DE2628586A1

DE2628586A1 - Verfahren zum filtrieren von in einem gasstrom mitgefuehrten partikeln und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2628586A1
Application number: DE19762628586
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Andersen 2000 Inc
Current assignee: Andersen 2000 Inc
Priority date: 1975-06-25
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-01-13
Also published as: SE7607298L; BE843430A; IT1061923B; US4135894A; CH610214A5; FR2316996A1; AT365091B; JPS5230979A; ATA469876A; CA1084409A; FR2316996B1; NL7606957A; GB1525183A

Description

Verfahren zum Filtrieren von in einem Gasstrom mitgeführten Partikeln und Vorrichtung zur Durchführung dieses

Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Filtrieren von in einem Gasstrom mitgeführten Partikeln und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Vorrichtung zur Aufsammlung von in einem Gasstrom mitgeführten feinen Festkörper- und Flüssigkeitsaerosolen durch Verwendung eines Sammelmediums in .Verbindung mit einem stabilen, das Sammelmedium bedeckenden Film aus Sammelflüssigkeit , durch welche der Gasstrom geleitet wird.

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Im US-Patent 3 250 059 ist eine Vorrichtung offenbart, die in einer ersten Stufe ein Filter verwendet, das sehr dünn und hydrophob ist, so daß das Teilchenmaterial zuerst auf den Stegen des Filtermediums gesammelt wird und dann mit einer Waschflüssigkeit durchgespült wird. Die durch das Filter in der ersten Stufe strömende Flüssigkeit wird in einem weiteren Filter in einer zweiten Stufe aufgesammelt. Diese Vorrichtung erfordert, daß die auf das Filter gesprühte Reinigungsflüssigkeit so beschaffen ist, daß sie nicht die im Filter der ersten Stufe gesammelten Festkörperteilchen löst. Weiter erfordert diese Vorrichtung ein relativ großes Verhältnis von Reinigungsflüssigkeit zum Gasvolumen. Dies begrenzt die Anwendbarkeit der Vorrichtung, da üblicherweise in der Industrie Abgase sowohl Festkörperteilchen als auch" Flüssigkeitsteilchen enthalten.

Nach einem weiter bekannten Verfahren (US-PS 3 370 401) wird ein Faseraufbau verwendet, auf den eine genügende Menge von Reinigungsflüssigkeit gesprüht wird, um in diesem Faseraufbau einen Flüssigkeitsstand bei einer Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, derart,daß das durch den Faseraufbau strömende Teilchenmaterial in engem Kontakt mit der Reinigungsflüssigkeit durch den Faseraufbau strömen muß. Dies verursacht einen großen Verbrauch an Reinigungsflüssigkeit, um eine entsprechende Strömungsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Weiter erfordert dieses Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung, daß die Festkörperteilchen in der Reinigungslösung relativ unlöslich sind.

Der Nachteil der bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen besteht darin, daß sie verhältnismäßig teuer sind, keine Teilchen in einem Submikrondurchmesserbereich entfernen und auch nicht einen relativ weiten Bereich von Arten und Größen an Teilchen sammeln können.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten und Nachteile des bekannten Standes der Technik zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein dadurch gekennzeichnetes Verfahren gelöst, daß der mit mitgeführten Mikron- und Submikron- Flüssigkeits- und -Festkörperteilchen versehene Gasstrom durch ein Sammelmedium geführt wird, wobei der Druckabfall über dem Sammelmedium größer als 254 mm Wassersäule ist und wobei das Sammelmedium einen Hohlraumanteil von über 9056 aufweist und ein einheitliches dreidimensionales Netz aus vermaschten Stegen umfaßt, die zur Bildung einer Skelettstruktur aus einer Vielzahl miteinander verbundenen Zellen, von denen jeweils benachbarte eine gemeinsame Öffnung aufweisen, an in Abständen voneinander sich befindenden Punkten einstückig verbunden sind, wobei das Netz eine ausreichende Festigkeit aufweist, um ein wesentliches Zusammendrücken desselben aus seinem unbelasteten Zustand beim Durchführen des Gasstromes aufgrund dessen Kraft beim Durchströmen zu verhindern, und ferner gekennzeichnet dadurch, daß im wesentlichen die Stege des Sammelmediums mit einem Film aus Sammelflüssigkeit bedeckt gehalten werden, wo-", bei jedoch die Menge der Sammelflüssigkeit im Sammelmedium derart bemessen ist, daß kein Überfluten des Sammelmediums eintritt, sodaß Flüssigkeits- und Festkörperteilchen vom Gasstrom getrennt und im Sammelflüssigkeitsfilm geführt werden.

Nach der Erfindung werden nicht nur feine Festkörperteilchen, die in der Sammelflüssigkeit relativ unlöslich sind, gesammelt, sondern auch kleine Festkörperteilchen, die in der Sammelflüssigkeit löslich sind, Somit erlaubt die Erfindung einen weiten Anwendungsbereich für indu-

strielle Zwecke und gewährt einen großen Aufsammelwirkungsgrad sogar im Submikronbereich.

Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt das Durchleiten eines Gasstromes mit feinen Festkörper und/oder Flüssigkeitsaerosolen, die im Gasstrom mitgerissen werden, durch eine primäre Sammeleinheit, um die Festkörperteilchen und/oder Flüssigkeitsaerosole in einer Sammelflüssigkeit aufzusammeln. Die Sammelflüssigkeit mit den darin suspendierten oder gelösten gesammelten Festkörper- und/oder Flüssigkeitsaerosolen wird in größeren Tröpfchen der Sammelflüssigkeit aus der Primärsammeleinheit vom Gasstrom mitgenommen. Der Gasstrom und die Sammelflüssigkeitströpfchen werden dann durch eine sekundäre Flüssigkeitstrenneinheit geleitet, in der die größeren Tröpfchen mit den gesammelten Teilchen vom Gasstrom getrennt werden.

