DE2820850A1

DE2820850A1 - Vorrichtung zur entfernung von teilchen aus einem fluid

Info

Publication number: DE2820850A1
Application number: DE19782820850
Authority: DE
Inventors: Bernard J Lerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2820850C2; GB1594524A; FR2390193B1; IT7823337A0; CA1106777A; IT1095265B; JPS53139278A; FR2390193A1

Description

DR. RICHARD KNEISSL . 11 MAl 1978

VVidenmayerstr. 46 H

D-8000 MÜNCHEN 22
Tel. 089/295125

Mappe L 291

BERNARD J. LERNER Pittsburgh, Pa. / V.St.A.

Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen aus einem Fluid

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Entfernung von unerwünschten Teilchen aus einem Fluid, insbesondere wenn das Fluid mit hohen Geschwindigkeiten zwischen ungefähr 300 und 750 m/min (1000 bis 2500 ft/min) strömt. Im Interesse der Klarheit wird in der Folge eine genaue Beschreibung der Erfindung hinsichtlich der Entfernung von unerwünschten Teilchen aus Gas beschrieben, jedoch ist sie auch ganz allgemein auf die Entfernung von unerwünschten Teilchen aus Flüssigkeiten anwendbar. Soweit sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch auf die Entfernung von Flüssigkeiten anwenden läßt, liegt diese Anwendung innerhalb des Bereichs der Erfindung. Die Teilchen, die aus einem Gas entfernt werden können, können löslich sein, wie z.B. lösliche Salze oder Säuren, beispielsweise Essig-, Salpeter- oder Salzsäure, oder können unlöslich sein, wie z.B. Schwefel, Kohlenstaub, Flugasche und Graphit. Die Teilchen können auch aus einem Nebel bestehen, der von Haus aus anwesend ist oder aber erzeugt wird, und zwar in das Gas eingespritzt wird, um lösliche Teilchen aufzulösen und um unlösliche Teilchen zu befeuchten und auszuwaschen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Waschen von Gas und/oder auf das Beseitigen von Nebel aus einem raschen Gasstrom.

Die Erfindung bezieht sich also auf die Entfernung von Teilchen und Nebel aus einem Gasstrom und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen und Nebel aus einem Gasstrom, der eine hohe Geschwindigkeit aufweist.

Die Abtrennung und Entfernung von unerwünschten Verunreinigungsteilchen aus einem Gasstrom gemäß dem Stande der Technik erfolgt nach zwei Hauptverfahren: Gasfiltration und Abscheidung durch Zentrifugalkräfte. Gasfilter bestehen aus porösen, löcherigen oder faserigen Medien, die gewebt oder ungewebt sind, durch welche das Gas vollständig hindurchgeführt wird. Die Wirkung der Filter beruht auf Trägheit und Auftreffen der Teilchen auf die Fasern, wenn das die Teilchen enthaltende Gas durch die Filter hindurchgeht.

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Zur Entfernung von kleinen Teilchen müssen die Fasern fein sein. Zwar sind Gasfilter bei der Entfernung von Teilchen ziemlich wirksam, jedoch muß die Geschwindigkeit durch ein Filter verhältnismäßig niedrig gehalten werden, um einen übermäßigen und unwirtschaftlichen Druckabfall zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für eine Feinteilchenfiltration, wenn die Teilchen im Bereich von 1 bis 20 um liegen und die Fasern sehr fein sind, typischerweise einen Durchmesser von 10 bis 200 um aufweisen. Der Gasdruckabfall durch ein Faserfilter ist im Turbulenzzustand annähernd proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit des Gases. Industrielle Feinteilchenfilter, wie z.B. Beutelfilter, besitzen demgemäß sehr große Filteroberflächen, die typischerweise bei einer Gasgeschwindigkeit von 1,5 bis 15 m/min betrieben werden. Sie sind verhältnismäßig teuer. Weiterhin sind die optimalen Bereiche der Gasgeschwindigkeit durch das Filtermedium hinsichtlich der Wirksamkeit der Teilchenentfernung durch einen Auftreffmechanismus stets höher als diejenigen, die praktisch und wirtschaftlich unter Berücksichtigung des Gasdruckabfalls am Filter angewendet werden können.

Zwar sind faserige gewebte oder gefilzte Gasfiltermedien auf die Entfernung von Teilchen, und auch auf die Entfernung von Nebel, anwendbar, aber sie führen nicht ohne weiteres zu einem kontinuierlichen Auswaschen, wenn feste Teilchen entfernt werden oder wenn zu hohe Flüssigkeitsbeladungen bei der Entfernung von Nebel vorliegen. Wegen der Gleichförmigkeit und der kleinen Größe der Fluidpassagen durch solche Filtermedien und wegen der Konkurrenz von Flüssigkeit und Gasstrom um diese Strömungspassagen ist die Strömungskapazität des Filters für das Gas wegen der Anwesenheit von Flüssigkeit beschränkt, oder ist die Strömungskapazität der Flüssigkeit wegen der Anwesenheit des Gases beschränkt. Wenn ein Filtermedium verwendet wird, das nur einen mäßigen Grad von dynamischer Kapillarität aufweist, dann wird bei einer bestimmten Kombination von Gas- und Flüssigkeitsbeladung Flüssigkeit festgehalten und der Gasstrom getroffen, außer bei einem sehr hohen Gasdruckabfall. Die dynamische Kapillarität oder die äquivalente dynamische Flüssigkeitsfesthaltung in einem Medium ist die Tendenz, FlUs-

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sigkeit in Poren eines Mediums festzuhalten, welche unter den Strömungsbedingungen des Gases und der dynamischen Belastung durch eine solche Strömung des Mediums mit Flüssigkeit existiert. Der Kapillaritätseffekt wird durch das kontinuierliche Einspritzen von Flüssigkeit durch das fließende Gas in das Medium verstärkt. Im Falle von statischer Kapillarität ist die einzige Kraft, die der Kapillarität entgegenwirkt, die Schwerkraft. Im Falle von dynamischer Kapillarität wirkt der Kapillarkraft zusätzlich die Kraft entgegen, die durch das Gas ausgeübt und durch die kontinuierliche Flüssigkeitsbeladung verstärkt wird. Der Effekt von beträchtlicher Flüssigkeitsbeladung auf solche Kapillarfiltermedien, der aus der dynamischen Kapillarität resultiert, hat zur Folge, daß das Medium in bezug auf die Gasströmung sich tatsächlich wie eine feste Wandung verhält. Bei dynamischen Flüssigkeitsbeladungen, wie sie durch Filterwaschen erzeugt werden, ergibt ein sogar kleiner Grad von Kapillarität einen beträchtlichen Verschluß von Strömungspassagen durch die Flüssigkeit. Wenn außerdem der Gasstrom feste unlösliche Teilchen enthält, dann neigen kapillare Filtermedien stark zu einer Verstopfung durch Feststoffe.

Gemäß der US-PS 3 733 789, die typisch für den Stand der Technik ist, wird ein bespritztes rohrförmiges Filtertuch verwendet, um einen kontinuierlichen stabilen Film aus Waschflüssigkeit auf dem Tuch zu erzeugen, durch welches das Gas "mikrogesiebt" wird. Die dort angegebenen Daten des Gasströmungswiderstands als Funktion der linearen Gasgeschwindigkeit zeigen die typischen Charakteristiken eines hohen Widerstands und einer niedrigen Strömung von Kapillarfiltermedien, ob es sich nun um ein gewebtes Tuch oder um ein verdichtetes oder gefilztes Fasermaterial handelt. Die dort angegebenen Lehren gelten speziell für flüssigen "Mikronebel". Es wird ausgeführt, daß feste unlösliche Teilchen zwangsläufig das Filter nach einigen Betriebsstunden verstopfen.

