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Verfahren und Vorrichtung zum Waschen von Gasen Es sind Gaswaschanlagen
bekannt, bei denen das zu waschende Gas in axialer Richtung von unten nach oben
eine sich im allgemeinen nach oben konisch erweiternde Waschkammer durchsetzt; in
der Waschkammer ist eine rotierende zylindrische Stabkäfiganordnung vorgesehen,
der eine Strömung der Waschflüssigkeit axial von unten zugeführt wird, so daß die
Waschflüssigkeit durch die rotierende Stabkäfiganordnung zu Tropfen zerstäubt wird
und eine zentrifugal rotierende Strömung hoher Geschwindigkeit bildet. Bei diesen
bekannten Anordnungen wird das zu waschende Gas einer unterhalb der Waschkammer
angeordneten ringförmigen Gaszuführungskammer zugeführt.
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Gaswäscher der vorstehend genannten Art werden in Anlagen verschiedenster
Art verwendet, um als Luftströmungen oder Gasströmungen feste, flüssige oder gasförmige
mitgeführte Stoffe zu entfernen. Es handelt sich beispielsweise um die Entfernung
von Farbdämpfen oder farbzerstörenden Materialien, um die Entfernung von Verunreinigungen
aus Abgasen bei Ofenanlagen, um das Entfernen von Staub, Schmutz, Fasern u. dgl.
Die Flüssigkeitstropfen des Waschsprühnebels dienen dazu, die mitgeführten verunreinigenden
Materialien zu befeuchten oder sie in der Waschflüssigkeit zu sammeln und mit derselben
abzuleiten, bevor das gereinigte Gas aus dem Waschgerät abgegeben wird.
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Durch die USA.-Patentschrift 2 940 733 ist es auch bereits bekanntgeworden,
das zu waschende Gas radial an dem Oberteil der Gaswaschvorrichtung einströmen zu
lassen, so daß das Gas von oben nach unten den rotierenden Sprühnebel, der durch
die rotierende Stabkäfiganordnung erzeugt wird, durchsetzt; das Gas wird dann durch
Leitflächen wieder nach oben durch einen Leitflächenraum zu dem Auslaß geführt.
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Die Erfindung bezweckt bei einer Gaswaschanlage, die das Prinzip
der zuletzt genannten Gaswaschanlagen benutzt, einen besonders hohen Wirkungsgrad
des Auswaschvorganges zu erreichen und dadurch auch die Entfernung äußerst kleiner
Verunreinigungen oder Tröpfchen aus dem zu waschenden Gas sicherzustellen, ohne
daß dies durch eine Vergrößerung der Gesamtapparatur und höhere, der Anordnung zugeführte
Leistung erreicht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswaschen oder Absorbieren von
in einem Gasstrom mitgeführten gasförmigen, flüssigen oder festen Verunreinigungen
durch axiales Hindurchführen des Gasstroms durch einen sich drehenden Sprühnebel
aus Waschflüssigkeitstropfen ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Gasstrom mit den
in ihm mitgeführten Verunreinigungen axial über dem sich drehenden Sprühnebel mit
gegebenenfalls hoher Geschwindigkeit eingeführt und durch diesen hindurch nach unten
geführt wird, daß dem Gasstrom vor der nach unten gerichteten Bewegung durch den
Sprühnebel eine Wirbelbewegung übertragen wird, die die entgegengesetzte oder gleiche
Umfangsrichtung zur Drehrichtung des sich drehenden Sprühnebels hat, und daß der
gewaschene Gasstrom außerhalb des Sprühnebels nach oben geleitet wird, während die
Tropfen mit den herausgewaschenen oder absorbierten Stoffen nach unten weggeführt
werden.
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Der Gasstrom wird in die Vorrichtung tangential eingeführt. Enthält
er sehr feine Teilchen, so ist die Drehrichtung der Wirbelbewegung der Bewegungsrichtung
der Flüssigkeitssprühnebeltropfen entgegengesetzt. Diese werden von dem sich drehenden
Käfigsprühnebelverteiler angetrieben, um so die Zusammenstoßkraft zwischen den Sprühnebeltropfen
der Waschflüssigkeit und den mitgeführten kleinsten Teilchen in dem zu waschenden
Gasstrom zu steigern.
