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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung
von gasförmigen Verunreinigungen, insbesondere Kohlenwasserstoffverbindungen aus
einem Luftstrom.
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Aus der DE-AS 22 14 153 ist ein derartiges Verfahren und eine derartige
Vorrichtung bekannt, welche die adsorptive Abtrennung von Lösungsmitteldämpfen,
insbesondere chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffe aus einem Luftstrom betreffen.
Der Luftstrom, z.B. die Abluft von chemischen Reinigungsmaschinen, wird dabei im
Kreislauf über einen Adsorber geleitet, um die Lösungsmitteldämpfe zu adsorbieren
und dadurch aus dem Luftstrom abzutrennen. Um den Adsorber nicht durch zu hohe Gaskonzentrationen
zu überlasten, wird bei dieser bekannten Vorrichtung ein Kühler vorgeschaltet. Da
jedoch der aus dem Kühler austretende Luftstrom nicht nur mit Lösungsmittelgasen,
sondern auch mit Wasserdampf bis zu seiner Sättigungskonzentration geladen ist,
kommt es bei dieser hohen relativen Wasserfeuchte verhältnismässig rasch zu einer
Reduzierung der Adsorptionsleistung infolge von Wasseranreicherungen auf dem Adsorptionsmittel.
Bei dem bekannten Verfahren/Vorrichtung wird nun auch bei hohem Wasserdampfgehalt
des Luftstroms der wässrige Niederschlag im Absorber und der sich daraus ergebende
Nachteil weitgehend dadurch beseitigt, dass der Luftstrom zur Aufrechterhaltung
seines Wasserdampfgehaltes unmittelbar vor dem Eintritt in den Adsorber erwärmt
wird. Durch diesen Verfahrensschritt nimmt zwar die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels,
einer Aktivkohle oder einer ähnlich adsorbierenden Substanz, mit steigender Temperatur
ab. Jedoch übertrifft die mit der Reduzierung der relativen Wasserfeuchte des
Lösungsmittel-Luftgemisches
durch Erwärmung des aus dem Kühler austretenden kalten Luftstroms erzielbare Verbesserung
der Adsorption den Einfluss der Temperatursteigerung bei weitem. Die Maßnahme dieses
bekannten Verfahrens/Vorrichtung, durch Erwärmung des Luftstroms nach seinem Austritt
aus dem Kühler und vor dem Eintritt in den Adsorber dessen relative Feuchte auf
einen gewünschten Wert unter 100 % abzusenken, erbringt neben der Erhöhung der Adsorptionsleistung
aufgrund der nachfolgend möglichen intensiveren Kühlung des Luftstroms auch eine
weitere Wirkungsgradsteigerung bei der Rückgewinnung der Lösungsmittel.
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Bei diesem bekannten Verfahren/Vorrichtung strömt der Luftstrom in
einem geschlossenen Kreislauf. Ziel und Zweck ist es, die Rückgewinnung der Lösungsmittel
möglichst wirkungsvoll zu gestalten, während an die Sauberkeit des gereinigten Luftstroms,
d.h. an die Restkonzentration der Verunreinigungen im Luftstrom keine besonderen
Anforderungen gestellt sind. Ausserdem wird ein mit Aktivkohle oder einem ähnlichen
Adsorptionsmittel beladenes Filter benötigt, wodurch hohe Folgekosten und eine aufwendige
Technik herrühren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren bzw. die Vorrichtung der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der verunreinigte Luftstrom in
besonders einfacher Weise besonders wirksam zuverlässig gereinigt wird, so dass
die Restkonzentration an Kohlenwasserstoff - bei relativ geringem Aufwand und geringen
Folgekosten weit unter den vom Gesetzgeber geforderten Werten (TA-Luft) bleibt.
