DEP0043204DA - Verfahren zum Entfernen von in Luft oder anderen Gasen schwebenden Staubteilchen in Flockenform - Google Patents

Description

Auf die in der Luft schwebenden Staubteilchen wirken die Schwerkraft, elektrische Kräfte, Wärmeströmungen und dergl. ein.

Die Wirkung dieser Kräfte hängt im Wesentlichen von der Grösse dieser Teilchen ab.

Die Schwerkraft ist umso grösser, je grösser die Staubteilchen sind. Dagegen wirkt die Brown'sche Strömung umso mehr, je kleiner die Staubteilchen sind. Ganz allgemein schlagen sich die Staubteilchen umso schwerer nieder, je feine sie sind. Nun bilden aber gerade die feinen Teilchen von 0,1 bis 5 Mikron (My) annähernd 80% der Luftverunreinigung in Bergwerken, Steinbrüchen oder dergl.

Aus Gesundheits- und Sicherheitsgründen hat man versucht, diese schwebenden Verunreinigungen in Form von Flocken auszufällen. Die bisher bekannte Zerstäubung einer Flüssigkeit durch Verdichten und Entspannen in einer Düse ergibt infolge der Wirbelströmung beim Austreten aus der Düse Tröpfchen mit einem Durchmesser von 100 Mikron (My) und darüber. Diese Tröpfchen sind zu gross und daher nur wenig wirksam.

Nach der Erfindung soll ein viel feinerer Nebel und zwar eine in äusserst feiner Verteilung in der Luft schwebende Flüssigkeit verwendet werden, wobei die Grösse der Flüssigkeitsteilchen möglichst der Grösse der Staubteilchen angenähert ist.

Den Gegenstand der Erfindung bildet somit ein Verfahren zur Ausfällung von in der Luft oder in anderen Gasen schwebenden festen Teilchen von 0,01 Mikron bis zu mehreren Millimetern in Flockenform. Das Neue besteht darin, dass die Ausfällung in Flockenform durch Zerstäuben einer stark benetzenden Flüssigkeit in die Luft in Form eines Feinstnebels hervorgerufen wird, dessen Tröpfchen annähernd die gleiche Grösse haben, wie die festen, schwebenden Staubteilchen von 0,1 bis 5 Mikron (My).

Die Zerstäubung kann durch Entspannung eines Gases unter gleichzeitiger Zuführung der Flüssigkeit, durch mechanische Zerstäubung der nicht verdichteten Flüssigkeit, durch Mischen der zu zerstäubenden Flüssigkeit mit einer Flüssigkeit, die sich durch Entspannen auf Atmosphärendruck leicht verdampfen lässt, oder durch ähnliche Methoden vorgenommen werden. Nach einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird ein sehr feiner Nebel mit einer elektrischen Ladung verwendet, deren Vorzeichen dem Vorzeichen der elektrischen Ladung der festen Teilchen entgegengesetzt ist. Die benutze Flüssigkeit hat eine starkbenetzende Wirkung, d.h. der Randwinkel dieser Flüssigkeit an den in Frage kommenden festen Körpern muss möglichst klein sein.

Die Vorrichtung zur Erzeugung des Feinstnebels wird so eingestellt, dass die Grösse der Nebelteilchen der der schwebenden Staubteilchen annähernd gleich ist.

Man erzielt dadurch die grösste Möglichkeit, dass die Flüssigkeitsteilchen mit den Staubteilchen gleicher Grösse zusammentreffen. Wird ein Nebel mit elektrisch geladenen Flüssigkeitsteilchen verwendet, deren Vorzeichen dem der festen Teilchen entgegengesetzt ist, so bewirkt das Neutralisieren der zusammengebrachten Teilchen die sofortige Flockenbildung. Solange sich nämlich diese Teilchen mit elektrischen Ladungen gleichen Vorzeichens gegenüberliegen, können sie sich infolge der abstossenden Kräfte nicht anziehen. Wird dagegen die elektrische Ladung der beiden Teilchen neutralisiert, so überwiegen die Kohäsionskräfte und fördern das Zusammenballen und Ausfällen der Teilchen. Es empfiehlt sich eine möglichst vollkommen benetzende Flüssigkeit anzuwenden, d.h. eine Flüssigkeit, deren Randwinkel möglichst nahe am Null liegt.

