DE2712465A1 - GENERATION OF SMALL GAS BUBBLES IN A LIQUID - Google Patents
GENERATION OF SMALL GAS BUBBLES IN A LIQUIDInfo
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Description
PatentanwaltPatent attorney
Dipl. Ing.Dipl. Ing.
National Research N 11 P 10National Research N 11 P 10
t _ 12. März 1977 t _ March 12, 1977
Development CorporationDevelopment Corporation
London / EnglandLondon / England
Die Erfindung betrifft die Erzeugung kleiner Gasblasen in Flüssigkeiten, und zwar insbesondere die Erzeugung von besonders kleinen Blasen, die man bei manchen industriellen Verfahren benötigt, z.B. Florieren kleiner oder sehr zerbrechlicher Gegenstände wie Flocken oder lose Aggregationen sehr fein verteilter Substanzen. Bei solchen Verfahren benötigt man Gasblasen mit Durchmessern von größenordnungsmäßigThe invention relates to the generation of small gas bubbles in liquids, and in particular to the generation of particularly small bubbles which are required in some industrial processes, for example flourishing of small or very fragile objects such as flakes or loose aggregations of very finely divided substances. Such processes require gas bubbles with diameters of the order of magnitude
LULU
25 - 100 Migramm. Größere Blasen, wie sie mit herkömmlichen Belüftungsverfahren erzielbar sind, haben sich bei solchen Verfahren nicht bewährt; der Grund hierfür ist offensichtlich darin zu sehen, daß große Luftblasen in Wasser, d.h. der meistens verwendeten Flüssigkeit, so schnell aufsteigen, daß die Kontaktzeit für viele Teilchen zur Ansammlung an den Blasen zu klein ist, und weil viele der gesammelten und erfaßten Teilchen durch die schnelle Relativbewegung zwischen Blase und Flüssigkeit wieder "abgewaschen" werden.25-100 migraines. Larger bubbles like those with conventional ones Ventilation methods are achievable, have not proven themselves in such methods; the reason for this is obvious to see in the fact that large air bubbles in water, i.e. the liquid most commonly used, rise so quickly, that the contact time is too short for many particles to accumulate on the bubbles, and because many of those collected and captured Particles are "washed off" again by the rapid relative movement between the bubble and the liquid.
Ein besonderes Anwendungsverfahren für die vorliegende Erfindung ist die Behandlung von Abwasser- und Fermentierungsflussigkeiten, sowie generell solche Gas/Flüssigkeit-Systeme, bei denen man eine möglichst große Oberfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas bezogen auf das Volumen des Gases haben will.A particular method of application for the present invention is the treatment of waste water and fermentation fluids, and generally those gas / liquid systems in which there is as large a surface as possible between the liquid and the Gas based on the volume of the gas wants to have.
D-4000 Düsseldorf 1 ■ Bahnstraße 62 ■ Telefon 0211/356338 - 2 -D-4000 Düsseldorf 1 ■ Bahnstrasse 62 ■ Telephone 0211/356338 - 2 -
7098 40/08477098 40/0847
N 11 PN 11 P
Hierbei ist nicht nur an Absorbtionssysteme gedacht, auf die später eingegangen wird, sondern auch an solche Systeme, bei denen in Flüssigkeiten gelöstes Gas freigesetzt werden soll, indem man beispielsweise ein geeignetes inertes Gas, wie z.B. Stickstoff oder Luft durch Flüssigkeit bläst.This not only includes absorption systems, which will be discussed later, but also systems that in which gas dissolved in liquids is to be released, for example by using a suitable inert gas, such as blowing nitrogen or air through liquid.