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Wird ein Gas mit gasförmigen Verunreinigungen gewaschen, so ist die
Umfangsrichtung der Wirbelbewegung des Gasstroms gleich der Bewegungsrichtung der
Flüssigkeitssprühnebeltropfen. Auf diese Weise wird die Zeitdauer der gegenseitigen
Einwirkung der Sprühnebeltropfen der Waschflüssigkeit und der gasförmigen Verunreinigungen
verlängert und damit der
Grad der Absorption der verunreinigenden
Gase in jedem Sprühnebeltropfen gesteigert.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine senkrechte Querschnittansicht der Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Linie 1-1 der F i g.
2; F i g. 2 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung der Fig. 1, und F i g. 3 zeigt
einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1.
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In der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen
Ansichten gleiche Teile bezeichnen, ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein äußeres, im wesentlichen zylindrisches
Gehäuse 10 umfassend dargestellt, dessen unterer Teil einen Tank oder einen Behälter
11 für die Waschflüssigkeit bildet. An dem Oberteil des Gehäuses 10 ist ein Gebläsegehäuse
12 montiert, das von einem Flansch 13 auf dem Gehäuse 10 getragen wird und eine
Auslaßleitung 14 aufweist, die zu dem Luftauslaß 15 führt.
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In der Mitte des Gehäuses 10 und axial unter dem normalen Spiegel
16 der Waschflüssigkeit in dem Tank 11 ist ein Lagerunterteil 20 angeordnet, der
in bekannter Weise mit inneren Kreuzträgern 21 in dem Gehäuse 10 getragen wird,
um das untere Ende einer axialen, senkrechten Verteiler- und Zerstäuberwelle 25
drehbar zu tragen, deren oberes Ende drehbar in dem von den inneren Kreuzträgern27
getragenen Lager 26 montiert ist.
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Senkrecht durch das Gebläsegehäuse 12 verlaufend und über der Welle
25 liegend, jedoch koaxial mit dieser ausgerichtet, ist eine Welle 30 angeordnet,
die als Antriebswelle und ebenfalls als Gebläsewelle dient und die drehbar in dem
Gebläsegehäuse 12 durch das darin angeordnete obere Lager 31 und das durch innere
Kreuzträger 33 getragene untere Lager 32 gelagert ist. Das untere Ende der Antriebswelle
30 steht mit dem oberen Ende der Zerstäuber- und Verteilerwelle 25 durch eine biegsame
Kupplung 34 in treibendem Eingriff, und die Wellen 30 und 25 werden, wie etwa durch
einen Motor 40, der über Riemenscheibenanordnungen 41, 42 und Riemen 43 arbeitet,
auf geeignete Art und Weise in Umdrehung versetzt.
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Auf der Welle 30 ist in dem Gebläsegehäuse 12 weiterhin ein Absaugen50
montiert, der Luft von dem Gehäuse nach der Wäsche darin aufnimmt und sie durch
die Auslaßleitung 14 und den Luftauslaß 15 abgibt. An dem unteren Ende der Welle
25 ist ein Flüssigkeitspumpzerstäuber 55 zur Umdrehung anmontiert, der so ausgebildet
ist, daß er Wasser oder eine andere Waschflüssigkeit aus dem Tank 11 herauspumpt
und nach oben in das Innere des den sich drehenden Sprühnebel erzeugenden Mittels
drückt.
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Es wird in der Zeichnung als ein sich drehender Käfigverteiler 60
angezeigt. Dieses Sprühnebel erzeugende Mittel 60 ist ebenfalls auf der Welle 25
zur Drehung mit dieser montiert und umfaßt eine obere Platte 61, die an der Welle
25 befestigt ist, von der eine Vielzahl von voneinander getrennten Stangen oder
Flügeln 62 nach unten verlaufen, deren untere Enden mit einem Ring 63 verbunden
sind.
