DE69722575T2

DE69722575T2 - Vorrichtung und verfahren zum agglomerieren und abscheiden von partikeln in einem gasstrom

Info

Publication number: DE69722575T2
Application number: DE69722575T
Authority: DE
Inventors: A. Dullien
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: DULLIEN, FRANCIS A.L., DRUMBO, ONTARIO, CA; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: DE69722575D1; US6007593A; EP0851785B1; ES2201268T3; WO1997027928A3; JPH11503364A; DK0851785T3; CA2168486C; WO1997027928A2; EP0851785A2; CA2168486A1; US6099622A; PT851785E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen, die auf Präzipitationsvorrichtungen von Partikeln und auf Agglomerationsvorrichtungen von Partikeln gebracht werden, die dazu vorgesehen sind, mit Präzipitationsvorrichtungen von Partikeln verwendet zu werden, sowie die Kombination einer Agglomerationsvorrichtung von Partikeln und einer Präzipitationsvorrichtung von Partikeln. Die Erfindung betrifft gleichzeitig die Vorrichtung und das Durchführungsverfahren.
Die amerikanischen Patentanmeldungen Nr. 08/290.883 und 08/406.393, wobei die zweite teilweise die Folge der ersten bildet, eingereicht am 18. August 1994 und 20. März 1995 (siehe ebenfalls das britische Patent Nr. 2.264.655 B, veröffentlicht am 24. Mai 1995, die britische Patentanmeldung Nr. 94/07.441.6, hinterlegt am 14. April 1994, die internationale Patentanmeldung WO 93/15.822, die veröffentlicht ist, und die internationale Patentanmeldung WO 95/00.489) offenbaren jeweils eine bestimmte Anzahl von Formen von Partikelpräzipitationsvorrichtungen, die darauf ausgerichtet sind, Partikel zu trennen, die in einem turbulenten Gasstrom mitgezogen werden (allgemein aber nicht notwendigerweise mit Luft). Es wird auf diese Dokumente in der Beschreibung hierunter Bezug genommen. Die Partikel können fest oder flüssig sein.
In der spezifischen nachfolgenden Beschreibung wird einer der Aspekte der vorliegenden Erfindung vor allem für die Trennung eines Ölnebels, der in einem turbulenten Luftstrom enthalten ist erklärt, d. h. ultrafeine Ölpartikel in Suspension, typischerweise Tröpfchen einer Größe kleiner als 0,5 Mikron (um). Man trifft solche mit Nebel beladene Luftströme in Form von Emissionen industrieller Maschinen an, die bei erhöhter Geschwindigkeit arbeiten.
Es muss dennoch bemerkt werden, dass dieses Beispiel der vorliegenden Erfindung bezüglich der Trennung von Öltröpfchen, die in einem Luftstrom enthalten sind, nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung begrenzend ist, da die Erfindung gleichermaßen auf die Trennung (Präzipitation) anderer flüssiger oder fester Partikel in Suspension, zum Beispiel Stäube, Dampf oder Rauch anwendbar ist. Eine solche Verwendung kann durch eine der in dem oben erwähnten Anmeldungen und Patenten offenbarten Präzipitationsvorrichtungen, durch die Variante der oben in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Präzipitationsvorrichtungen, oder durch jede andere Form von Präzipitationsvorrichtung wie einer elektrostatischen Präzipitationsvorrichtung ausgeführt sein, die in der Lage ist, die gewünschte Trennung der in einem Gasstrom enthaltenen Partikel durchzuführen.
Man hat entdeckt, dass die Ausbeute einer Präzipitationsvorrichtung von Partikeln im Wesentlichen höher ist, wenn die Partikel eine bestimmte Minimalgröße haben. Die Trennung der Partikel einer Größe kleiner als ein Mikron (um) mit Hilfe einer Präzipitationsvorrichtung ist weniger effektiv oder kann eine kostspieligere Ausrüstung erfordern. Zum Beispiel kann eine adäquate Trennung von Partikeln einer Größe kleiner als ein Mikron eine mehrstufige Präzipitationsvorrichtung oder eine übermäßige Länge erfordern, was ein unbefriedigendes Ergebnis mit sich zieht oder die Notwendigkeit, eine exzesssiv kostspielige Ausrüstung einzusetzen.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, die Schwierigkeiten zu vermeiden, in dem ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die darauf ausgerichtet sind, die Größe der Partikel zu vergrößern, die in dem Gasstrom vorhanden sind, bevor sie überhaupt in die Präzipitationsvorrichtung eintreten.
Dieses Ziel wird durch vorherige Agglomerierung der Partikel bei deren Eintritt in die Präzipitationsvorrichtung erreicht. Obwohl die hier beschriebene Agglomerierungstechnik insbesondere effizient wäre, wenn die Partikel anfänglich in Form eines Nebels vorliegen, ist sie gleichermaßen auf Partikel anwendbar, die die Form von Stäuben, von Dampf oder von Rauch aufweisen. Darüber hinaus beschränkt sich diese Technik nicht auf Partikel, die eine Größe kleiner ein Mikron haben. Quasi jede Umfangsvergrößerung der Partikel, welche in die Präzipitationsvorrichtung eintreten ist vorteilhaft. Auch wenn hier gesagt ist, dass diese Technik auf die Agglomerierung von "feinen" Partikeln abzielt, müssen dort gleichermaßen alle Partikel eingeschlossen sein, die zu klein sind, um einer schnellen und effizienten Trennung in einer Präzipitationsvorrichtung zu unterliegen, einschließlich der in einem Nebel vorliegenden Ultrafeinpartikel.
Die vorliegende Erfindung kann daher einerseits definiert werden als ein Trennverfahren feiner Partikel von einem turbulenten Gasstrom, bei dem die Feinpartikel zuerst in Form von größeren Partikeln agglomeriert werden und dann diese größeren Partikel von dem Gasstrom durch Präzipitation getrennt werden.
So betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen, in Kombination umfassend:
(a) eine Vorrichtung zum Agglomerieren, dazu vorgesehen, einen turbulenten Gasstrom zu empfangen, welcher feine Partikel in Suspension enthält und den Strom zu evakuieren, indem der größere Teil der Feinpartikel sich in Form von größeren Partikeln agglomeriert hat, und
