DE473878C

DE473878C - Process for separating vaporized liquids from gas flows

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Publication number: DE473878C
Application number: DESCH81780D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-02-09
Filing date: 1927-02-13
Publication date: 1929-03-25

Description

Verfahren zum Ausscheiden von verdampften Flüssigkeiten aus Gasströmen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Stoffgemischen unter gleichzeitiger Zerlegung des Gemisches, das hauptsächlich darauf beruht, daß man dem Stoffgemisch eine gewisse Bewegung in Berührung mit einer Wärmeaustauschfläche gibt. Gleichzeitig mit dieser fortschreitenden Bewegung, die dem ganzen-Gemisch verliehen wird, ergibt sich eine zusätzliche Seitenbewegung, die einem bestimmten Gemischbestandteil eine von dem Rest des Gemisches abweichende Bewegungsrichtung erteilt. Diese Verfahrensweise beruht auf der sogenannten Grenzschichtströmung, deren Grundlagen weiter unten erläutert werden sollen.Process for separating vaporized liquids from gas streams The invention relates to a method for the thermal treatment of mixtures of substances with simultaneous decomposition of the mixture, which is mainly based on the fact that the mixture of substances is given a certain amount of movement in contact with a heat exchange surface gives. Simultaneously with this advancing movement, the whole mixture is given, there is an additional side movement that a certain Mixture constituent a direction of movement that differs from the rest of the mixture granted. This procedure is based on the so-called boundary layer flow, the basics of which will be explained below.

Zweck der geschilderten Behandlung ist einesteils, gewisse Bestandteile aus dem Gemisch auszusondern und andernteils diesen auszusondernden oder anderen Bestandteilen des Gemisches eine vorzugsweise thermische Behandlung angedeihen zu lassen.The purpose of the treatment described is, on the one hand, certain components to be eliminated from the mixture and, on the other hand, to be eliminated from the mixture or others Components of the mixture are given a preferably thermal treatment permit.

Das Verfahren läßt sich im weitesten Umfang auf allen möglichen Gebieten anwenden. Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung der oben aufgezeigten Verfahrensgrundsätze auf das Ausscheiden von verdampften Flüssigkeiten aus erwärmten Gasströmen, besonders die Ölgewinnung aus Schwelgasen, und-- die neu vorgeschlagenen Maßnahmen sollen sie diesem Sonderzweck. anpassen. Bekanntlich sind die Bestandteile an C51 bei bestimmten niederen Temperaturender Schwelgase als Tröpfchen (nebelartig) in den Gasen verteilt. Um dieses C51 äus den Schwelgasen zu gewinnen, ist es also einmal notwendig, das Schwelas abzukühlen, um das 01 aus dem gasförmigen Zustande heraus zu kondensieren, und sodann das in feinen Tröpfchen innerhalb des übrigen Gases verteilte C51 aus dem Gemisch auszuscheiden.The method can be applied to the widest extent in all possible fields. The subject of the invention is the application of the above procedural principles to the separation of vaporized liquids from heated gas streams, especially the extraction of oil from carbonization gases, and - the newly proposed measures are intended to serve this special purpose. adjust. It is known that the components at C51 are distributed as droplets (mist-like) in the gases at certain low temperatures of the carbonization gases. In order to win this C51 Aeus to smolder, so it is even necessary to cool the Schwelas to the 01 to condense from the gaseous state out, and then distributed in fine droplets within the remaining gas to leave the mixture C51.

Dies kann in besonders vorteilhafter Weise durch sinngemäße Anwendung der oben aufgezeigten Verfahrensgrundsätze erfolgen. Hier brauchen nämlich die Ölsorten, die sich schon bei verhältnismäßig hoher Temperatur kondensieren, nicht mehr weiter abgekühlt zu werden, während leichter flüchtige Ölsorten, die gleichzeitig abgeschieden werden sollen, einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden müssen. Hier ist es erwünscht, die zuerst ausgefällten Öle im Laufe der weiteren Behandlung bereits von der übrigen Masse getrennt zu haben, um einen unnötigen oder unerwünschten Wärmeaustausch zu vermeiden.This can be done in a particularly advantageous manner through appropriate application the procedural principles outlined above. This is where the types of oil which condense at a relatively high temperature, no further To be cooled down while more volatile types of oil are deposited at the same time should be exposed to a lower temperature. Here it is desired, the oils that were precipitated first in the course of further treatment To have separated from the rest of the mass in order to avoid unnecessary or undesirable heat exchange to avoid.

