DE19913758A1

DE19913758A1 - Apparatus for optimal feeding of a liquid mist in to a sealed air stream has a nozzle for injecting the liquid, distributor and mist removing pipe

Info

Publication number: DE19913758A1
Application number: DE1999113758
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Jaeschke; Werner Haunold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-09-28

Abstract

In the apparatus, (a) the liquid is introduced to the air stream (10) using a nozzle (1), (b) the liquid mist within the air stream (10) is optimally distributed and (c) individual mist removing pipe (4) to form large units.

Description

Technical field

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur effizienten Einbringung von Flüssigkeitsnebeln in eine umschlossene Luftströmung, sowie die Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu größeren Einheiten.The invention relates to a device for the efficient introduction of liquid mists into an enclosed air flow, as well as the combination of the device according to the invention larger units.

Die Erfindung findet Anwendung auf allen verfahrenstechnischen Gebieten, auf denen eine effiziente und schnell wirksame Reaktion zwischen einer Flüssigkeit bzw. einem ausgebrachtem Wirkstoff und einer vorhandenen Luftströmung und/oder darin enthaltenen Gaskomponenten notwendig ist. Außerdem kommt die Erfindung bei allen Verfahren zum Einsatz, die durch oberflächenaktive Absorption bzw. Adsorptionsprozesse zwischen Gas und Flüssigkeit bestimmt werden. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung bei der Absorption von Gasen in einer Luftströmung mittels eines Feinstnebels einer absorbierenden Flüssigkeit. Desweiteren findet die Erfindung Anwendung beim Adsorbieren von Feinststaub bzw. organischem Feinstaerosol mittels ejnes Flüssigkeitsnebels. In besonderen Fällen eignet sich die Erfindung zur effizienten Reinigung von Abluftströmen.The invention finds application in all process engineering fields in which an efficient and fast-acting reaction between a liquid or an applied active ingredient and an existing air flow and / or gas components contained therein is necessary. In addition, the invention is used in all processes by surface-active Absorption or adsorption processes between gas and liquid can be determined. In particular the invention finds application in the absorption of gases in an air flow by means of a Very fine mist of an absorbent liquid. Furthermore, the invention finds application in the adsorption of fine dust or organic Fine aerosol using a liquid mist. In special cases, the invention is suitable for efficient cleaning of exhaust air flows.

State of the art

In vielen technischen Anwendungen werden Reaktionen bzw. Wechselwirkungen zwischen einer Flüssigkeit und einer Gasphase angestrebt. Beispielhaft ist hierfür die Abluft- bzw. Abgasreinigung zu nennen. Die Effizienz solcher Anlagen (Wäscher, Kolonnen, Rieseltürme) wird bestimmt durch die bauliche Auslegung, der Intensität der Wechselwirkungen und der Reaktionsgeschwindigkeit der beiden Phasen miteinander. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird wesentlich von der zur Verfügung stehenden Kontaktfläche zwischen den Reaktionspartnern Gas- und Flüssigphase bestimmt. Bei gleichem Flüssigkeitsvolumen kann die Kontaktfläche durch Verringerung der Tropfendurchmesser stark vergrößert werden. Daher haben neue Verfahren, die mit einem "Flüssigkeitsnebel" mit Tropfen im µm-Bereich arbeiten, große Vorteile (z. B. Pat.-Nr. 195 45 679.3). In many technical applications, reactions or interactions between a Aspired liquid and a gas phase. An example of this is exhaust air or exhaust gas purification to call. The efficiency of such systems (scrubbers, columns, trickle towers) is determined by the structural Interpretation, the intensity of the interactions and the reaction speed of the two Phases with each other. The rate of reaction will be significantly different from that available standing contact area between the reactants gas and liquid phase determined. At Same contact volume can reduce the contact area by reducing the drop diameter be greatly enlarged. Therefore, have new procedures using a "liquid mist" Working drops in the µm range, great advantages (e.g. Pat. No. 195 45 679.3).

