NO136024B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for å tilveiebringe kontakt mellom fluida, omfattende en gjennomstrømnings-hylse med et inntak for uren gass i den ene ende og et uttak for ren gass i den motsatte ende, som avgrenser en gassgjennomgang derimellom, en rist for å holde tilbake elementer, idet risten er anordnet på tvers av en ytterkant av gjennomgangen, og et an-

tall gass-kontaktelementer som er løst anordnet over den tilbakeholdende rist, hvor kontaktelementene omfatter polymert skum-harpiksmateriale med lukkede celler som har en densitet i omrao det 0,16 - 0,32 g/cm 3, en kompresjonsfasthet i området på

omkring 0,07 - 0,56 kg/cm 2, og en energiabsorbsjonskoeffisient, uttrykt som prosent statisk tilbakestøt, i området 30 til 75 %,

og hvor elementene er avpasset til å beveges i kontaktsonen og rotere rundt deres akse.som en følge av en gasstrøm som kommer inn gjennom inntaket for uren gass og føres gjennom den tilbakeholdende rist.

Tidligere kjente apparater av den innledningsvis nevn-

te type har den ulempe at kontaktelementene relativt hurtig sli-

tes ned som følge av deres innbyrdes kontakt samt kontakt mot veggene i apparatet til tross for at en har forsøkt å forbedre elementenes slitasjemotstandsevne.

Det nye og særegne ved apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse er at kontaktelementene på overflaten av det poly-

merte skunv-harpiksmaterialet har en belegning av uskummet poly-

mert materiale.

Derved oppnår man en vesentlig forlenget effektiv

levetid for kontaktelementene sammenlignet med elementene i tidligere kjente apparater av ovennevnte type, f.eks. slike appara-

ter med kontaktelementer av skum-polystyren og apparater hvor elementene er i form av tynnveggede hule kuler.

De overlegne slitasjeegenskaper til kontaktelementene ifølge oppfinnelsen vil fremgå av de nedenfor beskrevne testprøver.

De foretrukne polymere harpiksmaterialer for fremstilling av kontaktelementet i henhold til denne oppfinnelse, blir definert ved forskjellige fysikalske egenskaper. Det ble anvendt flere test-metoder for å definere disse egenskaper og vurdere forskjellige materialer for å bestemme hvor egnet hvert av dem var som kontaktelement i et bevegelig sjikt. I det følgende er det en oversikt over hver av de anvendte test-metoder. De vurderte materialer innbefatter spesielt hule propylenkuler, vinylskumkuler med lukkede celler, både belagte og ubelagte, og polypropylenskum-kuler med lukkede celler. Test-prosessene var følgende: (a) Kompresjonsfasthet - Prøvestykker tatt fra kontaktelementer ble undersøkt med hensyn til kompresjonsfasthet ved å måle belastningen som var nødvendig for å bøye dem ned 25 %. Basisprosessen som ble fulgt ved bestemmelsen av kompresjonsfast-heten, er angitt i ASTM D-1667-64. Testprøvestykkene ble fremstilt i samsvar med denne ASTM-metode. Prøvestykkene blir først anbragt

under en flat inntrengningsfot. Det blir så satt belastninger på en egnet plattform festet til nevnte inntrengningsfot, og den be-lastning som er nødvendig for å bøye ned prøvestykkene til 25 % av deres opprinnelige høyde, blir notert. Apparatet som ble anvendt til denne test, besto av en flat inntrengningsfot på 12,7 mm i diameter festet til en stang med en diameter på 31,75 mm og en lengde'på 355,6 mm, hvilken stang i sin motsatte ende hadde en flat skive med et areal på 15,24 mm ganger 15,24 mm og en tykkelse på 14 gauge. Inntrengningsfot-seksjonen ble anbragt og holdt i vertikal stilling med en fast bærearm som har en med karbon fylt bronseforing med tilstrekkelig innvendig diameter til å inneslutte stangen for å nedsette friksjonen under testen til et minimum. Den på toppen av røret festede flate skive ble således holdt i et horisontalt plan, og ble anvendt som en plattform for å bære de kjente belastninger som ble anvendt for å presse sammen test-prøve-stykkene. Alle beslatninger ble sentrert over forbindelsesstangen for å redusere friksjonseffektene under testen til et minimum.

