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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des
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Verfahrens zur Induzierung von chemischen und physikalischen Reaktionen
in Gasströmen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Induzierung von chemischen und physikalischen Reaktionen in Gasströmen
bei kleinem Druckabfall.
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Es gibt eine große Anzahl von Versuchsreaktoren, um die physikalischen
und chemischen Reaktionen zwischen Stoffen in verschiedenen Zuständen, wie gasförmig,
fest und flüssig oder in jeder beliebigen Kombination davon, zu optimieren.
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Die meisten dieser bekannten Reaktoren für solche Zwecke
arbeiten
intermittierend, wie die luft- oder Druckbehälter oder -kessel sowie die Rührreaktoren.
Dauernd arbeitende Reaktoren werden dort eingesetzt, wo Oberflächenreaktionen durchgeführt
werden, wie die Kolonnenreaktoren, die Luft-und Flüssigkeitswirbelschicht-Reaktoren,
die Wirbelstrom-Schrubber oder die verschiedenen anderen Kontaktreaktoren zeigen.
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Die bekannten heterogenen Reaktoren sind nicht so leistungsfähig wie
gewünscht, da die Reaktionen eine längere Zeit benötigen wie gewünscht und bei dauernd
arbeitenden Reaktoren erlauben die langsameren Reaktionen oft nicht die gewünschte
Vollendung der Reaktion. Ein anderer schwerwiegender Nachteil der bekannten heterogenen,
dauernd arbeitenden Reaktoren ist das Problem des Abbremsens, wenn Materialien in
festem Zustand einbezogen sind. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist der große
Druckabfall, verbunden mit einem dauernden hohen Energieverbrauch bei den Wirbelstrom-Schrubbern
oder -Kontaktreaktoren.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die zur Induzierung von chemischen und
physikalischen Reaktionen in Gasströmen bei kleinem Druckabfall sehr leistungsfähig
sind und in einem weit größeren Maße an den Anwendungsfall angepaßt werden können
wie bekannte Reaktionsverfahren und Reaktoren.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist durch die im Kennzeichen ues
Patentanspruches 1 aufgeführten Maßnahmen gekennzeichnet,
während
die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die im Kennzeichen des
Patentanspruches 8 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.
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Der wesentlich höhere Reaktionswirkungsgrad des neuen Verfahrens und
der neuen Vorrichtung wird den Differentialgeschwindigkeiten, -beschleunigungen
und -verzögerungen zugeschrieben, die beim Durchgang von verdichtbaren und nicht
verdichtbaren Stoffen durch die Düse, verbunden mit der großen Expansion am Ausgang
der Düse, entstehen.
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Zur leichteren Trennung des gereinigten Gases und der festen und/oder
flüssigen Stoffe ist vorgesehen, daß die Feststoffe und/oder die Flüssigkeiten hinter
dem Düsenausgang durch Aufprall abgefangen und vom Gasstrom getrennt werden.
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Der Reaktionsablauf läßt sich dabei auch in mehreren Stufen ausführen,
wenn vorgesehen ist, daß der Gasstrom nacheinander durch mehrere Düsen geleitet
wird und daß am Eingang jeder Düse dem Gasstrom feste und/oder flüssige Reaktionsmittel
zugeführt werden.
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Eine Selbstreinigung und das Verhindern einer Verschmutzung werden
dabei dadurch erreicht, daß die Feststoffe und/oder die Flüssigkeiten von dem hinter
den Düsenausgängen angeordneten Prallmitteln abgewaschen werden. Das am Gasauslaß
austretende gereinigte Gas wird dadurch von Restverschmutzungen befreit, daß das
gereinigte Gas im Auslaß über einen zusätzlichen Abscheider geführt wird.
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Die Vorrichtung kann durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 9,
10 und 11 aufgeführten Ausgestaltungen für die verschiedensten Anwendungsfälle eingesetzt
werden.
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Die Auslegung der flUsen und Prallplatten, sowie weitere Ausgestaltungen
der Vorrichtung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird anhand von verschiedenen, in den Zeichnungen dargestelLten
Ausfiihrungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fi(3. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einzelnen Düsen in vertikalen Reihen, in
Der der Gass t rc>m n<icti unten gerichtet ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch
ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einzelnen
Düsen in vertikalen Reihen, in der der Gasstrom nach oben gerictitet ist und Fig.
3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbe ispiel einer Vorriciitiing
nach der Erfindung mit Mehrfachdüsen in jeder Stufe, in der der Gasstrom horizontal
fließt.
