Vorrichtung zum Vermischen von Flüssigkeiten mit Gasen
Es ist bekannt, Flüssigkeiten und Gase dadurch miteinander zu vermischen, dass das Gas mit relativ grosser Geschwindigkeit über eine Austritts öffnung geleitet wird, durch welche die Flüssigkeit in das strömende Gas gelangt und dort vernebelt wird. Die Homogenität der Mischung der beiden Medien ist wesentlich vom Grad der Zerteilung des flüssigen Mediums, d. h. von der Grösse der flüssigen Partikel im Nebel abhängig.
Die möglichst feine Verteilung eines flüssigen in einem gasförmigen Medium ist auf viclen technischen Anwendungsgebieten von grosser Wichtigkeit.
Dabei kann das Ziel sowohl darin bestehen, dass man die Medien miteinander in möglichst enge Wechselwirkung bringt um einen physikalischen oder chemischen Vorgang (Umsetzung, Adsorption und dergleichen) zu erzielen, oder um den Zustand eines der beiden Medien durch das andere zu ver ändern (Verdampfung, Befeuchtung und dergleichen).
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei konvergierende und divergierende Flächen, die relativ zueinander beweglich sind und in einem Strömungskanal für das Gas eine durch die relative Bewegung der Flächen veränderliche engste Steile bilden, und durch Zuleitungsorgane, welche die Flüssigkeit über eine Überströmkante durch mindestens eine spaltförmige Öffnung auf mindestens einer der konvergierenden Flächen filmartig verteilen, wobei bei mindestens einer der konvergierenden und divergierenden Flächen der Übergang vom konvergierenden zum divergierenden Flächenteil durch eine Kante gebildet ist, um die Flüssigkeit im Diffusorteil unter der Wirkung des strömenden Gases zu vernebeln.
Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Mischvorrichtung mit zwei Düsenkörpern,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer rotationssymmetrischen Ausführung der erfindungsgemässen Mischvorrichtung, und
Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Entstaubungsanlage.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 die beiden Flächen 11 und 12, welche in einem Strömungskanal 3 gegeneinander konvergieren, als Teile der Düsenkörper 13 und 14. Im Strömungskanal 3 wird das Gas oder Gasgemisch von oben nach unten in Richtung des Pfeiles geführt. Die Fläche 12 ist mit dem Düsenkörper 14 in Richtung des Doppelpfeiles parallel verschiebbar und bildet dadurch mit der Fläche 11 eine veränderliche Querschnittsverengung 18 im Strömungskanal 3, dessen Vorderwand der Deutlichkeit halber weggebrochen ist. Die Kammern 19 und 20 werden durch nicht dargestellte Zuleitungen mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, versorgt. Die Flüssigkeit strömt über die Kanten 22 bzw. 23 auf die Flächen 11 bzw. 12 und bildet auf diesen Flüssigkeitsfilme. Die Leitflächen 21 bzw. 24 sichern die Oleichmässigkeit der Filme an den Austrittsstellen.
Der an der Fläche 11 bzw. 12 nach unten strömende Flüssigkeitsfilm wird durch das Gas in der Zone der Querschnittsverengung oder des Düsenspaltes 18 unter der Einwirkung der dort herrschenden turbulenten Gasströmung vernebelt. Der Grad der Verneblung, d. h. Grösse und Grössenverteilung der zerstäubten Flüssigkeitstropfen ist wesentlich durch Ausmass und Turbulenz der turbulenten Zone um und nach der Querschnittsverengung bestimmt. Im Raum unmittelbar unterhalb der Querschnittsverengung 18 ist das Gas bzw. Gasgemisch mit der vernebelten Flüssigkeit vermischt. Es ist zu betonen, dass grundsätzlich auch mit einem einzigen Flüs sigkeitsfiim gearbeitet werden kann, so dass einer der Düsenkörper keine entsprechenden Mittel, wie Kammer, Zuleitung und Austritt aufweisen muss.
Je nach Verwendungszweck der Mischvorrichtung folgt nun in Richtung des ab strömenden Gases ein Verbraucher für das Luftgasgemisch bzw. eine Trennzone, in welcher die Flüssigkeit beispielsweise unter Wirkung eines Schwerefeldes (Beruhigungskammer, Zyklon) aus dem Gas abgeschieden wird.
