[发明专利]用于气体扩散的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气体扩散到液体中的装置和方法。

背景技术

气体在液态的介质中的扩散在化学工业中(例如在氢化、氯化或氧化中)得到广泛应用。在发酵和需氧的废水净化中氧气输入非常重要。在泡沫产生时也发生气体在液态的介质中的扩散。在食品工程中，使气体扩散到高粘度的液体中，以例如生产带有空气填充的多孔的结构的奶油、泡沫橡胶或巧克力(例如在文件WO02/13618A2中说明)。

气体扩散的目的是输入气体到流体中，优选地以尽可能小的气泡的形式，以便在气态的与液态的相之间建立尽可能大的分界面。相分界面越大，根据第一Fick定律在气体与液体之间的物质运输越高。

气体扩散在此经常在两个步骤中实现：

1. 将气体以气泡的形式引入液体中

2. 分解气泡

引入的类型(通常经由喷嘴、熔块(Fritte)或孔板)确定初始气泡的尺寸分布。在来自Chemie-Ingenieur-Technik, 28.1956年, Nr 6, 389-395页的文章“Gasdisperierung in Fluessigkeiten durch Duesen bei hohen Durchsaetzen”中例如说明了，参数如喷嘴宽度、气体流量、粘度和分界面张力对于气泡(其在气体束射入液体中时从喷嘴中产生)的尺寸分布具有哪些影响。

气泡的分解例如可借助于动态的或静态的混合器实现。在动态的混合器中混合的均匀化通过运动的机构例如搅拌器来实现，而在静态的混合器中充分利用流体的流动能量：输送单元(例如泵)将液体压过设有静态的混合器装备的管，其中，跟随主流动轴线的液体被划分成子流，其根据装备的类型被伸展、剪切、相互搅动和混合。使用静态的混合器的优点此外在于，不存在可移动的部件。

例如文章“Statische Mischer und ihre Anwendungen”, M. H. Pahl和E. Muschelknautz，Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) Nr 4, 285-291页给出了对不同类型的静态的混合器的概述。作为对静态的混合器的示例应提到SMX-混合器(参见专利文件US4062524)或者SMXL-混合器(例如参见文件US5520460)。其包括平行板条的两个或多个彼此垂直的格栅，板条在其交叉点处相互连接并且以一角度向混合物的主流动方向调整，以便将液体分成子流且混合。单个混合元件不适合作为混合器，因为混匀仅沿着横向于主流动方向的优选方向实现。因此，多个混合元件(其彼此间相应旋转90°)通常彼此相继地来布置。

静态的混合器用于气体在液体中的扩散是已知的。在文件WO2005/103115A1中例如说明了静态的混合器在用于根据转酯方法制造聚碳酸酯的方法中的一种应用。为了从聚碳酸酯中去除单体和其它挥发的成分，给聚合体熔融物添加发泡剂。由于接下来的压力降低，发泡剂在熔融物起泡的情况下挥发。泡沫引起强烈的表面扩大，其对于除气、也就是说去除挥发的成分是有利的。作为发泡剂，优选地应用惰性气体例如氮气，其借助于静态的混合器(例如SMX-混合器)被引入熔融物中并且扩散。

在文件US2005/0094482A1和US5480589中说明了静态的混合器，其用于扩散用于闭室的泡沫的制造的气体。未说明用于提高气体扩散的效率的阶梯状的结构。

在气体扩散到液体中时，通常需要比在液体的扩散中更大的混合器长度。

发明内容

从现有技术出发，提出该目的，提供一种用于气体扩散到液体中的装置和方法，以使比根据现有技术所说明的更有效的气体扩散成为可能。与现有技术相比，在混合器长度相同的情况下应在混合器出口处获得更小的平均气泡尺寸。备选地，在整个混合器上的压力损失相同的情况下应在混合器出口处获得更小的平均气泡尺寸。

令人惊讶地发现，静态的混合器(在其中在流动方向上存在升高的比能量输入)具有有特别有效的扩散效果。借助于这样混合器可在总压力损失类似时产生比利用静态的混合器(在其中能量输入在混合器的长度上恒定)更小的气泡。借助于这样的混合器同样可在总混合器长度相同时产生比利用静态的混合器(在其中能量输入在混合器的长度上恒定)更小的气泡。