NL8601602A - Werkwijze en inrichting voor het invoeren van een gas in een vloeistof. - Google Patents

Description

Lx 86 5060 ftn/Tg * *

Werkwijze en inrichting voor het invoeren van een gas in een vloeistof.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het invoeren van een gas in een vloeistof onder toepassing van een vat voor het opnemen van de vloeistof met een daarin draaibaar schoepensamenstel met in hoofdzaak horizontale 5 draaias, welke schoepen zijn ingericht om het gas vanuit een gasruimte boven de vloeistof in de vloeistof te voeren.

Uit EP-B 0 005 553 is een voor dit doel geschikte inrichting bekend, waarbij op met de draaias verbonden spaken bevestigde bakjes langs de binnenwand van een gedeeltelijk cylindervormig en 10 aan de bovenzijde open vat door de daarin aanwezige vloeistof worden rondgevoerd, waarbij een klein deel van de baan ervan door het gas boven de vloeistof voert. De vloeistof stroomt daarbij in het bovengedeelte van de baan uit de bakjes en door het gas, en kan daarbij gas opnemen, terwijl verder door de bakjes gas in de vloei-15 stof wordt geschept, dat aan de benedenzijde van de baan als bellen uit 'de bakjes ontsnapt. Doordat de bellen daarbij in een afgescheiden achtergedeelte van het voorgaande bakje terechtkomen, wordt het rechtstreeks ontsnappen naar het vloeistofoppervlak verhinderd. De gasoverdracht naar de vloeistof is echter betrekkelijk gering, daar 20 de opgevangen bellen weer gemakkelijk tot een groter gaskussen versmelten, waardoor het aanrakingsoppervlak met de vloeistof dienovereenkomstig wordt verkleind. Een dergelijke inrichting verschaft derhalve een betrekkelijk geringe gasinvoer.

De uitvinding beoogt een werkwijze en een inrichting te 25 verschaffen, die een aanmerkelijk grotere gasinvoer in de vloeistof mogelijk maakt. De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat het vat voor een gedeelte met de vloeistof wordt gevuld, terwijl de schoepen met een zodanige snelheid worden aangedreven, dat de vloeistof in de draaizin wordt opgestuwd, waarna de 30 naar beneden schietende vloeistof een vloeistofsprong teweegbrengt, Qδ Ü1 6 0 2 i ^ .

- 2 - van waaruit de schoepen de gevormde gasbellen in de vloeistof invoeren.

De schoepen, die door deze vloeistofsprong bewegen, voeren de gasbellen in de vloeistof. Bij een bepaalde gasbelconcentratie 5 verlaten evenveel bellen de vloeistof als er worden ingevoerd. De gasbellen verlaten de vloeistof ter plaatse van de vloeistofsprong, waardoor aldaar een sterke beroering van de vloeistof optreedt. Daardoor wordt een groot grensoppervlak tussen vloeistof en gas bereikt.

Uit beluchtingsproeven met leidingwater is gebleken, dat 10 het mogelijk is meer dan 4000 mg/l.h zuurstof in het water in te voeren, hetgeen aanmerkelijk meer is dan hetgeen met de gangbare inrichtingen mogelijk is. Daarbij kan een energieverbruik van rond 2 kg zuurstof per kWh worden bereikt..

Behalve voor het oplossen van gas in een vloeistof kan 15 deze werkwijze ook worden toegepast voor het extraheren van in een vloeistof aanwezige bestanddelen, waarbij ervoor moet worden gezorgd, dat het uit de vloeistof ontwijkende gas met geëxtraheerde bestand- \ delen gescheiden van de extractiegastoevoer kan worden afgevoerd.

Het inbrengen van gas in de vloeistof kan zonodig nog 20 worden verbeterd door het gas onder druk toe te voeren.

De uitvinding verschaft een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze, omvattende een vat met een toevoer en een afvoer voor de vloeistof en een volgens de horizontale as van dit vat gericht schoepenrad, dat is ingericht om gas vanuit een boven het 25 vloeistofoppervlak in het vat gelegen gasruimte in de vloeistof te voeren, welke inrichting als kenmerk heeft, dat de breedte van de schoepen van het schoepenrad voldoende is om bij aandrijving van het schoepenrad met de werksnelheid de vloeistof in het eerste kwadrant, waar de schoepen bij aandrijving omhoog bewegen, tot een hoogste 30 punt op te stuwen, doch kleiner is dan de breedte van de vloeistofsprong, die door de vanuit dit hoogste punt naar beneden schietende vloeistof wordt gevormd.