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In Fig. 1 ist der heterogene Reaktor gezeigt, der durch das Außengehäuse
10 bestimmt ist. Die Querschnittsform des Außengehäuses
10 ist
vorzugsweise rund, sie kann jedoch auch quadratisch, rechteckig, dreieckig, achteckig
oder von anderer symmetrischer polygonaler Form sein. Andere geometrische, zur Achse
der Vorrichtung symmetrische Formen sind auch geeignet. Die Grundbedingung ist,
daß das Außengehäuse 10 die Vorrichtung im wesentlichen flüssigkeits-und gasdicht
aufnimmt, da Gas durch den inneren Teil der Vorrichtung fließt. Um die optimale
Flexibilität in der Anwendung und Wartung des heterogenen Reaktors zu erhalten,
kann das Gehäuse 10 in Abschnitten gefertigt werden.
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Diese Abschnitte haben Flansche 11 und 12 an den entgegengesetzten
Enden, so daß sie mit benachbarten Abschnitten starr verbunden werden können, welche
ähnliche Flansche 12 und 14 aufweisen. Anstelle der Flansche, wie sie in Fig. 1
gezeigt sind, können auch andere geeignete Kupplungsmittel verwendet werden. Um
die maximale Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung in der Fabrik und bei der Aufstellung
von größeren Einheiten zu erhalten, können die Abschnitte vor dem Versand und vor
dem Aufbau auch verschweißt werden.
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Fig. 1 zeigt einen dreistufigen heterogenen Reaktor. Der heterogene
Reaktor ist mit seiner Achse vertikal angeordnet und der Einlaß für feste, flüssige
und gasförmige Reaktionsmittel ist im oberen Teil. Der Einlaß kann entweder in einer
vertikalen oder in einer horizontalen Stellung angebracht sein Der Gasstrom wird
oben am Gehäuse 10 durch den Einlaß zugeführt, mit einer Geschwindigkeit und einem
Druck, der ausreicht, um den Gasstrom durch die Vorrichtung zu befw rn. Der Gasstrom
kann auch durch ein Sauggebläse am Gasau#iaß gesteuert werden. Der heterogene Reaktor
nach dieser Erfindung kann mit positiven und negativen Drücken betrieben
werden,
so wie es für die gewünschte Reaktion entweder Verdampfung oder Abkühlung, geeignet
ist. Dies ist allein durch die Konstruktionswerkstoffe begrenzt. Die Geschwindigkeiten
in dem Gehäuse können so gewählt werden, daß die Reaktionen optimal ablaufen. Eine
niedrige Geschwindigkeit kann gewählt werden, wenn eine große Absorptionsleistung
gewünscht wird, während eine große Geschwindigkeit bei geschlossener Rückführschleife
ohne der Notwendigkeit einer Abscheidung verwendet werden kann.
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Eine Sprüheinrichtung 41 ist in dem mittleren Bereich des Einlasses
10 zum zylinderförmigen Gehäuse 10 angeordnet und führt flüssige oder feste Reaktionsmittel,
Adsorptionsmittel' Absorptionsmittel oder Kühlmittel in Tröpfchenform dem Reaktionsmittelstrom
zu. Die Tröpfchen sind dabei vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 40 bis etwa
1500 im Durchmesser. Größere Tröpfchen können erwünscht sein, wenn bei der Verdampfung
die Bedingungen es erforderlich machen, daß die Tröpfchen die Düse 21 ohne wesentliche
Reduzierung in der Größe verlassen, um andere gewünschte Reaktionen zu bewirken.
Die Sprüheinrichtung 41 ist vorzugsweise eine feste konische Düse, sie kann für
bestimmte Anwendungen aber auch ein Gebläse, ein Hohlkegel- oder ein Spinnscheibenzerstäuber
sein. Diese Zerstäuber können allein oder in Kombination mit mehreren ähnlichen
Zerstäubern in einer Weise angeordnet sein, die die Einführung der Flüssigkeitströpfchen
über den gesamten Querschnitt des verschmutzten Gasstromes vor dem Eintritt des
Gases in die Düse 21 erlaubt. Es sind verschiedene Tröpfchengrößen erwünscht, um
die maximalen Differentialbeschleunigungen, -verzögerungen und -geschwindigkeiten
in der Vorrichtung zu erreichen,
welche die Reaktionsgeschwindigkeiten
erhöhen. Es ist erwünscht, daß der Zerstäuberstrom sich über den gesamten Bereich
des Einganges 25 der Düse 21 erstreckt, was mit jeder beliebigen Form von Zerstäubern
oder Mehrfachzerstäubern möglich ist. Die Sprüheinrichtung 41 kann auch zur Einführung
fester Partikelchen der vorher genannten Größe in den Reaktionsmittelstrom am Eingang
25 der Düse 21 verwendet werden.