(b) Måling av pore-størrelse - Målinger av porestør-relser ble utført på skummaterialer med lukkede celler som ble vur-dert som kontaktelementer med bevegelig sjikt. Test-prøvestykker

for målinger av porestørrelser ble erholdt fra formete kuleformige kontaktelementer ved først å fryse kulene og så skjære et sirkulært tverrsnitt på tilnærmet 1,587 mm til 3|175 mm i tykkelse, gjennom kulens senter. Disse prøvestykker ble anbragt på hyllen av et binokulart mikroskop og ble betraktet med 35 gangers forstørrelse gjennom en Filar mikrometer-brille. Prøvene ble normalt belyst av en lyskilde anbragt over hyllen og rettet mot hyllen. Ved alternativene ble noen av prøvene belyst ved å an-bringe lyskilden under hyllen og rette lys mot prøven. Målinger av- porestørrelsen ble utført ved å måle de maksimale og minimale dimensjoner for en representativ prøve av porene. Målinger ble utført på valgte porer langs en diameter av det sirkulære tverrsnitt til de kuleformete kontaktelement-prøvestykker. (c) Densitet-måling - Densiteten til kontaktelementene ble bestemt ved å måle diameteren til et kontaktelement og bestemme vekten til samme kontaktelement. Det ble utført densitetsmålinger på en prøve av ti kontaktelementer for hvert foreslått frem-stillingsmateriale. Diameter-målingene ble utført med et mikrometer med en nøyaktighet på pluss eller minus 0,00254 mm. Vekten av kontaktelementene ble målt på en gramvekt med en nøyaktighet på pluss eller minus 0,001 gram. Angitte densitetsmålinger er basert på gjennomsnittlig vekt og diameter for hver type kontaktelement . (d) Akselererte tørr-slitasje-tester - Hvert kontaktelement ble utsatt for slitasjeprøve under tørre omgivelser. Formålet med denne test er å bestemme den relative slitasjehastighet til kontaktelementer fremstilt fra forskjellige polymere harpiksmaterialer under like testforhold. Anordningen for den akselererte tørr-slitasje-test besto- av en sylinder som var 3^1 mm i diameter og 381 mm høy og montert på et konisk underlag. På innsiden av den lavere del av sylinderen var det installert en motordrevet roterende basisplate. Basisplaten roterte med en konstant hastig-het på 90 omdreininger pr. minutt. Denne basisplate besto av et viftehjul som var montert med oppstrømssiden beliggende på bunnen, sett i dens horisontale stilling. Oppstrømssiden var i strømnings-kommunikasjon med en Buffalo Forge vifte, modell 3RE» forsynt med hjul WI64 beliggende under sylinderen. Det ble innført luft i innløpet til Buffalo Forge viften, og luften ble ført ut og inn i innløpet til viftehjul-basisplaten og så ført ut radialt på innsiden av sylinderen rundt periferien av viftehjulet. Toppenden av den vertikalt monterte sylinder var dekket med et ekspandert plast-ark med et åpent areal større enn 80$ for å føre ut luft men holde tilbake det kuleformige pakkemateriale innen test-enheten. Den innvendige omkrets til sylinderen og toppsiden av den roterende basisplate ble dekket med korn av slipende alumin-iumoksyd-blad 220-J. Disse slipende blad ble skiftet ut før test-ingen av hver ny prøve av kontaktelementene. Den totale tid som kontaktelementene ble utsatt for disse akselererte slitasjeforhold,

ble nedtegnet med et elektrisk stoppeur som fikk energi bare når driftsmotoren til den roterende basisplate var i virksomhet.

