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Rotierender Wascher mit senkrechter Drehachse zur Behandlung von Gasen
Bei der Behandlung von industriellen Gasen erstrebt man einerseits eine physikalische
oder chemische Reinigung und andererseits den Auszug gewisser Bestandteile, deren
Wiedergewinnung erwünscht ist.
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Die Erfindung betrifft einen sehr wirtschaftlich arbeitenden Wascher,
mit dem sich die verschiedenen Behandlungsarten leicht und mit besserem Wirkungsgrad
durchführen lassen, als es mit den bisher bekannten möglich war. Ein wesentliches
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Durchführung der physikalischen Reinigung
von Gas aus Gaserzeugern u. dgl. mit geringem Energieverbrauch.
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Es ist bekannt, das zu behandelnde Rohgas in sogenannten Prallvorrichtungen
auf rotierende Scheiben aufströmen zu lassen, damit dort die festen oder flüssigen,
im Gas enthaltenen Bestandteile von einer entweder vorher aufgebrachten oder aus
früheren Kondensationsprodukten gebildeten Haut mit Haftvermögen festgehalten werden.
Die Niederschläge, die sich dort gebildet haben, werden zu gewissen Zeitpunkten
entweder von selbst durch Ablaufen entfernt oder mit Hilfe mechanischer Mittel beseitigt.
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Bei den zur Zeit üblichen Prallapparaten sowie auch bei anderen Anordnungen,
bei denen das Gas zum Ausscheiden der darin enthaltenen verdampften Flüssigkeiten
an Wandungen entlang geführt wird, nimmt das behandelte Gas, wenigstens während
einer gewissen Zeit, einen Weg, der parallel der Umlaufrichtung der Kondensationsprodukte
verläuft. Aus der willkürlichen, nicht kontrollierbaren Umlaufrichtung der Gase
ergibt sich eine Verringerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung.
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Dieser Mangel wird durch den Wascher nach der Erfindung dadurch beseitigt,
daß das Gas in einem über der Scheibe achsengleich angeordneten konischen oder zylindrischen,
aus einem Rotationskörper gebildeten Ringraum geleitet wird, der die Gasableitung
zentrisch umgibt, und durch dessen unterbrochenen oder ununterbrochenen Düsenspalt
das zugeführte Gas in der Nähe des Randes auf die rotierende Scheibe geleitet und
durch die zentrale Gasableitung in der Achsenrichtung abgeführt wird.
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Dadurch, daß das Rohgas unmittelbar auf denjenigen Teil der in Umlauf
befindlichen Prallfläche aufströmt, der die größte lineare Geschwindigkeit besitzt,
wird zugleich eine besonders lebhafte Reibung der Gasmoleküle gegen die die Prallfläche
bedeckende Flüssigkeit hervorgerufen. Andererseits ist die aufzuwendende motorische
Kraft für einen bestimmten Nutzeftekt erheblich geringer als bei den bekannten Vorrichtungen,
und zwar deshalb, weil die umlaufende Prallfläche nur der Reibung des mit großer
Geschwindigkeit auf eine begrenzte schmale Ringfläche aufströmenden Gases unterworfen
ist, so daß die auftretenden Reibungskräfte soweit wie möglich verringert sind.
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Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Anordnungen, bei denen
die Reinigung des Gases durch mit Flüssigkeit gefüllte Teller angestrebt wird, liegt
in der oft ungenügenden Ausnutzung der den Teller füllenden Schicht von Waschflüssigkeit.
Auch setzt die Flüssigkeitsschicht den aufströmenden Gasstrahlen oft zu geringen
Widerstand entgegen, so daß die Schicht durchbrochen und dadurch die Wirksamkeit
des Apparates herabgesetzt wird.
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Diesen Mängeln begegnet die Anordnung nach der Erfindung sehr wirksam
dadurch, daß das Rohgas durch Düsen o. dgl. auf die konkav gewölbte oder ebene Prallfläche
eines um eine vertikale Achse in rasche Drehung versetzten Tellers aufströmt, und
durch eine in der Hauptachse der Vorrichtung verlaufende trichterartige Gasableitung,
durch die das gereinigte Gas in einem dem Weg der ausgeschiedenen Bestandteile entgegengesetzten
Strömungssinn abgeführt wird.
