NO301869B1 - Anordning innrettet for bruk ved blanding av fluider, f.eks. forgassing av væsker, samt fremgangsmåte for forgassing av en væske - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning innrettet for bruk ved blanding av fluider, f.eks. forgassing av væsker, omfattende en i anordningen dreibart opplagret, langstrakt del med et innvendig gjennomløp som ved en ende kommuniserer med et første fluid som skal blandes med et andre fluid, og én eller flere venturideler som hver er montert på en arm som strekker seg radielt fra den langstrakte del og hver danner en konvergerende-divergerende kanal hvis akse stort sett tangerer den respektive venturidelens dreiesirkel, og hvor kanalens hals har en åpning som via den respektive arm står i forbindelse med det innvendige gjen-nomløp.

Suge- og lufteinnretninger er velkjente. Den vanlige form for sugeinnret-ning er basert på synkende statisk trykk i en væske som strømmer gjennom en innsnevring i én eller annen form for venturielement, dvs en konvergerende-divergerende kanal. Trykket er lavest i kanalhalsen.

En konvensjonell venturikanal avgrenses av innad utbuete vegger. Kanalen er vanligvis symmetrisk om sin akse.

GB-A-1 365 184 viser en ejektoranordning, omfattende to tangentielt monterte ejektordyser innrettet til å rotere i en mikroorganismekultur-væske og til å skape en strøm av væske under trykk med medrevet luft.

US-A-4 297 214 viser et lufteapparat omfattende en hul aksel og, nær bun-nen av akselen, et gassutløp og et med skovler utstyrt løpehjul. Ved rotasjon sir-kuleres væsken forbi gassutløpet og gjennom løpehjulet. Tangentialhastigheter på 200 til 450 m/min er angitt.

GB-A-2 043 475 viser en hul aksel og et løpehjul som har tangentielle rib-ber og radielle rør innrettet til å suge inn gass, ved rotasjon, på grunn av "liquid breakaway zones" (væske-utbrytingssoner) som skapes i rør-kjølvannet. Data er gitt, men ikke rotasjonshastigheten.

EP-A-0 155 701 viser en rotor som er montert på en hul aksel og har radielle spor. Når akselen roteres i en væske, strømmer gass inn i sporene og inn i væsken som fine bobler. Det er nødvendig med en positiv tilførsel av gass, f.eks. med en volumstrøm på 30 I luft/min og med en rotasjonshastighet på 1000 r/min.

Andre rørere som krever en positiv gassinnføring er vist i GB-A-0 832 526 og GB-A-2 059 788. En rører omfattende en prismeformet rotor som har nær radielle kanaler som munner ut ved de aksielt fremre kanter av prismesidene, er beskrevet i GB-A-0 745 457.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er i første rekke å komme frem til en blandeanordning av enkel og effektiv konstruksjon, uten behov for pumper eller andre bevegelige deler i berøring med fluidet eller fluidene. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning av den innledningsvis angitte art, ved at den omfatter et sylindrisk rør, hvorved omdreining av venturidelene i det andre fluid virker til å suge det første fluid inn i det andre fluid og til å sirkulere de to fluider gjennom røret. Fordelaktige utføringsformer av anordningen ifølge oppfinnelsen er angitt i de etterfølgende krav 2 - 8. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for forgassing av en væske, som angitt i krav 9 og 10.

Når venturidelene roteres rundt den langstrakte del eller aksel, er trykket ved de ytre ender av de radiale kanaler lavere enn trykket i akselens gjennomløp. Ved bruk av anordningen for blanding av fluider, f.eks. til forgassing av en væske såsom spillvann, vil rotering av venturidelene i fluidet virke til å suge gass gjennom akselen og inn i spillvannet. Luften eller annen gass suges inn i væsken utelukkende på grunn av rotasjonen.

Foreliggende oppfinnelse er således basert på neddykking av endeåpne venturideler, med innsnevringer mellom deres ender, i vann, kloakkvann eller annen væske. De innsnevrete halsområder er forsynt med trykkavtappingsrør med direkte forbindelse til atmosfæren, luftvolum eller annet gassvolum over væsken. Venturidelene tvinges til å bevege seg gjennom væsken ved at de er festet til en roterende aksel. Akselens rotasjonshastighet er justert til å bevirke innsuging og innblanding av luft eller annen gass i væsken gjennom trykkavtap-pingsrørene. Venturidelene som på denne måte er ansvarlige for lufting eller forgassing av væsken kan utgjøre en del av mer komplisert apparatur innbefattende knivegger, løpehjulblad etc for utspeing og blanding av en væske inneholdende faste stoffer. Rotoren kan være tilpasset en stator eller kontraroterende mekanis-me for å motvirke eventuell tendens til at væsken skal rotere med rotoren og derved minske forgassingseffekten på væsken.

