DE4230482A1 - Verfahren und vorrichtung zur trennung einer dispersion, insbesondere zur trocknung von dampfschwaden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung der dispergierten Komponente vom Dispersionsmittel in einer Dispersion, wie einem Aerosol oder dergleichen, insbesondere zur Trocknung von Dampfschwaden, nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Aerosole sind eine lästige Begleiterscheinung in vielen Betrieben der verarbeitenden Industrie. Insbesondere treten häufig Ölnebel oder Wasserdämpfe auf, die besonders in der Form von feinen Aerosolen etwa im Bereich einer Partikelgröße von 5 µ und kleiner, schwierig auf wirtschaftliche Weise zu beseitigen sind.

Gegen einen ständigen Luftaustausch sprechen einerseits wirtschaftliche Gründe wie beispielsweise Heizkosten, und andererseits der heutzutage immer mehr in den Vordergrund tretende Umweltschutz. Die Einzelbestandteile eines Aeorosols könnten außerdem nach einer Rückgewinnung wieder ihrer ursprünglichen Aufgabe im Produktionsprozeß zugeführt werden.

Zur Auftrennung eines Aerosols sind bisher im wesentlichen zwei Wege beschritten worden. Flüssigkeitströpfchen können beispielsweise aus einem gasförmigen Dispersionsmittel mit Hilfe eines Kondensators abgeschieden werden. Durch Abkühlung wird eine Kondensation hervorgerufen, bis sich die Flüssigkeitstropfen als Niederschlag aus der Dispersion abscheiden.

Hierfür ist ein aufwendiges Kühlsystem notwendig, das mit einem entsprechend hohen Energieaufwand betrieben werden muß. Unter Umständen müssen die getrennten Komponenten des Aerosols bei einer Rückführung in den Produktionsprozeß anschließend erneut erwärmt werden, wodurch der Energieverbrauch nochmals gesteigert wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Auftrennung eines Aerosols stellen verschiedene Filtertechniken dar. Gerade bei sehr feinen Tröpfchen- oder Partikelgrößen ist mit derartigen Filtertechniken jedoch in der Regel ein erheblicher Druckverlust verbunden. Bei einem Filter können Verstopfungen auftreten und neue Zerstäubungen aus dem Filter können entstehen.

Ein großes Problem bei der Auftrennung eines Aerosols stellen die sehr kleinen Tröpfchen- oder Partikelgrößen dar. Je größer die Tröpfchen- oder Partikelgröße in einem Aerosol sind, um so einfacher kann die dispergierte Komponente abgeschieden werden.

In dem physikalischen Grundlagenbuch von E. Hiedemann "Ultraschallforschung" Walter de Gruyter & Co. Verlag, Berlin 1939 ist beispielsweise eine Agglomeration eines Aerosols, d. h. die Vergrößerung der Tröpfchen- bzw. der Partikelgröße eines Aerosols, durch Schalleinwirkung bekannt geworden.

In der US 43 78 976 wurde dieses Verfahren bereits verwendet, um bei der Filtration eines Verbrennungsgases anstelle eines feinporigen Filters einen grobporigeren Filter einzusetzen. Bei dieser Vorrichtung wird eine Schallquelle auf die Gasleitung aufgesetzt, um das Aerosol zu beschallen und somit die Tröpfchen durch Koagulation zu vergrößern. Hierbei wird jedoch nur ein geringer Teil der Schallenergie zur Agglomeration verwendet. Für ein befriedigendes Ergebnis ist eine dementsprechende hohe Leistung der Schallquelle erforderlich. Außerdem wird die nicht zur Agglomeration benötigte Schallenergie in die Umgebung abgestrahlt, was entweder einen entsprechenden Geräuschpegel verursacht, oder durch geeignete Abschirmungsmaßnahmen unterdrückt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auftrennung von Dispersionen wie Aerosolen oder Dämpfen mittels einer Agglomeration durch Beschallung vorzuschlagen, bei dem die Schallenergie besser für den Agglomerationsprozeß genutzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Danach wird die Dispersion in einem Beschallungsraum beschallt, in den eine Schallquelle hineinragt. Die Schallquelle wird hierdurch nahezu vollständig von der Dispersion, beispielsweise einem Aerosol, umgeben, wodurch die Schallenergie unabhängig von der Abstrahlungsrichtung im Sinne einer Agglomeration genutzt wird.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildung der Erfindung möglich.

Wird die Dispersion durch eine Verteilervorrichtung gleichmäßig über den Beschallungsraum verteilt, so kann der Agglomerationsvorgang effizienter gestaltet werden.

Um bei verschiedenen zu bearbeitenden Aerosolen oder Dämpfen ein gleichermaßen gutes Ergebnis zu erzielen, empfiehlt sich die Regelung des Gasdurchsatzes durch den Beschallungsraum, wodurch die Beschallungsdauer beeinflußt wird. Hierfür ist ein Lüfter und ein Steuerteil zur Erfassung des vorliegenden Durchsatzes vorgesehen.

