DE2904830C2

DE2904830C2 - Vorrichtung zum Abscheiden feiner Nebeltröpfchen

Info

Publication number: DE2904830C2
Application number: DE19792904830
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. 5000 Köln Bürkholz; Julius 5090 Leverkusen Widder
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1979-02-08
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DE2904830A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Abscheiden feiner Nebeltröpfchen aus einem Gasstrom, der aus mehreren, hintereinandergeschalteten Faserschichten besteht, zwischen denen Blenden angeordnet sind und die Blenden aus Scheiben mit darin befindlichen Öffnungen bestehen.

Feine Tröpfchen kleiner 3 μπι scheidet man herkömmlicherweise entweder mit Elektrofihern, sogenannten Naßwäschern oder Faserbettfiltern aus dem zu reinigenden Gasstrom ab. Nun sind Elektrofilter für viele Anwendungen zu kostspielig oder wegen der Funkenüberschläge aus Sicherheitsgründen nicht einsetzbar. Naßwäscher, wie z. B. Venturi-Wäscher, verlagern entweder das Abluftproblem auf ein Abwasserproblem oder verlangen eine meist kostspielige Aufbereitung der Waschflüssigkeit Faserbettfilter, die als Diffusionsabscheider wirken, bedingen eine sehr geringe Anströmgeschwindigkeit von 20 cm/s und kleiner und besitzen deshalb ein großes Bauvolumen. Sind im Gas schwer lösliche Stäube, Harz- oder Schmierteilchen enthalten, so verstopfen die Faserpackungen, wodurch das Filter funktionsuntüchtig wird.

In dem US-Patent 11 40 198 wird ein Filterverfahren beschrieben, bei dem ein Schwebstoff enthaltendes Gas durch ein poröses, aus einer Faserpackung bestehendes Diaphragma geleitet wird. Von Nachteil ist dabei der relativ hohe Druckverlust Aufgrund des hohen Druckverlustes v/erden die Fasern im Diaphragma zusammengepreßt, wodurch die Abscheideleistung beeinträchtigt werden kann.

Eine Vorrichtung zum Abscheiden feiner Öllröpfchen aus einem Gasstrom auf der Basis hintereinandergeschalteter Faserschichten ist auch aus dem US-Patent 26 42 954 bekannt. Dabei sind zwischen den einzelnen Faserschichten Blenden angeordnet, die aus Scheiben mit darin befindlichen Öffnungen bestehen. Die Fasermodule besitzen alle die gleiche Struktur. Durch die Blenden wird die Filtereinheit in verschiedene Kammern unterteilt, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Durch die Unterteilung in verschiedene Kammern soll verhindert werden, daß das Fasermaterial unter der Einwirkung des Gasstromes agglomeriert und zusammengeballt wird und damit der Filtergrad verschlechtert wird. Es werden jedoch keinerlei Vorkehrungen getroffen, daß die abgeschiedene Flüssigkeit sich zwischen den hochdurchströmten Abscheidebereichen sammeln und ablaufen kann.

In DE-OS 23 08 076 wird ein Abscheidesystem /um Abtrennen von Flüssigkeitspartikeln aus einem Gasstrom beschrieben, bei dem diskrete, fibröse Bögen hintereinandergeschaltet sind. Dabei weist der mittlere Abschnitt der Bögen eine feine Maschenweite auf, als die beiden angrenzenden äußeren Abschnitte. Bei diesem System handelt es sich jedoch um einen Streifen- bzw. Lamellenabscheider, dem andere physikalische Gesetzmäßigkeiten zugrunde liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochangeströmtes, leistungsfähiges Abscheidesystem mit geringem Druckverlust zur Abscheidung feiner Nebeltröpfchen aus einem Gasstrom zu realisieren.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Blenden Faserschichten unterschiedlicher Feinheit angeordnet sind und der Öffnungsquerschnitt der Blenden so bemessen ist, daß das hindurchströmende Gas an diesen Stellen auf eine Geschwindigkeit von 5 bis 100 m/s, vorzugsweise 10 bis 30 m/s, beschleunigt wird.

Die Blenden decken einen gewissen Teil des Filierquerschnitts ab und können z. B. aus gelochten oder geschlitzten Blechen bestehen. An den Blenden nimmt daher das Gas eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an.

Auf diese Weise entstehen in der Filterpackung hochdurchströmte, abscheidewirksame Bereiche neben Beruhigungszonen, in denen die abgeschiedene Flüssigkeit sich s'jniinclii und ablaufen kann.