Es gibt bekannte Verfahren zur Erzeugung von Gasblasen geeigneter Größe für alle diese angedeuteten Anwendungsfälle; die bekanntesten Verfahren haben alle erhebliche technische Nachteile, insbesondere einen hohen Energiebedarf.There are known methods for generating gas bubbles of suitable size for all of these indicated applications; the best-known processes all have considerable technical disadvantages, in particular a high energy requirement.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angedeuteten Gattung und löst die oben angedeutete Aufgabe durch Anwendung der Merkmale des Kennzeichnungs teiles des Anspruchs 1 . Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beschrieben.The invention relates to an arrangement of the type indicated in the preamble of claim 1 and solves that indicated above Task by applying the features of the labeling part of claim 1. Particularly useful configurations of the invention are described in subclaims.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen:In the following, the invention is explained using exemplary embodiments with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 einen Achsialschnitt durch einen Rotor mit zwei Blättern;1 shows an axial section through a rotor with two blades;
Fig. 2 eine Draufsicht auf dem Rotor nach Figur 1;FIG. 2 shows a plan view of the rotor according to FIG. 1;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III—III in Figuri3 shows a section along the line III-III in FIG
in größerem Maßstab und mit einer zugeorneten grafischen Darstellung;on a larger scale and with an assigned graphic representation;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführung eines Rotor blatte s;Fig. 4 is a section through another embodiment of a rotor blade s;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Figur 6;Figure 5 is a section along the line V-V in Figure 6;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen zweiblättrigen Rotor nach Figur 5;FIG. 6 shows a plan view of a two-bladed rotor according to FIG. 5;
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- 9 - N 11 P 10 - 9 - N 11 P 10
Fig. 7 in Draufsicht einen weiteren Rotorj7 shows a top view of a further rotor
Figuren 8 u. 9 Schnitte nach den Linien VIII-VIII und IX-IX in Fig. 7;Figures 8 and 9 are sections along the lines VIII-VIII and IX-IX in Figure 7;
Fig. 10 in Draufsicht einen weiteren zweiblättrigen Rotor;10 shows a plan view of a further two-bladed rotor;
Figuren 11 u. 12 Schnitte nach den Linien XI-XI und XII-XII in Fig. 10;Figures 11 and 12 sections along lines XI-XI and XII-XII in Fig. 10;
Fig. 13 einen Achsial-Teilschnitt durch einen weiteren zweiblättrigen Rotor;13 shows an axial partial section through a further two-leaf Rotor;
Fig. 14 schematisch in Seitenansicht eine Anlage zur Erzeugung kleiner Luftblasen;14 shows a schematic side view of a system for generating small air bubbles;
Fig. 15 schematisiert in Seitenansicht eine andere Anlage;15 shows a schematic side view of another installation;
Fig. 16 in Seitenansicht geschnitten ein Teil einer anderen Anlage.16 shows a sectioned side view of a part of another installation.
Figur 1 zeigt einen zweiblättrigen Rotor 1 mit hohler Welle 2, die von dem schematisch angedeuteten Motor 3 angetrieben wird. Die Durchführung 4 in der Mitte der Welle wird von der bei 5 schematisch dargestellten Druckluftquelle mit Druckluft versorgt; es kann auch in einer anderen Aus führung ohne Pumpen direkt Luft aus der Atmosphäre angesaugt werden. Zwei Rotorblätter 6 und 7 sind am unteren Ende der Welle befestigt und stehen radial von der Welle ab. Jedes Blatt hat eine innere radialverlaufende Durchführung 8, die mit der Bohrung 4 der Welle 2 in Verbindung steht. Die Durchführungen 8 stehen über Auslassöffnungen 9 mit den Außenflächen der Blätter 6 und 7 in Verbindung; siehe Figur Wenn der Rotor in einer stehenden Flüssigkeit gemäß der Richtung des <Beiles 10 in Figur 2 bewegt wird, bildet aus den Öffnungen 9FIG. 1 shows a two-bladed rotor 1 with a hollow shaft 2 which is driven by the motor 3 indicated schematically. The bushing 4 in the center of the shaft is supplied with compressed air from the compressed air source shown schematically at 5; In another version, air can also be drawn in directly from the atmosphere without pumps. Two rotor blades 6 and 7 are attached to the lower end of the shaft and protrude radially from the shaft. Each blade has an inner radially extending one Implementation 8, which is in communication with the bore 4 of the shaft 2. The leadthroughs 8 stand with outlet openings 9 the outer surfaces of the blades 6 and 7 in connection; see figure When the rotor is in a standing liquid according to the direction of the ax 10 in FIG. 2 is moved, forms the openings 9
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- 4 - N 11 ρ ίο- 4 - N 11 ρ ίο
in die Flüssigkeit austretendes Gas einen dünnen Film 11 (siehe Figur 3), der über den hinteren Abschnitt der Blattfläche verläuft und dabei kontinuierlich dünner wird, und sich schließlich im Bereich der hinteren Kante des Blattes in eine Vielzahl kleinster Blasen auflöst. Die untere Hälfte der Figur 3 zeigt eine grafische Darstellung des Strömungsmitteldruckes naehe der Blattfläche oberhalb des Blattes von vorne (rechts) nach hinten, wenn sich das Blatt bezogen auf Figur 3 nach rechts in der Flüssigkeit bewegt. In Figur 3 ist ein Schnitt durch das Blatt gezeigt. Die X-Achse zeigt dabei den Druckwert 0 innerhalb der Flüssigkeit, jedoch relativ weit von dem Blatt entfernt an. Man sieht aus der grafischen Darstellung, daß der Druck an der relativ stumpfen Nase des Profils von Stromliniengestalt über dem Umgebungsdruck liegt. Von der Nase 12 des Profils nach hinten gehend, fällt der Druck sehr schnell unter dem Umgebungsdruck und erreicht bei Abszisse 