NL1003157C2 - Roterende deeltjesscheider met hoge afscheidingsgraad. - Google Patents

Description

ROTERENDE DEELTJESSCHEIDER MET HOGE AFSCHEIDINGSGRAAD

De uitvinding heeft betrekking op een scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht ten behoeve van het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- of submicrongrootte· uit een 5 gasvormig of een vloeibaar medium, waarbij het betreffende lichaam bestaat uit een grote hoeveelheid scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een deel van de axiale lengte, met het kenmerk dat de lengte van tenminste één van de kanalen aangeduid met 10 L, de radiale breedte van het kanaal aangeduid met d en de gemiddelde axiale mediumsnelheid in het kanaal aangeduid met w in onderlinge afhankelijkheid worden gekozen op zodanige wijze dat het dimensieloze kengetal Lv/(wd2) minimaal gelijk is aan 0.035, bij voorkeur 0.040, 15 waarbij v de kinematische viscositeit van het medium is. De uitvinding heeft tevens betrekking op een roterende deeltjesscheider welke bestaat uit vorenstaand beschreven scheidingslichaam, waarop stroomopwaarts en stroomafwaarts al dan niet impellers zijn bevestigd en 20 waarbij het scheidingslichaam is gemonteerd in een huis dat is voorzien van een mediuminlaat en een mediumuitlaat, eventueel met een aparte uitlaat voor het verwijderen van afgescheiden deeltjesmaterie.

EP 0286160, US 4,994,097 en US 5,073,177 hebben 25 betrekking op roterende deeltjesscheiders roterende axiale scheidingskanalen die zodanig gedimensioneerd zijn dat de stroming van het medium in de kanalen laminair is overeenkomstig een Reynoldsgetal kleiner dan 2300. PCT/NL94/00079 betreft axiale kanalen die niet-parallel 30 aan de rotatie-as zijn geplaatst binnen gedefinieerde grenzen zodanig dat secundaire stromingen het scheidingsproces niet nadelig beïnvloeden.

1003157 2

Het nieuwe inzicht, neergelegd in deze uitvinding, bestaat hieruit dat de stroming van het medium niet alleen laminair moet zijn en de kanalen niet-parallel tot zekere grenzen, maar dat de lengte-hoogte 5 verhouding van de kanalen minimaal gelijk dient te zijn aan een specifieke waarde zodanig dat in de kanalen verstoringen bij intrede in het kanaal uitgedempt zijn en er zich ontwikkelde laminair-visceuze stroming, ook wel genoemd Hagen-Poiseuille stroming, in de kanalen 10 ingesteld heeft. Alleen als aan deze voorwaarde is voldaan zal er een stroming ontstaan waarbij deeltjes die met het gasvormige of vloeibare medium de kanalen intreden zoveel mogelijk afgescheiden worden. De minimale waarde van de lengte-hoogte verhouding van de kanalen 15 waarbij volledig ontwikkelde laminaire visceuze stroming in de kanalen ontstaat is gegeven door de formule 20 waarbij w de gemiddelde mdiumsnelheid in het kanaal is, d de kanaalhoogte, v de kinematische viscositeit van het medium dat de kanalen doorstroomt en ax een numeriek getal dat bij voorkeur gelijk is aan 0.035.

Bovenstaande eis is met name van belang omdat 25 bij praktische uitvoeringsvormen van roterenae scheidingskanalen de stroming bij intrede onderworpen is aan verstoringen waaronder wervels die het scheidingsproces van deeltjes zullen verstoren. Met toenemende afstand vanaf intrede in het kanaal zullen 30 grenslagen aan de wanden van de kanalen in dikte toenemen. Bij een afstand waarbij de lengte-hoogte verhouding overeenkomt met de minimale waarde als boven gespecificeerd vullen de grenslagen het hele kanaal. Er heeft zich een volledig ontwikkelde laminair visceuze 35 stroming ingesteld. Verstoringen in de stroming zijn grotendeels weggedempt en de door centrifugaalkrachten geïnduceerde radiaal gerichte afscheiding van deeltjes kan vrijwel ongestoord zijn gang gaan.