Demgemäß besteht der Erfindungsgegenstand in einem Verfahren zum Ausscheiden von verdampften Flüssigkeiten (z. B. Ölen) aus erwärmten Gasströmen (z. B. Schwelgasen), das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gesamtstrom des Gemisches durch das Entlangführen an Wandungen in Grenzschichtströmungen zerlegt wird, durch die eine seitliche, von der Kühlfläche fortgerichtete Wanderung der sich bildenden öltröpfchen und eine zur Kühlfläche hingerichtete Wanderung des noch unzerlegten Gas-Öl-Gemisches hervorgerufen wird.Accordingly, the subject matter of the invention is a method of elimination of evaporated liquids (e.g. oils) from heated gas streams (e.g. carbonization gases), which is characterized in that the total flow of the mixture is caused by the passage is broken down into boundary layer flows on walls, through which a lateral, from The migration of the oil droplets that is directed away from the cooling surface and a caused migration of the still undecomposed gas-oil mixture to the cooling surface will.

Einige Ausführungsformen einer Vorrichtung, in der das neue Verfahren zweckmäßig durchgeführt werden kann, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Abb. i bis 3 Schaubilder zur Erläuterung der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Theorie, Abb. 4 einen Einzelscheider zur Durchführung des neuen Verfahrens in schematischer Darstellung. Abb. 5 und 6 einen solchen Scheider für größere Verhältnisse in Kolonnenanordnung, teilweise geschnitten, von der Seite und von oben.Some embodiments of an apparatus in which the new method can be carried out expediently are shown in the drawing. Show it Fig. I to 3 graphs to explain the underlying subject of the invention Theory, Fig. 4 a single separator for carrying out the new process in schematic Depiction. Fig. 5 and 6 such a separator for larger ratios in a column arrangement, partially cut, from the side and from above.

Zunächst soll die Anwendung der sogenannten Grenzschichtwirkung auf die Durchführung des neuen Verfahrens erläutert werden.First of all, the application of the so-called boundary layer effect should be applied the implementation of the new procedure will be explained.

Die Wirkungsweise einer Grenzschichtströmung mit darin eingelagerten gröberen Teilchen ist in der Abb. i gezeigt. In dieser Abbildung sind die Geschwindigkeiten des strömenden Mittels wie die des eingelagerten Teilchens als Vektoren gezeichnet. Das Teilchen ist in verzerrter Vergrößerung als Kugel dargestellt, und dessen verhältnismäßig klein gewählte Geschwindigkeit ist mit dem Vektor v bezeichnet. Die Geschwindigkeitsvektoren des strömenden Mittels sind mit c benannt. Dieser Wert c ändert sich von einem Kleinstwert c""i" bis zum Größtwert cmax linear. Diese lineare Änderung der Geschwindigkeitsgröße ist aber nur beispielsweise gewählt; die Geschwindigkeitsänderung kann auch nach durchaus anderen Gesetzen verlaufen, etwa in der Art, wie in der Abb. 2 dargestellt, in welcher die Strömung längs einer gekrümmten Fläche wiedergegeben ist. Das wesentliche Kennzeichen des hier mit Grenzschichtströmung bezeichneten Vorganges besteht jedenfalls immer nur in dem Vorhandensein einer Geschwindigkeitsänderung senkrecht zur Allgemeinströmung, so daß also zwischen benachbarten Stromfäden eine Differenz in der Größe der Geschwindigkeit vorliegt. Aus den beiden Abbildungen ist ersichtlich, daß die mit der geringeren Geschwindigkeit v bewegte Kugel Druckkräfte durch den Anprall des strömenden Mittels erfährt.The mode of action of a boundary layer flow with embedded in it coarser particles is shown in Fig. i. In this figure are the speeds of the flowing medium as well as that of the embedded particle are drawn as vectors. The particle is shown in a distorted magnification as a sphere, and its proportions The speed selected as small is denoted by the vector v. The velocity vectors of the flowing medium are labeled with c. This value c changes from a minimum value c "" i "linear up to the maximum value cmax. This linear change in the speed variable but is only chosen as an example; the speed change can also after quite different laws run, for example in the way shown in Fig. 2, in which the flow is shown along a curved surface. The essentials In any case, there is a characteristic of the process referred to here as boundary layer flow always only in the presence of a change in velocity perpendicular to the general flow, so that there is a difference in the magnitude of the speed between adjacent streamlines is present. It can be seen from the two figures that the one with the lower Velocity v moving ball Compression forces due to the impact of the flowing medium learns.

