DE2363649A1

DE2363649A1 - Mehrstufiger wirbel-kontaktapparat

Info

Publication number: DE2363649A1
Application number: DE2363649A
Authority: DE
Inventors: Gurdon B Wattles
Original assignee: Entoleter Inc
Current assignee: Entoleter Inc
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1974-06-27
Also published as: CA1001547A; FR2211295A1; FR2211295B1; US3881895A; JPS4991078A; GB1455149A; JPS5631134B2; BR7309874D0; ZA739458B

Description

Mehrstufiger Wirbel-r-Kontaktapparat (Priorität: 26. Dezember 1972, USA, Nr. 318 683)

Die Erfindung bezieht sich auf Kontaktapparate, mit denen zwei oder mehrere Medien miteinander in Berührung gebracht werden.

Der Massenkontakt zwischen mehreren Medien wird zu vielerlei Zwecken angewendet, beispielsweise zur Übertragung von Material oder physikalischer oder chemischer Energie zwischen den Medien, wie beispielsweise Vaschen eines staubenthaltenden'Gases wie Luft mit- ±els einer Flüssigkeit wie Wasser, Befeuchtung eines Gases wie luft durch Berührung mit Wasser, Destillation flüchtiger Komponenten aus einer Flüssigkeit durch Kontakt mit einem Gas, Heizen oder Kühlen eines Gases durch Berührung mit einer wärmeren oder kühleren Flüssigkeit, chemische Reaktion zwischen in zwei Medien enthaltenen Komponenten, usw.Der Massenkontakt zwischen Medien, wird weiter auch für andere Zwecke als die Übertragung angewandt, "beispielsweise, wenn eines der Medien einen Katalysator enthält, der eine Reaktion in einem anderen Medium bewirkt. Selbstverständlich gibt es auch andere Zwecke des Kassenkontakts zwischen Medien als die vorstehend erwähnten. Die Erfindung ist auf viele verschiedene Fälle anwendbar, in

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denen ein Massenkontakt zwischen zwei oder mehreren Medien gewünscht wird. Die Erfindung wird zwar hauptsächlich unter Bezugnahme auf den Massenkontakt zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas beschrieben, beispielsweise zwischen Wasser und Luft, und zwar in Anwendung auf die Reinigung, Befeuchtung und/oder KühJ.ung der Luft, ist jedoch hierauf nicht beschränkt.

Bekanntermaßen wird_s um eine Flüssigkeit und ein Gas in Massenkontakt zu bringen, das G-as in einer Kammer in eine Wirbelströmung versetzt, in der Wirbelströmung werten Teilchen einer Flüssigkeit suspendiert und darauf die Flüssigkeit aus dem Gas getrennt. Dabei werden teilchenförmige Verschmutzungen im Gas in der Flüssigkeit aufgenommen, so daß das Gas gereinigt wird. Ebenso können gasförmige Komponenten, die in der Flüssigkeit löslich sind, aus dem gasförmigen Medium entfernt werden. Auch kann das Gas durch das flüssig Medium gekühlt und/oder befeuchtet werden, wenn es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Kassenkontakt durch Wirbelströmung-Gegenstand der Erfindung ist die Verbesserung des Wirbel-Kontaktverfahrens und -apparates, die in der US-PS 3 566 582 beschrieben sind. Gemäß der genannten US-PS wird eine ©as-Wirbelströmung ausgebildet, indem ein Gas, beispielsweise Luft von außen ins Innere eines ringförmigen Leitschaufelkäfigs oder einer Schlitzkammer gedrückt wird, in der die Leitschaufeln bzw. Schlitze unter einem Winkel zwischen der Tangente und der Senkrechten zur ringförmigen Kammer angeordnet sind. Das Gas, das durch die Schlitze in die Kammer eintritt, wird radial nach innen und tsngential gelenkt. Es zirkuliert somit um das Innere der Kammer und tritt schließlich durch eine axiale Öffnung an einem Ende der Ekmmer aus. Auf diese Ti eise ergibt sich eine Wirbelströmung des Gases.