(e) Slitasje-tester ved prototyp av gassvasker med bevegelig sjikt - Formålet med denne test var å bestemme den effektive levetid til kontaktelementer når de ble utsatt for antesi-perte driftsforhold til en gassvasker med bevegelig sjikt. Den anvendte gassvasker var lik gassvasker-anordningen beskrevet og beskyttet i U.S. patent nr. 3 810 348, med oppfinnere

Thomas W. Byers, Francis E. Dahlem, Roy D. Ireland, Jr. og Mohiuddin Pasha. Luft ved omgivelsenes temperatur ble ført oppover gjennom gassvaskeren og fluidiserte sjiktet i kontaktelementene. Etter som de enkelte elementer beveget seg oppover gjennom gassvaskingssonen, kom de i kontakt med små dråper av en oppslem-ning sammensatt av 4$ rykende aske, 6fo gips og 90$ vann. Disse små.dråper ble sprøytet inn i den motstrømmende luftstøm med en vinkel på 45° ?ra vertikalen. Forholdet mellom strømningshastig-heten til oppslemningen og strømningshastigheten til luftstrømmen ble holdt vesentlig konstant gjennom hele test-perioden. Den faktiske slitasje av kontaktelementene ble bestemt over en utstrakt tidsperiode. Omfanget av slitasjen som ble funnet på kontaktelementene ble bestemt ved å måle diameteren på et representativt antall med kuleformete kontaktelementer som ble tatt ut fra sjikt-ene som ble testet. En minsking i den gjennomsnittlige diameter til de kuleformete kontaktelementer, ble anvendt til å beregne reduksjonen i overflateareal i løpet av test-perioden. Diameter-målingene ble utført med et mikrometer med en nøyaktighet på

<*> 0,00254 mm. Resultatene av disse slitasjetester ble bragt i samsvar med resultatene fra de akselererte slitasjetester beskrevet ovenfor. Disse data viser at.en time med akselerert slitasje-levetid er ekvivalent med ti timers slitasje i gassvasker. (f) Energiabsorpsjonstester - Testene ble utført på forskjellige skummaterialer med lukkede celler for å bestemme deres energiabsorbsjonsegenskaper. Det ble utført en statisk test i samsvar med prosesser som er detaljert beskrevet i militær spesifikasjon MIL-P-12140B fra United States Department of Def-ence. Testen besto hovedsakelig i å la en stålkule med kjent vekt falle ned på et flatt ark av materialet som skal testes.

En kinetisk test ble utført med de formete kuler eller kontaktelementer av de forskjellige materialer. Den kinetiske test besto av å la de formete kontaktelementer falle fra en fast høyde og ned på en kjent fast overflate, og så måle høyde på tilbakestøtet for hver prøve. De formete kuler som ble anvendt ved disse tester, var nominelt kontaktelementer med en diameter på 44*45 mm. De nominelle densiteter til de testede materialer, er angitt i over-siktstabell IV.

De følgende tabeller gir en oppsummering over data fra de forskjellige tidligere beskrevne tester.

Målingen av porestørrelse på de respektive prøver ble utført i samsvar med tidligere beskrevne testprosesser for måling av pore-størrelser. Følgende resultater ble anført i tabell II.

Bemerkninger: Tynt skall - større sjikt av celler under skall,

svært små celler i sentrum.

Bemerkninger: Små forlengede porer nærmest skallet, Store uregel-messig formede celler i nærmestliggende sjikt - midten hadde celler med jevn størrelse og form.

S 138,9xlO~6 cm 56,1-286,3xlO"<6> cm 69,3xlO~<6> cm Bemerkninger: Jevnt ytre skall og nærmest tynt sjikt av ørsmå

celler - dernest svært store celler, midten hadde mindre celler enn omgivelsene.