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Bei einer Drehung der Welle 25 (durch den Antriebsmotor 40, der über
den Antrieb 41, 42 und die Welle 30 arbeitet) pumpt oder drückt der Zerstäuber 55
Waschflüssigkeit aus dem Tank 11 nach oben in den sich drehenden Käfigverteiler
60. Die in ihm ge-
bildeten Sprühnebeltropfen 64 werden durch die sich bewegenden
Flügel 62 des sich drehenden Käfigs, die auf den Strom von Waschflüssigkeit von
dem Zerstäuber 55 auftreffen, in den Waschraum um den Verteiler 60 geschleudert.
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In dem Gehäuse 10 und um den darin befindlichen Verteilerkäfig 60
herum ist eine im wesentlichen zylindrische innere Waschkammer 70 angeordnet, die
einen geschlossenen Oberteil 71 besitzt, jedoch unten offen ist und im wesentlichen
zylindrische Seitenwandungen 72 hat, die auf einer Ebene enden, die ungefähr an
das untere Ende des Verteilerkäfigs 60 angrenzt und innen von den Seitenwandungen
des Gehäuses 10 getrennt ist. In dem oberen Teil der Waschkammer 70 ist ein Lufteinlaß
75 tangential dazu angeordnet, wie dies ebenfalls in der F i g. 3 gezeigt ist, die
mit weiteren Einzelheiten eine bevorzugte Ausführungsform des Einlasses 75 darstellt.
So wird auch die verjüngte Form davon umfaßt. Diese soll einen Eintritt der zu waschenden
Luft in die innere Waschkammer 70 mit hoher tangentialer Geschwindigkeit gewährleisten.
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Der obere Teil der inneren Waschkammer 70 schafft so einen tangentialen
Lufteinlaßweg durch die Lufteinlaßleitung 75, um Luft oder Gas in das Gerät einzuführen
und um dem Luft- oder Gasstrom eine Wirbelbewegung zu übertragen, während die Wandungen72
der Waschkammer 70 einen Waschraum begrenzen, der die Flüssigkeitssprühnebeltropfen
64 enthält. Diese werden von dem sich drehenden Käfigverteiler 60 nach außen geschleudert.
Das Außere der Wandungen 72 bildet mit den äußeren Wandungen des Gehäuses 10 einen
ringförmigen Durchlaß um die Kammer 70 herum. Die durch den tangentialen Einlaß
75 eintretende Luft strömt mit einer Wirbelbewegung nach unten durch die innere
Waschkammer 70 zwischen den Wandungen 72 und durch den darin befindlichen Flüssigkeitssprühnebel.
Ihre Bewegungsrichtung kehrt sich dann um, indem sie an der Unterkante der Wandungen
72 vorbeigeführt wird. Außerhalb der Wandungen 72 wird sie durch den äußeren ringförmigen
Durchlaß infolge der Saugwirkung des Absaugers 50 nach oben gezogen, wie dies im
wesentlichen durch die verschiedenen Flußpfeile in der Zeichnung angezeigt ist.
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In dem oberen Teil des Gehäuses 10, über dem Lufteinlaß 75 und der
Waschkammer 70 ist eine Vielzahl von Leitflächen 80 mit Räumen 81 dazwischen angeordnet,
über die und zwischen denen der Luftstrom durch den Absauger 50 gesogen wird, nachdem
er die Waschkammer 70 an deren Unterteil verlassen hat. Die Leitflächen 80 gewährleisten
in bekannter Art und Weise die Entfernung von in der gewaschenen Luft mitgeführter
Feuchtigkeit oder mitgeführten Tropfen. Der von dem sich drehenden Käfigverteiler
60 nach außen geschleuderte Waschflüssigkeitssprühnebel trifft schließlich auf das
Innere der Wandungen 72 der Kammer 70 auf. Hier bildet er eine im wesentlichen ununterbrochene
Schicht von Waschflüssigkeit, die entlang der inneren Oberflächen der Wandungen
72 nach unten fließt, um zu dem Behälter 11 zurückzukehren.