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Das einen heterogenen Strom aus Feststoffen, Flüssigkeiten und Gas
enthaltende Reaktionsmittel tritt durch den Eingang 25 in die sich verjüngende Düse
21. Dabei ist der Eingang vorzugsweise rund und die Düse konisch. Es sind jedoch
auch andere geometrische, zur Achse der Vorrichtung symmetrische Formen geeignet.
Das Konizitätsverhältnis, das als Quotient aus dem Eingangsquerschnitt und dem Ausgangsquerschnitt
definiert ist, sollte etwa zwischen 2 und 64, vorzugsweise etwa zwischen 2 und 36
liegen. Bei vielen Verfahren mit niedrigem Druckabfall wird besonders ein Verhältnis
von etwa 2 bis 12 bevorzugt. Der wirksame Querschnitt der Düse wird dabei senkrecht
zur Achse des Gasstromes gemessen.
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Die Länge des verjüngenden Teiles der Düse wird durch den Verjüngungswinkel
A nach Fig. 1 und das vorher definierte Düsenverhältnis bestimmt. Dieser Winkel
kann etwa 60 bis 200 betragen, vorzugsweise etwa 80 bis 180 und bei Verfahren mit
niedrigem Druckabfall etwa 120 bis 160. Der Verjüngungswinkel wird dabei zwischen
der Verbindungslinie vom Eingang zum Ausgang der Düse und einer vertikalen Linie
gemessen. Die Seiten der Düse 21 müssen nicht geradlinig
sein,
sie können auch etwas konvex oder konkav sein. Die Seitenwände der Düse können am
Eingang und/oder am Ausgang gekrümmt oder konisch erweitert sein, um die Druckabfälle,
die durch die Eingangskompression oder die Ausgangsexpansion entstehen, zu reduzieren.
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Wenn die Vorrichtung zum Induzieren der Verdampfung einer flüchtigen
Flüssigkeit, z.B. Benzin, einem anderen Erdöldestillat oder Heizöl, im Ansaugstrom
eines Verbrennungsmotors verwendet wird, dann hat sich eine Düse mit einem Verhältnis
von etwa 2 bis 4 und einem Verjüngungswinkel von etwa 120 bis 160 als geeignet erwiesen.
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Bei Reaktionen, die keine Trennung der festen und flüssigen von den
gasförmigen Bestandteilen oder keine Massenübertragung, wie in einem Kühlturm, erfordern,
wird nach dem Düsenausgang keine Prallfläche im Gasstrom benötigt. In Fig. 1 sind
an den Düsen 21 und 22 keinerlei Prallmittel, wie Platten, angebracht. In Fig. 1
hat die letzte Düse 23 in der Reihe eine Prallplatte, um die flüssigen und die festen
Partikelchen vor dem Auslaß für das gereinigte Gas aus dem Gasstrom zu entfernen.
Dieses Prallmittel ist in Fig. 1 als Platte 31 gezeichnet. Diese Prallplatte 31
ist genügend groß, damit alle flüssigen und festen Stoffe vom Ausgang der Düse 23
auf diese aufprallen, während zwischen der Platte 31 und dern Zylinder 10 noch genügend
Platz für den Durchgang des Gases ohne nennenswerten Druckabfall bleibt. Die Prallplatte
31 Ij als ebene Platte gezeichnet, sie kann jedoch auch lchç konkav gewölbt sein,
um die Weiterleitung des Gases u# #i#-Kanten und die Entfernung des aus Partikeln
bestehenden Stoffes zu erleichtern.
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Der Abstand zwischen dem Ausgang der Düse und der Oberfläche derpraliplatte
31 sollte ungefähr 1,3 bis 2,5 mal, vorzugsweise 1,6 bis 2,0 mal so groß sein, wie
der Durchmesser des Ausganges 24.
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Zusätzliche Sprüheinrichtungen, wie 44 und 45, sollten an geeigneten
Stellen angeordnet sein, um damit den aus Partikeln bestehenden Stoff von der Prallplatte
31 zu waschen und in der Vorrichtung weiterzuleiten, damit er am Flüssigkeitsausgang
entnommen werden kann. Diese Sprüheinrichtungen können Mehrfachzerstäuber sein,
die rundum am Umfang der Prallplatte 31 angeordnet sein können, oder es kann ein
ausreichender Zerstäuber in der Mitte der Prallplatte vorgesehen sein. Es kann aber
auch ein Zerstäuber so angeordnet sein, daß dieser schräg auf die Prallplatte sprüht.
