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DE3909371A1 - Process for unpressurised dissolution and purification of gases in liquids - Google Patents

Process for unpressurised dissolution and purification of gases in liquids

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DE3909371A1
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Abstract

The invention pursues the aim of offering, avoiding expensive and complex peripheral devices, effectively operating equipment even, and in particular, for the small-scale user for the purpose mentioned. Achieving this object implies that the solubility of the gases is influenced on the principle of surface enlargement of each individual gas bubble. This is achieved by mechanical action on the gas to be dissolved within liquid. In a preferably column-shaped vessel discs are arranged on a centrally mounted axis or a plurality of discs are arranged one above the other rotatable on this axis and likewise centrally attached. The discs are parabolically dished and provided with holes. The disc edges have a sawtooth-like profiling. The rotating arrangement is impinged from below by the gas to be dissolved. In this case complete mixing of the liquid with the gas takes place by the ascending gas bubbles being "shredded" because of the described design of the discs. In addition, as a result of the construction, deposition of bubbles on the vessel wall despite the action of gravitational forces is prevented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drucklosen Lösen und Reinigen von Gasen in Flüssigkeiten.The invention relates to a method for unpressurized loosening and cleaning Gases in liquids.

Bekanntlich gibt es verschiedene Verfahren zum Lösen von Gasen in Flüssigkeiten. Diese arbeiten auf der Basis verschiedener physikalischer Gesetzmäßigkeiten, wie Druckerhöhung oder Temperaturerniedrigung der Solventien. Die genannten Faktoren tragen zu einer erhöhten Löslichkeit der zu lösenden Gase im ver­ wendeten Solvens bei.As is known, there are various methods for dissolving gases in liquids. These work on the basis of various physical laws, such as increasing the pressure or lowering the temperature of the solvents. The above Factors contribute to an increased solubility of the gases to be dissolved in the ver applied solvent.

Bisher wurden derartige Verfahren jedoch meistens nur großtechnisch durchge­ führt. Es erscheint einsichtig, daß die Peripherie (Kompressoren, Kühlaggregate etc.) bisher zu groß und zu teuer war, als daß diese Verfahren für Kleinan­ wender interessant gewesen wären.So far, however, such processes have mostly only been carried out on an industrial scale leads. It seems reasonable that the periphery (compressors, cooling units etc.) was previously too large and too expensive for this procedure for Kleinan would have been interesting.

Doch gerade im Kleinanwenderbereich eröffnen sich ungeahnte und bisher unge­ nutzte Einsatzmöglichkeiten.But especially in the small user area, unprecedented and previously unseen used possible applications.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zu entwickeln, welches effektiv arbeitet und auf teure Peripherieeinrichtungen verzichtet, mit der Absicht, Transportabilität und Kleinanwenderfreundlichkeit zu erreichen.The inventor has set itself the goal of developing a method which works effectively and dispenses with expensive peripheral equipment with which Intent to achieve portability and small user friendliness.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Löslichkeit der Gase auf dem Prinzip der Oberflächenvergrößerung beeinflußt wird.To solve this problem, the solubility of the gases leads to the principle the surface enlargement is affected.

Durch die Oberflächenvergrößerung der Gasblasen, die das flüssige Medium durch­ strömen, wird eine exponentielle Zunahme der Löslichkeit der Gase erreicht. Due to the surface enlargement of the gas bubbles through the liquid medium flow, an exponential increase in the solubility of the gases is achieved.  

Diese Oberflächenvergrößerung geschieht in einer säulenförmigen Anordnung, in der sich die Flüssigkeit befindet und in der das jeweilige Gas gelöst wird. Aufgrund der nachstehenden Beschreibung eignet sich ein säulenförmiges Gefäß mehr als andere Formen, die Anordnung kann aber auch eine andere anwendungs­ spezifische Form annehmen, d.h. sie ist nicht unbedingt an die Säulenform ge­ bunden.This increase in surface area takes place in a columnar arrangement, in which the liquid is and in which the respective gas is dissolved. A columnar vessel is suitable based on the description below more than other forms, but the arrangement can also have a different application take a specific form, i.e. it is not necessarily the shape of the column bound.

