Verfahren zur Feinstreinigung von verunreinigten gasförmigen Medien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Bis jetzt sind bereits vielerlei Arten von Verfahren und Vorrichtungen für die industriell verwertbare Gas reinigung bekanntgeworden, welche die Ausscheidung vom Gasstrom mitgeführter fester Partikelchen ermöglichten.
Sie zerfallen im wesentlichen in zwei grosse Gruppen, und zwar einerseits in sogenannte Trokkenabscheider, welche die Massenträgheit der festen Staubteilchen zu deren Abscheidung ausnützten, und anderseits in Nassabscheider, welche die Staubteilchen mit Hilfe flüssiger Reinigungsmittel vom Gasstrom trennten.
Alle diese Vorrichtungen hatten ihre Vor- und Nachteile, nur ein Nachteil war allen bisher gemeinsam, nämlich der, dass sie Teilchen von einem Durchmesser kleiner als 1 u nicht mehr mit Sicher- heit abscheiden konnten.
Von einem Durchmesser kleiner als 2 cz an nähert sich nämlich das Verhalten der festen Teilchen immer mehr dem der Gasteilchen, und von einem Durchmesser kleiner als 0,5 u an führen sie die Brownsche Bewegung der Moleküle aus und können dann nur noch wie das Gas selbst behandelt werden.
Es hat sich aber gezeigt, dass kleine benetzbare Teilchen, sobald sie mit einer Wasseroberfläche zusammentreffen, in dieselbe hineindiffundieren, genau wie Wasserdampf in Wasser, und diese Tatsache machen sich nun das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung zunutze, um dadurch Gase selbst von kleinsten Verunreinigungen befreien zu können.
Begreiflicherweise wird in diesem Falle die Gasreinigung um so intensiver werden, mit einer je grösseren Flüssigkeitsoberfläche das Gas in Berüh rung gebracht wird, und dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass man die Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit künstlich vergrössert, indem man diese in einen Schaum verwandelt.
Als Zahlenbeispiel sei hier angeführt, dass 1 dm3 eines leichten, dünnwandigen Schaumes auch nahezu 1 dm3 Gas in seinen Blasen aufzunehmen vermag, wobei die gesamte Oberfläche dieser Blasen bei einem Blasendurchmesser von etwa 0,25 mm über 25 m2 beträgt.
Es dürfte leicht einzusehen sein, dass bei einer derart grossen Oberfläche die innerhalb der Bläschen mit der Brownschen Bewegung umherschie ssenden Staubteilchen bald einmal mit dieser Oberfläche in Berührung kommen werden, so dass es praktisch ausgeschlossen ist, dass Teilchen nicht in die Oberfläche hineindiffundieren.
Es wurden nun zwar auch schon Vorrichtungen bekannt, welche Gase durch statische, also nicht ständig sich erneuernde Schaumbetten zu reinigen versuchten, doch waren diese Schaumbetten einesteils zu wenig dicht und liessen daher Staubteilchen von weniger als l,u ungehindert passieren, anderseits verschmutzten sie mit der Zeit und machten auch besondere Wassereliminationsstufen erforderlich, die von Zeit zu Zeit erneuert werden mussten, da die das Schaumbett durchtretenden Gase daraus Flüssigkeitsteilchen mitrissen.