In der beigefügten Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung für Kohlenbergwerke dargestellt, die nachstehend näher beschrieben wird.

Fig. 1 ist eine Ansicht der Einrichtung,

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit in vergrössertem Masstab.

Ein Druckluftbehälter ist durch eine Leitung 1 über das Anschlusstück 2 mit einem Verbindungsrohr 3 verbunden. Der Druck der dem Verbindungsrohr zugeführten Luft kann mittels der Drosselvorrichtung 4 geregelt werden. Das Verbindungsrohr 3 versorgt eine zylindrische, kegelförmig zulaufende Kammer eines auswechselbaren Kopfes 5 mit Druckluft. Der Kopf 5 ist mit den Anschlussteilen 6 und 7 versehen. Der Behälter 8 enthält eine benetzende Flüssigkeit, in die ein Rohr 9 taucht, das in eine auswechselbare, in der zylindrischen, kegelförmig zulaufenden Kammer des abnehmbaren Kopfes 5 angeordnete Düse 10 ausläuft. In diese Düse 10 ist eine Röhre mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Zehntel Millimeter gebohrt. Sie läuft in eine dünne Spitze aus. An dem schmalen, die Spitze der Düse umgebenden, ringförmigen Raum strömen die Drucklufteilchen mit grosser Geschwindigkeit vorbei, wobei sie die Teilchen der benetzenden Flüssigkeit mitreissen und sich anschliessend in der Atmosphäre entspannen und die Flüssigkeitsteilchen zerstäuben. Ferner entsteht durch die intensive Reibung, die auf die Flüssigkeitsteilchen während des Durchströmens durch die spitz zulaufende, auswechselbare Düse 10 infolge der grossen Geschwindigkeiten ausgeübt wird, Reibungselektrizität, die die elektrische Aufladung der in die Atmosphäre geschleuderten Tröpfchen verursacht. Die Menge und die Zusammensetzung des Feinnebels wird vor jedem Ausströmen durch Einstellen des Druckes der die Flüssigkeit mitreissenden Luft geregelt dadurch, dass die Drosselvorrichtung 4 verstellt und dass in den Kopf 5 eine Düse 10 eingesetzt wird, deren Röhre von geeignetem einige Zehntel Millimeter grossem Durchmesser ist. Die gewünschte Art des Vorzeichens der elektrischen Ladung der den Feinstnebel bildenden Flüssigkeitsteilchen wird andererseits durch das Einsetzen einer Düse 10 aus geeignetem Material erreicht. Die wesentlichen Massangaben für eine derartige Einrichtung sind folgende:

Flüssigkeitsinhalt 2800 cm(exp)3

Durchmesser der Kapillar-Röhre 2/10 mm

Höhe 25 cm

Das Verfahren kann ohne weiteres dort angewendet werden, wo Druckluft- oder Druckgasleitungen vorhanden sind. Ein Schlauch von geeigneter Länge verbindet die Leitung 1 mit der Vorrichtung. Sie kann demnach durch einen Bedienungsmann dort aufgestellt werden, wo ihre Wirksamkeit voraussichtlich am grössten ist. Da die Vorrichtung leicht und handlich ist, kann sie in geeigneter Höhe aufgehängt und gerichtet werden. Dies geschieht mit Hilfe einer einstellbaren Kette, die druch fest am Behälter angebrachte Ringe geführt ist.

