DE3535901C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
- B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
- B01D45/06—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by reversal of direction of flow
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Agglomerieren
von in einer Mehrphasenströmung mitgeführten
Flüssigkeits- und/oder Festteilchen mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Zweck einer solchen
Vorrichtung ist es, die durch die Agglomeration vergrößerten
Flüssigkeits- und Festteilchen nachträglich
aus der Mehrphasenströmung abscheiden, d. h. entfernen
zu können.
Es ist üblich, aus einer Mehrphasenströmung Flüssigkeis-
und/oder Festteilchen durch Trägheitsabscheidung
mittels mit Umlenkungen versehenen parallelen
Platten (DE-Z. Chem.-Ing.Tech. 1979, Nr. 5, S. 532)
oder an Fasern, Gestricken, Geflechten oder dgl.
zu agglomerieren und anschließend große Tropfen abzuscheiden
(Prospekt der Firma Symalit, PE/3.1/01,
Ausgabe 4/84).
Ferner ist ein Agglomerieren durch Beschallung, welche
die Querbeweglichkeit der Teilchen erhöht und dadurch
eine Agglomeration fördert, durch Turbulenzmechanismen,
bei denen die Teilchen zwischen planparallelen,
aufgerauhten Platten eine erhöhte Quergeschwindigkeit
erhalten (DE-OS 28 54 931, DE-OS 29 42 499), durch
Zentrifugalkraft, wobei ein rotierendes System hohe
Relativgeschwindigkeiten zwischen Teilchen und Abscheideflächen
erzeugt, durch Ionisation oder durch
elektrische Aufladung der Teilchen bekannt.
Alle diese herkömmlichen Agglomerationsverfahren
arbeiten stochastisch, d. h. nach Zufallsprinzipien:
das Auftreten des einzelnen Teilchens auf andere
Teilchen oder auf Abscheideflächen bzw. -körper erfolgt
zufällig und unkontrolliert. Der Agglomerationsgrad
der bekannten Systeme ergibt sich aus der statistischen
Wahrscheinlichkeit eines Einzelereignisses.
Bei allen herkömmlichen Agglomerationsverfahren müssen
daher den Tröpfchen oder Partikeln viele Anlagerungsmöglichkeiten
nacheinander angeboten werden, um im
statistischen Mittel eine zufriedenstellende Agglomeration
zu erreichen. Dies führt zu einem großen Bauaufwand
und gleichzeitig zu hohen Druckverlusten der
Mehrphasenströmung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
der eine Agglomeration der Teilchen mit wenig Bauaufwand
bei minimierten Druckverlusten erzielbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs
1 vorgesehen.
Die Erfindung ermöglicht prinzipiell die Verwendung
von herkömmlichen Tropfenabscheidern, die jedoch
nicht zur Tropfenabscheidung im üblichen Sinne, d. h.
zu einem möglichst vollständigen Auffangen und Ableiten
der abgeschiedenen Flüssigkeit benutzt werden, sondern
mit einer solchen Geschwindigkeit betrieben werden,
daß die auf den Abscheideflächen der Tropfenabscheider
abgeschiedenen Teilchen am Ende der Tropfenabscheider
agglomeriert und als große Tropfen von den Austrittskanten
abgerissen werden. Bei der Erfindung sollen
also die von der Strömung mitgeführten Teilchen im
Ergebnis am Austritt der Abscheideplatten wieder
abgegeben werden, d. h. die Vorrichtung vollständig
passieren, was also konträr zur üblicherweise angestrebten
Wirkung von Tropfenabscheidern ist. Die
am Austritt der Vorrichtung agglomerierten großen
Tropfen können dann in herkömmlicher Weise wie bei
den üblichen Agglomerationsverfahren auch aufgefangen
werden.