(b) eine Vorrichtung zum Fällen, dazu vorgesehen, den die Vorrichtung zum Agglomerieren verlassenden Strom zu empfangen und die Partikel größeren Umfangs des Gasstromes zu trennen, die Vorrichtung zum Fällen, die darauf ausgerichtet ist, die in dem Gasstrom enthaltenen Partikel zu entfernen, umfasst wenigstens einen nicht blockierten Kanal, der darauf ausgerichtet ist, den ein turbulentes Fließen aufweisenden Strom zu befördern, und wobei sich eine Reihe von Objekten entlang wenigstens einer Seite jedes Kanals erstreckt, wobei die Objekte in Intervallen angeordnet sind, die in der Umlaufrichtung zusammengerückt sind, um untereinander Räume zu definieren, in denen die von jedem Kanal kommenden Strudel eindringen, was die Ansammlung bzw. Agglomerierung von Partikeln auf der Oberfläche der Objekte nach der Abnahme der Strudel hervorruft, wobei die Objekte aus wenigstens einem gewellten Blatt bestehen, dessen Falten eine Tiefe über der Schrittweite zwischen den Falten aufweisen.
Bevorzugt kann die Anordnung zum Agglomerieren, die dazu vorgesehen ist, den Umfang der Feinpartikel in Suspension in einem turbulenten Gasstrom zu vergrößern, umfassen:
(a) eine mit einer Eingangsöffnung ausgerüstete Leitung, dazu vorgesehen, den Strom zu empfangen, und einen Ausgang, auf die Evakuierung des Stromes ausgerichtet, und
(b) eine Reihe von Maschenstrukturen, die im wesentlichen parallel im Verhältnis zueinander angeordnet und entlang der Leitung zwischen der Öffnung und dem Ausgang beabstandet sind, wobei sich jeder Filter entlang der Leitung im allgemeinen in Querrichtung im Verhältnis zum Strom derart erstreckt, dass die Gesamtheit des Stroms im wesentlichen alle Filter aufeinanderfolgend durchquert,
(c) wobei jede Maschenstruktur feste Teile umfasst, die in der Leitung verteilt sind, um von einem Teil der Partikel aufgetroffen zu werden, und alle Löcher in der Leitung verteilt sind, um den freien Durchgang des Stromes zu ermöglichen.
Vorteilhaft kann die Anzahl von Maschenstrukturen sich auf wenigstens 10 erhöhen.
In bevorzugter Weise kann sich die Anzahl von Maschenstrukturen auf wenigstens 30 erhöhen.
Die festen Teile jeder Maschenstruktur können eine Oberfläche kleiner als der größere Teil des Abschnittes der Leitung besetzen.
Jede Maschenstruktur kann Fadenanordnungen umfassen, die parallel und voneinander getrennt sind und sich transversal im Verhältnis zueinander erstrecken, um die Maschenstruktur zu bilden, wobei die Fäden die festen Teile bilden, und um Abstände zwischen den Fäden zu bilden, die die Löcher bilden.
Das Abstandsverhältnis zwischen den Fäden kann über die Dicke der Fäden annähernd zwischen 10 und 5 liegen.
Nach einem der Gesichtspunkte der Erfindung kann jede Maschenstruktur ein mit Löchern versehenes Blatt umfassen.
Die Beabstandung der Maschenstrukturen darf im Verhältnis zueinander in der Fließrichtung des Stroms nicht unterhalb von etwa fünf Millimetern sein.
Die Maschenstrukturen können aus einem kontinuierlich gemaschten Material bestehen, welches sich aufeinanderfolgend über im oberen Teil und im unteren Teil der Leitung angeordnete transversale Stangen erstreckt.
Die Tiefe kann annähernd viermal über der Schrittweite liegen.
Jedes der gewellten Blätter kann in im wesentlichen vertikaler Weise ausgerichtet sein, um es den an deren Oberfläche angesammelten Partikeln zu ermöglichen, in den Boden einer Hülle, welche das Blatt oder die Blätter enthält, zu fallen, und welche so den oder die Kanäle definiert.
Der Boden der Hülle kann im Verhältnis zur Horizontalen geneigt sein, um das Fließen der auf die Oberfläche des gewellten Blattes oder der gewellten Blätter fallenden Partikel zu einem Ende des Bodens und dann in den äußeren Sammler zu begünstigen.
Die Partikel können flüssig sein und der äußere Sammler kann eine Flüssigkeitsfalle umfassen.
Die Partikel können fest sein und der äußere Sammler kann ein Sieb umfassen.
Die Vorrichtung zum Fällen kann einen Kübel umfassen, der sich entlang des Bodens der Hülle erstreckt und der die unteren Teile der gewellten Blätter einschließt, gemäß dem ein kleiner Freiraum zwischen den unteren Enden der gewellten Blätter und dem Boden der Hülle im Hinblick darauf eingerichtet ist, die festen auf die Oberfläche der Blätter gefallenen Partikel zu sammeln und sie unter die gewellten Blätter entlang einer in dem Kübel eingerichteten Öffnung zu leiten, um sie zu einem Spalt zur Entfernung der Partikel zu führen, der am Ende des Bodens der Hülle angeordnet ist.
Die Vorrichtung zum Fällen kann einen Vibrator umfassen, der darauf ausgerichtet ist, den Übergang der festen Partikel zum äußeren Sammler zu begünstigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Agglomerieren und zur Trennung von feinen Partikeln eines turbulenten Gasstromes, umfassend zuerst das Agglomerieren der Feinpartikel in Form von größeren Partikeln und die Trennung der größeren Partikel durch Fällen, wobei die Trennung der Partikel durch Durchgang des Gases beim turbulenten Fließen aus der Agglomerierung in wenigstens einem Kanal durchgeführt wird, der eine Reihe von Objekten umfasst, welche sich entlang wenigstens einer Seite jedes Kanals erstrecken, wobei die Objekte in Intervallen angeordnet sind, die in Fließrichtung zusammengerückt sind, um zwischeneinander Räume zu definieren, in denen Strudel aus jedem Kanal eindringen, was die Ansammlung der Partikel an der Oberfläche der Objekte nach der Abnahme der Strudel hervorruft, wobei die Objekte aus wenigstens einem gewellten Blatt bestehen, dessen Falten eine Tiefe oberhalb der Schrittweite zwischen den Falten aufweisen.