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Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss
dadurch gelöst, dass der Luftstrom mit einem tröpfchen-, dampf- oder gasförmigen
Trägermedium mit gegenüber den Verunreinigungen vergleichsweise hohem Taupunkt angereichert
wird, an dem sich die gasförmigen Verunreinigungen anlagern, und dass anschliessend
der angereicherte Luftstrom unterhalb des Taupunktes des Trägermediums zur Kondensation
desTrägermediums mit den angelagerten Verunreinigungen abgekühlt wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
besitzt mindestens eine Kühlstufe zum Abscheiden der sich an Kühlflächen niederschlagenden
Verunreinigungen und ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kühlstufe eine Mischstufe
vorgeschaltet ist, die ein Mischsystem zur Abgabe des tröpfchen- oder dampfförmigen
Trägermediums in den verunreinigten Luftstrom enthält.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass de verunreinigte:
Luftstrom in einem ersten Verfahrensschritt mit einem Trägermedium mit vergleichsweise
hohem Taupunkt möglichst gesättigt wird, an dem sich die gasförmigen Verunreinigungen
anlagern, und dass anschliessend in einem zweiten Verfahrensschritt der Luftstrom
ausreichend unterhalb des Taupunktes des Trägermediums abgekühlt wird, damit das
Trägermedium mit den daran angelagerten Verunreinigungen kondensiert und damit aus
dem Luftstrom ausgefällt wird. Auf diese Weise werden insbesondere auch die flüchtigen
chlorierten und/oder fluorierten Kohlenwasserstoffe bei vergleichsweise geringer
Abkühlung aus dem Luftstrom entfernt. Auf diese Weise wird eine
Reinigungswirkung
erzielt, die ansonsten nur durch starke Abkühlung unterhalb des - vergleichsweise
tiefen - Taupunktes der verunreinigenden Kohlenwasserstoffe erzielbar wäre. Ausserdem
wird auf den Einsatz von Aktivfiltern, d.h. von Aktivkohle oder anderen Adsorptionsmitteln,
verzichtet.
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Besonders bevorzugt besteht das zugesetzte Trägermedium aus tröpfchenförmigem
Wasser oder Wasserdampf. Um den Luftstrom möglichst stark mit dem Trägermedium anreichern
zu können, wird der Luftstrom und/oder das Trägermedium bei oder vor der Vermischung
erhitzt, und der Luftstrom wird bevorzugt mit dem Trägermedium gesättigt, da mit
steigendem Anteil des Trägermediums im Luftstrom die Reinigungswirkung zunimmt.
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Um die Restkonzentration an Verunreinigungen im Luftstrom weiter herabzusetzen,
lassen sich die erfindungsgemässen Verfahrensschritte mehrfach zyklisch durchlaufen,
d.h. nach der ersten Zugabe des Trägermediums und der anschliessenden ersten Abkühlung
des Luftstroms kann erneut - bevorzugt bei Aufheizung des Gasgemisches - Trägermedium
zugesetzt werden, welches dann nachfolgend erneut abgekühlt wird. Gegebenenfalls
können die erfindungsgemässen Verfahrensschritte anschliessend noch ein drittes
und evtl. ein viertes Mal etc. durchlaufen werden. Mit jedem weiteren Durchlauf
durch die erfindungsgemässen Verfahrensschritte erhöht sich der Reinheitsgrad des
Luftstroms.
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Das auskondensierte Trägermedium mit den daran angelagerten Verunreinigungen
wird am Boden der entsprechenden
Kühlstufen gesammelt und z.B.
über ein Vorfilter zum Ausscheiden der Schmutzpartikel, über einen Schwereabscheider,
z.B. einen horizontal durchflossenen Fünfkammer-Lösemittel-Abscheider, und dann
einer Abwasser-Reinigungsanlage zugeführt.
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In der Abwasser-Reinigungsanlage wird das Schmutzwasser gereinigt,
wobei die vom Gesetzgeber geforderten Werte unterschritten werden. Das gereinigte
Wasser lässt sich dann in einem Tank sammeln und dem Produktions- oder Reinigungsverfahren
wieder zuführen, so dass keine Abwässer entstehen, und daher auch kein Frischwasser
mehr benötigt wird. Die abgetrennten Verunreinigungen werden ebenfalls gesammelt
und lassen sich dann wieder dem Produktionsprozess zuführen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt mindestens eine Mischstufe
mit einem Mischsystem, welches das tröpfchen- oder dampfförmige Trägermedium in
den verunreinigten Luftstrom abgibt. Um die Anreicherung des Luftstroms mit dem
dampf- oder tröpfchenförmigen Trägermedium zu erhöhen, enthält das Mischsystem eine
Heizung, wodurch der Sättigungswert für das Trägermedium erhöht wird. Das Trägermedium
und der Luftstrom durchströmen das Mischsystem bevorzugt im Gegenstromverfahren
in spiralförmigen Kanälen, wodurch die Vermischung zwischen Trägermedium und Luftstrom
und damit die Anlagerung der Verunreinigungen an das Trägermedium besonders effektiv
ist, und wodurch die Zentrifugalkräfte restliche flüssige oder feste Bestandteile
an die Aussenwand schleudern.