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Wenn die Geschwindigkeit genügend groß ist, und wenn man einen entsprechend
gestalteten Aufnahmebehälter für die Flüssigkeit verwendet, so bildet sich eine
Flüssigkeitsschicht, die so dünn ist, wie es gewünscht wird, und deren Dichte jedes
Beiseitestoßen durch die Gasstrahlen verhindert.
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Weiter wird nach der Erfindung die Netzflüssigkeit durch eine oberhalb
der Mitte der Scheibe endigende Zuführungsleitung auf die rotierende Prallscheibe
geleitet. Zweckmäßig werden die Düsen für das Rohgas mit der Gasableitung zugekehrten
Ansätzen versehen.
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Diese weisen Erhebungen auf, die eine oder mehrere Entspannungskammern
abgrenzen, denen Erhebungen auf dem Prallteller zugeordnet sein können.
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Mit der Vorrichtung lassen sich sowohl die physikalische und chemische
Gasreinigung sowie auch irgendeine andere Behandlungsart des Gases durchführen.
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Wenn es sich bei der beabsichtigten Gasbehandlung um eine einfache
physikalische Reinigung handelt, so hält die Benetzungsschicht die flüssigen Bestandteile
sowie den Staub, welche das Gas verunreinigen, zurück, Eine fortgesetzte Zirkulation
erneuert dauernd die Flüssigkeitsschicht. Bei dieser Anwendungsform ist es unter
Umständen überflüssig, die Flüssigkeitsschicht künstlich zu erneuern, beispielsweise
dann, wenn die sich kondensierenden Flüssigkeitsteilchen ihrerseits eine geeignete
Haut bilden. In diesem Fall halten die sich zuerst niederschlagenden Kondensationsprodukte
die folgenden zurück, und die erforderliche Schicht bildet sich dauernd selbst aus
dem Gas, während die Kondensationsprodukte je nach dem Maß ihrer Bildung abgeführt
werden.
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Wenn die vorzunehmende Behandlung ein Waschvorgang ist (beispielsweise
ein Waschen mit Öl, um das in dem aus der Destillation von Steinkohle herrührenden
Gas enthaltene Benzol zurückzugewinnen), so kommt die Flüssigkeitsschicht in Berührung
mit allen gasförmigen Molekülen, deren Geschwindigkeit sehr groß sein kann, ohne
daß ein Durchdringen der Benetzungshaut zu befürchten wäre.
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Falls ein dauerndes Nachspeisen der Benetzungsflüssigkeit notwendig
ist, so kann das Abströmen der Flüssigkeit reduziert werden, und zwar so weit, daß
dauernd eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht erhalten bleibt, wobei, wenn es sich
um wertvolle Stoffe handelt (Ö1 oder Teer beispielsweise), der Arbeitsvorgang sehr
wirtschaftlich durchgeführt wird.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt. Abb. I zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung in einer
durch die Achse gelegten Ebene.
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Der Apparat weist einen aus einem hohlen wulstartigen Teil gebildeten
Ringraum I auf, dem das Rohgas durch eine Rohrleitung 2 zugeführt wird. Im unteren
Teil des Raumes I ist eine Reihe von Ansätzen 3 vorgesehen, die alle als Düsen ausgebildet
sind, durch deren kalibrierte Öffnungen 4 das zu reinigende Gas ausströmt. Die Düsenachsen
verlaufen als Mantellinien eines Kegels, dessen Spitze auf der Achse X-X liegt.
Die Offnungen, in welche die Ansätze 3 auslaufen, sind in der Richtung der Bodenebene
eines Umdrehungskörpers um die Achse X-X (normalerweise eines Kegels) angeordnet.