In vorteilhafter Weise besteht die Stufe zum Agglomerieren darin, den Gasstrom aufeinanderfolgend entlang einer Reihe von Maschenstrukturen in Hinblick darauf passieren zu lassen, einen Teil der Partikel dahin zu führen auf feste Teile jeder der Maschenstrukturen aufzutreffen, damit sie sich Agglomerieren um größere Partikel zu bilden, wobei der Hauptteil der größeren Partikel in dem Strom wieder mitgezogen wird.
Ein Teil der größeren Partikel kann von den Maschenstrukturen fallen.
Gemäß der Erfindung kann man den Strom aufeinanderfolgend entlang von wenigstens 10 Maschenstrukturen passieren lassen.
Man kann den Strom aufeinanderfolgend entlang von wenigstens 30 Maschenstrukturen passieren lassen.
Man kann den Strom mit den größeren, wieder mitgezogenen Partikeln in der Vorrichtung zum Fällen von Partikeln passieren lassen.
Nach einem der Gesichtspunkte der Erfindung können die Feinpartikel aus einem Nebel bestehen.
Die Feinpartikel können aus Stäuben, Dampf oder Rauch bestehen.
- Die Fig. 1 ist eine Ansicht der Anordnungsgesamtheit einer Agglomerierungsvorrichtung und einer Präzipitationsvorrichtung gemäß der Erfindung,
- die Fig. 2 ist eine aufgerissene fragmentierte Seitenansicht einer Agglomerierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- die Fig. 3 ist eine aufgerissene fragmentierte Flachansicht eines Teils der Agglomerierungsvorrichtung der Fig. 2,
- die Fig. 4 ist eine Ansicht gemäß der Linie 4-4 der Fig. 2,
- die Fig. 4A ist eine fragmentierte Ansicht einer Variante der Fig. 4,
- die Fig. 5 ist eine aufgerissene fragmentierte perspektivische Ansicht einer Präzipitationsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
- die Fig. 6 ist eine aufgerissene seitliche Vergrößerung der Präzipitationsvorrichtung der Fig. 5,
- die Fig. 7 ist eine aufgerissene Ansicht von unten der Präzipitationsvorrichtung der Fig. 5 und 6, und
- die Fig. 8 ist ein vergrößertes Fragment eines Sammelelements in der Präzipitationsvorrichtung gemäß den Fig. 5, 6 oder 7.
Die Partikelpräzipitationsvorrichtung 10, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, kann irgendeine der früheren oben in dem Patent oder den Anmeldungen genannten Präzipitationsvorrichtungen sein und es kann sich speziell um eine von jenen handeln, die in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 08/406.393 oder deren hierunter in Bezug mit den Fig. 5 bis 8 beschriebene Variante. Es kann sich auch um irgendeine Präzipitationsvorrichtung handeln, die in der Lage ist, feste oder flüssige Partikel von einem turbulenten Luftstrom zu trennen, 12, der in dem System durch einen Ventilator 11 oder durch jedes andere Mittel abgesaugt wird. Der Ventilator umfasst einen Motor 11A und einen Ausgang 11B.
Gemäß der Erfindung ist eine Agglomerierungsvorrichtung 13 vor der Präzipitationsvorrichtung 10 relativ in Richtung des Gasfließens angeordnet. Die Vorrichtung 13 hat zur Funktion, den Umfang der mitgezogenen Partikel oder in Suspension vorliegenden Partikel in dem Luftstrom 12 zu erhöhen, um die Sammelflächen der Präzipitationsvorrichtung 10 in die Lage zu versetzen, sie von dem Strom in effizienterer Weise zu trennen.
Das in der Fig. 1 gezeigte System ist geplant worden, um flüssige Partikel von einem Gasstrom, zum Beispiel einem Nebel zu trennen; dies ist der Grund, warum sie im Verhältnis zur Horizontalen geneigt ist und mit einer Flüssigkeitsfalle 20 ausgerüstet ist. Die in dem System gesammelte Flüssigkeit (im Wesentlichen aber nicht ausschließlich am Boden der Präzipitationsvorrichtung 10) fließt in den Boden der Präzipitationsvorrichtung 10 und der Agglomerierungsvorrichtung 13, dringt vor in einen Ablauf 19 und schließlich in eine Falle 20, die als äußerer Flüssigkeitssammler dient, wobei die Luft daran gehindert wird, in dem System an diesem Ort abgezogen zu werden. Typische Flüssigkeitspegel in dem Ablauf 19 und in der Falle 20 sind in der Fig. 1 dargestellt.
Wenn das System vorgesehen ist, um feste Partikel zu trennen, zum Beispiel Stäube, sind diese letzteren Merkmale modifiziert, wie es unten in Bezug mit den Fig. 6 und 7 beschrieben wird.
Wie man in den Fig. 2 und 3 sehen kann, kann die Agglomerierungsvorrichtung 13 in einer Rohrleitung 14 mit Rechteckschnitt bestehen (in einem spezifischen Beispiel 34 cm lang, 46 cm breit und 30 cm hoch), die einen Tunnel zwischen einer Öffnung, die mit dem Eintritt des Gasstromes verbunden ist, und einem Ausgang, der mit der Präzipitationsvorrichtung 10 verbunden ist, bildet. Eine Reihe von Filtern 15, die voneinander beabstandet sind, ist in dieser Leitung 14 angeordnet, wobei jeder dieser Filter sich flach entlang der Leitung in den beiden senkrechten Richtungen des Luftstroms 12 erstreckt, obwohl theoretisch die Gesamtheit des Luftstroms aufeinanderfolgend alle diese Filter 15 durchqueren muss. In der Praxis kann eine kleine Menge des Stromes diese Filter umgehen.
Wie die Fig. 4 zeigt, die nicht maßstabsgetreu ist, besteht ein typischer Filter 15 aus zwei Anordnungen von Querfäden 16, die ein Maschennetz bilden, wobei diese Fäden aus einem geeigneten Material wie Polyester, Glasfaser oder Metall sein können. In einem typischen Beispiel, weist jeder Faden 16 annähernd eine Dicke von 1 mm auf, wobei die Fäden voneinander um etwa 5 mm beabstandet sind. Ein geeignetes Verfahren, um diese Anordnung zu bilden, wenn die Filter 15 aus flexiblem Material ausgeführt sind, besteht darin, ein sehr langes Band dieses Materials zu verwenden und es aufeinanderfolgend über die unteren Stangen 17 und oberen Stangen 18 zu führen, die sich beiderseits der Leitung 14 erstrecken. Der Durchmesser dieser Stangen wird die Beabstandung der Filter 15 bestimmen, welcher Abstand annähernd zwischen 5 mm und 1 cm liegen kann. Wenn die Filter in angenäherter Weise angeordnet sind, werden sie nicht vollständig deren Rolle, wie es nachfolgend beschrieben wird, erfüllen, da sie nicht vollständig als getrennte Filter arbeiten. Wenn sie weiter beabstandet sind, erhält man, obwohl sie in effizienter Weise arbeiten, dann einen Vorrichtung mit einer übermäßigen Länge.
