DE2427841A1

DE2427841A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrostatischen reinigung, nassbehandlung und ausfaellung von gasen

Info

Publication number: DE2427841A1
Application number: DE19742427841
Authority: DE
Inventors: Addison B Scholes; Bruce F Semans
Original assignee: Ball Corp
Current assignee: Ball Corp
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1975-04-10
Also published as: JPS533113B2; CA1020881A; SE410710B; FR2246299A1; SE7404401L; CH581491A5; FR2246299B1; NL7406733A; JPS5064868A; DE2427841B2; US3919391A; GB1440863A; BE814960A

Description

Dipi.-ing. H. Seiler

PATENTANWÄLTE Dipi.-ing. J.Pfenning Dipi.-Phys. K. H. Meinig

1 Berlin 19

Oldenburgallee 1O ΤθΙ. O3O/3O4 55 21 /22

Drahtwort: Seilwehrpatent

Postscheckkonto: Berlin-West 59 38-102

7,Juni 1974 Me/Le

BALL CORPORATION 1509, South Macedonia Avenue, Muncie, Indiana 47302, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur elektrostatischen Reinigung, Naßbehandlung und Ausfällung von Gasen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen, Befeuchten und Ausfällen von Verunreinigungen von Industrieöfenabgasen und dergleichen.

Naßreinigungsvorrichtungen verschiedener Konstruktionen zum Reinigen von Industrieabgasen aller Art vor deren Abgabe an die Atmosphäre sind bekannt. Es wurde allgemein festgestellt„ daß das Naßreinigungsverfahren allein die an die Atmosphäre abzugebenden Gase bezüglich ihrer Partikelmenge nicht ausreichend säubert. ·

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ORIGINAL INSPECTED*

In Naßreinigungsvorrichtungen werden heiße Gase in ausreichenden Kontakt mit Waschflüssigkeiten gebracht, so daß deren Verunreinigungen absorbiert oder anderweitig ausgeschieden werden. Gewöhnlich sind zum Entfernen dieser Bestandteile Aufprall-, Kondensations- und Diffusionsvorgänge erforderlich. Im allgemeinen sind die zu entfernenden Bestandteile oder Dispersoide organische und anorganische Stoffe, von denen viele durch die Verwendung der naßreinigenden Flüssigkeiten oder dergleichen, einer Reihe von Filtern oder einer Kombination aus .Berieselungstürraen und Filtern leicht entfernt werden können. Bei Verwendung von Waschflüssigkeiten bedarf es gewöhnlich großer Mengen und besonderer Vorrichtungen zum Umrühren derselben, um die festen Partikel aus dem Gasstrom auszuscheiden.

In der Glasindustrie und insbesondere bei der Bearbeitung von Glasgegenständen sind Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe eine Herabsetzung der Bruchfestigkeit und anderer wesentlicher Eigenschaften vermieden werden sollen. Diese Gegenstände werden im Verlauf ihrer Bearbeitung, und zwar noch vor dem j

Abkühlen, dampfförmigen Stoffen mit einem inerten Trägergas

f ausgesetzt, wodurch ein glatter Schutzfilm auf den Glasober- ' flächen entsteht. Im allgemeinen bestehen diese überzüge aus Oxyden, die mit der Glasoberfläche eine innige Verbindung eingehen. Beim Aufbringen der Dämpfe auf Glasgegenstände bleibt eine recht große Menge an dampfförmigen Stoffen zurück, die j

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entweder zurückgeführt oder an die Atmosphäre abgegeben wird. In letzterem Falle kann die Luft in der Nähe der Abgabeöffnungen erheblich verschmutzt werden. Abgesehen davon, daß viele dieser austretenden Dämpfe und Gase Halogen enthalten, tragen sie auch sehr oft zur Korrosion bei oder sie verbinden sich mit anderen Stoffen und ergeben unter Umständen säurehaltige Verbindungen, die den Betrieb der Anlage beeinträchtigen. Wenn die zugehörigen Belüftungsvorrichtungen, wie beispielsweise Ventilatoren oder dergleichen, diesen korrosion» fördernden Stoffen ausgesetzt werden, setzt sich in kurzer Zeit innenseitig Rost an, der bis zur Gebrauchsunfähigkeit führt.

Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung stellen eine Verbesserung der bekannten Verfahren und Vorrichtungen dar.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Entfernen von heißen und freischwebende Partikel enthaltenden Behandlungsabgasen geschaffen, nach den die Behandlungsgase zunächst nach unten in Richtung auf und über eine Vielzahl von in bestimmter Weise ausgerichteten Elementen für die Behandlungsflüssigkeit oder dergleichen geleitet werden, wodurch die hydroskopischen Stoffe hydratisiert werden, um nachfolgend über ein eine Behandlungsflüssigkeit enthaltendes Becken geführt und an-

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schließend den in einem elektrostatischen Feld befindlichen Ionen ausgesetzt zu werden, so daß die befeuchteten Partikel, die mit den Gasen mitgerissen werden, sowie deren Hydrate und die aus den Partikeln bestehenden Klumpungen aufgeladen und unter der Einwirkung des Feldes entfernt werden. Dem Feld ist ein ständig fließender Flüssigkeitsfilm in der Nähe einer der Elektroden zugeordnet, so daß die aufgeladenen Teilchen auf den Flüssigkeitsfilm zu gelenkt und von diesem durch Wa- j sehen entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum ' Entfernen von heißen Behandlungsabgasen . Die Vorrichtung besteht aus Organen zum Abführen und Befeuchten der Behandlungsgase, den Abführvorrichtungen zugeordneten Elementen zum Aufnehmen von wenigstens einigen der durch die Abführvorrichtungen abgeführten Stoffe, weiteren Organen, mit deren Hilfe die verbleibenden behandelten Stoffe elektrostatisch aufgeladen werden können, einer vorstehenden Auffangfläche, die in der Nähe der zum Entfernen der aufgeladenen Partikel dienenden Organe vorgesehen ist, und aus Mitteln, die den die elektrostatische Aufladung bewirkenden Organen zugeordnet sind und einen wesentlichen Anteil der sich ergebenden abgeführten Gase kondensieren sollen.

Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfingung zu verwendenden Stoffe bestehen hauptsächlich aus Titanium- und Zinn-

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verbindungen. Es ist bekannt, daß Verbi-ndungen dieser Metalle

und insbesondere deren Halogenide bei der Behandlung von Glasoberflächen besonders nutzbringend angewendet werden können. Deshalb kann die bei einer Behandlung dieser Oberflächen verwendete Verbindung ein anorganisches Salz, wie beispielsweise Zinntetrachlorid und Tltaniumtetrachlorid, oder eine organische Verbindung, wie beispielsweise Alkylarylzinn oder Isopropyltitanat, sein. Für die Beschichtung von Glasgegenständen mit Zinnoxydüberzügen verwendete Zinnverbindungen sind beispielsweise Zinn-II-chlorid, Zinn-IV-chlorid, Zinn-II-floridi

Diäthylisobutalzinn, Di-isopropyl-zinndibromid und dergleichen, j Weiterhin ist festgestellt worden, daß zum Beschichten von j Glasgegenständen mit Titatiumdioxydüberzügen Titaniumverbin- [ düngen, wie beispielsweise Titaniumtetrachlorid oder Tetraisopropyltitanat, ebenfalls in der Glasindustrie mit Erfolg ver- ; wendet werden können. Obgleich durch diese Schichten die Eigen-!

I schäften der Glasgegenstände verbessert werden, tauchen jedoch hinsichtlich ihrer Handhabung spezifische Probleme auf. Die in der Form von Halogeniden auftretenden Verbindungen können sich leicht einer Hydrolyse unterziehen, wodurch die Wasserstoffhalogenide gebildet werden, und enthalten Chlorwasserstoff säure und Fluorwasserstoffsäure. Es ist bekannt, daß diese Gase äußerst korrosionsfördernd sind und eine besondere Behandlungsweise, eine besondere strukturelle Ausgestaltung der Vorrichtung sowie die Verwendung von speziellen, nicht korrosionsempfänglichen Metallen erfordern.

