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Verfahren und Vorrichtung zum uscheiden von festen oder flüssigen
Teilchen aus einem strömenden Trägermedium.
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Für das Auswaschen von Staub und Aerosolen aus Gasen verwendet man
in der Technik vielfach Venturi-Strömungsvorrichtungen nach 1DP 970 433/12 e'oder
auch Xenturi-Stromungsapparate anderer Konstruktionen. Lin Venturi-Wascher oder
Venturi-Serubber nach DP 970 433 arbeitet wie folgt: Im konvergenten Teil des Venturis
wird das zu reinigende Gas auf eine Geschwindigkeit zwischen 60 und 2u0 m/sek. beschleunigt.
kiese Maximal-Geschwindigkeit erreicht das Gas in der sorgenannten Kehle, dem engsten
Querschnitt des Venturis. @ier erfolgt etwa vorzugsweise quer zum Gasstrom die Eindüsung
der Waschflüssi0keit, und zwar vifu meistens Wasser durch Düsen. oder einen Spalt
in der Wand eingef@@rt.
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Beim Aufprall des Gases auf das eingedüste Wasser erfolgt der hauptsächliche
Wascheffekt. Es findet hierbei ein Energieaustausch zwischen Gas und Plüssigkeit
statt, bei dem zwangsläufig die Flüssigkeit auf eine Geschwindigkeit beschleunigt
wird= die nur dicht unter der maximalen Gasgeschwindigkeit in der Kehle liegt. Im
anschliessenden Diffusor wird das Gas stark verzögert, wobei ein Druckrückgewinn
erfolgt, während die Waschmitteltropfen ihrer grösseren Dichte nur wenig abgebremst
werden und somit am Austritt des Venturi-Scrubbers eine Geschwindigkeit haben, die
weit über der Gasgeschwindigkeit liegt. In dieser hohen Tropfengeschwindigkeit findet
sich der Hauptanteil der für den Wasohprozess aufgewendeten Energie. Um die Waschflüssigkeit,
die hauptsächlich tropfenförmig in dem Gas enthalten ist, abzuscheiden, muss ein
Separator stets nachgeschaltet werden. Bisher verwendete man dazu üblicherweise
Zyklone oder Turbinenschaufel-Separatoren. Bei den grossen in der Technik vorkommenden
Gasmengen bis zu ca. 400.000 m3/h, die in einer Einheit gereinigt werden müssen,
ergeben sich jedoch sehr grosse Separator-Dimensionen, so dass man bald an der Grenze
ihrer Wirksamkeit angelangt war.
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Bekanntlich kann der Durchmesser eines Fliehkraftabscheiders in Zyklonbauart
nicht beliebig vergrössert werden, da dann die radialen Teilchenwege zu gross werden,
um eine wirksame Abscheidung von Tropfen bde-rfesten Partikeln zu erreichone Diese
Schwierigkeiten werden nach der Erfindung überwunde Nach der erfindung ist ein Verfahren
zum Abscheiden ven
festen oder flüssigen Teilchen aus einem strömenden
Trägermedium dadurch gekennzeichnet, dass durch Beschleunigen und Verzögern des
Mediums in einem Venturi-Scrubber, -Rohr oder dergleichen, den Teilchen eine gegenüber
dem Medium erheblich höhere Geschwindigkeit gegeben wird, die die Fliehkraft zur
Abscheidung der Teilchen in einem unmittelbar anschliessenden Krümmer-Abscheider
wesentlich erhöht.
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Eine Vorrichtung zum Abscheiden von festen oder flüssigen Teilchen
aus einem strömenden Trägermedium ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass einem an sich bekannten Venturi-Scrubber oder ähnlichem ein achsengleich angeströmter
Abscheider unmittelbar nachgeschaltet ist.
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In dem Krümmer-Abscheider sind nach der Erfindung æweckmässig Leitflächen
und Fangvorrichtungen angeordnet, und letztere sind nahe dem Ende der zugeordneten
Krümmerwandungen bzw. Leitflächen angeordnet und umgreifen vorzugsweise das Ende
der Leitflächen. Alle Fangvorrichtungen des Krümmer-Abscheiders sind etwa längs
eines Querschnittes durch den Krümmeraustritt angeordnet und führen zu einem gemeinsamen
Austrat. liach einer vorteilhaften, jedoch an sich bekannten Weiterbildung werden
die Leitflächen und die Fangvorrichtungen sowie die Ableitungen oder nur ein Teil
der genannten Ein- und Anbauten oder auch der gesamte Krümmer in Vibration versetzt,
derart, dass abgeschiedener Staub oder andere Medien entsprechend dem Anfall abfliessen
können.