In het bijzonder is de wand van deze inrichting tenminste S601 302 . - J' 4 - 3 - in dit eerste kwadrant althans ongeveer coaxiaal met de as van het schoepenrad en op een geringe afstand van de buitenzijden van de schoepen gelegen. Aldus kan de vloeistof door de schoepen langs de coaxiale wand naar het hoogste punt worden opgestuwd, waardoor een 5 optimale werking wordt verkregen.

Voor een optimale werking moet er na de opstuwing nog gasruimte binnen de schoepenring zijn, hetgeen de breedte van de schoepen beperkt. Anderzijds dient met het oog op de opstuwing van de vloeistof en de belleninvoer de breedte van de schoepen zo groot mo-10 gelijk te zijn.

Op zichzelf is uit M.-A 65 08 434 een beluchtingsinrichting bekend, die een cylindervormig vat met een in de langsas daarvan geplaatste draaias van een schoepensamenstel omvat, welk schoepensa-menstel de vloeistof, die het gehele vat vult, in wenteling brengt, 15 waarbij gasbellen, die vanuit de as worden toegevoerd, spiraalvormige bellenbanen volgen, waarin de verblijftijd van de bellen in vergelijking met rechte vertikale bellenbanen in stilstaand water is verlengd. Deze inrichting is ingewikkelder dan die volgens de uitvinding, o.a. wegens de noodzaak van bijkomende middelen voor het 20 onder druk aan de holle as toevoeren van het gas.

In het bijzonder is bij de inrichting volgens de uitvinding tenminste aan het eind van het tweede bewegingskwadrant van de schoepen het vat voorzien van een op een geringe afstand van de schoepenbaan gelegen schot of wand, teneinde de breedte van de vloei-25 stofsprong zo klein mogelijk te houden, hetgeen de belleninvoer ten goede komt.

Tussen tenminste een deel van de schoepen kunnen onderbroken of doorboorde platen zijn aangebracht, die een verkleinende werking op de meegevoerde gasbellen kunnen uitoefenen.

30 Het vat kan voorts tenminste aan de bovenzijde cylinder vormig zijn uitgevoerd, en aldaar van een of meer in het tweede kwadrant van de schoepenbaan uitmondende gastoevoeropeningen zijn voorzien.

85Ö1S02 - 4 -

Wanneer de inrichting volgens de uitvinding bestemd is voor het uitvoeren van een gasextractiebewerking, dient het vat te zijn voorzien van een gasafvoer, die zo ver mogelijk van de gastoevoer is verwijderd.

5 De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toege licht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een schematische doorsnede door een inrichting volgens de uitvinding in de rusttoestand; fig. 2 een met fig. 1 overeenkomende doorsnede van de in-10 richting in de werkzame toestand; fig. 3 een met fig. 2 overeenkomende doorsnede van een andere uitvoeringsvorm van deze inrichting; en fig. 4 een zijaanzicht van een inrichting volgens de uitvinding.

15 De in de tekening afgeheelde inrichting omvat een cylinder- vormig vat 1, waarin een uit schoepen 2 bestaand schoepenrad rond een draaias 3 draaibaar is opgesteld, welke as 3 zich volgens de

V

langsas van het vat 1 uitstrekt. De schoepen 2 hebben in het afgeheelde uitvoeringsvoorbeeld een L-vormige doorsnede, en zijn door 20 niet nader aangeduide armen of schijven met de as 3 verbonden. In de rusttoestand volgens fig. 1 is het vat 1 gedeeltelijk met een vloeistof 4 gevuld, terwijl boven de vloeistof een gasruimte 5 aanwezig is, die met een of meer gastoevoeropeningen 6 in verbinding staat. Wanneer de vloeistof 4 onder normale druk moet worden be-25 lucht, staan de openingen 6 met de omgevingslucht in verbinding.

Wanneer, zoals in fig. 2 is aangeduid, de as 3 in draaiing wordt gebracht, zoals met een pijl 7 is aangeduid, zal bij een voldoende draaisnelheid de vloeistof 4 worden meegesleept en bij 8 worden opgestuwd. Onder invloed van de zwaartekracht schiet dan de 30 vloeistof na de opstuwing 8 naar beneden, waarbij een zgn. vloeistof-sprong 9 wordt gevormd, die zich tot aan de zijwand van het vat 1 uitstrekt. De vloeistof is daar in beweging, en wordt dan met gas uit de ruimte 5 gemengd, waarbij de schoepen 5, die in het gebied 9 t 8601 Sü2 - 5 - weer in de vloeistof worden gedompeld, gasbellen uit het gebied 9 in de vloeistof voeren, zoals door een pijl 10 is aangegeven. De gasbellen worden met de wentelende vloeistof meegevoerd, en ontsnappen dan, zoals door een pijl 11 is aangeduid, weer naar het ge-5 bied 9, welke ontsnappende gasbellen een heftige vloeistofbeweging in het gebied 9 bewerkstelligen.