Wenn der turbulente Luftstrom 12, den man einlässt und der die Ölnebelpartikel eines Umfangs kleiner einem Mikron (um) transportiert, in die Eingangsöffnung der Agglomerierungsvorrichtung 13 eintritt, ist es experimentell entdeckt worden, dass ein kleiner Teil dieser Partikel sich von Teilen des Luftstroms trennt, der von jeder Seite jedes Fadens her passiert, wobei die so getrennten Partikel direkt auf die Fäden auftreffen. Auf jedem Filter 15 prallt einzig eine kleine Fraktion der eintretenden Nebelpartikel auf die Fäden, da der Großteil der Partikel frei mit dem Luftstrom durch die zwischen den Fäden vorliegenden Löcher passiert. Wenn man betrachtet, dass eine Fraktion (Y) von eintretenden Nebelpartikeln auf feste Partien (Fäden) des ersten Filters trifft, wird die verbleibende Fraktion (1 - y) durch die Löcher passieren. Die Nebelpartikel, die die Löcher mit dem Luftstrom durchquert haben, werden aufgrund der Tatsache des turbulenten Fließens vermischt werden und werden eine im Wesentlichen gleichförmige Verteilung aufweisen, bevor der zweite Filter erreicht wird. Darüber hinaus können, wenn notwendig, die Falten im Zickzack zwischen den anliegenden Filtern angeordnet sein, um die Gegenwart der Falten direkt auf dem Durchgang der Partikel zu garantieren, die die Löcher des vorangehenden Filters mit dem Luftstrom durchquert haben. Den zweiten Filter erreichend, wird dieselbe Fraktion (y) von der verbleibenden Fraktion (1 - y) die Falten auftreffen. Die verbleibende Fraktion (durch die Löcher geführt) nach dem zweiten Filter ist so (1 - y) - y(1 - y) = (1 - y)². Nachdem sie n Filter durchquert hat, wird die Fraktion der Ölnebelpartikel, die anfänglich in dem Luftstrom verblieb (1 - y)n sein. 0,04 stellt einen typischen Wert für y dar, d. h. 4%. Wenn n z. B. gleich 60 ist, wird die Partikelfraktion, die verbleibt, nachdem der Strom den letzten Filter der Reihe durchquert hat gleich 0,96&sup6;&sup0;, was annähernd 0,09 entspricht. So wird eine Fraktion von etwa 9% Nebelteilchen, die anfänglich vorlagen, in dem Luftstrom verbleiben, der die Agglomerierungsvorrichtung verlässt, während etwa 91% auf den einen oder anderen der Filter aufgetroffen sein werden.
Nach Aufprall hat der Großteil der Substanzen, die die Partikel bilden, welche auf die Filter aufgetroffen sind, die Tendenz, in dem Luftstrom wieder mitgezogen zu werden. Hingegen hat man bemerkt, dass diese wieder mitgezogenen Substanzen aus neuen Partikeln bestanden, welche größer als die anfänglichen Partikel sind. Anders ausgedrückt haben sich die Feinpartikel agglomeriert, um größere Partikel zu ergeben. Bestimmte dieser agglomerierten Partikel verbleiben in der Agglomerierungsvorrichtung und fallen auf den Boden der Anlagen, wobei sie so eine Flüssigkeit bilden, die in die Falle 20 fließt und sich so mit der Gesamtheit der gesammelten Partikel vereinigt. Um dieses Ergebnis zu erhalten, ist es wichtig, dass der Gasstrom, der die Agglomerierungsvorrichtung durchläuft, ein turbulentes Fließen aufweist.
Im Rahmen eines Experimentes, das mit einem Ölnebel durchgeführt wird, das durch einen Vernebler erzeugt wird, hat man gemessen, dass etwa 80 Gew.-% der Nebelpartikel in der Vorrichtung zur Agglomerierung einen Umfang kleiner als 0,5 Mikron (um) aufwiesen. Wenn dieser Nebel direkt in einer Präzipitationsvorrichtung einer Länge von 1 m passierte (wobei die Agglomerierungsvorrichtung zurückgehalten worden ist), waren lediglich 40 Gew.-% der Partikel von dem Luftstrom getrennt. Wenn die Agglomerierungsvorrichtung zwischen dem eintretenden Nebel und der gleichen Präzipitationsvorrichtung angeordnet war, wurde hingegen letzterer zu annähernd 93 Gew.-% der Nebelpartikel, die in dem Luftstrom enthalten waren, getrennt. Dieselbe Leistungsfähigkeit (93% Gewinnung) wird theoretisch mit einer einzigen Präzipitationsvorrichtung erhalten werden können (ohne Agglomerierungsvorrichtung), wenn die Länge der Präzipitationsvorrichtung um 5 m vergrößert worden ist. Obwohl die verwendete Agglomerierungsvorrichtung allein es nicht ermöglicht mehr als eine schädliche Menge von Partikeln einer Größe kleiner einem Mikron zu sammeln, erzeugt die Synergie der Phänome in zugeordneten Agglomerierungs- und Präzipitationsvorrichtungen die Möglichkeit, ein Verfahren zu erhalten, das hohe Leistungsfähigkeiten bietet, die beim Trennen von Feinpartikeln erforderlich sind, ohne den Einsatz einer längeren Präzipitationsvorrichtung zu erfordern.
Um diese Synergie zu zeigen, lässt man zu, dass die Agglomerierungsvorrichtung von Partikeln 13 den Ölnebel mit einer Gesamtfraktionsausbeute (a) sammelt und die Präzipitationsvorrichtung diesen selben Nebel mit einer insgesamt Fraktionsausbeute (b) sammelt. In Abwesenheit von Synergie wird die Fraktionsausbeute E des kombinierten Systems Agglomerierungsvorrichtung + Präzipitationsvorrichtung E = 1 - (1 - a) (1 - b) sein. Wie man gesehen hat, ist die reelle Fraktionsausbeute E' des kombinierten Systems Agglomerierungsvorrichtung + Präzipitationsvorrichtung weit höher als E, d. h. dass E' > > E ist. Nicht allein dies zeigt die Existenz einer Synergie aber man sieht daraus ebenfalls den physikalischen Grund, d. h. dass der Nebel, der die Agglomerierungsvorrichtung verlässt und in die Präzipitationsvorrichtung eintritt nicht derselbe Nebel ist wie jener, der in die Agglomerierungsvorrichtung eintritt.