VS <1>79,98xlO"<6> cm 62,5-37I,3xlO"<6> cm 76,4xlO~<6> cm Bemerkninger: Tynt skall - tykt sjikt med ørsmå celler - så store

celler som utgjør resten av tverrsnittet.

Densiteten til kontaktelementene ble bestemt i samsvar med de tidligere beskrevne densitetstester. Resultatene ble anført i tabell III.

For ytterligere å definere egenskapene til de oppskummede polymere harpiksmaterialer med lukkede celler som er egnet alene som kontaktelementer eller som indre grunnstrukturer belagt med polypro-

pylen eller andre materialer for kontaktelementer, ble det utført energiabsorpsjonstester i samsvar med de tidligere beskrevne testprosesser. Resultatene av slike energiabsorpsjonstester er vist i den følgende tabell IV.

Slitasjemotstanden til forskjellige skum-kontaktelementer med lukkede celler, både belagte og ubelagte, er vist grafisk i figur 1. Det ble bestemt at en driftstime i tørrtest-apparatet er ekvivalent til 10 driftstimer i en gassvasker med bevegelig sjikt under vanlige driftsforhold. På den basis skal det bemerkes at forskjellige polymere skumharpiksmaterialer anvendt som kontaktelementer og testet med de akselererte tørrslitasjetester, ikke imøtekom målet på 8.000 timers kontinuerlig ytelse med mindre enn 45$ minsking i overflateaireal og mindre enn omkring 25$ minsking i diameter. De hule polypropylen-kuler syntes å imøtekomme kravene. Etter 400 timers drift ble imidlertid deres sidevegger så tynne at de begynte å ødelegges ved ytterligere testing. De ble således utelukket som egnede kontaktelementer. De mest egnede kontaktelementer var sammensatt av cellekuler av skum-polyvinylklorid (PVC) av VS-materiale med en belegning på 0,254 mm av ikke-opp-skummet PVC. Kontaktelementene hadde en planlagt levetid som lett ville imøtekomme kravet til 8.000 timers kontinuerlig drift. De nest foretrukne kontaktelementer omfatter skum-PVC-kuler med lukkede celler av VS-materiale med et skall som stammer fra form-ingen av kulene. Skallet hadde en tykkelse i området mellom 0,0508 og 0,508 mm. De tredje mest foretrukne kontaktelementer ble fremstilt fra skum-PVC-kuler med lukkede celler av M- og S-materiale. De gjenværende oppskummede polymere harpiksmaterialer med lukkede celler, ble avvist som levedyktige kandidater for fremstilling av kontaktelementer i en gassvasker med bevegelig sjikt.

Fra iakttagelser av de i den medfølgende tegning angitte data, var det så mulig å henvise til tabellene over fysikalske egenskaper til de forskjellige kontaktelementer som er omtalt i denne beskrivelse, i tabellene I til IV, og definere akseptable polymere harpiksaktige skum-materialer uttrykt med de områder av deres fysikalske egenskaper som vil være egnet for fremstilling av kontaktelementer. Resultatet var at det ble bestemt at de polymere harpiksaktige materialer bør ha lukkede celler og ha en densitet i området mellom omkring 0,16 og omkring 0,32 g/cm-L Videre en kompresonsfasthet i området mellom omkring 0,07 og 0,56 kg/cm , en slitasjemotstand som er større enn 8.000 timer, basert på en akseptabel minsking i overflateareal på omkring 45$» og en energiabsorpsjonskoeffisient, uttrykt som prosent statisk tilbake-støt, i området mellom omkring 30 og omkring 75$, ifølge MIL-P-12420B. Det synes videre fordelaktig at den gjennomsnittlige pore-størrelse til skummaterialet er mindre enn omkring 228,6x10"^ cm, og videre synes det fordelaktig at det er noen porer i området 50,8-76,2x10"^ cm tilstede i mat erialet.