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Der Luftstrom wird bevorzugt im oberen Bereich der Mischstufe im wesentlichen
tangential eingeführt und läuft dann in einer spiralförmigen Strömung durch die
Spiralkanäle des Mischsystems abwärts und wird
nach dem Austritt
aus den Spiralkanälen durch ein zentrales Steigrohr, welches zentral durch das Mischsystem
hindurchgeführt ist, dem Auslass im oberen Bereich der Mischstufe zugeführt. Vom
Auslass der Mischstufe wird der verunreinigte und mit Trägermedium angereicherte
Luftstrom tangential oben in eine Kühlstufe eingegeben, wo der Luftstrom expandiert
und anschliessend spiralförmig durch eine Kühlfalle mit Spiralkanälen abwärtsläuft.
Nach dem Austritt aus der Kühlfalle steigt der Luftstrom durch ein zentrales Steigrohr,
welches zentral durch die Kühlfalle hindurchgeführt ist, aufwärts dem Auslass der
Kühlstufe zu. Die spiralförmige Ausbildung der Adsorptionsstrecke des Mischsystems
sowie der Kühlstrecke der Kühlstufe dienen der Wegverlängerung und damit der Erhöhung
der Vermischung und Anlagerung der Verunreinigungen an dem Trägermedium bzw. der
erhöhten Kühlungswirkung der Kühlfalle.
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Bevorzugt wird der ersten Mischstufe eine Kühlstufe vorgeschaltet,
um eine erste Grobreinigung des Luftstroms durchzuführen.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt
sich der vorgeschalteten Kühlstufe noch ein Vorfilter, z.B. ein Gegenstromnassfilter,
vorsetzen, um die Grobreinigung noch wirksamer auszuführen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale
der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Mischstufe und eine
Kühlstufe der erfindungsgemässen Vorrichtung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht
mehrerer hintereinander geschalteter Misch- und Kühlstufen; und Fig. 3 einen Schnitt
durch ein Vorfilter.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Eine Mischstufe 2 besteht aus einem zylinderförmigen Behälter, der eine Umfangswand
4 und eine untere und eine obere Stirnwand 5',5. besitzt. Unterhalb der oberen Stirnwand
5 befindet sich ein Einsatz 6, durch den ein verunreinigter Luftstrom in die Mischstufe
2 eintritt und dann durch ein zentrales Fallrohr 7 etwa auf halber Höhe in den Innenraum
der Mischstufe 2 abgegeben wird. Über der Austrittsöffnung des Fallrohres 7 ist
ein Mischsystem 8 bis 18 vorgesehen, welches einen Adsorptionskanal 8 enthält, der
um das Fallrohr 7 herum den restlichen Querschnitt des zylindrischen Behälters bedeckt.
Der Adsorptionskanal 8besitzt mehrere Spiralkanäle 14, deren Einlassöffnungen in
einer unteren Stirnfläche 10, und deren Auslassöffnungen in einer oberen Stirnfläche
12 angeordnet sind, und die spiralförmig um das zentrale Fallrohr 7 herum laufen.
Der Adsorptionskanal 8 besitzt ferner eine zylindrische Umfangswand 9 mit einem
gegenüber dem Durchmesser der Behälterwand 4 nur unwesentlich geringeren Durdhmesser.
Das Mischsystem 8-18 besitzt ferner eine Heizung 16, die aus Heizschlangen besteht,
die durch den Adsorptionskanal hindurchlaufen.
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Über dem Adsorptionskanal 8 befindet sich ein Sprühsystem 18 zum Einsprühen
des Trägermediums. Über dem Sprühsystem 18, jedoch unterhalb des Einlasses 6 befindet
sich der Auslass 19 im wesentlichen tangential zum Umfang der Behälterwand 4.