Diese Nachteile zu beheben und ein Verfahren sowie eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, welche auf möglichst einfache und sichere Art die Feinstreinigung von Gasen ermöglichen, ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, und zwar betrifft dieselbe in erster Linie ein Verfahren zur Feinstreinigung von verunreinigten gasförmigen Medien, bei dem die zu reinigenden Gase unter Schaumbildung durch eine zur Schaumbildung neigende Reinigungsflüssigkeit geleitet werden, und das sich dadurch kennzeichnet, dass die verunreinigten Gase gemeinsam mit der schaumbildenden Reinigungsflüssigkeit in das Innere eines Filtergehäuses geleitet werden, dort auf eine Siebplatte auftreffen, sich miteinander vermengen und anschliessend unterhalb derselben ein dichtes Schaumfilter bilden, in dessen Bläschenwände die der Brownschen Bewegung unterliegenden,
sehr kleinen Verunreinigungen hineindiffundieren, worauf das nach unten in die mit dem Filtergehäuse gasund flüssigkeitsdicht verbundene, behälterförmige Reinigungsvorrichtung absinkende Schaumfilter von einer in deren Innerem rotierenden Zentrifuge durch Aufsprengen der Bläschen in gereinigtes Gas und verschmutzte Reinigungsflüssigkeit zerlegt wird und anschliessend beide Medien getrennt nach aussen abgeführt werden. Das Verfahren kann so ausgeführt werden, dass das unterhalb der Siebplatte sich bildende und von der Aussenwand des Filtergehäuses umschlossene Schaumfilter ständig erneuert und die aus der behälterförmigen Reinigungsvorrichtung abgeleitete, verschmutzte Reinigungsflüssigkeit selbst wieder gereinigt und anschliessend der Wiederverwendung zugeführt wird, wodurch auch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens sichergestellt ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem behälterförmigen, in sich geschlossenen Gehäuse, das Zuleitungen für die zu reinigenden Gase und für die schaumbildende Flüssigkeit und Ableitungen für das gereinigte Gas und die verschmutzte Reinigungsflüssigkeit aufweist und kennzeichnet sich dadurch, dass sie aus einem mit Zuleitungen ausgestatteten, in sich geschlossenen Filtergehäuse und einem mit ihm gas- und flüssigkeitsdicht verbundenen, ebenfalls geschlossenen Behälter besteht, der in seinem Bodenteil eine Zentrifuge trägt und in seinem Deckel einen Auslass für das gereinigte Gas, im Boden jedoch einen weiteren Auslass für die gebrauchte Reinigungsflüssigkeit aufweist.
Bei einer speziellen Ausführungsform trägt das Filtergehäuse in seinem Deckel den Druckstutzen für das zu reinigende Gas und senkrecht darunter die Einspritzdüse für die schaumbildende Flüssigkeit, wobei unterhalb der letzteren, und zwar in der Strömungsrichtung von Gas und Flüssigkeit beispielsweise eine das Filtergehäuse unterteilende Siebplatte angeordnet ist, welche den Umständen angepasst verschieden ausgebildet sein kann.
Die zweckmässig im Bodenteil des behälterförmigen Gehäuses der Reinigungsvorrichtung in einer Stopfbüchse und Lagern drehbar gelagerte und von einem Motor oder dergleichen aus angetriebene Zentrifuge kann topfförmig ausgebildet sein und in ihrem Inneren radial verlaufende Rippen aufweisen. Zwischen ihrer Aussenwand. und der Innenwand des behälterförmigen Vorrichtungsgehäuses verbleibt in diesem Falle ein Hohlraum für die Ableitung der verschmutzten Reinigungsflüssigkeit und oberhalb des oberen Zentrifugenrandes und von ihm distanziert kann das Behältergehäuse eine ringförmige, nach innen vorragende Pralleiste tragen, welche die gebrauchte Reinigungsflüssigkeit von dem Austritt in die Reingasleitung zurückhält und nach unten umlenkt.
Aus der Zeichnung ist eine beispielsmässige Aus führungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Feinstreinigung von Gasen zu ersehen, und zwar zeigen:
Fig. 1 die axonometrische Ansicht eines Vertikalschnittes durch dieselbe,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Filtergehäuse in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt, in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2 gesehen,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 1,
Fig. 5 eine Sonderausführung der Siebplatte nach Fig. 3, ebenfalls im Schnitt,
Fig. 6 eine weitere Sonderausfiihrung der Siebplatte nach Fig. 3, auch im Schnitt,
Fig. 7 eine Drauficht auf eine andere Ausbildung der Siebplatte nach Fig. 2, und
Fig. 8 ist die axonometrische Ansicht, teilweise geschnitten, einer alternativen Ausbildung eines Schaumerzeugers für die Vorrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 der Zeichnung ist die gesamte Vorrichtung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Sie besteht im wesentlichen aus einem Filtergehäuse 12, das mit dem übrigen Teil der behälterförmigen Reinigungsvorrichtung 41 gas- und flüssigkeitsdicht verbunden ist und mit seinem unteren offenen Teil in dasselbe hineinragt.