Die Oberflächenvergrößerung und die damit einhergehende Zunahme der Löslich­ keit wird durch mechanische Einwirkung auf jede einzelne Gasblase innerhalb der zur Anwendung gelangenden Solvens erreicht.The increase in surface area and the associated increase in solubility speed is caused by mechanical action on every single gas bubble inside of the solvent used.

Im folgenden soll anhand der säulenförmigen Anordnung die praktische Anwendung des Lösens von Gasen durch Oberflächenvergrößerung geschildert werden, welches jedoch nur als Beispiel gedacht ist, und die Erfindung in keiner Weise ein­ schränkt.In the following, the practical application will be based on the columnar arrangement of dissolving gases by enlarging the surface, which however, is intended only as an example, and the invention in no way limits.

In eine Säule runden Querschnitts, in der sich die Flüssigkeit befindet, wird mittels einer Pumpe von unten das zu lösende Gas eingebracht. Dieses hat, bedingt durch Dichteunterschiede zur Flüssigkeit das Bestreben, nach oben aufzusteigen.In a column of round cross-section, in which the liquid is located the gas to be dissolved is introduced from below by means of a pump. This has due to differences in density to the liquid, the effort to go up to ascend.

Der hierbei auftretende Kontakt der Gasblasen mit der Flüssigkeit hätte allein für sich betrachtet wenig Effektivität was den Lösevorgang angeht, da ledig­ lich die Oberfläche der Gasblasen am Lösevorgang beteiligt ist.The resulting contact of the gas bubbles with the liquid would be the only thing considered in itself little effectiveness in terms of the dissolving process, since single Lich the surface of the gas bubbles is involved in the dissolving process.

Je nach Viskosität der Flüssigkeit und der zum Einblasen des Gases in die Flüssigkeit verwendeten Düsen, sind die Gasblasen mehr oder minder groß. Da die Oberfläche einer Gasblase mit sinkendem Durchmesser im Verhältnis zu ihrem Inhalt in einer Exponentialfunktion steigt, ist es das Ziel, die Blasen so klein wie möglich zu machen.Depending on the viscosity of the liquid and that for blowing the gas into the Liquid nozzles, the gas bubbles are more or less large. Because the surface of a gas bubble decreases in proportion to its diameter their content increases in an exponential function, the goal is to blow the bubbles to make it as small as possible.

Dies wird durch folgende Anordnung erreicht:
In dem oben beschriebenen Zylinder befindet sich die anzureichernde Flüssig­ keit.This is achieved by the following arrangement:
In the cylinder described above is the liquid to be enriched.

Der Zylinder steht in seiner Zylinderachse senkrecht. Von unten wird das zu lösende Gas eingeleitet. The cylinder is vertical in its cylinder axis. From below it becomes solvent gas introduced.  

Gleichzeitig befindet sich im Zylinder, mittig angeordnet, eine Achse auf der sich mehrere kreisrunde, übereinander befestigte Scheiben befinden, die etwas geringeren Durchmesser haben als der Zylinderinnendurchmesser.At the same time, an axis is located in the center of the cylinder which are several circular discs fastened on top of each other, the have a slightly smaller diameter than the inside diameter of the cylinder.

Die Scheiben haben viele, kreisförmig angeordnete Löcher im Durchmesser von 1-20 mm (abhängig von der Art der Flüssigkeit) und sind parabolisch nach oben gewölbt.The discs have many circular holes with a diameter of 1-20 mm (depending on the type of liquid) and are parabolic after arched at the top.

Die Achse samt Scheiben dreht sich in der Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 400-2000 UPM (ebenfalls abhängig von der verwendeten Flüssigkeit).The axis and disks rotate in the liquid at a speed from 400-2000 RPM (also depending on the liquid used).

Von großer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Abstimmung der Parameter Lochgröße und Geschwindigkeit auf die verwendete Flüssigkeit und deren Visko­ sität. Eine allgemeine Aussage, etwa durch Nennung einer Formel ist dabei nicht möglich.The coordination of the parameters is of great importance in this context Hole size and speed on the liquid used and its visco sity. A general statement, for example by naming a formula, is included not possible.