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Wenn genügend Flüssigkeit verwendet wird, dann ist die Flüssigkeit
selbst die Prallfläche und der aus Partikeln bestehende Stoff wird nicht auf der
Platte aufschlagen oder an dieser ankleben, sondern wird in der Flüssigkeit eihgeschlossen.
Ein wichtiges Merkmal des auf die Prallplatte 31 gerichteten Sprühstrahles ist,
daß er genügend Flüssigkeit mit ausreichendem Druck und in der richtigen Richtung
auf die Prallplatte 31 bringt, um diese verhältnismäßig frei von dem aus Partikeln
bestehenden Stoff zu halten. Der Reaktor kann jedoch auch ohne die zusätzlichen
Sprüheinrichtungen zur Reinigung der Prallflächen betrieben werden.
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Aufgrund des in Fig. 1 gezeigten Baukastensystems können die Düsen-Prall-Stufen
einfach übereinander angeordnet werden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind drei Einheiten
in
Reihe angeordnet. Für viele heterogene Reaktoren reichen eine bis etwa sechs in
Reihe geschaltete Stufen mit Düsen aus. Vorzugsweise werden 2 bis 4 Stufen in Reihe
geschaltet.
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Um eine chemische oder physikalische Reaktion bis zur gewünschten
Vollständigkeit zu bringen, kann jede beliebige Anzahl von Stufen mit Düsen verwendet
werden. Die Düsenstufen, die hintereinander angeordnet sind, können verschiedene
Reaktionseigenschaften haben, wenn die Düsen verschiedene Eingangs-Ausgangsverhältnisse
und verschiedene Verjüngungswinkel haben, oder wenn in den Stufen Mehrfachdüsen
angeordnet sind, um die Länge der Vorrichtung zu verkürzen. Wo die Raumverhältnisse
begrenzt sind, brauchen die Stufen nicht in Reihe angeordnet zu werden, sie können
auch im rechten Winkel oder jedem beliebigen anderen Winkel zueinander stehen. Das
Gehäuse 10 kann so gebogen oder gekrümmt sein, daß es in den zur Verfügung stehenden
Raum paßt. Die Anzahl der Stufen oder Düsen wird durch die Schwierigkeiten der Reaktion
der Reaktionsmittel bestimmt, so daß bei besonders schwierigen Materialien eine
größere Anzahl von Stufen notwendig sein kann. Diese Anzahl wird auch durch die
Verjüngungswinkel und die Querschnittsverhältnisse der Düsen beeinflußt.
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Unterhalb der letzten Stufe der Vorrichtung nach Fig. 1 ist eill Sammelbehälter
15 zur Beseitigung der Flüssigkeit und des Schlammes angeordnet. Ausgangsmittel
zur Abnahme des Gases sind, wie Fig. 1 zeigt, in Form einer Leitung 16 ebenfalls
vorgesehen. Entweder innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung kann vorzugsweise
ein Abscheider 17 in der Abgangsleitung
des gereinigten Gases
angeordnet sein, um die feinen, im Gas noch verbliebenen Flüssigkeitströpfchen zusammen
mit beliebigen Feststoffen oder Gasen, die von solchen Tröpfchen eingefangen sind,
zu entfernen. Bei einer geschlossenen Rückführschleife in einem chemischen Verfahren,
kann es erwünscht sein, den Abscheider wegzulassen, so daß die Tröpfchen im Gemisch
mit dem Gas und den Feststoffen die Reaktion fortsetzen, da dieses Gemisch wieder
dem Reaktor zugeführt wird.
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Die vertikale Anordnung der sich verjüngenden Düsen ist besonders
vorteilhaft, da bei Verwendung eines Abscheiders und einem Düsenquerschnittsverhältnis
von 4 und einem Düsenverjüngungswinkel von etwa 15# der Druckabfall in einer Düse
89 mm Wassersäule, bei zwei Düsen in Reihe 145 mm Wassersäule, bei drei Düsen in
Reihe 178 mm Wassersäule und bei vier Düsen in Reihe 211 mm Wassersäule beträgt,
wenn eine Eingangsgeschwindigkeit von etwa 10,7 m/sec verwendet wird. Daraus ist
zu ersehen, daß der Druckabfall der vertikalen Reihe von Düsen weniger als proportional
mit der Anzahl der Düsen zunimmt. Es hat sich gezeigt, daß der Druckabfall bei einem
zweistufigen heterogenen Reaktor, bei dem beide Stufen eine Prallplatte der in Fig.