Oppfinnelsen, og visse tilknyttete aspekter som kan brukes uavhengig eller i sammenheng, skal nå beskrives bare som eksempel, med henvisning til de med-følgende tegninger, hvor: Figur 1 er et delvis avskåret perspektivriss av en utføringsform av en forgassingsanordning ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser et snitt gjennom en utføringsform av forgassingsapparat ifølge oppfinnelsen; Figur 3 viser et snitt, langs A-A i fig. 2, av forgassingsanordningen som anvendes i apparatet på den tegningen; Figur 4 er et skjematisk riss av en alternativ utføringsform av oppfinnelsen; og Figur 5 er et grunnriss av en forgassings/filtrerings-anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 er en skisse av en demonstrasjonsanordning omfattende en lang-

strakt aksel 1 som har et aksielt gjennomløp 2 i forbindelse med radielle kanaler 3, 4 i radielle armer 5, 6. Hver arm bærer en venturidel 7 (f.eks. 10x4x4 cm) som har en innvendig innsnevring (f.eks. ned til 2 cm i hvilken de respektive radielle kanaler munner ut; dette er vist i risset, delvis i snitt, av én av delene 7.

Ved rotasjon i en væske, mens toppen av akselen 1 er åpen til luft, vil trykk-senkingen i innsnevringene suge luft ned gjennom akselen, gjennom de radielle rør og inn i væsken.

Fig. 2 og 3 viser en forgassingsanordning omfattende en langstrakt hul aksel 10 med radielle armer 11,12 på hver av hvilke en venturidel 13 er montert. Venturidelene 13 er ukonvensjonelle, ved at den konvergerende-divergerende kanal avgrenses av en motstående, innadbuet vegg 14 og en utadbuet vegg 15. Krumningen av den innadbuete vegg 14 er større enn krumningen av den utad-buete vegg 15, for derved å tilveiebringe den nødvendige innsnevring eller halsparti. Den innadbuete vegg 14 omfatter i halspartiet et antall åpninger eller hull hvorved venturikanalens lavtrykks-hals via de hule radielle armer 11,12 står i forbindelse med den hule aksel 10 og således med atmosfæren ved akselens 10 øvre, åpne ende. Hver venturidel 13 omfatter et kammer 18 med et innløp 17 som den respektive radielle arm munner ut i, på den andre side av den innadkrummete vegg 14 i forhold til kanalen. Hullene 16 er utformet mellom kamrene 18 og kanalen.

Som vist i fig. 2 er anordningen montert i en tank 20. Anordningen innbefatter et støtteelement 21 som er montert i et lager 22. Akselen 10 er ved sin øvre ende fastholdt i en del 22 som har tre armer som hviler på tankens 20 øvre kant, idet en arm 24 er vist i snitt.

Apparatet omfatter midler for rotering av anordningen. Ved dets øvre ende er det montert en skive 25 på akselen 10, idet skiven drives ved hjelp av en motor 26 via et belte 27.

Apparatet omfatter videre et endeåpent rettsylindrisk rør 30 som er montert i tanken 20 ved hjelp av et antall, f.eks. tre, innbyrdes adskilte deler 31. Tanken 20 og røret 30 danner et ringformet rom i hvilket venturidelene 13 fritt kan rotere. Delene 31 har den funksjonseffekt at de virker som statorer, for motvirkning av rotasjons-væskestrømningen i tanken, når forgassingsanordningen roteres. Væske kan fjernes fra tanken via en ventil 32. Ved bruk arbeider apparatet etter de samme prinsipper som det ovenfor beskrevne apparat i forbindelse med fig. 1.

Fig. 4 viser en langstrakt hul aksel 40 som via en hul radiell arm 41 er forbundet med en venturidel 42 (som kan være av samme type som den ovenfor viste). Selv om slike venturideler vanligvis vil være montert radielt motsatt i forhold til hverandre, viser fig. 4, av illustrasjonsmessige grunner, en filtrerings anordning 44 på en hul radiell arm 43. Denne filtreringsanordning er forbundet, ikke med akselen 40 og således med atmosfæren, men med en forlengelsesaksel 45 som fører nedad og ut av tanken 46 som anordningen er montert i, f.eks. ved hjelp av midler som innbefatter en del av den type somm er vist som 23 i fig. 2. Akselen 45 er montert i et væsketett lager 47, og tillater gjennomstrømning av væske som er filtrert ved hjelp av anordningen 44 for innstrømning i et kammer 48 og således til et utløp via en hydraulisk gren 49. En ventil 50, f.eks. en kule-kran-ventil, som styrer væsketilførselen til tanken 46, kan brukes til å bestemme væskenivået i tanken og således høyden av den hydrauliske gren; ledningen 49 er hensiktsmessig utformet av et bøyelig materiale. Fig. 4 viser videre et endeåpent rør 51 som er montert i tanken 46 på ben 52. I motsetning til apparatet vist i fig. 2 er anordningen vist i fig. 4 montert inne i røret. I begge tilfeller vil imidlertid rotasjon av anordningen bevirke væskesirkula-sjon gjennom røret og således gjennom tanken. Fig. 5 viser grunnriss av en anordning av den art som kan anvendes i apparatet vist i fig. 4. Den omfatter et par innbyrdes motstående venturideler 42 og et