In der US-PS 3 135 592 ist ebenfalls ein bespültes Filtermedium beschrieben, wobei die Spülung jedoch entgegen der Flüssigkeits/ Gas-Strömung erfolgt. Die Gasgeschwindigkeiten liegen dabei bei ungefähr 4,5 m/min. Diese Geschwindigkeiten fallen in den Bereich

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-Sr-

von 1,2 bis 6,1 m/min, welcher in der obengenannten US-PS 3 733 genannt ist. Dabei erfolgt ein laminarer Gasfluß, im Unterschied zu einem turbulenten Gasfluß. Die Vorrichtungen sowohl der US-PS 3 733 789 als auch der US-PS 3 135 592 sind auf solche niedrigen Gasgeschwindigkeiten beschränkt, da die Gasströmungspassagen durch Flüssigkeit verstopft werden. Gespritzte Siebvorrichtungen, wie sie beispielsweise in den US-PSen 3 763 634 und 3 785 127 beschrieben sind, leiden unter der gleichen Beschränkung der Gasströmung, die sich aus der Notwendigkeit ergibt, daß sowohl Flüssigkeit als auch Gas durch enge gleichförmige Öffnungen und/oder kapillare Fließöffnungen im Filtermedium gezwängt werden müssen. In der US-PS 3 370 401 ist eine ähnliche Technik wie in der US-PS 3 135 592 beschrieben, außer, daß das Medium im gefluteten Zustand betrieben wird.

Zentrifugalabscheider, wie z.B. Vorrichtungen mit parallelen schlangenförmigen oder sinusförmigen Leitplatten oder mit Zick-Zack-Passagen, dienen in erster Linie für die Beseitigung von Nebel in sauberen Gasen, die keine Feststoffteilchen enthalten. Solche Abscheider mit parallelen Leitplatten werden üblicherweise dazu verwendet, mitgeführte Flüssigkeit in Dampfboilern, Wasserkühltürmen und Gas/FlUssigkeits-Kontaktierungsapparaten, wie z.B. Destillations- oder Fraktionierungstürmen, Eindampfern, Gaswäschern und dergleichen zu entfernen. Ein anderes Anwendungsgebiet liegt in der Entfernung von Nebel aus der Luft von Rraftturbinen, wie z.B. Schiffsturbinen oder Raketenantrieben. Bei solchen Abscheidern werden die Fluide, welche suspendierte Teilchen tragen, durch die Leitplatten abgelenkt, wobei die suspendierten Teilchen durch Zentrifugalkraft ausgeworfen werden. Die Kraft, die auf ein Teilchen

v²

mit der Masse M ausgeübt wird, ist H~, worin ν die Geschwindigkeit der Teilchen und r der Radius des Wegs ist. Es ist erwünscht, daß ν groß und r klein ist.

Zentrifugalabscheider arbeiten mit einer viel höheren Geschwindigkeit als Filtermedien und werden bei niedriger Beladung mit Feuchtigkeitsnebel und für die chargenweise Entfernung von Teilchen ver-

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wendet. In Abscheidern mit einem sinoidalen Zick-Zack-Weg, der durch parallele planare Leitplatten gebildet wird, muß die entfernte Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwerkraft ablaufen, ohne daß sie sich innerhalb der Passagen ansammelt oder daß sie wieder vom Gas aufgenommen wird. Flüssigkeit, die entweder als Nebel vorhanden ist oder die gesondert zum Zwecke des Waschens eingespritzt worden ist und die in Form von Tröpfchen oder als flüssiger Film auf Oberflächen gesammelt wird, welche dem strömenden Gas ausgesetzt sind, wird durch Gasreibung und Momentübertragung in Richtung der Gasströmung gedrückt. Die daraus resultierende Flüssigkeitsmitführung oder Wiederaufnahme der Flüssigkeit verringert die Gesamtwirksamkeit der Flüssigkeitsentfernung. Zur Überwindung dieses Nachteils sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt geworden. In der US-PS 1 616 802 ist ein Abscheider mit Schlangenweg beschrieben, der Leitplatten zum Sammeln der Flüssigkeit aufweist, die von den Gipfeln der Wellungen vorspringen. Andere Abwandlungen der Zack-Zack-Leitplatten sind in den US-PSen 2 802 543, 3 751 886, 3 757 498, 3 813 855 und 3 849 09 angegeben. Diese zeigen die Verwendung von starren planeren Leitplatten mit den verschiedensten Fangvorrichtungen und Anordnungen zum Ablaufenlassen der entfernten Flüssigkeit. Jedoch unterliegen solche vorspringenden Fangvorrichtungen, insbesondere solche, die sich zur stromaufwärtigen Seite hin öffnen, dem Gasaufprall und der Momentübertragung auf die gesammelte Flüssigkeit in der freigelegten Tasche. Die Flüssigkeit ist gegenüber der Gasreibung und der Momentübertragung ungeschützt und wird deshalb vom Gas aufgenommen und mitgeführt. Wenn dagegen die Fangvorrichtungen oder VorSprünge zur stromabwärtigen Seite gerichtet sind, dann werden beschleunigte Gasströmungsbereiche mit niedrigem Druck stromabwärts der Flüssigkeitsfangvorrichtungen erzeugt, welche die Flüssigkeit aus den schützenden Taschen in den Strom zurücksaugen. Diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen führen zu einer beschränkten Flüssigkeitsbeladung oder zu einer beschränkten Kapazität und zu einer Neigung, bei verhältnismäßig niedrigen Gasgeschwindigkeiten Flüssigkeit wiederaufzunehmen.

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Weiterhin wurden gasdurchlässige Strukturen auf diesem Gebiet der Technik beschrieben, welche schlangenförmige Kanäle für das Gas definieren. Typisch hierfür sind die US-PSen 2 567 030 und 2 760 597. Dort werden teilchenfönnige Filterpanele vorgeschlagen, die aus alternierenden gewellten Papierschichten, fliegenden Schirmen und ähnlichen Materialien bestehen. Solche Filter sind für "trockene" Verwendung gedacht, da nämlich die kapillare Natur der inneren Wandungen den Gasdurchgang bei Flüssigkeitsberieselung oder Nebelbeladung verhindern würden. Die gewellten Schichten dieserFilter sind horizontal angeordnet, wobei alternierende Schichten umgekehrt gewellt sind. Wenn ein Versuch gemacht wird, solche Vorrichtungen für die Nebelentfernung oder für andere nasse Anwendungen zu verwenden, dann würde der Flüssigkeitsablauf stark beeinträchtigt werden, was zu einer hohen Unwirksamkeit führen würde. Die Filterpanele dieser Techniken werden nach Gebrauch weggeworfen und werden nur so lange verwendet, bis sie verstopft sind.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die obigen Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung für die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen aus einem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas zu schaffen, wobei diese Vorrichtung die aufgefangene Flüssigkeit und/oder die aufgefangenen Teilchen leicht ablaufen läßt, für das Gas leicht durchgängig ist, nicht durch Flüssigkeiten oder Teilchen verstopft wird und keine häufige Wartung benötigt.