1 gezeigten Art haben und der auf eine Eingangsgeschwindigkeit von etwa 10,7 m/sec
ausgelegt ist, nur 23 mm Wassersäule beträgt, wenn ein Düsenquerschnittsverhältnis
von 4, ein Düsenverjüngungswinkel von etwa 120 und eine Eingangsgeschwindigkeit
von 1,9 m/sec bei der Entfernung von Schwefeloxyden aus dem Abgas bei der Kohleverbrennung
verwendet wird.
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Die Düse 22 in der zweiten Stufe ist, wie Fig. 1 zeigt, mit der Düse
21 der ersten Stufe identisch. Es bleibt zu erwähnen, daß das Wasser oder die chemische
Flüssigkeit, die den beiden Sprüheinrichtungen vor den Eingängen der Düsen und den
Sprüheinrichtungen, die die Flüssigkeit der Prallfläche zuführen, derselben oder
von verschiedenen Stufen individuell gesteuert werden können. Dies heißt, daß die
von den Sprüheinrichtungen abgegebenen Mengen verschieden sein können und daß auch
die verwendete Flüssigkeit in jedem Fall verschieden sein kann.
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Der Durchgang des flüssigen, festen und gasförmigen Reaktionsmittels
im Strom durch die Düsen, wie 21, fördert den innigen Kontakt zwischen dem flüssigen,
festen und gasförmigen Reaktionsmittel und führt zu der gewünschten großen Reaktionsgeschwindigkeit.
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Der große Reaktionswirkungsgrad des heterogenen Reaktors und Verfahrens
wird den Differentialgeschwindigkeiten, -beschleunigungen und -verzögerungen zugeschrieben,
die beim Durchgang von nicht verdichtbaren Stoffen und verdichtbarem Gas durch die
Düse 21 mit der Notwendigkeit für eine verhältnismäßig große Expansion am Ausgang
24 der Düse entstehen. In dem mit Reaktionsmittel angereicherten Strom ist für die
Anteile des verdichtbaren und nicht verdichtbaren Stoffes ein großer Spielraum.
Die dem Gasstrom durch Hinzufügen von Feststoffen oder Flüssigkeitströpfchen beigegebenen
zusätzlichen Partikel sind grundsätzlich nicht verdichtbar, um, wie gewünscht, den
nicht verdichtbaren Anteil des Gasstromes zu erhöhen. Die Sprüheinrichtung 41 kann
dazu verwendet werden, dem Gasstrom Flüssigkeits- oder Festpartikel mit einer in
großem Bereich
wählbaren Größe zuzuführen. Dies und eine verhältnismäßig
große Spanne in der Größe der flüssigen und festen Bestandteile im Eingangsgasstrom
führen zu einer extrem hohen Kollissionsrate und einer hohen Gasverdichtungsrate
zwischen den nicht verdichtbaren Partikeln und Tröpfchen, was sehr wirksame Reaktionen
ergibt.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach
der Erfindung. Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 passiert der Gasstrom die Düsen 21
und 22 von unten nach oben. Die einander entsprechenden Teile dieser Vorrichtung
sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie bei der Vorrichtung nach Fig.
1 und funktionieren in derselben Weise.
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In der Vorrichtung nach Fig. 2 sind die Düsen so in dem Gehäuse 10
befestigt, daß die Flüssigkeiten und die Flüssigkeiten enthaltenden Feststoffe an
der Innenseite des Gehäuses 10 entlang nach unten fließen können. Die Flüssigkeitsrinne
49 verhindert, daß die Flüssigkeit über den Gaseinlaß abfließen kann. Der in Fig.
2 gezeigte Aufbau ist besonders zum Einbau in bestehende oder neue konventionelle
Steigstromschächte oder in Gasabzugshauben geeignet.
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Um die Höhe oder die Länge einer Vorrichtung nach der Erfindung auf
ein Minimum zurückzuführen, hat sich gezeigt, daß in jeder Stufe Mehrfachdüsen eingesetzt
werden können, wie Fig. 3 zeigt. Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung hat ein Außengehäuse
100, das im wesentlichen flüssigkeits- und gasdicht ist, an dem linken Ende den
Gaseinlaß und am rechten Ende den Auslaß für das gereinigte Gas hat. Das Gehäuse
100
ist an beiden Enden mit den Flanschen 111 und 113 versehen, so daß an jedem Ende
benachbarte Abschnitte mit ähnlichen Flanschen 112 und 114 angekuppelt werden können.