Im Gegensatz zu den bisher angewandten niedrigen Gasgeschwindigkeiten bei Faserbettfiltern ist nach der Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit so groß, daß die im Gasstrom enthaltenen Tropfen nicht durch ihre Diffusionswirkung, sondern infolge ihrer Trägheit auf die Fasern bzw. Drähte des Filters geschleudert werden. Infolge der Jtohen Gasgeschwindigkeiten genügt auch eine relativ kleine Abscheidefläche für den Abscheidevorgang. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Faserpackungen nehmen daher nur einen geringen Raum ein, so daß sie in beliebige Rohrquerschnitte eingebaut werden können. Vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, daß das Filter infolge der hohen Gasgeschwindigkeit einen großen Selbstreinigungseffekt gegenüber Ablagerungen von Staub und Schmierteilchen aufweist. So gelingt es z. B. auf problemlose Weise, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren feine ölnebel, z. B. in Abgasen von ölgeschmierten Vakuumpumpen abzuscheiden.

Solche Abgase enthalten häufig auch Lösungsmitteldämpfe sowie Schmieranteile, so daß elektrische Filter nicht eingesetzt werden können. Herkömmliche Faserfilter wurden in diesem Fall sehr schnell verstopfen. Venturi-Wäscher erzeugen sehr lästige ÖI-Wasser-Mischungen und benötigen eine Druckdifferenz von ca. 100 mbar. Bei gleichem Druckverlust kann man aber mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die besagten feinen Öltröpfchen einwandfrei auf nicht nassem Wege abscheiden.

Herkömmliche Drahtfilter, wie z. B. sogenannte Drahtgestrickpakete, werden ausnahmslos bei Gasgeschwindigkeiten unter 5 m/s betrieben. Erfahrungsgemäß können damit nur Tropfen abgeschieden werden, deren Teilchengröße oberhalb 3 μ liegt. Bei höheren Geschwindigkeiten beginnt zunehmend Wiederabriß von Tropfen und eine teilweise Zerstäubung von auftreffenden Tropfen, wodurch sich die Gesamtabscheideleistung vermindert.

Es hat sich gezeigt, daß man bei einer bestimmten Gasgeschwindigkeit um so kleinere Tröpfchen abscheiden kann, je feiner die Fasern oder Drähte sind. Mit anderen Worten: Die benötigte Trägheitsenergie, um ein Teilchen auf einen Draht zu schleudern, ist um so größer, je größer der Drahtdurchmesser ist Es hat sich gezeigt, daß die Abscheidewirkung besonders hoch ist, wenn die Faserstärke zwischen 5 und 50 μπι liegt. Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn die Drähte metallisch sind und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die größere Kantenlänge zwischen 5 und 50 μπι liegen soll.

Würde man ein Drahtgestrickpaket herkömmlichen Typus mit so hoher Gasgeschwindigkeit betreiben, so würde die bereits abgeschiedene Flüssigkeit vom Gasstrom wieder erfaßt, teilweise abgerissen und bis zum Auftreffen auf nachfolgende Drahtschichten so stark beschleunigt, daß beim Auftreffen ein Zerstäuben in feine Tröpfchen stattfindet. Auf diese Weise, würde der Durchlaßgrad des Drahtgestrickpakets erhöht. Wird hingegen bei der erfindungsgemäßen Filterpackung ein Flüssigkeitsteilchen vom Gasstrom wieder abgerissen, so ist infolge der dichten Filterpackung die Beschleunigungsstrecke so kurz, daß beim Wiederaufprallen auf nachfolgenden Schichten die erlangte Energie für ein Verstäuben nicht ausreicht.

Die Gefahr eines Zusetzens des Filters durch mitgeführte feine Staubteilchen ist um so größer, je feiner die Drähte der Packung sind. Die Wahl der Drahtfeinheit /wischen 5 und 50 μηι crlaubl es, auch hier ausreichend hohe Standzeiten zu erzielen.

Da Schmierteilchen z. B. oft einen größeren Durchmesser als die feinen, abzuscheidenden Nebeltröpfchen besitzen, ist es oft vorteilhaft der eigentlich wirksamen Filterpackung eine solche aus gröberen Fasern und Drähten vorzuschalten, in welcher erstere wirksam zurückgehalten werden. In diesem Vorfilter werden auch die mitankommenden gröberen Flüssigkeitstropfen abgeschieden, so daß das nachfolgende feine Filter entlastet wird und Flutpunkt und Standzeit erhöht werden. In der Regel genügt es hierbei, das Vorfilter mit einer geringeren Geschwindigkeit anzuströmen als das Hauptfilter. Dementsprechend ist eine verbesserte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpackung aus 3 Schichten aufgebaut ist, wobei die mittlere Schicht aus feinen Fasern und die beiden äußeren Schichten aus groben Fasern bestehen. Um einen eventuellen Wiederabriß von Flüssigkeit aus dem schnell angeströmten Filter sicher auffangen zu können, empfiehlt sich die Nachschaltung eines Abfangfilters. Da dieses Filter nur grobe Flüssigkeitsteilchen auffangen muß, kann es wie das Vorfilter aus groben Drähten bestehen. Außerdem kann es mit einer geringeren Geschwindigkeit angeströmt werden als das Hauptfilter. Abströmseitig empfiehlt es sich, eine Ringblende anzuordnen.

