NO127169B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til oppløsning av gass i væske.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en fremgangsmåte til med lite energifor-bruk hurtig og effektivt å oppløse gasser kontinuerlig i væsker opp til eller nær mettingspunktet. Den apparatur som skal til for gjennomførelse av fremgangsmåten, behøver bare liten plass, og fremgangsmåten egner seg derfor til kontinuerlig behandling av store væskemengder pr. tidsenhet. Videre kan de nødvendige apparater få enkel konstruksjon uten bevege-lige deler, så de ikke er ømfindtlige for forurensninger og man uten ulempe kan behandle væsker som i vesentlig grad inneholder faste forurensninger, som slam, fiber etc. På grunn av apparatets enkle konstruksjon er det lett å holde rent og til og med sterilt.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan med godt resultat anvendes ved behandling av større eller mindre væske-masser eller væskemengder pr. tidsenhet. F. eks. når det gjelder oppløsning av luft resp. surstoff, kan oppfinnelsen med fordel anvendes ved gjenvinning av fibre fra bak-vann i papirfabrikker, for oksydasjons-dammer, luftningsbassenger for aktivt slam eller lignende eller for penicillin- og gjærfremstilling. Ved den førstnevnte anvendelse tar man sikte på en oppløsning av luft for senere frigjøring av denne i form av tilstrekkelig små blærer for flotasjons-formål, mens der ved den sistnevnte anvendelse behandles en bestemt væskemasse eller en relativt konstant strøm av væske, slik at den gjennomgår en prosess som er en viss surstofftilførsel.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

kan med samme fordel gjennomføres under atmosfæriske trykkforhold eller overtrykk, alt etter de øvrige betingelser som ønskes for prosessen.

Ved oppløsning av gass i væsker inn-virker følgende faktorer: Temperatur, trykk, tid, berøringsflate mellom gass og væske samt diffusjon. Ved behandling av større væskemengder kan en temperatur-endring komme i betraktning av økono-miske grunner. En trykkøkning som øker oppløseligheten, er mer energiøkonomisk. Økes tiden, vokser apparatets størrelse og dermed anleggsomkostningene. Berørings-flaten mellom gass og væske kan økes på forskjellig måte. Diffusjon av gass skjer meget hurtig i et skikt av den omgivende væske på noen molekylers tykkelse, men fra dette overflateskikt fortsetter diffu-sjonen meget langsomt, hvorfor der må iakttas særskilte forholdsregler for å gjøre oppløsningsprosessen uavhengig av diffu-sjonens langsomt forløpende senere fase.

Det er kjent apparater for oppløsning av gasser i væske, men disse lider av forskjellige mangder som begrenser deres an-vendelsesmuligheter. Således har man inn-ført gassen i form av bobler ved bunden av en beholder eller lignende, samt dessuten eventuelt sørget for en omrøring i væskemassen ad mekanisk vei ved hjelp av roterende organer, men fremgangsmåten er lite effektiv med hensyn til gassopptagelse, da kontaktflaten mellom gass og væske stadig er altfor liten, og da en liten del av de relativt stabile blærer går i oppløs-ning i de tynne væskeskikt ved kontaktflaten mellom gass og væske.

Man har også anvendt børster som ro-terer i overflaten av væskemassen og «pisker inn» luft i væsken. Denne metode har f. eks. være forsøkt for kloakkvann, men anordningen er vanskelig å holde ren og kan ikke komme på tale når det må kunne skje sterilisering av apparaturen.

Videre er det kjent for kontinuerlig behandling å anvende en ofte finfordelt væskestråle som treffer en fri væskeflate i et åpen smalt rør og hovedsakelig i rett vinkel til dette og i et symmetriplan til flaten. Herunder blir ga.ssbobler fra atmos-færen omkring strålen ført et stykke ned under overflaten i form av blærer. Disse apparater har imidlertid ikke kunnet anvendes for annet enn relativt små væskemengder pr. tidsenhet og for spesielle an-vendelsesområder.