13 einen Minimumwert, der am dicksten Teil des Profils liegt. Weiter von dem Minimum bei 13 steigt der Druck wieder an, bis er beim Abszissenwert 14 den Umgebungsdruck erreicht. Wie dargestellt, hat das Blatt eine scharfe Kante beim Abszissenwert 15, an dessen Stelle der Druck wieder typisch oberhalb des Umgebungsdruckes liegt. Man erkennt insbesondere aus Figur 3, daß die Auslassöffnungen gerade stromab der Abszisse 13 befinden, so daß die Löcher Luft in die Flüssigkeit abgeben, wodurch sich der obenerwähnte Gasfilm ausgehend von den Löchern 9 nach hinten erstreckt, und zwar über eine Fläche, über welcher der Druck ständig zum Umgebungswert hin ansteigt.gas escaping into the liquid forms a thin film 11 (see Figure 3), which runs over the rear portion of the leaf surface and is continuously thinner, and finally dissolves in the area of the rear edge of the sheet into a multitude of tiny bubbles. The lower half FIG. 3 shows a graph of the fluid pressure near the blade area above the blade of FIG front (right) to back when the sheet moves to the right in the liquid in relation to FIG. 3. In Figure 3 a section through the leaf is shown. The X-axis shows the pressure value 0 within the liquid, but relatively far from the leaf. You can see from the graph that the pressure is on the relatively blunt nose of the streamlined profile is above ambient pressure. Going back from the nose 12 of the profile, falls the pressure very quickly below ambient pressure and reaches a minimum value at the abscissa 13, which is thickest Part of the profile. Further from the minimum at 13 the pressure rises again until it reaches the ambient pressure at the abscissa value 14 achieved. As shown, the sheet has a sharp edge at the abscissa value 15, instead of which the Pressure is again typically above ambient pressure. It can be seen in particular from FIG. 3 that the outlet openings located just downstream of the abscissa 13, so that the holes release air into the liquid, thereby changing the above-mentioned Gas film extending from the holes 9 to the rear, over an area over which the pressure is constantly increasing Environmental value increases.
Erfahrungsgemäß löst sich der immer dünner werdende Gasfilm an der Stelle des Profils in Gasblasen 16 auf, an welchen der Umgebungsdruck wieder erreicht wird.Experience has shown that the ever thinning gas film dissolves at the point of the profile in gas bubbles 16 at which the ambient pressure is reached again.
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N 11 P 10N 11 P 10
Die Größe der auf diese Weise erzeugten Gasblasen 16 hängt von der Dicke des Gasfilmes unmittelbar vor dessen Auflösung in einzelne Blasen ab; dieser Parameter kann durch verschiedene technische Merkmale geändert bzw. beeinflußt werden. So kann beispielsweise ein Spoiler 17 gemäß Figur 4 im hinteren Bereich der vom Gas überströmten Blattfläche angebracht werden, dessen Spitze 18 etwa abszissenmäßig da liegt, wo der Wert 14 in Figur 3 angedeutet ist. Dabei sollte die im ganzen stromlinienförmig gestaltete Schnittfläche des Blattes möglichst wenig "gestört" werden.The size of the gas bubbles 16 generated in this way depends on the thickness of the gas film immediately before it Dissolving into individual bubbles; this parameter can be changed or influenced by various technical features will. For example, a spoiler 17 according to FIG. 4 can be in the rear area of the area over which the gas flows Blade surface are attached, the tip 18 of which lies approximately in the abscissa where the value 14 is indicated in FIG. The overall streamlined cut surface of the blade should be "disturbed" as little as possible.
Man kann auch oberflächenaktive Beimischungen zugeben, welche die Oberflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Gas verringern und dadurch die Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas instabiler machen, wodurch sich kleinere Gasblasen erzielen lassen.Surface-active additives can also be added, which reduce the surface tension between liquid and gas and thereby make the interface between liquid and gas more unstable, resulting in smaller gas bubbles permit.
Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Veränderung des Druckes innerhalb des Blattes: Je geringer dieser Druck ist, umso dünner wird der Gasfilm und umso kleiner werden dadurch auch die aus dem Gasfilm entstehenden Blasen.Another possibility is to change the pressure inside the sheet: the lower this pressure, the thinner the gas film becomes and the bubbles that arise from the gas film become smaller.
Bei der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsform trägt die Hohlwelle 2 hohle Arme 19 und an diesen sind Blätter 20 angeordnet, die in ihrer Gestalt im wesentlichen den Blättern 6 und 7 der Figur 1 gleichen, aber derart an die Arme 19 angesetzt sind, daß die Längsachsen der Blätter und damit auch die darin vorliegenden Hohlräume parallel zur Welle 2 verlaufen und nicht im rechten Winkel wie beim vorher beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel.In the embodiment shown in Figures 5 and 6, the hollow shaft 2 carries hollow arms 19 and on these are blades 20, which are essentially the same in shape as the blades 6 and 7 of FIG. 1, but are attached to the arms 19 in this way are set so that the longitudinal axes of the blades and thus also the cavities present therein run parallel to the shaft 2 and not at right angles as in the previously described exemplary embodiment.
709840/0847 ~6~709840/0847 ~ 6 ~
- f - N 11 P 10 - f - N 11 P 10
Die in Figur 6 angedeuteten Auslässe 21 liegen entweder an den inneren und/oder äußeren (gezeigt) gekrümmten Arbeitsflächen der Blätter.The outlets 21 indicated in FIG. 6 lie either on the inner and / or outer (shown) curved ones Work surfaces of the leaves.