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Abgesehen davon, daß diese Verbindungen die Atmosphäre verunreinigen und korrosionsfordernde Gase hervorbringen, tendieren die hydroskopischen Stoffe dazu, zuzunehmen und die Partikel zu vergrößern. Wenn zur Beeinflussung dieser risikoreichen Situation Filter und besondere Belüftungsvorrichtungen verwendet werden, werden diese durch diese Steife vollständig verklebt und mit einer Schicht derselben bedeckt oder durch die Korrosionseigenschaften dieser Stoffe ganz einfach angefressen und somit betriebsunfähig gemacht, Die mit der Wartung und der- besonderen strukturellen Ausgestaltung der Vorrichtung ohne Anwendung der erfindungsgemäß gegebenen Lehre zum technischen Handeln zusammenhängenden Kosten werden wegen der Eigenschaften der zu handhabenden Stoffe oft zu hoch.

In den Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigen, ist;

Fig.1 eine Ansicht der elektrostatischen Vorrichtung, bei der einzelne Teile durchbrochen sind und so einen Einblick in das Innere der Vorrichtung ermöglicht,

Fig.2 eine Seitenansicht im Schnitt einer Naßreinigungssäule, die die wesentlichen Merkmale der Erfindung enthält und

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Fig.3 eine Darstellung des elektrostatischen Teils der

! erfindungsgemäßen Vorrichtung, der die Elektrode und die Auffangfläche enthält, im einzelnen, wobei

• die Auffangfläche zum Entfernen von sich durch den Teil bewegenden Partikeln verwendet wird.

In den Figuren, die alle die gleichen Bezugszeichen aufweisen, ist Fig.1 eine perspektivische Ansicht der erfindungs-

j gemäßen Vorrichtung, die teilweise durchbrochen dargestellt i ist, damit bestimmte Innenteile von ihr sichtbar sind. Fig.1 zeigt eine dem Grundgedanken der Erfindung entsprechende Einheit, die alle wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmale beinhaltet. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 20, das in zwei Abschnitte, einem oberen Abschnitt 24 und einem unteren Abschnitt 25, unterteilt sein kann. Der untere Abschnitt 25 ist ein rechteckiger Körper, der zum Aufbewahren einer im Zusammenhang mit der Vorrichtung verwendeten Sammlerflüssigkeit 27 benutzt wird. Der obere Abschnitt 24 ist mit zwei zylindrischen Säulenlängen 10 und 11 versehen, die von einer Tischplatte 21 und.von einem Auflagetisch 22 gehalten bzw. getragen werden sowie an letzteren befestigt sind. Innerhalb des Gehäuses 20 ist ein von einer aufrecht stehenden Wand 23 gehaltenes Auslaßrohr 16, das über ein T-förmiges Rohr 26 mit den oberen Teilen der Säule 10 auf der einen Seite und durch die Rohre 12 bzw, 15 mit der Säule 11 auf der anderen Seite verbunden ist, vorgesehen. Am Endteil des Rohres 12 ist inner-

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halb der Säule 10 eine nach außen erweiterte Düse 30 vorgesehen. Es ist klar, daß, obwohl nur zwei Düsen dargestellt sind, ebenso gut mehrere verwendet werden können. Was die zylindrische Säule 11 anbelangt, so ist in ihrer Mitte eine Elektrode 17 vorgesehen, die eine Vielzahl von an der Elektrode befestigten und im Abstand voneinander angeordneten sptizen Teilen 13 aufweist. Die Elektrode 17 ist ziemlich hock, über dem Niveau des Reservois 28 der Flüssigkeit angeordnet. Die Säule 11 ist mit einem Sauggebläse 18 versehen, das mit einer winkelförmigen Abzweigung der Säule 11, nämlich mit einem Abführstutzen 14, in Verbindung steht und an diesem befestigt ist.