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Die Erfindung wird naahatehend anhand von Äusfiihrungs beispielen
mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Venturi-Scrubber mit einem
nachgeschalteten Krümmer-Separator, der als Abscheider ausgebildet ist, Fig. 2 einen
Krümmer mit rechteckigem oder quadratischon Querschnitt, Fig. 3 einen Krümmer mit
senkrecht stehenden Fangblechen, Fig. 4 einen Krümmer mit rundem Querschnitt0 Das
durch Venturi-Scrubber und Krümmer hindurchströmende Medium bewegt sich in Pfeilrichtung.
Bas in den Krümmer einströmende Medium trifft auf ein oder mehrere ifeitbleche 2,
an deren in der Strömungsrichtung liegenden Enden sich je ein Fangblech 3 befindet.
Dieses kann einen rechteckigen oder runden Querschnitt haben. Ausserdem befindet
sich ein Fangblech 4 an der oberen Wand des Krümmers und ein weiteres Fangblech
5 an der unteren Krümmerwand. Die Seitenwände des krümmers können auch mit entsprechenden
senkrecht stehenden Fangblechen 6 ausgerüstet sein.
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Gelangt ein mit Blüssigkeitstropfen beladener Gasstrom, in dem durch
Beschleunigen und Verzögern des Mediums in einem Venturi-Ecrubber den Teilchen eine
gegenüber dem Medium erheblich höhere Geschwindigkeit gegeben ist, in einen derart
ausgebildeten Krümmer, so werden die Tröpfchen infolge der ihnen innewohnenden grossen
kinetischen Energie und der Fliehkraft auf die Leitbleche 2 geschleudert und auch
auf die untere Wand des Krümmers und fliessen dort als Flüssigkeitsfilm in Richtung
des Gasstromes ab.
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Gerade die Tatsache, dass die Flüssigkeitstropfen im Gas eine wesentlich
grössere Geschwindigkeit haben als das Gas selbst, hat zur Folge, dass ein Krümmer-Separator
nach der Erfindung besonders gut arbeitet Die gegenüber dem Gas grössere Geschwindigkeit
der Tropfen erklärt sich wie folgt: Im ivergierenden Teil des Venturis 9 (l'ig.-l)
wird beispielsweise ein mit Flüssigkeitströpfchen beladenes Gas, welches in der
Kehle 10 des Venturis mit sehr grosser Geschwindigkeit (ca. 60. bits 200 m/sek.)
strömt, unter Verwandlung eines Teils seiner kinetischen Energie in statischen Druck
abgebremst. Die Gasgeschwindigkeit am Austritt des Venturis beträgt dann max. noch
15 m/seke Die im Gas enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dagegen, die während des
Waschprozesses in der Kehle Aerosole oder Staub aufgenommen haben, werden infolge
ihrer grösseren Dichte im Diffusor nur unwesentlich abgebremst, so dass sie am Austritt
des Venturis 9 eine Geschwindigkeit haben, die nur unwesentlich unter ihrer Maximal-Geschwindigkeit
liegt (60 bis 200 m/sek. je nach maximaler Gasgeschwindigkeit in der Kehle). Gerade
für diese Strömungsform ist der nachgeschaltete Absoheidekrümmer besonders gut geeignet,
da den im Gas mitgeführten Tröpfchen eine wesentlich grössere kinetische Energie
innewohnt, als der Gasgeschwindigkeit am Eintritt des Abscheidekrümmers entspricht.
Ausserdem wird die Abscheidung noch durch di@@ Wirkung der Fliehkraft verbessert.
Demzufolge wird bei der Vereinigung eines Venturi-Scrubbers mit einem Krümmer-Separator
ein Abscheide-Wirkungsgrad der Tröpfchen erzielt, dsr in der Grössenordnung von
98>5 bis 98,9 ffi und höher liegt.