Gemäß der Erfindung werden Nebel und/oder Teilchen aus einem raschen Nebel und/oder Teilchen enthaltenden Gasstrom dadurch entfernt, daß das Gas durch eine Reihe von in etwa vertikal angeordneten nicht-kapillaren, freiablaufenden Faserkörpern mit hohem Leerraumgehalt geführt wird. Diese Faserkörper können aus mehreren Reihen von gesonderten Faserkörperhindernissen bestehen, wobei diese Hindernisse versetzt angeordnet sind, d.h. also, daß die Hindernisse in einer Reihe in bezug auf die Hindernisse der benachbarten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Reihe auf Lücke liegen. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Gas

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- to λλ

teilweise durch die Hindernisse aufeinanderfolgender Reihen abgelenkt, wobei in einem sinusartigen scharfgekrümmten Weg um die Hindernisse herum die Strömung erfolgt. Die Faserkörper können auch die Form von Faserstreifen aufweisen, die an die Wandungen von sinusförmigen oder schlangenförmigen Leitplatten im Weg des Gases angeordnet sind. Das Gas fließt in diesem Fall auch in gekrümmten, sinusförmigen oder schlangenförmigen Wegen und zum Teil durch die Streifen.

Gemäß der Erfindung können feste Teilchen aus einem trockenen Gas dadurch entfernt werden, daß das Gas in trockenem Zustand durch die Faserkörper hindurchgeführt wird. Damit die auf diese Weise verwendeten Faserkörper schließlich und endlich nicht verstopft werden, können sie periodisch mit ausreichend Flüssigkeit bespritzt werden, um die aufgefangenen Teilchen auszuwaschen.

Bei dieser speziellen Ausführungsform können die festen Teilchen auch dadurch entfernt werden, daß man die Faserkörper mit einer Flüssigkeit bespritzt, während das verunreinigte Gas durch diese hindurchfließt. Die verspritzte Flüssigkeit fließt dabei entweder gegen den Gasstrom oder in der gleichen Richtung wie das Gas. Sie kann aber auch lediglich eine Strömungskomponente entgegen oder in der Richtung des Gases haben. Es sollte ausreichend Flüssigkeit verwendet werden, um alle löslichen Teilchen aufzulösen und diese zusammen mit unlöslichen Teilchen aus den Fasernkörpern herauszuwaschen. Die Flüssigkeit kann in das strömende Gas als Nebel eingeführt werden. In diesem Fall werden der Nebel und alle darin gelösten Teilchen und auch die unlöslichen Teilchen von den Faserkörpern eingefangen und ausgewaschen.

Der Faserkörper wirkt sowohl als Zentrifugalabscheider als auch als Filter. Der Teil des Gases, der durch die Hindernisse oder Leitplatten abgelenkt wird, fließt in einem gekrümmten Weg, wobei der Nebel und/oder die teilchenförmigen Stoffe durch Zentrifugalkraft aus dem Strom ausgestoßen werden und dabei auf benachbarte Hinder-

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■ν

nisse oder Wandungen auftreffen, von wo aus sie ablaufen. Aus dem Teil des Gases, der durch die Hindernisse oder Faserstreifen hindurchfließt, werden der Nebel und/oder die teilchenförmigen Stoffe wie beschrieben entfernt und ausgewaschen. Der Hindernisaufbau gemäß der Erfindung besitzt gegenüber den bekannten Leitplattenkonstruktionen Vorteile. Der Widerstand gegenüber der Gasströmung, d.h. also der Druckabfall, ist bei den erfindungsgemäßen Hinderniskonstruktionen bei gleichen Gasgeschwindigkeiten niedriger.

Wenn in dieser Beschreibung oder in den Ansprüchen das Wort "Faser" verwendet wird, dann sollen darunter auch Fäden fallen. Das Wort "Faser" umfaßt Fasermatten, Faserbänder und Drahtsysteme, wie z.B. Stahlwolle und dergleichen, und nicht-kapillare Drahtnetze. Die Faserkörperhindernisse oder -streifen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, werden typischerweise aus einem nicht-gebundenen lockeren Material hergestellt, wie dies beispielsweise in den US-PSen 3 526 557 und 3 920 428 beschrieben ist. Es können aber auch offenzellige vernetzte Polyurethanschäume, wie dies in der US-PS 3 190 057 beschrieben ist, oder Streckmetall verwendet werden. Das Faserkörpermaterial kann auch eine lockere, offene, nicht-gewebte, dreidimensionelle Leitbahn sein, die aus vielen miteinander verschlungenen und willkürlich angeordneten Fasern besteht, wie dies in den US-PSen 2 784 132 und 2 958 593 beschrieben ist. Das Material muß außerdem nicht-kapillar sein. Ein anderes typisches Faserkörpermaterial ist ein gestricktes Maschenkissen, worin die einzelnen Schichten des gestrickten Materials stark gekräuselt oder verformt sind, so daß die Maschenöffnungen ungleichförmig und nicht-kapillar gemacht werden. Um den Gasströmungswiderstand durch die Faserkörperhindernis gering zu machen, sollte der innere Leerraum der Hindernisse vorzugsweise sehr hoch sein, tSLicherweise über 9096 liegen.

Es ist wesentlich, daß der Faserkörper in bezug auf die Flüssigkeit freiablaufend ist, keinen hohen Flüsslgkeits/Gas-Strömungswiderstand relativ zu dem Widerstand gegenüber dem trockenen Gasstrom aufweist und frei von der Neigung ist, überflutet zu werden, d.h.

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-VL-

sich mit festgehaltener Flüssigkeit zu füllen. Um die Wiederaufnahme von Flüssigkeit gering zu halten, sollte der Faserkörper eine solche Dicke entlang der Strömungsrichtung des Gases aufweisen, daß ein rascher geschützter Ablauf von Flüssigkeit erfolgt. Vorzugsweise sollte diese Dicke nicht kleiner als 6 mm sein, um für ein freies Ablaufen der Flüssigkeit im Inneren oder auf der stromabwärtigen Seite des Hindernisses oder Streifens zu ermöglichen. Der ablaufende Strom an der stromabwärtigen Seite wird somit vor übermäßiger Gasreibung durch das Fasermaterial auf der stromaufwärtigen Seite des Faserkörpers geschützt. Um diesen geschützten Ablaufeffekt zu optimieren, ist es erwünscht, daß die Gasströmung im allgemeinen horizontal in bezug auf die Faserkörperhindernisse oder -streifen erfolgt, die in einer im wesentlichen vertikalen Lage so angeordnet sind, daß sie den Strom in einer Weise durchkreuzen, daß kein Gas unter die Hindernisse hindurchgeht. Der Flüssigkeitsablauf erfolgt dann mit einer minimalen Hemmung und mit einer minimalen Reibung durch den Gasstrom. Er ist dann ausreichend rasch, daß die Faserkörperhindernisse und -streifen kontinuierlich durch ein Spray benäßt werden, ohne daß eine wesentliche Ansammlung von Flüssigkeit in den Faserkörpern erfolgt.