Damit das Flüssigkeitsniveau im Reservoir konstant gehalten wird, sind der erfindungsgemäßen Vorrichtung Armaturen zugeordnet, durch die das Niveau im Reservoir aufrechterhalten werden kann, wobei diese Armaturen jedoch nicht zur Erfindung gehören. Viele dieser Armaturen sind auf herkömmliche Weise ausgebildet und in der Fachwelt bestens bekannt. Eine normale, aus einem Ventil und einem Schwimmer bestehende Konstruktion ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgreich angewendet worden.

Während des Betriebes werden heiße, gasförmige Stoffe, deren Temperaturen im allgemeinen zwischen ca, 37,8°C bis ungefähr 316 C liegen können, in das zylindrische Teil 10 mittels des

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Sauggebläses 18 eingesogen. Der heiße gasförmige Stoff trifft auf eine basische Flüssigkeit oder dergleichen, d.h., auf eine aus der Düse 30 kommende Flüssigkeit, deren pH-Wert größer als 7 ist. Es ist günstig, wenn die in das Teil 10 eingesogenen Gase bis auf unter ca. 71,1°C ausreichend gekühlt werden. In dem zylindrischen Teil 10 wird der gasförmige j

j Stoff nicht nur gekühlt, sondern die eingesogene Menge wird ; auch mit Wasserdämpfen gesättigt. Der gasförmige Stoff ist ■ somit so beschaffen, daß er gekühlt und befeuchtet werden kann. ; Daraus folgt, daß die organischen und anorganischen, im gasförmigen Stoff enthaltenden Halogenide hydrolisierte erzeugende, feste Substanzen sind. Es ist ebenfalls einleuchtend, , daß die ganze Chlorwasserstoffsäure von der im Teil 10 herr- ; sehenden, gesättigten Wasseratmosphäre aufgenommen wird. Der aus den organischen und anorganischen Halogeniden bestehende gasförmige Stoff durchläuft im wesentlichen eine Phasenänderung, d.h., er wird von einem gasförmigen in einen festen Zustand verwandelt. Während des Kühlvorgangs werden die Gase nach unten durch das ganze Teil 10 in den oberen Teil des Abschnittes 25 gezogen. Obwohl die organischen und anorganischen Stoffe im Verlauf des Naßreinigungsvorganges sofort hydratisiert und hydrolysiert werden, wodurch sich feste Partikel bilden, vereinigen sich diese Partikel zu Klumpen. Diese Partikel und deren Klumpen sind im allgemeinen größer als 1 Mikron und werden meistens von den die Partikel enthaltenden kleinen Flüssigkeitstropfen mitgenommen, eingefangen und wenigstens teilweise umschlossen. Größere schwere Partikel,

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die nicht mitgenommen wurden, faLien unter Einwirkung der Schwerkraft in die im Reservoir 28 befindliche Sammlet flüssigkeit 27, Die verbleibenden Gase werden über dem Reservoir 2ü nach oben in die Säule 11 gesogun, wo sie sofort dem EinfLuß eines von der Elektrode 17 und der Säule 11 erzeugten elektrostatischen Feldes ausgesetzt werden. Die Partikel werden sofort aufgeladen und an die Wandung der Säule 11 gezogen,wo sie von einer SammlerfLüssigkeit in Form eines dünnen Films P), der sich um den Innenumfang der Säule 11 erstreckt, mitgenommen werden. Somit werden aufgeladene E'artikel angezogen und nach unten in das Reservoir 28 gespült, in dem sie aujsgescnieden werden. Es ist klar, daß die Säule 11 auch als eine Kondensationssäule funktioniert, weil der gesättigte Wasserdampf während der Aufwärtsbewegung durch die Säule 11 übersättigt. wird. Die Säule 11 funktioniert somit als Kondensations turm, weil der hochgradig befeuchtete Dampfstrom seinen Taupunkt erreicht und in der Säule 11 eine Regenwirkung stattfindet. Die Bildung dieses Regens oder dieser feinen Tröpfchen innerhalb der Säule 11 ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch aus ihr säurehaltige Stoffe entfernt werden.