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Die Geschwindigkeit und die Pumpleistung des Zerstäubers 55 sind
vorzugsweise so miteinander in Beziehung gesetzt, daß der Zerstäuber 55 laufend
genügend Waschflüssigkeit von dem Behälter 11 zu dem Verteilerkäfig 60 drückt, um
diese im wesentlichen ununterbrochene Flüssigkeitsschicht auf der
Innenseite
der Wandung 72 zu erhalten und um insbesondere zu ermöglichen, daß die Waschflüssigkeit
von der Unterkante der Wandungen 72 in einem im wesentlichen ununterbrochenen ringförmigen
Vorhang von Flüssigkeit (durch die strichpunktierten Linien 85 angezeigt) abfließt.
Die Luft muß durch diesen Vorhang 85 beim Verlassen der Waschkammer 70 hindurchströmen,
wodurch eine letzte oder zusätzliche Waschwirkung zusätzlich zu derjenigen erzielt
wird, die sich bei dem Durchlauf der Luft durch den von dem Verteilerkäfig 60 in
der Waschkammer70 erzeugten Sprühnebel ergibt. Dieser nach unten fließende Vorhang
von Waschflüssigkeit 85 bewirkt infolge seiner innigen Berührung mit dem in seiner
Bewegungsrichung sich plötzlich ändernden Luftstrom eine im wesentlichen vollständige
Entfernung des mitgeführten Materials. Etwa im Gasstrom noch vorhandene Partikelchen
werden zusammen mit der Feuchtigkeit oder mit den Tropfen von Waschflüssigkeit auf
den Leitflächen 80 in dem oberen Teil der Kammer 10 entfernt.
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Die zusätzliche Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
auf die tangentiale Einführung des zu waschenden Gases und dessen Wirbelbewegung
nach unten durch den Waschflüssigkeitssprühnebel in der Waschkammer 70 zurückgeführt
werden muß. wird weitergesteigert, insbesondere im Hinblick auf die Entfernung von
sehr kleinen Teilchen der Größenordnung des Mikron- oder Submikron-Bereiches, wenn
der tangentiale Einlaß 75 so ausgebildet ist (wie in Fig. 3 gezeigt), daß er der
wirbelnden Einlaßluft eine Umfangsrichtung überträgt, die der Bewegungsrichtung
der von dem sich drehenden Verteilerkäfig 60 nach außen geschleuderten Waschflüssigkeitstropfen
64 entgegengesetzt ist. Dies bedeutet, daß der Waschflüssigkeitssprühnebel 64 von
dem sich drehenden Verteilerkäfig 60 in einer Richtung herausgeschleudert wird,
die beinahe tangential zum Umfang des Käfigs liegt. Dementsprechend kann der Lufteinlaß
75, wie in F i g. 3 gezeigt, in der der Käfigverteiler 60 als in einer Richtung
entsprechend dem Uhrzeigersinn sich drehend dargestellt ist, so ausgerichtet sein,
daß die tangential ausgerichtete, wirbelnd eintretende Luft 86 sich in einer Richtung
bewegt (d. h. dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt), die der Bewegungsrichtung der
Sprühnebeltropfen 64 in dem Waschflüssigkeitssprühnebel entgegengesetzt ist. Dadurch
wird die Aufschlagkraft zwischen den Flüssigkeitstropfen und den mitgeführten verunreinigenden
Teilchen in der zu waschenden Luft gesteigert. Dies bedeutet einen Vorteil für das
Nässen, Sammeln und Entfernen der mitgeführten Stoffe und insbesondere für die Entfernung
von sehr kleinen Teilchen.
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Zur Veranschaulichung der gesteigerten Wirksamkeit des erfindungsgemäßen
Gaswaschprozesses sind Mengenvergleiche zwischen Vorrichtungen gemäß der Erfindung
und herkömmlichen Vorrichtungen zum Waschen von Gasen der gleichen angeführten Leistung
(566m3/min) durchgeführt worden. Die letztgenannten wiesen jedoch weder den tangentialen
Lufteinlaß auf noch die Anordnung, nach der die Luft über dem Flüssigkeitssprühnebel
eintritt. Es wurde folgendes Ergebnis erzielt: Die Menge von Prüffarbstoff, die
in der zu waschenden Luft mitgeführt und verteilt worden war (Farbstoff Standard
ASP 100), betrug nach der Behandlung gemäß der Erfindung in der aus dem Auslaß 15
austretenden
Luft weniger als ein Drittel der Menge von Farbstoff, die sich in der
mit einem herkömmlichen Gaswäscher behandelten Luft befand.