Die Vorrichtung nach der Erfindung macht bevorzugt von strömungsoptimierten
Tropfenabscheidern Gebrauch,
wie sie in jüngerer Zeit bekannt geworden sind (DE-PS
33 30 533, DE-OS 34 06 425), wobei jedoch die Dimensionierung
der Abscheideplaten in Abhängigkeit von
der Anströmgeschwindigkeit so getroffen werden muß,
daß eine zum Erzielen der beschriebenen Wirkung
ausreichende Strömungsgeschwindigkeit, die sogenannte
"Durchbruchsgeschwindigkeit" erreicht oder übertroffen
wird. Diese Druchbruchsgeschwindigkeit ist definiert
als diejenige Strömungsgeschwindigkeit in den Strömungskanälen
zwischen den einzelnen Abscheideplatten,
bei der die Schleppkräfte der Gasströmung den auf
den Abscheideflächen sich bildenden Flüssigkeitsfilm
zur Austrittskante der Abscheideplatten treibt und
die dort abgeschiedenen großen Tropfen von der Gasströmung
wieder mitgerissen werden.
Spezifische Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung
ergeben sich daraus, daß aufgrund der systematischen
Anordnung von Umlenk- und Abscheideflächen
an den Abscheideplatten erreicht ist, daß jeweils
auf definierten Strömungsbahnen Teilchen abgeschieden
werden. Die Erfindung arbeitet also nicht nach Zufallsprinzipien,
so daß die Anzahl der Anlagerungsmöglichkeiten
(Umlenkungen und Abscheideflächen) minimiert
werden kann. Dies führt zu minimalen Druckverlusten.
Ein weiterer wichtiger Vorteil liegt darin, daß die
Vorrichtung nach der Erfindung eine relativ grobe
Struktur und damit eine geringe Verkrustungs- bzw.
Verstopfungsgefahr sowie eine gute Reinigungsmöglichkeit
bietet.
Beim Einsatz der besagten strömungsoptimierten Tropfenabscheider, insbesondere gemäß Anspruch 6, in Hochgeschwindigkeitssystemen mit
Anströmgeschwindigkeiten von 3 bis 30 ms-1 ergibt
sich ein geringer Strömungsquerschnitt und damit
geringer Raumbedarf, der den Einbau in vergleichsweise
enge Rohre ermöglicht.
Wird die im Anspruch 1 angegebene Formel für die
Dimensionierung des freien Abstandes zwischen zwei
Platten angewendet, so ist sichergestellt, daß alle
ursprünglich in der Strömung vorhandenen Tropfen
mit einem Durchmesser von mindestens d T abgeschieden,
als Flüssigkeitsfilm zu den Austrittskanten der Abscheidplatten
geschleppt und dort als Agglomerate
von der Strömung mitgerissen werden.
Die im Anspruch 1 angegebene Formel läßt sich mit
ρ T
= 10³ kg/m³
η
G
= 1,9×10-5 Ns/m²
α
= 45° = π/4
wie folgt umschreiben:
s = 2,3 · 10⁶ · d T ² · c
Damit ist der freie Abstand s bei gewähltem Umlenkwinkel
und bei bekannten Stoffgrößen eine Funktion der
Strömungsgeschwindigkeit c zwischen den Abscheideplatten
und dem Tropfendurchmesser d T .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach
der Erfindung, insbesondere die Ausbildung der übrigen
Abmessungen der Abscheideplatten nach Bestimmung
des freien Abstandes s gemäß der Formel nach Anspruch 1,
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier Abscheideplatten
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit allgemein darin eingetragenen wichtigen
Abmessungen;
Fig. 2 bis 6 Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen
gemäß der Erfindung mit je einer Reihe von
Abscheideplatten;
Fig. 7 bis 9 Ausführungsbeispiele mit zwei bzw. drei
in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten
Reihen von Abscheideplatten.
Sämtliche dargestellten Vorrichtungen werden in der
Zeichnung gesehen von unten angeströmt, d. h. haben
unten ihren Eintritt und oben ihren Austritt, an
dem die von der unten eintretenden Mehrphasenströmung
mitgeführten Flüssigkeits- und/oder Festteilchen
als Agglomerate wieder ausgetragen werden.
Anhand der Vorrichtung nach Fig. 1 seien nun die
wesentlichen Abmessungen von Abscheideplatten 1 bzw.
dazwischen befindlicher Strömungskanäle 2 erläutert.
