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Verfahren zum Ausscheiden von Schwebeteilchen aus Gas oder Dämpfen und Vorrichtung zur
Durchführung desselben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausscheiden von Schwebeteilchen (Aerosolen) aller Art aus Gasen, Nebel oder Dämpfen.
Die Ausscheidung von Schwebeteilchen aus gas-oder dampfförmigen Medien bzw. die Reinigung von mit Fremdkörpern beladenen Gasen erfolgte bisher entweder auf chemischem Wege mittels Absorption, auf mechanischem Wege mittels Filtern und Zyklonen oder auf elektrischem Wege durch die bekannten Elektrofilter. Bei den chemischen Verfahren muss der zu gewinnende Stoff in den meisten Fällen zur Trennung vom Absorptionsmittel einem neuen Prozess unterworfen werden, was eine Erscherung des Arbeitsganges bedeutet. Den mechanischen Verfahren haftet der Nachteil an, dass keine vollkommene Ausscheidung der Fremdkörper, insbesondere der kleinsten Teilchen erzielt werden kann. Bei den Elektrofiltern erreicht man zwar eine hochgradige Ausscheidung, jedoch benötigen diese Anlagen sehr hohe elektrische Fedlstärken und sind daher teuer in Anschaffung und Unterhaltung.
Es wurde nun gefunden, dass nicht nur eine praktisch vollkommene, sondern auch eine überaus schnelle Ausscheidung von festen oder flüssigen Schwebeteilchen (Aerosole) aus Gasen oder Dämpfen erreicht werden kann, wenn das mit den Schwebeteilchen beladene Medium in einem Abseheidungsraum zu intensiven kurzwelligen Schallschwingungen angeregt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Schwingungen mit verhältnismässig geringen Hilfsmitteln erzeugt werden können, so dass die Anlage nur geringe Anschaffungskosten erfordert und dass ferner die Ausscheidung in ganz kurzer Zeit-in wenigen Sekunden-beendet ist. Vor allen Dingen gelingt auch die Ausscheidung von solchen festen oder flüssigen Schwebeteilchen, wie sie in Gasen der chemischen Industrie vorkommen und die einer Niederschlagung den grössten Widerstand entgegensetzen.
Die Abscheidung solcher Teilchen aus ihrem Träger war bisher oft nur in sehr umständlicher Weise möglich oder nahm geraume Zeit in Anspruch. So gelingt z. B. bei Sou-Neben beim Kontaktverfahren die gewünschte Absorption in Wasser überhaupt nicht, sondern nur in konzentrierter Schwefelsäure.
Die Wirkungsweise des Verfahrens kann etwa dahingehend erklärt werden, dass die Schwingungenergie in den mit Nebel, Rauch oder Staub beladenen Medien eine Koagulation der Areosole und als Folge davon eine schnelle Sedimentation der festen oder flüssigen Schwebeteilchen bewirkt. Dabei ist es gleichgültig, ob die Gase oder Nebel sich im Zustande der Ruhe oder der Bewegung befinden.
Nach der Erfindung werden die Schwingungen zweckmässig unter Benutzung des bekannten Magnetostriktionseffektes oder des piezoelektrischen Effektes erzeugt. Es können jedoch mit gutem Erfolg auch andere, insbesondere mechanische Einrichtungen zur Erzeugung der Schallschwingungen benutzt werden, wobei Schallfrequenzen von mehr als 3000 Per/sec (Hertz) besonders gute Ergebnisse liefern. Wichtig für den Erfolg ist es aber, dass der zu beschallende Raum, durch den die zu reinigenden Gase strömen, solche Abmessungen besitzt, dass die an sich geringe Amplitude des Schallsenders im Gas in der Amplitude sich verstärkt, also der Fall höchster Resonanz künstlich hergestellt wird, während sonst im allgemeinen nur Resonanz zwischen Sendefrequenz und den im Gas erzeugten Wellen bestehen kann, aber ein Aufschaukeln der Amplitude nicht stattfindet.
Erst hiedurch wird eine genügende Wirkung erreicht.
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Da ausführliche Untersuchungen zeigten, dass die Wirkung der Schwingungen nicht an den Bewegungszustand des Gases gebunden ist, wird weiterhin gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Gase oder Nebel in kontinuierlichem Strom durch den Abscheidungsraum zu führen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die kurzwelligen Schallschwingungen in einem
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oder an einem Ende des Rohres angeordnet ist. Besondere günstige Wirkungen erzielt man auch hier, wenn die aufgedrückte Schwingung der Energiequelle mit der Eigenschwingung der den Kamin oder das Rohr erfüllenden Gassäule in Resonanz gebracht wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass die restlose Ausfällung der Schwebeteilchen in einigen Fällen, insbesondere wenn eine höchstgradige Abscheidung gewünscht wird, nicht im ausreichenden Masse gelingt.