Die Faserkörper können gemäß der Erfindung in verschiedenen Formen angeordnet werden, so daß sie Schlangenwege mit plan-parallelen Wandungen oder Zick-Zack-Anordnungen definieren. Es können aber auch Hindernisse in versetzten Reihen oder in Form von Ablenkpanelen angeordnet sein, die hintereinander in Strömungsrichtung vorgesehen sind. Solche Konstruktionen zwingen das Gas auf einen gewundenen Weg. Wenn ein schlangenförmiger Durchgang verwendet wird, dann liegt der bevorzugte Neigungswinkel der längeren Abmessung in der Querschnittsfläche des Streifens in bezug auf die Strömungsrichtung des Gases zwischen 20 und 70°. Typischerweise sind die Faserkörper an die Leitplatten, die das Gas auf den Schlangenweg zwingen, befestigt. Wenn eine versetzte Hindernisanordnung verwendet wird, dann liegt der Neigungswinkel der längeren Abmessung der Querschnittsfläche des Hindernisses zwischen 90° (senkrecht zur Gasströmung) bis 30°. Die Streifen oder Hindernisse verlaufen im allgemeinen vertikal.

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2820^50 -Μη

Bei einigen Anwendungen wird es bevorzugt, einen Faserkörper mit anisotropen Eigenschaften in bezug auf die Gasströmung und den Gas/Flüssigkeits-Widerstand zu verwenden. Beispielsweise wird ein Faserkörper, der in Schichten aufgebaut ist, die im allgemeinen parallel zueinander verlaufen, normalerweise einen niedrigeren Gasströmungswiderstand für eine Strömung aufweisen, der parallel zu solchen Schichten verläuft, als es der Fall ist, wenn das Gas senkrecht zu solchen Schichten verläuft. Ein solcher anisotroper Faserkörper kann dazu verwendet werden, die ablaufende Flüssigkeit im Inneren des Faserkörpers besser vor Gasreibung zu schützen, indem der anisotrope Faserkörper so orientiert wird, daß der Strömungsweg senkrecht zur äußeren Obei'fläche der Hauptabmessung verläuft. Wenn jedoch der Schutz der ablaufenden Flüssigkeit von sekundärer Wichtigkeit ist, und wenn eine erhöhte Gasströmung durch die Faserkörper erwünscht wird, dann ist die bevorzugte Orientierung eines anisotropen Faserkörpers derart, daß der Gasströmungsweg mit niedrigem Widerstand senkrecht zur äußeren Oberfläche der Hauptabmessung verläuft.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise Aufsicht auf die Vorrichtung von Figur 1, wobei die Anordnung der Faserkörperhindernisse zu sehen ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Halter der Faserkörperhindernisse von Figur 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen dem Druckabfall und der Gasgeschwindigkeit in der Vorrichtung von Figur 1 zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche den Druckabfall durch ein Faserkörperhindernis als Funktion der Gasgeschwindigkeit zeigt;

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Fig. 6 eine Aufsicht auf eine andere Anordnungsweise der Faserkörperhindernisse ;

Fig. 7 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Faserkörperhindernisse; und

Fig. 8 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Faserkörperhindernisse .

Die in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigte Vorrichtung besitzt einen Strömungskanal 11 für die Behandlung von Gas. Dieser Strömungskanal besitzt die Form eines beidseitig offenen Kastens mit einer oberen Wandung 13, einer unteren Wandung 15 und seitlichen Wandungen 17 und 19. Die obere Wandung 13 besitzt Öffnungen 20 für das Montieren von Faserkörperhindernissen 25, jedoch werden diese Öffnungen durch (nicht-gezeigte) Platten verschlossen, nachdem die Faserkörperhindernisse 25 montiert worden sind. Innerhalb des Strömungskanals 11 sind die Faserkörperhindernisse 25 in zwei Arbeitsstufen 21 und 23 angeordnet, wobei Jede Arbeitsstufe aus zwei Reihen 27, 29 von Faserkörperhindernissen 25 besteht. Zwar sind in der Ausführungsform der Figuren 1,2 und 3 nur zwei Reihen von Faserkörperhindernissen je Arbeitsstufe vorhanden, aber es kann eine größere Zahl von solchen Reihen je Arbeitsstufe vorhanden sein. Der Strömungskanal 11 erstreckt sich horizontal. Jedes Faserkörperhindernis 25 ist im wesentlichen vertikal angeordnet und besteht aus einem nicht-kapillaren, freiablaufenden Fasermaterial mit einem hohen Porenvolumen. Die Faserkörperhindernisse 25 in den beiden Reihen 27 und 29 sind gegeneinander versetzt, wobei die Faserkörperhindernisse in der Reihe 29 gegenüber den Faserkörperhindernissen in der Reihe 27 auf Lücke liegen.

Der Faserkörper 30 eines jeden Faserkörperhindernisses 25 wird in einem Rahmen 31 festgehalten, der ein U-Profil 33 und zwei Stege 35, 37, die sich von je einer Lippe des U-Profils wegerstrecken, umfaßt. Ein Winkelprofil 39 ist an den beiden anderen Enden der Stege 35, 37 befestigt. Der Faserkörper 30 besitzt die Form eines Quaders. Dieser liegt mit einer Seite am Mittelteil des U-Profils 33 und mit seiner gegenüberliegenden Seite am V-Profil 39 und mit einer dazwischenliegenden Seite an den Stegen 35, 37 an. Der Rah-

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men 31 ist an der unteren Wandung 15 des Strömungskanals 11 angeschweißt oder anderweitig befestigt. Das U-I³TOfil 33 erstreckt sich nach unten über den Faserkörper 30 hinaus.

Die Reihe 27 erfordert eine andere Ausführungsform des Rahmens 31, als dies bei der Reihe 29 der Fall ist. Der in Figur 3 gezeigte Rahmen eignet sich für die Faserkörperhindernisse 25 der Reihe 29. Für die Reihe 27 sind jedoch die Stege 35, 37 und das Winkelprofil 39 an der linken Seite des U-Profils 33, gesehen in Figur 3, angeordnet.

Gemäß Figur 2 sind die Faserkörperhindernisse 25 in der ersten Reihe 27 um ungefähr +45° zur Gasströmungsrichtung geneigt, während die Faserkörperhindernisse 25 in der zweiten Reihe 29 um ungefähr -45° zur Gasströmungsrichtung geneigt sind. Typischerweise kann dieser Winkel zwischen 90°, also senkrecht zur Gasströmungsrichtung, bis + bzw. -30° zur Gasströmungsrichtung variieren.

Uaterhalb einer jeden Arbeitsstufe 21 und 23 befindet sich jeweils ein Tank 41. Die vorspringenden Enden der U-Profile 33 erstrecken sich in den Tank. Typischerweise ist jeder Faserkörper 30 70 mm lang, 25 mm dick und 305 mm hoch. Typischerweise ist auch der Abstand zwischen benachbarten Faserkörperhindernissen einer jeden Reihe und zwischen einem Faserkörperhindernis der ersten Reihe 27 und einem Faserkörperhindernis der benachbarten Reihe 29 25 mm.

Die Vorrichtung besitzt Zuführrohre 43, an welchen Düsen 45 befestigt sind. Eine Flüssigkeit, typischerweise Wasser, wird den Zuführrohren 43 zugeleitet und tritt in Form eines Sprays aus den Düsen 45 in stromabwärtiger Richtung innerhalb des Strömungskanals 11 aus. Wie gezeigt, trifft der Spray auch auf die Faserkörperhindernisse 25 der Arbeitsstufe 21. Eine ähnliche Düse kann zwischen der Arbeitsstufe 21 und der zweiten Arbeitsstufe 23 angeordnet sein. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können die Düsen an den stromabwärtigen Seiten der Arbeitsstufen 21 und 23 vorgesehen sein. Diese Düsen halten die Faser-

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- Ve -

körperhindernisse 25 naß, so daß Teilchen aus dem trockenen Gas, das durch den Strömungskanal 11 hindurchgeht, durch die Faserkörperhindernisse festgehalten und nach unten herausgewaschen werden.