Diese neue Form zur Optimierung von Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeit und Gaskomponenten zeigt sich in vielen Anwendungsfällen im Vergleich zu bisherigen Verfahren deutlich überlegen. Kommerziell erhältliche Wäscher/Rieseltürme/Kolonnen bieten bei weitem nicht so große Kontaktflächen wie ein mit einem Feinstnebel mit einer mittleren Tropfengröße von ca. 1 - 50 µm (vorzugsweise 5-20 µm) betriebener Reaktor. Auch ist der mittlere Abstand zwischen den Flüssigkeitsoberflächen, d. h. die freie Weglänge der Gasmoleküle zwischen den Tropfen, sehr viel kleiner als bei traditionellen Verfahren.This new form to optimize interactions between liquid and Gas components can be seen in many applications compared to previous processes clearly superior. Commercially available scrubbers / trickle towers / columns are far from offering as large contact areas as one with a fine mist with an average drop size of approx. 1 - 50 µm (preferably 5-20 µm) operated reactor. Also the mean distance between the Liquid surfaces, d. H. the free path of the gas molecules between the drops, very much smaller than traditional methods.

Zur Erzeugung von Flüssigkeitsfeinstnebeln (Tropfendurchmesser: 1-50 µm) werden Flüssigkeiten mittels spezieller Düsen in einen Luftstrom eingebracht. Dies geschieht z. B. zum Befeuchten, Entstauben oder zur Ausbringung von Absorberlösungen. Bei allen genannten Anwendungsbeispielen spielt die Qualität der räumlichen Verteilung des Flüssigkeitsnebels im Luftstrom eine verfahrenstechnisch entscheidende Rolle. Dies gilt besonders für Verfahren, bei denen eine Wechselwirkung zwischen Flüssigkeitströpfchenoberflächen und der Gasphase gewünscht ist. Wichtig ist, daß die Düsen nicht von starken Luftwirbeln angeströmt werden, da diese die Generierung des Feinstnebels stark beeinträchtigen. Auch eine zu starke räumliche Nähe der Düsen untereinander ist zu vermeiden, da sich die Sprühkegel dann miteinander vermischen und die erzeugten Tropfen koagulieren. Es muß sichergestellt sein, daß der Nebel innerhalb eines Reaktors in den Hauptluftstrome eingebracht wird. Ist dies nicht der Fall, so wird nur ein sehr geringer Teil der den Reaktor durchlaufenden Luftmasse mit dem Nebel in Kontakt kommen (Fig. 3a). In den zu behandelnden Abluftströmungen können jedoch zunächst keine für die Einbringung des Nebels idealen laminaren Strömungsfelder erwartet werden, da die Eigenschaften der Förderpumpen oder Turbinen sowie die Geometrie der Rohrleitungen meist ausgeprägte Geschwindigkeitsprofile innerhalb des Luftstromes bewirken. Wird dies bei der Einbringung von Nebel nicht berücksichtigt, so kann dies beispielsweise zur Folge haben, daß ein Großteil der verwendeten Düsen nur von einem geringen Volumenstrom angeströmt wird, während ein kleiner Teil mit großer Strömungsgeschwindigkeit von einem großen Volumenstrom tangiert wird. Werden die Flüssigkeitsnebel innerhalb einer Rohrleitung in eine zu hohe Luftgeschwindigkeit eingebracht, so kann sich der Nebel nicht vollständig im Ausbringungsrohr ausbreiten, bevor er verdunstet bzw. abtrocknet (Fig. 3b). Die aufgeführten Beispiele bewirken einen schlechten Wirkungsgrad der jeweils gewünschten Reaktion bzw. des Effektes. To produce fine liquid mist (droplet diameter: 1-50 µm), liquids are introduced into an air stream using special nozzles. This happens e.g. B. for moistening, dusting or for applying absorber solutions. In all of the application examples mentioned, the quality of the spatial distribution of the liquid mist in the air stream plays a crucial role in terms of process technology. This is especially true for processes in which an interaction between liquid droplet surfaces and the gas phase is desired. It is important that strong air vortices do not flow against the nozzles, as these greatly impair the generation of the fine mist. Avoid too close proximity of the nozzles to each other, since the spray cones will mix with each other and the droplets generated will coagulate. It must be ensured that the mist is introduced into the main air stream within a reactor. If this is not the case, only a very small part of the air mass passing through the reactor will come into contact with the mist ( FIG. 3a). In the exhaust air flows to be treated, however, no laminar flow fields ideal for introducing the mist can initially be expected, since the properties of the feed pumps or turbines and the geometry of the pipelines usually result in pronounced speed profiles within the air flow. If this is not taken into account when introducing mist, this can result, for example, in that a large part of the nozzles used is only flowed at by a small volume flow, while a small part is affected by a large volume flow at high flow velocity. If the liquid mist is introduced into a pipe at too high an air speed, the mist cannot spread completely in the discharge pipe before it evaporates or dries ( Fig. 3b). The examples listed result in a poor efficiency of the desired reaction or effect.