Es handelt sich um einen Nebel, der aus Partikeln eines weit größeren umfangs gebildet ist, welcher durch die Präzipitationsvorrichtung mit einer sehr viel höheren Fraktionsausbeute gewonnen wird b' > b als jener, der für den Anfangsnebel beobachtet werden hätte können. Daher 1 - (1 - a)(1 - b') > > 1 - (1 - a)(1 - b). Man hat bestimmt, dass 80 Gew.-% der Partikel des Anfangsnebels einen Umfang kleiner 0,5 Mikron (um) aufwies, während die Partikel, die den Nebel bilden, der die Agglomerierungsvorrichtung verlässt, eine mittlere Größe von etwa 4 Mikron (um) hatten. Die gemessenen Ausbeuten sind die folgenden: E' = 0,93, b' = 0,9, b = 0,4 und a = 0,3 wobei E = 0,58. Es ist daher offensichtlich, dass E' > > E.
In den oben gezeigten mathematischen Beispielen hat man den Einsatz von 60 Filtern zugelassen, wobei 57 Filter real bei dem oben beschriebenen Experiment eingesetzt worden sind. Die Wahl der Anzahl von Filtern wird einen Kompromiss zwischen der Verbesserung der Leistungsfähigkeit (mehr Filter) und der Wirtschaftlichkeit (weniger Filter) sein. In dem Fall, wo eine bestimmte Erniedrigung der Leistungsfähigkeiten zulässig ist, oder wo die eintretenden Partikel einen Umfang größer als 1 Mikron (um) haben, wobei sie stets Feinpartikel in dem Sinne sind, dass sie zu klein sind um direkt durch die Präzipitationsvorrichtung getrennt zu werden, ist es möglich, eine begrenztere Anzahl von Filtern zu verwenden. Vor allem diese Anzahl wird bevorzugt nicht kleiner als 30 sein aber bis zu 10, sogar weniger gehen können, wenn die verminderten Leistungsfähigkeiten zulässig sind oder der y-Wert vergrößert werden kann oder wenn die Vorrichtung mit der Trennung eines Nebels verfahren muss, der Tröpfchen einer Größe enthält, die wesentlich über der Größe von Anfang an liegt. Es kann daher Umstände geben, für die eine relativ verminderte Anzahl von Filtern sich als effizient erweisen kann. Es gibt keine Maximalanzahl, obwohl eine Anzahl von mehr als 100 normalerweise kaum rentabel bezüglich des Vorteils ist, der daraus gezogen wird. Die Filteranzahl wird daher normalerweise vorzugsweise zwischen 30 und 80 liegen.
Obwohl jeder Filter 15 bis jetzt in der Form einer Maschenstruktur beschrieben worden ist, die aus senkrechten Fäden untereinander gebildet ist, ist es ebenfalls möglich, eine andere Struktur, wie eine perforierte Platte zu verwenden, die dieselbe Wirkung erzeugt, d. h. eine große Anzahl von festen Partien bietet, die dazu vorgesehen sind, durch bestimmte Partikeln aufgetroffen zu werden, wobei stets Räume freigelassen werden, die den Durchgang des Gasstromes und der verbleibenden mitgezogenen Partikel ermöglichen. Die Fig. 4A veranschaulicht einen Teil einer solchen Platte. Obwohl die Ausführung einer perforierten Platte eine Erhöhung des durch den Gasstrom unterzogenen Chargenverlustes mit sich ziehen kann, kann sie gleichermaßen eine Erhöhung des y-Wertes begünstigen und es daher ermöglichen, die Anzahl erforderlicher Filter zu vermindern, was einen positiven Effekt auf die Planung des Chargenverlustes haben würde.
Es ist anzumerken, dass der in den Ansprüchen, die den Anhang bilden, verwendete Ausdruck "Filter" nicht lediglich auf Maschenstrukturen anwendbar ist sondern gleichfalls auf nicht Maschenstrukturen wie die perforierte Platte 16A, die in der Fig. 4A gezeigt ist, mit der Bedingung, dass diese eine ähnliche Rolle spielt, in dem sie mit einer Oberfläche versehen ist, auf der feste Partien angeordnet sind, die mit den Partikeln zusammentreffen werden und Freiräume, die das Passieren des Gasstromes ermöglichen. Um die Chargenverluste zu minimieren, wird die aus festen Partien gebildete Oberfläche normalerweise weniger als 50% des Gesamtquerschnitts der Leitung darstellen.
Mehrere Versuche langer Dauer sind mit einem Ölnebel durchgeführt worden. Aus diesen Versuchen hat man festgestellt, dass die Filter der Agglomerierungsvorrichtung und Partikelsammelelemente in der Präzipitationsvorrichtung mit Öl imprägniert waren. Der eingesetzte Durchsatz erhöhte sich auf 1000 m³ pro Stunde und die Luftstromgeschwindigkeit war sieben Meter pro Sekunde. Man hat eine sehr befriedigende Trennung der Öltröpfchen beobachtet sowie einen akzeptablen Chargenverlust von lediglich fünf Zentimetern Wassersäule.
Die Filter werden vorzugsweise vertikal orientiert sein, wobei der Gasstrom horizontal fließt. Hingegen sind die Bedingungen nicht streng und es ist möglich, davon abzuweichen, wobei es stets der Agglomerierungsvorrichtung ermöglicht wird effizient zu arbeiten. Die Neigung des Systems, welche das Fließen der gesammelten Partikel in die Falle 20 ermöglicht, wird keine vollständig horizontale Ausrichtung aufweisen und wie es unten angezeigt ist, kann der Neigungswinkel zum Beispiel um 15º vergrößert werden, wenn Festpartikel gesammelt werden müssen. Es würde normalerweise keinen Vorteil geben, die Ausrichtung des Fließens eines Gasstromes, welches im allgemeinen horizontal ist und jene der Filter, die im allgemeinen vertikal liegen, zu modifizieren.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen Details der Teile der Präzipitationsvorrichtung, Modifikationen bezüglich der in den oben genannten Patenten und Patentanmeldungen beschriebenen Konstruktionen. Die Theorie, auf der die Partikeltrennleistungsfähigkeiten basieren, liegt die bei der in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Variante im Wesentlichen in der gleichen wie jener in diesem Patent und diesen Anmeldungen angewandten.