Die Kraftwirkungen der Grenzschichtströmung sind in der Abb. 3 veranschaulicht, in der wiederum die in die Strömung eingelagerte Kugel dargestellt ist, -und in der ferner die auf die rechte bzw. linke Kugelhälfte treffenden Geschwindigkeitsvektoren w der Relativgeschwindigkeiten angegeben sind. Die Relativgeschwindigkeiten sind als Differenz zwischen v und c aus der Abb. i entnommen, und die Geschwindigkeit der gesamten aufprallenden Massen ist für die rechte Seite in dem Geschwindigkeitsvektor w" für die linke Seite in dem Vektor w, zusammengefaßt. Durch den Aufprall auf die Kugeloberfläche wird das strömende Mittel rechts bzw. links hin abgelenkt, wie durch' die Geschwindigkeitsvektoren ebenfalls angedeutet ist. Durch diese Ablenkung der strömenden Massen werden Druckkräfte proportional zum Quadrat der Geschwindigkeiten auf die Kugeloberflächen ausgeübt, welche durch die Kraftvektoren P, und P2 für jede der beiden Kugelhälften gekennzeichnet sind. Das Zusammenwirken dieser beiden Kräfte P1 und P2 ergibt die resultierende Kraft P. Diese Kraft wirkt in seitlicher. Richtung, und zwar stets nach der Seite hin, in welcher die kleinsten Relativgeschwindigkeiten liegen. Da die Darstellung der Abb. 3 mit Beziehung auf die Abb. i gewonnen wurde, ist zu folgern, daß gröbere Beimengungen in der Grenzschichtströmung nach Abb. i nach links hin abgedrängt werden.The force effects of the boundary layer flow are illustrated in Fig. 3, in which, in turn, the ball embedded in the flow is shown, and in and the velocity vectors that hit the right and left halves of the sphere w of the relative speeds are given. The relative speeds are taken as the difference between v and c from Fig. i, and the speed the total impacting mass is for the right side in the velocity vector w "for the left side in the vector w, summarized. By the impact on the Spherical surface, the flowing medium is deflected to the right or left, as by ' the velocity vectors is also indicated. By distracting the flowing masses are pressure forces proportional to the square of the velocities exerted on the spherical surfaces, which are determined by the force vectors P, and P2 for each of the two halves of the ball are marked. The interaction of these two Forces P1 and P2 result in the resulting force P. This force acts laterally. Direction, always towards the side in which the lowest relative speeds lie. Since the representation of Fig. 3 was obtained with relation to Fig. I, it can be concluded that coarser admixtures in the boundary layer flow according to Fig. i to be pushed to the left.

