WO1995023017A1

WO1995023017A1 - Vorrichtung zum abscheiden von flüssigkeitstropfen aus einer gasförmigen strömung

Info

Publication number: WO1995023017A1
Application number: PCT/EP1995/000049
Authority: WO
Inventors: Max Zimmermann
Original assignee: Max Zimmermann
Priority date: 1994-02-26
Filing date: 1995-01-06
Publication date: 1995-08-31
Also published as: DE4406308C1; PL316021A1; EP0746401A1; KR970701090A; CZ231696A3

Abstract

Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus einer gasförmigen Strömung. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art bilden die nach dem Trägheitsprinzip ausgeschiedenen Tropfen auf der Kanalwand einen Flüssigkeitsfilm, der bei vertikal angeströmten Tropfenabscheidern nach unten läuft und von dort zurücktropft. Diese Tropfen können, wenn die Durchströmung zu stark ist, wieder mit in die Strömung gerissen werden. Es wird vorgeschlagen, den Querschnitt der Strömungskanäle im Umlenkbereich größer als vor und nach diesem Umlenkbereich auszulegen, den Querschnitt vor der Umlenkung größer als nach der Umlenkung zu wählen und den Krümmungsradius der Umlenkung an der Innenbahn nach der Dimensionierungsvorschrift (A) auszulegen. Verwendung für Tropfenabscheider industrieller Art.

Description

Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus einer gasförmigen Strömung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus einer gasförmigen Strömung, bestehend aus parallel zueinander verlaufenden Strömungskanälen, die min¬ destens eine abscheidewirksame Hauptumlenkung und eine dieser nachgeschalteten weiteren Umlenkung aufweisen.

Vorrichtungen dieser Art sind bekannt (DE 37 02 830 CI) . Bei diesen Bauarten hat man mindestens zwei abscheidewirksame Um- lenkungen vorgesehen und den effektiven Kanalquerschnitt zwi¬ schen benachbarten Profilen über diese beiden Umlenkungen hin¬ weg zur gemeinsamen Beschleunigung von Gas und Flüssigkeits¬ tropfen stetig verjüngt. Gleichzeitig sind die Umlenkungen so dimensioniert worden, daß Strcmungsablösungen in der beschleu¬ nigten Strömung vermieden werden. Dadurch können Druckverluste klein gehalten werden. Die Umlenkungen dienen dabei dazu, die Zentrifugalkraft als abscheidewirksame Kraft zu nutzen, durch welche die Tropfen an die äußere Wand der Umlenkung getrieben werden. Diese nach dem Prinzip der Trägheitsabscheidung auszen- trifugierten Tropfen bilden auf der Kanalwand einen Flüssig¬ keitsfilm, der bei horizontal angeströmten Absscheidern in be¬ ruhigte Zonen, z.B. Fangtaschen geleitet wird, wo er unter dem Einfluß der Schwerkraft mehr oder weniger senkrecht zur Strö- mungsrichtung der Gasphase in eine unterhalb der Profile ange¬ brachte Sammelwanne abfließt. Im Fall von vertikal angeströmten Tropfenabscheidern läuft der Wandfilm zur Entwässerung der Pro¬ file in der Regel entgegen der, Strömungsrichturg der Gasphase-, wiederum schwerkraftgetriebeή, an die Eintrittskante der Ab¬ scheiderlamellen und tropft von dort in Form von großen Tropfen ins Strömungsfeld zurück. Die letztere Abscheidungsart setzt daher voraus, daß die Anströmung von vornherein so gewählt wird, daß die zum Abtropfen vorgesehenen Tropfen nicht wieder mit in die Strömung hereingerissen werden. Voraussetzung ist auch, daß die von der Strömung auf den 'zurücklaufenden Film an den Wandungen ausgeübten Kräfte kleiner sind als die von der Schwerkraft auf die Flüssigkeit ausgeübten Kräfte.

Bei Bauarten von Tropfenabscheidern nach dem vorher genannten Stand der Technik kann es, insbesondere bei zu scharfen Umlen¬ kungen, nicht nur zu Ablösungserscheinungen kommen, sondern auch dazu, daß durch die stetige Beschleunigung der Strömung der Grenzwert zu schnell erreicht wird, bei dem die Gasströmung ein Abströmen des Flüssigkeitsfilmes insbesondere an der Innen¬ bahn der Umlenkung verhindert.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Rückfluß des Flüssigkeitsfilmes an der Innenbahn der Hauptum- lenkung gewährleistet bleibt, ohne daß die übrigen Bedingungen des Abscheidevorganges und der Strömungsführung nachteilig be¬ einflußt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Querschnitt der Strömungskanäle im Umlenkbereich größer ist als vor und nach diesem Umlenkbereich, daß der Querschnitt vor der Umlenkung größer ist als nach der Umlenkung und daß der Krü mungsradius der Umlenkung an der Innenbahn die Dimensionie- rungvorschrift

erfüllt.