Wenn, wie in den Beispielen aufgeführt, die Einbringungsbedingungen nicht optimal sind, so kann auch mit dem Einsatz eines großen Überschusses an nebelförmig eingebrachtem Absorber meist kein befriedigender Wirkungsgrad erzielt werden. Das Ziel ist aber; mit einem möglichst sparsamen Einsatz und einem vollständigen Verbrauch des nebelförmig eingesetzten Wirkstoffes, einen Wirkungsgrad der Gasabsorption von nahezu 100% in der Anlage zu erreichen.If, as shown in the examples, the application conditions are not optimal, then usually even with the use of a large excess of mist-shaped absorber satisfactory efficiency can be achieved. But the goal is; with the most economical use and complete consumption of the active substance used in the form of a mist, an efficiency of gas absorption of almost 100% to reach the facility.

Device and method according to the patent

Ausgehend von der Erkenntnis, daß jede Feinstnebeldüse - bei idealer Anströmung (Fig. 1) - einen kegelförmigen Nebelstrahl erzeugt, ist es möglich, für eine einzelne verwendete Düse bei gegebener Luftgeschwindigkeit ein optimales Einbringungsrohr zu konstruieren. Die gerichtete kinetische Energie der Flüssigkeitströpfchen wird im Moment der Erzeugung ausgenutzt, um diese räumlich optimal innerhalb der Einbringungsröhre zu verteilen. Durch die Ausnutzung dieser Energie zur optimalen Verteilung der Nebeltropfen im Einbringungsrohr kann auf zusätzliche verfahrenstechnische Maßnahmen wie Rühren oder Umlenken der Luftmassen, die mit großen baulichem Aufwand verbunden wären, verzichtet werden. Das erfindungsgemäße optimale Einbringungsrohr zeichnet sich durch folgende Faktoren aus:
Based on the knowledge that each fine mist nozzle - with ideal flow ( Fig. 1) - generates a conical mist jet, it is possible to construct an optimal insertion tube for a single nozzle used at a given air speed. The directed kinetic energy of the liquid droplets is used at the moment of generation in order to optimally distribute them spatially within the insertion tube. By using this energy to optimally distribute the fog droplets in the delivery tube, additional procedural measures such as stirring or redirecting the air masses, which would be associated with great structural expenditure, can be dispensed with. The optimal insertion tube according to the invention is characterized by the following factors:

1. The generated fog cone of the nozzle completely fills the tube in an axial view ( Fig. 2).
2. No or very little fog drops hit the inside wall of the tube ( Fig. 1).
3. An additional laminator installed in front of the discharge nozzle prevents any disturbing eddy formation ( FIG. 1).
4. By selecting the tube length, the tube diameter; and the change in the injection point, mists can be optimally introduced into different flow velocities ( FIG. 1).
5. The optimized tubes can be combined as desired (multi-tube system) and are therefore suitable for the highest throughput rates ( FIG. 4). The performance data of the individual tubes also apply when many single tubes are combined to form a multi-tube system.