Die im Profil stromlinienförmig-tropfenförmig gestalteten Blätter unterstützen nicht nur die Bildung eines dünnen Gasfilmes und damit die Erzeugung kleinster Bläschen, sondern minimieren auch den Energieaufwand, der zur Drehung des Rotors in Flüssigkeit erforderlich ist. Wenn man die wesentliche Druckverteilung über die Arbeitsflächen der Blätter dadurch nicht ändert, dann kann man auch die Blätter der in den Figuren 1 und 5 gezeigten Rotoren so neigen, daß sie nicht nur die notwendige Einführung des Gases in die Flüssigkeit gestatten, sondern auch eine Pumpwirkung auf die Flüssigkeit ausüben.The blades, which are streamlined and teardrop-shaped in profile, not only support the formation of a thin one Gas films and thus the generation of the smallest bubbles, but also minimize the energy required for Rotation of the rotor in liquid is required. When you consider the essential pressure distribution over the work surfaces If the blades do not change as a result, then the blades of the rotors shown in FIGS. 1 and 5 can also be used tend to permit not only the necessary introduction of the gas into the liquid but also a pumping action exercise on the liquid.
Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch die kinematische Umkehr des beschriebenen Vorganges, wonach dann die Relativbewegung zwischen Flüssigkeit und Blättern dadurch zustandekommt, daß die Blätter zwar stationär angeordnet sind, aber die Flüssigkeit entsprechend bewegt wird.Of course, the invention also includes the kinematic reversal of the process described, after which the Relative movement between the liquid and the leaves is brought about by the fact that the leaves are arranged in a stationary manner but the liquid is moved accordingly.
In einem System, in welchem die Blätter horizontal um eine vertikale Achse gemäß Figur 1 rotieren, wird die Geschwindigkeit an einem Punkt auf dem Blatt unmittelbar proportional mit der Entfernung von der Drehachse größer, wodurch überhaupt die Druckverhältnisse an der Oberfläche der Blätter auftreten. Der Druck P an der Oberfläche eines Blattes mit Abstand R von der Achse hat die GrößeIn a system in which the blades rotate horizontally about a vertical axis according to FIG. 1, the speed at one point on the sheet is directly proportional to the distance from the axis of rotation greater, which at all the pressure conditions occur on the surface of the leaves. The pressure P on the surface of a sheet with distance R from the axis has the size
1 2 21 2 2
ρ = Po - - K pw rρ = P o - - K pw r
709840/0847709840/0847
- it - N 11 P- it - N 11 P.
Wobei K eine konstante, typischerweise 1 ist, ρ der Druck im Bereich der Rotationsachse und w die Rotationsfrequenz.Where K is a constant, typically 1, ρ the pressure in the area of the axis of rotation and w the frequency of rotation.
Es ist vorteilhaft, wenn der Druck an jedem der in Figur 1 gezeigten Löcher 9 konstant ist, weil ein jedes dieser Löcher über die Durchführungen 8 mit Atmosphäre verbunden ist, und weil nur ein Teil der Löcher Luft abgibt, wenn nicht der Druck an allen Löchern sich bei oder unter atmosphären Druck befindet. Dieselbe Überlegung gilt auch dann, wenn anstelle mehrerer nebeneinanderliegender Löcher ein Schlitz verwendet wird.It is advantageous if the pressure at each of the holes 9 shown in FIG. 1 is constant because each of these holes is connected to the atmosphere via the feedthroughs 8, and because only some of the holes give off air, if not the Pressure at all holes is at or below atmospheric pressure. The same consideration also applies if a slot is used instead of several adjacent holes.
Zur Verbesserung der Wirkungsweise kann die Gestalt des Blattes an einem Punkt zum nächsten auf einem Radius sich ändern, wodurch der Koeffizient K in der Gleichung geändert wird. Eine wichtige Größe, die dabeigeändert werden kann , ist das Verhältnis der Dick T des Blattes zur Größe c, das heißt der Profiltiefe, welche Werte in den Figuren 8 und 9 angegeben sind.To improve the effectiveness, the shape of the leaf can vary from one point to the next on a radius change, which changes the coefficient K in the equation. An important variable that can be changed is the ratio of the thickness T of the blade to the size c, i.e. the profile depth, which values are shown in FIGS. 8 and 9 are specified.
Bei einem Blatt gemäß Figur 7 mit 2 Schlitzen 30 (anstelle mehrerer Löcher) nahe der Vorderkante des Blattes, war die Tiefe des Profils c 31 mm und die Dicke T nahm mit dem radialen Abstand von der We He 31 von 0,005 m bei B auf 0,003 m bei A ab. Bei einer Drehzahl von 600 rpm und einer Eintauchtiefe von 0,25 m in Wasser verließ die Luft den Schlitz als gleichförmiger dünner Film, der im Bereich der Hinterkante des Profils in feine Blasen überging.In a sheet according to Figure 7 with 2 slots 30 (instead of several holes) close to the leading edge of the sheet was the depth of the profile c 31 mm and the thickness T increased with radial distance from the W e He 31 of 0.005 m on at B 0.003 m at A. At a speed of 600 rpm and an immersion depth of 0.25 m in water, the air left the slot as a uniform thin film which turned into fine bubbles in the area of the rear edge of the profile.