Für das Vorfilter haben sich Metalldrähte von rechteckigem Querschnitt bewährt, deren schmale Kanten zwischen 50 und 100 μιη und deren Längsseiten zwischen 500 und 1000 μηι liegen.

Auch für das eigentliche Hauptfilter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Packung aus Schichten von Fasern oder Drähten unterschiedlicher Feinheit aufgebaut ist.

Derartige Schichtgitter verleihen der Packung eine gewisse Elastizität und verhindern ein Zusammenfallen und Klumpen des Filters unter Betriebsbedingungen.

Die Abführung der Flüssigkeit richtet sich nach der speziellen Filteranordnung. Für die Anordnung in einem horizontalen Rohr ist das Nachfilter vorteilhafterweise etwa 5 bis 20 Rohrdurchmesser nach dem Hauptfilter angeordnet Hinter dem Nachfilter wirkt eine Ringblende als Schälkragen, unter dem Nachfilter ist die Rohrwand mit Schlitzen versehen, durch welche die gestaute Flüssigkeit in eine darunter befindliche Wanne gelangt und von dort abgeführt werden kann.

Bei den Filteranordnungen in einem vertikalen Gasstrom läuft die Flüssigkeit an der Abströmseite des Filters der Schwerkraft gehorchend nach unten ab und wird am unteren Ende durch eine Abblendung vom Gasstrom geschützt nach außen abgeführt.

Weiter verbesserte Ausführungsformen sowie spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 6 bis 10 beschrieben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine in eine horizontale Rohrleitung eingebaute Filterpackung,

Fig. 2 eine Explosionszeichnung des Nachabscheiders,

Fig. 3 den Aufbau einer Filterpackung für den Einbau zwischen zwei Flanschen,

Fig. 4 den Einbau einer Filterpackung mit Hilfe einer

Klappe,

Fig. 5 eine Ausführungsform der Filterpackung als Einschubregister mit Dichtflächen,

Rg. 6 u. 7 Ausführungsformen der Filterpackung für vertikale Rohrleitungen,

Fig. 8 Ausführungsformen der Blenden zur Begrenzung einzelner Teilabschnitte der Filterpackung und Fig. 9 eine Filteranlage mit Zuführung von Falschluft.

!n Flg. 1 strömt das tröpfchenbeladene Gas horizontal in einer Rohrleitung 1, in welche in einer ersten Stufe das eigentliche Filter 2 eingeflanscht ist, einige Rohrlängen danach das Nachfilter 3. Das Hauptfilter 2 besteht aus drei Schichten a, b, c mit Fasern oder Drähten unterschiedlicher Feinheit. Das Flächengewicht des Filters soll, wenn es sich um metallische Fasern handelt, zwischen 1 bis 20 kg/m² liegen.

Die Gasgeschwindigkeit soll so hoch sein, daß möglichst ein gewisser Druckverlust Ap nicht unterschritten wird. Es hat sich gezeigt, daß ein Tropfen der Größe cks zu 95% abgeschieden werden kann, wenn der Druckverlust

Ap (mbar) > 271(P (μπι)

beträgt. Eine 50%ige Abscheidung wird für einen Tropfen dso erreicht, wenn
Ap (mbar) S 4/ίΡ(μηι)
ist.

Für besonders günstig ausgelegte Filter können die Druckverluste auch etwas geringer sein. Entsprechend diesen Druckverlusten ist die Gasgeschwindigkeit zu wählen, die zwischen 5 und 100 m/s liegen kann, vorzugsweise aber zwischen 10 und 30 m/s liegen soll.