In dieser Formel stellt V A. _max dabei die maximal zulässig ^Je An-

Strömgeschwindigkeit am Strömungεeintritt, T die Teilung der Abscheideprofile am Eintritt, S die mittlere Kanalbreite der Umlenkung und V die Gasgeschwindigkeit dar, bei der sich der Flüssigkeitsfilm an der senkrechten Wand aufstaut. Durch diese Ausgestaltung wird durch die anfängliche Quer¬ schnittserweiterung der Umlenkung und die damit bewirkte Strö¬ mungsverzögerung dem Auftreten der für die Entwässerung stören¬ den Ubergeschwindigkeiten der Gasphase auf der Innenbahn entge¬ gengewirkt. Die nachfolgende kräftige Querschnittsverengung kompensiert die bei im wesentlichen konstanter Kanalbreite auf¬ tretende Strömungsverzögerung auf der Innenbahn beim Austritt aus der Umlenkung und unterbindet die üblicherweise damit ein¬ hergehende Strömungsablösung. Die Strömung gelangt somit "ge¬ sund" in die Austrittspartie, was für das Ziel eines geringen Druckverlustes der Abscheidevorrichtung Voraussetzung ist.

Die erfindungsgemäße Dimensionierung des Krümmungsradius ver¬ meidet an der für die Filmströmung kritischen Stelle für An¬ strömgeschwindigkeiten kleiner als V A. max einen Filmaufstau.

Vorteilhaft ist daher auch, daß sich Umlenkwinkel verwirklichen lassen, die im gewissem Umfang auch größer als 90° sein können. Die Wirksamkeit der Abscheidung kann damit erhöht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptgedankens der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So hat sich zu der

ERSATZB TT (REGEL 26) Erzielung der Strömungsverzögerung im Umlenkbereich als beson¬ ders vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Kanalbreite - bei rechteckigem Querschnitt der Strömungskanäle - nach der Umlenkung und vor der Umlenkung 0,8 bis 0,95 beträgt. Zweckmä¬ ßig wird der Krümmungsradius""der InneiWand über den gesamten Umlenkwinkel gleichbleibend ausgelegt*

In Weiterbildung • der Erfindung schließen sich an die Ein- und Austrittsebenen vor und nach der Umlenkung, die auf Krümmungs¬ radien liegen und senkrecht zu der Wandung stehen, jeweils Ka¬ nalabschnitte an, die zu einer am Eintritt und am Austritt der Vorrichtung liegenden

führen. Dabei kann die Länge des vor der Hauptumlenkung liegenden Kanalabschnittes so bemessen werden, daß der seitliche Versatz zwischen dem Schei¬ tel des inneren Krümmungsradius und der der äußeren Kanalwand zugeordneten Eintrittskante innerhalb gewisser Grenzen liegt. Die Länge des hinter der Hauptumlenkung liegenden Kanalab¬ schnittes, der zum Austrittsende führt, kann nach Anspruch 6 zusammen mit den jeweiligen Umlenkwinkeln am Ein- und Austritt so bemessen werden, daß Eintrittskanten und Austrittskanten der Abscheidevorrichtung im wesentlichen zueinander fluchten.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Krümmungsradius der Innenbahn der Umlenkung am Eintritt ein bis 1 ,5mal so groß wie der Krümmungsradius der Hauptumlenkung gewählt werden. Die Län¬ ge des Abschnittes zwischen der Umlenkung am Eintritt und der Hauptumlenkung kann ebenfalls innerhalb gewisser von der Tei¬ lung vorgegebener Grenzen liegen. Schließlich kann auch der Krümmungsradius an der Innenbahn des Austrittes einer ähnlichen Dimensionierungsvorschrift genügen, wie sie für die Hauptum¬ lenkung vorgesehen ist. Am Austritt kann schließlich auch ein Diffusor angeordnet werden, dessen Mittelachse zur Anströmrich¬ tung geneigt wird.

Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung gezeigt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung und

Ausbildung von Strömungskanälen nach der Erfindung und

Fig. 2 ein weiteres Ausführur-gsbeispiε-l eines Tropfenab¬ scheiders nach der Erfindung.