Het peil van het gebied 9 is daarbij door de menging met gas ongeveer gelijk aan het vloeistofpeil bij stilstand volgens fig. 1. Door de opstuwing 8 wordt de gasruimte 5 aanzienlijk ver-10 kleind in overeenstemming met de hoeveelheid gas, die in de vorm van bellen in de vloeistof is opgenomen. Hoe groter de gasruimte 5 bij stilstand van het schoepenrad is, des te groter de opstuwing 8 kan zijn, en des te meer gas in de vloeistof wordt ingebracht. Daar echter een vergroting van de gasruimte 5 gepaard gaat met een ver-15 mindering van de vloeistofinhoud, zal bij een bepaald vloeistofpeil een optimaal aanrakingsoppervlak tussen gas en vloeistof worden be-reil^t. Een grotere gasbelleninvoer weegt dan niet meer op tegen de vermindering van de vloeistofinhoud.

De schoepen 2 dienen zich over een zodanige afstand in de 20 richting van de as 3 uit te strekken, dat een voldoende opstuwing van de vloeistof en gasbelinvoer wordt bewerkstelligd. Deze breedte wordt beperkt door de eis, dat voor een optimale werking een gasruimte binnen de schoepenring aanwezig moet blijven. Bij een te grote snelheid of schoepbreedte, waarbij alleen nog gasruimte tussen 25 de schoepen is, neemt de gasbelleninvoer af.

Teneinde de met de vloeistof meegevoerde gasbellen te verkleinen, kunnen, zoals in fig. 3 schematisch is afgebeeld, tussen de schoepen enige doorboorde platen 12 worden aangebracht.

Door verkleining van de gasbellen wordt het aanrakings-30 oppervlak tussen het gas en de vloeistof vergroot, doch wordt het gebied 9 door het uittreden van de gasbellen minder in beroering gebracht. Bij te kleine gasbellen kan soms de verblijftijd van de kleine gasbelletjes te groot worden. Een en ander hangt uiteraard S 5 0 1 602 V 's* , - ó - af van de wijze, waarop de inrichting wordt gebruikt.

Fig. 3 toont nog een andere uitvoeringsvorm met een vat met rechthoekige doorsnede. Een zijwand 13 daarvan of een overeenkomstig bijkomend schot begrenst het gebied 9 tot ongeveer de be-5 wegingsbaan van de schoepen 2, terwijl een gebogen schot 14 de op-stuwing naar het opstuwpunt 8 bevordert.

Zoals uit fig. 4 blijkt, kan het vat 1 voor beluchting van een aantal afzonderlijke toevoeropeningen 6 zijn voorzien, teneinde de luchttoevoer te verdelen.

10 Een motor 15 zorgt door tussenkomst van geschikte ver- tragingsmiddelen voor aandrijving van de as 3.

Niet nader aangeduide aansluitingen zorgen voor het toe-en afvoeren van de te behandelen vloeistof, welke toe- en afvoer ook op doorlopende wijze kan geschieden, wanneer een doorstroom-15 werking gewenst is. Voor het handhaven van het vloeistofpeil kan van een geschikt overloopschot of dergelijke gebruik worden gemaakt.

^ Deze inrichting kan worden gebruikt voor het beluchten van water, bijvoorbeeld om de chemische zuurstofbehoefte (COD) van het water te verkleinen. Daarbij kan het zuurstofgehalte 4..5 maal wor-20 den vergroot door zuurstof in plaats van lucht in de gasruimte in te voeren.

Anderzijds kan deze inrichting ook worden gebruikt voor het extraheren van in de vloeistof aanwezige gasvormige bestanddelen, waartoe dan behalve gastoevoeropeningen ó ook daarvan gescheiden 25 afvoeropeningen aanwezig dienen te zijn, teneinde het gas, dat de geëxtraheerde bestanddelen bevat, te kunnen afvoeren.

Wanneer de invoer van gas in de vloeistof nog moet worden vergroot, kan uiteraard de gasruimte 5 onder druk worden gezet.

Bij proefnemingen met een dergelijke inrichting is ge-30 bleken, dat met behulp van een vat 1 met een middellijn van slechts 500 mm een zuurstofinbreng in leidingwater van meer dan 4000 mg/l.h en met een op de zuurstofinbreng betrokken energieverbruik van rond 2 kg/kWh kan worden verkregen, hetgeen aanmerkelijk beter is dan niet 8801 302 \ - 7 - de gangbare beluchtingsinrichtingen mogelijk is.