Bei der Anwendung der Vorrichtung wird Gas (Luft) mit hoher Geschwindigkeit durch den Strömungskanal 11 in Form eines horizontalen Stroms in Richtung des Pfeils 51 hindurchgeführt. Das Gas nimmt Flüssigkeitsnebel aus den Sprays 57 auf und wird im durchfeuchteten Zustand durch die Faserkörperhindernisse 25 der Arbeitsstufen 21 und 23 hindurchgeführt. Wie dies durch die Pfeile in Figur 2 gezeigt ist, geht das Gas teilweise durch die Faserkörper 30 hindurch, wird aber auch teilweise durch die Faserkörper abgelenkt und gegen einen anderen Faserkörper 30 gerichtet. Ein Teil des Gasstroms, der durch die Faserkörper hindurchgeht, gibt seinen Flüssigkeitsnebel und/oder seinen Teilchengehalt an die Fasern ab. Ein anderer Teil trifft auch auf das U-Profil 33 auf und gibt seinen Feuchtigkeitsnebel und/oder seinen Teilchengehalt an das U-Profil 33 ab. Die Flüssigkeit, die sich durch Auffangen des Flüssigkeitsnebels bildet, läuft durch den Faserkörper und durch das U-Profil 33 in den Tank 41, von wo aus sie abgelassen werden kann. Die untere Wandung 15 ist im Bereich der U-Profile 33 mit Löchern ausgerüstet, durch welche die Flüssigkeit in die Tanks 41 fließt. Das durch einen jeden Faserkörper 30 hindurchströmende Gas drängt einen großen Teil des durch die Fasern aufgenommenen Flüssigkeitsnebels in Richtung auf das U-Profil 33. Aus diesem Grund wird der überwiegende Teil der Flüssigkeit, der sich aus dem Flüssigkeitsnebel bildet, durch das U-Profil 33 in den Tank 41 geleitet. Die U-Profile 33 erstrecken sich nach unten in den im Tank 41 sich bildenden Pool 50. Die Flüssigkeit, die entlang der U-Profile 33 hinabläuft, wird durch den stromaufwärtigen Teil des Faserkörpers 30 und durch die untere Wandung 15 des Strömungskanals 11 daran gehindert, wieder vom strömenden Gas aufgenommen zu werden.

Der Strömungskanal 11 ist mit Flanschen 53 ausgerüstet, so daß mehrere Doppelarbeitsstufen in Reihe hintereinander geschaltet werden können. Es können aber auch mehrere Strömungskanäle 11,

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wie sie in Figur 1 gezeigt sind, übereinander gestapelt werden, um einen höheren Strömungskanal zu bilden. In diesem Fall erstrecken sich die Tanks 41 lediglich von der Bodenwandung 15 des untersten Strömungskanals nach unten. Ein jeder Strömungskanal besitzt dann eine untere Wandung für die Halterung der Faserkörperhindernisse 25, jedoch besitzt lediglich der obere Strömungskanal eine obere Wandung 13. Die Faserkörperhindemisse 25 in solchen Ubereinandergestapelten Strömungskanälen sind durchgehend. Die Flüssigkeit läuft die durchgehenden Faserkörperhindemisse 25 hinab durch entsprechende Löcher in einer jeden unteren Wandung 15 oder aber durch entsprechende horizontale Rinnen.

Die Orientierung der Faserkörperhindernisse 25 und die Dicke dieser Hindernisse hängen jeweils von der Dichte und dem Gasströmungswiderstand des Fasermaterials ab. Die bevorzugte lineare Gasgeschwindigkeit für die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung beträgt in der Praxis 300 bis 750 m/min (1000 bis 2500 ft/min), bezogen auf den leeren Querschnitt des Gasströmungswegs. Es wurde festgestellt, daß innerhalb dieses Bereichs ein hoher Anteil des strömenden Gases durch verhältnismäßig dicke Faserkörperhindemisse 25 hindurchgeht, und zwar bei einem Druckabfall, der wesentlich kleiner ist, als er bei identischen, jedoch festen Hindernissen erhalten wird. Dies wurde durch die folgenden Vergleichsversuche bestätigt.

Diese Versuche wurden mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt, wie sie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, wobei jedoch nur die Hindernisse der Arbeitsstufe 21 vorhanden waren. Die Faserkörperhindernisse 25 waren jeweils 25 mm dick, 70 mm lang und 305 mm hoch. Die Faserkörperhindemisse bestanden aus nichtkapillaren, gebundenen, nicht-gewebten, lockeren Kissen aus Polyesterfasern mit einem Durchmesser von 40 um, welche mit einem Polyvinylchloridharz gebunden waren. Der Querschnitt des Gasstroms durch die Faserkorperhindernisse war 305 x 305 mm. Die Gasströmung wurde bei diesem Versuch mittels eines 7,5-PS-Gebläses erzeugt, das mit dem Strömungskanal durch ein starres Aluminiumrohr

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ORIGINAL !N¹SPECTED

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mit einem Durchmesser von 305 mm und einer Länge von 1,52 m verbunden war. Der Druckabfall wurde mittels eines Neigungsmanometers gemessen. Für Vergleichszwecke wurde das Arbeiten der Vorrichtung von Figur 1 mit dem Arbeiten einer ähnlichen Vorrichtung verglichen, wobei jedoch die Hindernisse aus massivem Holz bestanden. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:

Tabelle I (a) Holzhindernisse

Geschwindigkeit, m/min /\P in mm H₂O

452,6 68,6

495.6 81,3 517,3 96,5 560,3 114,3

506.3 88,9 544,1 104,1

(b) Faserhindernisse

513,0 50,8

577.4 63,5

673.7 76,2 743,0 88,9

Diese Daten sind in Figur 4 als Logarithmus-Druckabfall gegen log-Lineargeschwindigkeit aufgetragen. log-Druckabfall, J\p in mm HgO, ist vertikal und log-Gasgeschwindigkeit, m/min ist horizontal aufgetragen. Die Kurve F gilt für die Faserkörperhindernisse und die Kurve W für die Holzhindernisse.

Die Tabelle I zeigt, daß die Faserkörperhindernisse einen wesentlichen Bruchteil des Gases hindurchlassen, was aus dem bemerkenswert niedrigeren Druckabfall bei gleichen Gasgeschwindigkeiten zwingend folgt. Die Abnahme des Druckabfalls ist wesentlich größer als

8 0 9 8 A 7 / 0 8 7 0 qkginal _INSp_ected

so

erwartet. Die Gasströmung durch die Faserkörperhindernisse 25 kann unter der Annahme annähernd bestimmt werden, daß der Druckabfall in einem turbulenten Gasstrom an einem behinderten Strömungssystem proportional dem Quadrat der Gasgeschwindigkeit ist. Figur 4 zeigt, daß es sich dabei um eine gute Annäherung handelt, da nämlich die Neigung der Linien 2 ist.

worin

A^pf» A₁P₁₁ = Druckabfall am Faserkörperhindernis bzw.

am Holzhindernis; Vf/ Vj₁ = Verhältnis der Gasströmungen außerhalb der

Hindernisse, Faser bzw. Holz.