Durch eine derartige Grenzschichtströmung wird demnach eine selbsttätige Reinigung eines strömenden Mittels bewirkt in der Weise, daß gröbere Beimengungen aus bestimmten strömenden -Schichten abgedrängt werden. Diese Schichten werden nun erfindungsgemäß vorwiegend thermisch beeinflußt, um dem strömenden Mittel Wärme zu entziehen und dadurch eine Kondensation von öltröpfchen -o. dgl. einzuleiten. Diese Öltröpfchen werden sogleich von der Grenzschichtströmung erfaßt und aus der Zone vorwiegend thermischer Beeinflussung abgedrängt. Durch die äußerst gleichartige Wirkung der Strömungskräfte wird somit im Verein mit einer nach bestimmter Richtung geregelten thermischen Behandlung eine äußerst vollkommene -technische Wirkung erzielt.Such a boundary-layer flow is therefore an automatic one Purification of a flowing medium causes coarser additions be displaced from certain flowing layers. These layers are now according to the invention mainly thermally influenced in order to heat the flowing medium to withdraw and thereby a condensation of oil droplets -o. like to initiate. These oil droplets are immediately captured by the boundary layer flow and removed from the Zone of predominantly thermal influences pushed aside. Due to the extremely similar Effect of the flow forces is thus in association with a certain direction controlled thermal treatment achieves an extremely perfect technical effect.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. ¢ wird das ölhaltige Schwelgas durch den Stutzen i zugeführt und von unten in den Spalt 8 zwischen der Platte 2 und der umlaufenden Scheibe q. geleitet. Zur Abkühlung des Schwelgases wird die hohle Scheibe. mit kaltem Wasser durchspült, welches oben durch die hohle Welle 12 zugeführt und durch Rohre 13 nach dem äußeren Rand der Scheibe gepumpt wird. Von dort strömt es durch die hohle Scheibe q. nach innen und wird durch die Welle 12 weiter nach unten abgeleitet. Die-Kühlung und Olabscheidung beruht nun einmal auf der abkühlenden Wirkung der wassergekühlten Scheibe q. und sodann auf dem den oben entwickelten Regeln entsprechenden Vorgang der mechanischen Aus- Scheidung der kondensierten Ölteilchen, durch den diese zur festen Wand :2 hingedrängt werden. Während nun alle Öltröpfchen sich in der Nähe der Wand 2 sammeln, wird das Gas von dort fort zur kreisenden Scheibe ¢ hingedrängt und auf diese Weise zwangläufig ein guter Wärmeaustausch des Gases mit der umlaufenden Scheibe 4. erreicht, während ein unnötiger Wärmeaustausch mit dem bereits kondensierten Öl unterdrückt wird.In the exemplary embodiment according to FIG. ¢ the oily carbonization gas is fed through the nozzle i and from below into the gap 8 between the plate 2 and the rotating disk q. directed. To cool the carbonization gas, the hollow disc. rinsed with cold water, which up through the hollow shaft 12 and pumped through pipes 13 to the outer edge of the disc. From there it flows through the hollow disk q. inside and is made by the wave 12 derived further down. The cooling and oil separation is based on once on the cooling effect of the water-cooled disk q. and then on the den the rules developed above for the mechanical divorce of the condensed oil particles, through which they are forced to the solid wall: 2. While all the oil droplets are now collecting near the wall 2, the gas is released from there pushed towards the circling disk ¢ and in this way inevitably a good heat exchange of the gas with the rotating disk 4. achieved while an unnecessary heat exchange with the already condensed oil is suppressed.