In der Fig. 1 sind drei Strömungskanäle eines erfindungsgemäß ausgestalteten Tropfenabscheiders gezeigt, der natürlich auch aus mehreren solchen Strömungskanälen bestehen kann. Die Strö¬ mungskanäle (1, 2 und 3) sind untereinander identisch. Sie wer¬ den durch die Nebeneinanderanordnung von vier identischen und parallel zueinander verlaufenden Wandprofilen gebildet. Den vorderen und hinteren Abschluß der Strömungskanäle bilden nicht gezeigte Stirnwände. Der Querschnitt der Strömungskanäle (1, 2 und 3) ist rechteckig. Der Strö ungsguerschnitt wird daher von der Breite des Strömungskanals, d.h. von dem jeweiligen Abstand der die Strömungskanäle (1, 2 und 3) bildenden Profile (4, 5, 6 und 7) , bestimmt.

Jedes der Profile (4 bis 7) - und damit natürlich auch jeder der Strömungskanäle (1 bis 3) - besteht beim gezeigten Ausfüh¬ rungsbeispiel, bei dem die Anströmung des Zweiphasengemisches, aus dem die Flüssigkeit entfernt werden soll, im Sinn der Pfei¬ le (0) erfolgt, aus einem Eintrittsabschnitt mit der Länge (e) , aus einer ersten Krümmung (9) mit dem Radius (R_iE) a s einer im wesentlichen gerade verlaufenden Strecke mit der Länge (1..) und aus der sich an diese Strecke anschließenden etwa über 90° er¬ folgenden Umlenkung (10) , die gleichzeitig die hauptabscheide- wirksame Umlenkung bildet. Dabei stellt, wie ohne weiteres zu erkennen ist, die Innenseite (10a) die auf der Außenseite der umgelenkten Strömung liegende Wand des Strömungskanals dar, während die gegenüberliegende Wandseite (10b) die Innenwand des Strömungskanales (3) bzw. (1 und 2) darstellt. An diese haupt- abscheidewirksame Umlenkung (10) schließt sich dann wieder ein gerader Abschnitt mit der Länge d₂) an, wonach eine dritte Um-

ERSATZBLÄIT (REGEL 26) lenkung (11) zum oberen Austritt hin erfolgt. Diese Umlenkung (11) ist beim Ausführungsbeispiel so weit geführt, daß die Mit¬ telachse der Auεtrittspartie um den Winkel ( Λ ) die Anström¬ richtung überschreitet. Dadurch vergrößert sich der Auftreff¬ winkel von Sekundärtropfen auf der Außenbahn dieser Austritts- umlenkung. Da auf der Innenbahn hinter der Umlenkung der Aus¬ trittspartie nach Fig. 1 die Strömung ablöst, verläßt das weit¬ gehend von der Flüssigkeit befreite Gas dennoch im wesentlichen parallel zur Anströmrichtung die Strömungskanäle des Tropfenab¬ scheiders.

Beim Ausführungsbeispiel sind alle Krümmungen im Bereich der Umlenkungen (19 und 11) als Teile kreisförmiger Bahnen ausge¬ legt. Die erste Umlenkung (9) weist dabei den Radius (Rl.„£ι) auf, der sich über einen Winkel ( <5_F) erstreckt. Die hauptabscheide- wirksame Umlenkung (10) weist an der Innenwand (10b) einen Ra¬ dius (R-_M) auf, der sich insgesamt über einen Winkel (<X = ß +/) erstreckt, wobei (ß) den Winkel darstellt, den der Radius bis zu einer horizontal und senkrecht zu der Anströmung (8) stehen¬ den Mittelebene (13) innerhalb der hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung (10) zurücklegt und ( ]/ ) der Winkel ist, den dieser Ra¬ dius von der Ebene (13) aus bis in den Abschnitt mit der Länge d₂) überstreicht. Die von den Winkeln (ß und y ) jeweils defi¬ nierten Ebenen werden als Eintrittsquerschnitt mit der Breite (s..) der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) bzw. mit dem Austrittsquerschnitt mit der Breite (s~) aus der hauptabschei¬ dewirksamen Umlenkung (10) bezeichnet.

Die letzte Umlenkung (11) schließlich weist an ihrer Innenwand (11a) den Radius (R-_A) auf, der sich über einen Winkel (c/,) er¬ streckt. Im folgenden werden noch Ausführungen über die Ausle¬ gung dieser Winkel und der Radien gemacht werden.

Aus Fig. 1 ist schließlich noch zu erkennen, daß der Scheitel der Innenwandung (10b) gegenüber der Eintrittskante des Profi¬ les (7) einen seitlichen Versatz (d) aufweist. Die Eintritts- breite der einzelnen Strömungskanäle (1, 2 und 3) im Bereich der Anströmung (8) entspricht jeweils der Teilung (T) . Die

Länge (1..) soll jeweils so bemessen werden, daß der seitliche

Versatz (d) innerhalb der Grenzen T_ ≤ d -≤» _3 T liegt.