Die erste Stufe hat, wie Fig. 3 zeigt, eine Platte 160, in der die Gasdüsen 150
und 151 angeordnet sind. Jede Anzahl von Gasdüsen mit den eingangs beschriebenen
Eigenschaften ist geeignet. In einer Stufe sind vorzugsweise etwa 2 bis 6 solcher
Düsen vorgesehen.
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In ähnlicher Weise, wie eingangs beschrieben, können auch hier flüssige
oder feste Partikel mittels Sprüheinrichtungen, z.B. 141 und 142, die vor den Eingängen
der Düsen , z.B.
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151 und 150, angeordnet sind, hinzugefügt werden. Hinter den Ausgängen
der Düsen 150 und 151 sind keine Prallmittel vorgesehen und das Gas expandiert,
bevor es in die Düsen der zweiten Stufe eintritt.
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Der Gasstrom passiert die sich verjüngenden Düsen und prallt auf eine
Prallfläche hinter den Düsenausgängen, wie im Ausführungsbeispiel durch die Prallplatte
132 dargestellt ist.
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Wie eingangs beschrieben, kann die Prallfläche durch die gezeigte
Prallplatte gebildet werden und es sind Flüssigkeitssprüheinrichtungen, z.B. 148
und 149, vorgesehen, welche die Partikel von der Prallplatte 132 abwaschen. Die
Prallplatte hinter der Mehrfachdüse kann auch aus einer Reihe von getrennten Platten
bestehen, welche in den Abmes--sungen so abgestimmt sind, daß der Gasstrom aus jeder
Düse auf eine entsprechende Prallfläche auftritt, während die Gasströme frei um
diese Prallflächen herum in den Raum hin-'er den Prallplatten gelangen können. Der
Flüssigkeitstrichter 115 ist für die Entnahme der Partikel enthaltenden Flüssigkeit
und/oder
der chemischen Stoffe vorgesehen und mit Mitteln zur Entnahme derselben ausgerüstet.
Das Schutzblech 138 hinter dem Trichter 115 ragt teilweise in den Innenquerschnitt
des Behälters 100 und hält die Partikel vom Gasausgang fern und führt sie sicher
dem Trichter 115 zu. In den die Düsen 150 und 151 bzw. 154 und 155 tragenden Platten
160 bzw. 161 können Entwässerungsbohrungen eingebracht werden, so daß über den Flüssigkeitsschacht
115 die Flüssigkeit aus der gesamten Vorrichtung abfließen kann.
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Zur Entnahme des Gases sind in dem Gasauslaß der Vorrichtung entsprechende
Mittel vorgesehen. Wie gezeigt ist, kann dies ein Abscheider 117 sein, wenn die
Vorrichtung mit Flüssigkeitsdüsen versehen ist, um die feinen Tröpfchen der noch
in dem gereinigten Gas enthaltenen Flüssigkeit zu entfernen.
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Mit dem Baukastensystem nach der Erfindung können mehrere Einheiten
aneinandergereiht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei Einheiten
in Reihe angeordnet.
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Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung können eine bis sechs solcher
Stufen mit Mehrfachdüsen hintereinander angeordnet werden, wobei vorzugsweise 2
bis 4 mit Düsen und Prallmitteln versehene Stufen in Reihe geschaltet sind.
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Das in Fig. 1 gezeigte Baukastensystem kann auch hier angewandt werden.
Wie den Zeichnungen zu entnehmen ist, kann die Vorrichtung nach Fig. 3 auch so angeordnet
werden, daß der Gas strom von oben nach unten oder von unten nach oben gerichtet
ist. Natürlich kann der Gasstrom auch schräg verlaufen und, wie eingangs beschrieben,
kann die Vorrichtung auch Bögen und Krümmungen enthalten, um so an vorhandene Räumlichkeiten
angepaßt zu werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind für die
Absorption, für chemische Gas-Flüssigkeit#-, Gas-Feststoff- oder Gas-Flüssigkeits-Feststoff-Reaktionen,
für die Polymerisation, für die Verdampfung, für die Adsorption, für die Extraktion,
für die Gaskühlung und für Kondensationsreaktionen geeignet, wenn Stoffe mit mehr
als einer Zustandsform beteiligt sind. Der gasförmige Stoff kann das Reaktionsmittel
bilden oder das Reaktionsmittel tragen oder im Bezug auf die gewünschte Reaktion
inaktiv sein. In ähnlicher Weise können auch die zugeführten Feststoffe oder Flüssigkeiten
die Reaktionsmittel bilden oder im Bezug auf die gewünschte Reaktion inaktiv sein.