Im Eintrittsbereich haben die Abscheideplatten
1 einen freien Abstand s, wobei sich s aus der Gleichung
errechnet. Die Breite b der Abscheideplatten im Eintrittsbereich
liegt zwischen 0,1 s und 3 s,
bevorzugt im Bereich zwischen 1s und 2s.
Die Länge l e des Eintrittsbereiches kann in der Praxis
zwischen 0s und 3s, vorzugsweise zwischen 1s und
2s liegen. Anschließend folgt eine Umlenkung 3,
welche in der Praxis vorzugsweise abgerundet und
nicht scharfkantig ist. Der Umlenkwinkel α kann zwischen
25 und 60° liegen; vorzugsweise beträgt er
45°. Anschließend an die Umlenkung 3 folgt eine Abscheidefläche 4 auf der "äußeren" Wand des Strömungskanals
2. Die Länge l a dieser Abscheidefläche beträgt
zweckmäßig 1,2s bis 5s, vorzugsweise 2s bis 3s. Auf
diese Abscheidefläche werden bei richtiger Wahl von
s bzw. b zum Erzielen einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit
in den Strömungskanälen sämtliche Tropfen
mit einem Durchmesser von mindestens d T abgeschieden.
Anschließend folgt eine zweite Umlenkung 5
in umgekehrter Richtung wie die Umlenkung bei 3 mit
einem Austrittsbereich der Platten, in dem sich der
Strömungskanal diffusorartig erweitern kann und der
mindestens angenähert die Strömung wieder in eine
Richtung entsprechend der Eintrittsrichtung ausrichten
kann, wie es für verschiedene Ausführungsbeispiele
dargestellt ist. An den Austrittskanten 7 löst
sich der auf der Abscheidefläche 4 abgeschiedene
und von der Strömung mitgeschleppte Flüssigkeitsfilm
in großen Tropfen (Agglomerate) ab, die von der austretenden
Strömung mitgerissen und anschließend in herkömmlicher
Weise leicht aufgefangen werden können.
Die Ausführung nach Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit
einem verdickten Eintrittsbereich (große Breite b)
und sanft abgerundeten Umlenkungen, wie prinzipiell
in der DE-PS 33 30 533 beschrieben. Ist die Breite b
im Vergleich zum freien Abstand der einzelnen Abscheideplatten
wie bei der Ausführung nach Fig. 2
verhältnismäßig groß, so wird aufgrund der Kontinuitätsgleichung
eine im Vergleich zur Anströmgeschwindigkeit
der Mehrphasenströmung vor dem Eintritt in die
Vorrichtung vergleichsweise große Strömungsgeschwindigkeit
erzielt, welche Tröpfchen auch kleinen Durchmessers
d T an den Abscheideflächen 4 abscheidet, den
abgeschiedenen Flüssigkeitsfilm zu den Austrittskanten
7 mitschleppt und dort die agglomerierten Tröpfchen
wieder mitreißt.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist eine Gestaltung
in Form einer Blechkonstruktion mit zweifach aus
Blechen gebogenen Abscheideplatten gezeigt, deren
Gestaltung besonders einfach ist.
Auch die Fig. 4 bis 6 zeigen Blechkonstruktionen,
wobei jedoch der Eintrittsbereich mit der Länge l e
durch Zurückbiegen der Bleche über diese Länge zum
Erzeugen einer Verengung und damit einer Tropfenbeschleunigungsstrecke
im Eintritt zurückgebogen ist.
In der Wirkung ist diese Ausbildung ähnlich wie diejenige
nach Fig. 2, wobei jedoch eine deutliche zweite
Umlenkung in Richtung entgegengesetzt der ersten
Umlenkung zusätzlich vorgesehen ist. Die Abscheideplatten
sind an der Stelle dieser zweiten
Umlenkung 5 um einen größeren Winkel zurückgebogen
als bei der ersten Umlenkung 3. Links in Fig. 4
sind einige Platten mit einer sanft in die ursprüngliche
Eintrittsrichtung der Strömung zurückgekrümmten
Austrittsenden 7 dargestellt, auf die gemäß der Darstellung
rechts in Fig. 4 aber auch verzichtet werden
kann.