Grunntanken for den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en så stor kontakt-flate som mulig gassen og væsken og stadig å sønderslå og fornye disse kontaktflater, slik at væskens tynne overflateskikt, som raskt mettes av gass, stadig sønderslå.s og der hurtig blir bragt nydannede, umettede væskepartier i berøring med gassen.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsens kjen-netegn på den måte at væsken bringes til å strømme inn i en sylindrisk oppløsnings-beholder i relativt liten vinkel til et plan vinkelrett på beholderens akse, og på avstand fra denne, slik at den innkommende væske tillike med medført gass, som blir trukket med ved direkte berøring av den innkommenude væske med det omgivende gassrom og/eller er tilsatt den innkommende væske tidligere, blir sønderslått og pisker et øvre parti av væskemassen i opp-løsningsbeholderen til skum, samt bringer væsken til å rotere omkring beholderens akse, samtidig som en mengde væske med oppløst gass, svarende til den innkommende væskemengde, føres bort fra en laverelig-gende del av beholderen, slik at væskepartiklene i væskemassen, som stadig fornyes av den innkommende væske, beveger seg skrueformet nedover i oppløsningsbe-holderen, og i det nevnte øvre parti, under sin bevegelse, gjentatte ganger blir utsatt for den piskende virkning av den innkommende væske.

Herunder blir der uavladelig skapt store berøringsflater mellom gass og væske, hvor oppløsningen finner sted med stor hurtighet, og de nærmeste væskeskikt blir hovedsakelig mettet med gass. Disse væske-flater blir kort etter sin dannelse sønder-slått, hvoretter der umiddelbart bygger seg opp nye væskelameller mellom gassblærer og væske. Den vaskemasse som befinner seg i oppløsningsbeholderen, får dessuten en rotasjon hovedsakelig i form av en potensialhvirvel, slik at frie blærer av gass vandrer inn mot rotasjonsaksen, hvor de flyter sammen og stiger oppover til den mer eller mindre utpregede flate. Dette er av betydning for å hindre uoppløst gass i å forlate oppløsningsbeholderen med væsken. Den innkommende væske har fortrinnsvis form av stråler som går ut fra et «sprederorgan» i oppløsningsbeholderen, slik at strålene selv og også det nevnte øverste skikt av væskemassen blir pisket til et grovt skum, som såledees, hvor gang det passerer under et munnstykke, påny blir sønderslått og danner nytt skum. Væs-kestrålene skal som nevnt ovenfor nå så langt ned i væskemassen at også de nær-mest underliggende lag av den skrueformet nedadstrømmende væskemasse blir berørt og påny får tilført gass. I denne forbindelse har splintrende flate stråler vist seg særlig hensiktsmessige.

I visse tilfeller har det også vist seg å være av betydning at strålene treffer relativt nær væskemassens rotasjonssentrum, fortrinnsvis innenfor et område av av diameteren og hensiktsmessig på ca. Va av radien regnet fra sentrum.

Ved anordning av et stillestående eller roterbart, steilt legeme i væskemassens rotasjonssentrum forhindres dannelsen av en gassfylt hvirvelspiss som strekker seg helt eller nesten ned til oppløsningsbehol-derens bunn, hvorved der eventuelt kan bli ført gassblærer til utløpet på ikke ønsket måte.

Skjønt der for tilførsel og bortføring av væske og/eller gass kan anvendes konvensjonelle automatiske reguleringsanord-ninger, har det også vist seg mulig ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse på enkel måte å skaffe en hovedsakelig automatisk regulering av forløpet i en lukket beholder. Hvis nemlig det mer eller mindre utpregede væskenivå holdes omtrent på høyde med de innkommende stråler fra sprederanordningen, oppnås en optimal oppløsningseffekt, som avtar til begge sider fra nevnte nivå. Hvis man går ut fra en viss normal gassoppløsningshastighet og innstiller gasstilførselen konstant, slik at det mer eller mindre utpregede skumfor-mede skikt normalt befinner seg mellom de innkommende stråler og taket i oppløs-ningsbeholderen, så vil væskeoverflaten ved øket oppløsning stige og suksessivt minske oppløsningsevnen inntil der inn-trer likevekt. Ved minsket gassoppløsning vil overflaten derimot synke nærmere de innkommende stråler og øke oppløsnings-effekten inntil de igjen innstiller seg en likevektstilstand. På denne måte vil man således innenfor visse grenser av variasjo-ner i væskens gassoppløsningstilstand eller strømningshastighet automatisk kunne holde en ønsket gassoppløsningshastighet uten fare for at væskeinnholdet i oppløs-ningsbeholderen blir for lite, slik at denne tømmes, eller for at gass blir ført uoppløst gjennom avløpet.

