BE1020858A3 - Inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels uit een gasstroom. - Google Patents

Description

Inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels uit een gasstroom.

———————————————— — “ “ - _

De huidige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels uit een gasstroom, meer bepaald voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels.

Gassen kunnen vervuild zijn met onzuiverheden in de vorm van kleine vloeistofdruppeltjes, bijvoorbeeld olie of water, bijvoorbeeld in de vorm van een mist.

Teneinde bijvoorbeeld zulke druppels of fijne vloeistof druppelt jes uit het gas te verwijderen, is het bekend om het gas doorheen een daartoe bestemde inrichting te leiden.

Een dergelijke inrichting omvat meestal een verticaal opgestelde cilindervormige behuizing met daarin een cilindervormig patroon dat een coalescentiemedium bevat, waarbij het gas van de binnenkant van de patroon, via het coalescentiemedium, naar de buitenkant van de patroon geleid wordt. Ook kan dit omgekeerd gebeuren.

Een dergelijk coalescentiemedium kan gelijkaardig zijn aan een filtermedium, bijvoorbeeld een filterdoek of een filterpapier.

In dit coalescentiemedium wordt het doorstromende gas herhaaldelijk om obstructies, gevormd door bijvoorbeeld vezels van het coalescentiemedium, geleid. De afscheiding berust op impactie, interceptie en diffusie, waarbij steeds kleinere deeltjes, bijvoorbeeld vloeistofdruppels samensmelten en afgescheiden worden.

Door de op de druppeltjes inwerkende krachten, met name de zwaartekracht en krachten (zogehete 'drag forces') van het langsstromende fluïdum bewegen de druppels in het coalescentiemedium. Zij groeien hierbij ook, doordat druppels op het coalescentiemedium met elkaar coalesceren.

uiteindelijk vloeien of vallen de verzamelde en gecoalesceerde druppels aan de stroomafwaartse zijde van het coalescentiemedium van het coalescentiemedium, zodat zij opgevangen kunnen worden, en de vloeistof verwijderd, of eventueel hergebruikt, kan worden, en het gas gezuiverd is.

Dergelijke inrichtingen hebben als nadeel dat de gehele behuizing uit elkaar gehaald dient te worden om de patroon te vervangen, wat arbeidsintensief is en een zekere expertise vraagt.

Ook kan een relatief grote hoeveelheid vloeistof zich ophopen in het coalescentiemedium, waardoor de drukval over de inrichting hoog wordt, met bijbehorend energieverlies tot gevolg.

Tevens kan reeds verzamelde vloeistof door het langsstromende gas aan zodanige krachten worden blootgesteld dat druppeltjes zich afscheiden en weer met de gasstroom meestromen. Dit staat ook bekend als re-entrainment.

>*

Een verder nadeel is dat in traditionele inrichtingen coalescentielagen met verschillende eigenschappen, en/of adsorptielagen voor gasvormige componenten, niet gemakkelijk in één behuizing gecombineerd kunnen worden, en er in de praktijk dus diverse inrichtingen achter elkaar gebruikt dienen te worden.

Ook het vervaardigen van cilindrische patronen zonder dat er lekken optreden, is niet vanzelfsprekend, en dient dus met aandacht te gebeuren.

Een verder nadeel is dat het opslaan van deze patronen door hun vorm relatief veel plaats inneemt.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels uit een gasstroom, welke inrichting een behuizing omvat met een kanaal met aan één uiteinde een gasinlaat en aan het andere uiteinde een gasuitlaat, en welke inrichting minstens één laag coa les cent iemedium omvat en minstens één vloeistofuitlaat omvat die stroomafwaarts van de laag coalescentiemedium op het kanaal aansluit, waarbij de laag coalescentiemedium het kanaal volledig overspant en waarbij de laag coalescentiemedium zich zodanig uitstrekt dat zij een ongeassisteerde afstroomrichting heeft die minstens gedeeltelijk samenvalt met de plaatselijke ongehinderde stroomrichting van gas dat van de gasinlaat naar de gasuitlaat stroomt.^

Hierbij is de ongeassisteerde afstroomrichting' de richting waarin een vloeistof van een oppervlak zou afstromen onder invloed van zwaartekracht alleen, dus bij afwezigheid van een gasstroom.

Het is duidelijk dat in een inrichting volgens de uitvinding de ongeassisteerde afstroomrichting van een laag coalescentiemedium afhangt van de vorm van de laag coalescentiemedium, de oriëntatie die deze laag in de behuizing heeft, en de montage-oriëntatie van de behuizing in een installatie.