Zwischen dem beweglichen Düsenkörper 14 und der Wand 17 des Strömungskanales werden mit Vorteil entsprechende Dichtungen 15 16 vorgesehen.
Das durch die Vorrichtung mit entsprechend grosser Geschwindigkeit strömende Gas vernebelt die über die Kante 25 des Düsenkörpers 13 strömende Flüssigkeit mindestens zum Teil. Der über die Kante 26 des Düsenkörpers 14 strömende Flüssigkeitsfilm wird ebenfalls mindestens teilweise vernebelt. Die Turbulenzzone beginnt etwa an der Kante 25 und erstreckt sich nach unten bis in den Raum 27 unterhalb der Kante 26. Durch Regelung der Flüssigkeitszufuhr ist es möglich, die Wände 28, 29 des Strömungskanals mit nach unten strömender Flüssigkeit zu bedecken, was besonders für die Verwendung der Vorrichtung zur Entstaubung wegen der Möglichkeit allenfalls auftretende Feststoffabsetzungen mitzureissen, von Bedeutung ist.
Es ist zu betonen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht auf Strömungskanäle mit viereckigem bzw. rechtwinkligem Querschnitt beschränkt ist. Man kann beispielsweise die Düsenkörper ringförmig ausbilden und koaxial anordnen, so dass sich ein ringförmiger Düsenspalt ergibt.
Diese konstruktionsmässig und in ihrer Wirkungsweise besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Mischvorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist der eine Düsenkörper 30 in einem Strömungskanal 32 mit kreisförmigem bzw. ringförmigem Querschnitt fest mit der Aussenwand des Strömungskanales 32 verbunden bzw. bildet einen Teil dieser Wand. Der andere Düsenkörper 31 kann dann rotations-symmetrisch beispielsweise in Form eines in den Richtungen des Doppelpfeiles beweglichen Doppelkonus ausgebildet sein und koaxial mit dem äusseren Düsenkörper 30 im Strömungskanal liegen.
Aus der in Form eines ringförmigen Kanals ausgebildeten Kammer 33 tritt die Flüssigkeit durch den Spalt 34 in den Strömungskanal, strömt an der Fläche 35 nach unten und wird in der Zone der Querschnittsverengung 36 mit dem von oben nach unten strömenden Gas unter mindestens teilweiser Verneblung der Flüssigkeit vermischt.
Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Entstaubung von Gasen wird der Gasstrom vorzugsweise schraubenlinienförmig um die Achse A-A nach unten strömend geleitet, wobei der Raum 37 in einen Zyklon übergeht. In dem Zyklon trennt sich das rotierende Gas von der Flüssigkeit und wird durch das Rohr 38 in Richtung der Pfeile nach oben abgeleitet. Die im staubhaltigen Gasstrom vernebelte Flüssigkeit bindet in der durch die Querschnittsverengung 36 erzeugten turbulenten Mischzone einen grossen Teil der im Gas als Staub enthaltenen Feststoffe, welche dann zusammen mit der Flüssigkeit aus dem Gas abgeschieden werden können.
Die zu vernebelnde Flüssigkeit kann so in die ringförmige Kammer 33 eingeleitet werden, dass sie um die Achse A-A rotiert. Dies ist durch die konkave Oberfläche der Flüssigkeit in Fig. 2 angedeutet. Der Vorteil dieser Betriebsart besteht darin, dass beim Entstauben von Gas auch ein feststoffhaltiges Wasser verwendet werden kann, wobei Absetzungen der Feststoffteile in der Kammer 33 ausgeschlossen sind.
Fig. 3 zeigt die Anordnung einer erfindungsgemässen Mischvorrichtung in einer Entstaubungsanlage. Das zu entstaubende Gas wird in den Raum 39 eingeführt und strömt nach unten durch die von den beiden Düsenkörpern 40, 41 begrenzte Querschnittsverengung 42. Der Düsenkörper 40 ist in Richtung des Doppelpfeiles beweglich und ermöglicht die Veränderung der Querschnittsverengung 42. Die beiden konvergierenden Flächen 43, 44 werden durch die Kammern 45, 46 mit Wasser versorgt das filmartig an diesen Flächen nach unten strömt und mindestens teilweise durch den Gasstrom vernebelt wird. Im Raum 47 findet eine intensive Durchmischung des staubhaltigen Gases mit dem versprühten bzw. vernebelten Wasser statt, wobei das Wasser den Hauptteil des Staubes bindet.