Insbesondere koagulieren die Schwebeteilchen vielfach nicht zu 100%, so dass ein Restnebel in dem tragenden Medium übrig bleibt, welcher nicht ohne besondere Massnahmen ausgeschieden werden kann.
In wenigen andern Fällen neigt das Aerosol in seiner Gesamtheit nicht zur Koagulation, so dass die Ausscheidung durch die Schallbeeinflussung nicht mehr in der gewünschten Schnelligkeit vor sich geht.
Der Fall, dass das Aerosol nicht mehr zu 100% koaguliert, tritt dann ein, wenn die Konzentration des Aerosols zu gering ist. Diese Tatsache ist gerade. bei solchen Aerosolen wesentlich, die noch bei sehr geringer Konzentration eine schädliche Wirkung auf ihre Umgebung ausüben, sei es, dass sie auf anorganische Stoffe oder auf pflanzliche oder tierische Organismen nachteilig einwirken. Zu diesen Aerosolen gehören u. a. Industrienebel und-staube, wie z. B. Sehwermetallstaube, Phosphortrioxydnebel und andere bei speziellen Verfahren entstehende Aerosole oder auch von einer unmittelbaren Reiz-und Giftwirkung begleiteter Nebel, wie Monophenylarsindiehlorid,-Diphenylarsinchlorid, Chlor-
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angegriffen werden, wenn sich diese giftigen Nebel in geringster Konzentration vorfinden.
Die Koagulation der Aerosole mittels Schallschwingungen wird weiterhin durch deren spezifische Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst, wie das z. B. der Fall ist bei einigen trockenen Stauben, wie Kohlenstaub, Gesteinstaub, Metallstaub und wenn auch nur in geringem Masse bei den beim Kontaktverfahren entstehenden SOg-Nebel.
Die Koagulation von Aerosolen durch Schall, bei denen einer oder auch alle der oben genannten ungünstigen Fälle zutrifft, kann erfindungsgemäss dadurch gefördert werden, dass den zu behandelnden Aerosolen besonders leicht koagulierende fremde Aerosole oder Fremdnebel (vorzugsweise Wasser) zugesetzt werden.
Dieser Zusatz eines fremden Aerosols wirkt in der Weise, dass die zu entfernenden Aerosole mit denen des Fremdnebels infolge der Sehalleinwirkung aggregiert werden und miteinander koagulieren.
Dadurch wird in erster Linie eine restlose Ausscheidung der Schwebeteilchen und m zweiter Linie eine Beschleunigung des Ausscheidungsvorganges bewirkt.
Anstatt die fremden Stoffe in Aerosolform zuzuführen, wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, diese Fremdstoffe in noch nicht dispergierter Form auf den Boden des Schallrohres oder an anderer günstiger Stelle aufzubringen. Nach neueren wissenschaftlichen Erfahrungen wird nämlich der flüssige Stoff unter der Einwirkung der Sehallenergie an den Schwingungsbäuchen der in dem Schallrohr sich bildenden stehenden Wellen hochgerissen und zum Teil grob dispergiert. Diese dispergierte Fremdsubstanz wirkt als Fremdnebel im obigen Sinne. Die an den Schwingungsbäuchen hochspritzende Substanz begünstigt dann auch gleichzeitig aie Entfernung der koagulierten Partikel, indem sie die Schwebeteilchen in sich aufnimmt.
Wird nun der fremde zugesetzte Stoff (vorzugsweise Wasser) in kontinuierlichem Strom durch das Schallrohr geführt, so bewirkt er gleichzeitig die mechanische Abführung der Niederschlagsprodukte. In vielen Fällen ist es ferner vorteilhaft, als Fremdsubstanz einen flüssigen Stoff zuzusetzen, der für die Sedimentationsprodukte ein Lösungsmittel darstellt.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht im Prinzip aus einem zylindrischen Behälter, an dessen einem Längsende die schwingungsliefernde Energiequelle, wie z. B. ein Magnetostriktionsstab oder eine Quarzplatte, sich befindet und welcher auf der gegenüberliegenden Seite zwecks Abstimmung auf Resonanz durch einen beweglichen Kolben verschlossen ist, oder dessen Endverschluss von vornherein fest, aber so angebracht ist, dass im Rohr akustische Resonanz herrscht, wobei das mit den Schwebeteilchen beladene Medium in der Nähe der beiden Enden des Behälters zu-und abgeführt wird. Die Niederschlagsprodukte können ebenfalls in bekannter Weise auf mechanischem Wege in kontinuierlichem Arbeitsgang entfernt werden.