Fig. 5 zeigt eine entsprechende Ausbildung wie in
Fig. 4 in Blechkonstruktion mit verdicktem Eintrittsbereich,
jedoch mit geringeren Umlenkungen und damit
geringeren Druckverlusten.
Bei der Ausbildung nach Fig. 6 sind die Abscheideplatten
nicht genau parallel sondern auf einem Bogen,
beispielsweise auf einem Kreisbogen, angeordnet,
wobei die Mehrphasenströmung radial von innen nach
außen strömt.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 7 sind drei Reihen
von jeweils gradlinig und schräg zueinander versetzt
angeordneten Platten vorgesehen. Die drei Plattenreihen
folgen dicht aufeinander, um eine erneute Homogenisierung
der Mehrphasenströmung zu verhindern, wobei
eine Reihe der anderen definiert so zugeordnet ist,
daß bisher noch nicht erfaßte Strömungsbahnen von
Teilchen "gereinigt" werden. Es ist ersichtlich,
daß die ebenen Platten der Vorrichtung nach Fig.
7 sehr einfach herstellbar und montierbar sind; doch
ist diese Anordnung hinsichtlich der Druckverluste
nicht optimal.
Eine Verbesserung ist demgegenüber bei der Ausführung
nach Fig. 8 mit zwei Reihen von Abscheideplatten 30
erzielt. Die in Strömungsrichtung erste Reihe besteht
aus dünnwandigen Blechen 20, welche aus der Eintrittsströmungsrichtung
heraus mit ihren Austrittsenden
27 in Strömungskanälen 32 endend herausgekrümmt sind,
wobei diese Strömungskanäle zwischen versetzt zu
den Platten 20 angeordneten, strömungsgünstig profilierten
Abscheideplatten 30 derart angeordnet sind,
daß die Tröpfchen auf Teilbereiche des Strömungsfeldes
konzentriert werden.
Diese Abscheideplatten 30 haben Abscheideflächen
34, auf denen die durch die Platten 20 verteilten
Teilchenströme abgeschieden und zu Austrittskanten
37 zur Agglomeration mitgenommen werden. Die drei
links gezeichneten Platten 30 laufen zum Austrittsende
hin in spitzen Austrittskanten 37′ aus, die in etwa
in die ursprüngliche Eintrittsströmungsrichtung zurückgekrümmt
sind.
Bei der Ausführung nach Fig. 9 sind zwei oder mehr
Reihen von im wesentlichen ungekrümmten, im Querschnitt
tropfenförmig gestalteten Platten 40, 42 vorgesehen,
wobei die hintere Reihe mit den Platten 40 schlank
auslaufende, als Diffusoren wirkende Austrittsbereiche
44 aufweist, die auch gemäß 44′ gekappt sein können,
so daß sie als Stoßdiffusoren wirken. Als Abscheideflächen
wirken die vorderen Profilnasen 41, 43 der Platten
40, 42. Dabei können die vorderen Profilnasen 41 der
hinteren Reihe zum Eintritt hin zur Strömungsstabilisierung
verjüngt sein. Die vorderen Platten 42 und
die hinteren Platten 40 laufen in verjüngte Austrittskanten
47 bzw. 49 oder 49′ aus, von wo die Agglomerate
in Form großer Tropfen abgerissen werden.
Die Ausführung nach Fig. 9 zeichnet sich durch besonders
geringe Druckverluste aus.