709840/0847709840/0847
N 11 PN 11 P
Eine vergleichbare Auslegung der Abmessungen kann mit solchen Blättern vorgenommen werden, die vertikal gemäß Figur 5 angeordnet sind, um den von oben nach unten zunehmenden hydrostatischen Druck zu kompensieren. In diesem Fall muß das Verhältnis T/c mit größer werdender Tiefe größer werden.A comparable interpretation of the dimensions can be made with such sheets are made, which are arranged vertically according to Figure 5 to the increasing from top to bottom to compensate hydrostatic pressure. In this case, the ratio T / c must become larger Depth get bigger.
Eine weitere Möglichkeit der Kompensation von Druckänderungen über die Länge eines Blattes ist die Änderung der relativen Lage der Löcher oder der Schlitze entlang der Tiefe des Blattes, d.h. eine Änderung der Pos. 30 in den Figuren 8 oder 9 auf der Zeichnung in der Horizontalen.Another way of compensating for pressure changes over the length of a sheet is to change the relative pressure Position of the holes or slots along the depth of the blade, i.e. a change from item 30 in the figures 8 or 9 on the drawing horizontally.
Man sieht aus der Druckverteilung in Figur 3, daß ausgehend von der Vorderkante des Blattes nach hinten der Flüssigkeitsdruck nahe an der Oberfläche des Blattes von seinem Wert im Bereich der Nase des Profils auf ein Minimum im Bereich der hinteren Kante abfällt. Der absolute Wert dieser Druckänderungen für ein Blatt mit gleichbleibendem Querschnitt hängt vom Quadrat der Relativgeschwindigkeit zwischen Blatt und Flüssigkeit ab. Bei einem horizontal um eine Achse gedrehten Blatt wird diese Geschwindigkeit mit dem Radius größer, so daß bei gleichbleibenden Werten von T und C über die Länge des Blattes ein konstanter Gasdruck dadurch erreicht werden kann, daß man die Lage der entsprechenden Löcher oder der Schlitze ändert. Wie die Figuren 10-12 zeigen, wird der Schlitz oder das entsprechende Loch 32 weiter nach vorne in Richtung zur Nase 33 verlegt, wo das Blatt selber sich schneller (relativ zur Flüssigkeit) bewegt. Bei entsprechend Figuren 5 und 6 vertikal verlaufenden Blättern kann ein equivalentes Verfahren angewandt werden, um den ansteigenden hydrostatischen Druck zu kompensieren.It can be seen from the pressure distribution in FIG. 3 that, starting from the leading edge of the sheet towards the rear, the liquid pressure close to the surface of the blade from its value in the area of the nose of the profile to a minimum in the area the trailing edge falls off. The absolute value of these pressure changes for a blade of constant cross-section depends on the square of the relative speed between the leaf and the liquid. With one rotated horizontally around an axis Blade this speed increases with the radius, so that with constant values of T and C over the length of the sheet a constant gas pressure can be achieved by changing the position of the corresponding holes or the Slots changes. As shown in Figures 10-12, the slot or hole 32 is further forward in Relocated towards the nose 33, where the sheet itself moves faster (relative to the liquid). According to Figures 5 and 6 vertically extending blades, an equivalent method can be applied to the ascending hydrostatic Compensate for pressure.
709840/084?709840/084?
- 9 - N 11 P- 9 - N 11 P.
In diesem Falle legt man die Löcher bzw. die Schlitze mit größerwerdender Tiefe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels weiter von der Nase 33 weg nach hinten. In this case, the holes or the slots are placed with increasing depth below the liquid level further away from the nose 33 to the rear.
Eine weitere Möglichkeit der Kompensation der größerwerdenden Geschwindigkeit über der Länge eines Blattes, welches um eine vertikale Achse gedreht wird, besteht darin, die Längsachse des Blattes zu krümmen, so daß gemäß Figur 13 die Enden der Blätter tiefer im Wasser als die achsennahen Teile liegen. In Figur 13 ist die vertikale Antriebsachse mit 35 bezeichnet; sie weißt die Gaszufuhr 37 auf. Die Blätter sind mit 34 bezeichnet und weisen Durchführungen 37 und 38 zur Speisung von Schlitzen 36 in den äußeren Enden der Blätter auf. Auf diese Weise kann der größerwerdende hydrostatische Druck der Änderung des dynamischen Druckes entlang der Länge der Blätter entgegenwirken. Für optimalen Betrieb sollte das Blatt dabei eine parabolische Gestalt haben. Diese Gestalt kann man gemäß der GleichungAnother way of compensating for the increasing speed over the length of a sheet, which is rotated about a vertical axis consists in curving the longitudinal axis of the sheet so that According to Figure 13, the ends of the leaves are deeper in the water than the parts near the axis. In Figure 13 is the vertical drive shaft denoted by 35; it knows the gas supply 37. The leaves are labeled 34 and have passages 37 and 38 for feeding slots 36 in the outer ends of the blades. on In this way, the increasing hydrostatic pressure can change the dynamic pressure along the length counteract the leaves. The blade should have a parabolic shape for optimal operation. These Shape can be obtained according to the equation
2g V 02g V 0
bei welcher r der Radius des Innenendes eines jeden Schlitzes
36 ist und h die Vergrößerung der Tiefe des Blattes für Punkte beim Radius r jenseits von r
und g die Erdbeschleunigung.where r is the radius of the inner end of each slot 36 and h is the increase in depth of the blade for points at radius r beyond r
and g is the acceleration due to gravity.