Die primäre Sammeleinheit verwendet ein Sammelmedium^· das ein dreidimensionales Netzwerk aus vermaschten Stegen umfaßt, die zur Bildung einer Skelettstruktur aus einer Vielzahl miteinander verbundenen Zellen, von denen jeweils benachbarte eine gemeinsame Öffnung aufweisen, an in Abständen voneinander sich befindenden Punkten einstückig verbunden sind, wobei das Netz eine genügende Festigkeit aufweist, so daß die Kraft des durchfließenden Gasstromes kein Zusammendrücken des Netzes aus seinem unbelasteten Zustand bei Durchströmen des hochenergetischen Gasstromes bewirkt. Sowohl Kunststoff als auch Metall kann in zufriedenstellender Weise als Material zur Bildung der Stege im Netz des Sammelmediums verwendet werden. Ein dünner, stabiler,- Film der die vermaschten Stege bedekkenden Sammelflüssigkeit wird aufrechterhalten, so daß das im Gasstrom mitgerissene Teilchenmaterial in diesem dünnen Film aus die Stege bedeckende Sammelflüssigkeit, gesammelt wird und zwar mehr als auf den Stegen selbst.

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Wenn zusätzliche Sammelflüssigkeit auf die stromaufwärts gerichtete Seite des Sammelmediums aufgebracht wird, wird die bereits den dünnen Film um die Stege bildende Sammelflüssigkeit, in der die Teilchen gesammelt sind, entlang den Stegen des Netzes im Sammelmedium versetzt, bis es dessen stromabwärts gerichtete Seite erreicht, wo es sich in Form von relativ großen Sammelflüssigkeitstropfen sammelt. Diese Sammelflüssigkeitströpfchen werden durch den Einfluß der Schwerkraft und/oder den Gasstrom von der stromabwärts gerichteten Seite des Sammelmediums allmählich entfernt.und gelangen mit dem Gasstrom aus der Primärsammeleinheit. Der Betrag an Sammelflüssigkeit, die auf die stromaufwärts gerichtete Seite des Sammelmediums zugeführt wird, liegt erheblich unter dem Betrag, der erforderlich ist, um eine Überflutungsströmung durch das .Sammelmedium zu bewirken, und den Druckabfall über dem Sammelmedium zu minimieren, während noch hohe Aufsammelwirkungsgrade erzielbar sind. Die primäre Sammeleinheit kann kontinuierlich betrieben werden, ohne daß irgendein Abschnitt des Sammelmediums aus dem Gasstrom herausgenommen werden muß. Weiter können in der Einheit Submikronteilchen vom Gasstrom entfernt werden, wie es durch den Umweltschutz verlangt wird. Das Verhältnis an auf das Sammelmedium gegebener Sammelflüssigkeit zum durchfließenden Gasstromvolumen ist extrem niedrig, wodurch der Betrag an Sammelflüssigkeit, der zum Betrieb der Primäreinheit erforderlich ist, erhalten bleibt.

Die sekundäre Flüssigkeitstrenneinheit nimmt den Gasstrom und die gesammelte Teilchen enthaltenden Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit aus der Primärsammeleinheit auf. Die sekundäre Flüssigkeitstrenneinheit weist einen Hauptflüssigkeitsabscheidebereich auf, durch welchen der Gasstrom und die Tröpfchen aus der Sammelflüssigkeit geleitet werden, wobei der Großteil der Tröpfchen vom Gasstrom abgeschieden wird. Die im Gasstrom verbleibenden Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit gelangen aus dem Hauptflüssigkeitabscheider in einen kleineren

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Flüssigkeits'abscheidebereich, in dem die verbleibenden Tröpfchen vom Gasstrom getrennt werden, so daß der Gasstrom vollkommen gereinigt ist, wenn er den kleineren Plussigkeitsabscheidebereich verläßt.

Der Gasstrom durch die primäre Sammeleinheit und die sekundäre Flussigkeitstrenneinheit wird durch entsprechende Antriebsmittel bzw. Vorrichtungen bewirkt, wie beispielsweise durch ein an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung angeordnetes Gebläse. Die primäre Sammeleinheit arbeitet unter hochenergetischen Betriebsbedingungen, wohingegen die sekundäre Flüssigkeitstrenneinheit unter niederenergetischen Betriebsbedingungen arbeitet.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung des in dem US-Patent 3 873 281 und dem US-Patent 3 745 748 beschriebenen Filtriersystems dar, die beide ein nicht-benäßtes Filtermedium für relativ hohe Sammelwirkungsgrade, gewöhnlich über 80 %, verwenden. Es ist dem Fachmann klar, daß der Ausdruck "Sammelwirkungsgrad" eine Funktion der Teilchengröße für jedes gegebene Filtriersystem darstellt und daß deshalb der Wirkungsgrad in einer Vorrichtung über eine variierende Teilchengrößenverteilung sich ändert. Ein gutes Filtriersystem wird jedoch einen hohen, wenn auch nicht notwendigerweise unveränderlichen Wirkungsgrad über einen weiten Bereich von Teilchengroßenverteilungen aufweisen. Derartige Filtriersysteme sollten auch in der Lage sein, eine Teilchenentfernung auch im Submikronteilchenbereich zu erzielen.

Die erfindungsgemäß offenbarte Sammelvorrichtung arbeitet im Medium und unter hochenergetischen Betriebsbedingungen in der Primärsammeleinheit und unter niederenergetischen Betriebsbedingungen in der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit. Das Medium und die hochenergetischen Betriebsbedingungen drücken gewöhnlicherweise den Gasstrom durch

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das Sammelmedium mit einem Druckabfall über dem Sammel— medium von etwa mehr als 127 mm Wassersäule, wobei die niederenergetischen Betriebsbedingungen den Gasstrom gewöhnlicherweise durch das Sammelmedium mit einem Druckabfall über das Sammelmedium unterhalb ungefähr 127 mm Wassersäule drücken.