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Die Gasgeschwindigkeit am eintritt des Abscheidekrümmers braucht dabei
nicht höerh als 10 bis 15 m/sek. zu liegen.
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Als überraschend muss es bezeichnet werden, dass es bei dieser Vereinigung
eines Venturi-Scrubbers mit einem Krümmer-Separator gelingt, fast die gesamte für
den Waschprozess aufgewendete energie zweimal auszunutzen, nämlich einmal für den
Aufprall des verunreinigten Gases auf die quer eingedüste Waschflüssigkeit (was
eine gute Gaswäsche zur Folge hat) und ein zweites Mal zur Abscheidung der (schnellen)
Tropfen aus dem Gas, Gerade in der gegenüber dem Gas sehr grossen Tropfengeschwindigkeit
am Austritt des Diffusors stecken ca. 80 % der für den Waschprozess aufgewendeten
Energie (Gas-Druckabfall zwischen Eintritt und Austritt des Venturi-Waschers).
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- Es ist möglich, einen Krümmer-Separator auch ohne einen vorgeschalteten
Venturi-Scrubber zu verwenden, dann ergeben sich jedoch niedrigere Abscheidegrade
für Tröpfchen oderAerosole oder auch für Stäube.- Im praktischen Versuch hat sich
gezeigt, dass sich auch an den drei anderen Wandungen des Krümmer und an der Unterseite
der Fangbleche ein Flüssigkeitsfilm ausbilden kann Diese Fliissigkeitsfilme fliessen
in die Fangbleche 3, 4, 5, 6 und werden aus diesen durch die Kanäle 7 in die Absugsrohre
8 (Fig. 3) abgeleitet. Das gereinigte Gas verlässt den Krümmer an dessen Austrittseites
Entsprechend vollzieht sich der Vorgang der Abs-cheidung bei staubbeladenen Gasen
und bei Gasen, die Staub- und Flüssigkeitstropfen gemeinsam enthalten. Soll Staub
aus Gasen abgeschieden werden, so.empfiehlt es sich jedoch,
die
Fangbleche 3, 4, 5, 6 und evtl. 8, auch die Ableitungen 7, 8 in Schwingungen zu
versetzen, zweckmässig durch einen gesonderten Antrieb, um ein Abfliessen des (trockenen)
Staubes sicherzustellen. Bei kleinen Abscheidekrümmern wird zweckmässig der ganze
Krümmer in geeignete Vibrationen versetzt. bin weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass die Abscheidevorrichtung zum Behandeln von Gasen eingesetzt werden kann,
die bedingt durch ihre Entstehung oder mischung im vorgeschalteten Prozess kurzseitig
mit Gassträhnen eines explosionsfähigen Gemisches beauf schlagt wurden, so dass
sich in toten Ecken explosive Gase festsetzen und schliesslich zur Explosion der
Vorrichtungen führen können. Diese Gefahr besteht bei der Vorrichtung nach der Erfindung
nicht.
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Ausserdem ist der Gegenstand der Erfindung dazu geeignet, aus strömenden
Flüssigkeiten, die mit Feststoffen beladen sind, einen relativ kleinen Teilstrom
abzutrennen, in dem der Haupt anteil der in der Flüssigkeit ursprünglich vorhanden
gewesenen Feststoffe enthalten ist. Die Hauptmenge der Flüssigkeit verlässt die
Vorrichtung mit einem wesentlich geringeren i'eststoffgehalt. Die mit Feststoff
beladene Flüssigkeit kann bei entsprechender Dimensionierung der Vorrichtung und
geeigneter Wahl der Strömungsgesahwindigkeite;n auch ganz vom Feststoff befreit
werden.
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Ee sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die Aufkonzentrierung
von Sedimenten früher ebenfalls durch aufwendige Vorrichtungen wie Sinkkammern oder
oder
Zentrifugen durchgeführt werden musste. Ifierbei mussten die Sinkkammern wegen der
erforcierliahen Verweilzeit der Flüssigkeiten, bedingt durch die langsamen, dem
Stokesschen Gesetz folgenden Absinkgeschwindigkeiten ein grosses Volumen haben und
waren daher sehr teuer, andererseits hatten Zentrifugen einen hohen Energieverbrauch.
Diese nachteile werden bei Verwendung eines Krümmer-Separators fLir den genannten
Zweck vermieden.