2 2

Die Fig. 1 zeigt ferner, daß in der hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung die Breite (s.,) größer ist als die Breite (s₂) , daß aber diese beiden Breiten (s₁ und s₂) jeweils wieder kleiner sind als die Breite (s,-.._^) der Strömungskanäle im Bereich der Ebene (13) . Diese Ausgestaltung bewirkt im Bereich der hauptab¬ scheidewirksamen Umlenkung eine Strömungsverzögerung. Es findet über den Winkelbereich (ß) eine Querschnittserweiterung statt und erst über den Winkelbereich ( ) wieder eine Querschnitts¬ verengung. Diese Ausgestaltung führt dazu, daß der von den ab¬ geschleuderten Flüssigkeitstropfen im Bereich der Innenbahn (10b) gebildete Flüssigkeitsfilm ohne Störung nach unten zur Eintrittskante hin abfließen kann. Diese Eintrittskante kann im übrigen, wie gestrichelt angedeutet ist, nach unten verlängert werden, so daß der Eintrittsbereich länger als e ausgebildet ist. Gleichzeitig kann durch diese Strömungsverzögerung mit der nachfolgenden Beschleunigung aber auch die unerwünschte Ablö¬ sungserscheinung im Bereich der Innenwand (10b) vermieden wer¬ den. Die über den Winkel (ß) erfolgende Querschnittserweiterung wirkt daher dem Auftreten der für die Entwässerung störenden Übergeschwindigkeiten auf der Innenbahn entgegen. Die nachfol¬ gende kräftige Querschnittsverengung kompensiert die bei im we¬ sentlichen konstanter Kanalbreite auftretende Strömungsverzöge¬ rung auf der Innenbahn beim Austritt aus der Umlenkung, die über den Winkelbereich ( ι> ) erfolgt und unterbindet die übli¬ cherweise damit einhergehende Strömungsablösung. Die Strömung gelangt somit gesund in die Austrittspartie mit der Breite (s₂) . Der Abschnitt nach der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) ist eine weitere kritische Stelle. Dort nimmt nämlich die Kanalbreite (s_) wegen der kräftigen Umlenkung (ß+f) , wobei ( ) größer ist als (ß) , den kleinsten Wert ein. Die mittlere Gasge¬ schwindigkeit dagegen und damit die Grenzflächenschubspannung

ERSATZBLÄΓT(REGEL26) der Strömung nehmen hier aber den größten Wert an. Gleichzeitig ist die den sich an der Wandung der Kanäle bildenden Flüssig¬ keitsfilm antreibende Schwerkraftkomponente parallel zur Fließ¬ richtung am kleinsten, weil hier die Neigung der Abscheiderwand gegenüber der ^a-nströmrichtung am stärksten ist.

Bevor nun näher auf die Dimensionierung dieser Zonen eingegan¬ gen werden soll, sollen einige Grundlagen zur Filmströmung im Gegenstron vorausgeschickt werden. Bestimmende Größe für die Filmströmung ist die Grenzflächenschubspannung (£^*„.,) , die von der Gasströmung auf den Flüssigkeitsfilm ausgeübt wird. Die für eine zuverlässige Entwässerung der Profile erforderliche Gegen¬ strömung ist nur dann gewährleistet, wenn die nach unten ge¬ richtete Schwerkraft die Schubspannungswirkung der Gasphase überwiegt. Sind diese Kräfte aber gleich, dann entsteht ein Aufstau des Flüssigkeitsfilmes. Diese Situation sollte im Trop¬ fenabscheider vermieden werden. Unter Normalbedingungen tritt die Staugrenze an der senkrechten Wand für das System Luft/Was¬ ser unter tropfenabscheidernahen Bedingungen bei einer über den Strömungsquerschnitt gemittelten Gasgeschwindigkeit von 12 bis 15 Meter pro Sekunde auf. Brauchbare Ergebnisse bei der Dimen¬ sionierung des erfindungsgemäßen Abscheiders werden erzielt, wenn für dieses Gemisch als mittlere Geschwindigkeit bei der die Staugrenze einsetzt, der Wert 13 Meter pro Sekunde herange¬ zogen wird.