Der verwendete Begriff "Teilchen" wird einfachheitshalber hierin nicht nur auf feine Festkörperteilchen, sondern auch auf flüssige. Aerosole bezogen. Die Anmeldung ist im wesentlichen auf die Sammlung von irgendwie gestalteten Flüssigkeitsaerosolen und die Sammlung von unlöslichen Festkörperteilchen von weniger als ungefähr 10 χ 10 Durchmesser gerichtet, welche in einem Gasstrom mitgenommen werden. Die Erfindung betrifft die Aufsammlung von feinen Festkörperteilchen, die nichthaftend oder -klebend sind, sodaß sie ein zähes Haften an den Stegen des Sammelmediums verursachen und somit die Entfernung von den Stegen verhindern. Die Teilchen können in der Sammelflüssigkeit löslich oder unlöslich sein. Ein grundlegender Aspekt ist die Sammlung von Teilchen, die einen Durchmesser von weniger als ungefähr 2 χ 10" mm aufweisen, da de:
schwierig aufzusammeln sind.

2 χ 10 mm aufweisen, da derartige Teilchengrößen sehr

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Geräts,

Fig. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt der Primärsammeleinheit entlang der Linie II—II nach Figur 1,

Fig. 3 einen Querschnitt der Primärsammeleinheit entlang Linie III-III nach Figur 2,

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Fig. 4 einen vergrößerten Vertikalschnitt der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit entlang der Linie IV-IV dach Figur 1,

Fig. 5 einen Querschnitt der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit entlang Linie V-V nach Figur 4,

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer der Zellen des Sammelmediums,

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt einiger der Stege im Inneren des Sammelmediums mit dem Sammelflüssigkeitsfilm.darauf,

Fig. 8 einen vergrößerten Querschnitt ähnlich Figur 7

von einigen der Stege der stromabwärts gerichteten

Seite des Sammelmediums mit gebildeten Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit,

Fig. 9. ein typisches Diagramm einer Kurve des Aufsammelwirkungsgrads ,

Fig. 10 ein Diagramm des Aufsammelwirkungsgrads der Erfindung im Submikronbereich.

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Das Gerät der Erfindung ist am besten aus den Figuren 1 bis 5 ersichtlich. Aus diesen Figuren geht hervor, daß ein Teilchen enthaltender Gasstrom, welcher gewöhnlicherweise bei Industriebetrieben anfällt, durch die Sammelvorrichtung 10 gelangt, wo die Teilchen des Gasstroms gesammelt werden. Der gesäuberte Gasstrom strömt anschließend aus einer entsprechenden Abführvorrichtung, wie beispielsweise einem Abgasrohr, in die Atmosphäre. Die Sammelvorrichtung 10 umfaßt eine Primärsammeleinheit 11 und eine sekundäre Flüssigkeitstrenneinheit 12, die im Gasstrom hinter der Primärsammeleinheit angeordnet ist. Eine entsprechende druckerzeugende Vorrichtung, wie beispielsweise ein in Figur 1 dargestelltes Gebläse 14, kann dazu verwendet werden, das notwendige Medium zu erzeugen, also daß hochenergetischer Gasstrom durch die Primäreinheit 11 der Vorrichtung 10 und niederenergetischer Gasstrom durch die Sekundäreinheit 12 fließt, so daß in der Primäreinheit 11 eine Sammlung unter hochenergetischen Betriebsbedingungen stattfindet, wohingegen in der Sekundäreinheit 12 niederenergetische Betriebsbedingungen bei der Aufsammlung vorherrschen. Die Primärsammeleinheit 11 lagert die Teilchen mit kleinerem Durchmesser in einer Sammelflüssigkeit ab und führt dann diese Teilchen enthaltende Sammelflüssigkeit in Tröpfchen aus der Einheit 11 ab. Die zweite Einheit 12 zur Flüssigkeitstrennung nimmt den Gasstrom mit den Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit auf und trennt die Tröpfchen der Sammelflüssigkeit vom Gasstrom, so daß der Gasstrom gesäubert wird.

Die Primärsammeleinheit 12 weist ein Primärgehäuse 15 auf, welche eine Sammelkammer 16 einschließt. Eine Stütztrommel 20 für die Sammelmedien ist innerhalb der Kammer 16 des Gehäuses 15 drehbar gelagert. Die Trommel 20 weist eine ringförmige Seitenwand 21 auf, welche konzentrisch zur Stützachse 23 über Rippen 24 angeordnet ist. Die Seitenwand 21 ist mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen 25 versehen, die derart gestaltet und in Abständen voneinander angeordnet sind, daß die mit Öffnungen

versehene Fläche der Seitenwand maximiert wird, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung von ausreichender Festigkeit der Seitenwand, um einen Bruch während des Betriebs auszuschließen. Die Seitenwand kann aber auch aus einem starken Drahtgeflecht, aus expandierten Metall oder anderen durchlässigen Materialien^" bestehen. Die Seitenwand kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Die Trommel 20 kann durch Drehung der Stützachse über einen entsprechenden Antrieb 26 in Drehung versetzt werden. Ein Ende 28 der Seitenwand 21 ist abgedichtet, wohingegen das Ausströmende 29 offen ist. Das Ende 28 kann durch eine entsprechende Dichtung 30, wie in den Figuren dargestellt, gegenüber der Wand des Gehäuses 15 abgeschlossen oder abgedichtet sein. Das Gehäuse 15 weist eine Ausströmöffnung 31 auf, die mit dem Ausströmeride"29 der Seitenwand 21 auf der Trommel 20 gekoppelt ist. Das Ausströmende 29 der Seitenwand 21 ist durch einen Dichtring 32 um die Ausströmöffnung31 derart abgedichtet, daß der Gasstrom in der Kammer 16 durch die Öffnungen 25 in der Seitenwand 21 und dann durch die Ausströmöffnung 31, wie nachfolgend erläutert, strömt.