Für Wasser beispielsweise hat sich experimentiell als günstigste Parameter­ kombination eine Lochgröße von 1,8 mm und eine Rotationsgeschwindigkeit von 600 UPM erwiesen. Diese Werte beziehen sich auf eine Temperatur der Flüssigkeit von 20°C, da oberhalb dieser Temperatur die Viskosität sprunghaft abnimmt.For water, for example, has experimentally proven to be the cheapest parameter combination a hole size of 1.8 mm and a rotation speed of 600 RPM proven. These values refer to a temperature of the liquid of 20 ° C, as the viscosity suddenly drops above this temperature.

Allgemein kann man als Parameterregel folgende Aussage treffen: Je höher die Viskosität der Flüssigkeit ist, umso größer müssen die Löcher in den Scheiben und umso höher der Wert der Umdrehungen pro Minute gewählt werden.In general, one can make the following statement as a parameter rule: The higher the The viscosity of the liquid is the larger the holes in the disks need to be and the higher the value of the revolutions per minute can be selected.

Je nach verwendeter Flüssigkeit kann es sich als günstig erweisen, die in den Scheiben befindlichen Löcher derart zu gestalten, daß hierdurch ein Profil ähnlich einer Muskatreibe erhalten wird. Damit kann die "Reißwirkung" und die damit einhergehende Oberflächenvergrößerung noch verstärkt werden. Dabei ist lediglich zu beachten, daß durch erhöhte Reibung mit der Flüssigkeit die Antriebseinheit entsprechend größer zu dimensionieren ist.Depending on the liquid used, it may prove beneficial to use the in to design the holes located in such a way that a profile similar to a nutmeg grater. So that the "tear effect" and the associated enlargement of the surface will be intensified. Here it should only be noted that the increased friction with the liquid The drive unit is to be dimensioned correspondingly larger.

Dies ist insbesondere bei Lösung von Gasen in hochviskosen Flüssigkeiten von Bedeutung.This is particularly the case when dissolving gases in highly viscous liquids Importance.

Wichtig ist, daß die Scheibenränder zur Zylinderwand nicht mehr als 10 mm Abstand haben. Ebenfalls von Bedeutung ist, daß die Scheibenränder mit einer sägezahnartig gezackten Struktur versehen sind. It is important that the disc edges to the cylinder wall are no more than 10 mm Distance. It is also important that the disc edges with a sawtooth-like jagged structure are provided.  

Bei Abstand und Struktur der Scheibenränder ist wiederum die Viskosität der Flüssigkeit nach oben beschriebenen Kriterien zu berücksichtigen.With the distance and structure of the pane edges, the viscosity is again the Liquid according to the criteria described above.

Wird diese sich drehende Anordnung von unten mit Gas angeströmt, stoßen die Gasblasen an die Scheiben und werden von den darauf befindlichen Löchern "zer­ rissen".If gas flows through this rotating arrangement from below, they collide Gas bubbles on the disks and are "zer" by the holes on it tore ".

Durch die Drehung der Scheiben tritt aber ein Problem auf: Aufgrund der Reibung der Gasblasen mit der angeströmten Scheibe, werden diese durch Zentrifugalkräfte teilweise nach außen gegen die Zylinderwand gedrängt. Um dem entgegenzuwirken und trotzdem noch einwandfreie Oberflächenvergrößerung zu erhalten, sind die ScheibenA problem arises from the rotation of the discs: Due to the friction of the gas bubbles with the flowed disc, they become partly pushed outwards against the cylinder wall by centrifugal forces. To counteract this and still perfect surface enlargement to get are the disks

  • 1. parabolisch gestaltet, wodurch die Gasblasen gezwungen werden, möglichst lange in Kontakt mit den Scheiben zu bleiben.1. designed parabolic, whereby the gas bubbles are forced, if possible to stay in contact with the discs for a long time.
  • 2. an den Rändern sägezahnartig gezackt, so daß Gas, welches dennoch die Scheibenränder erreicht, auch hier optimal oberflächenvergrößert und mit der Flüssigkeit durchmischt wird.2. Sawtooth-like at the edges, so that gas, which is still the Disc edges reached, here also optimally enlarged and is mixed with the liquid.

Je nach Anwendungsfall verwendeten Solventien und Gasen, können mehrere Schei­ ben übereinander angeordnet sein.Depending on the application, the solvents and gases used can have multiple layers ben be arranged one above the other.