Oppløsningskaret eller -beholderen kan være lukket eller åpent og kan befinne seg innenfor eller utenfor hoveddelen av væskemassen som skal behandles, og det kan stå under hovedsakelig samme trykk som det der hersker i væskemassens hoveddel, og som naturligvis kan være høyere enn normalt lufttrykk.

Den sprederanordning som anvendes for å bringe væsken til å strømme inn i oppløsningskaret ved fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen kan være utført på forskjellig måte, som det fremgår av den føl-gende beskrivelse av endel utførelsesformer ifølge oppfinnelsen under henvisning til den skjematiske tegning.

På tegningen viser fig. 1 skjematisk en utførelsesform i aksialsnitt av et lukket oppløsningskar ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser den samme anordning i tverrsnitt. Fig. 3 og 4 er skjematiske riss av en modifisert utførelsesform i aksial- resp. tverrsnitt. Fig. 5 viser et oppløsningskar ifølge oppfinnelsen, anordnet i et sirkulasjonssystem. Fig. 6 viser et sirkulasjonssystem med et åpent oppløsningskar anbragt i en lukket beholder. Fig. 7 viser en anordning med et lukket oppløsningskar tilsluttet en åpen beholder som inneholder den væske som skal behandles, slik at der fås et sirkulasjonssystem. Fig. 8 viser en anording ifølge oppfinnelsen bestemt for større oksydasjons-dammer o. 1. Fig. 9 er et skjematisk detalj riss av et munnstykke med anslagsplate, som inngår i en sprederanordning for innkommende væske, og

fig. 10 er et sideriss av en modifisert utførelsesform av sprederanordningen med munnstykkeanordninger parvis plasert i forskjellig høyde.

På fig. 1—4 vises en lukket sylindrisk

beholder 1 med gavler 2 og 3. Beholderen 1 bæres av ben 4.

Tangensialt til en sirkel med en radius av ca. <y>3 av den sylindriske beholders er der anordnet tilløpsrør 5 med munnstykker 6. Munnstykkene 6 er flattrykt for å gi flate stråler av relativt liten tykkelse, slik at et relativt stort areal av overflaten tref-fes av strålene. Som det fremgår av figurene, helder innløpsmunnstykket 6 svakt nedad, slik at væskestrålen fra munnstyk-Ket ankommer hovedsakelig parallelt med den mot sentrum nedadkrummede flate av den roterende vannmasse 8. Det skal bemerkes at det bare er for å forenkle be-skrivelsen at overflaten er vist så utpreget som på figurene 1 og 3, idet den i virkelig-heten er meget diffus og hele eller største-parten av det frie rom over den er fyllt med tykt skum. Under strålens anslag mot væskemassen blir et relativt tykt overflateskikt splintret til en homogen væske-gassdispersjon. På grunn av trykkforhol-dene i væskehvirvelen vil gassblærene ved dispersjonens bevegelse nedover hurtig vandre inn mot sentrum, slik at de perife-riske skikt suksessivt befris for gassblærer. Ved den nedre omkretskant av karet 1 er der anordnet et tangentialt utløp 9. Mån kan også uten ulempe i mange tilfeller anordne et sentralt utløp 9'.

For å hindre at der dannes en dyp, gassfyllt hvirvelspiss i sentrum, kan der være anordnet en søyle 10, som kan strek-ke seg gjennom hele eller en del av karets væskefyllte del og f. eks. slutte på det nivå væsken inntar i hvilestilling i karet.