Das Filtergehäuse 12 wird beispielsweise durch eine Siebplatte 34 oder dergleichen mit Öffnungen 36 für den Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt in eine obere Hälfte 14 und eine untere Hälfte 16 unterteilt. In seinen Deckel mündet im gezeichneten Falle die Zuführungsleitung 20 für das verunreinigte Gas, beispielsweise staubhaltige Luft, welches über einen Einlassstutzen 22a und einen Auslassstutzen 22b mit einem Gebläse 22 gekoppelt ist. Unterhalb des Gaseintrittes mündet das Zuleitungsrohr 30, das über einen Krümmer 30a an eine Düse 32 angeschlossen ist, in die Filterkammer 12, wobei die Strömungsrichtung des in die Kammer 12 eintretenden Gases und die des aus der Düse 32 austretenden Gemisches aus Wasser und schaumbildendem Mittel gleichgerichtet sind, und zwar senkrecht gegen die ihnen entgegenstehende Siebplatte 34.
Das an das Filtergehäuse anschliessende, behälterförmige Gehäuse 41 der Reinigungsvorrichtung 10 sammelt in seinem Deckelraum 55 das gereinigte Gas, für dessen Abführung ein Austrittsstutzen 58 im Deckel selbst vorgesehen ist. Im Bodenteil 18 hingegen sammelt sich die gebrauchte Reinigungsflüssigkeit, für deren Ablauf der Stutzen 56 dient.
Weiter trägt der Boden in seinem Zentrum eine Stopfbüchse 50, durch die die Welle 42 der Zentri fuge 40 in das Gehäuse 41 eintritt, wobei die Welle 42 selbst in Lagern 44, 46 gelagert ist und beispielsweise von einem Motor 48 oder dergleichen aus ihren Antrieb erhält.
Die als Rotationskörper ausgebildete Zentrifuge 40 ist konform wie die Aussenwand des Gehäuses 41, nur von geringeren Abmessungen, so dass zwischen ihrem Bodenteil 40a, ihrer Seitenwand 40b und der Gehäusewand 41 ein Hohlraum verbleibt, durch den die aus der napfförmigen Zentrifuge 40 austre tende Reinigungsflüssigkeit 54 dem Ablassstutzen 56 zufliessen kann.
Innerhalb der napfförmigen Zentrifuge 40 sind das Zentrum freilassende, mit dem Boden und der Aussenwand aber fest verbundene Rippe 51 vorgesehen, während über der Oberkante 40c der Zentrifugenaussenwand eine von ihr distanzierte, ringförmige Pralleiste 53 von der Gehäusewand 41 nach innen vorragt.
Aus den Fig. 2 und 3 ist eine übliche Ausbildungsform der Siebplatte 34 in Draufsicht und Schnitt zu ersehen. Sie besteht in diesem Falle aus einer ebenen Platte mit gleichförmig verteilten, zylindrischen Bohrungen 36.
Fig. 4 hingegen zeigt eine Draufsicht auf eine Rippe 51 der napfförmigen Zentrifuge 40, geschnitten nach der Linie 4-4 in Fig. 1.
Im Gegensatz zu der Ausfühmng der Siebplatte nach den Fig. 2 und 3 zeigen die Fig. 5-8 andere Ausführungsformen derselben, und zwar die Fig. 5 eine solche, bei der die Ränder der Bohrungen 136 schneiden artig hochgezogen sind, die Fig. 6 eine weitere, bei der die Siebplatte durch ein Plattenpaar 232, 234 ersetzt ist, und deren Bohrungen gegeneinander versetzt sind, um einen labyrinth- artigen Durchflussweg für Gas und schaumbildendes Medium zu schaffen.
Im Gegensatz zu den Siebplatten nach den vorhergehenden Figuren zeigt die Fig. 7 hingegen ein engmaschiges Sieb als gas- und llüssigkeitsdurch- lässiges Medium, bei dem die sich kreuzenden Sieb- fäden 334 vorzugsweise unter 900 gegeneinander versetzt sind und quadratische Durchlässe bilden.
Eine ganz anders geartete Schaumbildungsvorrichtung zeigt hingegen die Fig. 8, und zwar eine ganze Batterie 434 Seite an Seite liegender, vertikal gerichteter Rohre 436, die von einem Zylinder 435 umschlossen werden, der seinerseits wieder an einen Vibrator 400 angelenkt und im Raum 16 des Filtergehäuses schwingfähig gelagert ist.