Det er viktig å bemerke at årsaken til at skum-materialet eller matrisestrukturen er av typen med lukkede celler i motsetning til av typen med åpne celler, er at hver av cellene i skum-struk-turen bør være lukket eller fullført slik at væsken ikke kan trenge inn i og gjennom kontaktelementene. En slik gjehnomtrenging er uønsket siden kontaktelementene snart ville bli mettet og således få en densitet som ligger utenfor* densitetsområdet for den mest effektive drift. På den annen side,/hindrer den lukkede celle-struktur absorpsjon av væske og hindrer således enhver merkbar forandring i densiteten, siden selv under de verste forhold vil bare det ytre sjikt av lukkede celler bli skrubbet og celleveggene brutt, for å bestemme en øket ytre celleoverflate, men ikke tillate gjennomtrenging av væske. Dersom det blir anvendt materialer slik som polyuretanskum, som er kjent for å ha skum med åpne celler, ville,den absorberte væske inneholdt deri, hindre kontaktelementene fra å bli skjøvet oppover ved de gass-strømshastigheter som man vanligvis møter. Selv om man således unngår unødvendig slitasje på kontaktelementene, er virkningen av kontakt med bevegelig sjikt ikke oppnådd.

Det er videre viktig å bemerke at de best mulige kontaktelement innbefatter anvendelse av et polymert harpiksaktig skum-materiale med lukkede celler som er belagt med ikke-skummet polypropylen i en tykkelse av tilnærmet 0,254 mm. Fra de informasjoner som fremgår av figur 1, synes hule polypropylen-kuler å være akseptable under de første driftstimer. Men vanskeligheten oppstår ved at sideveggene i de hule kuler ved kontinuerlig drift blir så tynne at kontaktelementene utvikler hull i deres sidevegger, og væske fra gassvaskeren kan således komme inn og fylle kontaktelementene og således gi en densitet som langt overskrider den akseptable densitet og forårsake at elementene faller til bunnen av gassvaskeren og slutter å virke på en effektiv måte. Den løsning.å tilveiebringe tykkere sidevegger i de hule polypropylen-kuler er uaksept-abel på grunn av at de hule kuler til å begynne med vil ha en densitet som ligger utenfor det akseptable området. Kulene vil således ikke danne et bevegelig sjikt ved oppstartingen. Det polymere skum-materiale med lukkede celler er fordelaktig belagt med et 0,251 mm tykt lag av polypropylen for å oppnå fordeler av både seigheten til polypropylen og energiabsorpsjonskapasiteten til skum-materialet med lukkede celler. Resultatet er et forbausende slitasjemotstandsdyktig kontaktelement for anvendelse i gassvaskere med bevegelig sjikt. Selv om de eksakte årsaker til egenskapene til et slikt gassvasker-kontaktelement med bevegelig sjikt som slites langsomt, ikke fullt ut forståes, så går teorien ut på,

uten å være ment som noen begrensning av omfanget for foreliggende oppfinnelse på noen måte, at det seige polypropylen-ska11 motstår hakk, risping og skrubbing, og likevel overfører energi fra dens ytre overflate til skum-materialet med lukkede celler på innsiden,

hvilket skum-materiale danner en matrise av cellevegger, og på

sin side vibrerer hver av disse og absorberer og sprer den således overførte energi. Således blir kinetisk energi som blir gitt til et kontaktelement som en virkning av dets skrubbing mot et lignende kontaktelement eller mot sideveggene i kontaktsonen, spredd gjennom vibrerende bevegelse av de indre lukkede cellevegger. Således virker det polymere harpiksaktige skum-materiale med lukkede celler som en energi-gjemmer, slik at sådan kinetisk energi blir spredd i form av vibrerende bevegelse i stedet for i form av avbygning (dvs. nedbrytning av celleveggene på den ytre overflate av kontaktelementet).