Die gegenläufige Strömungsrichtung von Film und Gas im Kanalab¬ schnitt nach der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) ist so¬ mit nur dann gewährleistet, wenn für die Kanalgeschwindigkeit gilt:

Vk, ≤ Vgas st.au 1 V/cos ϊy

Der Faktor ^"Vcoεi/ berücksichtigt hierbei die Neigung der Ab¬ scheiderwand. Auf die maximal zulässige Anströmgeschwindigkeit in Richtung der Pfeile (8) , die nicht beliebig groß gewählt sein kann, wenn das Mitreißen der sich an den Unterkanten der Profile (5 bis 7) gebildeten Tropfen vermieden werden soll, umgerechnet ergibt sich aus der vorstehenden Bestimmung eine erste Dimer.^c:^-! nie- rungsvorschrift für die Werte / bzw. S_? nämlich:

Gleichung la.

Unter Berücksichtigung der Profildicke (b) folgt aus der Geo¬ metrie als zweite Dimensionierung Gleichung:

^S2 ^{= T cos}/ ^{" b}2 Gleichung Ib.

wobei b_ die Wandstärke des Profiles in der Ebene nach der Hauptumlenkung (10) ist.

Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Abscheiders ist die engere Kanalbreite (s₂) hinter der Umlenkung (10) ge¬ genüber der Breite (s..) vor dieser hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung. Es gilt dabei

s₂/s» = 0,8 - 0,95 vorzugsweise 0,85 - 0,9 Gleichung 2.

Aus dieser Forderung resultiert die Dimensionierungsvorschrift für den ersten Teilwinkel . ) der hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung (10) :

ß = arccos((s, + b.)/T)) . Gleichung 3.

wobei b, wiederum die Wandstärke des Profiles in der Ebene vor der Umlenkung (10) ist.

Wird die Strömung in der Umlenkung (10) durch die Gesetzmäßig¬ keit des Potentialwirbels angenähert und mit Hilfe der Kontinu¬ itätsgleichung die Werte der Anströmung eingearbeitet, ergibt

ERSATZB TT(REGEL26) sich folgende Dimensionierungsvorschrift für den Krümmungsra¬ dius R. der Innenbahn (10b)

V(^lRi.M)' = Va max T r VGas Stau

R._M .ln(l₊S) iM Gleichung 4.

Mit einer solchen Dimensionierung wird der Ablauf des -Tlüssig- keitsfilmes auch auf der Innenbahn (10b) sichergestellt, ohne daß jedoch der Umlenkwinkel in der hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung (10) unter 90° bleiben muß oder auf diesen Wert von 90° beschränkt ist.

Wie bereits vorher erwähnt, wird der Abschnitt (1.) zwischen der ersten Umlenkung (9) und der hauptabscheidewirksamen Umlen¬ kung (10) so bemessen, daß eine ausreichende seitliche Verset¬ zung des Scheitelpunktes der Innenwand (10b) gegenüber der Ein¬ trittskante des benachbarten Profils erzielt wird. Diese Ver¬ setzung (d) , die in der vorher angegebenen Größenordnung liegen soll, verhindert, daß relativ große Tropfen den Abscheider ohne Wandkontakt passieren können und sie verschafft der Teilung (T) eine größere Variationsbreite. Die Länge des Abschnittes d₂) wird so gewählt, daß Ein- und Austrittskante des Abscheiders, d.h. also jeweils die Eintrittskante (7a, 6a, 5a, 4a) jedes Profiles mit der zugeordneten Austrittskante (7b) (6b,5b,4b) fluchten, d.h. am Ausführungsbeispiel im wesentlichen in einer Vertikalebene liegen. Der Abschnitt (e) zwischen der Eintritts¬ kante (7a) und dem Beginn der ersten Umlenkung (9) vermeidet verstärkt den Flüssigkeitseintritt in den Abscheiderkanal bei einer Fehlanströmung und dient wegen der hier noch vergleichs¬ weise geringen Gasgeschwindigkeit und der maximalen Schwer¬ kraftwirkung zur Beschleunigung des Filmes auf dem Weg zur Ein¬ trittskante. Seine Länge liegt innerhalb der Grenzen (0,3T kleiner als e kleiner als 0,7T vorzugsweise bei 0,5T.

Um die Bremswirkung der Gasstrδmung auf den Flüssigkeitsfilm entlang der Innenbahn der Eintrittsumlenkung (9) kleinzuhalten.

ERSATZBUTT(REGEL26) ist es vorteilhaft, als Krümmungsradius (R.„) das 1 bis l,5fache des Krümmungsradius (^R-_M) *^^er Innenbahn (10b) der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) zu wählen.

c Fig. 2 zeigt einen Tropfenabscheider, bei dem die einzelnen Profile (4' bis 7¹) nicht die gleiche Wandstärke (b) wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aufweisen. Die Profile (4* bis 7') sind z.B. als extrudierte Profile hergestellt. Die Wand¬ stärke (b) dieser Profile (4' bis 7') ist im Bereich der haupt¬ abscheidewirksamen Umlenkung (10) und im Bereich der Austritts¬ partie verstärkt ausgeführt.