Auf dem Außenumfang der Seitenwand 21 der Trommel befindet sich ein Aufsammelmedium 40, so daß der Gasstrom in der Kammer 16 durch das Sammelmedium 40 in die Öffnungen 25 der Seitenwand 21 strömt bevor er das Gehäuse 15 über die Ausströmöffnung 31 verläßt. Das Sammelmedium 40 bedeckt vollständig die Öffnungen 25 in der Seitenwand 21 und kann durch geeignete Klammern 41 um gegenüberliegende Enden des Mediums 40 und der Seitenwand 21 in seiner Lage gehalten werden. Das Sammelmedium 40 umfaßt, wie aus Figur 6 ersichtlich, ein dreidimensionales Netz 42 von vermaschten Stegen 44, wobei die Stege 44 integral an Verbindungspunkten 45 verbunden sind und somit eine Skelettstruktur aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen offenen Zellen 46 mit einer Anzahl von Öffnungen oder Poren 48 zu jeder Zelle 46 bilden. Jede Öffnung öder Pore 48 verbindet zwei benachbarte Zellen 46. Die Stege 44 des Netzes 42 weisen eine genügende Festigkeit auf, so daß die Kraft des durch das Sammelmedium 40 strömenden Gasstromes

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nicht den Bruch der Zellen 46 und des Netzes 42 verursacht: ^ "" Der effektive Durchmesser der Stege 44 ist klein und kann abhängig von der Anzahl der Öffnungen oder Poren 48 pro Längeneinheit variieren.

Eine Anzahl von Sprührohre«51 der Sammelflüssigkeit ist am Gehäuse 15, wie in den Figuren 2 und 3^dargestellt, angebracht* Sie sprühen die S amme !flüssigkeit 54 in die Trennkammer 16 und auf die Außenoberfläche 49 des auf der Trommel angeordneten Sammelmediums 40. Die Sprührohre 51 umfassen wenigstens ein Sprühmundstück 52, welches die Sammelflüssigkeit im wesentlichen radial in bezug auf die Trommel 20 sprüht. Die Sprühaufbauten 50 sind gewöhnlich über dem Umfang der Trommel 20 angeordnet, so daß die Sprühbögen von den Mundstücken 52 im wesentlichen die gesamte Außenfläche 49 des Sammelmediums 40, wie in den Figuren 2 dargestellt, abdecken'.· In Figur 2 sind vier Sprührohre 51 in Abständen von 90° um die Trommel 20 angeordnet. Die dargestellten Mundstücke erzeugen einen vollen konischen Sprühbogen der Sammelflüssigkeit. Gewöhnlich erzeugen die Mundstücke 52 nicht zerstäubte grobe Sprühnebel von Sammelflüssigkeit, bei der die Tröpfchengröße der Sprühflüssigkeit in den Sprühbögen wenigstens einen Durchmesser von ungefähr 50 χ 10 mm und gewöhnlicherweise einen Durchmesser von ungefähr 200 bis 400 χ 10 mm beträgt. Dies verursacht ein Auftreffen der Sprühtröpfchen auf die Außenfläche 49 des Sammelmediums 40 ohne wesentliche Benässung der im Gasstrom ankommenden Teilchen aufgrund der unterschiedlichen Teilchendurchmesser.

Wenn die Sprühtröpfchen der Sammelflüssigkeit auf das Sammelmedium 40 treffen, verursacht die Aufschlagkraft und die Tätigkeit des Gasstromes, daß diese Tröpfchen einen dünnen stabilen und im wesentlichen die Stege 44 des Sammelmediums 40, wie in Figur 7 dargestellt, bedeckenden Film 55 der Sammelflüssigkeit bilden. Da die Sammelflüssigkeit fortwährend auf die Außenoberfläche 49 des Sammelmediums 40 gesprüht wird, wandert

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flie Sammelflüssigkeit im Film 55 durch Bewegung entlang der Stege 44 des Filtermediums durch das Sammelmedium 40 im wesentlichen in Richtung des Gasstromes durch das Sammelmedium. Darum bleibt die Dicke des Films 55 im wesentlichen ungefähr konstant. Im Laufe der Zeit bewegt sich die aufgesprühte Sammelflüssigkeit entlang der Stege 44 durch das Sammelmedium 40 bis es die Innenfläche 50 des Sammelmediums 40 erreicht. Wenn die versetzte Sammelflüssigkeit 54 jene Stege 44 im Netz 42 des Sammelmediums 40 an der stromabwärts gerichteten Fläche 50 erreicht, sammelt sie sich oder agglomeriert sie in relativ großen Tropfen 56, wie es aus Figur 8 deutlich wird, und~zwar insbesondere an den Verbindungspunkten 45 der Stege. Wenn diese Tropfen 56 der Sammelflüssigkeit eine bestimmte Größe erreichen, verursacht die Kraft des Gasstromes und/oder die Schwerkraft, daß sich die Tropfen 56 vom Sammelmedium 40 in dem Gasstrom abscheiden, der aus dem Sammelmedium 40 und durch die Ausströmöffnung 31 im Primärgehäuse 15 strömt. Diese Tropfen 56 aus Sammelflüssigkeit sind relativ groß im Vergleich zur Größe der gesammelten Teilchen und ihre Größe bewegt sich in einem Bereich von ungefähr 30 bis 200 κ io~^nm im Durchmesser. Normalerweise sind diese Tropfen 56 überwiegend größer als ungefähr 50 χ 10~ mm. Es ist anzumerken, daß die gesammelten Teilchen in den Tropfen 56 der Sammelflüssigkeit verbleiben. Die in der Saitmelflüssigkeit unlöslichen Teilchen werden in den Tropfen 56 suspendiert, wohingegen die in der Sammelflüssigkeit löslichen Teilchen in den Ta?opfen 56 gelöst werden. Die relativ große Größe der Tropfen 56 gestattet die relativ leichte Abscheidung in der zweiten Einheit 12 für Flüssigkeitstrennung und die gesammelten Teilchen bleiben in den Tropfen 56 eingeschlossen, wie sie vom Gasstrom getrennt werden.