Vorteile der Anordnung sind:Advantages of the arrangement are:

  • 1. Das Lösen geschieht drucklos, d.h. es wird kein Kompressor und es werden keine druckstabilen Gefäße benötigt.1. The release takes place without pressure, i.e. it won't be a compressor and it will no pressure-stable vessels required.
  • 2. Aus vorgenanntem Grund kann die Apparatur sehr klein gehalten werden.2. For the aforementioned reason, the apparatus can be kept very small.
  • 3. Das Verfahren ist äußerst preisgünstig zu realisieren.3. The process is extremely inexpensive to implement.
  • 4. Das Verfahren ist für Kleinanwender geeignet.4. The method is suitable for small users.
  • 5. Das Verfahren kann in vielen Gebieten eingesetzt werden, in denen dies bisher nicht möglich war.5. The method can be used in many areas where this was previously not possible.

Gedacht ist beispielsweise an einen Einsatz von Lösen von Ozon in Wasser zur anschließenden Sprühdesinfektion. Ozon bietet sich für das oben erwähnte "drucklose Lösen von Gasen" besonders an, weil es Ionencharakter und somit besonder gute Löslichkeit besitzt.One example is the use of dissolving ozone in water subsequent spray disinfection. Ozone lends itself to the above "Pressure-free dissolving of gases" particularly because it is ionic in character and therefore has particularly good solubility.

Das Verfahren eignet sich auch zum reinigen von Gasen und durch entsprechende Vergrößerung der Anordnung ist auch ein industrieller Einsatz möglich.The method is also suitable for cleaning gases and by appropriate Industrial use is also possible if the arrangement is enlarged.

Claims (15)

1. Verfahren zum drucklosen Lösen von Gasen in Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß hierbei das Prinzip der Oberflächenvergrößerung Anwendung findet.1. A process for the pressure-free dissolving of gases in liquids, characterized in that the principle of increasing the surface area is used here. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenver­ größerung mittels einer flüssigkeitsgefüllten Säule erreicht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface ver enlargement is achieved by means of a liquid-filled column. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dieser Säule eine oder mehrere drehbar gelagerte Scheiben befinden.3. The method according to claim 2, characterized in that in this column one or more rotatably mounted discs. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben eine parabolische Wölbung besitzen.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the disks have a parabolic curvature. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben mit runden Löchern versehen sind, die einen Durchmesser von 1-20 mm haben können.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the disks are provided with round holes that have a diameter of 1-20 mm can. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Scheiben befindlichen Löcher erhabene Struktur nach Art einer Haushalts­ reibe oder Waschmaschinentrommel besitzen.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that in the Discs located holes raised structure like a household own grater or washing machine drum. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben an ihren Rändern sägezahnartige Profilierung aufweisen.7. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the disks have sawtooth-like profiling at their edges. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben von den Gefäßwandungen keinen größeren Abstand als 10 mm haben.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the disks have a distance of no more than 10 mm from the vessel walls. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben auf einer Achse angeordnet sind, die zylindermittig gelagert ist. 9. The method according to claim 1 to 8, characterized in that the disks are arranged on an axis which is mounted in the center of the cylinder.   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Achse durch Preßluft, Wasser oder einen Elektromotor in Drehung versetzt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that this axis through Compressed air, water or an electric motor is rotated. 11. Verfahren nach mindestens drei der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in diese Anordnung von unten das zu lösende Gas mittels einer Pumpe etc. eingeblasen wird.11. The method according to at least three of claims 1 to 10, characterized records that in this arrangement from below the gas to be dissolved by means a pump etc. is blown in. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim ver­ wendeten Gas um alle gasförmigen Stoffe im Sinne der physikalischen De­ finition handeln kann.12. The method according to claim 11, characterized in that it is ver applied gas to all gaseous substances in the sense of physical de can act finition. 13. Verfahren nach Anspruch 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim verwendeten Gas um Ozon handelt.13. The method according to claim 11 to 12, characterized in that it is the gas used is ozone. 14. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssig­ keit alle flüssigen Stoffe im Sinne der physikalischen Definition Verwen­ dung finden können.14. The method according to claim 1 and 2, characterized in that as a liquid Use all liquid substances in the sense of the physical definition can find. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der verwendeten Flüssigkeit um Wasser handelt.15. The method according to claim 14, characterized in that it is in the liquid used is water.
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