Durch die Abb. 5 und 6 wird eine Vorrichtung wiedergegeben, die vor allem für große Gasmengen geeignet ist, da in ihr eine größere Anzahl Kühlscheiben und Niederschlagflächen vereinigt ist. Durch ein Zuführungsrohr 3 wird beispielsweise Schwelgas in Verteilerrohre 2 eingeleitet, welche das Gas durch Kanäle 3 in das Innere des Gehäusekörpers 4. führen. Der Gasweg ist durch Pfeile angedeutet, und es ist zu erkennen, daß das Gas die Reinigungsspalte 5 symmetrisch auf den kleinsten Durchmesser beaufschlagt. Diese Reinigungsspalte werden gebildet von gekühlten umlaufenden Scheiben 6 und feststehenden Niederschlagflächen 5d unterhalb dieser Kreisscheiben. Bei der Strömung der Schwelgase durch die Reinigungsspalte 5 wird entsprechend der Wirkungsweise der durch die Drehung der Scheiben 6 eingeleiteten Grenzschichtströmung im Zusammenhang mit der Kühlwirkung der umlaufenden Scheiben das in dein Gas enthaltene Öl auf die Niederschlagflächen 5Q abgedrängt, so daß es auf den größten Durchmessern der Flächen 5d in die Ölräume 7 abfließt. Durch überleitungsrohre 8 gelangt das 01 in die drei Ölräume, die sich an die unterste Niederschlagfläche anschließen, von wo aus das Öl durch Sy phonrohre g zur weiteren Verwendung aus der \Torrichtung abgeleitet wird. Der Abzug der Schwelgase, die nach Durchströmen der Reinigungsspalte 5 von dem Öl befreit sind, vollzieht sich durch Spalte io in Kanäle i i und von dort in je drei auf den Umfang des Gehäuses symmetrisch verteilte Abzugsrohre 12, die in der Abb. 5 links zu erkennen sind. Die Abzugsrohre 12 vereinigen sich in einem Sammelrohr 13, von wo aus die gemeinsame Abführung der gereinigten Schwelgase erfolgt. Naturgemäß ist es auch möglich, die Zuführung der Schwelgase zu den einzelnen Reinigungsspalten jeweils gesondert auszuführen, sie beispielsweise bei Beaufschlagung des Apparates mit Gasen verschiedener Zusammensetzung geeignet zu verteilen oder auch nur die Abführung der Gase zweckentsprechend zu unterteilen.A device is shown by Figs. 5 and 6, which is particularly suitable for large amounts of gas, since it combines a larger number of cooling disks and precipitation surfaces. For example, carbonization gas is introduced through a supply pipe 3 into distributor pipes 2, which lead the gas through channels 3 into the interior of the housing body 4. The gas path is indicated by arrows, and it can be seen that the gas acts on the cleaning gap 5 symmetrically to the smallest diameter. These cleaning gaps are formed by cooled revolving disks 6 and fixed precipitation surfaces 5d below these circular disks. During the flow of the carbonization gases through the cleaning gaps 5, the oil contained in the gas is displaced onto the precipitation areas 5Q, so that it is on the largest diameters of the Areas 5d flows into the oil spaces 7. Through delivery tube 8 passes is derived g 01 into the three oil chambers, which adjoin the bottom of precipitation surface, from where the oil through phonrohre from Sy for further use from the \ Torrichtung. The withdrawal of the carbonization gases, which are freed of the oil after flowing through the cleaning gaps 5, takes place through gaps io into channels ii and from there into three exhaust pipes 12 symmetrically distributed around the circumference of the housing, which can be seen on the left in Fig. 5 are. The exhaust pipes 12 combine in a collecting pipe 13, from where the cleaned carbonisation gases are jointly discharged. Naturally, it is also possible to supply the carbonization gases to the individual cleaning gaps separately, for example to distribute them appropriately when the apparatus is exposed to gases of different compositions, or to divide the discharge of the gases appropriately.

Die Kühlung der umlaufenden Kreisscheiben wird besorgt durch die Zuführung von Kühlwasser durch ein Rohr 1q., das, abgedichtet durch eine Stopfbüchse 15, in die hohle Welle 16 der Vorrichtung mündet. Die obere Kreisscheibe ist in der Abb. 5 im Schnitt gezeichnet. Aus der Zeichnung geht hervor, daß das Wasser durch Öffnungen aus der hohlen Welle in den Raum 17 der Kreisscheibe hineinströmt bis zum größten Durchmesser und von dort durch den Raum 18 und entsprechende Öffnungen der Welle wieder in das Innere der Welle gelangt. Von da strömt das Kühlwasser in gleicher Weise durch die nächste Scheibe und so fort, bis es an das untere Ende der Welle 16 gelangt. Dort fließt es- in einen offenen Trichter ig aus und wird durch ein Rohr 2o abgeleitet.The cooling of the rotating circular disks is provided by the feed of cooling water through a pipe 1q., which, sealed by a stuffing box 15, in the hollow shaft 16 of the device opens. The upper circular disc is shown in Fig. 5 drawn in section. From the drawing it can be seen that the water through openings flows from the hollow shaft into space 17 of the circular disk up to the largest Diameter and from there through the space 18 and corresponding openings in the shaft returns to the inside of the shaft. From there the cooling water flows in the same way Way through the next disk and so on until it reaches the bottom of the shaft 16 arrives. There it flows out into an open funnel and becomes through a Pipe 2o derived.