In Strömungsrichtung gesehen sind vor, hinter und im Filter 2 verschiedene Blenden eingebracht, wodurch die Anströmfläche der Filter entsprechend verringert wird. Die Blenden 4 bestehen z. B. aus Scheiben mit Löchern, Schlitzen oder sektorförmigen öffnungen (s. Fig. 8). Zwischen den Blenden sind Faserschichten unterschiedlicher Feinheit angeordnet. Eine bewährte Filterpakkung 2 bestand z. B. aus einer Lage dünner Drähte, Querschnitt 5 χ 30 um und Flächengewicht ca. 2 kg/m², die zwischen zwei Lagen gröberer Drähte, Querschnitt 20 χ 60 μΐη und je 1 kg/m² Flächengewicht, eingeschichtet war.

Das Hauptfilter 2 befindet sich zwischen 2 Flanschen 5. Einige Rohrdurchmesser dahinter ist das Nachfilter 3 eingeflanscht. Das Nachfilter besteht aus einer Packung 6 grober Drähte, die sich an einen Schälkragen 7 anlehnt.

Unter dem Nachfilter befindet sich eine Wanne 8, aus der die abgeschiedene Flüssigkeit über einen Ablauf 9 abgeführt werden kann. Zwischen der Filterpackung und der Wanne ist die Rohrwand mit schlitzförmigen öffnungen S versehen (s. Fig. 2). Die Fig. 2 zeigt verschiedene Einzelteile des Nachfilters 3. Die Filterpakkung wird an beiden Seiten durch das maschenförmige Drahtgitter 10 begrenzt. Der Schälkragen 7 am Filterausgang besteht aus einer Ringblende.

Für horizontale Rohrleitungen führt man das Filter vorteilhaft in Kapselform aus (Fig. 3). Dabei besteht die Peripherie der Kapsel 11 aus einem Rohrstück. Das vordere und hintere Ende wird durch je eine Blende 12 oder einen Maschendraht 10 gebildet, der durch eine Ringblende und ein Kreuz 13 gehalten wird.

Die Kapsel selbst kann — wie z. B. in Fig. 3 angedeutet — in einen Doppelflansch 5 eingesetzt werden. Sie kann auch durch eine Klappe K in das Rohrstück eingelegt werden (Fig. 4). Weiter besteht die Möglichkeit, die Kapsel in eine Art Register R einzusetzen, das auf Dichtflächen D zwischen die Rohrleitungen eingeführt wird (Fig. 5).

In besonderen Fällen kann es von Vorteil sein, am Ort des Filters eine gegenüber der Restleitung erweiterte Rohrleitung vergrößerten Durchmessers einzusetzen.

Fig. 6 und 7 zeigen schematisch zwei Ausführungsformen des Abscheiders für den Einbau in eine vertikale Rohrleitung 14. Der Gasstrom durchströmt das Filter 15,16 von unten.

Das Filter ist entweder als Kegel 15 oder als Kegelstumpf 16 ausgeführt, wobei im letzteren Falle das stumpfe Ende durch eine Abdeckplatte 17 abgeschlossen ist.

Die Filterpackungen 18 sind auf einem Korb 19 aufgebracht, der aus einem Maschengeflecht oder aus Lochplatten besteht, die gleichzeitig als Blende ausgebildet sein können. Die Filterpackung besteht aus mehreren Schichten mit dazwischen angeordneten Blenden. Sie ist nach oben hin durch einen Korb aus Maschendraht 20 abgeschlossen. Die abgeschiedene Flüssigkeil läuft infolge der Filterneigung an der Außenwand des Filters nach unten und sammelt sich in einer Wanne 21, die durch die ringförmige Auflage und Abdichtung des Filters gebildet wird. Von der ringförmigen Wanne kann die Flüssigkeit nach außen oder nach unten abgeführt werden.

Fig. 8 zeigt für das Filter in horizontaler Rohrleitung gemäß Fig. 1 und 5 drei Ausführungsformen von Blenden 4 mit kreisförmigen 22, schlitzförmigen 23 und sektorförmigen 24 öffnungen. Die offene Fläche soll im Verhältnis zur Gesamtfläche der Blende zwischen 10 und 90%, vorzugsweise aber zwischen 30 und 60%, liegen.

Die Blenden bewirken eine Querschnittsverengung, so daß an dieser Stelle eine hohe Gasbeschleunigung erfolgt. Dies hat zur Folge, daß im Filter im Bereich der Blenden abschneidewirksame Zonen hoher Gasgeschwindigkeit entstehen und im Bereich zwischen den Blenden Ablaufzonen niederer Gasgeschwindigkeit.
Die zwischen oder hinter den Filterschichten angeordneten Blenden weisen vorteilhaft am unteren Ende Auskerbungen 25 auf, damit die abgeschiedene Flüssigkeit zum Nachabscheider weitertransportiert werden kann.