Konkrete Abmessungen der Kanalbreite s liegen in
der Praxis im Bereich zwischen 0,2 und 10 mm, vorzugsweise
im Bereich von 1 bis 5 mm. Daraus ergeben sich
im wesentlichen die übrigen Abmessungen der Vorrichtung
wie oben erläutert.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Agglomerieren von in einer Mehrphasenströmung
mitgeführten Flüssigkeits- und/oder
Festteilchen mit im wesentlichen parallelen
Platten, wobei
die Strömungskanäle zwischen den Plattenwänden mindesten eine Umlenkung der
Mehrphasenströmung zur Filmbildung durch Trägheitswirkung
der Teilchen aufweisen und
die erzielte Strömungsgeschwindigkeit (c) größer
als die Durchbruchsgeschwindigkeit wird, so
daß der auf den Plattenwänden gebildete Film
in Richtung zu den Austrittskanten der Plattenwände
mitgeschleppt und in Gestalt großer Partikel
abgerissen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung wie Tropfenabscheider
ausgebildet ist und
daß der Abstand (s) zwischen den Plattenwänden
abhängig von der zwischen den
Platten herrschenden Strömungsgeschwindigkeit
(c), der Tröpfchengröße (d T ), dem Umlenkwinkel
(α), der Tröpfchendichte (ρ T ), der dynamischen
Zähigkeit des Gases (h G ) im wesentlichen entsprechend
der Beziehung
bemessen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abscheideplatten (1, 30, 40)
in Strömungsrichtung gesehen vor der ersten Umlenkung
eine Tropfenbeschleunigungsstrecke mit im
wesentlichen gleichbleibendem oder stetig sich
verengendem Strömungsquerschnitt aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite (b) der
Abscheideplatten (1, 30, 40) im Eintrittsbereich vor der ersten
Umlenkung das 0,1- bis 3fache, vorzugsweise das
0,5- bis 2fache des freien Abstandes (s) beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge
(l e ) des Eintrittsbereichs vor der ersten Umlenkung
im Bereich zwischen dem 0- bis 3fachen, vorzugsweise
dem 1- bis 2fachen, des freien Abstands (s)
liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge
(l a ) der Abscheidefläche, die auf die erste Umlenkung
folgt, im Bereich zwischen dem 1,2- bis 5fachen,
vorzugsweise zwischen dem 2- bis 3fachen
des freien Abstandes (s) liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung
gesehen hinter einer ersten Umlenkung
eine zweite Umlenkung in Richtung entgegen der
ersten Umlenkung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
zwei Reihen von Abscheideplaten (30, 40) in Strömungsrichtung
gesehen dicht aufeinanderfolgend angeordnet
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reihen von Abscheideplatten
(30, 40) versetzt zueinander angeordnet sind, derart,
daß die Teilchen von einer ersten Plattenreihe
vor dem Eintritt in die nachfolgende zweite Plattenreihe
auf Teilbereiche des Strömungsfeldes konzentriert
werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Plattenreihe Leitkörper
bzw. -bleche und die zweite Plattenreihe
dickwandige, zum Austritt hin sich verjüngende
Profile aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853535901 DE3535901A1 (de) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Vorrichtung zum agglomerieren von in einer mehrphasenstroemung mitgefuehrten fluessigkeits- und/oder festteilchen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853535901 DE3535901A1 (de) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Vorrichtung zum agglomerieren von in einer mehrphasenstroemung mitgefuehrten fluessigkeits- und/oder festteilchen |
Publications (2)
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---|---|
DE3535901A1 DE3535901A1 (de) | 1987-04-09 |
DE3535901C2 true DE3535901C2 (de) | 1987-07-09 |
Family
ID=6283070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19853535901 Granted DE3535901A1 (de) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Vorrichtung zum agglomerieren von in einer mehrphasenstroemung mitgefuehrten fluessigkeits- und/oder festteilchen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3535901A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105817725A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-03 | 南京航空航天大学 | 用于蛇形流道模板电解加工的导流装置 |
Families Citing this family (3)
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DE19503842A1 (de) * | 1995-02-06 | 1996-08-08 | Munters Euroform Gmbh Carl | Vorrichtung zum Agglomerieren |
US6051041A (en) * | 1995-02-06 | 2000-04-18 | Munters Euroform Gmbh | Separation apparatus |
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DE3406425C2 (de) * | 1984-02-22 | 1987-02-05 | Dieter Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Wurz | Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung |
DE3330533C1 (de) * | 1983-08-24 | 1985-01-31 | Dieter Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Wurz | Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung |
-
1985
- 1985-10-08 DE DE19853535901 patent/DE3535901A1/de active Granted
Cited By (2)
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CN105817725A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-03 | 南京航空航天大学 | 用于蛇形流道模板电解加工的导流装置 |
CN105817725B (zh) * | 2016-04-01 | 2018-06-26 | 南京航空航天大学 | 用于蛇形流道模板电解加工的导流装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3535901A1 (de) | 1987-04-09 |
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