Die Wirkungsweise der vorstehend in ihren Einzelheiten beschriebenen Reinigungsvorrichtung für verunreinigte Gase ist nun die folgende:
Das mit festen Teilchen wie Staub verunreinigte Gas, beispielsweise staubbeladene Luft, wird über die Leitung 20 und das Gebläse 22 dem Filtergehäuse 12, und zwar vorerst der Kammer 14, unter Druck zugeführt, in die gleichzeitig durch die Düse 32 Wasser, gemischt mit einem schaumbildenden Medium bekannter Art, eingespritzt wird, und zwar so, dass die Siebplatte 34 gleichmässig überdeckt wird.
Das mit grosser Geschwindigkeit in das Fil- tergehäuse 12 eintretende Gas, als Beispiel sei hier eine Geschwindigkeit von 10 m/sec genannt, trifft bei seinem Weg nach unten numnehr auf die ihr und der eingespritzten Reinigungsflüssigkeit entgegenstehende, permeable Siebplatte die, wie den Fig. 2, 3 und 5 bis 8 zu entnehmen, entsprechend dem zu reinigenden Gas oder der verwendeten Reinigungsflüssigkeit, verschieden ausgebildet sein kann, und reisst die auf der Oberseite der Siebplatte 34 sich abscheidende Flüssigkeit durch die Bohrungen oder Zellen der Platte bzw.
die Röhrchen der Filterbatterie 434, wodurch sich infolge der dabei auftretenden Turbulenz des Gases unterhalb der Siebplatte oder innerhalb der Rohre 436 ein sehr dichter Schaum bildet, in dessen Bläschen das Gas eingeschlossen ist, und in deren Wände die innerhalb des Gases in Brownscher Bewegung hin und her schilessenden kleinsten Staubteilchen hineindiffundieren.
Da es sich bei diesem Vorgang um eine Feinstreinigung des Gases von Teilchen mit einem Durchmesser kleiner als 1 u handelt, werden die gröberen Staubteilchen vorzugsweise durch eine Vorreinigung in einem mechanischen Abscheider oder dergleichen herkömmlicher Bauart entfernt. Infolge des ständig nachströmenden Gases bilden sich unterhalb der Siebplatte oder im Kopfteil der Rohre 436 ständig neue Schaumbläschen, welche die verschmutzten Bläschen nach unten drängen, so dass dem eintretenden Gas stets eine genügend grosse Oberfläche unverschmutzter Reinigungsflüssigkeit gegenübersteht, die eine einwandfreie Reinigung desselben ermöglicht.
Dieses im Gegensatz zu den bekannten Reini gungsanlagen mit stehendem, statischem Schaumfilter sich ständig erneuernde, dynamische Schaumfilter stellt einen wesentlichen Teil dar.
Es wird von der Filterkammer 16 des Filtergehäuses 12 umschlossen und diese muss so lange ausgebildet sein, dass das von ihr eingeschlossene Schaumfilter auch im ungünstigsten Fall eine einwandfreie Reinigung des in dieses Filter eintretenden Gases sicherstellt ; denn verschiedene Arten von Staub und verschiedene Gase erfordern auch beim erfindungsgemässen Reinigungsverfahren eine verschieden lange Reinigungsdauer, welche eben ein verschieden hohes Schaumfilter erforderlich macht.
Es wurde oben bereits erwähnt, dass auch die Geschwindigkeit des in das Filtergehäuse eintretenden Gases und die Menge der eingespritzten Reinigungsflüssigkeit geregelt werden können, um auch die Art der Schaumbildung selbst beeinflussen zu können.
Sind jedoch alle Bedingungen richtig erfüllt, so enthält das Schaumfilter vor seinem Austritt aus der Filterkammer 18 in die Entschäumkammer 18 im Unterteil des Gehäuses 41 im Inneren seiner Bläschen praktisch vollkommen reines Gas, wäh- rend die Verunreinigungen selbst in die die Bläs chenwände bildende Flüssigkeit hineindiffundiert sind.
Um das Gas von der verschmutzten Reinigungsflüssigkeit nunmehr auch wieder exakt trennen zu können, rotiert innerhalb der Entschäumungskammer 18 die Zentrifuge 40, die über ein nicht eingezeichnetes Getriebe oder dergleichen ebenfalls auf eine optimale Umdrehungszahl einreguliert werden kann.
