DEP0043204DA

DEP0043204DA - Process for removing flaky dust particles suspended in air or other gases

Info

Publication number: DEP0043204DA
Authority: DE
Inventors: Raymond Douai Boucher
Original assignee: Etablissement Public: Houillères du Bassin du Nord et du Pas-de-Calais, Douai
Publication date: 1951-02-01

Description

Auf die in der Luft schwebenden Staubteilchen wirken die Schwerkraft, elektrische Kräfte, Wärmeströmungen und dergl. ein.Gravity, electrical forces, heat currents and the like act on the dust particles floating in the air.

Die Wirkung dieser Kräfte hängt im Wesentlichen von der Grösse dieser Teilchen ab.The effect of these forces essentially depends on the size of these particles.

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.The larger the dust particles, the greater the force of gravity. On the other hand, the Brownian flow acts all the more, the smaller the dust particles are. In general, the fine the dust particles are, the more difficult it is to deposit. But it is precisely the fine particles of 0.1 to 5 microns (My) that make up approximately 80% of the air pollution in mines, quarries or the like.

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.For health and safety reasons, attempts have been made to precipitate these floating impurities in the form of flakes. The previously known atomization of a liquid by compression and relaxation in a nozzle results in droplets with a diameter of 100 microns (My) and more as a result of the eddy flow when exiting the nozzle. These droplets are too large and therefore not very effective.

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.According to the invention, a much finer mist, namely a liquid floating in extremely fine distribution in the air, is to be used, the size of the liquid particles being as close as possible to the size of the dust particles.

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).The subject matter of the invention is thus a method for the precipitation of solid particles suspended in the air or in other gases from 0.01 microns to several millimeters in flake form. The novelty is that the precipitation in flake form is caused by the atomization of a strongly wetting liquid into the air in the form of a fine mist, the droplets of which are approximately the same size as the solid, floating dust particles from 0.1 to 5 microns (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.The atomization can be carried out by expanding a gas with simultaneous supply of the liquid, by mechanical atomization of the non-compressed liquid, by mixing the liquid to be atomized with a liquid that can easily be evaporated by decompression to atmospheric pressure, or by similar methods. According to a preferred method of the invention, a very fine mist is used with an electrical charge, the sign of which is opposite to the sign of the electrical charge of the solid particles. The liquid used has a strong wetting effect, i.e. the contact angle of this liquid on the solid bodies in question must be as small as possible.

Die Vorrichtung zur Erzeugung des Feinstnebels wird so eingestellt, dass die Grösse der Nebelteilchen der der schwebenden Staubteilchen annähernd gleich ist.The device for generating the fine mist is set so that the size of the mist particles is approximately the same as that of the floating dust particles.

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.This provides the greatest possibility that the liquid particles will meet the dust particles of the same size. If a mist with electrically charged liquid particles is used, the sign of which is opposite to that of the solid particles, the neutralization of the particles brought together causes the immediate formation of flakes. As long as these particles with electrical charges of the same sign are facing each other, they cannot attract each other as a result of the repulsive forces. If, on the other hand, the electrical charge of the two particles is neutralized, the cohesive forces predominate and promote the agglomeration and precipitation of the particles. It is advisable to use a liquid that is as completely wetting as possible, i.e. a liquid whose contact angle is as close as possible to zero.

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.In the accompanying drawing, a preferred embodiment of a device for carrying out the method according to the invention for coal mines is shown, which is described in more detail below.

Fig. 1 ist eine Ansicht der Einrichtung,Fig. 1 is a view of the device,

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit in vergrössertem Masstab.Fig. 2 shows a detail on an enlarged scale.

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:A compressed air tank is connected to a connecting pipe 3 by a line 1 via the connection piece 2. The pressure of the air supplied to the connecting pipe can be regulated by means of the throttle device 4. The connecting pipe 3 supplies a cylindrical, conically tapering chamber of an exchangeable head 5 with compressed air. The head 5 is provided with the connection parts 6 and 7. The container 8 contains a wetting liquid into which a tube 9 is immersed, which tube runs out into an exchangeable nozzle 10 arranged in the cylindrical, conically tapering chamber of the removable head 5. A tube with a diameter of the order of a few tenths of a millimeter is drilled into this nozzle 10. It runs out into a thin point. The compressed air particles flow past the narrow, annular space surrounding the tip of the nozzle at high speed, entraining the particles of the wetting liquid and then relaxing in the atmosphere and atomizing the liquid particles. Furthermore, the intense friction exerted on the liquid particles as they flow through the tapered, exchangeable nozzle 10 as a result of the high speeds, creates static electricity, which causes the electrical charging of the droplets ejected into the atmosphere. The amount and the composition of the fine mist is regulated before each outflow by adjusting the pressure of the air entraining the liquid, adjusting the throttle device 4 and inserting a nozzle 10 into the head 5, the tube of which is suitable a few tenths of a millimeter in diameter . On the other hand, the desired type of sign of the electrical charge of the liquid particles forming the fine mist is achieved by using a nozzle 10 made of a suitable material. The essential dimensions for such a facility are the following:

Flüssigkeitsinhalt 2800 cm(exp)3Liquid content 2800 cm (exp) 3

Durchmesser der Kapillar-Röhre 2/10 mmDiameter of the capillary tube 2/10 mm

Höhe 25 cmHeight 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.The method can easily be used where compressed air or compressed gas lines are available. A hose of suitable length connects the line 1 to the device. It can therefore be set up by an operator where it is likely to be most effective. Since the device is light and handy, it can be hung and straightened at a suitable height. This is done with the help of an adjustable chain that is guided through rings that are firmly attached to the container.

Die Menge des benetzenden Feinnebels kann 10 m(exp)3 in der Minute übersteigen. Die Zusammensetzung einer solchen Flüssigkeitszerstäubung ergibt folgende Durchschnittswerte:The amount of the wetting fine mist can exceed 10 m (exp) 3 per minute. The composition of such a liquid atomization gives the following average values:

Tröpfchen von annähernd 0,5 Mikron 10%Droplets of approximately 0.5 microns 10%

" " " 1 " 25%"" "1" 25%

" " " 5 " 35%"" "5" 35%

" " " 15 " 20%"" "15" 20%

" " " und mehr als"" "and more than

15 Mikron 10%15 microns 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.The value of the greatest frequency can of course fluctuate within the limits of up to 5 microns. Each type of atmosphere has an adapted composition of the mist, which can be achieved in practice by adjusting the throttle valve and by changing the nozzle. Since the method is characterized in particular by the very finely atomized, floating state of the majority of the droplets, the maximum value of the particle sizes cannot exceed 100 microns without the effectiveness of the method being greatly reduced.

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.With a suitable setting, an even finer mist can be achieved, the droplets of which are smaller than 0.5 microns. This method can be used for solid particles down to approximately 0.01 microns provided a mist of approximately the same fineness is available.

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.The larger dust particles of more than 5 microns up to 1 millimeter are of course also wetted. Their precipitation through the formation of flakes is much easier than the smaller particles.

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.The liquids with a strong wetting effect, which form a very small contact angle with the solid particles, are in particular the following: - Sodium sulphonates, naphthyl sulphonates, amides of sulphonated fatty acids, alcoholates of sulforic acid, sodium phosphoesters or sulphoesters of higher primary or secondary alcohols.

Die Auswahl beschränkt sich jedoch allein auf die angeführten Benetzungsmittel.However, the selection is limited to the wetting agents listed.

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.The method described makes it possible to improve the health conditions in mines, quarries and industrial plants in which fine dust particles floating in the air occur. It also eliminates the danger of explosions that exist with combustible dust particles, e.g. in coal mines. In addition, the poisonous nitrogen vapors that arise when the locks are closed are released due to the very large total surface of the fine lever. This absorption improves the health situation. The method can be carried out particularly easily in mines and quarries, since compressed air lines are available there anyway.

Claims

1.) A method for removing dust particles suspended in air or other gases in the order of magnitude of 0.01 microns up to several millimeters in flake form, characterized in that the precipitation in flake form by atomizing a strongly wetting liquid into the air in the form of a fine lever, whose electrically charged droplets are approximately the same size as the solid particles to be precipitated in flakes.

2.) The method according to claim 1, characterized in that a sulfonated derivative of alkylene or arylene is used as the liquid.

3.) The method according to claim 1, characterized in that the atomization is achieved by releasing a compressed gas while supplying a strongly wetting liquid and the electrical charging of the droplets forming the fine mist are achieved by friction of the wetting liquid on the inner surfaces of the liquid supply line.

4.) Method according to claims 1 and 3, characterized in that the generation of the fine mist by setting a manually operated, built into the supply line for the compressed gas throttle device (4) and by choosing a feed nozzle (10) for the strongly wetting liquid with a suitable tube a few tenths of a millimeter in diameter and the electrical charge of the droplets forming the fine mist can be regulated by choosing a nozzle made of a suitable material.