Unter Bezugnahme auf Figur 4 ergibt sich bei V = 610 m/min

(V^V _n) = (A^pf/A^ph) ^β (66,0/127,0) und (V_f/V_n)² = 0,52
und V_f = (0,52)^1/2 V_h = 0,72 V_h,

so daß also mindestens 2896 des Gases durch die Faserkörperelemente hindurch und nicht um diese herum gehen. Die Anzahl der hintereinander geschalteten Stufen, die nötig ist, daß insgesamt 95% des Gases durch die Faserkörper hindurchgehen, kann wie folgt errechnet werden:

95 - 100 [1-(1 - f)ⁿ]
worin f = Bruch des Gases, der durch die Faserkörper in

einer der Stufen 21 oder 23 in Figur Λ hindurchgeht;

η a Anzahl der Stufen, die erforderlich sind, daß 95% des Gases durch die Faserkörper hindurchgehen;

95/100 - [1-(1 - 0,28)ⁿ]

(0,72)ⁿ = 0,05

η a 9,1 Stufen.

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Diese Berechnungen wurden unter zwei Annahmen gemacht. Erstens wird angenommen, daß ein vernachlässigbarer Strömungswiderstand durch die Faserkörper besteht, und zweitens, daß keine Druckkorrektur für die Verringerung der Geschwindigkeit zwischen den Hindernissen nötig ist, die sich aus dem Strömen durch die Faserhindernisse 25 ergibt. Um zu einer korrigierten Setzung des Gasdurchgangs durch die Hindernisse zu gelangen, wurden Druckabfalldaten der in den obigen Versuchen verwendeten Faserkörper genommen, die bei direkter Verwendung als Filtermaterial (10096 Gasdurchgang) erhalten wurden. Diese Daten sind in der folgenden Tabelle II angegeben und in Figur 5 aufgetragen. In Figur 5 ist log-Druckabfall AP in mm HpO, vertikal und log-Geschwindigkeit in m/min horizontal aufgetragen.

Tabelle II
Lineargeschwindigkeit, m/min /^ P in mm HgO

563,6 50,8

624,0 63,5

697,8 76,2

764,4 88,9

852,2 101,4

Aus den Figuren 4 und 5 sind getrennt die Gasgeschwindigkeiten zwischen den Hindernissen und die Geschwindigkeit des durch die Hindernisse 25 hindurchgehenden Gases erhältlich. Diese Werte werden erhalten durch Versuchs- und Fehler-Rechnungen der gesonderten Druckabfallskomponenten, unter der Annahme, daß die gesonderten Druckabfallswerte sich zu dem experimentell bestimmten gesamten Druckabfall addieren.

Der Druckabfall von 66 mm bei einer Lineargeschwindigkeit von 610 m/min (siehe Figur 4) besteht aus zwei Komponenten: einem Teildruckabfall des "festen Hindernisses", /^P₁, aufgrund der Geschwindigkeit zwischen den Hindernissen, V₁, und einem Druckabfall beim Durchfluß durch den Faserkörper, /\P_f, aufgrund der Gasströ-

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mung von V^ m/min durch die Faserkörper. Die Summe der beiden Geschwindigkeiten muß gleich der Gesamtgeschwindigkeit von 610 m/min sein. Aus den Druckabfalldaten von Figur 4 und dem Druckabfallverhalten des Faserkörpers bei IOO96 Gasdurchgang (Figur 5) ist es möglich, die Strömung durch den Faserkörper aufgrund einer Versuchsund Fehler-Rechnung abzuschätzen. Bei der Oberflächengeschwindigkeit von 610 m/min wird festgestellt, daß die Geschwindigkeit durch den Faserkörper 244 m/min beträgt, was anzeigt, daß 40% des Gasflusses durch den Faserkörper hindurchgehen. Bei diesem Wert des Gasdurchflusses wären 5,9 Stufen erforderlich, um 95% des Gases durch die Faserkörper zu filtrieren. Diese obige Berechnungsverfahren liefert eine ziemlich einfache Technik für die Auswahl der optimalen Dicke des Faserkörpers oder Hindernisses, der Materialeigenschaften, der Orientierung und der Anzahl der Stufen.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, als Nebeleliminator wurde demonstriert, wie es im folgenden Beispiel 1 beschrieben ist.

Beispiel 1

Dieser Versuch wurde mit einer zweistufigen Vorrichtung ausgeführt, wie sie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, wobei nichtkapillare, gebundene, lockere Faserkörper 25 der gleichen Zusammensetzung, Bindungsart und Abmessungen wie im oben beschriebenen Versuch verwendet wurden. Die Luft wurde mit einer Lineargeschwindigkeit von 610 m/min in den Versuchsabschnitt eingeführt. Ein atomisierter Wassernebel 47 (Figur 1) wurde durch eine Düse 45 (SDC 125H, hergestellt von Sonic Development Company) erzeugt. Ein Luftdruck von 2,8 atü wurde in der Düse 45 verwendet, wie vom Hersteller empfohlen, um den feinstmöglichen Nebel zu erzeugen. Die Düse 45 injizierte den Nebel 47 stromaufwärts der Hindernisse der ersten Stufe. Für Vergleichszwecke wurden Holzhindernisse anstelle der Faserkörperhindernisse 25 verwendet. Zusätzlich wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Stufen eines handelsüblichen Leitblecheliminators für hohe Geschwindigkeiten verglichen,

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■-r.iG.iUAL INSPECTED

nämlich dem "Euroform"-Eliminator, der von Regehr (siehe oben) und auch in einer Broschüre mit dem Titel "Munters Euroform D-Mist-R" angegeben ist. Es wurden visuelle Methoden zur Bestimmung des Wassernebeldurchgangs verwendet. Zusätzlich wurde der Tyndall-Zerstäubungseffekt an einem starken Lichtstrahl, der senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases verlief, beobachtet. Typische Resultate sind in Tabelle III angegeben.

Tabelle III

Bestimmung durch visuelle Beobachtung und Tyndall-Streuung des Nebeldurchgangs, Geschwindigkeit =610 m/min

getestete Einheit beobachteter Durchgang

2 Stufen Holzhindernisse stark

2 Stufen Faserhindernisse nicht

2 Stufen des obigen Elimi- schwach nators mit Leitblechen

Es wurde festgestellt, daß die Luft, die die erfindungsgemäße Vorrichtung verließ, die Lufttemperatur der nassen Thermometerkugel aufwies und daß sie mit Wasser gesättigt war. Dies bedeutet, daß der Wärme- und Massenübergang gemäß der Erfindung mit einer hohen Geschwindigkeit und Wirksamkeit erfolgt, trotz der Tatsache, daß bei der hohen Gasgeschwindigkeit (Luftgeschwindigkeit) die Verweilzeit der Flüssigkeit im Gas extrem kurz ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit als Gasabsorber für allgemeinen Massenübergang wie auch als ein kompakter direkter nasser Wärmeaustauscher. Wegen der Wirksamkeit der Vorrichtung bei der Nebelentfernung und wegen der einzigartigen Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitströpfchen und den Fasern des Faserkörpers besitzt die Vorrichtung besondere Vorteile als nasser Teilchenauswäscher.