Treffen nunmehr Bläschen des in der Filterkammer 16 ständig absinkenden Schaumfilters mit den radial gerichteten Rippen 51 zusammen, so bewirken die letzteren infolge ihrer Rotationsbewegung ein Zerplatzen der Bläschen, sobald sie auf deren dünnwandige Wände auftreffen. Das dabei freiwerdende Reingas sammelt sich im Deckelraum 55 und kann durch den Ablassstutzen 58 entweder in die Atmosphäre oder einer geeigneten anderen Vorrichtung zugeleitet werden.
Die vom Gas befreite Flüssigkeit hingegen sinkt jedoch an den Aussenwänden der Rippen 51 nach unten und wird infolge Mitwirkung der Zentrifugalkraft in Richtung der gestrichelt eingezeichneten Pfeile nach aussen gedrängt, wobei sie mit erheb lichem Druck gegen die sich nach oben erweiternde Innenwand 40b der Zentrifuge 40 gepresst wird und ihr entlang nach oben zu steigen beginnt.
Dabei werden die restlichen Gasbläschen ebenfalls noch zersprengt und das darin noch enthalten gewesene Reingas freigegeben, so dass an der Oberkante 40c der Zentrifuge 40 tatsächlich nur noch vollkommen gasfreie Reinigungsflüssigkeit gegen die ringförmige Pralleiste 53 trifft, von ihr nach unten umgelenkt wird und anschliessend dem Behälterboden zufliesst, von dem aus sie durch den Ablassstutzen abgezogen, einer Wiederreinigung zugeführt und anschliessend wiederverwendet werden kann.
Das beschriebene Verfahren und die zu deren Durchführung geeignete Vorrichtung gestatten somit, sofern die letztere entsprechend sorgfältig durchkonstruiert ist, eine Feinstreinigung mit festen Teilchen verschmutzter Gase, wie sie bisher unbekannt war. Selbstverständlich ist die vorstehend beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemässen Reinigungsvorrichtung für verschmutzte Gase abänderbar. Als kleine Auswahl einer grossen Zahl möglicher Variationen seien die in den schon beschriebenen Fig. 2, 3 und 5 bis 8 gezeigten Ausführungsformen der zur Schaumbildung erforderlichen Siebplatte genannt.
Während beispielsweise die zylindrischen Bohrungen 36 der Siebplatte 34 in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung zwar ebenfalls scharf aber eben mit der Oberfläche der Siebplatte abschneiden, sind die Lochränder 138 der ebenfalls zylindrischen Bohrungen 136 der Siebplatte 134 nach Fig. 5 der Zeich- nung schneiden artig hochgezogen, wodurch sich auf der Plattenoberfläche mehr Reinigungsfliissigkeit an zusammen vermag, die anschliessend durch die erhöhte Turbulenz, welche das Gas beim Durchströmen der auf diese Weise verlängerten Bohrungen erfährt, zu einer dichteren Schaumbildung herangezogen werden kann.
Die Doppeiplatte nach Fig. 6 der Zeichnung mit gegeneinander versetzten Bohrungen hingegen ist wieder bei besonderen Arten verschmutzter Gase sehr vorteilhaft für die Bildung eines besonders dichten Schaumes zu gebrauchen, ebenso das Siebgewebe nach Fig. 7 der Zeichnung, das eine sehr verschiedene Ausbildung der Siebmaschen erfahren kann, aber bei entsprechender Feinheit Bläschen besonders kleinen Durchmessers zu erzielen gestattet. Schliesslich können Siebplatte und Schaumkammer 16 überhaupt durch eine Filterbatterie 434 nach Fig. 8 der Zeichnung ersetzt werden.
Da die die Filterbatterie bildenden, eng aneinanderliegenden Rohre 436 in ihrer Wirkung praktisch besonders langen Bohrungen 36 gleichgesetzt werden können und in densel ben daher eine erhöhte Turbulenz herrscht, können darin besonders schwer schäumende Stoffe doch noch zur Bildung eines genügend dichten Schaumfilters gebracht werden. Durch einen Vibrator 400 kann diese Schaumbildung noch unterstützt werden.
Dabei kann die Vibrationsbewegung ebenfalls verschieden und beispielsweise in horizontaler oder seitlicher Richtung erfolgen. Auch diese Vibration trägt zur Bildung eines besonders dichten Schaumes bei.