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Flüssigkeltsfilter zur Abscheidung feinster Schwebe stoffe Die Erfindung
ist' ein durch fein unterteilte Flüssigkeit betriebenes Filter zur Abscheidung feinstteiliger
Schwebstoffe aus Luft und anderen Gasen. Es ist bekannt, daß solche Filterschichten
durch Zerteilung von quer zu einer Gasströmung eingedüsen dünnen Flüssigkeitsstrahlen
erzeugt werden können, z.B.
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indem sie auf den zu reinigenden Gasstrom hoher Geschwindigkeit (60
- 120 m/sek.) aufprallen und z.B. in einer Venturi-Kehle durchsetzen. Die Waschflüssigkeit
kann hierbei unter kurzfristiger Überwindung ihrer Oberflächenspannung in feine
Lamellen (Zellhäute oder Zellwände) aufgelöst werden, in denen die Schwebe stoffe
aufgefangen werden. Die anschließende Rückbildung der Lamellen in Uröpfohen schließt
die Verunreinigungen sicher ein, die sich auf den großen Oberflächen der Lamellen
angeheftet hatten. Die Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit
können
anschließend, z.B. durch Fliehkraft, abgeschieden werden.
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Dieses Verfahren hat sich vor allem zur Gas- oder Abgasreinigung bewährt,
wenn hohe und höchste Schwebestoffkonzentrationen (10 - 200 g/Nm3) zu bewältigen
sind. Dann lassen sich mit zweistufiger Arbeitsweise - Abscheidewirkungsgrade yon
99,5 bis 99,9 % erreichen. In solchen Fällen ist der relativ hohe Energieaufwand
für die Zerteilung der Waschflüssigeit durch das Gas bei Druckverlusten von 750
- 1500 mm mit mit 2,5 - 5 Kilo-Watt-Stunde pro 1000 m³ Gas technisch gerechtfertigt.
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Handelt es sich dagegen um Gase oder Abgase mit geringer Schwebestoffkonzentration
(t,1 - 5 g/1#3), so ist der hohe spezifische Energieaufwand, also der kinetischen
Energie -zur Wasserzerteilung, für die meist sehr großen strömenden Gasmengen wirtschaftlich
nicht vertretbar. Die Erfindung geht daher einen anderen Weg zwecks Bildung einer
Flüssigkeitsfilterschicht aus derartigen Lamellen (Zellhäuten).
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In mehreren Techniken sind Rieselkühler hoch entwickelt worden, z.B.
zur Milch- und Würzekühlung läßt man die flüssigkeit über die Oberfläche von Hetallformstücken
laufen, auf denen sie sich von selbst in äußerst dünnen Häuten ausbreitet.
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Hier setzt die Erfindung ein. die besteht darin, das zu reinigende
Gas
im Gleichstrom mit der Flüssigkeit durch einen Kanal zu führen. In diesem ist ein
Spaltgitterwerk angeordnet. Die Reinigungsflüssigkeit wird unter hohem Druck auf
dies Gitterwerk aufgesprüht. Auf diesen Oberflächen breitet sich die Flüssigkeit
zu sehr gleichmäßigen dünnen Häuten aus. Diese Häute werden vom Druck des strömenden
Gases ständig und gleichförmig auf ihrer Unterlage verschoben. Sie werden bis zu
den Außenkanten des Gitterwerks weiterbewegt und in das zu reinigende Gas verblasen.
In diesem bilden sie eine Filterschicht aus Flüssigkeitslamellen von der Höhe und
Breite des gewählten Gitterwerks.
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Die Filterschicht hat also eine beliebig wählbare Raumerfüllung in
Querschnitt und Länge entsprechend dem åeweiligen freien Kanalraum.. Auf diese Weise
entsteht eine mehrstufige Feinstwäsche. Zunächst werden gröbere Fremdteilcnen des
im Gleichstrom strömenden Gases mittels der versprühten Tröpfchen ausgewaschen;
anschließend durch. die innige Reibung längs der Spalten des Gitterwerks auf den
Häuten, dann jedoch und sehr wesentlich in dem Flüssigkeitsfilter aus Lamellen,
das sich im Kanal hinter dem Spaltgitterwerk bildet.
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Es ist ganz bekannt, in Kanälen strömende Luft und andere Gase zur
Befreiung von Fremdstoffen mit Flüssigkeitstropfen zu besprühen und diese Reinigungswirkung
zu verbessern, indem die Tropfen Filter verschiedener Formgebung benetzen, die dann
mit ihrer nassen Oberfläche eine zweite Reinigungsstufe bilden, von der der Feinschlamm
herabrieselt.
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Als neu und erfinderisch wird å jedoch betrachtet, planmäßig die Sprühbenetzung
innerhalb eines Gitterwerks in gleichförmige Flüssigkeitshäute umzuformen, diese
Häute ununterbrochen mittels des Strömungsdruckes aus den Sprühdüsen (und der Grenzströmung
des zu reinigenden Gases) in Richtung auf die Außenkanten des Gitterwerkes zu verschieben
und dabei in ein sich ständig erneuerndes freischwebendes Filter aus Flüssigkeitslwnellen
vom wählbaren Querschnitt des Gitterwerks und einer ebenso wählbaren Tiefe bis zu
einer Auffangschicht auszubilden.