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Unter der Öffnung des Fallrohres 7 ist ein Sammelraum 20 zum Aufsammeln
des überschüssigen Trägermediums vorgesehen, welches vom Luftstrom nicht aufgenommen
wird. Am Boden des Sammelraums 20 befindet sich eine Zusatzheizung 22, sowie ein
Flüssigkeitsauslass 24 zum Abfliessen des angesammelten Trägermediums Der Auslass
19 der Mischstufe 2 ist mit dem Einlass 36 einer Kühlstufe 32 verbunden, die ebenfalls
als zylindrischer Behälter mit einer Umfangswand 34 sowie einer unteren und einer
oberen Stirnwand 31, 33 ausgebildet ist. Unterhalb des Einlasses 36 ist eine Kühlfalle
38, 46 vorgesehen, die sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Behälters
31, 33, 34 erstreckt. Die Kühlfalle 38, 46 besitzt mehrere Spiralkanäle 44, deren
Einlassöffnungen in einer oberen Stirnfläche 42, und deren Auslassöffnungen in einer
unteren Stirnfläche 40 liegen, und die spiralförmig um ein zentrales Steigrohr 37
herum mit vorgegebener Steigung abwärts laufen. Die Kühlfalle 38, 46 enthält ferner
Kühlschlangen 46, welche die Spiralkanäle 44 durchsetzen und kühlen.
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Die Kühlfalle 38, 46 ist von einem zentralen Steigrohr 37 durchsetzt,
dessen untere Öffnung etwa auf halber Höhe der Kühlstufe 32 liegt und welches sich
aufwärts bis zum Auslass 49 erstreckt, der über dem Einlass 36, unmittelbar über
der oberen Stirnwand 33 liegt. Unter dem Steigrohr 37 befindet sich ein Sammelraum
50, in dem das an der Kühlfalle
38, 46 abgeschiedene Kondensat
ablaufen kann. Im Sammelraum 50 sind mehrere Niveaufühler 53 vorgesehen, welche
das Flüssigkeitsniveau abtasten und bei Überschreiten eines vorgegebenen Niveaus
eine Absaugpumpe oder dergleichen aktivieren, die z.B. die - durch Schweretrennung
- sich auf dem Boden des Sammelraums 50 absonderndenVerunreinigungen durch einen
Auslass 54 einem Schwereabscheider (nicht dargestellt) zuführt.
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Gemäss Fig. 2 sind mehrere Mischstufen 2 und mehrere Kühlstufen 32
zu einer Gesamtanlage zusammengeschaltet.
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Der ersten Mischstufe 2 ist eine Kühl stufe 32 vorgeschaltet, um vor
der erstmaligen Zugabe des tröpfchen-oder dampfförmigen Trägermediums eine Grobreinigung
vorzunehmen und dabei Verunreinigungen auszukondensieren.
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Der Luftstrom 1 tritt durch den Einlass 36 in die Vor-Kühlstufe 32
ein und erfährt dadurch eine erste Abkühlung durch Expansion. Anschliessend läuft
der Luftstrom spiralförmig nach unten, durchläuft dabei die Spiralkanäle 44 der
Kühlfalle 38, 46 und wird nach Durchlaufen der Kühlfalle im zentralen Steigrohr
37 aufwärts zum Auslass 49 der Vor-Kühlstufe 32 geleitet.
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Der Auslass 49 der Vor-Kühlstufe 32 gibt den Luftstrom zum Einlass
6 der ersten Mischstufe 2, wo der Luftstrom durch das zentrale Fallrohr 7 nach unten
in den Innenraum der Mischstufe 2 gegeben wird, von wo der Luftstrom spiralförmig
aufwärts durch die Spiralkanäle 14 des Mischsystems 8-18 aufwärtsströmt. Von oben
wird dabei gleichzeitig durch das Sprühsystem 18 tröpfchenförmig oder dampfförmig
fein verteiltes Wasser als Trägermedium in die Spiralkanäle 14 eingesprüht, wodurch
sich in und über den Spiralkanälen 14 die gasförmigen Verunreinigungen, insbesondere
chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffe
an dem Trägermedium
anlagern. Zur Erhöhung der Aufnahme des Trägermediums in den Luftstrom wird im Bereich
des Mischsystems 8-18 der Luftstrom und das Trägermedium mittels der Heizschlangen
16 geheizt.