Bei einer herkömmlichen Teilchenentfernung durch NaB- oder Spraywaschen oder durch Venturi-Waseher wird Wasser entweder durch eine

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Spraydüse oder durch eine scherende Gasreibung atomisiert und in den Gasstrom eingespritzt, der die Teilchen enthält, welche entfernt werden sollen. Das Gas befindet sich dabei in einer Hülse oder in einem Rohr oder in einer Leitung und bewegt sich mit einer hohen Geschwindigkeit relativ zu der festen Spritzdüse oder dem Gas/Flüssigkeits-Kontaktbereich am Eingang. Der atomisierte Wasserspray, welcher den Gas/Flüssigkeits-Kontaktbereich am Eingang verläßt, besitzt eine niedrigere Geschwindigkeit als das Gas und wird durch den Gasstrom rasch beschleunigt, bis die Wassertröpfchen die Geschwindigkeit des Gasstromes erreicht haben, und zwar eine verhältnismäßig kurze Strecke stromabwärts der Düse oder der anfänglichen Kontaktzone. Nur während dieser Beschleunigungsperiode besitzen die Spraytröpfchen eine andere Geschwindigkeit als die Teilchen im Gasstrom, und nur während dieser Beschleunigung bilden die Wassertröpfchen ein Target für das Zusammentreffen mit den Teilchen, wenn sie sich mit dem Gas entsprechend der Gasströmungsgeschwindigkeit bewegen. Die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens ist eine Funktion des Verhältnisses der Geschwindigkeit der Teilchen und der Tröpfchen. Wenn also einmal die Tröpfchen die gleiche Geschwindigkeit wie die Teilchen erreicht haben, dann besteht praktisch keine Chance, daß Teilchen mit den Tröpfchen zusammentreffen, so daß Venturi- und Spraywäscher nur in der verhältnismäßig kurzen Zone der Tröpfchenbeschleunigung wirken.

Gemäß der Erfindung werden die atomisierten Wassertröpfchen, nachdem sie teilweise oder vollständig auf die Geschwindigkeit des GasStroms beschleunigt worden sind, von den Fasern, welche in den Faserkörperhindernissen gemäß der Erfindung vorhanden sind, eingefangen. Das Auftreffen und das momentane Festhalten der Tröpfchen an einer Faser bringt die Tröpfchen in einen Ruhezustand, so daß der Geschwindigkeitsunterschied der Teilchen in bezug auf die eingefangenen Tröpfchen gleich der vollen Geschwindigkeit des die Faser passierenden Gasstroms ist. An den äußeren oder stromaufwärtigen Faserschichten ist die Gasgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit des freien Gasstroms, während für innere Fasern, die von der stromaufwärtigen Oberfläche einen

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Abstand aufweisen, die Relativgeschwindigkeit diejenige des Teils des Gases ist, das durch den Faserkörper hindurchgeht (Hindernisse 25 oder Leitbleche, die Faserkörper tragen). Bei hohen Gasgeschwindigkeiten besteht die Tendenz, daß die Tröpfchen entweder durch die Gasreibung vom Gas wieder aufgenommen und dann durch eine tiefere Faser wieder eingefangen werden oder daß sie direkt eingefangen werden und mit anderen Tröpfchen verschmelzen. Diese Tröpfchen, die in ihrer Größe durch Einfangen anderer Tröpfchen wachsen, laufen rasch unter dem Einfluß der Schwerkraft von der Faser ab oder werden aufgrund der Gasreibungskräfte unstabil und zerschmettern in kleinere Tröpfchen. Da die Gasreibung im inneren und stromabwärtigen Teil der Faserkörperhindernisse mäßig ist, überwiegt in diesem Bereich der Mechanismus des Wachstums und des Ablaufens. Da größere Tröpfchen rascher entfernt werden, werden das sich bewegende Gas und die Teilchen in der Praxis einer dynamischen Tröpfchenpopulation ausgesetzt, worin die kleinsten Tröpfchen dominieren, wobei ein beträchtlicher Anteil dieser Tröpfchen in Ruhe gehalten wird oder eine geringere Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Teilchen aufweist. Die Wirksamkeit des Einfangens von feinen Teilchen durch Tröpfchen wird durch die Anzahl und die Größe der Targettröpfchen wie auch durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Teilchen und Tröpfchen bestimmt. Für eine gegebene Menge oder Rate von Flüssigkeitssprayinjektion ist die Anzahl der Tröpfchentarget umgekehrt proportional zur Größe der Tröpfchen, so daß kleinere Tröpfchen eine größe Anzahl von Targets liefern als größere Tröpfchen und die Einfangswirksamkeit deshalb bei einer kleineren mittleren Tröpfchengröße erhöht ist. Für feine Teilchen gilt als allgemeine Daumenregel über die Einfangwirksamkeit im Verhältnis zur Targetgröße, daß die maximale Auftreffwahrscheinlichkeit eintritt, wenn der Targetdurchmesser annähernd 5-bis 10-mal so groß ist wie der Teilchendurchmesser. Durch entsprechend»Wahl der Anfangströpfchengrößenverteilung an der Spraydüse sowie der Faserzahl und des Faserdurchmessers der Faserkörperhindernisse kann die Wirksamkeit für eine bestimmte Teilchengröße oder Teilchengrößenverteilung optimiert werden. Dieses Phänomen tritt nur bei nicht-kapillaren Faserkörpern ein. Im

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Falle von kapillaren Faserkörpern wird der Gasfluß durch die Flüssigkeit, welche die Zwischenräume zwischen den Fasern auffüllt, blockiert.

Beispiel 2

Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung wurde dazu verwendet, die Teilchenentfernungswirkung unter Verwendung feiner Flugasche zu testen, die von einem Kraftwerk stammte. Die Flugasche war aus dem Verbrennungsgas mit Hilfe eines elektrostatischen Abscheiders gesammelt worden. Eine mikroskopische Überprüfung zeigte, daß sie einen beträchtlichen Anteil an Teilchen mit einer Größe von weniger als 1 um aufwies. In der in diesem Beispiel verwendeten Vorrichtung gab es zwei Arbeitsstufen. Die erste Stufe 21, die stromaufwärtige Stufe, war eine befeuchtete Sammelstufe, und die stromabwärtige Arbeitsstufe 23 war eine Entnebelungsstufe. Jede Stufe enthielt drei Reihen von Faserkörperhindernissen. Die erste Sammelstufe 21 enthielt drei Reihen von Faserkörperelementen 25 aus einem Draht aus rostfreiem Stahl, der aus einem gewellten gestrickten Drahtnetz bestand. Die Dicke eines jeden Faserkörpers war 19 mm. Ansonsten waren die Abmessungen die gleichen wie im Beispiel 1. An der Entnebelungsstufe 23 gab es drei Reihen von Faserelementen, wie sie im Beispiel 1 verwendet worden waren.