Fig. 3 og 4 viser en modifisert utførel-sesform med et sentralt tilløpsrør 11 med utragende armer 12, som har samme funk-sjon som munnstykkene 6.

Tilskuddet til ga.ssputen i oppløsnings-karets øvre del kan hensiktsmessig bringes inn sammen med den innkomende væske, men kan også skaffes på annen måte. Måten hvorpå gassen blir innført, har ikke betydning for gassoppløsningen, idet den overraskende raske oppløsning av gassen i væsken praktisk talt til mettningspunktet turde bero på den intensive sønderpiskning av væskeoverflaten.

Videre er det å merke at munnstyk-kenes antall kan varieres, og at det også er mulig bare å anvende et eneste munnstykke.

Strålens form har en vesentlig betydning, og den bør ha stor utbredelse og relativt liten tykkelse, slik at den lett splin-tres til enkelte dråper.

For å bibeholde et bestemt væskenivå

i karet 1, kan som nevnt ovenfor anvendes konvensjonelle nivåregulatorer som regu-lerer tilførsel resp. avløp av gass. På fig.

3 er imidlertid vist en enkel anordning med en strupt kanal 16 på høyde med den frie væskeoverflate, hvor man tillater en viss, konstant væskelekkasje. Skulle væskeoverflaten synke under kanalen 16, vil denne tillate en hurtig unnvikelse av overskudds-gass, slik at væskenivået hurtig gjenopp-rettes. Ved behandling av forurensede væsker kan der anvendes en anordning ifølge fig. 1, hvor et væskestandsrør 17 ved sin øvre ende er tilsluttet karet 1 på stor avstand fra væskeoverflaten og ved sin

nedre ende til den nedre omkrets av karet 1. Et tilløp 18 for rent vann er koblet til væskestandsrøret 17, slik at "dette stadig bare vil inneholde rent vann, og en strupt utløpskanal 19 er anordnet på høyde med det ønskede væskenivå og virker på den ovenfor beskrevne måte.

På fig. 5 betegner 20 en væskebeholder hvori der er anbragt en sentral sylinder l<1 >som er åpen i begge ender, og som er bestemt til å danne et oppløsningskar. Sylinderen l<1> strekker seg et stykke opp over væskeoverflaten i beholderen 20. Til den øvre del av sylinderen l<1> fører et rør 21, hvis inntak strekker seg ned i væskemassen. Ledningen 21 er forsynt med en pumpe 22, og dennes utløpsende er tilsluttet en sprederanordning 23 anbragt i den øvre del av sylinderen l<1>. Som tydeligere vist på fig. 10 består anordningen 23 av skrått nedadrettede rør 24 hvis nedre ender er anbragt skålformede organer 25 på en slik måte at en stråle som går ut fra røret 24 treffer innerveggen av skålen 25 nedentil og kastes tilbake i avflatet, mer eller mindre splintret form, fortrinnsvis tilnærmel-sesvis horisontalt og hoversakelig tangentialt til en med sylinderen konsentrisk sirkel, hvorved væsken i sylinderen bringes til å rotere. De skålformede organer 25 kan være anordnet i forskjellig høyde for å gi en jevnere oppløsningshastighet ved varierende væskenivå.

Fig. 9 viser som eksempel et annet munnstykke 41 som har samme formål, og som retter sin stråle mot en anslagsplate 42, som fortrinnsvis har form som et seg-ment av en væskehvirvels frie flate. Den forreste kant av an.slagsplaten 42 kan hensiktsmessig være bøyet noe opp.

Står oppløsningskaret oventil i åpen forbindelse med gassatmosfæren, ofte luft, som på fig. 5 og 8, behøves ingen særskilt tilførselsanordning for luft eller reguler-ingsanordning for bibehold av et ønjsket væskenivå i oppløsningskaret.

Et skållignende organ 26 er anordnet under inntaket av røret 21 for å danne et sirkulært overløp hvor bare overflateskiktet strømmer over i væskemassen.