Durch die vergrößerte Tröpfchen- oder Partikelgröße nach der Beschallung ist es möglich, einen Abscheider zu verwenden, der die Tröpfchen oder Partikel ohne wesentlichen Temperatur- oder Druckverlust abscheidet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine der beiden Komponenten des ehemaligen Gemisches dem Produktionsprozeß bei gleichbleibender Temperatur wieder zugeführt werden soll. Im Falle einer Luftreinigung, bei der die gereinigte Luft der Raumluft wieder zugeführt wird, bleibt die Raumtemperatur erhalten. Da der Abscheider mit vernachlässigbar geringem Druckverlust arbeitet, wird auch der Energiebedarf, der notwendig ist, um das Gas durch den Abscheider zu führen, herabgesenkt.

Für die Verwendbarkeit der Vorrichtung in möglichst verschiedenen Anwendungsbereichen ist es vorteilhaft, die Schallquelle so zu gestalten, daß ihre Frequenz und auch der Schalldruck regelbar sind. Ein regelbarer Frequenzbereich zwischen 3 und 30 kHz sollte hierbei erreichbar sein. Vorzugsweise sollte die Schallquelle mit einem Schalldruck von größer als 120 dB arbeiten. Diese Werte haben sich für Tröpfchengrößen von 1 Mikrometer bis 12 Mikrometer bei Strömungsgeschwindigkeiten bis 4 m/s und Massenanteilen von 20-30% als geeignet erwiesen. Die Leistung der Schallquelle betrug hierbei ungefähr 400 bis 1000 W. Selbstverständlich können für die Agglomeration abhängig von der jeweils vorliegenden Dispersion, dem jeweils gewünschten Agglomerationsgrad und anderen Vorgaben auch andere Parametereinstellungen vorgenommen werden.

Um verschiedene Tröpfchen- oder Partikelgrößen gleichzeitig zu bearbeiten empfiehlt es sich, die Dispersion auf mehreren Frequenzen entweder zeitlich nacheinander, beispielsweise durch eine Frequenzmodulation, oder zeitgleich überlagert zu beschallen. Die Vergrößerung der Tröpfchen oder Partikel hängt im wesentlichen von der Anzahl der Stöße mit benachbarten Tröpfchen oder Partikeln ab. Die Wahrscheinlichkeit solcher Stöße hängt von der Intensität der Schwingungen ab, in die die Tröpfchen oder Partikel versetzt werden können. Je nach Größe der Tröpfchen oder Partikel sind hierfür verschiedene Frequenzen besonders wirksam.

Eine Steigerung des Agglomerationsvorgangs kann auch dadurch erreicht werden, daß mehrere Schallquellen verwendet werden. Hierbei kann von verschiedenen Schallquellen jeweils ein bestimmtes Frequenzband abgedeckt werden.

Bei der Verwendung verschiedener Schallquellen kann der wachsenden Tröpfchen- oder Partikelgröße in Durchflußrichtung dadurch Rechnung getragen werden, daß diese aufeinanderfolgend angeordnet sind, so daß am jeweiligen Ort eine der vorliegenden Tröpfchen- oder Partikelgröße entsprechende Frequenz bzw. ein entsprechendes Frequenzband eingestellt ist.

Eine beschriebene Vorrichtung kann problemlos klein und einfach aufgebaut werden und somit flexibel für vielfältige Einsatzzwecke zur Verfügung stehen. Der Anwendungsbereich erstreckt sich nicht nur auf Dispersionen mit gasförmigen Dispersionsmitteln, wie Dämpfe, Nebel oder sonstige Aerosole, sondern auch auf flüssige Dispersionen, in denen beispielsweise eine Phasentrennung erreicht werden soll.

Ein wichtiger Parameter, der bei der Beschallung zu beachten ist, ist die Temperatur. Um die im vorderen Teil des Beschallungsraumes gemessene Temperatur beizubehalten, während die Partikel vom Verteiler 9 bis zum Abscheider 15 den Beschallungsraum durchströmen, wird vorgeschlagen, diesen mit einer Wärmedämmschicht zu umgeben oder eine die Innentemperatur konstant haltende Vorrichtung vorzusehen. In dem Zulauf 6 kann dagegen in bestimmten Fällen eine Abkühlung des Mediums zugelassen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung zur Dampfschwadentrocknung schematisch dargestellt.