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Zur Untersuchung des Wirkungsgrades bei der Entfernung von sehr kleinen
Teilchen wurden Mengenbestimmungen durchgeführt. Es wurden für die Versuche Stoffe
verwendet, deren Teilchengröße weniger als 4 Mikron und bei ungefähr 45 °/o weniger
als 1,4 Mikron betrug.
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Bei einer Anordnung, bei der die Drehrichtungen der eintretenden
Luft und des Wassersprühnebels gleich, also nicht entgegengesetzt waren, wurde eintretende
Luft, die 2110 Prüf-Farbstoffkörner pro 28,3 m3 enthielt, in solchem Maß gereinigt,
daß die aus dem Auslaß des Gerätes austretende Luft nur 28,1 Körner pro 28,3 m:s
enthielt; bei einer Einlaßcharge von 1425 Körnern pro 28,3 ms ergab sich eine Auslaßcharge
von 24,3 Körnern pro 28,3 m3.
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Es wurde ferner der Vergleich so geführt, daß der Lufteinlaß 75 und
die Drehrichtung des Käfigs 60 der Fig. 8 entsprach, so daß also die Horizontalbewegung
der Sprühnebeltropfen 64 der horizontalen Wirbelbewegung 86 der eintretenden Luft
entgegengerichtet war. Die anderen Bedingungen, wie Geschwindigkeit und Drehung
des Motors 40 usw.. blieben die gleichen. Luft, die durch den Einlaß 75 eintrat
und mit 2680 Körnern Prüffarbstoff pro 28,3 m verunreinigt war, wurde in einem solchen
Maß gereinigt, daß nur noch 13,3 Körner Farbstoff pro 28,3 ms in der aus dem Auslaß
15 austretenden Luft enthalten waren. Sehr gute Ergebnisse dieser bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden auch bei Einlaßchargen von 1365 Körnern
pro 28,3 ms und von 1024 Körnern pro 28,3 m3 erzielt. In diesem Fall wurden an dem
Auslaß 15 nur 11,4 Körner pro 28,3 m3 festgestellt.
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Die oben angeführten, in dem Gasstrom befindlichen Versuchsmengen
an Farbstoff liegen wesentlich höher als diejenigen, die in einem gewerblichen Betrieb
zu erwarten sind. Sie wurden jedoch absichtlich so hoch gewählt, um die gesteigerte
Wirkung der Anordnung gemäß der Erfindung hervorzuheben. Es zeigt sich also, daß
das Prinzip des Auftreffens von Einlaßluft oder -gas auf Waschflüssigkeitssprühnebeltropfen
aus entgegengesetzten Richtungen unter gleichzeitiger Abwärtsbewegung der Luft durch
die Waschkammer 70 einen hohen Wirkungsgrad des Reinigungsprozesses bzw. der Entfernung
von sehr fein unterteilten mitgeführten Verunreinigungen gewährleistet.
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Wenn Luft oder andere Gase gewaschen werden sollen, die verunreinigende
Gase oder gasartige Materialien enthalten, wird die Umfangswirbelbewegung des eintretenden
Gasstroms 86 so ausgerichtet, daß sie in der gleichen Richtung liegt wie die der
Sprühnebeltropfen 64. Dies wird dadurch erreicht, daß das Sprühnebel erzeugende
Mittel 60 in einer Richtung gedreht wird, die entgegengesetzt zu der in Fig. 3 gezeigten
ist. Dabei erzielt die schnelle Umdrehung des Sprühnebel erzeugenden Mittels 60
einen dichten Sprühnebel, und da die Luft und die darin befindlichen verunreinigenden
Stoffe in der gleichen Richtung wie die Sprühnebeltropfen strömen, wird die Einwirkungszeit
zwischen jedem Tropfen und dem verunreinigenden Gas erhöht. Auf diese Weise wird,
wie erwünscht, eine größere Absorption des verunreinigenden Gases erzielt. Die Waschflüssigkeit,
wie beispielsweise Wasser, kann zur Unterstützung der
Absorption
von Gasen auch noch Reagenzien und neutralisierende Agenzien enthalten.