Det skal bemerkes at sylinderen I<1> kan plaseres på forskjellig måte i væskemassen, alt etter dennes egenskaper, som også kan bestemme den spesielle utformning av sylinderen l<1>. Formen av sylinderen l<1> kan også være forskjellig, f. eks. for å skaffe en passende strømning i beholderen 20, f. eks. konisk utvidet eller avsmalnende nedad.

Videre kan sprederanordningen 23, som også tidligere nevnt, være utført på annen hensiktsmessig måte.

På fig. 6 betegner 27 en lukket beholder, hvori en sylinder 1" er anordnet stå-ende og på tidligere angitt måte rager opp over væskeoverflaten 28 i beholderen. Sir kulas jonssystemet er på den tidligere angitte måte forsynt med et rør 29 som leder til en sprederanordning 23 i den øvre del av sylinderen 1". Røret 29 går i denne utførelsesform fra en pumpe 30, anbragt like under det normale væskenivå 28. Pumpen 30 drives f. eks. av en motor 31 utenfor beholderen 27. Skjønt sylinderen I11 er vist i eksentrisk stilling i beholderen 27, kan den naturligvis også være plasert sentralt.

Ved anordningen ifølge fig. 6 kan der på grunn av den lukkede utførelse anvendes en hvilkensomhelst gass, som f. eks. til-føres gjennom gasstilløpet 32, og prosessen kan gjennomføres under ønsket trykk.

Ved anvendelse av en sammensatt gass, f eks. luft, hvorav forskjellige deler opp-løses og/eller forbrukes i forskjellig ut-strekning, vil der skje en suksessiv økning av den ene bestanddel i gassen i det lukkede rum ovenfor væskeoverflaten 28. Her-ved kan prosessens effektivitet bli nedsatt dersom der ikke skjer en suksessiv utbyt-ning av gassen i dette rum, noe som imidlertid i denne lukkede utførelse lett kan oppnås med eller uten forhøyet trykk.

I visse tilfeller kan det være hensiktsmessig, under anvendelse av en lukket ppp-løsningsbeholder i likhet med den på fig.

1 og 3, å anordne beholderen utenfor hoveddelen av den behandlede væske; som vist ved lm på fig. 7. Beholderen lm er nedentil, ved hjelp av et rør 33, tilsluttet den beholder eller det basseng som inneholder væskemassen. En rørledning 35 med et inntak 36 i væskemassen, f. eks. ved dennes overflate, går over en pumpe 37 til en sprederanordning 23 i den øvre del av opp-løsningskaret lm. Bassenget 34 som inneholder væskemassen, kan være lukket eller åpent, alt etter om man ønsker å gjen-nomføre prosessen ved forhøyet trykk eller ikke.

Tilløpsrøret 33 kan ved bunden av beholderen 34 være tilsluttet en passende for-delingsanordning 38.

For tilførsel av gass til oppløsnings-karets øvre parti kan der enten anvendes en gassledning 39 som munner ut i karet, eller gassen kan tilføres væsken f. eks. gjennom en snøfteventil eller lignende på pumpen.

Skjønt de viste anordninger danner sirkulasjonssystemer, slik at væsken som undergår behandling, kan bringes til å gjennomløpe systemet flere ganger, kan de også utføres for engangsgjennomstrøm-ning, slik at væske fra en beholder, f. eks. bakvanntrauet i en papirmaskin, tilføres en annen beholder, f. eks. et flotasjonsbasseng for fibergjenvinning, f. eks. ved hjelp av en anordning i likhet med 38 på fig. 7.

Det skal bemerkes at anordningen også med fordel kan anvendes som skrubber med den sirkulerende væske som vaskemid-del.

Med anordningen på fig. 7 kan denne prosess gjennomføres f. eks. ved at den gass som skal vaskes) tilføres f. eks. gjennom rørstussen 39 eller eventuelt på annen hensiktsmessig måte med sikte på ønsket effektivitet, og den vaskede gass tas ut gjennom rørstussen 40.