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In das wirbelartig strömende Gas wird ,eine Flüssigkeit wie Vasser, oder ein anderes Material eingeleitet', dessen Dichte wesentlich größer ist als die des die Wirbelströmung bildenden Fluids. Pies kann auf verschiedenerlei Weise geschehen. Eine Köglichekit besteht darin, am unteren Ende der Schlitzkammer, gegenüber dem die axiale Öffnung enthaltenden Ende, durch die das Gas austritt, einen Wasservorrat aufrechtzuerhalten. Das wirbeiförmig strömende Gas nimmt Flüssigkeitströpfchen aus dem Vorrat auf und suspendiert die Flüssigkeitströpfchen in der Wirbelströmung. Diese "Volke" aus flüssigen Teilchen zirkuliert mit der Gasströmung und wird in einer ringförmigen Zone konzentriert, die von der ringförmigen Schlitzanordnung nach innen verläuft, die die Kammer bildet.

Gemäß der US-PS 3 566 582 wirken zwei Kräfte auf die suspendierten Flüssigkeitströpfchen ein, nämlich die Zentripetalkraft der radial nach innen gerichteten Komponente der Gasströrae, die die Tröpfchen ins Innere des Wirbels zieht, so daß sie schließlich aus der axialen Öffnung des Leitschaufelkäfigs hinausgelangen, und die Zentrifugalkraft, die durch die Tangentialkomponente der Gasströmung und die Masse der einzelnen Tröpfchen erzeugt wird, durch die die Tröpfchen aus dem Wirbel nach außen und zur Schlitzwand der Kammer gezogen werden .. Hierdurch ergibt sich eine ständige nach innen und außen gerichtete Wanderung der Tröpfchen in der suspendierten Wolke, die von der Tröpfchengröße abhängig ist. Große Tröpfchen, auf die infolge der Zentrifugalkraft eine größere nach außen gerichtete Kraft wirkt, können sich durch die Öffnungen oder Schlitze, die zu diesem Zweck in der Schlitzwand vorgesehen sind, aus dieser herausbewegen.

Erfindungsgemäß werden zwei oder mehrere Schlitzkammern oder ieitschaufelkäfige der in der genannten US-PS beschriebenen Art konzentrisch und im wesentlichen koplanar/zueinander und ineinander angeordnet, so daß die ausfallenden Tröpfchen, die an den Leitschaufeln einer inneren Kammer vorbei nach auSen austreten, als Speiseflüssigkeit für die "Wolke" der nächstsußeren Schlitzkammer

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dienen, die die innere Kammer umgibt. Auf diese Weise strömen Gas und Flüssigkeit durch die aufeinanderfolgenden Gaswirbel und Wolken aus Flüssigkeitströpfchen in jeder der konzentrischen Schlitzkaminern in einander entgegengesetzten Richtungen. Jede Schlitzkammer und jede darin befindliche Wirbelströmung bilden eine getrennte Massen— kontaktstufe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Vertikalschnitt eines Wirbel-Kontaktapparats zur Behandlung von Luft mit Wasser; und Fig. 2 den Querschnitt 2-2 der Fig. 1 .

Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Hauptstufen,nämlich einem dreistufigen Kontaktapparat 10 und einer Trennstufe /8$ durch die die im Zontaktapparat 10 verwendeten Medien voneinander getrennt werden. Die durch die Vorrichtung strömende Luft wird üblicherweise durch einen nichtgeaeigten Lüfter bzw. eine Pumpe geliefert, die am Abzug 81 angebracht ist. Der Lüfter saugt die Luft durch ein.en Einlaß 11 und ein Schneckengehäuse 12. Die Luftströmung ist in den Fig. durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Vom Schneckengehäuse 12 tritt die Luft in eine erste ringförmige Leitschaufel- oder Schlitzkacmier 13 ein, indem sie zwischen den Leitschaufeln 14 hindurchströmt. Aus der Kammer 13 tritt die Luft zwischen Leitschaufeln 16· hindurch in eine zweite Kammer 15 und von dort durch Leitschaufeln 18 in eine dritte Kammer 17 ein. Der Luftwirbel in der Kammer 17 bewegt sich spiralförmig nach oben durch eine mittlere Führung 19 und dann zwischen den Leitschaufein 20 eines Käfigs 21 . Die Luftströmung erweitert sich spiralförmig .nach außen, wenn sie den Käfig 21 verläßt und in eine Beruhigungskammer 22 eintritt. Bei weiterer spiralförmiger Bewegung der Luft wird der größte Teil des im Kontaktapparat aufgenommenen Wassers ausgeschieden« Es sammelt sich am Boden der Kammer 22 in einem Sumpf 23. Die Luft tritt schließlich in einen konischen Leitschaufelkäfig 24 ein, dessen Leitschaufeln entgegen der Spiralbewegung der

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Luft gerichtet sind, so daß schließlich das .gesamte aufgenommene Wasser ausgeschieden wird.

Die Wasserströmung ist in den Figuren durch ausgezogene Pfeile angedeutet. Das im weiteren Verlauf imn&r wieder verwendete Wasser wird anfänglich durch eine Speiseleitung 25 zum Boden der Kammer 17 geleitet, wo der Luftwirbel das Wasser in Tropfchenform aufnimmt, so daß sich eine zirkulierende Wolke 26 ergibt. Die vom Luftwirbel aufgenommenen Wassertröpfchen werden in die Trennstufe 80 geleitet und dort von der Luft getrennt und im Sumpf 23 gesammelt. Von dort gelangt das Wasser durch eine ringförmige Öffnung 27 zwischen der Oberwand der Kammer 17 und dem Boden der Beruhigungskammer 22 in die Leitschaufelkammer 17. Ferner ist eine zusätzliche Leitung 29 vorgesehen, mit der überschüssiges, im Sumpf 23 gesammeltes Wasser zum Boden der Kammer 17 geleitet wird. Die Wasser-'tröpfchen bewegen sich aus der Wolke 26 der Kärrner 17 nach außen in die Leitschaufelkammer 15 und bilden dort eine Wolke 28. Einige Wasserteilchen in dieser Wolke werden mit dem !luftstrom nach innen zur Kammer 17 getragen, während andere Tropf dien nach außen zur Kammer 13 übertreten und durch die durch das Sehaeckengehäuse 1 2 eintretende Luft aufgenommen werden und eine Wolke 30 bilden. Der Rest wird auf dem Boden des Gehäuses gesammelt und fließt in die Abflußleitung 31 ·

Es sei nun die Kontaktwirkung in der Leitschaufelkammer genauer betrachtet. Die Luft tritt aus der Easer 15 durch die Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln 18 an die Kammer 17 ein. Die Leitschaufeln 18 sind kreisförmig angeordnet und begrenzen die zylindrische Kammer 17. Sie sind unter einem Winkel zwischen der Tangente'und der Senkrechten zu dem Kreis gesichtet. Die Luft wird also in eine Bewegungsrichtung umgelenkt, dis eine radial nach innen gerichtete und eine tangential gerichtete Komponente enthält. Hierdurch ergibt sich eine zirkulierende unl wirbelnde Strömung, die schließlich durch die Führung 19 in die Trennstufe 80 geleitet

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wird. Bei dieser Art der Luftströmung wird das Wasser aus dem Sumpj 36 auf dem Boden der Kammer 17 aufgenommen und in feine Tröpfchen zerstäubt, die die Wolke 26 bilden. Die V/olke 26 zirkuliert mit der luftströmung, so daß sich ein intensiver Kassenkontakt zwischen den Wasserteilchen und der durch diese hindurchtretenden Luft ergibt. Wie in der US-PS 3 566 582 genauer erläutert, werden die sehr feinen Wassertröpfchen mit der Luftströmung radial nach innen getragen und von der Luft aufgenommen. Auf größere Wassertröpfchen wirkt jedoch wegen ihrer größeren Masse und wegen der ihnen durch die zirkulierende Luft erteilten Umfangsgeschwindigkeit eine Zentrifugalkraft, die größer ist als die Kraft der nach innen gerichteten Geschwindigkeitskomponente der Luft, so daß sie nach außen wandern.