Die Austrittspartie des Tropfenabscheiders hat die Aufgabe, die Strömung parallel zur Anströmrichtung und nach Möglichkeit fluchtend auszurichten, abgesehen von Anwendungsfällen, wo eine schräge Abströmung erwünscht ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Pfeile (12), d.h. um den Winkel (Λ) versetzt zu einer Vertikalebene angeordnet. Die Austrittspartie hat dem¬ nach die Aufgabe, die noch in der Strömung verbliebene Primär¬ tropfen, insbesondere während der Tropfenfilmwechselwirkung entstandene Tropfen und Filmfragmente sowie reflektierte Trop¬ fen, also sogenannte Sekundärtropfen einzufangen, und außerdem den Druckverlust der Gasströmung beim Austreten aus dem Ab¬ scheider möglichst klein zu halten.

Es hat sich gezeigt, daß es sehr vorteilhaft ist, wenn die für den Radius (R-_M) der hauptabscheidewirksamen Umlenkung angege¬ bene Dimensionierungsvorschrift auch für die Umlenkung (11) im Bereich der Austrittspartie vorgesehen wird, so daß R-_A über den Winkel - £ ■_?, ) entsprechend auszulegen ist. Je nach Einsatz¬ anforderungen kann es auch, wie in Fig. 2 gezeigt, empfehlens¬ wert sein, das austrittsseitige Ende der Lamellen verdickt in Form eines Stoßdiffusors oder im wesentlichen in gleichbleiben¬ der Lamellenstärke auszuführen. Die gezeigte Version hat den Vorteil, daß sich durch eine ablösungsfrei durchströmte Aus¬ trittspartie der Druckverlust des Abscheiders erheblich redu- zieren läßt. Dies wird erreicht, wenn die Austrittspartie nach folgenden Bemessungsrichtlinien gestaltet wird:

In Analogie zur Ausgestaltung der hauptabscheidewirksamen Um¬ lenkung (10) gilt auch hier für das Verhältnis .der' Kenaib eiten vor und nach der Umlenkung

s₃/s₂=0,85-0,95, vorzugsweise 0,9 , Gleichung 6.

Der Krümmungsradius der Innenbahn (11a) folct aus der Dimensio¬ nierungsvorschrift nach Gleichung 4. Der Öffnungswinkel des sich an die letzte Umlenkung anschließenden Austrittsdiff,us_jopς.s, darf wegen seiner kurzen Lauflänge von bis zu 2T die normaler¬ weise üblichen 7°, die für einen ablösungsfrei durchströmten Diffusor verlangt werden, überschreiten und Werte bis maximal 15°, vorzugsweise 10° bis 12°, annehmen. Der auf der Außenseite der Umlenkung liegende Anteil des öffnungεwinkels darf dabei um 2° bis 3° größer ausgeführt werden als auf der ablösegefährde- teren Innenbahn. Es empfiehlt sich, den Umlenkwinkel des Aus¬ trittsteiles so groß zu wählen, daß die Mittelachse des Auε- trittsdiffusors (Richtung 12) die Anströmrichtung um bis maxi¬ mal 10°, vorzugsweise 3° bis 8° überschreitet. Dies ist der Winkel (Λ) .

Druckverlustbeiwerte eines so gestalteten erfindungsgemäßen Ab¬ scheiders zwischen 1 und 2 sind realisierbar. Der höhere Mate¬ rialbedarf durch die verdickte Austrittskante und die dadurch verursachten Mehrkosten dürften z.B. für den Einsatz in einem Naturzug-Kühlturm, dessen nutzbare Druckdifferenz aus der ver¬ gleichsweise teueren Turmhöhe resultiert, gerechtfertigt sein. Als weiterer Vorteil einer veredickten Austrittskante ist die gesteigerte Stabilität zu nennen, die wiederum für die Begeh¬ barkeit der Abscheiderpakete nützlich ist.

ERSAΓZBLATΓ (REGEL 26) Für den Einsatz als Vorabscheider, wo oft eine möglichst billi¬ ge Version gefragt ist, aber auch für die Herstellung des Ab¬ scheiders aus Materialien konstanter Wandstärke, wie z.B. Blech, ist die. Ausführung der Austrittspartie in konstanter Wandstärke nrc Fig. i die angemessenere Lösung. Die hierbei auf der In¬ nenseite der Umlenkung auftretende ablösungsbedingte Rückströ¬ mung erleichtert zudem das Eindringen von Reinigungsflüssigkeit in die Abscheiderkanäle auf der Abströmseite, was bei der Ab¬ scheidung krustenbildender Flüssigkeiten von Vorteil ist. Für die Ausrichtung der Mittelachse des Diffusors und den Umlenkra¬ dius der Innenbahn, der in konstanter Wandstärke ausgeführten ÄdGtrittspartie, gelten dieselben DimensionierungsvorSchriften. Es sind natürlich je nach Anwendungsfall auch Ausgestaltungen der Austrittspartie denkbar, die zwischen den beschriebenen Lösungen liegen.