par innbyrdes motstående filtreringsdeler 44, hvorav én er vist detaljert, og har en innvendig vegg 54 av et filtreringsmateriale, som danner en buet kanal med sirkulært tverrsnitt. En filtreringsdel av denne art kan være utformet ved å vikle et filter-materiale rundt en forminnretning av samme fasong som den ønskete kanal, idet

filtreringsmaterialet er festet ved sammenbinding, og montere filteret i en kanal slik at den side av filteret som ikke vender mot kanalen står i forbindelse med et innløp som er eller kan være forbundet med en radiell arm hos anordningen. Filtrerings-virkningen kan sammenliknes med den som observeres i et apparat av den art som er beskrevet i GB-A-2 114 460.

Apparatet ifølge oppfinnelsen innbefattende hensiktsmessig konstruksjon av rotorer og statorer bør være istand til å tilveiebringe så godt som hvilken som helst grad av nedsliping eller -knusing av suspenderte faststoffer. Særlig vil land-bruksoppslemminger og husholdningsavfall neppe by på problemer.

For god blanding og/eller forgassing i en væskedybde, kan venturidelene være montert på en felles aksel ved forskjellige dybder og/eller i en sylinder som derved begrenser det væskevolum som underkastes umiddelbar behandling; sylinderen kan være plassert i et større væskevolum, og behandling gjennom hele væskevolumet fremkommer som en følge av fluidstrøm gjennom sylinderen.

Luftnings-effektiviteten vil bli vesentlig forbedret ved boble-fraksjonering som følge av rotor-frembrakte skjærkrefter. Rotorer som virker i egnete utløpsrør-hus vil bevirke intens sirkulasjonsblanding også i tykkere slam. Eksempler på apparat av denne type er vist i figur 2 og 4.

En enhet av den i figur 2 viste type kan brukes til å behandle slam fra landbruk ved hjelp av aerobe termofile bakterier, for å minske forurensningen av land-skapet og forbedre arbeidsbetingelsene på gårdene. Enheten er dimensjonert til å behandle slam fra 25 melkekuer på en kontinuerlig basis. Mengden av slam som fremstilles er antatt å være 25 x 40 = 1000 l/d, inneholdende 25 x 6 = 150 kg bionedbrytbart organisk materiale. Den latente energi i slammet er beregnet til å være omtrent lik 150 x 4000 kcal/d = 6.105 kcal/d. Dette svarer til 6.105/860 = 698 kWh/d eller meget nær 30 kW kontinuerlig.

Under henvisning til fig. 2 helles slammet inn i behandlingstanken 20 på én eller annen hensiktsmessig måte, vanligvis ved hjelp av traktor. Tankens behand-lingssone har en oppholdstid = 7d, tilsvarende et volum på 7 m<3>.

I behandlingstanken blir store luftmengder kontinuerlig innblandet ved hjelp av en lufteinnretning som også nedbryter eventuelt forekommende faststoffer til små partikler. Forholdene er således gunstige for hurtig vekst av store populasjo-ner av aerobe termofile bakterier som omdanner det bionedbrytbare materiale til karbondioksyd, vann og slam som lukter søtt.

Slamvolumet i behandlingstanken bringes ned til det samme nivå hver mor-gen før nytt slam tilsettes. Dette gjøres ved å åpne ventilen 32 og lede behandlet slam over på et tørke-underlag. Fordampning til atmosfæren kan fremmes ved hjelp av varme som overføres ved hjelp av en varmeveksler fra behandlingstanken 20.

Når det fjernes fra tørkeunderlaget kan det awannete slam forventes å inneholde 20 - 30 % faststoff. Mengden av behandlet faststoff forventes å være ca 50 kg/d. Mengden av awannet behandlet slam som skal håndteres forventes derfor å være omtrent 200 - 250 kg/d.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan derfor brukes til kontinuerlig behandling av landbruk-slam, for å oppnå et søtluktende sluttprodukt som lett kan lagres for anvendelse på land eller selges i små partier, for bruk i husholdningshaver etc. Det er grunn til å anta at den varmemengde som utvikles vil være tilstrekkelig til å fordampe alt vannet som ellers ville måtte frigjøres fra vann til omgivelsene. Dersom mindre vann enn forventet fordamper, kan et gjentetningsfritt filter innbefattes (se fig. 4) i lufteenheten. Vann som trekkes ut gjennom filteret bør tilfredsstille kravene for direkte utstrømning til de fleste resipienter.

