AT7923U9 - Ultraschall-beaufschlagter vatio nassentstauber für den speziellen einsatz für salzsäure -regenerationsanlagen nach dem sprühröstprinzip - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Neuentwicklung eines Nasswäschers nach dem Differenzdruckprinzip nach Venturi, wobei durch eine spezielle Anordnung der Kehlengeometrie diese variabel gestaltet werden kann.

Nasswäscher nach dem Venturi-Prinzip sind in der Literatur mannigfach beschrieben und fester Bestandteil des chemischen Apparatebaus. Ihr Haupteinsatzgebiet dient zum Waschen von Gasen oder zur In-Reaktionsbringung von Flüssigbestandteilen und Gasbestandteilen.

Eine genaue Kenntnis der Zusammenhänge zwischen dem geometrischen Aufbau und den Gaseigenschaften erlauben auch die rechnerische Erfassung der Zusammenhänge, wie Gasgeschwindigkeit, Gasdichte, dem Verhältnis Wasser zu Gas und der Baugeometrie, dem Verhältnis Gaseintritts-Fläche zur Verjüngungsfläche, der sogenannten Kehle des sich verjüngend zusammenlaufenden Längsrohres. Dabei erfährt der Gasstrom eine Longitudinalbeschleunigung, welche durch zusätzliche Einbauten noch eine Verwirbelung erfahren kann.

Bauausführungen und Anwendungsgebiete dieser Nassentstauber sind vielfältig. Wesentlicher Bestandteil der Berechnung sind noch die staubförmig auszuwaschenden Partikel, vornehmlich deren Kornspektrum und deren spezifisches Gewicht. Für die Auswaschung von Feinststäuben sind sehr hohe Gasgeschwindigkeiten vonnöten. Eine mathematische Darstellung dieser Verhältnisse gibt die Berechnung nach Barth und Muschelknauz (Chemie Ingenieur Technik, Vol. 61/ΝΓ.7, pp 572-593, 1989, DECHEMA).

Eine spezielle Konstruktionsform des Nasswäschers stellt der Venturi dar. Dabei wird durch axiale, auch zusätzliche Einspritzung von Wasser eine verbesserte Verwirbelung durch das Auftreten von Strömungs-Scherkräften erreicht, wodurch die dabei im Gasstrom enthaltenen Staubteilchen einen hohe Beschleunigung erhalten und auch gemäß der theoretischen Vorstellungen die Flüssigkeitsteilchen zerrissen werden. Dabei entstehen hohe Flüssigkeitsoberflächen welche benetzende Wirkung auf Feinstpartikel haben.

Die Entwicklung eines Venturis mit veränderbarer Querschnittsfläche stellt bereits die Patentschrift US 3,638 924 dar, wo durch eine einfache Anordnung eine Veränderung des Kehlquerschnittes mittels Klappen ermöglicht wird. Das Patent DE 4331301 (WO 9507747) weist bereits eine wesentliche Weiterentwicklung solcher Querschnittsverengungen der Kehle auf. Dabei erlauben die konstruktiven Merkmale derselben eine Zustellung eines verschiebbar angeordneten Längsquerschnittes auf, wobei dieses Erfindungsmerkmal erreicht wird durch zwei fix angeordnete Querzylinder innerhalb der Venturikehle und einem weiteren, darunter liegenden Längszylinder oder auch mehrerer solcher, welche in ihrer Vertikalachse, von unterhalb der fixen Zylinder her verschiebbar angeordnet angebracht sind. Mit dieser Anordnung wird vor allem erreicht, dass bei dem Trennungsproblem, im Falle des Auftretens von Lastungsschwan-kungen der Differenzdruck innerhalb des Venturis variabel eingestellt werden kann. In weiteren Anordnungen einfacherer Bauart wird erreicht, dass die Venturikehle auch im kreisförmigen Zylinderquerschnitt variabel hergestellt werden kann, sozusagen durch konische Verjüngung derselben. Nachteil dieser Bauart sind einerseits weniger günstige Strömungsverhältnisse und damit auch eine geringere Trennleistung, aber auch immer die Gefahr von Querschnittsverlegungen durch Partikelanhäufungen dort, damit von Verstopfungen des Venturis.