Bei der ersten Sammelstufe wurde ein Spray mit der Gasströmung angewendet, wobei eine Spritzdüse 45 (Bete Fog Nozzle Company Type ST6FCN) verwendet wurde, wobei bei einem Wasserdruck von 15,8 atü gearbeitet wurde, was eine Strömungsrate von 12,9 l/min ergab. Die Gasströmung war 46758 m/min, bestimmt durch Pilot-Rohrtraversen, um auf die angegebene durchschnittliche Geschwindigkeit zu kommen. Der Gesamtdruckabfall war dabei 127 mm. Eine 250-g-Probe der Flugasche wurde auf die Saugseite des Luftgebläses während see eingeführt. Das von jeder Stufe während des Tests ablaufende Wasser wurde gesammelt, filtriert, und die zurückgewonnenen Feststoffe wurden getrocknet und gewogen. Das Gewicht der zurückge-

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36 ft*

wonnenen Flugasche war 207 g, was eine Rückgewinnung von 82,890 bedeutet. Im Hinblick auf die nicht-zurückgewinnbaren Verluste an den Wandungen und ungewaschenen Teilen des Systems und aufgrund der Tatsache, daß nur eine einzige Stufe (nämlich die Stufe 21) mit Faserbenetzung durchgeführt wurde, ist die direkte Rückgewinnung von 82,8% bemerkenswert hoch.

Die in Figur 6 gezeigte Vorrichtung besitzt horizontale Strömungskanäle zwischen einer Vielzahl von vertikal und im allgemeinen parallel angeordneten Leitplatten 61 mit Schlangenform. Typischerweise bestehen die Leitplatten aus Polystyrolplatten mit einer Dicke von etwa 3 mm, wobei sie einen Abstand von ungefähr 25 mm aufweisen. Entlang einander gegenüberliegender Flächen einer jeden Leitplatte 61 befindet sich eine Vielzahl von vertikalen Faserkörpern 63, aus einem nicht-kapillaren, freiablaufenden Material und mit einem hohen Leerraum. Die Faserkörper 63 können an den Leitplatten angeklebt sein. Der Kanal besitzt eine obere Wandung und eine untere Wandung (nicht gezeigt) und die Leitplatten 61 und die Faserkörper 63 erstrecken sich von der Oberseite bis zur Unterseite. Ein rascher horizontaler Strom eines mit Nebel und/oder Teilchen beladenen Gases geht durch die Leitung 60 hindurch. Der Nebel und/oder die Teilchen werden durch die Faserkörper eingefangen und durch die Körper 63 und entlang der Leitplatten 61 nach unten gewaschen.

Die in Figur 7 gezeigte Vorrichtung besitzt einen horizontalen GasStrömungskanal 71, ähnlich dem Strömungskanal 11 von Figur 1, worin sich eine Vielzahl von vertikalen Hindernissen 73 befinden. Jedes Hindernis 73 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Netz 75, auf dessen Außenseite sich ein Ring 77 aus einem nichtkapillaren, freiablaufenden Fasermaterial mit hohem Leerraum befindet. Die Hindernisse erstrecken sich zwischen der Oberseite und der Unterseite (nicht gezeigt) de3 Strömungskanals 71.

Die in Figur 8 gezeigte Vorrichtung besitzt ebenfalls einen horizontalen Strömungskanal 81, der dem Kanal 11 von Figur 1 ähnlich

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ist. Innerhalb dieses Strömungskanals ist eine Vielzahl von Hindernissen 83 untergebracht. Jedes Hindernis 83 besitzt ein im allgemeinen zylindrisches Netz 85, innerhalb dem eine Masse 87 aus nicht-kapillarem, freiablaufendem Fasermaterial mit hohem Leerraum sich befindet. Die Hindernisse 83 erstrecken sich zwischen der oberen Wandung und der unteren Wandung (nicht gezeigt) des Strömungskanals .

In den Vorrichtungen der Figuren 7 und 8 ist Je eine Arbeitsstufe aus zwei Reihen von versetzt angeordneten Hindernissen 73 bzw. 83 gezeigt. Es kann jedoch jede gewünschte Anzahl von Stufen verwendet werden, wobei Jede Stufe eine Vielzahl von Reihen von versetzt angeordneten Hindernissen 73 bzw. 83 aufweist, wobei die Hindernisse einer jeden Reihe auf Lücke in bezug auf die Hindernisse der vorhergehenden und nachfolgenden Reihen liegen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Entfernung von Teilchen aus einem Fluid mit einem in etwa horizontalen Strömungskanal für das Fluid und mit mehreren in etwa vertikalen Körpern innerhalb des Strömungskanals im Strömungsweg, durch welche die Teilchen aus dem Strom entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper aus einem nicht-kapillaren freiablaufenden Fasermaterial mit hohem Leerraumgehalt bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Entfernung von Teilchen aus einen mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25) eine solche Dicke in Querrichtung zum Strom aufweisen und so angeordnet sind, daß sie die Wiederaufnahme der unerwünschten Teilchen durch den Gasstrom verhindern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fluid aus einem mit Nebel beladenen Gas besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25) den Nebel vom Gas entfernen und ablaufen lassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Gas ein mit Nebel beladenes Gas ist und die Körper den Nebel vom Gas entfernen und ablaufen lassen, dadurch gekennzeichnet , daß die Körper (25) eine solche Dicke in Querrichtung zum Strom aufweisen und so angeordnet sind, daß sie die Wiederaufnahme der Flüssigkeit durch den Nebel verhindern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25) so angeordnet sind, daß das Fluid aufeinanderfolgend von stromaufwärtigen Körpern (25) zu stroraabwärtigen Körpern (25) strömt, wobei ein Teil des Fluids durch einen oder mehrere Körper (25), auf welche es auftrifft, strömt und ein Teil des Fluids durch einen oder mehrere Körper (25), auf die es auftrifft, abgelenkt wird, und wobei die Kör-

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per (25), durch welche das Fluid strömt, die unerwünschten Teilchen aus dem durch die Körper (25) fließenden Fluid entfernen und das durch die Körper (25) abgelenkte Fluid einen gewundenen Weg durch den Strömungskanal (11) nimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25) in Reihen innerhalb des Strömungskanals (11) vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende des Strömungskanals angeordnet sind, wobei die Körper (25) einer jeden Reihe in bezug auf die Körper in der stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Reihe versetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Entfernung von festen Teilchen aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (45) zum Einspritzen von Nebel in den Gasstrom aufweist, wobei die festen Teilchen durch die Körper (25) gefangen und zusammen mit dem eingefangenen Nebel nach unten gewaschen werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45) zum Einspritzen des Nebels stromaufwärts der Körper (25) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kanal eine obere Wandung und eine untere Wandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25) sich vollständig zwischen der oberen Wandung (13) und der unteren Wandung (15) erstrecken, so daß die Wiederaufnahme der Teilchen durch das Fluid, das zwischen den Körpern (25) und der oberen Wandung (13) und der unteren Wandung (15) hindurchströmt, unterdrückt wird.

1O. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungskanal mehrere Leitplatten mit einer solchen Form aufweist, daß das Gas in einem gewundenen Weg geführt wird, dadurch g ek e η η zeichnet, daß die Körper (63) entlang mindestens einer Oberfläche einer jeden Leitplatte (61) angeordnet sind.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper ((63) im Abstand entlang einander gegenüberliegender Oberflächen einer jeden Leitplatte (61) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungskanal eine obere Wandung und eine untere Wandung aufweist und jeder Körper von
einem Rahmen gehalten wird, der jeden Körper so fest hält, daß er sich zwischen der oberen Wandung und der unteren Wandung
erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen (31) an der stromabwärtigen Seite eine Ablaufkomponente aufweist, die sich durch die untere Wandung (15) des Strömungskanals (11) erstreckt.

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