In den Fig. 5 bis 8 ist die Präzipitationsvorrichtung 10 mit einer Hülle 21 ausgerüstet, die einen Tunnel bildet, der sich von einer Öffnung aus erstreckt, die den Gasstrom empfängt, der die Agglomerierungsvorrichtung verlässt oder direkt von einer Austrittsöffnung kommt, wenn die Verwendung einer Agglomerierungsvorrichtung nicht notwendig ist, aufgrund der relativ großen Größe der mitgezogenen Partikel, bis zu einem mit dem Ventilator (11) verbundenen Ausgang.
Um eine Beschreibung zu liefern, die so erschöpfend wie möglich ist, ist die Präzipitationsvorrichtung in den Fig. 5 bis 8 in Form einer Vorrichtung gezeigt, die zur Trennung von festen Partikeln ohne zugeordnete Agglomerierungsvorrichtung 13 vorgesehen ist. Das Grundprinzip der Konstruktion kann dennoch gleichermaßen auf die Trennung von flüssigen Partikeln angewandt werden, vorausgesetzt, man ordnet ihr ein geeignetes Flüssigkeitsgewinnungssystem zu wie Abzugskanäle und die Falle 20, in dem das in Fig. 5 bis 8 gezeigte Gewinnungssystem von Stäuben ersetzt wird.
Die Sammelelemente, die sich entlang der Hülle 21 erstrecken, weisen die Form gewellter Platten 22, vorzugsweise metallisch, auf. Die gewellten Platten 22 erstrecken sich nach dem oberen Teil der Hülle 21 bis in die Nähe des unteren Teils der Hülle, wobei so ein Freiraum gelassen wird, der es zwei gesammelten Stäuben ermöglicht, entlang einer Öffnung 30 und eines Spaltes 25 zu laufen, bevor er in ein Ablagerungssieb 26 eindringt. In der Fig. 5 ist einzig eine erste gewellte Platte 22 dargestellt worden, aus Gründen der Klarheit. Es wird in der Praxis eine Vielzahl solcher Platten geben, die nebeneinander angeordnet sind, zum Beispiel die drei in den Fig. 6 und 7 dargestellten, die entlang der Hülle 21 angeordnet sind und voneinander beabstandet sind, um Kanäle 23 zu bilden, die zum Durchgang des Gasstromes vorgesehen sind und zwischen anliegenden Platten und zwischen Platten und der Hülle angeordnet sind. Weil diese Ausführungsform der Erfindung darauf ausgerichtet ist, Stäube zu sammeln und weil die Stäube nicht so leicht wie eine Flüssigkeit fließen, weist die Hülle 21 eine größere Neigung, z. B. wenigens 15º im Verhältnis zur Horizontalen 29 auf und ist mit einem Vibrator 28 verbunden, der das Fließen der Stäube auf dem Boden hervorruft. Wenn die durch die gewellten Platten 22 gesammelten Stäube auf den Boden der Hülle 21 fallen, wird ein Teil unter ihnen die Tendenz haben, sich in den offenen Kanälen 23 zu zerstreuen, wenn er nicht zurückgehalten wurde und in den Gasstrom wieder mitgezogen würde. Um dies zu verhindern, sind die unteren Teile der Platten 22 in Kübeln 24 eingeschlossen. Am unteren Ende (Eintritt) der Hülle 21 zeigen diese Kübel 24 eine Öffnung 30, die mit einem Spalt 25 kommunizierend verbunden sind, welche sich entlang des Bodens der Hülle erstreckt und mit einem Sieb 26 (nicht in der Fig. 5 aus Gründen der Klarheit dargestellt) kommunizierend verbunden ist, dass die Rolle eines äußeren Sammlers spielt, der zur Gewinnung und zum Transport der Stäube vorgesehen ist. Bei der Verwendung einer Agglomerierungsvorrichtung kann diese letztere vorteilhaft in der gleichen Hülle 21 untergebracht sein oder in einer Hülle, die den gleichen Querschnitt wie die Hülle 21 aufweist, wie im Fall der Gewinnung eines Staubes, der in der Fig. 1 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Eingang der Agglomerierungsvorrichtung eher einen Spalt 25 als eine Abzugsöffnung der Stäube haben. Bei der Gewinnung von Stäuben ist auch ein Freiraum zwischen den Filtern und dem Boden der Agglomerierungsvorrichtung eingerichtet. Ein Deflektor 27 ist am oberen Ende (Ausgang) der Hülle 21 angeordnet, um den Gasstrom, der die Hülle auf einem über dem Boden liegenden Niveau zu verlassen hat, zuzuführen und daher, um jede Tendenz zum Wiedermitziehen der auf den Boden gefallenen Stäube zu minimieren.
Um das Wiedermitziehen der Staubpartikel, die von dem Gasstrom durch die gewellten Platten getrennt wurden, zu minimieren, aber welche nicht in die Kübel gefallen sind, müssen die Falten der Platten 22 verengt sein, d. h. Winkel mit kleinem Wert bilden. Anders ausgedrückt muss die Tiefe jeder Falte in Richtung d (Fig. 8) im Wesentlichen oberhalb der Schrittweite p liegen. Ein Verhältnis d/p in der Größenordnung von vier wird geeignet sein. Obwohl dieses Verhältnis in Abhängigkeit der Umstände modifiziert werden kann, wird es auf einem Wert gehalten, der wesentlich höher als einer ist, der zum Erhalten bestmöglicher Leistungsfähigkeiten dient.
Zusammenfassend sind die Leistungsfähigkeiten einer Präzipitationsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, flüssige oder feste Partikel in Suspension in einem Gasstrom zu trennen, verbessert, weil die feinen oder ultrafeinen Partikel, z. B. kleiner als ein Mikron (um) sind, indem der Gasstrom behandelt wird, und bevor er in die Präzipitationsvorrichtung eindringt, und zwar im Hinblick auf die Agglomerierung der Feinpartikel in Form von Partikeln eines größeren Umfangs. Dieses Ergebnis wird erhalten, indem man den Gasstrom aufeinanderfolgend entlang einer Reihe von Filtern passieren lässt. Bestimmte in dem Gasstrom mitgezogene Partikel werden auf die festen Partien jedes Filters auftreffen und im Laufe des Verfahren agglomerieren. Eine große Anzahl von agglomerierten Partikeln wird anschließend in dem Gasstrom wieder mitgezogen und läuft in die Präzipitationsvorrichtung. Da lediglich ein geringer Prozentteil der Partikel jeden Filter auftrifft, ist es im allgemeinen vorzuziehen, eine relativ hohe Anzahl von Filtern, z. B. wenigstens 30 zu verwenden. Eine perfektionierte Ausführungsform der Präzipitationsvorrichtung verwendet gewellte Platten, die Oberflächen bilden, auf denen sich die Partikel ansammeln.