Das Verfahren kann einen chemischen oder einen physikalischen Prozess einschließen
oder es können gleichzeitig ein physikalischer und ein chemischer Prozeß ablaufen.
Eine Stufe der Vorrichtung kann speziell so ausgelegt sein, daß eine chemische oder
eine physikalische Reaktion abläuft, während eine andere Stufe derselben Vorrichtung
gerade für die jeweils andere Reaktion ausgelegt ist. Daraus ist zu ersehen, daß
das Verfahren und die Vorrichtung eine sehr große Anpassungsfähigkeit aufweisen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung bieten einen
wesentlich größeren Spielraum in den Arbeitsbedingungen, einschließlich der Durchflußmenge,
als konventionelle Naßreiniger oder Absorber, die mit einer Verdichtung arbeiten.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung bringt auch einen wesentlich
größeren Spielraum in den Arbeitsbedingungen als bekannte Festkörper-Schmutzbeseitiliungsvorrichtungen.
Die Wirkungsweise des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung ist zu einem
großen Teil
abhängig von den relativen Geschwindigkeiten in den
Düsen und nicht von der Geschwindigkeit des zugeführten Gasstromes. Eine für eine
Geschwindigkeit von 10,7 m/sec ausgelegte Vorrichtung nach der Erfindung wurde mit
18 % der Planungsdurchflußgeschwindigkeit betrieben - was die Reynoldszahl auf 18%
des Planungswertes reduziert- und es wurde dennoch eine zufriedenstellende Reaktion
von über 95 % erreicht.
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Wurde die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit um den Faktor 8 erhöht,
dann blieben die Reaktionen bei über 95 %. Wurde das Flüssigkeits-Gas-Verhältnis
von 0,5 auf 20 geändert, dann blieben die hohenReaktionswirkungsgrade ebenfalls
erhalten. Dieszeigt, daß die Vorrichtung nach der Erfindung eine Verfahrensanpassungsfähigkeit
aufweist, um auf Xnderungen im Verfahrensablauf eingestellt zu werden. Diese Änderungen
schließen dabei Flüssigkeitsrückführungsverhältnisse und Änderungen der Gasdurchflußmenge
ein. Die Vorrichtung erlaubt die Arbeitsweise eines Gasreinigungssystems, das in
ein chemisches Herstellungsverfahren integriert ist, mit einer minimalen Einstellung,
z.B. Einsatz von Flüssigkeitsdüsen mit größerer Lelstungan neue Bedingungen anzupassen.
Werden die Flüssigkeitssprüheinrichtungen gegen Feststoff-Sprüheinrichtungen ausgetauscht,
dann arbeitet die Vorrichtung im Trockenverfahren mit hohen Temperaturen.
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Das Verfahren nach der Erfindung zur Induzierung von chemischen oder
physikalischen Reaktionen in Gasströmen umfaßt die Einleitung eines Gasstromes und
eines Feststoffes oder einer Flüssigkeit in das eine Ende eines im wesentlichen
flüssigkeits- und gasdichten Gehäuses, die Durchführung des GAsstromes und eines
Feststoffes oder einer Flüssigkeit durch eine in diesem Gehäuse untergebrachte Düse,
deren Eingang im
Anschluß an den Gaseinlaß angeordnet ist. Der
Eingang der Düse hat einen wirksamen Querschnitt von etwa 2 bis 64 mal dem Querschnitt
des Düsenausganges und der Verjüngungswinkel der Düse beträgt etwa 60 bis 200.
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Die Beschleunigung und die Verzögerung des Gasstromes setzt Stoffe
wie Gas, Feststoffe und/oder Flüssigkeiten in mindestens zwei Zuständen voraus,
damit diese Reaktionsmittel beim Passieren der Düse in Kontakt kommen und eine chemische
und physikalische Reaktion verursachen. Der flüssige und feste, aus Partikeln bestehende
Stoff wird am anderen Ende des Gehäuses entnommen, wo auch das Gas aber getrennt
davon entnommen wird. Die Flüssigkeiten oder die Feststoffe und Agglomerate davon
können auf Prallmittel hinter dem Düsenausgang aufprallen, um von dem Gasstrom getrennt
zu werden.
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Die folgenden Beispiele sind lediglich zur Erläuterung von spezifischen
Anwendungen der Erfindung gewählt und dürfen nicht als Beschränkung der Erfindung
betrachtet werden.