Gegenstand der hier vorliegenden Erfindung sollte der Einsatz des Gaswäschers in den sogenannten Sprühröstanlagen sein. Als solche werden vornehmlich Säureregenerationsanlagen nach dem Ruthner - Prinzip bezeichnet, wo durch Eindüsung von Altsäuren in einen beheizten Reaktor eine thermische Trennung in Wasser, Säuredampf und feste Röstpartikel auftritt. Die meist derart ausgelegten Anlagen behandelnd die Abröstung verbrauchter salzsaurer Altsäuren aus Stahlbeizanlagen. Dabei kann immer wieder durch die eben erwähnte thermische Zersetzung frische Salzsäure in eigens adiabatisch konstruierten Kolonnen erzeugt werden, welche dann in den Säurebeizbetrieb rückgeführt wird und festes aus dem Sprühröstvorgang gebildetes Eisenoxid wird im Thermoreaktor an dessen Bodenaustrag gewonnen. Dieses hat eine ! 3 AT 007 923 Ul

Kugelstruktur, welche sozusagen einzigartig ist. Während übenwiegend bei chemischen und physikalischen Formungsprozessen aus Lösung oder aus Schmelze Partikel die durch Verspritzen oder durch Verdüsung hergestellt werden Vollkugelstruktur besitzen, liegen im Falle des Sprühröstens nach dem Ruthner-Bauprinzip diese Kügelchen in einer besonders ausgebildeten 5 Hohlkugelstruktur vor. Diese weist eine besonders niedrige Schüttdichte auf, was für viele Fälle der weiteren Anwendung ein Problem darstellt.

Im gegenwärtigen Fall, wo es um die Entstaubung solcher Säureregenerationsanlagen geht, sollte durch eine geeignete Konstruktion eines Venturi-Bauprinzipes hierbei Abhilfe geschaffen io werden. Es ist bekannt, dass die Abscheideleistung eines Venturi umso besser wird, d.h. der Abscheidewirkungsgrad nach 100% geht, wenn der Unterschied der spezifischen dichten Staubpartikel zu Wasser immer größer wird. So lassen sich die weit schwereren Quarzpartikel, deren spezifisches Gewicht etwa 2,5 g/ccm beträgt weit besser ausbringen als vergleichsweise Kohlestaubpartikel, deren spezifisches Gewicht ähnlich dem Wasser ist. Im gegenständlichen 15 Fall liegt hier sogar eine Erschwernis vor. Denn das sprühgeröstete Eisenoxid, dessen Feinstaubanteile im Bereich 0,01-0,1 pm liegen, hat eine physikalische Schüttdichte von nur 0,3-0,4 g/ccm. Damit liegt jene sogar unter jener des Wassers.

Die konstruktiven Merkmale des hier beschriebenen Venturis sollen dem Abhilfe schaffen, 20 stellen doch die unerwünschte Staubbelastung von Säure-Regenerationsanlagen nach herkömmlicher Bauart ein ernstes Problem dar.

Das hier beschriebene Bauprinzip macht sich des Umstandes zunutze, dass durch den Einsatz von Ultraschall eine Verbesserung der Durchmischung, der Benetzung, der Reinigung von 25 Kleinstbauteilen und Partikel erreichen lassen und auch industriell genutzt werden. Diese hochfrequenten, magnetorestriktiven Schwingungswellen werden durch jedwedes Medium transportiert, vornehmlich durch ein starkes Dielektrikum wie Wasser. Dabei entstehen hohe Spannungsspitzen welche im Hochfrequenzbereich auch zur Partikelzertrümmerung verwendet werden. Anwendungsgebiete sind z.B. Ultraschallreiniger in eigens konstruierten Bädern. 30