De plaatselijke ongehinderde stroomrichting van gas dat van de gasinlaat naar de gasuitlaat stroomt is de stroomrichting die gas in het kanaal tussen gasinlaat en gasuitlaat tijdens gebruik van de inrichting zou hebben als er geen lagen coalescentiemedium en/of andere stroomrichting-veranderende elementen in het kanaal aanwezig zouden zijn.

Deze volgt ook bij een niet in gebruik zijnde inrichting in de meeste gevallen simpelweg uit de geometrie van het kanaal, en kan bij complexere geometrieën met hoge nauwkeurigheid door middel van CFD-berekeningen benaderd worden.

Het voordeel van de uitvinding is dat de gasstroom. op deze manier de snelle afstroming van verzamelde vloeistof bevordert, doordat de gasstroom de vloeistof in de gewenste richting duwt.

Hierdoor is er tijdens de werking minder vloeistof aanwezig op de laag of lagen coalescentiemedium, waardoor de drukval over de laag of lagen en het risico op re-entrainment van de vloeistof lager zijn.

Bij voorkeur heeft de laag coalescentiemedium een zodanige oriëntatie en vorm dat deze overal, dus over zijn volledige oppervlak, een dergelijke ongeassisteerde afstroomrichting heeft.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt het kanaal minimaal deels begrensd door de behuizing en heeft de doorsnede van het kanaal dwars op de stroomrichting van het gas bijvoorbeeld een rechthoekige, vierkante of ronde vorm.

Hierdoor kunnen bijvoorbeeld eenvoudigweg rechthoekige . patronen worden gebruikt die goedkoop te vervaardigen en compact op te slaan zijn.

In een verdere voorkeurdragende uitvoeringsvorm is de inrichting zodanig gemonteerd dat de vloeistofuitlaat zich bevindt in de wand die naar beneden gericht is, en twee andere wanden een verticale oriëntatie hebben.

Hierdoor kan de vloeistof over het gehele oppervlak van de laag ongehinderd helemaal naar beneden stromen, wat de snelle afvoer van verzamelde vloeistof bevordert.

Voor een optimale werking is de kleinste hoék tussen de ongeassisteerde afstroomrichting van de laag coalescentiemedium en de plaatselijke ongehinderde stroomrichting van het gas gelegen tussen 20° en 70° graden, en bij voorkeur tussen 40° en 50° graden, doch, dit is volgens de uitvinding geen vereiste.

In voorkeurdragende uitvoeringsvormen is het kanaal een recht kanaal en/of is de stromingsrichting in de gasinlaat en gasuitlaat parallel met de lengterichting van het kanaal.

Op deze manier wordt zo weinig mogelijk energieverlies door de inrichting veroorzaakt door nodeloze drukval..

Ook om deze reden liggen bij voorkeur de gasinlaat en de gasuitlaat in hetzelfde horizontale vlak. Er hoeven dan geen pijpen met bochten voorzien te worden om de inrichting op de rest van een installatie waarin deze dient te werken, aan te sluiten.

In een verdere voorkeurdragende uitvoeringsvorm zijn in het kanaal twee of meer, op een afstand van elkaar gelegen, lagen coalescentiemedium aanwezig, die elkaar bij voorkeur niet raken, die bij voorkeur zijn ingericht om onderling verschillende druppelgroottes uit de stroom gas te verwijderen, waarbij een laag coalescentiemedium die is ingericht voor het verwijderen van grotere druppels, stroomopwaarts is gepositioneerd van een laag coalescentiemedium ,di-e is ingericht voor het verwijderen van kleinere druppels.

Op deze manier kan een betere balans tussen drukval en afscheidingsefficiëntie van de inrichting verkregen worden.

Wanneer in het kanaal, stroomafwaarts van de laag of de lagen coalescentiemedium, een laag actief coalescentiemedium is opgenomen om gasvormige moleculen selectief uit het gas te verwijderen, wordt de inrichting tevens geschikt voor de selectieve verwijdering van ongewenste gasvormige moleculen uit de gasstroom.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een inrichting volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch en in doorsnede een inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 het in figuur 1 met F2 aangeduide deel op grotere schaal weergeeft; figuur 3 een variant van een inrichting volgens de uitvinding weergeeft; en figuur 4 een andere variant van de inrichting volgens de uitvinding weergeeft.

De in figuur 1 weergegeven inrichting 1 bestaat uit een buisvormige behuizing 2 met een gasinlaat 3 en een gasuitlaat 4.

