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Verfahren zur Absdieidung von Flüssigkeiten aus Gasen unter Verwendung
von Zentrifugalabscheidern Die Al)scheidullg von Flüssigkeiten aus Gasen in Zentrifugalabscheidern
bei normalem Druck ist bekannt. Das Gas wird z. B. durch spiralig gewundene Rohre
geleitet und soll seinen Gehalt an suspendierten Flüssigkeitströpfchen infolge der
dabei auftretenden hohen Beschleunigung durch die erzwungene dauernde Richtungsänderung
abgeben.
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Um eine wirksame Abscheidung zu erreichen, müßte man hohe Geschwindigkeiten,
d. h. sehr enge Spiralen, anwenden. Dadurch treten aber hohe Staudrucke auf, die
dadurch überwunden werden müssen, daß das Gas unter einem entsprechend höherem Druck
durch die Abscheider gepreßt wird.
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Bei niederen Drucken ist die relative Druckerhöhung recht erheblich
und wirkt sich in einer starken Steigerung des Kraftverbrauches, proportional dem
Druckverhältnis, aus. Man wird daher mit Rücksicht auf den Kraftverbrauch derartige
Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen bei niederem oder nur mäßig erhöhtem Druck
nicht zu erreichen versuchen und sich mit geringem Reinigungseffekt zufrieden geben.
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Geht man gemäß der Erfindung zu höherem Gesamtdruck über, so tritt
der Anteil an Energie, den man für die tSberwindung des Staudruckes in der Spirale
aufwenden muß, relativ mehr zurück.
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Es wird daher erfindungsgemäß die beschriebene Art der Flüssigkeitsabscheidung
in Spiralen bei höheren Drücken durchgeführt, speziell dort, wo an sich das Gas
bereits unter höherem Druck vorliegt
und verwendet werden muß, z.
B. bei der Luftzerlegung.
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Durch Versuche wurde gefunden, daß man besonders hohe Abscheiivirkungen
erreicht, wenn die Zentrifugalbeschleunigung für die strömenden Teilchen mehr als
100 cm/sec2 beträgt. Unter diesen Umständen wurde z. B. bei einem Druck von Ioo
at in zehn Windungen eines Rohres von I,5 mm lichter Weite eine Ölabscheidewirkung
von go °/o aus einem Luftstrom von 6 Nm3/h erreicht. Der erzielte Endgehalt an Öl
betrug dabei sw 0,5 mg/NmS Luft, der Druckabfall längs der Spirale 4 at und der
entsprechende Mehraufwand an Kraft etwa o,gO/o des gesamten Kraftbedarfs.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist aus der Abbildung ersichtlich,
in der I das zu einer Spirale 2 gewundene Flüssigkeitsabscheiderohr darstellt, 3
eine Erweiterung und 4 ein Kernrohr, auf dem das Spiralrohr aufgewickelt ist und
welches gleichzeitig in seinem unteren Teil die abgeschiedene Flüssigkeit, z. B.
Öl, auf seiner Oberfläche nach unten abführt. 5 ist der Druckbehälter mit Gasabzugsrohr
6 und Olentnahmeventil 7. Der Auslauf der letzten Windung kann auch in einer anderen
zweckmäßigen Weise ausgeführt werden.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach einem weiteren Erfindungsgedanken
und wie in der Abbildung dargestellt das abgeschiedene Öl an der Innenseite des
unteren Rohrwindungsendes abgestreift wird, wohin es unter dem Einfluß der nach
außen drängenden Gasmassen ausweicht. Diese Fläche soll möglichst glatt und ohne
Stufen oder sonstige Hindernisse die ankommende Flüssigkeit übernehmen und in dünnem
Film der Einwirkung des Gasstrahles entziehen, nach unten führen und abscheiden.
Die eintretende Luft erleidet bei den geschilderten Verhältnissen bei einer Menge
von 6 Nm3/h in der Spirale einen Druckabfall von 4 at.
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Die dabei für die Flüssigkeitströpfchen auftretenden Beschleunigungen
betragen dabei etwa das Tausendfache der Erdbeschleunigung (IOOO- g = i66 cm/sec2).
Die Einhaltung der Bedingung, daß diese Beschleunigung etwa das Tausendfache der
Erdbeschleunigung betragen soll, kann bei der Dimensionierung der Windungszahl und
des Durchmessers in folgender Weise berücksichtigt werden.
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Gemäß der obigen Forderung besteht die Bedingung für die Zentrifugal
beschleunigung (Zeichenerklärung am Schluß der Gleichungen) w2 R = 106, (1) als
zweite Gleichung diejenige für tätsbedingung
ferner muß die Windungszahl n so groß sein, daß bei der unter I geforderten Zentrifugalbeschleunigung
alle Tröpfchen oberhalb einer bestimmten Größe bis zum Ende der Spirale den in bezug
auf die zentrifugale Gasströmung nach außen gerichteten Teil des Spiralrohrinnern
erreicht haben.
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Hierfür besteht die Beziehung:
Damit ein bestimmter Druckabfall längs der Spirale nicht überschritten wird, was
den Kraftbedarf unzulässig hoch ansteigen lassen würde, wird gefordert, daß der
Druckabfall nicht mehr als 1 j0 zusätzlicher Verdichtungsarbeit bedingen darf. Der
Druckabfall längs der Spirale errechnet sich nach Gleichung
und die geforderte Grenzbedingung für die zusätzliche Verdichterarbeit von max.
1 °/0 errechnet sich nach Gleichung
Selbstverständlich können auch höhere Druckabfälle zugelassen werden, wenn eine
gute Abscheidung suspendierter Fl;üssigkeitsteilchen wichtiger als die Vermeidung
zusätzlicher Verdichterarbeit ist. Während sich unterhalb 20 at die den Gleichungen
(I) bis (5) zugrunde liegenden Bedingungen nicht restlos erfüllen lassen, gelingt
dies um so leichter, je höher der Betriebsdruck ist. Es kommt ein anderer günstiger
Effekt, welcher außerhalb der Erfindung liegt, hinzu, daß an sich die Abscheidebedingungen
für dampfförmige Flüssigkeiten bei erhöhtem Druck günstiger werden, da das in der
Gasphase verbliebene Gewicht an dampfförmiger Flüssigkeit dem Gasdruck angenähert
umgekehrt proportional ist, während der Dampfüberschuß bei erhöhtem Druck kondensiert
und flüssig abgeschieden werden kann.
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In den obigen fünf Gleichungen, die für Flüssigkeitsabscheider für
beliebige Gasmengen und Drücke oberhalb 20 at die Dimensionen der Rohrspiralen zu
errechnen gestatten, bedeuten: w mittlere Teilchengeschwindigkeit (cm s v Radialgeschwindigkeitskomponente
der t)lteilchen (cm 5 - 1) l zur Strömungsrichtung des Gases, R Krümmungsradius
der Windungen (cm), M je Sekunde strömende Gasmasse (g/s), p Druck (dyn/cm2), dp
Druckabfall an der Spirale - (dynlcm2), d Rohrdurchmesser (cm), n Windungszahl,
e Dichte des Gases (g/cm3), ii, Widerstandsbeiwert für gerades Rohr bei turbulenter
Strömung, ¢ C Widerstandsbeiwert für go0 Krümmer.
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Die geschilderte Art der Flässigkeitsabscheiduiig führt zu einer
wesentlich besseren Abtrennung als in den bekannten Abscheidern und rechtfertigt
in vielen Fällen den geringen Mehraufwand an Kompressionskosten für das zu reinigende
Gas.