In der Beruhi gungs- bzw. Trennkammer 48 setzt sich das staubhaltige Wasser ab und wird durch den Schmutzwasserablauf 49 abgeführt. Das entstaubte Gas strömt durch den Reingasaustritt 50 ab. Um eine vollständige Erfassung des zu entstaubenden Gases zu gewährleisten, ist der bewegliche Düsenkörper 40 mit den Dichtungen 51 versehen.
Ein wesentlicher Vorteil der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Mischvorrichtung besteht darin, dass durch Veränderung der Querschnittsverengung die Vermischungswirkung auch bei wechselndem Gasdurchsatz gleichmässig gehalten werden kann. Dabei ist es selbstverständlich gleichgültig, ob diese Veränderung der Querschnittsverengung durch die Bewegung eines oder beider Düsenkörper bewirkt wird und ob die Düsenkörper parallel oder quer zur Strömungsrichtung bewegt werden. Auch die Formgebung der Düsenkörper kann verschieden ausgeführt sein und neben den in den Fig. 1-3 gezeigten bevorzugten dreieckigen Querschnitten sind auch andere polygonale Ausbildungen möglich.
Die Form der Querschnittsverengung bzw. der Düsenspalt kann, bezogen auf die Längsachse des Strömungskanals horizontal oder schräg verlaufen.
Man kann auch zur Verstärkung der Wirkung der Vorrichtung mehrere gleich- oder verschiedenartig ausgebildete Mischvorrichtungen hintereinander anordnen. Zur Erhöhung der Turbulenz können an geeigneten Stellen der Vorrichtung Hilfsmittel, wie z. B. Turbulenzringe, angeordnet sein. Gute Mischungsergebnisse können in jedem Fall durch Anpassung der konstruktiven Ausführung an ein gegebenes Problem erzielt werden.
Gemäss einem bevorzugten Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Mischvorrichtung bei der Entstaubung von Gas oder Gasgemisch, wird der zu entstaubende Gasstrom über die filmartig strömende, zur Entstaubung verwendete Flüssigkeit geleitet, wobei in einer Mischzone das zu entstaubende Gas die Flüssigkeit vernebelt und wobei die Flüssigkeit, die im Gas enthaltenen Feststoffteile praktisch vollständig bindet, so dass bei Abtrennung der Flüssigkeit aus dem Gas eine Entstaubung des Gases erfolgt. tiberraschenderweise hat es sich gezeigt, dass die Entstaubung eines Gases mit Wasser dann besonders wirkungsvoll und wirtschaftlich ist, wenn das Wasser bei der Entstaubung rezirkuliert wird, d. h. dass im Wasser stets Feststoffteile enthalten sind.
Die Schwierigkeit der Durchführung der Entstaubung unter Rezirkulation des staubhaltigen Wassers besteht darin, die Absetzung des Feststoffes aus dem Wasser zu verhindern. Dies kann mittels der in Fig. 3 beschriebenen rotations-symmetrischen Ausführung der erfindungsgemässen Mischvorrichtung ohne weiteres erreicht werden.
Die erfindungsgemässen Mischvorrichtungen ermöglichen den Bau relativ kleiner Entstaubungsanlagen, was insbesondere bei der Entstaubung von Abgasen aus Elektroöfen mit mehreren Elektroden vorteilhaft ist. In diesem Fall können zu jedem Ofen mehrere Entstauberanlagen nebeneinander betrieben werden, wobei durch Regelung der Absaugleistung die Strömungsbedingungen an jeder Gasentnahmestelle am Ofen auf einem optimalen Wert gehalten werden können.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der beschriebenen Mischvorrichtungen bei der Entstaubung von Gas besteht darin, dass durch eine entsprechende Regelung des Strömungsquerschnittes an der Querschnittsverengung auch bei wechselnder Gasmenge konstante Geschwindigkeiten erzielt werden können, so dass eine Veränderung des Wirkungsgrades bei wechselnden Betriebsbedingungen vermieden wird.
Zur Bewegung des Gases durch die Vorrichtung sind die bekannten Fördereinrichtungen geeignet.
Diese Einrichtungen können im Gas strom vor oder hinter der erfindungsgemässen Mischvorrichtung liegen.