De gasinlaat 3 en gasuitlaat 4 vormen de uiteinden van een door de behuizing 2 gevormd kanaal 5. De binnenkant van de behuizing 2 is hiertoe, in dit geval, doch niet noodzakelijk, zodanig gevormd dat het kanaal 5 een rechthoekige doorsnede heeft in het vlak haaks op de lengteas AA' van het kanaal 5.

In het kanaal 5, zijn in dit geval drie vlakke lagen coalescentiemedium 6, 7 en 8 aangebracht die het kanaal 5 volledig overspannen. Volgens de uitvinding volstaat het reeds dat slechts één laag coalescentiemedium 6 wordt toegepast, doch, het voorzien van twee of meer lagen coalescentiemedium valt eveneens binnen de draagwijdte van de onderhavige uitvinding. .....

De stukken coalescentiemedium waaruit deze lagen 6, 7 en 8 gevormd zijn, zijn in dit geval ook rechthoekig van vorm, zodat zij goed in het kanaal 5 passen. Bij voorkeur is de vorm van zulke stukken immers complementair aan de vorm van het kanaal 5.

Het coalescentiemedium bestaat uit een veelheid van obstructies waarbij, door de aard, vorm en het aantal van de obstructies doorlaten tussen deze obstructies worden gevormd.

Een dergelijk coalescentiemedium kan bijvoorbeeld een gaas, een geweven, of een al dan niet geweven laag textiel, papier, een vilt,. glasvezel, polypropyleen (PP) of dergelijke zijn. Ook een gesinterde laag, of een laag actieve kool is mogelijk.

De lagen 6, 7 en 8 kunnen ook opgebouwd zijn uit samenstellende laagjes van de bovengenoemde en andere materialen, die elk een verschillende functie hebben.

Deze lagen 6, 7 en 8 worden, hoewel in dit voorbeeld bestaande uit flexibel materiaal, door middel van verstevigingsconstructies, bijvoorbeeld een kader voor iedere laag 6, 7 en 8 recht gehouden.

De lagen 6, 7, 8 zijn zodanig opgebouwd dat de laag 6 die zich het dichtst bij de gasinlaat 3 bevindt, bedoeld is om grotere druppels op te vangen, bijvoorbeeld doordat deze relatief grote doorlaten heeft, terwijl de laag 8 die zich het dichtst bij de gasuitlaat 4 bevindt, bedoeld is om de fijnste druppels op te vangen, bijvoorbeeld doordat deze relatief kleine doorlaten heeft, terwijl de tussengelegen laag 7 bedoeld is druppels van een tussenformaat op te vangen.

De lagen 6, 7 en 8 zijn zodanig gemonteerd in de behuizing 2 dat zij een hoek α van 45° vormen met de lengteas AA' van de behuizing, die in dit specifieke voorbeeld maar niet noodzakelijk, samenvalt met de kortste lijn tussen de gasinlaat 3 en de gasuitlaat 4.

In de behuizing 2 zijn vloeistofuitlaten 9 aangebracht, waarbij er in dit geval één vloeistofuitlaat 9 is per laag coalescentiemedium 6, 7 en 8. De bij een bepaalde laag 6, 7 en 8 horende vloeistofuitlaat 9 is aangebracht in die wand van het kanaal 5 waar de betreffende laag 6, 7, 8 het dichtst bij de gasuitlaat 4 bevestigd is, en op een positie ten opzichte van de laag 6, 7, 8, die aan de zijde van de gasuitlaat 4 ligt.

De werking van de inrichting 1 is als volgt, en wordt geïllustreerd aan de hand van figuur 2.

De inrichting wordt met zijn lengteas AA' in horizontale stand gemonteerd, met de vloeistofuitlaten 9 naar beneden gericht. Twee overstaande wanden van het kanaal 5 bevinden zich, in dit voorbeeld, in verticale oriëntatie om een ongehinderde afstroming van verzamelde vloeistof te verkrijgen.

De hoek van de ongeassisteerde af stroomrichting D van de lagen 6, 7 en 8 met een horizontale lijn is nu gelijk aan α. Indien de inrichting 1 met zijn lengteas AA' in niet-horizontale richting gemonteerd wordt, is de ongeassisteerde afstroomrichting D afwijkend van a.

Een met vloeistofdruppels 10 beladen gasstroom, bijvoorbeeld een van een compressor komende stroom perslucht die een mist van fijne oliedruppels, bijvoorbeeld afkomstig van de smering van de compressor, bevat, wordt de inrichting 1 in geleid. Deze gasstroom stroomt door het kanaal 5 naar de gasuitlaat 4, waar de gasstroom de inrichting 1 wederom verlaat.

>*·'

Tijdens zijn passage door het kanaal 5 stroomt de gasstroom achtereenvolgens door de lagen coalescentiemedium 6, 7 en 8.