Nach der im Patentanspruch beschriebenen optimalen Einbringung des Nebels in den Luftstrom ist es möglich, in einem zweiten Reaktorteil mit beliebiger Bauform bzw. Volumen für eine Verlängerung der Reaktionszeit zwischen Gasphase und der nebelförmig ausgebrachten Flüssigphase mit den darin enthaltenen Wirkstoffen zu sorgen. After the optimal introduction of the mist into the air flow described in the claim it is possible in a second reactor part with any design or volume for one Extension of the reaction time between the gas phase and the mist-like liquid phase to care with the active ingredients contained therein.

Da die Nebeltropfen homogen im Volumen verteilt sind, ist eine zusätzliche Durchmischung der mit Nebel angereicherten Luftmasse in diesem Reaktorteil nicht mehr notwendig, lediglich eine gleichmäßige Verweilzeit der jeweiligen Teilströme muß gewährleistet sein. In einer besonderen Ausführung können beispielsweise erfindungsgemäße Kombinationen (Fig. 4) der Einzelröhren (Fig. 1) in der Luftströmung hintereinander geschaltet werden (Fig. 5), um Lösungen mit verschiedenen Wirkstoffen nebelförmig in Luftmassen einzubringen.Since the mist drops are distributed homogeneously in volume, additional mixing of the air mass enriched with mist in this part of the reactor is no longer necessary, only a uniform dwell time of the respective partial streams must be ensured. In a special embodiment, for example, combinations ( FIG. 4) of the individual tubes ( FIG. 1) according to the invention can be connected in series in the air flow ( FIG. 5) in order to introduce solutions with different active substances into the air in a mist-like manner.

Legends for the figures

Fig. 1. Schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsmäßigen Vorrichtung.
Fig. 1 beschreibt eine Vorrichtung zum optimalen Einbringen von, Nebel (2) in ein Ausbringungsrohr (4) mittels einer Düse (1). Der Ausgebrachte Nebel (2) breitet sich kegelförmig (2) in Flußrichtung innerhalb der Luftströmung (10) aus. Vor der Düse (1) können sich im Ausbringungsrohr (4) zusätzlich in Flußrichtung (10) ausgerichtete Flächenelemente befinden, welche als Laminatoren (3) wirksam sind. Die Montage der Düse (1) kann beliebig an den Flanschpunkten (5) erfolgen. Die unterschiedlichen Positionen dienen der Anpassung an verschiedene Luftdurchsätze und ermöglichen eine jeweils optimale Einbringung des Nebels (2) innerhalb der Röhre (4). Die Zuführung der zu vernebelnden Flüssigkeit erfolgt durch eine geeignete Leitung (12). Beispielhaft sind Montageflansche (8) an den Rohrenden gezeigt. Sie dienen der Montage der Einbringungsröhre in den Abgasstrom als Einzelrohr oder in beipielsweise einer größeren Kombination (Abb. 4 und 5) mehrerer Einzelröhren (4). Fig. 1. Schematic representation of an exemplary device according to the invention.
Fig. 1 describes a device for the optimal introduction of fog ( 2 ) into a discharge pipe ( 4 ) by means of a nozzle ( 1 ). The applied mist ( 2 ) spreads conically ( 2 ) in the direction of flow within the air flow ( 10 ). In front of the nozzle ( 1 ) there may also be surface elements which are oriented in the direction of flow ( 10 ) and which act as laminators ( 3 ) in the discharge tube ( 4 ). The nozzle ( 1 ) can be installed at any of the flange points ( 5 ). The different positions are used to adapt to different air flow rates and enable the mist ( 2 ) to be optimally inserted inside the tube ( 4 ). The liquid to be atomized is supplied through a suitable line ( 12 ). Mounting flanges ( 8 ) on the pipe ends are shown as examples. They are used to mount the insertion tube in the exhaust gas flow as a single tube or, for example, in a larger combination ( Figs. 4 and 5) of several individual tubes ( 4 ).