beim Radius r jenseits von r · w ist die Rotationsfrequenzat the radius r beyond r · w is the frequency of rotation
In einigen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, einen kontinuierlichen Strom kleiner Bläschen in ein großes Flüssigkeitsvolumen einzuführen, z.B. Floppieren oder beim Belüften eines großen Behälters.In some applications it may be necessary to have a continuous flow of small bubbles into a large volume of liquid introduced, e.g. flopping or when venting a large container.
709840/0847 " 10 "709840/0847 " 10 "
- f£ - N 1 1 P- f £ - N 1 1 P
-Jl1 27Ί2Α65 -Jl 1 27Ί2Α65
In einem solchen Fall kann man eine Anlage vorsehen, in welcher die Flüssigkeit durch ein entsprechende rotierende Belüftungsblätter enthaltendes Gefäß fließt, und dann in den großen Behälter. So kann z.B. gemäß Figur zur Belüftung einer biologisch zu klärenden Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Verfahren vorgesehen sein, die rohe Flüssigkeit durch eine Leitung 41 in einen Belüftungsbehälter 40 fließen zu lassen. Die Leitung 41 geht dabei in einen Vorbehälter 42, in welchem Belüftungsblätter 43 an einer Welle 44 arbeiten. Durch eine Pumpe 45 wird Flüssigkeit aus dem Hauptgefäß 40 abgezogen und - je nach Stellung eines einstellbaren Ventiles 47 entweder über eine Leitung 46 abgegeben oder wieder in den Tank 40 zurück; Näheres siehe Figur 14. Ein weiteres Ventil 48 gestattet das Einleiten von noch nicht belüfteter Flüssigkeit in den Behälter 40 vorbei an der Leitung 41. Die Flüssigkeit erhält dabei durch die Pumpe eine solche Geschwindigkeit, daß die von den Blättern 43 erzeugten Bläschen nach unten zum Boden des Behälters 40 über ein Senkrohr 49 gelangen, welches das untere Ende des Vorbehälters 42 bildet. Auf diese Weise erhält man günstige Flotationseigenschaften bzw. eine gute Zuführung von Sauerstoff oder einem anderen Gas zur oder von der Flüssigkeit.In such a case, one can provide a system in which the liquid is rotated by a corresponding The vessel containing the ventilation leaves flows, and then into the large container. For example, according to FIG be provided for aeration of a liquid to be biologically clarified in a continuous process, the to flow raw liquid through a conduit 41 into an aeration tank 40. The line 41 goes into a reservoir 42, in which ventilation blades 43 work on a shaft 44. By a pump 45 is Liquid drawn off from the main vessel 40 and - depending on the position of an adjustable valve 47 either discharged via a line 46 or back into the tank 40; For details, see Figure 14. Another valve 48 allows liquid that has not yet been aerated to be introduced into the container 40 past the line 41. The liquid receives by the pump such a speed that that of the leaves 43 generated bubbles reach down to the bottom of the container 40 via a sink tube 49, which the lower end of the reservoir 42 forms. In this way, favorable flotation properties or a good supply are obtained of oxygen or other gas to or from the liquid.
Gegebenenfalls kann man die Welle 44 der Blätter 43 verlängern, so daß die Blasen nahe am Boden des Tanks 40 entstehen. In einem solchen Falle kann man ggf. auf die Pumpe 45 und das Senkrohr 49 verzichten. Alternativ kann man auch die Welle 44 langer machen und einen Propeller innerhalb des Rohres 49 laufen lassen, der dann die Funktion der Pumpe 45 übernimmt.If necessary, the shaft 44 of the blades 43 can be extended so that the bubbles close to the bottom of the tank 40 develop. In such a case, the pump 45 and the lowering tube 49 can be dispensed with, if necessary. Alternatively can one also make the shaft 44 longer and let a propeller run inside the tube 49, which then does the function the pump 45 takes over.