Abschließend soll kurz der Gang der Auslegung der hauptabschei¬ dewirksamen Umlenkung der erfindungsgemäßen Abscheider zusam¬ mengefaßt werden.

Die Forderung nach einem gewissen theoretischen Grenztropfen¬ durchmesser für eine bestimmte Anströmgeschwindigkeit führt nach der bekannten Bürckholz-Formel zu einer ersten Festlegung der Parameter

o< = + = Gesamtwinkel der hauptabscheidewirksamen Umlenkung und s = die mittlere Kanalbreite der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) bei entsprechender Teilung (T) .

Aus der gewünschten maximal zulässigen Anströmgeschwindigkeit v A ΪUclX, der natürlich durch die Mechanismen der Entwässerung

Grenzen gesetzt sind, folgt über Gleichungen la und lb die Ka¬ nalbreite (s₂) nach der Umlenkung und der Teilwinkel ( / ) der Umlenkung (10). Aus der Forderung s₂/s₁=0,7-0,95, vorzugsweise 0,85-0,9, ergibt sich die Kanalbreite (s..) vor der hauptab¬ scheidewirksamen Umlenkung und daraus anhand von Gleichung 3 der Teilwinkel (ß) der hauptabscheidewirksamen Umlenkung (10) .

ERSATZBLAIT (REGEL 26) Der noch fehlende Krümmungsradius (R-_M) der Innenbahn (10b) in der hauptabscheidewirksamen Umlenkung wird iterativ mit Glei¬ chung 4 bestimmt. Mit s=0,5 ^* (s, + s ) kann dann der Grenz¬ tropfendurchmesser durch Anwendung der bekannten Bürckholz-For- el überprüft werden: „> ^*■*-^*-.... >^■-.- ""^•

Soll der erfindungsgemäße Tropfenabscheider für eine Dachanord¬ nung unter einem Neigungswinkel ausgelegt werden, so ist zu be¬ denken, daß die aufwärtsgerichtete Strömung im Vergleich zur horizontalen Einbaulage eine andere, und zwar weniger abschei¬ dewirksame Profilkontur (mit anderen Kanalbreiten, Umlenkwin¬ keln und -radien) erhält. Außerdem gilt zu beachten, daß bei dachförmiger Anordnung der Lamellen die abgeschiedene Flüssig¬ keit nicht mehr notwendigerweise abtropfen muß, sondern jetzt die Möglichkeit hat, entlang der geneigten Eintrittskante abzu¬ laufen, z.B. in speziell dafür vorgesehene beruhigte Zonen. Durch solche Maßnahmen läßt sich die maximale Anströmgeschwin¬ digkeit steigern. Für v in den Gleichungen la und 4 können dann entsprechend größere Werte eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Abscheider zeichnet sich durch eine höhere Durchrißgeschwindigkeit aus als bisherige marktgängige Typen. Er kann somit für eine höhere Anströmgeschwindigkeit ausgelegt werden. Dies hat außer der besseren Gesamtabscheidung und einer kostensparenden Querschnittsreduzierung eine größere Selbstrei¬ nigung des Abscheiders zur Folge, weil die auszentrifugierten Tropfen mit höherer Geschwindigkeit auf die Abscheiderwand auf¬ treffen. Gleichzeitig ist eine höhere Anströmgeschwindigkeit in der Regel mit einem größeren Flüssigkeitseintrag in den Ab¬ scheider verbunden, wodurch die Filmdicke und damit die Fließ¬ geschwindigkeit des Films auf der Abscheiderwand steigen. Auch

ERSATZBUTT(REGEL26) dies äußert sich in einer stärkeren Selbstreinigung des Ab¬ scheiders. Wird auf die bessere Gesamtabscheidung infolge der höheren Anströmgeschwindigkeit verzichtet und die Teilung der Abscheiderlamellen vergrößert, bleibt immer noch der Vorteil des höheren Flüssigkeitseintrages in den Abscheider.