Utførelsen blir således analog med hva som er beskrevet ovenfor, fråsett at den vaskede gass eller det uvaskede stoff utgjør det produkt man tilstreber.

Sluttelig er der på fig. 8 vist en anordning til behandling av kloakkvann i ok-sydasjonsbassenger eller lignende. Anordningen består her av et i begge ender åpent, sylindrisk oppløsningskar 1IV, som kan senkes ned i væskemassen med en øvre del ragende opp over væskemassens overflate 44. En ledning 45 fra en pumpe 46 er tilsluttet en sprederanordning 23 i oppløs-ningskarets øvre del. Til pumpen 46 går hensiktsmessig en slangeledning 47, som kan flyttes til et ønsket sted i bassenget. Oppløsningskaret og tilhørende deler kan bæres av flottører 48, hvorved anordningen ikke bare holdes i riktig stilling uansett vannstanden, men også lett kan flyttes, f. eks. under suksessiv behandling av et område. Fremgangsmåten kan også benyttes for behandling av lokale steder i vassdrag, som sjøer og viker, og i rennende vannløp kan lignende anordninger f. eks. være plasert på forskjellige steder langs vannløpet.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til oppløsning av gasser i væsker i et kontinuerlig arbeids-forløp, karakterisert ved at væsken i form av én eller flere stråler bringes til kontinuerlig å strømme inn i en sylindrisk oppløs-ningsbeholder i relativt liten vinkel til et plan vinkelrett på beholderens akse, og i avstand fra denne, slik at den innkommende væske tillike med av denne medført gass, som rives med ved hjelp av den innkommende væskes direkte berøring med omgivende gassrom og/eller er tilsatt den innkommende væske tidligere, blir sønder-slått og pisker et øvre parti av væskemassen i oppløsningsbeholderen til et skum samt bringer væsken til å rotere omkring beholderens akse, hvorunder en mengde væske med oppløst gass, svarende til den innkommende væskemengde, føres bort ved en lavere beliggende del av beholderen, slik at væskepartiklene i væskemassen, som stadig fornyes av den innkommende væske, beveger seg skrueformet nedover i oppløs-ningsbeholderen og i det nevnte øvre parti, under sin bevegelse, gjentatte ganger utsettes for den piskende virkning av den innkommende væske, hvorved der i dette parti blir dannet ekstremt store berørings-flater mellom gass og væske, som uavladelig nedbrytes og fornyes.

2. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at den sylindriske oppløsningsbeholder har et nedad avtag-ende tverrsnitt.

3. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at prosessen gjennomføres mens såvel oppløsningsbe-holderen som den væske som skal behandles, utsettes for hovedsakelig like overtrykk.

4. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 2 eller 3, karakterisert ved at oppløs-ningsbeholderen befinner seg i det vesent-lige innenfor den væskemengde som skal behandles, og oventil er åpen og strekker seg ovenfor overflaten av den væskemengde som skal behandles.

5. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 4, karakterisert ved at oppløsnings-beholderen befinner seg flytende i væskemassen.

6. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 1—5, karakterisert ved at den væske som skai behandies, hovedsakelig suges inn fra overflateskiktet av den væskemasse som skal behandles.

7. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 5 og 6, karakterisert ved at væske-inntaket for den væskemasse som skal behandles, er flyttbart i forhold til oppløs-ningsbeholderen.

8. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at man for å hindre dannelsen av en gassfyllt hvirvelspiss i det sentrale parti av den hvirvel som dannes av den roterende væskemasse, ut-fyller dette parti med et fast eller dreilbart stivt legeme.

9. Fremgangsmåte sorrv angitt i på-stand 1, karakterisert ved at væskestrålen eller -strålene avbøyes i sin bane i liten vinkel til et plan loddrett på beholderens akse, ved anslag mot et skållignende organ eller et organ som oppviser en dobbelt-krummet form motsvarende den frie overflate på en væskehvirvel.

10. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at væsken tilføres beholderen i en avstand av ca. <y>3 av dennes radius, regnet fra sentrum.