Door middel van deze lagen 6, 7, 8 worden vloeistofdruppels 10 die door de gasstroom meegevoerd worden, uit de gasstroom verwijderd, waarbij de grotere druppels 10 verwijderd worden in laag 6, en de lagen 7 en 8 achtereenvolgens fijnere druppels verwijderen.

Dit is voor laag 6 getoond in figuur 2, hoewel de andere lagen 7 en 8 een gelijkaardige werking hebben.

Dit verwijderen gebeurt doordat vloeistofdruppels 10 tegen de obstructies, waaruit het coalescentiemedium van laag 6 gevormd wordt, botsen en daaraan kleven. Zij worden vervolgens door de meesleurkrachten die er door het, door het coalescentiemedium stromende, gas op worden uitgeoefend, voortgeduwd naar het naar de uitlaat gerichte oppervlak 11 van de lagen 6, en tegelijkertijd richting de vloeistofuitlaat 9 geduwd.

Hierbij dient opgemerkt te worden dat de laag 6, afhankelijk van de aard en dikte, een hoog percentage van de druppels 10 zal verwijderen, maar dat een klein deel, vooral van de fijnere druppels 10, niet afgevangen wordt. Van dit deel wordt echter weer een hoog percentage afgevangen door de volgende lagen 7 en 8,

Gedurende hun passage door laag 6 en op het oppervlak 11 wordt de gemiddelde ^druppelgrootte groter door coalescentie van opgevangen vloeistofdruppels 10 totdat zij gecoaguleerde druppels 12 vormen.

De gecoalesceerde druppels 12 stromen nu langs het oppervlak 11 naar beneden naar de vloeistofuitlaat 9, waarlangs zij uit de inrichting 1 verwijderd worden.

De stroming van de druppels, zowel de niet-gecoaleceerde vloeistofdruppels 10, als de gecoalesceerde druppels 12, als de deels gecoaguleerde druppels, zowel op het oppervlak 11, als in de laag coalescentiemedium 6, wordt hierbij veroorzaakt door de zwaartekracht G op de vloeistof, en door de mees leur kracht F die de door de laag 6 stromende gasstroom, in dezelfde richting als meesleurkracht F, op de druppels uitoefent.

Deze krachten oefenen samen een netto-kracht N uit op de druppels 12, die groter is dan alleen de zwaartekracht, en die afhankelijk van de precieze omstandigheden, vele malen groter kan zijn.

De ongeassisteerde afstroomrichting D valt deels samen met de stroomrichting van het gas, en daardoor met de meesleurkracht F. Dat wil in mathematische termen zeggen dat de vector die ongeassisteerde afstroomrichting D weergeeft in twee componenten (D' en D'' ) gesplitst kan worden, waarvan er één (D' ) dezelfde richting heeft als stroomrichting van het gas, die tevens de richting is van de meesleurkracht F. Dit is weergegeven in figuur 2.

Hierdoor ondersteunt de meesleurkracht F de snelle doorstroming van de vloeistof door de laag 6, en de afstroming van de vloeistof vanaf het oppervlak 11 van de laag coalescentiemedium 6, en wordt aldus een snellere afvoer naar de vloeistofuitlaat 9 verkregen, met minder kans dat vanuit de vloeistof opnieuw druppels gevormd worden die met het gas meegesleurd worden (re-entrainment) en met een lagere drukval over de laag coalescentiemedium 6 tot gevolg.

De in figuur 3 weergeven variant van de inrichting 1 wijkt van de bovenbeschreven uitvoeringsvorm af doordat er aanvullend een actieve filterlaag 13 voorzien is, en doordat de hoek α groter is, namelijk 60°.

Deze filterlaag 13 is minimaal deels gemaakt van materiaal dat gasmoleculen selectief kan adsorberen en/of absorberen, bijvoorbeeld actieve kool, silica of dergelijke.

De werking van deze uitvoeringsvorm is grotendeels gelijk aan die van de bovenbeschreven uitvoeringsvorm met de volgende verschillen.

Het gas dat de meest stroomafwaarts gelegen laag coalescentiemedium 8 heeft verlaten, wordt nog door de actieve filterlaag 13 geleid, voordat het gas door de gasuitlaat de behuizing 2 verlaat.

Eventueel in het gas aanwezige gasvormige moleculen die verwijderd dienen te worden, bijvoorbeeld gasvormige oliemoleculen, worden hierbij door de actieve filterlaag 13 geadsorbeerd, en uit het gas verwijderd.