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Durch Aufprall hoch beschleunigter Flüssigkeitstropfen auf ein etwa
senkrecht zum Gasstrom angeordnetes feinspaltiges Membrangitter werden also aus
den Tropfen Lamellen erzeugt, während das zu reinigende Gas bei diesem Vorgang nur
eine niedrige Geschwindigkeit (2 - 20 m/Sek) hat, so daß der gasseitige Druckverlust
sehr gering ist und kein nennenswerter Widerstand überwunden werden muß. Der Energieaufwand
ist dementsprechend niedrig.
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Dies bezieht sich auch auf den sich letztlich anschließenden, die
aus den Lamellen zurückgebildeten Feinstschlammteilchen aufnehmenden Tropfenabscheider,
der
vorzugsweise in Form fein verteilter Umlenkungskanäle mit geringem Strömungswiderstand
ausgefu~hrt ist. Der gasseitige Gesamtdruckverlust beträgt dabei etwa 75 - 150 mm
WS, was einem spezifischen Energieaufwänd von 0,25 bis 0,5 Watt-Stunde pro m3 etwa
nur 1/10 gegenüber dem bekannten Venturi-Prinzip entspricht.
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Die Energie zur Erzeugung der Flüssigkeitsfilterschicht wird bei diesem
Verfahren in das Wasser gesteckt, d.h. die Waschflüssig keit wird in einer Düse
zerteilt und die austretenden Flüssigkeitstropfen mit hoher Geschwindigkeit auf
das feinspaltige Gitterwerk geschleudert. Der spezifische Energieaufwand beträgt
bei Druckverlusten von 10 - 15 kg/cm2 etwa 0,4 - 0,6 Watt-Stunde/m3, oder Kilo-Watt-Stunde
pro 1000 m3 Gas, während er bei dem bekannten Venturi-Verfahren sich auf 0,1 Watt-Stunde/m3
bei gleichem Wasser- zu-Gas-Verhältnis (1 l/m3) beläuft.
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Insgesamt ergibt sich somit eine Verbesserung des spezifischen Energieaufwande
s von Venturi-Szstem Flüssigkeitsfilter gasseitig 2,5 - 5,0 kW/1000 m3 Gas 0,25
- 0,5 kW/1000 m3 Gas wasserseitig 0,1 - 0,1 kl/1000 m3 Gas 0,4 - 0,6 kW/1000 m3
Gas 2,6 - 5,1 kW/1000 m3 Gas 0,65 - 1,1 kW/1000 m3 Gas d.h. eine Verminderung des
spezifischen Energieaufwandes auf ein 1/4 - 1/5 gegenüber dem Venturi-Prinzip.
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DAS neue Flüssigkeitsfilter ist in der Zeichnung als beispielsweise,
aber bevorzugte Ausführung dargestellt: Figur 1 ist eine Seitenansicht, teilweise
im Schnitt; Figur 2 ist eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilansicht; Figur 3 ist
eine wiederum#vergrößerte Einzelheit.
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Im einzelnen ergibt sich aus der Zeichnung der im folgenden beschriebene
Aufbau und die anschließend erläuterte Wirkiings weise.
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Das neue Filter besteht aus einem vorzugsweise quadratischen Kanal,
an dessen Eingang (0) sich eine Düsenzone (1) befindet, in der die Waschflüssigkeit
in Gasrichtung z.B. mit Hohl- oder Vollkegeldüsen (2) unter hohem Druck verdüst
und die gebildeten Wassertröpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf das sich anschließende
Spaltgitter (5) geschleudert werden. Durch den heftigen Aufprall der ~#assertropfen
auf die Gitterstäbe (4) werden diese zu Lamellen (Zellhäuten) zerteilt, die in dem
Gitterwerk ein Flüssigkeitsfilter bilden, das in der Lage ist, feinste Schwebe stoffe
aufzunehmen.
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Die Schwebestoff-Abscheidung ist mit dem bekannten Vorgang in einer
Venturi-Kehle mit Quereindüsung von Wasserstrahlen vergleichbar,
wobei
in den engen Spalten (5) zwischen den Gitterstäben eine intensive Mischung des die
Schwebe stoffe enthaltenden Gases mit den fein zerteilten Lamellen stattfindet-
und sich im anschließenden erweiternden Kanal (Diffusor) (6) die Zusammenballung
(Agglomeration) der fein zerteilten Flüssigkeitsteilchen ergibt. Die gebildeten
Flüssigkeitströpfchen fallen auf grund der Schwerkraft herab und sammeln sich im
Auslauf (7) oder werden vom Gasstrom mitgetragen und werden in dem sich anschließenden
Trö#fchenabscheider# (8) an den Umlenkungskanalen abgeschieden und sammeln sich
ebenfalls im Auslauf (7), den sie über den Austrittsstutzen (-9) verlassen. Das
Gas tritt aus dem Tropfenabscheider (8) in den fortgeführten Kanal, an den sich
der Austrittsflansch (10) anschließt.
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Entscheidend für die Funktion des Flüssigkeitsfilters ist die Bemessung
des feinmaschigen Gitterwerkes und die Geschwindigkeit (kinetische Energie), Tropfengröße
und Tropfenverteilung der Waschflüssigkeit sowie Abstand der Waschflüssigkeitsdüsen
vom Gitterwerk.
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Alle diese Größen lassen sich nach den jeweiligen technischen Bedingungen
innerhalb eines weiten Bereiches auswählen und aufeinander abstimmen. Im besonderen
kann der Diffusorteil (6), der an den Venturikehlen (5) beginnt und sich bis zur
Vorderfront der Tropfenabscheider (8) fortsetzt, auch noch im Betrieb leicht und
genau abgestimmt werden.