Fig. 2. Querschnitt in achsialer Ansicht einer beispielhaften erfindungsmäßigen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt die erfindungsmäßige optimale Ausbringung des Flüssigkeitsnebels (2) in der Ausbringungsröhre (4) in achsialer Aufsicht. Der von der zentral angeordneten Düse (1) eingebrachte Nebel (2) füllt den gesamten Rohrinnenraum völlig aus. Fig. 2. Cross-section in an axial view of an exemplary device according to the invention.
Fig. 2 shows the optimal application of the liquid mist ( 2 ) in the application tube ( 4 ) according to the invention in axial supervision. The mist ( 2 ) introduced by the centrally arranged nozzle ( 1 ) completely fills the entire pipe interior.

Fig. 3a und 3b. Beispiele mangelhafter Ausführungen nach bisherigem Stand der Technik. Fig. 3a and 3b. Examples of defective designs according to the prior art.

Fig. 3a beschreibt beispielhaft eine mangelhafte Ausbringungsform nach bisherigem Stand der Technik. Die Düsen (1) sind neben der Hauptströmung montiert. Die in den Reaktorraum (4) einströmende Luft (10) erzeugt im Einbringungsbereich starke Wirbel (11). Dies führt zur einer starken Störung der Nebeleinbringungskegel (2) und der Nebel wird nur sehr mangelhaft in die Strömung injeziert. Fig. 3 exemplifies a defective application form according to the prior art. The nozzles ( 1 ) are mounted next to the main flow. The air ( 10 ) flowing into the reactor space ( 4 ) generates strong vortices ( 11 ) in the introduction area. This leads to a strong disturbance of the mist introduction cone ( 2 ) and the mist is injected into the flow only very poorly.

Fig. 3b beschreibt beispielhaft eine mangelhafte Einbringungsform nach bisherigem Stand der Technik. Der von der mittig angeordneten Düse (1) ausgebrachte Nebelkegel (2) breitet sich nicht vollständig im Ausbringungsrohr (4) aus. Ohne weitere Durchmischung bzw. starker Verlängerung des Rohres (4) wird nur ein kleiner Teil der Luftströmung (10) mit dem Nebel in Kontakt gebracht. FIG. 3b exemplifies a defective form of incorporation according to the prior art. The mist cone ( 2 ), which is emitted by the centrally arranged nozzle ( 1 ), does not spread completely in the application tube ( 4 ). Without further mixing or extensive extension of the tube ( 4 ), only a small part of the air flow ( 10 ) is brought into contact with the mist.

Fig. 4. Schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung als Kombination der Vorrichtung nach Fig. 1 und 4. Fig. 4. Schematic representation of an exemplary apparatus according to the invention as a combination of the apparatus of Fig. 1 and 4.

Fig. 4 zeigt beispielhaft die Kombination von erfindungsgemäßen optimierten Ausbringungsrohren (4) (Fig. 1) zu einer größeren Einheit. Diese Vorrichtung ermöglicht es, auch größte Luftdurchsätze optimal mit Nebel zu erfüllen. Die Hauptluftströmung (10) wird in einer Vorkammer (7) aufgeweitet. Mögliche auftretende Luftwirbel werden mit dem Laminator (3) beseitigt. Nach der optimalen Einbringung des Nebels verläßt dieser die Einzelröhren, fließt in die Nebelkammer (6) und vereinigt sich dann wieder zu einem Hauptluftstrom (10). FIG. 4 shows an example of the combination of optimized application pipes ( 4 ) according to the invention ( FIG. 1) to form a larger unit. This device makes it possible to optimally fill even the largest air throughputs with fog. The main air flow ( 10 ) is expanded in a prechamber ( 7 ). Possible air vortices are eliminated with the laminator ( 3 ). After the optimal introduction of the mist, it leaves the individual tubes, flows into the fog chamber ( 6 ) and then combines again to form a main air stream ( 10 ).