1003157 3

In praktische uitvoeringen treden mogelijkerwijs axiale mediumsnelheden op van 1 tot 5 m/s terwijl de hoogte van de kanalen mogelijk waarden kan hebben van 1 of 3 mm. Nemen we het geval van deeltjes af 5 te scheiden uit lucht dan bedraagt de kinematische viscositeit 1.5 x 10'5 m2/s. De minimaal vereiste lengte-hoogte verhouding varieert voor bovengenoemd voorbeeldgeval van 2.3 tot 35. Bij een kanaalhoogte van 1 mm met een axiale luchtsnelheid van 1 m/s dient L/d 10 minimaal 2.3 te zijn, bij een hoogte van 3 mm en een luchtsnelheid van 5 m/s dient L/d minimaal 35 te zijn, teneinde een stroming te realiseren waarbij een zeer hoge afscheidingsgraad mogelijk is. Indien aan deze eis niet voldaan wordt zullen afscheidingspercentages die 15 aanzienlijk kleiner zijn dan in hoofdzaak volledige afscheiding gevonden worden.

Verder is het van belang dat de stroming in de kanalen stabiel blijft en bijvoorbeeld niet omslaat in een of andere vorm van turbulentie of aan andere 20 tijdsafhankelijke fluctuaties onderhevig is. Voor niet roterende kanalen zal hieraan voldaan zijn indien het Reynoldsgetal gebaseerd op de axiale stromingssnelheid van het medium begrensd is tot een zekere waarde. Deze waarde hangt af van de vorm van de kanalen en zal in de 25 praktijk rond een getalswaarde van circa 2000 liggen indien het Reynoldsgetal gebaseerd is op gemiddelde axiale mediumsnelheid en hydraulische diameter van de kanalen. Een complicatie kan optreden indien de kanalen roteren zoals het geval is in de beoogde vinding. Volgens 30 recente stromingsinzichten kan in het geval van rotatie stabiliteit van de stroming alleen gegarandeerd worden indien naast het Reynoldsgetal gebaseerd op axiale kanaalsnelheid ook het Reynoldsgetal gebaseerd op de hoeksnelheid van de kanalen begrensd is tot een zekere 35 waarde. Voor de afmetingen en fysische gegevens van praktische uitvoeringsvormen van de beoogde vinding wordt hieraan in voorkomende gevallen voldaan indien de kanalen begrensd worden door enkelvoudig samenhangende wanden.

1003157 4

Destabilisatie door rotatie wordt hiermee tegengegaan en begrenzing van het Reynoldsgetal gebaseerd op de axiale mediumsnelheid tot een waarde bekend voor niet-roterende kanalen is in voorkomende gevallen voldoende om stabiele 5 ontwikkelde laminair visceuze stroming te bewerkstelligen, mits de lengte-hoogte verhouding minimaal gelijk is aan de vereiste -waarde volgens vinding.

De scheidingskanalen kunnen op diverse wijzen 10 gefabriceerd worden. De mogelijkheid bestaat deze wanden van een zodanig materiaal te maken of op de wanden een laag aan te brengen, dat er een katalytische werking of een andersoortige fysische of chemische werking ontstaat. Deze katalytische, fysische of chemische werking kan erop 15 gericht zijn een bepaalde chemische reactie of fysische omzetting tot stand te brengen: bijvoorbeeld de katalytische omzetting van stikstofoxiden, of de absorptie van vocht, de verdamping van vloeistof, of het oplossen van aerosolen van bijvoorbeeld teer. Naast het 20 afscheiden van deeltjes kunnen dan beoogde fysisch/chemisch/thermodynamische omzettingen plaatsvinden. In het algemeen kan een dergelijke omzetting in voldoende mate gerealiseerd worden indien de lengte-hoogte verhouding een waarde heeft die minimaal 25 gelijk is aan die volgens beoogde vinding. De reden hiervoor is dat in voorkomende gevallen de diffusiecoëfficiënt van vergelijkbare grootte is als de kinematische viscositeit, zodat bij de minimale lengte-hoogte verhouding volgens vinding tevens het dimensieloze 30 kental LD/(wd2), waarbij D de diffusiecoëfficiënt is, voldoende groot is om de beoogde fysische en/of chemische werking te doen plaatsvinden.