Es wurde festgestellt, daß im allgemeinen ungefähr 40 % der in der zylindrischen Säule 10 enthaltenen säurehaltigen Stoffe durch den in der Säule 10 stattfindenden Naßreinigungsvorgang und anschließend ca, 50 % der v-erbleibenden säurehaltigen Stoffe durch die in der Säule 11 stattfindende Kondensation des hochgradig befeuchteten Stromes entfernt werden,

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Es sollte daran gedacht werden, daß säurehaltige Gase, die in der Vorrichtung erzeugt sowie von dieser eingefangen und durch diese gezogen werden, durch die Säule 11 laufen und von der Flüssigkeit absorbiert werden, was zur Folge hat, daß die säurehaltigen Stoffe durch in der Flüssigkeit aufgelöste basische Bestandteile neutralisiert werden. Es wurde dementsprechend festgestellt, daß die in der vorliegenden Beschreibung erläuterte Vorrichtung ca. 90 % aller durch sie geleiteten säurehaltigen Dämpfe entfernen kann.

Obwohl die genauen Abmessungen der Vorrichtung nicht zwingend j

vorgeschrieben sind und von mehreren Größen abhängen, wurde i festgestellt, daß es für die meisten industriellen Verwendungszwecke vorteilhaft ist, wenn die Säulen 10 und 11 ungefähr 3,05 m lang sind und einen Durchmesser von ca.25,40 cm besitzen. Im allgemeinen ist die erste Säule 10 mit einer Reihe von Spritzdüsen versehen, die die nach unten gezogenen Behandlungsgase ständig spülen und nässend reinigen. Es wurde festgestellt, daß für mehrere Vorrichtungen zum Ausformen von Glas mit einem heißen Endbereich ungefähr 2.271 1 in der Stunde einer wässrigen Lösung, die mit aufgelösten Bestandteilen, wie Natriuirkarbonat, Natriumbikarbonat, Natriumhydroxyd und dergleichen, basisch gemacht wurde, ausreichen. Es wurde festgestellt, daß es allgemein vorteilhaft ist, wenn der pH-Wert der Lösung ungefähr bei 8 oder darüber liegt, wodurch eine ordnungsgemäße Neutralisierung des säurehaltigen Stoffes erreicht weiden kann. ₁₂_

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Unter der in dieser Beschreibung verwendeten Bezeichnung "Hydration" ist die Reaktion oder das Vermischen einer Substanz mit einer separaten Wassermenge zu verstehen.

Die Erfindung bezieht sich nach dem oben Gesagten auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von heißen und Zinn- oder Titaniumverbindungen enthaltenden Behandlungsabgasen, wie sie bei Arbeitsvorgängen zur Herstellung von Glas vorkommen. Die Funktionsweise der Vorrichtung und die Schritte des Verfahrens bestehen im Abführen der Behandlungsgase über eine Vielzahl von in bestimmter Weise ausgerichteten Elementen für die Behandlungsflüssigkeit oder dergleichen, wodurch die hydroskopischen Stoffe hydratisiert werden, Klumpungen bilden und die freischwebenden Partikel befeuchtet werden, im Leiten der abgeführten Gase über eine Quelle einer Behandlungsflüssigkeit, wodurch einige der Klumpungen und der befeuchteten Partikel entfernt werden, im anschließenden Aussetzen der abgeführten Gase den in einem elektrostatischen Feld befindlichen Ionen, so daß die verbleibenden Agglomerationen und befeuchteten Partikel aufgeladen werden und unter der Einwirkung des Feldes wandern, und im Entfernen der aufgeladenen Klumpungen und Partikel durch einen abwärtslaufenden Film einer Flüssigkeit.