Die sektorförmige Ausführung 24 hat den großen Vorzug, daß bei Übereinanderlegen einer festen und einer drehbaren Blende die freie Durchtrittfläche zwischen 0 und 50% variiert werden kann. Durch Verschieben der Blende (die manuell oder automatisch durch Regelung erfolgen kann) ist es möglich, auch bei unterschiedlichen Gasdurchsätzen die zur Abscheidung erforderliche hohe Gasgeschwindigkeit und den erforderlichen Druckverlust aufrechtzuerhalten. Zur automatischen Regelung kann vorteilhaft der am Filter sich einstellende Druckverlust herangezogen werden.

Der zum richtigen Funktionieren des Filters erforderliche, genügend große und möglichst konstante Druckverlust kann auch dadurch aufrechterhalten werden, daß zusätzlich zu dem zu reinigenden Gasstrom ein Falschluftstrom durch das Filter gesaugt wird. Eine zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung ist in Fig. 9 gezeigt Vom Gebläse 26 wird über das Filter 27 ein Falschluftstrom 28 über den Kaminstutzen 29 zusammen mit dem Abgasstrom 30 von der Abgasleitung 31 angesaugt Über dem Falschluftstutzen 29 herrscht sowohl vor dem Filter 27 als auch in der Abgasleitung 31 stets der näherungsweise konstante Atmosphärendruck. Dies wirkt sich bei ölgeschmierten Vakuumpumpen

sehr günstig auf deren Standzeiten aus.

Im folgenden soll die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Anordnung nach Fig. 9 demonstriert werden. Das Filter sollte die Abgase von 10 Vakuumpumpen reinigen, welche Trockenschränke evakuieren. Der mittlere Abgasstrom betrug 1000 mVh, der Falschluftstrom ca. 500 m³/h. Der Druckverlust am Filter lag bei 80 mbar. Im Abgas befanden sich ca. 200 mg pro m³ an feinen Öltröpfchen, die zu 80% kleiner als 1 μπι waren. Der Abscheidegrad des Filters lag bei 90%. Die Standzeiten der Filterpackungen betrugen mehr als 4 Wochen, entsprechend 500 Betriebsstunden

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

15

20

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abscheiden feiner Nebeltröpfchen aus einem Gasstrom, bestehend aus mehreren, hintereinander geschalteten Faserschichten, zwisehen denen Blenden angeordnet sind, die aus Scheiben mit darin befindlichen Öffnungen bestehen, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den Blenden (4) Faserschichten (a, b, c) unterschiedlicher Feinheit angeordnet sind und der öffnungsquerschnitt der Blenden (4) so bemessen ist, daß das hindurchströmende Gas an diesen Stellen auf eine Geschwindigkeit von 5 bis 2 100 m/s, vorzugsweise 10 bis 30 m/s, beschleunigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Faserschichten (a, b, c) aus Metallfasern zusammensetzen und ein Flächengewicht zwischen 1 bis 20 kg/m² aufweisen.

3. Vorrichtung nach Ansprucn 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstärke der Feinfaserschicht /inzwischen 5 und 50 μπι liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (2) aus drei Schichten (a, b, c) besteht, und die mittlere Schicht (b) aus feinen Fasern und die beiden äußeren Schichten (a, c) aus groben Fasern bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Strömungsrichtung gesehen hintere Schicht (6) der Packung (2) aus groben Fasern 5 bis 20 Rohrdurchmesser hinter der vorangehenden Schicht (a) angebracht ist, daß auf die hintere Schicht (6) ein Schälkragen (7) folgt und daß unterhalb der hinteren Schicht (6) eine Ablaufwanne (8) angebracht ist, die mit der darüberliegenden Schicht (§) durch längliche oder runde Öffnungen (5) in Verbindung steht

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (4) so dimensioniert sind, daß der Strömungsquerschnitt um den Faktor 0,2 bis 0,9 vermindert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Blenden (24) in ihrem Querschnitt derart regulierbar ist, daß der Druckverlust der Packung (2) auch bei unterschiedlichem Gasdurchsatz aufrechterhalten wird

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (4) längliche oder runde Öffnungen aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (2) in einer Kapsel eingebettet ist, die entweder zwischen zwei Flanschen (5) in die Rohrleitung (1) eingepaßt, über eine Klappe (K) in die Rohrleitung (1) eingelegt oder über Dichtflächen (D) in einem Rohrquerschnitt eingepaßt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung in vertikalen Rohrleitungen (14) die Packungen (18) auf Kegelflächen (15, 16) angeordnet sind, wobei die Kegelachse mit der Rohrachse zusammenfällt.