Auch bei den sogenannten Laser-Granulometern, einem Gerät zur Bestimmung von Komgrö-ssenverteilungen innerhalb einer Flüssigkeit wird ein Ultraschallsonor verwendet um Agglome-ratstrukturen durch Beschallung zu zerstören. Dabei werden die Kornagglomerate von Pulvern durch die Ultraschallwellen auf deren Primärkorn zerlegt und dann erst der Messung zugeführt. 35

Dieser Gedanke wurde für die gegenwärtige Erfindung herangezogen wo die Anwendung des Einsatzes von Ultraschall auf das in einen Venturi eigener Bauart eingedüstes Wasser darstellen soll, wodurch im gegebenen Fall eine Verbesserung der Trennleistung durch verbesserte Benetzung, Partikelzertrümmerung und Verwirbelung der Medien Gas und Wasser erreicht 40 werden. Damit lassen sich auch die Auswaschung von Staubproblemen aus Gasströmen im Feinstbereich (< 0,01 pm) erreichen. Speziell bei der Anwendung in Sprühröstanlagen sollte dies zum Einsatz kommen, dort wird nämlich durch den Einbau eines Venturis im Abgasstrom, nachgeschaltet dem Abgasventilator, ein sogenannter Wasch-Venturi eingesetzt um die Problematik der Austragung feinster Eisenstaubpartikel in den Griff zu bekommen. 45

Die Ultraschallbeaufschlagung eines Venturis stellt in jedem Fall eine Neuheit dar welche eine eminente Verbesserung der Staubpartikel-Eliminierung von Sprühröstanlagen erreichen soll. Damit sollen die Schallwellen die vom Sonor austreten durch das eingespritzte Wasser welches sich im Kehlquerschnitt zu einem Wasserstrahl vereinigt auf die darin eingeschwemmten Eisen-50 oxidstäube oder generell auf Staubpartikel wirken sodass deren Agglomerat-Hohlstrukturen irreversibel zerstört werden.

Ein Versuch soll dies verdeutlichen: streut man sprühgeröstetes Eisenoxidpulver von einem mittleren Kornquerschnitt von etwa 15 pm auf eine Wasseroberfläche auf, so sinken nur die 55 gröberen Körner, also solche mit > 5 pm zu Boden währen der Feinanteil, also jener mit < 1 pm

Claims (4)