In der vorliegenden Ausführung weist die Vorrichtung zur Dampfschwadentrocknung 1 einen geschlossenen Kreislauf 2 auf. Ein Entstehungsort 3 befindet sich im Innern einer Produktionsanlage 4. Ein Steuerteil 5 ist am Ende eines Zulaufs 6 angeordnet. Der Zulauf 6 mündet in einen Beschallungsraum 7, in dessen vorderen Bereich 8 sich ein Schwadenverteiler 9 befindet. Im Innern des Beschallungsraum 7 ist eine Schallquelle 10 mit ihrer Halterung 11 vorgesehen. Im Beschallungsraum 7 sind kleine Tröpfchengrößen durch Punkte 12 und größere Tröpfchengrößen durch Kreise 13 angedeutet. Im hinteren Teil 14 des Beschallungsraums 7 sind ein Abscheider 15 und ein Lüfter 16 angeordnet. Ein Flüssigkeitsrücklauf 17 und ein Gasrücklauf 18 in die Produktionsanlage 4 sind zwischen Abscheider 15 bzw. dem hinteren Teil 14 des Beschallungsraumes 7 und der Produktionsanlage 4 angeordnet.

Die Produktionsanlage 4 kann beispielsweise aus einer Maschine oder aber auch aus einer Werkshalle bestehen. Die darin am Entstehungsort 3 auftretenden Dämpfe oder Aerosole werden in Pfeilrichtung P₁ durch den Zulauf 6 in den vorderen Teil 8 des Beschallungsraums 7 überführt, wobei das Steuerteil 5 den Durchsatz mißt. Durch den Schwadenverteiler 9 wird der Dampf oder das Aerosol auf den gesamten Querschnitt des Beschallungsraumes 7 verteilt, so daß der Beschallungsraum von einem homogenen Gemisch erfüllt ist. Anschließend wird über die Schallquelle 10, die vollständig von Dampf oder Aerosol umgeben ist, da sie in das Innere des Beschallungsraumes 7 hineinragt, beschallt. In Durchflußrichtung ist die Agglomeration durch die Zunahme der Tröpfchen- oder Partikelgröße mittels der Punkte 12 bzw. der Kreise 13 dargestellt. Am Abscheider 15 wird die Flüssigkeit abgeschieden und über den Flüssigkeitsrücklauf 17 in Pfeilrichtung P₂ der Produktionsanlage 4 wieder zugeführt. Der Lüfter 16 sorgt in Zusammenarbeit mit dem Steuerteil 5 für ein stetigen Gasdurchsatz des Beschallungsraums. Das getrocknete Gas wird über den Gasrücklauf 18 in Pfeilrichtung P₃ ebenfalls der Produktionsanlage 4 wieder zugeführt.

Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Auftrennung von Dispersionen auch ohne geschlossenen Kreislauf, d. h. ohne Rückläufe 17 und 18 ausgestaltet sein.

Bei der Verwendung von flüssigen Dispersionen, sogenannten Hydrosolen, kann der gleiche Aufbau verwendet werden, wobei anstelle des Lüfters 16 eine entsprechende Pumpvorrichtung einzusetzen ist.

Durch die Anordnung der Schallquelle 10 im Innern des Beschallungsraumes 7 steht die zugeführte Schallenergie vollständig für den Agglomerationsvorgang zur Verfügung. Da der Schall durch die Dispersion im Beschallungsraum weitgehend absorbiert wird, sind nur geringfügige zusätzliche Lärmschutzmaßnahmen notwendig.

Claims (12)

1. Verfahren zur Trennung der dispergierten Komponente vom Dispersionsmittel in einer Dispersion, wie Aerosolen, Hydrosolen oder dergleichen, insbesondere zur Trocknung von Dampfschwaden, wobei zunächst die Tröpfchen- oder Partikelgröße durch Agglomeration unter Einwirkung akustischer Wellen vergrößert wird, um anschließend die so vergrößerten Tröpfchen oder Partikel in einer Abscheidevorrichtung vom Dispersionsmittel zu trennen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschallung der Dispersion (12, 13) durch eine Schallquelle (10) vorgenommen wird, die in den Beschallungsraum (7) hineinragt.

2. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Schallquelle (10) im Innern eines Beschallungsraums (7) befindet.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteilervorrichtung (9) zur Verteilung der Dispersion auf dem gesamten Querschnitt des Beschallungsraums (7) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lüfter (16) oder eine Pumpe und ein Steuerteil (5) zur Regelung des Durchflusses durch den Beschallungsraum (7) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Abscheider, durch den die vergrößerten Tröpfchen oder Partikel ohne wesentlichen Temperatur- und Druckverlust abscheidbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquelle (10) in ihrer Frequenz und in ihrem Schalldruck regelbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquelle (10) in einem Frequenzbereich zwischen 3 bis 30 kHz durchstimmbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquelle (10) auf mehrere Frequenzen zeitlich nacheinander oder zeitgleich überlagert einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schallquellen (10) vorhanden sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Schallquelle (10) eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband abdeckbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschiedene Schallquellen in Durchflußrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind und der am jeweiligen Ort vorliegenden Partikel- oder Tröpfchengröße entsprechend in ihrer Frequenz eingestellt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Temperatur im Beschallungsraum (7) konstant haltende Vorrichtung vorgesehen ist.