De in figuur 4 weergegeven variant van de inrichting 1 wijkt van de uitvoeringsvorm van figuur 1 af doordat de behuizing 2 een andere vorm heeft, en doordat de gasinlaat 3 en de gasinlaat 4 niet in hetzelfde horizontale vlak liggen.

Hierdoor is de stroomrichting H van het gas in het kanaal enigszins naar boven gericht, waarbij deze nog steeds deels samenvalt met de ongeassisteerde afstroomrichting D van lagen coalescentiemedium 6, 7 en 8.

Inrichtingen volgens de uitvinding kunnen gemaakt worden met elk aantal lagen coalescentiemedium, elke hoek a, en kunnen in elke oriëntatie gemonteerd worden, zolang de afstroomrichting D van het oppervlak 11 minimaal deels overeenkomt met de voorziene richting van de gasstroom en de vloeistofuitlaten 9 zich bij benadering onder de erbij horende lagen coalescentiemedium bevinden.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels uit een stroom gas volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1. Inrichting voor het verwijderen en afvoeren van vloeistofdruppels (10) uit een gasstroom, welke inrichting een behuizing (2) omvat met een kanaal (5) met aan één uiteinde een gasinlaat (3) en aan het andere uiteinde een gasuitlaat (4) , welke inrichting (1) minstens één laag coalescentiemedium (6) omvat en minstens één vloeistofuitlaat (9) omvat die stroomafwaarts van de laag coalescentiemedium (6) op het kanaal (5) aansluit, waarbij de laag coalescentiemedium (6) het kanaal (5) volledig overspant, daardoor gekenmerkt dat de laag coalescentiemedium (6) zich zodanig uitstrekt dat zij een ongeassisteerde afstroomrichting (D) heeft die minstens gedeeltelijk samenvalt met de plaatselijke ongehinderde stroomrichting van gas dat van de gasinlaat (3) naar de gasuitlaat (4) stroomt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de laag coalescentiemedium (6) zich zodanig uitstrekt dat . deze overal een ongeassisteerde afstroomrichting (D) heeft die een component heeft die samenvalt met de plaatselijke ongehinderde stroomrichting van gas dat van de gasinlaat

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat het kanaal (5) minstens deels begrensd wordt door de behuizing (2); en dat de doorsnede van het kanaal (5) dwars op de stroomrichting van gas dat van de gasinlaat (3) naar de gasuitlaat (4) stroomt een rechthoekige of vierkante vorm heeft. >*

4. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het kanaal (5) een recht kanaal is.

5. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de stromings richting in de gasinlaat (3) en in de gasuitlaat (4) parallel is met de lengterichting (A) van het kanaal (5).

6. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de gasinlaat (3) en de gasuitlaat (4) in hetzelfde horizontale vlak liggen.

7. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat deze zodanig gemonteerd is dat de vloeistof uitlaat (9) zich bevindt in de wand die naar beneden gericht is, en twee andere wanden een verticale oriëntatie hebben.

8. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het kanaal (5) twee of meer, op een afstand van elkaar gelegen, lagen coalescentiemedium (6, 7 en 8) aanwezig zijn.

9. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het kanaal (5) twee of meer, elkaar niet rakende, lagen coalescentiemedium (6, 7 en 8) aanwezig zijn.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, daardoor gekenmerkt dat de afzonderlijke lagen coalescentiemedium (6, 7, 8) ingericht zijn om onderling verschillende druppelgroottes uit de stroom gas te verwijderen, waarbij een laag coalescentiemedium (6) die is ingericht voor het verwijderen van grotere druppels stroomopwaarts is gepositioneerd van een laag coalescentiemedium die is ingericht voor het verwijderen van kleinere druppels (8).

11. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies 8 tot 10, daardoor gekenmerkt dat stroomafwaarts van iedere laag coalescentiemedium (6, 7, 8) een afzonderlijke vloeistofuitlaat (9) op het kanaal (5) aansluit.

12. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies daardoor gekenmerkt dat iedere vloeistofuitlaat (9) zodanig gepositioneerd is dat deze vloeistof kan ontvangen die van de laag coalescentiemedium (6, 7, 8) direct stroomopwaarts van de vloeistofuitlaat (9) stroomt.

13. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het kanaal (5) , stroomafwaarts van de laag of de lagen coalescentiemedium(6, 7, 8), een laag (13) is opgenomen om gasvormige moleculen selectief uit het gas te verwijderen.

14. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het een inrichting is voor het verwijderen en af voer en van olie in de vorm van een mist van oliedruppels en eventueel aanvullend in de vorm van gasvormige oliemoleculen, uit een stroom perslucht.