De gasinvoer is voorts recht evenredig met de lengte van het vat 1, die slechts wordt beperkt door de technische uitvoerbaarheid, beschikbare ruimte e.d. Uiteraard kunnen verscheidene 5 vaten 1 achter of naast elkaar worden geschakeld.

Een dergelijke inrichting kan worden beschouwd als een centrifugaalpomp met geringe opvoerhoogte. Deze inrichting is bijvoorbeeld geschikt om een grote waterbak te beluchten, waarbij het vat 1 tot het gewenste waterpeil in het water wordt ondergedompeld, 10 waarbij door het op de juiste plaats aanbrengen van een in- en af-voeraansluiting een rondvoerstroom kan worden bewerkstelligd.

De begrenzing van het vloeistofspronggebied 9 kan ook worden verkregen door in een vat 1 twee schoepenraderen 2 naast elkaar op te stellen, die in tegengestelde zin worden aangedreven, en waarvan 15 de spronggebieden aan elkaar grenzen en aldus elkaar zijdelings begrenzen. Daarbij kunnen in het bijzonder de schoepenraderen onderling zijn gekoppeld, en op de wijze van tandwielen enigszins in elkaar grijpen, hetgeen het beoogde effect kan versterken.

) Λ 5 ’ '-J j J tC, * *

Claims (10)

1. Werkwijze voor het invoeren van een gas in een vloeistof onder toepassing van een vat voor het opnemen van de vloeistof met een daarin draaibaar schoepensamenstel met in hoofdzaak horizontale draaias, welke schoepen zijn ingericht om het gas vanuit een gas- 5 ruimte boven de vloeistof in de vloeistof in te voeren, met het kenmerk, dat het vat voor een gedeelte met de vloeistof wordt gevuld, terwijl de schoepen met een zodanige snelheid worden aangedreven, dat de vloeistof in de draaizin wordt opgestuwd, waarna de naar beneden schietende vloeistof een vloeistofsprong teweegbrengt, 10 van waaruit de schoepen de gevormde gasbellen in de vloeistof invoeren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze wordt gebruikt voor het extraheren van in de vloeistof aanwezige bestanddelen, waarbij het uit de vloeistof ontwijkende gas 15 gescheiden van de gasinvoer wordt afgevoerd.

. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het gas onder druk wordt toegevoerd.

4. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van de conclusies 1..3, omvattende een vat met een toevoer en 20 een afvoer voor de vloeistof en een volgens de horizontale as van dit vat gericht schoepenrad, dat is ingericht om gas vanuit een boven het vloeistofoppervlak in het vat gelegen gasruimte in de vloeistof in te voeren, met het kenmerk, dat de breedte van de schoepen (2) voldoende is om bij aandrijving van het schoepenrad 25 met de werksnelheid de vloeistof (4) in het eerste kwadrant, waar de schoepen (2) omhoogbewegen, naar een hoogste punt (8) op te stuwen, doch kleiner is dan de breedte van de vloeistofsprong (9), die door de vanuit dit hoogste punt (8) naar beneden schietende vloeistof wordt gevormd.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat 8601 602 - 9 - \ de wand (14) en het vat (1) tenminste in dit eerste kwadrant althans ongeveer coaxiaal met de as (3) van het schoepenrad (2, 3) is gelegen.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, iet het kenmerk, 5 dat tenminste aan het eind van het op het eerste bewegingskwadrant volgende kwadrant van de schoepenbeweging het vat (1) is voorzien van een op een geringe afstand van de sehoepenbaan gelegen schot of wand (13).

7. Inrichting volgens een van de conclusies 4,.6, met het 10 kenmerk, dat tussen de schoepen (2) en de as (3) onderbroken of doorboorde platen (12) zijn aangebracht.

8. Inrichting volgens een van de conclusies 4..7, met het kenmerk, dat het vat (1) tenminste aan de bovenzijde cylinder-voxmig is uitgevoerd, en aldaar van een of meer in het tweede kva- 15 drant van de bevegingsbaan van de schoepen (2) uitmondende gastoe-voeropeningen (6) is voorzien.

9. Inrichting volgens een van de conclusies 4..8, met het kenmerk, dat deze bestemd is voor het uitvoeren van een gas-extractiebewerking, en is voorzien van een gasafvoer, die zo ver 20 mogelijk van de gastoevoer (6) is verwijderd.

10. Inrichting volgens een van de conclusies 4..9, gekenmerkt door twee in tegengestelde zin aan te drijven schoepenraderen, die zodanig naast elkaar in een vat (1) zijn opgesteld, dat de vloei-stofspronggebieden (9) ervan aan elkaar grenzen. £ 0 ü ; o ‘J Z