203682. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés összefüggő folyadékfázis felszíne alatt bevezetett gázáramok diszpergálására és a gázbuborékok szétoszlatására a folyadékban
1 HU 203 682 A 2 A találmány tárgya eljárás összefüggő folyadékfázis felszíne alatt bevezetett gázáramok diszpergálására, és berendezés az eljárás megvalósítására. Folyadékokban végbemenő folyamatokhoz igen gyakran szükséges az összefüggő folyadékfázis és különböző gázok - legtöbbször levegő - hatásos érintkeztetése a két fázis közötti átadási folyamatok gyorsítása érdekében. Ilyen feladatok például az eleveniszapos szennyvíztisztítás, a különböző szubmerz fermentációs eljárások, folyadék-komponensek oxidálása, vagy kilevegőztetése. A szóban forgó fázisérintkeztetés általában nagy tömegű folyadékban lejátszódó, több óráig tartó, lassú folyamatokhoz szükséges, ahol a folyadék keverése is előnyös, illetve gyakran elengedhetetlen. Az anyagátadás egyenesen arányos a fázisfelülettel, amit a gázbuborékok méretének csökkentésével lehet növelni. Az érintkeztetni kívánt gázokat legtöbbször a folyadék alján vezetik be, ahonnan a gázok helyzeti energiájuknál fogva felfelé áramlanak, miközben érintkeznek a folyadékkal. Az ismert eljárások egyik jelentős csoportjában a folyadék alján bevezetett gázbuborékok méretét mechanikus keverőkkel létesített nyíróerők csökkentik, miközben a folyadékot is keverik. Ezt a megoldást általában kisebb méretű tartályreaktorokban, vagy azok sorozatában alkalmazzák, elsősorban akkor, amikor a folyadék intenzív keverésére is szükség van. A keverős tartályreaktorok közös hátránya, hogy - főleg nagyobb volumenekben - mind a beruházási költség, mind a keverés energiafogyasztása nagy. Kommunális szennyvíztisztítókban elterjedten alkalmaznak a medence alján elhelyezett porózus kerámiatesteket. Ezen szerkezetek kis pórusmérete ellenére 3-5 mm átmérőjű buborékok válnak le a felületükről. Hátrányuk, hogy a folyadék egyenletes levegőztetéséhez nagy felületen kell a porózus elosztókat elhelyezni, és az apró pórusok könnyen eldugulnak. Olyan feladatokra, ahol a folyadék hatásos keverésére is szükség van, ez a megoldás nem alkalmas, mert a felszálló gázok csak kismértékben keverik a folyadékot. A 3 452 966 lsz. és a 3 852 384 Isz. USA szabadalmak szerinti, Helixor és Kenics néven ismert statikus keverők 1-1,5 m magas és 0,3-0,46 m átmérőjű, spirálbetétekkel ellátott csövek. Ezeket a statikus keverőket a medence alján, négyzetes osztásban helyezik el. A csövek alatt bevezetett durva levegőbuborékok hatására felfelé áramló folyadék és a gázbuborékok közötti érintkezési úthossz - vagyis a kontaktidő - a spirálbetétek következtében növekszik. Ugyanakkor a csövek - különösen szálas anyagok jelenlétében - dugulásra hajlamosak. A BAYER cégnél ipari szennyvíztisztításra továbbfejlesztett injektor-levegőztetők vízsugárszivattyúhoz hasonlóan működnek. A gazdaságosság érdekében kompresszor nyomja a levegőt a medence alján elhelyezett injektorokhoz. Az injektorokat 4 ágú „csokorba” szerelve csatlakoztatják a víz- és gázelosztó vezetékekhez (Hydrocarbon Processing, 1980. nov. p. 191— 195.). Ez a berendezés kedvező oxigénkihasználás mellett működik, ugyanakkor sok injektor szükséges, és a szerkezet bonyolult. Ugyancsak folyadéksugár gázdiszpergálót fejlesztett ki a Hoechst AG a legújabb szennyvíztisztító berendezéseihez. (Umweltschutz-Umweltanalytik, März 1984. S. 16-23.) Ezeknél a berendezéseknél 15-20 m vízmélységű tartályok alján keringetett folyadékáramok 15-25 m/s sebességgel ütköznek a komprimált levegőáramokkal, majd vízszintes tárcsák mentén, sugár irányban haladva keverednek a tartályban lévő folyadékkal. Kedvező energiafelhasználásnál a levegő/víz arány 6-10: 1 a két fázis ütközésénél. Ez a nagy levegőhányad a buborékok összeállása miatt kedvezőtlen. Ugyancsak előnytelen a két elosztórendszer, kompresszorok és szivattyúk együttes alkalmazása. Találmányunk célja lokálisan bevezetett gázáramok diszpergálására és a buborékok szétoszlatására alkalmas olyan eljárás és berendezés létrehozása, amely az ismert eljárásoknál és berendezéseknél egyszerűbb, a különböző feladatokhoz jól illeszthető és gazdaságos anyagátadást eredményez. A találmány tárgya tehát eljárás összefüggő folyadékfázis felszíne alatt bevezetett gázáramok diszpergálására és a keletkező gázbuborékok szétoszlatására a környező folyadékban a bevezetett gáz helyzeti energiájának hasznosításával, amelyre jellemző, hogy a gázáramokat, és a gázbevezetések feletti „air-lift” hatásokra felfelé mozgó folyadékáramokat a gázbevezetések környezetében vízszintesen, vagy attól felfelé maximum 15°-kal eltérően együtt áramoltatjuk, és eközben a gázáramokat a folyadékáramokban diszpergáljuk, majd az így keletkező gáz-folyadék elegyáramok függőleges áramoltatása közben adott esetben a gázdiszpergálást tovább folytatjuk. Az eljárás megvalósításánál számos esetben kedvező, ha a függőlegesen mozgó gáz-foiyadék elegyáramok legalább egyszeri vízszintes, vagy attól felfelé maximum 15*-kal eltérő együttáramoltatásával a gázbuborékokat a környező folyadékban szétosztjuk. Eljárásunk szerint a gázáramok bevezetése feletti „air-lift” hatásra felfelé áramló gáz/folyadék arány általában kisebb mint 1 m3 gáz/m3 folyadék. Ez az arány a gázbevezetés felett lévő folyadékoszlop magasságától függ. Minél magasabb a folyadékoszlop, annál kisebb a gáz/folyadék arány. Az eljárásunkra jellemző kis gáz/folyadék arányból következik az eljárás előnye, ugyanis a gázbuborékok összeállási valószínűsége csekély. A folyadéksugár fúvókával működő modem eljárásoknál a gáz/folyadék arány 10-30-szor akkora, mint az eljárásunkra jellemző értékek. Eljárásunk előnyös foganatosítási módja szerint a gázáramokat a folyadék alján vezetjük be. Kisebb nyomást szolgáltató légszállító eszköz alkalmazásakor a gázt csak a folyadék felsőbb részén lehet bevezetni, ilyenkor nagyobb gázmennyiséget kell a folyadékban diszpergálni. A találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas berendezés néhány jellemző kiviteli példáját az 1-9. ábra szemlélteti, az igénypontok keretein belül számos egyéb megvalósítási forma is lehetséges. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1