Die Kombination des Films 55 der Sammelflüssigkeit und des Netzes 42 des S amme line di ums 40 sammelt die Teilchen mit einer kumulativen Kombination aus diffusiver Aufnahme, Einklemmen und Abfangen, um überlegene Aufsammelwirkungsgrade bis gut in

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den Größenbereich der Submikronteilchen zu erzielen. Das Verhältnis van Volumen an Sammelflüssigkeit zum Gasstromvolumen ist extrem niedrig.

Das Sammelmedium 40 muß dem durch das Sammelmedium 40 durchgehenden Gasstrom eine genügende Anzahl von mit Sammelflüssigkeitsfilm 55 bedeckten Stegen 44 darbieten, damit tatsächlich alle im Gasstrom mitgeführten Teilchen den Film 55 der Sammelflüssigkeit berühren und vom Gasstrom getrennt werden. Obwohl die Dicke des Sammelmediums 40 variiert werden kann, damit mehr Stege 44 dem durch das Sammelmedium 40 durchgehenden Gasstrom ausgesetzt werden, beträgt eine praktikabel verwendete Dicke ungefähr 25,4 mm. Bei Verwendung eines Sammelmediums 40 mit einer Dicke von ungefähr 25,4 mm hat es sich he raus ge site 11t, daß das Filtermedium 40 wenigstens ungefähr 45 öffnungen oder Poren 48 pro linear 25,4 mm haben sollte. Bei ungefähr 65 öffnungen oder Poren 48 pro linearen 25,4 mm wurden mit dem Sammelmedium 40 ausgezeichnete Ergebnisse erzielt. Die Durchmesser der Stege 44 sind in Verbindung mit dem Film 55 der Sammelflüssigkeit genügend klein, um eine Berührung der Teilchen mit dem Film 55 zur Entfernung der Teilchen aus dem GAsstrom zu gestatten.

Eine Anzahl unterschiedlicher Materialien kann zur Bildung des Sammelmediums 40 verwendet werden. Ein zufriedenstellendes Material für ein Filtermedium 40 ist ein Polyurethanschaum, der netzartig aufgebaut ist, oder vollständig offene Poren aufweist. Die Stege 44 des dreidimensionalen Netzes 42 bestehen aus Polyurethankunststoff und die Polyurethanstege 44 sind integral an verdickten und in Abständen auseinander liegenden Verbindungspunkten 45 verbunden, so daß sie eine isotrope Skelettstruktur mit einer Vielzahl von offenen polyedrischen Zellen 46 bilden, wobei die öffnungen oder POren 48 jeder polyedrischen Zelle 46 polygonal sind sowie mit einer benachbarten polyedrischen Zelle 46 gemeinsam und offen und frei von membramem Polyurethankunststoff sind. Dieses Netz 42 ist im wesentlichen frei von oermeatoidal

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abgebauten Schnüren 44 und Verbindungen 45. Polyürethanschäume mit 45,65 und 80 Poren pro 25,4 mm haben zufriedenstellende Ergebnisse gezeigt, wobei diese Schaumstrukturen eine Dicke von ungefähr 25,4 mm und einen Hohlraumanteil von über 90% aufwiesen. Ein anderes zufriedenstellend verwendetes Filtermedium 40 besteht aus einem Metallschaum, wie beispielsweise einem durch Einblasen von Gas in geschmolzenes Blei gebildeten Bleischaum. Die Stege 44 des dreidimensionalen Netzes 42 bestehen aus Blei und die Bleistege 44 sind an verdickten Verbindungsgliedern

45 integral miteinander verbunden, so daß die Bleistege 44 die isotrope Skelettstruktur mit einer Vielzahl von offenen Zellen

46 bilden, wobei benachbarte Zellen gemeinsame Öffnungen oder Poren 48 haben.""Ein weiteres zufriedenstellendes Filtermedium 44 ist ein zellularer Metallaufbau, welcher durch Galvanisierung des oben beschriebenen Polyurethanschaums und nachfolgender Erwärmung des galvanisierten Produkts, um den Polyurethankunststoff herauszubrennen, gebildet ist. Dabei verbleibt -lediglich das galvanisierte Metall, welches die Stege 44 des dreidimensionalen Netzes 42 bildet, wobei die Metallstege 44 an Verbindungspunkten 45, die in Abständen auseinanderliegen, integral verbunden ist und somit die Skelettstruktur der Zellen 46 bildet, in der die Öffnungen oder Poren 48 einer jeden Zelle 46 jeweils gemeinsame Öffnungen bzw. Poren mit einer benachbarten Zelle 46 darstellen. Obwohl nahezu jedes galvanisierte Metall verwendet werden kann, wird Nickel und rostfreier Stahl bevorzugt.

Eine Anzahl von verschiedenen Arten der Sammelflüssigkeit kann verwendet werden, wenn nur um die Stege 44 des Mediums 40 ein Film 55 gebildet wird. Eine geeignete Sammelflüssigkeit stellt Wasser dar. Weitere Sammelflüssigkeiten sind beispielsweise verschiedene Kohlenwasserstoffe und andere organische Flüssigkeiten, auch wässrige Lösungen von Säuren, Alkali, Detergense, Salze und ähnliches können, je nach Typ der zu sammelnden Teilchen und ob sie mit dem Sammelmedium 40 und anderen Materialien in der Primärsammeleinheit 11, die mit der Flüssigkeit in Berührung gelangen, verträglich sind, verwendet werden.

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Der Gasstrom mit den mitgerissenen Teilchen strömt durch ein Einlaufrohr 18, wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, in die Sammelkammer 16 der Primärsammeleinheit 11. Der Gasstrom wird dann durch das Sammelmedium 40 in das Innere der Trommel 20 und dann durch die Ausströmöffnung 31 durch das Gebläse 14 gedrückt.