Die Menge des benetzenden Feinnebels kann 10 m(exp)3 in der Minute übersteigen. Die Zusammensetzung einer solchen Flüssigkeitszerstäubung ergibt folgende Durchschnittswerte:

Tröpfchen von annähernd 0,5 Mikron 10%

" " " 1 " 25%

" " " 5 " 35%

" " " 15 " 20%

" " " und mehr als

15 Mikron 10%

Der Wert grösster Häufigkeit kann natürlich in den Grenzen bis zu 5 Mikron schwanken. Jeder Art von Atmosphäre entspricht eine ihr angepasste Zusammensetzung des Nebels, die in der Praxis durch das Einstellen des Drosselventils und durch das Auswechseln der Düse erreicht werden kann. Da das Verfahren insbesondere durch den sehr fein zerstäubten, schwebenden Zustand des grössten Teiles der Tröpfchen gekennzeichnet ist, kann der Höchstwert der Teilchengrössen 100 Mikron nicht übersteigen, ohne dass die Wirksamkeit des Verfahrens stark herabgesetzt wird.

Durch geeignete Einstellung kann ein noch feinerer Nebel erzielt werden, dessen Tröpfchen kleiner als 0,5 Mikron sind. Dieses Verfahren ist für feste Teilchen bis annähernd 0,01 Mikron verwendbar, vorausgesetzt, dass dazu ein Nebel von annähernd gleicher Feinheit verfügbar ist.

Die grösseren Staubteilchen von mehr als 5 Mikron bis zu 1 Millimeter werden selbstverständlich ebenfalls benetzt. Ihre Ausfällung durch Flockenbildung ist wesentlich leichter als die kleinerer Teilchen.

Die Flüssigkeiten mit starker Benetzungswirkung, die einen sehr kleinen Randwinkel mit den festen Teilchen bilden, sind insbesondere folgende: - Sulfonate des Natriums, Naphtyl - Sulfonate, Amide sulfonierter Fettsäuren, Alkoholate der Sulforizinsäure, Natriumphospho - oder sulfoester höherer primärer oder sekundärer Alkohole.

Die Auswahl beschränkt sich jedoch allein auf die angeführten Benetzungsmittel.

Das beschriebene Verfahren gestattet es, die gesundheitlichen Verhältnisse in Bergwerken, Steinbrüchen und Industrieanlagen in denen in der Luft schwebende feine Staubteilchen vorkommen, zu verbessern. Es beseitigt auch die bei brennbaren Staubteilchen z.B. in Kohlenbergwerken bestehende Gefahr von Explosionen. Ferner werden die giftigen Stickdämpfe, die bei Sperrungen entstehen, infolge der sehr grossen Gesamt-Oberfläche des Feinhebels gelöst. Diese Absorption verbessert die gesundheitlichen Verhältnisse. Das Verfahren kann in Bergwerken und Steinbrüchen besonders leicht durchgeführt werden, da dort ohnedies Druckluftleitungen vorhanden sind.

Claims (4)

1.) Verfahren zum Entfernen von in Luft oder anderen Gasen schwebenden Staubteilchen in der Grössenordnung von 0,01 Mikron bis zu mehreren Millimetern in Flockenform dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfällen in Flockenform durch Zerstäuben einer stark benetzenden Flüssigkeit in die Luft in Form eines Feinsthebels, dessen elektrisch aufgeladene Tröpfchen den festen, in Flocken auszufallenden Teilchen der Grösse nach annähernd gleich sind, erzwungen wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit ein sulfoniertes Derivat von Alkylen oder Arylen verwendet wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubung durch Entspannen eines verdichteten Gases unter Zuführung einer stark benetzenden Flüssigkeit und die elektrische Aufladung der den Feinstnebel bildenden Tröpfchen durch Reibung der benetzenden Flüssigkeit an den Innenflächen der Flüssigkeits-Zuführungsleitung erreicht werden.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Feinstnebels durch Einstellen einer von Hand betätigten, in die Zuführungsleitung für das Druckgas eingebauten Drosselvorrichtung (4) und durch die Wahl einer Zuführungsdüse (10) für die stark benetzende Flüssigkeit mit einer Röhre von geeignetem, einige Zehntel Millimeter grossem Durchmesser und die elektrische Aufladung der den Feinstnebel bildenden Tröpfchen durch die Wahl einer Düse aus geeignetem Material geregelt werden.