709840/0847 - 11 -709840/0847 - 11 -
N 11 PN 11 P
Bei einer weiteren Behandlungsanlage gemäß Figur 15 stellt 50 ein Volumen einer Flüssigkeit dar, die sich in einem Behälter 51 befindet. Eine Pumpe 52 pumpt die Flüssigkeit um, indem durch das Saugrohr 53 angesaugt wird, welches relativ nahe unter der Oberfläche der Flüssigkeit mündet. Die Pumpe liefert in die Leitung 54, aus welcher die Flüssigkeit durch einen Diffusor 55 wieder in den Tank gelangt, wobei der Diffusor relativ nahe am Boden 51 angebracht ist. Innerhalb der Leitung 54 befindet sich ein Belüftungsblatt der beschriebenen Art, welches aber stationär angeordnet ist, wobei die notwendige Relativbewegung zwischen Flüssigkeit und Blatt durch die Bewegung der Flüssigkeit erreicht wird. Die notwendige Luft erreicht Schlitze 57 und 58 an den entgegengesetzten großen Seiten des Blattes 56 durch eine Mittelverbindung 59 zwischen den Schlitzen, welche ihrerseits über ein Ansaugrohr 60 mit der Atmosphäre außerhalb des Rohres 54 in Verbindung steht. Dabei muss darauf geachtet werden, daß sich an den Mündungen der Schlitze 57 und 58 bildende Luftblasen mit der Flüssigkeit 54 nach unten in die Flüssigkeit 50 durch den Diffusor 55 bewegen. Damit keine Luftblasen sich in umgekehrter Richtung bewegen, d.h. nach oben steigen, muß dafür gesorgt werden, daß die nach unten gerichtete Geschwindigkeit der Flüssigkeit größer ist als die Aufstiegsgeschwindigkeit von Luftblasen innerhalb der Leitungen unterhalb der Belüftungseinrichtung ist. Das Blatt 56 kann auch in dem horizontalverlaufenden Teil der Leitung angebracht werden.In a further treatment system according to FIG. 15, 50 represents a volume of a liquid which in a container 51 is located. A pump 52 pumps the liquid around by sucking it through the suction pipe 53 which opens relatively close below the surface of the liquid. The pump delivers into the line 54, from which the liquid passes through a diffuser 55 back into the tank, the diffuser is attached relatively close to the floor 51. Within the line 54 is a ventilation sheet of the type described Kind, which is arranged in a stationary manner, with the necessary relative movement between the liquid and sheet is reached by the movement of the liquid. The necessary air reaches slots 57 and 58 on the opposite major sides of the sheet 56 by a center connection 59 between the slots, which in turn is in communication with the atmosphere outside the pipe 54 via a suction pipe 60. Care must be taken that air bubbles forming at the mouths of the slots 57 and 58 are also present of the liquid 54 move downward into the liquid 50 through the diffuser 55. So that no air bubbles get in move in the opposite direction, i.e. climb upwards, care must be taken to ensure that the downwards The speed of the liquid is greater than the rate of ascent of air bubbles within the lines below the ventilation device is. The sheet 56 can also be placed in the horizontally extending part of the conduit will.
709340/0847709340/0847
N 11 PN 11 P
Bei Systemen der in Figur 15 gezeigten Art wird Luft nicht nur durch den Venturi-Effekt durch das Blatt 56 in die Flüssigkeit verbracht, sondern ebenso durch einen Saugeffekt aufgrund der hydrostatischen Verhältnisse entsprechend der Höhe des Blattes 56 über dem Spiegel der Flüssigkeit 50 im Behälter. Diese beiden Effekte können zusammen groß genug sein, sicherzustellen, daß die Schlitze 57 und 58 Luft abgeben, wenn in der gezeigten Weise der Einlass 60 nur in Verbindung mit der Umgebungsluft steht, und nicht unter erhöhtem Druck. Es muss auch darauf geachtet werden, daß die Höhe des Einlasses 60 über dem Spiegel der Flüssigkeit 50 so groß ist, daß die Flüssigkeit mit der erforderlichen Geschwindigkeit durch den Diffusor geht. Wenn man dies zunächst nicht erreicht, dann kann es nötig werden, bei 60 die Luft mit Druck aufzugeben.In systems of the type shown in Figure 15 there is air not only brought into the liquid by the venturi effect through the sheet 56, but also through a suction effect due to the hydrostatic conditions corresponding to the height of the sheet 56 above the Liquid 50 level in the container. These two effects together can be large enough to ensure that the slots 57 and 58 give off air when the inlet 60 is only in communication as shown with the ambient air, and not under increased pressure. Care must also be taken that the height of the inlet 60 above the level of the liquid 50 is so great that the liquid with the required Speed goes through the diffuser. If this is not achieved at first, then it may be necessary to give up the air with pressure at 60.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß Figur 15 eine vereinfachte Darstellung gegenüber Figur 14 ist, wobei in Figur 15 einige Bauteile und Einzelheiten weggelassen wurden, z.B. die Mittel im Zusammenhang mit dem Ventil 47.It should be pointed out here that FIG. 15 is a simplified representation compared to FIG. 14, with In Figure 15 some components and details have been omitted, e.g. the means in connection with the Valve 47.