Selv om polypropylen er det mest foretrukne belegningsmateriale, kan det også anvendes andre polymere harpiksaktige materialer til å belegge polymere harpiksaktige skum-kjerner med lukkede celler. Det er for eksempel akseptabelt å begynne med en kuleformet kjerne av polyvinylklorid-skum med lukkede celler og belegge den med et sjikt av harpiksaktig polyvinylklorid med en tykkelse i området mellom omkring 0,0508 og omkring 5»08 mm, for å danne et kontaktelement. Et slikt kontaktelement må selvsagt ha fysikalske egenskaper med hensyn til densitet, kompresjonsfasthet, slitasjemotstand og energiabsorpsjonskoeffisient som er innen de områder som er angitt ovenfor som kritiske for å være akseptabel som kontaktelement i en gassvasker med bevegelig sjikt. Andre polymere harpiksaktige materialer som kan anvendes som belegnings-materialer, innbefatter polyetylen (både med høy densitet og lav densitet), polyamider, polyestere,; polystyren, de forskjellige polybutadiener og kopolymerer av to eller flere av de ovennevnte. På samme måte innbefatter polymere harpiksaktige materialer som

er egnet for anvendelse som kontaktelement, enten belagt eller ubelagt, polyetylen (både med høy densitet og med lav densitet), polyamider, polyestere, polystyren, polyvinylklorid, de forskjellige polybutadiener og kopolymerer av hvilke som helst av to eller flere av de ovennevnte.

Det kan videre være mulig å benytte et indre kjernemateri-ale av et polymert harpiksmateriale med åpne celler, så som poly-uretan-skum, forutsatt at kontaktelementene har de fysikalske egenskaper som ovenfor er beskrevet som kritiske, og dessuten forutsatt at kontaktelementene ikke holdes i drift i kontaktapparatet i en så lang tidsperiode at den ytre belegning fullstendig slites vekk, siden kontaktelementene da, som tidligere forklart, ville absorbere fluidum og få en densitet som ville være for høy til at de kunne skyves opp og virke som en del av et bevegelig sjikt. Belegningsmaterialet kan i noen tilfeller være forskjellige fra polymere harpiksaktige materialer og gassvaskere. Det kan for eksempel være ønskelig å anvende et spesielt inert polymert harpiksaktig materiale, så som teflon, under visse omstendig-heter, som belegningsmateriale for kontaktelementene.

Claims (5)

1. Apparat for å tilveiebringe kontakt mellom fluida, omfattende en gjennomstrømningshylse med et inntak for uren gass i den ene ende og et uttak for ren gass i den motsatte ende, som avgrenser en gassgjennomgang derimellom, en rist for å holde tilbake elementer, idet risten er anordnet på tvers av en ytterkant av gjennomgangen, og et antall gass-kontaktelementer som er løst anordnet over den tilbakeholdende rist, hvor kontaktelementene omfatter polymert skum-harpiksmateriale med lukkede celler som har en densitet i området 0,16 - 0,32 g/cm , en kompresjonsfasthet i området på o omkring 0,07 - 0,56 kg/cm 2, og en energiabsorbsjonskoeffisient, uttrykt som prosent statisk tilbakestøt, i området 30 til 75 %, og hvor elementene er avpasset til å beveges i kontaktsonen og rotere rundt deres akse som en følge av en gasstrøm som kommer inn gjennom inntaket for uren gass og føres gjennom den tilbakeholdende rist, karakterisert ved at kontaktelementene på overflaten av det polymerte skum-harpiksmaterialet har en belegning av uskummet polymert materiale.

2. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert ved at kontaktelementet har en belegning av et ikke-oppskummet polymert harpiksaktig materiale med en tykkelse på mellom 0,0508 og 5,08 mm på overflaten, hvor det polymere skum-materiale danner en indre matrise-struktur av lukkede celler.

3. Apparat i henhold til krav 2, karakterisert ved at belegningen omfatter polyvinylklorid.

4. Apparat i henhold til krav 2, karakterisert ved at belegningen omfatter polypropylen.

5. Apparat i henhold til krav 4, karakterisert ved at polypropylen-belegningen er omkring 0,254 mm tykk.