ERSATZBUTT(REGEL26)

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitstropfen aus einer gasförmige*-***™-Strömung, bestehend aus parallel zueinander verlaufenden Strömungskanälen', die mindestens eine abscheide¬ wirksame Hauptumlenkung und eine dieser nachgeschaltete weitere Umlenkung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungskanäle (1, 2, 3) mindestens im Bereich der Haupt¬ umlenkung (10) größer ist, als vor und nach diesem Umlenkbe¬ reich, daß der Querschnitt (s,) vor der Umlenkung (10) größer ist als nach der Umlenkung (s„) , und daß der Krümmungsradius (R.. der Umlenkung an der Innenbahn (10b) die Dimensionie¬ rungsvorschrift

V T V

A max. -≤; Gas Stau

^Ri m(ι+s ) ^RiM erfüllt, wobei ^v _{s m}=_v ⁼ die max. zulässige Anströmgeschwindigkeit am Strö- mungseintritt der Vorrichtung,

T = die Teilung der Strömungskanäle am Eintritt, s^" = die mittlere Kanalbreite der Umlenkung und

V_{r ς} = die mittlere Gasgeschwindigkeit ist, bei der sich der Flüssigkeitsfilm an der senkrechten Wand aufstaut.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungskanäle jeweils rechteckig ist und das Verhältnis der Kanalbreite (s_) vor der Umlenkung und der Kanalbreite ( s. ) nach der Umlenkung

j>₂ = 0,8-0,95 beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Umlenkwinkel ( ) zwischen dem Querschnitt mit der größten Breite (SJ_TTJ ) der Hauptumlenkung und dem Querschnitt mit

ERSATZBUTT (REGEL 26) der Breite (S..) nach der Umlenkung der folgenden Dimensionie¬ rungsvorschrift genügt:

/= arc cos // V„Gasst,au

VAmax S2

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Umlenkwinkel (ß) zwischen dem Querschnitt vor der Umlenkung mit der ^■Breite (S..) und dem Querschnitt mit der größten Breite (^s _HWu) der folgenden Dimensionierungsvor¬ schrift genügt: ß = arc cos ( (S-^ + b^/ )

wobei b. die Wandstärke des Profiles in der Ebene der Umlenkung (10) ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Krümmungsradius (R-_M) der Innenwand über die Größe der beiden Winkel ( ß-f- ) gleichbleibend ausgelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austrittsebenen vor und nach der Hauptum¬ lenkung (10) auf den Krümmungsradien liegen und daher senkrecht zu der Wandung (10b) stehen, und daß sich an diese Ein- und Austrittsebenen zu der Umlenkung jeweils Kanalabschnitte (1, bzw. 1₂) anschließen, die zu der weiteren am Austritt (11) liegenden und zu einer vorgeschalteten, am Eintritt der Vorrichtung liegenden weiteren Umlenkung (9) führen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1.) des vor der Hauptumlenkung (10) liegenden Kanalabschnitt so bemessen ist, daß der seitli¬ che Versatz (d) zwischen dem Scheitel des inneren Krümmungsra¬ dius (R-_M) und der der äußeren Kanalwand (10b) zugeordneten Eintrittskante innerhalb der Grenzen T/2 ■= d -^ 3/2 T liegt.

ERSAΓZBUTΓ (REGEL 26)

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge ₂) des hinter der Hauptumlen¬ kung (10) liegenden Kanalabschnittes, der zum Austrittsende führt, und die jeweiligen Umlenkwinkel am Eintritt und Austritt so bemessen sind, daß Eintrittskanten und Austrittskanten der Abscheidevorrichtung im wesentlichen zueinander fluchten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R._) der Innenbahn (10b) der Umlenkung (9) am Eintritt 1 bis 1,5 mal so groß wie der Krümmungsradius (R._j.) der Hauptumlenkung (10) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (e) des Abschnitts zwischen der Umlenkung (9) am Eintritt und der Eintrittskante (7a) innerhalb der Grenzen 0,3T <e <0,8T liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Krümmungsradius (R-_Ä) an der Innenbahn (11a) der Austrittsumlenkung (11) der Dimensionierungsvorschrift

V . T -≤ V

^{A max} R._a m (ϊ+s7) ^{gas stau} ^RiA

genügt, wobei S₂ die Kanalbreite in dem sich hinter der Haupt¬ umlenkung (10) erstreckenden Kanalabschnittes ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Umlenkung (11) am Austritt mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt ein Diffusor vorgesehen ist, dessen Mittelachse um den Winkel

zur Anströmrichtung geneigt ist.

ERSATZBUTT (REGEL 26)

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Öffnungswinkel ( f ) des Diffusors 5° bis 15°, vorzugsweise 10° bis 12° beträgt.

ERSATZBUTT (REGEL 26)