Eine Anordnung nach Figur 15 wurde mit 14 Blättern in paralleler Anordnung anstelle eines einzigen Blattes inAn arrangement according to FIG. 15 was made with 14 sheets in parallel arrangement instead of a single sheet in
2 einer nach unten führenden Leitung von 0,01 m Querschnitt betrieben. Der Flüssigkeitsdurchsatz (Wasser) war 4,42 χ 10 m /s, die Lufteinsaugung war 8,8 χ 10 m/s und die Höhe der Blätter über dem Flüssigkeitsspiegel war etwa 1 m.2 operated a downwardly leading line with a cross-section of 0.01 m. The liquid flow rate (water) was 4.42 10 m / s, the air intake was 8.8 χ 10 m / s and the height of the leaves above the liquid level was about 1 m.
709840/0847709840/0847
- M*- - N 11 P- M * - - N 11 P
Auf diese Weise wurden Bläschen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,001 rm erzeugt. Der Druckabfall über den Blättern war in der Größen-In this way, vesicles with an average diameter of about 0.001 µm were generated. The pressure drop across the leaves was in magnitude
3 23 2
Ordnung von 7x10 N/m .Order of 7x10 N / m.
Selbstverständlich benötigt man in Anlagen der in den Figuren 14 und 15 schematisch wiedergegebenen Art Skimmer oder dergleichen zum Entfernen relativ fester Gegenstände, die auf der Flüssigkeit schwimmen.Of course, you need in systems of the type shown schematically in Figures 14 and 15 Skimmer or the like for removing relatively solid objects floating on the liquid.
In einigen Anwendungsfällen, insbesondere wenn Faulstoffe in der zu verarbeitenden Flüssigkeit vorliegen, kann es zweckmäßig sein, die Mittel zur Einstellung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit so zu wählen, daß sie parallel zur Flüssigkeitsbewegung verlaufen bzw. aufgehängt sind. Bei der Darstellung nach Figur 16 ist das Blatt 56 gemäß Figur 15 von einem entsprechend gestalteten Körper 61 ersetzt, der die Flüssigkeit schneller fließen läßt, während sie am stromaufwärtigen Ende des Körpers vorbeifließt und dann langsamer werden läßt, während die Flüssigkeit sich der Hinterkante des Körpers nähert und von dieser abfließt. Wenn die Leitung 62 einen zylinderischen Querschnitt hat, dann kann man den Körper 61 als drehsymmetrischen Dorn ausgestalten, wobei natürlich auch andere Gestalten in Hinblick auf die Gestalt des Querschnitts der Leitung möglich sind, z.B. recnteckig, insbesondere aber quadratisch. Luft wird durch einen Einlass 63 und Verbindungen 64 wie durch die Teile mit den Bezugszeichen 60, 57 und 58 in Figur 15 eingeführt, oder wahrweise durch Löcher oder Schlitze 65 in der Wand der Leitung 62.In some applications, especially if there are putrefactive substances in the liquid to be processed, it can be appropriate to choose the means for adjusting the liquid velocity so that they are parallel to Liquid movement are proceeding or are suspended. In the illustration according to FIG. 16, the sheet 56 is replaced according to Figure 15 by a correspondingly designed body 61, which allows the liquid to flow faster, as it flows past the upstream end of the body and then slows down as the fluid moves approaches the rear edge of the body and flows away from it. If the line 62 is a cylindrical Has cross-section, then you can design the body 61 as a rotationally symmetrical mandrel, of course other shapes with regard to the shape of the cross-section of the conduit are possible, e.g. rectangular, in particular but square. Air is introduced through an inlet 63 and connections 64 as indicated by the parts with the reference numerals 60, 57 and 58 in Figure 15, or indeed through holes or slots 65 in the wall of conduit 62.
709840/0847709840/0847
- ΧΔ- - N 11 P- ΧΔ- - N 11 P
Dieser zuletzt erwähnte Fall der Eingabe der Luft durch die Öffnungen 65 in der Wand stellt eine von den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gänzlich abweichende Ausführungsform dar, und zwar insofern, als das Gas durch Öffnungen eindringt, die in Bauteilen nahe der Oberfläche des "Blattes" angeordnet sind, und nicht durch das Innere des Blattes.This last-mentioned case of the entry of the air through the openings 65 in the wall represents an embodiment which differs entirely from the exemplary embodiments of the invention described in that the gas penetrates through openings which are arranged in components near the surface of the "leaf" are, and not through the inside of the sheet.
In dieser letzteren Ausführungsform der Erfindung kann das "Blatt" auch massiv sein und keinerlei innere Öffnungen oder Durchführungen aufweisen.In this latter embodiment of the invention, the "sheet" can also be solid and not have any internal openings or openings Have bushings.
709840/0847709840/0847
Claims (15)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8126 | Change of the secondary classification | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: FLECK, T., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 200 |
|
| 8141 | Disposal/no request for examination |