1. 4 ÄT 007 923 U1 oben aufschwimmt, dieser Umstand ist auf die Hohlkugelstruktur zurückzuführen. Führt man diesen Versuch in einem üblichen Labor-Ultraschallbad durch, wie solches für Reinigungszwek-ke Verwendung findet, dann werden diese aufschwimmenden Feinkornanteile allsamt erfasst und fallen infolge Benetzung zu Boden. Dies zeigt den speziellen Reinigungseffekt von Ultra-5 Schallwellen bei Feinstkorn -Staubanteilen oder solchen mit, wie ausgeführt, speziellen Stäuben. Eine Ultraschallbeaufschlagung eines Venturi ist bislang noch nicht in der Patentliteratur beschrieben worden. Wohl aber bei Venturi-Gasdüsen im Bereich der Flüssigkeitszerstäubung, io wie beschrieben in den Patenten US 6,238 459 (2001), FR 2758476 oder US 6,383 555. Im weiteren stellt die hier beschriebene Ausführung eine Verbesserung zu jener wie im Patent DE 4331301 dar, als diese eine variabel, also verschiebbar angeordnete Stellwalze von unten her zu den fix angeordneten Walzen beschreibt, jene im gegenwärtigen Erfindungsanspruch 15 hier beschriebene aber die Zustellung der variablen Walze aber von oben darstellt. Dies hat den Vorteil, dass in der Venturi-Kehle bei obiger Anordnung der Stellwalze, eine Verbesserung der Abscheideleistung erbracht werden kann, da dadurch im Gegensatz zu Patent DE 4331301, nach dem auftretenden Venturi-Unterdruck, zwei in den beiden Verjüngungsquerschnitten entstehende Absaugströme einander in der Venturi-Kehle treffen, wodurch wieder ein geringfü-2o giger Staudruck entsteht. Die sich vereinigenden Ablaufströme, wieder letztlich im unteren Teil der Venturi-Kehle vereinigt, finden demnach einen Absaugunterdruck vor. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass es zu einer intensiven Verwirbelung und damit zur verbesserten Auswaschung von Feinstäubeh, wie solchen aus Sprühröst-Regenerationsanlagen kommt. 25 Die nachstehende Ausführung zeigt die Abscheidemethodik eines solchen variabel einstellbaren ultraschallbeaufschlagten Venturis (Zeichnungen 1,2) im Vertikalschnitt. Hierbei stellt die folgende Nummerierung die Funktionalität des Apparates dar: 1) Gaseintrittsteil: Oberteil des Venturi, 2) Gasaustrittsteil: Unterteil vom Venturi, 3) fixe Kehlbe-30 grenzung durch Hohlrohre, 4) variable Kehlbegrenzung durch Hohlzylinder mit integrierter Hubeinrichtung über externe Drehspindel, 5) variabel einstellbarer Kehlquerschnitt. Druckdifferenzen welche innerhalb des Kehlquerschnittes durch eintretendes Wasser auftreten sind dargestellt mit: 6.1) Druckverlust - Δ p (Unterdrück im Oberteil der Kehle), 6.2) Drucken-35 stieg + Δ p, bedingt durch Vermischung von Gas und Wasser innerhalb des Venturi - Kehlen-Innenteiles, 6.3) Druckverlust durch Entspannung im Unterteil der Kehle, 7) fixe Blenden zur Gasstrom-Regulierung, 8) Wassereintritt über Düsen, 9) Düsen mit 45° Sprühwinkel, 10) Ultraschall-Sonoren mit externer Anspeisung zur Beschallung der Flüssigkeit im oberen Staubereich des Venturis, oberhalb der Blenden. 40 Figur 2, zeigt den Querschnitt des Venturis aus Figur 1: die Anordnung der Einspritzdüsen zur Wassereinbringung (9), sowie den Kranz an Ultraschallsonoren (10) welche am inneren Teil des Venturi -Zylinders fix aufmontiert sind. 45 Äonspryefoe" 1. Vorrichtung zur Abscheidung von Feinstäuben oder Pulverstäuben aus Sprühröstanlagen bestehend aus einem Differenzdruckwäscher der Bauart Venturi mit einer verstellbaren so Kehle mit veränderbaren Flächenquerschnitten, erreichbar durch eine mechanische Hebe- und Senkvorrichtung eines variabel zustellbaren Vertikalzylinders gegen zwei fix angeordnete Kehlzylinder, wodurch die dabei erreichbaren Querschnittsveränderungen der Ventu-rikehle unterschiedliche passierende Mengenströme erlauben, wobei der variabel bewegbare Zylinder von oben auf die beiden fix angeordneten angebracht ist und die Venturikeh-55 le im Oberteil der Kehle noch zusätzlich im Inneren mit aufmontierten Ultraschallsensoren 5 AT 007 923 Ul versehen ist, welche eine Beschallung der eingebrachten Stäube im Wasserstau der Ven-turikehle hervorrufen und damit zu einer Leistungsverbesserung der Staubabscheidung infolge der Desagglomeration und Wasserbenetzung der mitgeführten Staubpartikel führt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass der Verstellmechanismus über einen externen Spindelbetrieb von oben her zustellbar erfolgt mit entsprechender mechanischer Ausführung des Hubmechanismus wie automatischer Steuerung.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser für den io Venturi auch über ultraschallbeaufschlagte Düsen eingebracht werden kann.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser für den Venturi über Düsenvorrichtungen entweder von oben her oder auch über seitlich angebrachte Düsen in den Venturi eingebracht werden kann. 15 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 50 55