Die Vorrichtung ist durch drei Stützen 27 auf Fundamentsäulen abgestützt, der Antrieb wird durch eine Riemenscheibe 28 bewirkt.The device is supported by three supports 27 on foundation columns, the drive is brought about by a belt pulley 28.

In dem Schnitt nach Abb. 6 ist das Zuführungsrohr i mit den drei Verteilerrohren 2 zu erkennen, die durch die Kanäle 3 die Schwelgase in das Innere der Vorrichtung leiten. Der Schnitt geht in der Abb. 5 durch den oberen Reinigungsspalt 5 und läßt die Nieder-Schlagfläche des Spaltraumes in Ansicht erkennen. Unter der Niederschlagfläche ist der Abführungsspalt io der darunterliegenden Reinigergruppe gezeichnet mit den Ableitungskanälen i i der Schwelgase, welche in die drei Ableitungsrohre 12 münden, die sich in (lern Sammelrohr 13 vereinigen. Ferner ist der Ölsammelraum 7 dargestellt mit drei Ölabflußrohren B.In the section according to Fig. 6 is the supply pipe i with the three distribution pipes 2 to see the carbonization gases through the channels 3 into the interior of the device conduct. The cut goes in Fig. 5 through the upper cleaning gap 5 and leaves Recognize the low striking surface of the gap in view. Under the precipitation area the discharge gap io of the cleaner group below is drawn with the Discharge channels i i of the carbonization gases, which open into the three discharge pipes 12, which unite in (learn manifold 13. Furthermore, the oil collecting chamber 7 is shown with three oil drain pipes B.

Die Gesamtanordnung der Vorrichtung ist nur als Beispiel der Anordnung einer größeren Scheidergruppe anzusehen. Die Anordnung gestattet im übrigen, die Zahl der Reinigungsspalte noch wesentlich zu vermehren oder auch eine geringe Zahl von Einzelgruppen zusammenzubauen, da die Gruppen symmetrisch und gleichartig ausgeführt durch zylindrische Flanschkörper zu dem Gesamtgehäuse d. vereinigt sind. Es besteht auch volle Freiheit in der Ausgestaltung der Einzelheiten der dargestellten Anordnung. Vor allem ist es möglich, eine gesonderte Abführung der in jeder Stufe anfallenden Ölmengen vorzunehmen, wodurch beispielsweise Öle verschiedener Zusammensetzung dem Kühlgrade oder anderen Besonderheiten der Betriebsweise entsprechend gewonnen werden können.The overall arrangement of the device is only an example of the arrangement a larger group of separators. The arrangement also allows the The number of cleaning gaps needs to be increased significantly, or a small number to assemble from individual groups, as the groups are symmetrical and similar through cylindrical flange bodies to the overall housing d. are united. It exists also full freedom in the design of the details of the arrangement shown. Above all, it is possible to have a separate discharge of the accumulating in each stage Make quantities of oil, which means, for example, oils of different compositions Cooling degrees or other special features of the operating mode can be obtained accordingly can.

Es ist ersichtlich, daß auf Grund des neuen Verfahrens eine erhebliche Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Verfahrens zu erreichen ist. Außerdem ergibt sich, daß die Schnelligkeit, mit welcher das Gas durch den Spalt geführt wird, wegen der günstigen thermischen Verhältnisse in engen Spalten überhaupt und vor allem wegen der restlosen Ausnutzung des Temperaturgefälles unmittelbar an der gekühlten Fläche außerordentlich gesteigert werden kann, so daß mit kleinen Apparaten sehr große Leistungen zu bewältigen sind.It can be seen that due to the new process a considerable Improvement of the thermal efficiency of the process is to be achieved. aside from that it follows that the speed with which the gas is passed through the gap is, because of the favorable thermal conditions in narrow gaps in general and mainly because of the complete utilization of the temperature gradient directly at the cooled surface extraordinarily can be increased so that with small apparatus very large performances can be mastered.

Claims

PATENT CLAIM: Process for separating vaporized liquids (e.g. oils) from gas streams (e.g. carbonization gases), characterized in that the Gas flows by being guided along cooled walls in boundary layer flows be decomposed in such a way that the compressing from the vapors by the cooling effect Droplets deflected from the cooling surface and from the direction of the rest of the gas flow will.