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Vor den Öffnungen und vornehmlich auf dem durch ihre Achsen gebildeten
Kegel befindet sich eine aus einem Metallteller 5 bestehende Prallfläche, die sich
darstellt als ein Rotationskörper mit der senkrechten Achse X-X. Dieser Teller ist
mit einer Welle 6 verbunden, die ihn mit Hilfe irgendwelcher übertragungsglieder
(Riemenscheibe, Getriebe, direkten Antrieb usw.) in Drehung versetzt.
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Die Oberfläche des Rotationskörpers kann in beliebige veränderliche
Krümmungen eingestellt werden. Die Krümmungsgrenze ist dann gegeben, wenn der Krümmungsradius
unendlich wird, dann wird nämlich der Teller planeben.
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Die Innenfläche des Halsstückes 7 des Wulstraumes I bildet eine Mittelöffnung
8, durch die das behandelte Gas abströmt. Die Flüssigkeitsschicht, die die Oberfläche
des Pralltellers bedeckt, ändert ihre Lage, indem sie von der Mitte nach den Randflächen
wandert, während das aus den Öffnungen. 4 ausströmende
Gas in umgekehrtem
Sinne strömt, um endgültig durch das Rohr 8 abzuziehen.
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Dadurch erfolgt eine methodische Behandlung.
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Die zur Bildung der Benetzungshaut auf dem Teller bestimmte Flüssigkeit
strömt vornehmlich in der Nähe der Mittelachse durch mehrere Düsen g ein, die von
einer Rohrleitung IO gespeist werden.
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Der in Drehung befindliche Prallteller 5 sowie der ganze untere Teil
des Apparates sind, um den Austritt des Gases zu verhindern und die Flüssigkeitsspritzer
und die Kondensationsprodukte (Staub- oder Flüssigkeitsansammlungen) aufzufangen,
in ein Gehäuse II eingeschlossen. Die Außenseiten des Tellers sind etwas in die
Breite gezogen und laufen in eine derartig ebene Fläche aus, daß die durch Kondensationsprodukte
verunreinigte oder mit aufgelösten Teilen beladene Flüssigkeit mit maximaler Kraftwirkung
nach außen geschleudert wird. Die Kondensationsprodukte werden in dem Gehäuse II
aufgefangen und durch eine Rohrleitung 12 nach außen abgeführt.
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Auf dem oberen Teil des Wulstraumes I sind Beobachtungs- und Reinigungsstopfen
I3 vorgesehen. Auf dem gleichen Teil sind Zerstäube 14 angebracht, die gestatten,
in den Wulstraum entweder Dampf oder kaltes oder warmes Wasser oder sonst eine geeignete
Flüssigkeit einzuspritzen. Der Zweck dieses Einspritzens ist: I. die Innenfläche
des Wulstraumes I und die Öffnungen 4 zur Vermeidung von Verstopfungen zu reinigen,
2. unter Umständen das Rohgas vor seiner Behandlung aufzuheizen oder abzukühlen
oder zu durchfeuchten, 3. die Flüssigkeit oder das Benetzungsmittel zu zerstäuben,
was wünschenswert ist, wenn der Apparat für bebestimmte physikalische Behandlungen
oder für bestimmte chemische Behandlungen verwendet werden soll.
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Mit einem Wort, die Anordnungen sind derart getroffen, daß es möglich
ist, a) das Gas auf eine zur Erleichterung der Behandlung wünschenswerte Temperatur
und Feuchtigkeit zu bringen, b) das Gas mit einem Flüssigkeitsnebel zu beladen,
der physikalische oder chemische Reaktionen hervorruft, c) durch die Prallwirkung
sowie die Stau-und Druckwirkung das Niederschlagen der Staub- oder Flüssigkeitsteilchen
herbeizuführen, d) das Gas zu waschen oder die Staub-und Flüssigkeitsteilchen durch
die Wirkung der Flüssigkeitshaut aufzufangen.