Die Sekundäreinheit 12 für Flüssigkeitstrennung weist ein Sekundärgehäuse 60 auf, welches eine Flüssigkeitstrennkammer 61 begrenzt. Das Gehäuse 60 besitzt einen Eingang 62 am stromaufwärtigen Ende der Flüssigkeitstrennkammer 61 und eine Ausströmöffnung am stromabwärtigen Ende der Flüssigkeitstrennkammer 61. Der Hauptbereich der Flüssigkeitstrennung, der Abschnitt 65, ist im stromaufwärtigen Teil" der Kammer 61 angeordnet und gegenüber dem Gehäuse 60 abgedichtet, so daß der durchgehende Gasstrom von der primären Sammeleinheit 11 durch die Flüssigkeitstrennkammer 61 durch den Hauptabschnitt 65 des Flüssigkeitstrenners gehen muß. Der Flüssigkeitstrennbereich 65 kann jede Anzahl von verschiedenen Tropfenabscheidevorrichtungen beinhalten, welche eine Großzahl der Tröpfchen der Sammelflüssigkeit vom Gasstrom trennen, ohne die Tropfenabscheidevorrichtung zu überfluten, um ein wesentliches Wiedermitreißen der getrennten Tröpfchen 56 der Sammelflüssigkeit zu verursachen. Ein üblicher Tropfenabscheider 66 in Winkelbauart (Chervron-Type) ist im Bereich 65 mit Trennleisten 68 dargestellt, wobei die Trennleisten in bezug auf die Richtung des Gasstroms abgewinkelt sind. Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Auftreffplatten oder Zyklone können anstelle des Abscheiders 66 verwendet werden. Die vom Gasstrom an den Leisten 68 abgetrennten Tröpfchen 56 der Sammelflüssigkeit bilden größere Tropfen und fallen unter dem Einfluß der Schwerkraft im Laufe der Zeit von den Leisten 68 in den unteren Teil der Flüssigkeitstrennkammer 61 ohne im Gasstrom wieder mitgerissen zu werden. Ein geeigneter Abfluß 68 erlaubt die Entfernung der Sammelflüssigkeit von der Kammer 61. ~

Ein weiterer Bereich 70 zur Flüssigkeitstrennung ist stromabwärts vom Haupttrennbereich 65 in der Flüssigkeitstrennkammer 61 angeordnet und gegenüber dem Gehäuse 60 abgedichtet, so daß der Gasstrom

durch den Bereich 70 strömen muß. Der Bereich 70 beinhaltet einen kleineren Tropfenabscheider 71 und kann auch einen Sprühaufbau 72 für eine Reinigungsflüssigkeit beinhalten, um eine Reinigungsflüssigkeit auf die stromaufwärts gerichtete Seite des Tropfenabscheiders 71 zu sprühen und damit im Tropfenabscheider 71 nach Durchsickern der Sammellösung verbleibende Teilchen abzuspülen. Obgleich verschiedene Arten von Tropfenabscheidern für den Abscheider 71 verwendet werden können, ist in den Figuren ein Tropfenabscheider mit einem Maschengeflecht dargestellt. Der Tropfenabscheider 71 kann aus einem gemaschten Drahtnetz oder Kunststoffnetz hergestellt sein, je nach verwendeter Sammelflüssigkeit, zu reinigendem Gasstrom und zu sammelnden Teilchen. Die den" Hauptabscheider 66 durchströmende restliche Tropfenaufsammeiflüssigkeit im Gasstrom wird somit durch den Tropfenabscheider 71 abgeschieden. Der Sprühaufbau 71 für die Reinigungsflüssigkeit kann Sprühköpfe 74 ähnlich den Mundstücken 52 enthalten und die Waschflüssigkeit kann auch eine bloße saubere Sammelflüssigkeit sein. Sowohl die den Hauptabscheider 66 durchströmenden restlichen Tröpfchen 56 der Ansammelflüssigkeit als auch die Reinigungsflüssigkeit werden durch den Abscheider 71 entfernt und gelangen allmählich zum Boden der Kammer 61, wo sie üb.er den Abfluß 69 abgeführt werden.

Wie in Figur 1 dargestellt, kann die durch die Sekundärtrenneinheit 12 abgeschiedene Sammelflüssigkeit einem Speicher R wieder zurückgeführt werden, von wo aus die wiedergewonnene Sammelflüssigkeit durch eine Pumpe P zur Primäreinheit 11 zurückgeführt werden kann. Der Speicher R kann an eine geeignete Quelle angeschlossen sein, um den gewünschten Betrag an Sammelflüssigkeit im Speicher aufrechtzuerhalten. Ein entsprechender Betrag an Sammelflüssigkeit im Speicher kann durch ein Auslaufventil BV abgeführt werden, um die gesammelten Teilchen auf einem gewünschten Stand in der Sammelflüssigkeit zu halten.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Ausführungsform beschrieben,