Det er forventet at oppfinnelsen vanligvis vil bli utøvet som vist, dvs under anvendelse av en opprettstående aksel og stort sett horisontalt innrettete rotorer.

I praksis kan venturien skråstilles i noen grad, for å bedre løpehjulvirkningen.

Det skal bemerkes at en stiv aksel kan strekke seg oppad og/eller nedad fra rotoren(e). Videre kan midler være anordnet der et innløp for gass tar av fra, eller fra den andre side av en rotor fra, en stiv aksel. Om ønskelig kan hver av et antall venturideler ta gass fra en forskjellig kilde; den aksel de er montert på vil bli hensiktsmessig konstruert.

Som antydet ovenfor kan statorer være anordnet, med sikte på å motvirke væskens tendens til å hvirvle. Om ønskelig kan den samme generelle virkning oppnås ved å anordne motrotasjons-forgassings/filtrerings-anordninger.

De viste venturideler har et endeåpning:hals-forhold i størrelsesorden 2:1. Høyere forhold kan være å foretrekke. Venturienes "strupe"effekt kan tilpasses innretningens rotasjonshastighet, og vil også avhenge av lengden av de radielle armer.

De spesielle venturideler av den i figur 2 og 3 viste type er innrettet til å rotere i en tank eller et rør hvis innvendige vegg har sirkulært tverrsnitt. Den ønskete virkning kan oppnås dersom den roterende venturidel er åpen mot denne vegg, slik at selve røret eller tanken delvis avgrenser venturikanalen.

En ytterligere alternativ venturidel som kan brukes, ifølge oppfinnelsen, omfatter to radielt forløpende deler som danner en konvergerende-divergerende kanal hvis halsparti strekker seg radielt, og én eller flere åpninger utformet i én av delene langs halspartiet. Størrelsen av respektive åpninger kan variere i henhold til deres avstand fra rotasjonssenteret. Mer generelt kan venturidelene konstrue-res med sikte på å minimere turbulent strømning. Dette kan innebære konstruksjon av de fremre og bakre åpninger av kanalen med sikte på å kompensere for trykktapet forårsaket av gass-innstrømning i halspartiet.

Claims (10)

1. Anordning innrettet for bruk ved blanding av fluider, f.eks. forgassing av væsker, omfattende en i anordningen dreibart opplagret, langstrakt del (10) med et innvendig gjennomløp som ved en ende kommuniserer med et første fluid som skal blandes med et andre fluid, og én eller flere venturideler (13) som hver er montert på en arm (11,12) som strekker seg radielt fra den langstrakte del og hver danner en konvergerende-divergerende kanal hvis akse stort sett tangerer den respektive venturidelens dreiesirkel, og hvor kanalens hals har en åpning som via den respektive arm står i forbindelse med det innvendige gjennomløp,karakterisert vedat den omfatter et sylindrisk rør (30), hvorved omdreining av venturidelene i det andre fluid virker til å suge det første fluid inn i det andre fluid og til å sirkulere de to fluider gjennom røret.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert vedat den omfatter ett eller flere par av venturidelene, idet venturidelene i hvert par er montert radielt overfor hverandre.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat hver kanal avgrenses av motsatte vegger (14, 15) som buer henholdsvis innad og utad, og at åpningen er i den innadbuete vegg.

4. Anordning ifølge krav 3,karakterisert vedat hver venturidel omfatter et kammer, med et innløp (17), på den andre siden av den innadbuete vegg (14) i forhold til kanalen.

5. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat hver venturidel er dreibar i røret, idet rørets innvendige vegg delvis avgrenser den respektive kanal.

6. Apparat innrettet for bruk ved forgassing av fluider,karakterisertved at den omfatter en tank (20) hvor en blandeanordning ifølge et av de foregående krav er montert.

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat tanken (20) er rettsylindrisk og sammen med røret (30) danner et i tverrsnitt ringformet rom i hvilket venturidelen eller hver venturidel kan roteres.

8. Apparat ifølge krav 6 eller 7,karakterisert vedat det omfatter én eller flere statorer (31) eller andre midler for motvirkning av rotasjonsstrømmen av en væske i hvilken venturidelen eller hver venturidel roteres.

9. Fremgangsmåte for forgassing av en væske,karakterisert vedat den omfatter rotering, i væsken, av venturidelen eller hver venturidel i en anordning ifølge et av kravene 1-8.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat gassen er luft og væsken er kloakkvann.