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Das Ablaufen der Kondensationsprodukte führt zur Bildung von mehr
oder weniger haftenden Niederschlägen oder Ablagerungen auf der inneren Fläche des
Gehäuses II, wobei es notwendig sein kann, die Ansammlungen mit besonderen Hilfsmitteln
zu entfernen, für den Fall, daß sie nicht von selbst abströmen. Zu diesem Zweck
ist eine umlaufende Rohrleitung 15 vorgesehen, aus der eine bestimmte Anzahl auf
dem Umfang verteilter Düsen I6 vorstehen. Aus diesen Düsen kann Dampf, heißes bzw.
kaltes Wasser oder auch eine andere, zum Aufweichen, Auflösen und Wegschwemmen der
Ablagerungen geeignete Flüssigkeit ausströmen.
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Die Einzelheiten in dieser Beziehung können sich natürlich beliebig
ändern, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen würde.
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Die grundsätzliche erfindungsgemäße Wirkungsweise ändert sich auch
bei Trockenbetrieb nicht, d. h. wenn in dem Wulstraum I kein Zerstäuber vorhanden
ist und die Flüssigkeitsschicht nicht nachgespeist wird. Dies wird hauptsächlich
dann der Fall sein, wenn das Gas Flüssigkeitsteilchen enthält, die einen feuchten
Niederschlag entstehen lassen, der sowohl genügend flüssig ist als auch auf der
Prallfläche haftet, so daß ein Waschen überflüssig gemacht wird. Es wird dies außerdem
dann der Fall sein, wenn das Gas in einer Wirbelbewegung einströmt, die genügend
schnell ist, um die festen Teilchen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auszustoßen,
sogar ohne daß sie mit dem Teller in Berührung kommen, während das von den Staubteilchen
befreite Gas seinen Weg nach dem mittleren Rohr nimmt.
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Aus denselben Gründen ist es möglich, den Apparat gewöhnlich trocken
zu betreiben, wobei man es jedoch in der Hand hat, von Zeit zu Zeit eine Flüssigkeit
oder Wasserdampf entweder durch die öffnungen 9 oder durch die Zerstäuber oder Injektoren
14 einzuspritzen. Dieses periodische Einspritzen kann dann beispielsweise zum Zweck
einer Reinigung des Apparates erfolgen.
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Zur Wirkungsweise der Vorrichtung ist außerdem noch folgendes zu
bemerken: Die Geschwindigkeit des Gasstromes an den kalibrierten Öffnungen 4 muß
einen bestimmten Minimalwert haben, um ein wirksames Arbeiten zu gewährleisten.
Im Gegensatz hierzu könnte eine zu große Geschwindigkeit Unzuträglichkeiten mit
sich bringen, die sich in erster Linie in einem recht erheblichen Energieverlust
äußern würden. Außerdem kann es jedoch vorkommen, daß die Vorrichtung wechselnde
Gasmengen zu verarbeiten hat. Aus diesem Grunde können eine bestimmte Anzahl der
Öffnungen durch entsprechende Stopfen abgedeckt werden. Hierdurch wird auch die
Möglichkeit geschaffen, eine Reihe von Apparaten für verschiedene Mengenleistungen
mit den gleichen Bauteilen herzustellen. Es lassen sich übrigens auch
leicht
handliche Sfopfen õderSibschlußglieder verwenden, die. entweder von IIand oder selbsttätig
mit Rücksicht auf die zu verarbeitende Gasmenge eingestellt werden. Eine andere,
grundsätzlich ebenfalls anwendbare Maßnahme zur Anpassung an-die plötzlich auftretenden
Anderungen-in der Gasmenge besteht darin, das man einen Teil des gereinigten Gases
nochmals durch den Apparat hindurchgehen läßt unter Vermittlung eines automatischen
Druckreglers, der im Aufbau gleich ist den bekannten Umkehrreglern, die bei Extraktoren
in Gaswerken bereits verwendet werden. Aus demselben Grunde kann es auch von Wert
sein, Förderventilatoren für Gas, d. h. sogenannte volumetrische Ventilatoren, z.
B. der durch R o o t oder B e a 1 e bekannt gewordenen Gattung, zu verwenden.
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Die Abb. 2 gibt-schematisch als Ausführungsbeispiel den Einbau des
Apparates bei Anwendung eines Rücklaufreglers wieder.