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Der mitgeführte Teilchen enthaltende Gasstrom tritt über das Einlaßrohr 18 in die Vorrichtung 10 ein. Dieser die Teilchen enthaltende Gasstrom wird dann durch das Sammelmedium 40 gedrückt. Zur gleichen Zeit wird Sammelflüssigkeit auf die Außenfläche des Aufsammelmediums 40 aus Sprühaufbauten 50 aufgesprüht. Das heißt, daß sowohl Gasstrom als auch Sammelflüssigkeit sich durch das Sammelmedium 40 in im wesentlichen gleicher Richtung bewegen. Ein ausreichender Betrag an Sammelflüssigkeit wird auf das Sammelmedium 40 gesprüht, um einen stabilen Sammelflüssigkeitsfilm 55 auf den Stegen 44 des Sammelmediums 40 aufrechtzuerhalten. Zur gleichen Zeit wird die Durchflußmenge der Sammelflüssigkeit unterhalb der Durchflußmenge gehalten, die den Beginn des Uberflutens des Sammelmediums 40 in einem Bereich eines Gasstromzuflusses bei dem die Primärsammeleinheit 12 in der Industrie betrieben wird, zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, daß eine geeignete Arbeitsweise der Primärsammeleinheit 12 dann erreicht werden kann, wenn Durchflußmengen der Sammelflüssigkeit oberhalb eines Bereichs von ungefähr 0,38 l/Min bis ungefähr 19 l/Min pro 28 m (1000 cfm) an Gas oder ungefähr 0,95 l/Min bis ungefähr 30,3 l/Min pro 929 cm des Sammelmediums 40 insbesondere bei Gasströmen mit relativ geringen Feuchtigkeitsgehalt.verwendet werden. Eine gute Aufsammelung erfordert, daß der Aufsammelwirkungsgrad des Systems derart ist, daß wenigstens ungefähr 90% der Teilchen von ungefähr 2 χ 10~ mm oder größer im Durchs messer gesammelt werden. Der Aufsammelwirkungsgrad hängt im wesentlichen von der Flächengeschwindigkeit des Gasstromes am Sammelmedium 40 zusammen mit der Anzahl der Stege 44 ab, die durch die Anzahl von Poren 48 im Sammelmedium 40 bestimmt wird. Im wesentlichen gilt, daß desto größter die Anzahl von Poren 48 und somit der Stege 44 im Sammelmedium 40 ist, desto geringer die Flächengeschwindigkeit des Gases am Sammelmedium 40 sein wird. Eine gute Anzeige für diese besondere Lehre gibt der Druckabfall (Ap) im Gasstrom über das Sammelmedium 40, da der Druckabfall (Δ. p) eine Funktion sowohl der Anzahl der Poren 48 pro linear 25,4 mm im Sammelmedium 40 als auch der Flächengeschwindigkeit des Gasstromes durch

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das Aufsammelmedium 40 ist. Es hat sich gezeigt, daß der Druckabfall -Δ ρ über 254 mm Wassersäule und bevorzugt ungefähr 381 mm Wassersäule betragen sollte. Zur selben Zeit sollte das Sammelmedium 40 wenigstens 45 Poren 48 pro linear 25,4 mm bei einer Dicke des Sammelmediums 40 von ungefähr 25,4 mm aufweisen, um zu sichern, daß genügend Stege im Sammelmedium 40 zur ausreichenden Aufsammlung der Teilchen vorhanden sind. Gute Resultate wurden bei ungefähr 60 Poren pro linear 25,4 mm im Sammelmedium mit einer Dicke von ungefähr 25,4 mm erzielt. Dieses besondere Sammelmedium 40 wird in kennzeichnender Weise zumeist verwendet. Figur 9 stellt den gesamten Aufsammelwirkungscgräd des kennzeichnenden Sammelinediums 40 dar, wobei der mittlere aerodynamische Massendurchmesser des Teilchens ungefähr 1,1 χ 10~ mm beträgt. Es wird angemerkt, daß 90% des gesamten Aufsammelwirkungsgrads bei einem Druckabfall von ungefähr 254 mm Wassersäule erzielt werden, wobei der gesamte Aufsammelwirkungsgrad mit Anwachsen des Druckabfalls Δ ρ anwächst. Die Flächengeschwindigkeit des Gasstromes durch das Sammelmedium 40 hängt sowohl von der Dicke des Sammelmediums 40 als auch von der Anzahl der Poren pro linearer Längeneinheit ab. Der Druckabfall von 254 mm Wassersäule wird bei einer Flächengeschwindigkeit von ungefähr 150 m/Min bei dem oben angegebenen kennzeichnenden Beispiel erreicht.

Von besonderer Bedeutung ist der partielle Sammelwirkungsgrad der Erfindung bei sehr kleinen Teilchen mit Durchmessern unterhalb ungefähr 2 χ 10""" mm. In Figur 10 ist eine Funktion grafisch dargestellt, die den partiellen Sammelwirkungsgrad des oben angegebenen Beispiels aufgezeichnet für zwei verschiedene Druckabfälle über das Sammelmedium zeigt. Festzustellen ist, daß Teilchen mit sehr kleinen Durchmessern leicht bei relativ geringen Druckabfällen gesammelt werden. Die bei diesen geringen Druckabfällen erzielbaren partiellen Sammelwirkungsgrade sind beträchtlich besser als die nach dem bekannten Stand der Technik erzielten. Um die Betriebskosten, die eine Funktion des Druckabfalls über das Sammelmedium 40 darstellen, auf ein Minimum zu halten,

arbeitet gewöhnlich die Erfindung bei Druckabfällen weniger als ungefähr 1270 mm Wassersäule und mit Gasströmungsgeschwindigkeiten von gewöhnlicherweise weniger als ungefähr 900 m/Min.