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Beispiel I Eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt und vorstehend
beschrieben ist,wurde zur Herstellung von flüssigem Dünger aus vorbehandeltem, entfluorisiertem
Phosphatgestein verwendet. Entwässerte Kohle mit ungefähr 6 Gewichtsprozenten Schwefel
wurde von einer Unterschubfeuerung einem Doppelheizrohrkessel zugeführt und unter
Zufuhr von Luft verbrannt. Die Abgase des Heizkessels werden in den unteren Teil
eines Kühlturmes eingeleitet, der einer einzigen Stufe
der Vorrichtung
nach Fig. 2 ähnlich ist und keine Prallplatte aufweist. Der Abgasstrom aus dem Heizkessel
wird durch den Kühlturm und dann durch einen zweistufigen heterogenen Reaktor nach
Fig. 1 mit Prallplatten unter jeder Düse geleitet. Das Eingangs-Ausgangs-Verhältnis
der Düsen betrug 4:1 und der Verjüngungswinkel etwa 120. Das entfluorierte Phosphatgestein
mit weniger als 0,18 % Fluoranteil wurde zwei Wochen lang durch Einweichen in Leitungswasser
vorbehandelt. Das Wasser und das vorbehandelte entfluorierte Phosphatgestein wurden
nur in einen Behälter eingebracht, um einen pH-Wert für die Rückführung der Flüssigkeit
von 6,90 in den Düsenstrahlen des heterogenen Reaktors und von 6,50 in der Flüssigkeit
zu erhalten, die von dem heterogenen Reaktor zu den Flüssigkeitssprüheinrichtungen
des Kühlturmes geleitet wird. Die Schwefeldioxyde im Abgas wurden zu 92,5 % entfernt.
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Es hat sich gezeigt, daß durch Hinzufügen von Ammoniak zu dem Wasser
und dem entfluorierten Phosphatgestein der Wirkungsgrad der Schwefeldioxydentfernung
bis auf 96 % gesteigert werden konnte und die Umwandlung des Phosphatgesteines und
des Ammoniakes erreichte 90 % basierend auf den Reaktionsprodukten Kalziumsulfid,
Kalziumsulfat und Ammoniumphosphat. Dies ergab einen Schwefeldioxydabgang am heterogenen
Reaktor von weniger als 90 ppm beim Verbrennen von 6,2 % Kohle. Dieser Wert liegt
weit unter den zugcissenen Werten. Die Abkürzung ppm bedeutet 10 4-Volumenprozente.
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Beispiel II Ein zweistufiger heterogener Reaktor, ähnlich der Vorrichtung
nach Fig. 2, wurde eingebaut, um den Dunst, der bei einem Wurst- und Zwiebelröstgrill
abgegeben wird, zu behandeln. Dem Gasstrom wurde über Sprüheinrichtungen vor jeder
Düse Frischwasser zugeführt. Es hat sich gezeigt, daß der Abgasstrom frei von Geruch
nach heißem Fett, Wurst und Zwiebeln war. Die Rückführung des warmen Abgasstromes
in den Raum ergab beachtliche Wärmeersparnisse. Die Wärme von den Grillgeräten eines
Restaurants könnte durch Rückführung zur Erwärmung von Wasser oder durch Hinzufügen
geeigneter Stoffe zu den rückgeführten Stoffen zur Reinigung der Luft unter gleichzeitiger
Desinfizierung verwendet werden.
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Beispiel III Ein einstufiger heterogener Reaktor nach dieser Erfindung
mit einer einzigen Düse, die einen Verjüngungswinkel von 120 - 150 und ein Eingangs-Ausgangs-Verhältnis
von 2 bis 3 hatte, wurde zwischen einem Kraftfahrzeug-Doppelvergaser und das Saugrohr
eingeschleift, um das ankommende Benzin noch weiter zu zerstäuben. Es ergab sich,
daß die Kilometerzahl bei gleichbleibendem Benzinverbrauch bis zu 23 % anstieg und
daß der CO2 -Gehalt im Abgas um Werte reduziert wurde, die bis zu 10-mal kleiner
waren. Eine Düse mit dem Verhältnis von 2 bis 4 wurde an gleicher Stelle bei einem
Vierfachvergaser eingesetzt. Dabei ergab sich ein Anstieg der Kilometerzahl von
10 % bis 17 %, ohne den Vorteil der besseren Einstellung der Tot- undZündzeiten
und des Vergasers gegenüber einem Doppelvergaser.
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In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung sind bestimmte bevorzugte
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es wurden dabei viele Einzelheiten zum Zwecke der Erläuterung vorausgesetzt.
Es ist jedem Fachmann geläufig, die Erfindung auch bei anderen Ausführungsbeispielen
anzuwenden, wobei bestimmte Einzelheiten auch wesentlich variiert werden können,
ohne von den Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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