Auf diese Weise ergibt sich bei richtiger Wahl und Steuerung der Parameter in der Wolke 26 eine konstante nach innen gerichtete Wanderung einiger Wasserteilchen und eine konstante nach außen gerichtete Wanderung anderer teilchen. In diesem Zustand ergibt sich eine konstante Strömung, da kleinere nach innen wandernde Teilchen sich zu größeren Teilchen vereinigen und dann nach außen wandern, während größere, nach außen wandernde Wasserteilchen in kleinere Teilchen zersprengt vrerden und dann nach innen wandern. Hierbei- ergibt sich eine sehr intensive Berührung zwischen einem großen Volumen der luft und einer verhältnismäßig kleinen Wassermenge.

Schließlich wird ein gewisser Anteil der feinen Wassertröpfchen mit der Luft in die Trennstufe 80 mitgerissen. Ebenso bewegt sich ein gewisser Anteil an größeren Wassertröpfchen nach außen zu den Leitschaufeln 18 und tritt durch die Schlitze 32 in die Leitschaufelkammer 15 ein. Wie die in die" Kammer 17 eintretende luft wird die aus der Kammer 13 in die Kammer 15 eintretende Luft durch die Winkelstellung der Leitschaufeln 1 6 in eine kreisende und nach innen gerichtete spiralförmige Strömung versetzt. Die größeren Wassertröpfchen, die sich aus der Kammer 17 durch ihre Leitschaufelwand

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nach außen in die Kammer 15 bewegt haben, werden von diesem Luftstrom aufgenommen und zerrissen und bilden die Wolke 28. Die Wolke 28 verhält sich bei der Luftströmung in der Kammer 15 ebenso wie die Wolke 26 in der Kammer 17. Es werden also einige feine Wassertröpfchen mit der Luft mitgerissen und mit der Luft aus der Kammer 15 in die Kammer 17 getragen, während die größeren Wassertröpfchen aus der Kammer 15 durch die Schlitze 32 in ihrer Leitschaufelwand in die Kammer 13 getragen werden und die dort befindliche Wolke 30 speisen oder aufrechterhalten. Die Wechselwirkung zwischen Luft und Wassertröpfchen in der Kammer 13 ist die gleiche wie in den anderen Ieitschaufelkammern. Kleinere Wassertröpfchen werden also aus der "tfolke 30 durch die in die Kammer 15 gerichtete Luftströmung mitgenorsien, während die größeren Viassertröpfchen .aus der Kammer 13 durch die Schlitze 32 zu den Leitschaufeln 14 nach außen zum Schneckengehäuse 12 übertreten.

Es besteht also eine ständige nach inaen und eine ständige nach außen gerichtete Strömung der Wassertrcpfchen, und zwar nicht nur innerhalb jeder Wolke, sondern ebenfalls zwischen den einzelnen Leitschaufelkammern und den darin enthaltenen Wolken. Die Stabilität jeder Wolke oder der Anteil an nach innen und nach außen wandernden Wassertröpfehen zwischen den verschiedenen Kairoern oder Stufen des Systems ist abhängig von den Betriebsparametern, beispielsweise der Zuführgeschwindigkeit des Gases oder der Luft, vom Druckabfall, vom Anstellwinkel der Leitschaufeln und von den Abmessungen der Kammern. Da das Wasser aus dem Sumpf 23 der Trennstufe 80 zurückgeleitet wird, kann das System so betrieben werden, daS praktisch das gesamte strömende Wasser aus dem Speisesumpf 36 durch die verschiedenen Stufen des. Systems, die aus den Kammern 17, 15 und 13 und den jeweils zugehörigen Wolken 26, 28 und 30 bestehen, zue. Luft-Einlaßschneckengehäuse 12 und zur Wasserabflußleitung 31 zugeführt werden. Die Vorrichtung bewirkt also einen Wir.bel-Gegenstrom-ilassenkontakt zwischen zwei oder mehreren Medien.