Der Sammelflüssigkeitsfilm 55 sammelt die Teilchen, wenn sie sich durch das Sammelmedium 40 bewegen und bildet sich zu größeren Sammelflüssigkeitströpfchen 56 an der stromabwärts gewendeten Seite des Samme!mediums 40. Wenn sich die größeren Tröpfchen von der stromabwärtsgerichteten Seite des Sammelmediums 40 ablösen, gelangen sie in das Innere der Trommel 20 und dann durch die Ausströmöffnung 31 in die sekundäre Trenneinheit Die meisten dieser Tropfen 56 werden in Haupttrennbereich 65 abgeschieden und die verbleibenden den Bereich 65 durchströmenden Tröpfchen 56 werden dann im Flüssigkeitstrennbereich 70 abgeschieden. Wenn der Haupttrennbereich 65 für die Flüssigkeit ein Abscheider 66 der Bauart mit Winkelleisten ist, ist der Druckabfall gewöhnlich geringer als ungefähr 50,8 mm Wassersäule und die Gasstromgeschwindigkeit geringer als ungefähr 300 m/Min. Der Druckabfall über den Abscheider der Maschenbauart ist ebenfalls gewöhnlich geringer als ungefähr 50,8 mm Wassersäule und die Geschwindigkeit des Gasstromes beträgt gewöhnlicherweise weniger als ungefähr 300 m/Min. Normalerweise beträgt der Druckabfall sowohl beim Abscheider 66 der Chevron-Bauart und dem Abscheider 71 in Maschenbauart ungefähr 12,7 mm Wassersäule bei einer Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 150 m/min. Diese Druckabfälle verhindern ein Mitreißen von abgeschiedenen Tröpfchen 56 der Sammelflüssigkeit in den Tropfenabscheidern, wobei die abgeschiedenen Tröpfchen 56 sich in diesen Tropfenabscheidern vereinigen und noch größere Flüssigkeitströpfchen bilden, die allmählich, auf den Boden der Flüssigkeitstrennkammer 61 in der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit 12.gelangen. Die auf diese WEise abgeschiedene Samme!flüssigkeit wird aus der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit 12 entfernt. Der aus der sekundären Flüssigkeitstrenneinheit 12 strömende gereinigte Gasstrom ist nun von den Teilchen getrennt.

Gewöhnlicherweise wird die Trommel 20 gedreht, um das Sammelmedium 40 relativ zu den Sprüh aufbauten 50 zu bewegen. Dies

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sichert eine gleichförmige Aufbringung an Sammelfüssigkeit auf das Sammelmedium 40 und verdrängt auch jegliche unlösliche Teilchen, die zu groß sind, um durch das Sammelmedium 40 zu gelangen.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Samme1medium 4o aus übereinanderliegenden Schichten aufgebaut sein. Beispiels,-weise wurde ein Sammelmedium 40 mit vier Schichten von Polyurethanschaum verwendet, wobei jede Schicht 12,7 mm dick war und die jeweiligen Schichten 10, 20, 30 und 40 Poren pro 25,4 mm, beginnend von-der äußersten Schicht, aufwiesen. Damit wurde Diatomitpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von

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ungefähr 0,5 χ 10 mm gesammelt. Als Sammelflüssigkeit^wurde

3 Wasser bei Durchflußmengen von 0,42 und 0,84 l/min pro 28 m Gas und einem Druckabfall Λ P von ungefähr 381 mm Wassersäule verwendet, wobei Aufsammelwirkungsrade von ungefähr 97 % erzielt wurden.

- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Abscheidung von in einem Gasstrom mitgeführten Mikron- und Submikron- Flüssigkeits- und-Festkörperteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der mit mitgeführten Mikron- und Submikron- Flüssigkeits- und -Festkörperteilchen versehene Gasstrom durch ein Sammelmedium geführt wird, wobei der Druckabfall über dem Sammelmedium größer als 254 mm Wassersäule ist und wobei das Sammelmedium einen Hohlraumanteil von über 90% aufweist und ein einheitliches dreidimensionales Netz aus vermaschten Stegen umfaßt, die zur Bildung einer Skelettstruktur aus einer Vielzahl miteinander verbundenen Zellen, von denen jeweils benachbarte eine gemeinsame Öffnung aufweisen, an in Abständen voneinander sich befindenden Punkten einstückig verbunden sind, wobei das Netz eine ausreichende Festigkeit aufweist, um ein wesentliches Zusammendrücken desselben aus seinem unbelasteten Zustand beim Durchführen des Gasstromes aufgrund dessen Kraft beim Durchströmen zu verhindern, und ferner gekennzeichnet dadurch, daß im wesentlichen die Stege des Sammelmediums mit einem Film aus Sammelflüssigkeit bedeckt gehalten werden, wobei jedoch die Menge der Sammelflüssigkeit im Sammelmedium derart bemessen ist, daß kein Überfluten des Sammelmediums eintritt, sodaß Flüssigkeits- und Festkörperteilchen vom Gasstrom getrennt und im Sammelflüssigkeitsfilm geführt werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Bedeckthalten der Stege des Sammelmediums mit dem Film aus Sammelflüssigkeit mehr Flüssigkeit zum Sammelmedium auf die stromaufwärts gerichtete Seite zugeführt wird, als zur Aufrechterhaltung des Films erforderlich ist, um das Durchgehen eines Teils der Sammelflüssigkeit durch das Sammelmedium auf dessen Stegen in Richtung des Gasstromes und die Bildung von mit Teilchen beladenen Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit an der stromabwärts gerichteten Seite des Sammelmediums zu bewirken, wobei die Tröpfchen größer sind als die Teilchen, derart, daß die Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit durch das Durchströmen des Gasstromes durch das Sammelmedium von der stromabwärts gerichteten Seite des Sammelmediums entfernt werden, und daß weiter der Gasstrom und die Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit nach dem Durchströmen des Gasstromes durch das Sammelmedium durch eine Flüssigkeitstrennvorrichtung geleitet werden, um im wesentlichen alle mit Teilchen beladenen Tröpfchen aus Sammelflüssigkeit vom Gasstrom abzuscheiden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelflüssigkeit auf die stromaufwärts gerichtete Seite des Sammelmediums gesprüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelmedium relativ zu der Lage bewegt wird, in der Sammelflüssigkeit auf das Sammelmedium gesprüht wird, um ein gleichförmiges Aufbringen der aufgesprühten Sammelflüssigkeit auf die stromaufwärts gerichtete Seite des Sammelmediums zu bewirken.

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5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelmedium wenigstens 45 Poren pro linear 25,4 mm aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammelmedium ein netzartiger Polyurethanschaum dient.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß als Sammelmedium geschäumtes Metall vorgesehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammelflüssigkeit Wasser verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelflüssigkeit auf das Sammelmedium in einem Betrag von ungefähr 0,38 bis 19 l/min pro 28 m Gas gesprüht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall über das Sammelmedium wenigstens 381 mm Wassersäule beträgt.

Starnberg, den 25. Juni 1976/1062

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