Das den Erfindungsgedanken veranschaulichende und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Der Umfang der Erfin-

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dung soll nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt

sein. Verschiedene und andere zahlreiche Vorrichtungen kön-] nen von einem Fachmann konstruiert werden, ohne daß dadurch ί der Gedanke und der Umfang der Erfindung verlassen wird.

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Claims

_ΛΑ 9A97R/.

PATENTANSPRÜCHE

)J Verfahren zum Entfernen hydroskopischer Stoffe, freischwe · bender Partikel und dergleichen mehr aus heißen Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß diti BehanJ-lungsgase in Abwärtsrichtung iber eine Vielzahl von i:i bestimmter Weise angeordneten Elementen gegeben werden, so j daß die hydroskopischen Stoffe hydratisiert werden, eine Klumpenbildung erfolgt und die freischwebenden Partikel befeuchtet werden, daß die abzuführenden Gase über und durch austretende Behandlungsflüssigkeit geleitet und hierbei ein Teil der Verklumpungen und der befeuchteten Partikel entfernt werden, daß nachfolgend die abgeführten Gase der Ionisation in einem elektrostatischen Feld ausgesetzt werden, wobei die noch vorhandene Agglomeration und die befeuchteten Partikel aufgeladen und unter der Einwirkung des Feldes abgelenkt werden und daß schließlich die aufgeladenen Agglomerationen und Partikel durch einen abwärtslaufenden Flüssigkeitsfilm entfernt werden.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Abgase Zinn- und Titaniumverbindungen sind.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsflüssigkeit basisch ist.

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4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Größe der Agglomerationen bzw. die durchschnittliche

zwischen
Partikelgröße etwa T,5 und 3,5 Mikron liegt.
5) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Wechselwirkung der Behandlungsgase mit einer Vielzahl von in bestimmter Weise angeordneten Elementen für eine Behandlungsflüssigkeit oder dergleichen, wodurch die hydroskopischen Stoffe hydratisiert werden, Agglomerationen entstehen und freischwebende Partikel befeuchtet werden, wobei die Behandlungsgase auf eine Temperatur unter ca, 70°C abgekühlt werden, weiter durch das Vorbeiführen der Gase in der Nähe eines Reservoirs einer basischen Behandlungsflüssigkeit (27), wobei einige der Klumpungen und befeuchteten Partikel eingefangen werden, durch ein anschließendes Beaufschlagen der Gase durch ein elektrostatisches Feld und durch das Abführen der aufgeladenen Klumpungen und Partikel mittels des dünnen, nach unten fließenden Flüssigkeitsfilmes.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydroskopischen Stoffe Titan- und/oder Zinnverbindungen sind.
7) Vorrichtung zum Entfernen heißer Behandlungsabgase, die aus Zinn- und Titanverbindungen bestehende hydroskopische Stoffe enthalten, dadurch gekennzeichnet_f daß Vorrichtungen zum wenigsteuf teilweisen Abführen und zum Befeuchten der Behand-

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lungsgase und ihrer Verunreinigungen, Vorrichtungen für das elektrostatische Aufladen des verbleibenden Restes in den Gasen, eine in der Nähe der zu» Entfernen der aufgeladenen Partikel dienenden Vorrichtungen vorstehende Auffangfläche und den die elektrostatische Aufladung bewirkenden > Vorrichtungen zugeordnete, einen wesentlichen Anteil der j anfallenden abzuführenden Gase kondensierende Hilfsmittel, j vorgesehen sind. ι
8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die i

Vorrichtungen zum Befeuchten der Behandlungsgase aus einer j

ι Vielzahl von in einer bestimmten Weise ausgerichteten EIe- j

'

j ,

ι menten für die Behandlungsflüssigkeit bestehen. \

s9) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

ι Vorrichtungen für die elektrostatische Aufladung aus einer j

■ Vielzahl nadeiförmiger Elektroden bestehen. !

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