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Die obere Deckplatte 33 des Kontaktapparats 10 ist radial nach außen abwärts geneigt, während die Bodenplatte 34 radial nach außen aufwärts geneigt ist. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, die Umfangs-Querschnittsflache an allen Punkten zu vergleichmäßigen. Selbstverständlich ist dies je nach Art des Betriebs nicht unbedingt notwendig. Ebenso können statt drei Stufen oder Leitschaufelkainmern nehr oder weniger Stufen verwendet werden. Statt der mittleren Kammer oder Stufe kann das Frischwasser und/oder rezirkulierte Wasser auch anderen Stufen zugeführt werden. Auch kann die Höhe der Leitschaufelkammern, wie in der US-Patentanmeldung Er. 111 933 vom 2. Februar 1971 beschrieben, einstellbar sein. Das Frischwasser kann dem Wasserzulauf 25 mittels einer Pumpe oder durch den Druckunterschied in der Kammer 1? aus einem Reservoir zugeführt werden. Soll im letzteren Fall jeder Stufe Frischwasser zugeleitet werden, so kann der Druckunterschied an jeder Stufe zum Ansaugen des erforderlichen Speisewassers verwendet werden, da sämtliche Stufen im wesentlichen in der gleichen Ebene oder auf der gleichen Höhe liegen.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausfuhrungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des Rahmens der Erfindung vielerlei Änderungenund Abwandlungen möglich.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE DA-K1172

. V/irbel-Kontaktapparat, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Wirbel-Kontaktstufe (17» 26; 15» 28), die je eine insgesamt kreisförmige Wand aus Leitschaufeln (18, 16) enthalten, die unter einem Winkel zwischen der Tangente und der Senkrechten zum Kreis angestellt sind, wobei die Leitschaufelwände im wesentlichen konzentrisch und koplanar zueinander, ineinander und in einem radialen Abstand angeordnet sind, durch an den axialen Enden der Wände angeordnete Deckel, die einen im wesentlichen geschlossenen ringförmigen Raum zwischen den Wänden bilden, wobei die innere Wand einen zylindrischen Raum bildet, der an einem axialen Ende verschlossen ist und an dessen anderem axialen Ende eine Öffnung (19) vorgesehen ist, und durch Druckeinrichtungen zur Förderung eines in kontinuierlicher Phase befindlichen Mediums von außen durch die äußere Leitschaufelwand und in den ringförmigen Raum und durch diesen in die innere Leitschaufelwand in den zylindrischen"Raum und von dort durch die Öffnung, so daß in jeder Stufe eine Wirbelströmung des Mediums ausgebildet wird.
2. Wirbel-Kontaktapparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (25) zum Einleiten eines zweiten Mediums in den Strömungsweg des ersten Mediums.

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3. Wirbel-Kontaktapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet j daß die Leitschaufelwände Öffnungen (32) enthalten, durch die sich das zweite Medium nach außen bewegen kann.
4. Wirbel-Kontaktapparat nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Öffnungen aus den Zwischenräumen (32) zwischen den Leitschaufeln bestehen.
5. .Wirbel-Kontaktapparat nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein die äußere Leitschaufelwand umgebendes Schneckengehäuse (12).
6. Wirbel-Kontaktapparat nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine an die Öffnung (19) angeschlossene Trennstufe (80) zur Aufnahme der strömenden Medien aus der Öff™ nung und zur Trennung der Medien voneinander.

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