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Bei A ist der Gasreiniger angeordnet, B ist der Druckerzeuger oder
die Fördervorrichtung, die für den erfòrderlichen-Unterdruck sorgt. Der normale
Gasstrom läuft in der Pfeilrichtung al, a2, a3, a4, a5. C ist der Rücklaufregler,
der eine bestimmte Gasmenge im Linienzuge b,, b, b3, b, durchläßt. Eine Rohrleitung
c, c, c verbindet den Regler mit der Austrittsleitung des Gasreinigers. Der Regler
ist so ausgebildet, daß er einen Unterschied des konstanten Druckes zwischen der
Eine und Austrittsseite des Reinigers aufrechterhält. Diese Anordnung sichert eine
konstante Geschwindigkeit des Gases in den Düsen, gleichgültig, welche Gasmenge
in der Zeiteinheit zu reinigen ist.
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Die beschriebene Vorrichtung kann in verschiedener Beziehung Abänderungen
erfahren: A: Der Teller, der die Prallfläche bildet, war in der bisher beschriebenen-Ausführungsform
so ausgebildet, daß er-eine ebene Fläche gegenüber den Gasöffnungen bildete. Diese
Fläche kann aber in bestimmten Fällen- auch geriffelt sein und von radial oder konzentrisch
oder auch anders geformten Rillen durchz-ogen sein. Die Tiefe der Rillen kann ebenso
wie ihre Breite mehr oder weniger groß gewählt werden. Schließlich können diese
Rillen ähnlich ausgebildet sein wie die Schaufelung eines Ventilators oder einer
Zentrifugalpumpe, - Durch-die Anordnung von Rillen oder Erhebungen wird natürlich
die wirksame Kontaktfläche vergrößert, jedoch wächst dann andererseits auch die
zur Drehbewegung des Pralltellers um seine Achse notwendige Antriebskraft recht
erheblich. Es ist leicht möglich, auf Grund von praktischen Erfahrungen Form und
Abmessungen der zusätzlichen Erhebungen auf dem- - Teller festzulegen. außerdem
wird sich dann auch ergeben, wie weit es für einen bestimmten Fall von Wert ist,
an Stelle einer glatten Oberfläche des Pralltellers eine geriffelte Oberfläche zu
verwenden.
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B: Die Endflßächen der Düsen können nach der Innenseite ins der Strömungsrichtung
der Gasstrahlen - -durch Ansätze-von entsprechendem - Flächengehalt verlängert werden.
- Die Abb. 3 und 4 zeigen-als-Ausführungsbeispiele verschiedene Lösungen. Die aus
den Öffnungen 4 ausströmenden Gasfäden, die zwischen der Fläche des Pralltellers
und den Seitenwänden der Öffnungen eine Pressung erfahren, dringen infolgedessen
in die durch die Wulste I7 gebildete Entspannungskammer I8 ein, wodurch eine Gegenströmung
oder Wirbelung erzeugt wird, die den Niederschlag der Flüssigkeits- oder Staubteile
begünstigt.
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Das Gas erfährt von neuem eine Pressung und strömt dann schließlich
in Richtung der Mittelachse -des Apparates. Diese Anordnung kann sich natürlich
mehr oder weniger weit gegen die Achse hin .erstrecken, wobei die Anzahl der aufeinanderfolgenden
Entspannungskammern nicht begrenzt ist.
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C: Neben der vorstehenden Anordnung können auch auf der Oberfläche
des Pralltellers Erhebungen und Rillen vorgesehen sein. Abb. 4 gibt eine Ausführungsform
hiervon wieder. Der Ansatz 19 bildet eine bestimmte Anzahl von Entspannungskammern
20. Jeder derselben ist auf dem gegenüberliegenden Teller eine entsprechende Erhebung
21 zugeordnet.
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D: Eine weitere Ausführungsform besteht darin, die bisher getrennt
voneinander gedachten Düsen 4 durch einen einzigen umlaufenden ringförmigen Spalt
zu ersetzen.