Claims

1. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen, in Kombination umfassend:

(a) eine Vorrichtung zum Agglomerieren (13), dazu vorgesehen, einen turbulenten Gasstrom zu empfangen, welcher feine Partikel in Suspension enthält und den Strom zu evakuieren, in dem der größere Teil der Feinpartikel sich in Form von größeren Partikeln agglomeriert hat, und

(b) eine Vorrichtung zum Fällen (10), dazu vorgesehen, den die Vorrichtung zum Agglomerieren verlassenden Strom zu empfangen und die Partikel größeren Umfangs des Gasstromes zu trennen, die Vorrichtung zum Fällen, die darauf ausgerichtet ist, die in dem Gasstrom enthaltenen Partikel zu entfernen, umfasst wenigstens einen nicht blockierten Kanal, der darauf ausgerichtet ist, den ein turbulentes Fließen aufweisenden Strom zu befördern, und wobei sich eine Reihe von Objekten entlang wenigstens einer Seite jedes Kanals erstreckt, wobei die Objekte in Intervallen angeordnet sind, die in der Umlaufrichtung zusammengerückt sind, um untereinander Räume zu definieren, in denen die von jedem Kanal kommenden Strudel eindringen, was die Ansammlung von Partikeln auf der Oberfläche der Objekte nach der Abnahme der Strudel hervorruft, wobei die Objekte aus wenigstens einem gewellten Blatt bestehen, dessen Falten eine Tiefe über der Schrittweite zwischen den Falten aufweisen.

2. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Agglomerieren, die dazu vorgesehen ist, den Umfang der Feinpartikel in Suspension in einem turbulenten Gasstrom zu vergrößern, umfasst:

(a) eine mit einer Eingangsöffnung ausgerüstete Leitung, dazu vorgesehen, den Strom zu empfangen, und einen Ausgang (11B), auf die Evakuierung des Stromes ausgerichtet, und

(b) eine Reihe von Maschenstrukturen (15), die im wesentlichen parallel im Verhältnis zueinander angeordnet und entlang der Leitung zwischen der Öffnung und dem Ausgang beabstandet sind, wobei sich jeder Filter entlang der Leitung im allgemeinen in Querrichtung im Verhältnis zum Strom derart erstreckt, dass die Gesamtheit des Stroms im wesentlichen alle Filter aufeinanderfolgend durchquert,

(c) wobei jede Maschenstruktur feste Teile umfasst, die in der Leitung verteilt sind, um von einem Teil der Partikel aufgetroffen zu werden, und alle Löcher in der Leitung verteilt sind, um den freien Durchgang des Stromes zu ermöglichen.

3. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Maschenstrukturen (15) sich auf wenigstens 10 erhöht.

4. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl von Maschenstrukturen (15) auf wenigstens 30 erhöht.

5. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen gemäß einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Teile jeder Maschenstruktur (15) eine Oberfläche kleiner als der größere Teil des Abschnittes der Leitung besetzen.

6. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen gemäß einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Maschenstruktur (15) Fadenanordnungen (16) umfasst, die parallel und voneinander getrennt sind und sich transversal im Verhältnis zueinander erstrecken, um die Maschenstruktur zu bilden, wobei die Fäden die festen Teile bilden, und um Abstände zwischen den Fäden zu bilden, die die Löcher bilden.

7. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsverhältnis zwischen den Fäden (16) über die Dicke der Fäden annähernd zwischen 10 und 5 liegt.

8. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Maschenstruktur ein mit Löchern versehenes Blatt umfasst.

9. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung der Maschenstrukturen (15) im Verhältnis zueinander in der Fließrichtung des Stroms nicht unterhalb von etwa fünf Millimetern sein darf.

10. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenstrukturen aus einem kontinuierlich gemaschten Material bestehen, welches sich aufeinanderfolgend über im oberen Teil und im unteren Teil der Leitung angeordnete transversale Stangen erstreckt.

11. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe annähernd viermal über der Schrittweite liegt.

12. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der gewellten Blätter in im wesentlichen vertikaler Weise ausgerichtet ist, um es den an deren Oberfläche angesammelten Partikeln zu ermöglichen, in den Boden einer Hülle, welche das Blatt oder die Blätter enthält, zu fallen, und welche so den oder die Kanäle definiert.

13. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Hülle im Verhältnis zur Horizontalen geneigt ist, um das Fließen der auf die Oberfläche des gewellten Blattes oder der gewellten Blätter fallenden Partikel zu einem Ende des Bodens und dann in den äußeren Sammler zu begünstigen.

14. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel flüssig sind und der äußere Sammler eine Flüssigkeitsfalle umfasst.

15. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel fest sind und der äußere Sammler ein Sieb umfasst.

16. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Fällen einen Kübel umfasst, der sich entlang des Bodens der Hülle erstreckt und der die unteren Teile der gewellten Blätter einschließt, gemäß dem ein kleiner Freiraum zwischen den unteren Enden der gewellten Blätter und dem Boden der Hülle im Hinblick darauf eingerichtet ist, die festen auf die Oberfläche der Blätter gefallenen Partikel zu sammeln und sie unter die gewellten Blätter entlang einer in dem Kübel eingerichteten Öffnung zu leiten, um sie zu einem Spalt zur Entfernung der Partikel zu führen, der am Ende des Bodens der Hülle angeordnet ist.

17. Anordnung zum Agglomerieren und zum Fällen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Fällen einen Vibrator umfasst, der darauf ausgerichtet ist, den Übergang der festen Partikel zum äußeren Sammler zu begünstigen.

18. Verfahren zum Agglomerieren und zur Trennung von feinen Partikeln eines turbulenten Gasstromes, umfassend zuerst das Agglomerieren der Feinpartikel in Form von größeren Partikeln und die Trennung der größeren Partikel durch Fällen, wobei die Trennung der Partikel durch Durchgang des Gases beim turbulenten Fließen aus der Agglomerierung in wenigstens einem Kanal durchgeführt wird, der eine Reihe von Objekten umfasst, welche sich entlang wenigstens einer Seite jedes Kanals erstrecken, wobei die Objekte in Intervallen angeordnet sind, die in Fließrichtung zusammengerückt sind, um zwischeneinander Räume zu definieren, in denen Strudel aus jedem Kanal eindringen, was die Ansammlung der Partikel an der Oberfläche der Objekte nach der Abnahme der Strudel hervorruft, wobei die Objekte aus wenigstens einem gewellten Blatt bestehen, dessen Falten eine Tiefe oberhalb der Schrittweite zwischen den Falten aufweisen.

19. Verfahren zum Agglomerieren und zur Trennung von feinen Partikeln in Suspension in einem turbulenten Gasstrom (12) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe zum Agglomerieren darin besteht, den Gasstrom (12) aufeinanderfolgend entlang einer Reihe von Maschenstrukturen (15) in Hinblick darauf passieren zu lassen, einen Teil der Partikel dahin zu führen auf feste Teile (16; 16A) jeder der Maschenstrukturen aufzutreffen, damit sie sich Agglomerieren um größere Partikel zu bilden, wobei der Hauptteil der größeren Partikel in dem Strom (12) wieder mitgezogen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der größeren Partikel von den Maschenstrukturen fällt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strom aufeinanderfolgend entlang von wenigstens 10 Maschenstrukturen passieren lässt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strom aufeinanderfolgend entlang von wenigstens 30 Maschenstrukturen passieren lässt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strom mit den größeren, wieder mitgezogenen Partikeln in der Vorrichtung zum Fällen von Partikeln (10) passieren lässt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinpartikel aus einem Nebel bestehen.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinpartikel aus Stäuben, Dampf oder Rauch bestehen.