Fig. 5. Schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung als Kombination der erfindungsmäßigen Vorrichtung nach Fig. 4 zum Ausbringen eines Mischnebels. Fig. 5. Schematic representation of an exemplary device according to the invention as a combination of the device according to the invention according to Fig. 4 for applying a mixing mist.

Fig. 5 zeigt eine Kombination von erfindungsgemäßen Ausbringungsrohren (4) und Kombination nach Fig. 4 zu einer Vorrichtung zum Einbringen eines Mischnebels in eine Luftströmung (10). Zwei Vorrichtungen (I und II) nach Abb. 4 sind in Strömungsrichtung (10) hintereinander geschaltet. Hierdurch ist es möglich, zwei verschiedene Wirkstoffe in die Luftströmung (10) einzubringen, die nicht gemeinsam mit einer Düse (1) eingebracht werden können (beispielsweise Säure und Lauge). FIG. 5 shows a combination of application tubes ( 4 ) according to the invention and combination according to FIG. 4 to form a device for introducing a mixing mist into an air flow ( 10 ). Two devices (I and II) according to Fig. 4 are connected in series in the direction of flow ( 10 ). This makes it possible to introduce two different active substances into the air flow ( 10 ) that cannot be introduced together with a nozzle ( 1 ) (for example acid and alkali).

Claims

1. Device for optimally introducing a liquid mist into an enclosed air flow, which is characterized in that

a) the liquid is introduced into an air flow by means of a nozzle
b) the liquid mist is optimally distributed within the given air flow
c) individual patented mist discharge tubes can be combined into large units.

2. Device according to claim 1, characterized in that the fog within a Output pipe - through which the air flow flows - generated by means of a suitable nozzle becomes.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the nozzle used a her typical spatial spread of the fog within the delivery tube is made possible.

4. The device according to claim 1, 2 and 3, characterized; that the delivery tube in their shape and size is adapted to the form of insertion of the mist nozzle.

5. Apparatus according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the Propagation form of the generated fog with the speed of the surrounding air flow changed.

6. The device according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the discharge tube with an average air flow to be expected is adapted to the mist nozzle.

7. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that the position of the mist nozzle within the delivery tube should be chosen so that for a given air flow

A) shortly before the end of the discharge tube, the generated mist is completely distributed in the air flow in an axial view.
B) there is very little separation of fog liquid on the inside of the discharge pipe.

8. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, characterized in that the position of the Mist nozzle can also be changed with a changed air flow within the delivery tube.

9. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, characterized in that after the end an expansion of the pipe diameter or the air flow takes place in the discharge pipe.

10. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9, characterized in that on Inlet of the delivery tube laminators are located, which ensure an even swirl-free Ensure air flow before reaching the mist nozzle.

11. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, characterized in that for output tubes optimized for a certain air throughput are combined in parallel can be used to optimally fill larger air flows with liquid mist.

12. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11, characterized in that several discharge tubes can be combined or arranged one behind the other in order to apply different active ingredient solutions in the same air flow.

13. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12, characterized in that according to the combination or the individual arrangement of the Delivery tubes an arbitrarily large reaction space for those filled with active ingredient lever Air flow is connected.

14. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 and 13, characterized in that the patented device for the application of

A) acidic and / or alkaline absorber mist is used
B) aerosol-binding liquids are used
C) absorber solutions are used.

15. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 and 14, thereby characterized in that the directed kinetic energy of the liquid droplets at the moment of their Generation is used to distribute them spatially within the delivery tube.

16. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 and 15, thereby characterized in that the device described is part of an exhaust air purification system.