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Das aus den Spiralkanälen 14 austretende Luft/Trägermedium-Gemisch
verlässt die Mischstufe am Auslass 19 und wird von dort dem Einlass 36 der ersten
Kühlstufe 32 zugeführt, die denselben Aufbau wie die Vor-Kühlstufe 32 besitzt. In
der ersten Kühlstufe 32 strömt der mit Trägermedium angereicherte Luftstrom spiralförmig
durch die Kühlfalle 38, 46, die den Luftstrom bis weit unter den Taupunkt des Trägermediums
abkühlt, so dass das Trägermedium mit den angelagerten Verunreinigungen in der Kühlfalle
38, 46 kondensiert, wobei das Kondensat in den Sammelraum 50 der Kühlstufe gelangt
und von dort einem Schwereabscheider zugeführt werden kann. Nach dem Verlassen der
ersten Kühlstufe gelangt der Luftstrom vom Einlass 6 in die zweite Mischstufe 2,
wo erneut Trägermedium zugesetzt und der angereicherte Luftstrom aufgeheizt wird.
Von der zweiten Nischstufe 2 wird der Luftstrom dann in die zweite Kühlstufe 32
und von dort erneut einer dritten Mischstufe 2 etc. zugeführt. Wird der gereinigte
Luftstrom nach Verlassen einer Kühlstufe als ausreichend rein angesehen, so kann
der Luftstrom dann wieder dem Herstellungsprozess und von dort wieder dem Einlass
der Reinigungsanlage zugeführt werden. Die abgeschiedenen Verunreinigungen, welche
durch weitere geeignete Abscheider hindurchgeleitet werden, können ebenfalls wieder
dem Produktionsprozess zugeführt werden. Ausserdem kann das Trägermedium nach Abtrennen
der Verunreinigungen in den Schwereabscheider wieder an den Ausgangspunkt des Prozesses,
d.h. den Produktionsprozess zurückgeführt werden.
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Falls erwünscht, lässt sich der Vor-Kühlstufe 32 ein Vorfilter
60
vorschalten, welches in Fig. 3 dargestellt ist und einen Einlass 62, eine Umlenkzone
64, ein Gegenstromnassfilter 66, Sprühdüsen 68 zur Zugabe der Reinigungsflüssigkeit
und ein abwärts zu einem unteren Auslass 72 führendes Fallrohr 70 enthält. Vorgesehen
ist ferner ein Sammelraum 74 zur Aufsammlung der Reinigungsflüssigkeit sowie der
abgeschiedenen Verunreinigungen.
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Der Sammelraum 74 lässt sich mittels einer Pumpe 76 von Zeit zu Zeit
entleeren.
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Der durch den Einlass 62 in das Vorfilter 60 eintretende Luftstrom
wird abwärts in die Umlenkzone 64 geleitet und strömt dann aufwärts durch das Nassfilter
66 hindurch, welches von den darüber angeordneten Flüssigkeitsdüsen 68 abwärtsströmende
Reinigungsflüssigkeit zugeführt erhält.
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Nach dem Durchtritt durch das Nassfilter 66 wird der Luftstrom durch
das Fallrohr 70 abwärts dem Auslass 72 zugeführt. Im Sammelraum 74 wird die Reinigungsflüssigkeit
zusammen mit den ausgeschiedenen Schmutzpartikeln und Verunreinigungen aufgefangen
und dann mittels der Pumpe 76 geeigneten Schwereabscheidern zugeführt. Vom Auslass
72 des Vorfilters 60 strömt der Luftstrom dann zum Einlass 36 der Vor-Kühlstufe.
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Um flüssige Bestandteile, die bei der Anreicherung mit dampf- oder
tröpfchenförmigem Trägermedium in den Luftstrom gelangen, möglichst wirksam zu entfernen,
sind jeweils vor den Kühlstufen 32 Tröpfchenabscheider vorgesehen. Restliche flüssige
Bestandteile belasten dann die Kühlkapazität der Kühlstufen 32 nicht.