In vorteilhafter Weise können insbesondere bei Verwendung eines Magnetostriktionsstabes als Energiequelle für die Schwingungen beide Seiten des Stabes zur Anregung der Schwingungen ausgenutzt werden, wenn dieser in der Mitte fest eingespannt wird, und die mit kolbenförmigen Verbreiterungen versehenen Enden in beiderseitig angeordnete Ausscheidungsräume hineinragen. Eine gleiche doppelt wirkende Anordnung lässt sich auch bei andern Schallquellen durchführen.
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In der Zeichnung sind an Hand einer schematischen Darstellung das Verfahren und die Vorrichtung im Prinzip erläutert :
Es bedeutet a ein beiderseits offenes Schallrohr, welches an der einen Seite durch das kolbenförmig verdickte Ende b des Magnetostriktionsstabes c und an der andern Seite durch den beweglichen Kolben d verschlossen ist. An der Oberseite des beispielsweise horizontalliegenden Schallrohres ist eine Öffnung e für die Zufuhr des Nebels und eine Öffnung f für die Ableitung des von Schwebeteilchen befreiten Gases vorgesehen.
An der Unterseite tritt bei g das Wasser oder eine andere Flüssigkeit in das Schallrohr ein, durchfliesst dieses Rohr im Gleichstrom oder Gegenstrom mit den zu reinigenden Gasen, wobei unter der Einwirkung der Schwingungsenergie die Flüssigkeit h an den Stellen i hochgerissen und zum Teil dispergiert wird. Die mit den niedergeschlagenen Schwebeteilchen beladene Flüssigkeit verlässt bei k das Abseheidungsrohr.
Im Betriebe wird der Magnetostriktionsstab c entweder unmittelbar durch eine Spule l oder mittelbar durch ein sekundäres Magnetfeld erregt, so dass er die unter dem Magnetostriktionseffekt bekanntgewordenen Schwingungen in Richtung der Längsachse ausführt. Diese Schwingungen werden durch den Kolben b auf die im Abscheidungsraum befindliche Gassäule übertragen und diese ebenfalls zu gleichartigen Schwingungen angeregt. Zur Herstellung der Resonanz zwischen aufgedrückten und den Eigenschwingungen der Gassäule, d. h. also zur Erzeugung sogenannter stehender Wellen in diesem Raum wird durch Verschieben des dem Magnetostriktionsstab gegenüberliegenden Kolbens d die Gassäule in entsprechender Weise abgestimmt. Diese Abstimmung ist dann für dasselbe Medium ein für allemal gültig.
An Stelle des beweglichen Kolbens kann bei bekannter Wellenlänge auch von vornherein ein fester Abschluss so angebracht werden, dass im Rohr akustische Resonanz herrscht. Anstatt nur mit dem Kopfende in den Absorptionsraum hineinzuragen, kann der Stab auch ganz in dem Raum an beliebiger Stelle angeordnet sein ; insbesondere kann auch ein solcher Stab, der in der Mitte eingespannt ist, mit seinen beiden Kolbenflächen b, b1, die zwei Gassäulen in beiderseits des Stabes vorgesehenen Absorptionsräumen zu Schwingungen anregen, wodurch eine gute Ausnutzung des Schwingungerzeugers erreicht wird. In ähnlicher Weise kann auch mit andern Schwingungserzeugern, wie z. B.
Quarzkristallen, eine doppelte Ausnutzung erzielt werden.
In einer vereinfachten Ausführungsform des beschriebenen Beispieles kann unter Wegfall der Zuführungsleitungen e und t das mit Sehwebeteilehen beladene Medium seitlich an den Kolbenkörpern vorbei oder durch in diesem Kolbenkörper vorgesehenen Bohrungen in den Absorptionsraum hineinund in gleicher Weise wieder herausgeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausscheiden von Schwebeteilchen aus Gas oder Dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abscheidungsraum, durch welchen die mit den Schwebeteilchen beladenen Gase gehen, stehende Sehallwellen über 3000 Hertz oder Ultraschallwellen höchster Resonanz erzeugt werden.