas über die Begasungsöffnungen 24 in den jeweiligen Lochplatten 251 in die einzelnen Strömungskanäle 20 über. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass die Begasungsöffnungen 24 benachbart zur Austrittsöffnung 22 eines jeden Strömungskanals 20 angeordnet sind und insoweit zur Eintrittsöffnung 21 einen größeren Abstand aufweisen, wobei die Austrittsrichtung des Gases aus den Begasungsöffnungen 24 quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Strömungskanal 20 verläuft.
  • Wenn demgemäß bei Drehung des Rotors 1 in Pfeilrichtung D von den Flügeln 10 Flüssigkeit in die Strömungskanäle 20 gefördert wird, wird dieser zunächst als reiner Flüssigkeitsstrom über die Eintrittsöffnung 21 in die Strömungskanäle 20 eintretende Fluidstrom erst im Verlauf des Durchlaufs durch den Strömungskanal 20 mit der quer zur Strömungsrichtung durch den Strömungskanal 20 verlaufenden Gasströmung aus den Begasungsöffnungen 24 beaufschlagt. Da die einzelnen Begasungsöffnungen mit geringem Durchmesser von maximal 1 mm ausgeführt sind, wird somit Gasvolumen in fein verteilter Form in die einzelnen Teilströme der Flüssigkeit in den Strömungskanälen 20 eingebracht und intensiv mit der Flüssigkeit durchmischt, bevor das solchermaßen erzeugte Gas-Flüssigkeitsgemisch aus den Austrittsöffnungen 22 der Strömungskanäle 20 in den Behälter austritt.
  • Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einen 140 m3 Flüssigkeit fassenden Behälter mit bis zu 1.500 m3 Gas pro Stunde in feinverteilter Form zu beaufschlagen, wobei je nach Behältervolumen, Flüssigkeit und Gas etwa 6-12 m3/h Gasvolumen pro Kubikmeter Behältervolumen in der Flüssigkeit verteilt werden können.
  • Dabei wird die Rührwirkung des Rotors optimal ausgenutzt und es lassen sich trotz der hohen eingebrachten Gasvolumina etwa 30 bis 50 % Energie gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen einsparen.
  • Um beispielsweise in einem Essigfermenter die dem Behälter zugeführte Alkoholmenge möglichst rasch im Behältervolumen verteilen zu können, ist überdies, wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ein Flüssigkeitszulauf 3 zentral oberhalb des Rotors 1 und dem Flüssigkeitseintritt 270 in der oberen Statorplatte 27 vorgesehen, der mittels vier vertikal aufstehenden und unter einem Winkel von 90° zueinander angeordneten Halteblechen 30 beanstandet über der Flüssigkeitseintrittsöffnung 270 gehaltert ist. Dieser Flüssigkeitszulauf 3 gewährleistet, dass die zugeführte Alkoholmenge unmittelbar an den rotierenden Rotor 1 gelangt und von diesem in die Strömungskanäle 20 und von dort gleichmäßig im Behälter verteilt wird. Zudem wirken die vertikal aufstehenden Haltebleche 30 der Entstehung einer unerwünschten Zyklonströmung im Behälter entgegen.
  • Die vorangehend erläuterte Vorrichtung ist vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Metall hergestellt, wobei sich die fein verteilten Begasungsöffnungen 24 insbesondere mittels Laser in die Lochplatten 251 einbringen lassen.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren sind insbesondere für die Belüftung einer alkoholischen Lösung mit Luft im Rahmen der Essigherstellung geeignet, können jedoch auch für beliebig andere Begasungsaufgaben von Flüssigkeiten herangezogen werden, bei denen die homogene Verteilung großer Gasvolumina in der umgesetzten Flüssigkeit gewünscht ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit, umfassend einen um eine vertikale Rotationsachse drehangetriebenen Rotor (1) mit mehreren Flügeln (10) zur Förderung der Flüssigkeit und einen den Rotor (1) umgebenden Stator (2) mit einer Vielzahl von Strömungskanälen (20), die jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung (21) benachbart zum Rotor (1) durch den Stator (2) hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung (22) verlaufen und entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt werden und im Bereich der Eintrittsöffnung (21) vom Rotor (1) mit Flüssigkeit beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände und/oder Boden- und Deckenflächen der Strömungskanäle (20) zwischen der Eintrittsöffnung (21) und der Austrittsöffnung (22) eine Vielzahl von Begasungsöffnungen (24) aufweisen, die mit Druckgas einer Druckgasquelle beaufschlagbar sind, um dieses in die Strömungskanäle (20) einzuleiten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Strömungskanälen (20) jeweils ein Trennelement (25) mit Seitenflächen (250) angeordnet ist, welche jeweils mindestens einen Teilabschnitt einer Seitenwand eines oder beider benachbarter Strömungskanäle (20) ausbilden und die Begasungsöffnungen (24) in der Seitenfläche (250) ausgebildet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennelemente (25) mit einer inneren Hohlkammer ausgebildet sind, die mit der Druckgasquelle kommuniziert und in den Seitenflächen (250) der Trennelemente (25) eine die Begasungsöffnungen (24) aufweisende Lochplatte (251) aufgenommen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begasungsöffnungen (24) benachbart zur Austrittsöffnung (22) der Strömungskanäle (20) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) eine untere Statorplatte (26) und eine obere Statorplatte (27) umfasst, zwischen denen die Trennelemente (25) austauschbar angeordnet sind und untere und obere Statorplatte (26, 27) jeweils zwischen den Trennelementen (25) die Boden- und Deckenflächen der Strömungskanäle (20) ausbilden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Statorplatte (26) einen umlaufenden, mit einem zentralen Gaseingang (261) verbundenen Gasverteilkanal (260) aufweist, der mit den Begasungsöffnungen (24) kommuniziert.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennelemente (25) keilförmig ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begasungsöffnungen (24) einen Durchmesser von höchstens 1 mm aufweisen und jedem Strömungskanal (20) bis zu 2000 Begasungsöffnungen (24) zugeordnet sind.
  9. Verfahren zum Begasen einer Flüssigkeit, bei welchem die Flüssigkeit von einem um eine vertikale Rotationsachse drehangetriebenen Rotor (1) mit mehreren Flügeln (10) in Strömungskanäle eines den Rotor (1) umgebenden Stators (2) gefördert wird, die jeweils ausgehend von einer radial innenseitigen Eintrittsöffnung (21) benachbart zum Rotor (1) durch den Stator (2) hindurch zu einer radial außenseitigen Austrittsöffnung (22) verlaufen und entlang ihres Verlaufs von Seitenwänden, Boden- und Deckenflächen begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Strömungskanäle (20) im Bereich zwischen der Eintrittsöffnung (21) und der Austrittsöffnung (22) aus Begasungsöffnungen (24) in den Seitenwänden und/oder Boden- und Deckenflächen Gas einer Druckgasquelle eingeleitet und mit der durch die Strömungskanäle (20) strömenden Flüssigkeit während des Durchgangs durch die Strömungskanäle (20) vermischt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in die Strömungskanäle eingeleitet wird.
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