Bij het afscheiden van deeltjes kan een deel van de wanden waarop deze deeltjes terechtkomen 35 afgeschermd worden van het gas. Het overblijvende wandoppervlak is echter voldoende om hiervanuit de beoogde fysisch/chemisch/thermodynamische werking te doen plaatsvinden. De beoogde vinding is dus uitermate 1003157 5 geschikt om het zuiveren van gassen van ongewenste deeltjes en het tot stand brengen van specifieke chemisch/fysisch/thermodynamische omzettingen in één inrichting te doen plaatsvinden.

5 De onderhavige uitvinding is tevens geschikt om fysisch/chemisch/thermodynamische omzettingen te doen plaatsvinden door het met opzet injecteren van additieven bijvoorbeeld in de vorm van kleine deeltjes in het gas voor intrede in de kanalen. Deze additieven kunnen 10 bijvoorbeeld een katalytische werking tot gevolg hebben, kunnen gasvormige componenten zoals Chloor-verbindingen en Zwavel-verbindingen uit het gas verwijderen, of kunnen bijvoorbeeld vocht absorberen. Ook kunnen kleine deeltjes in de vorm van minuscule vloeistofdruppels geïnjecteerd 15 worden waarmee tevens een natte wassing wordt bereikt. De additieven of deeltjes kunnen ten dele verdampen waarmee het gas afgekoeld wordt. De beoogde werking van deeltjes en druppeltjes treedt op zowel tijdens het verblijf in het gas als tijdens de periode dat deeltjes en 20 druppeltjes uitgeslingerd zijn en zich aan de vangwanden van het scheidingskanaal bevinden. De beoogde werking wordt verkregen indien de lengte-hoogte verhouding van de kanalen minimaal gelijk is aan de vereiste waarde volgens vinding.

25 Derhalve heeft de uitvinding betrekking op een scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht ten behoeve van het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- en submicrongrootte uit een medium, waarbij het betreffende lichaam bestaat uit een grote 30 hoeveelheid scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een deel van de axiale lengte, met het kenmerk dat de lengte van tenminste één van de kanalen aangeduid met L, de hoogte van het kanaal aangeduid met d en de gemiddelde axiale mediumsnelheid in 35 het kanaal aangeduid met w in onderlinge afhankelijkheid worden gekozen op zodanige wijze dat het dimensieloze kental Lv/(wd2) minimaal gelijk is aan alf waarbij v de 1003157 6 kinematische viscositeit van het medium is en gelijk is aan 0.030, bij voorkeur gelijk aan 0.035.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een scheidingslichaam met kanalen waarbij minimaal één kanaal 5 een wand heeft waar voorzieningen zijn aangebracht om een katalytische, of chemische of fysische of thermodynamische omzetting te laten doen plaatsvinden.

In het scheidingslichaam is het aantal kanalen in het algemeen groter dan 100, zoals 150 tot 1.000.000.

10 Het aantal kanalen met beoogde minimale waarde van het dimensieloze kengetal is in het algemeen meer dan 20% tot 30%. Bij voorkeur hebben vrijwel alle kanalen de beoogde minimale waarde van het dimensieloze kengetal. Indien naast deeltjesscheiding in de kanalen ook fysische en/of 15 chemische werking bewerkstelligd wordt en indien de diffusiecoêfficiênt aangeduid met D afwijkt in grootte van de kinematische viscositeit aangeduid met v, dan dient minimaal één van de kanalen waar de fysische en/of chemische werking bewerkstelligd wordt zodanig gekozen te 20 worden dat het dimensieloze kengetal LD/(wd2) minimaal gelijk is aan 0.035, in voorkomende gevallen minimaal gelijk aan 0.1.

Bij voorkeur is het scheidingslichaam voorzien van een spuiteenheid voor het met spuitmedium door een 25 scheidingskanaal heen daaruit verwijderen van daarin afgescheiden deeltjes, opdat tijdens bedrijf of buiten bedrijf snel en efficiënt afgescheiden deeltjesvormig materiaal kan worden verwijderd via en uit elk scheidingskanaal.

30 Indien verder bij voorkeur het scheidingslichaam is voorzien van zodanige mediuminlaat-en/of mediumuitlaatmiddelen waardoor de centrifugale drukopbouw gelijk of groter is dan de drukval over het scheidingslichaam, worden kortsluitstromen vermeden en 35 kan eventueel worden afgezien van afdichtmiddelen. De mediuminlaat- en/of mediumuitlaatmidelen kunnen zodanig uitgevoerd worden dat de mediumstroom in stand gehouden 1003157 7 wordt zonder de noodzaak van een additionele voorziening zoals een ventilator.

Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een scheidingseenheid die is voorzien van 5 tenminste twee scheidingslichamen.

Ook heeft de uitvinding betrekking op een scheidingslichaam volgens uitvinding waarbij stroomafwaarts en/of stroomopwaarts statische filters zijn geplaatst.

10 De uitvinding heeft tevens betrekking op een scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht voor het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- of submicrongrootte uit een medium, waarbij betreffend lichaam bestaat uit een grote hoeveelheid 15 scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een substantieel deel van de axiale lengte, welke wordt gekenmerkt doordat het is voorzien van een spuiteenheid voor het met spuitmedium door een scheidingskanaal heen daaruit verwijderen van daarin 20 afgescheiden deeltjes.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht voor het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- of submicrongrootte uit een medium, waarbij 25 betreffend lichaam bestaat uit een grote hoeveelheid scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een substantieel deel van de axiale lengte, welke wordt gekenmerkt doordat het scheidingslichaam roteerbaar aandrijfbaar is met een motor die flexibel bevestigd is 30 aan een gestel.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht voor het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- of submicrongrootte uit een medium, waarbij 35 betreffend lichaam bestaat uit een grote hoeveelheid scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een substantieel deel van de axiale lengte, welke wordt gekenmerkt doordat het is voorzien van zodanige 1003157 δ mediuminlaat- en/of mediumuitlaatmiddelen waardoor de centrifugale drukopbouw gelijk of groter is dan de drukval over het scheidingslichaam.

In een uitvoeringsvorm van het 5 scheidingslichaam volgens de uitvinding bestaan de scheidingskanalen uit gegolfd materiaal dat gewikkeld is rondom een as of pijp. Het materiaal kan bestaan uit papier, karton, folie, metaal, plastic of keramiek.

In een verdere uitvoeringsvorm van het 10 scheidingslichaam volgens de uitvinding worden de scheidingskanalen gevormd door kanalen in een geperforeerde of anderszins axiaal poreus lichaam.

In een verdere uitvoeringsvorm van het scheidingslichaam volgens de uitvinding worden de 15 scheidingskanalen gevormd door concentrische cilinders waarbij de ruimte tussen de cilinders wordt doorsneden door een tangentiële wand.

In nog een andere uitvoeringsvorm van het scheidingslichaam volgens de uitvinding wordt de 20 hydraulische diameter van tenminste één scheidingskanaal en de gemiddelde doorstroomsnelheid van het medium in het scheidingskanaal gekozen in onderlinge afhankelijkheid op zodanige wijze dat het Reynoldsgetal kleiner is dan 2300, en bij voorkeur kleiner dan 2000, waardoor een laminaire 25 stroming in het scheidingskanaal gewaarborgd is.

In een verdere uitvoeringsvorm van het scheidingslichaam volgens de uitvinding zijn de kanalen onevenwijdig aan de rotatie-as. Teneinde de verstorende werking van door Coriolis-krachten opgewekte secundaire 30 stromingen tegen te gaan wordt de mate van onevenwijdigheid bij voorkeur begrensd. Bij voorkeur wordt minimaal één van de kanalen zodanig gekozen dat de tangens van de hoek tussen de raakvlakken aan de wanden van het scheidingskanaal en de rotatie-as aangeduid met 35 tan a, de hoogte van het kanaal aangeduid met d, de lengte van het kanaal aangeduid met L en de rotatiesnelheid van het kanaal aangeduid met Ω in onderlinge afhankelijkheid zodanig zijn dat het 1003157 9 dimensieloze kengetal (Ω Ld tan a)/v over een substantieel deel van het scheidingskanaal kleiner is dan 640, waarbij v de kinematische viscositeit van het medium is.

5 In nog een andere uitvoeringsvorm van het scheidingslichaam volgens uitvinding voorzien van middelen waaronder impellers die leiden tot centrifugale drukopbouw en de gas- of vloeistofstroom in stand houden, zijn in de uitlaat statische voorzieningen aangebracht 10 die een fysisch, of chemisch, of thermodynamisch proces bewerkstelligen: bijvoorbeeld een absoluut filter dat alle restemissies van deeltjes wegneemt, of een verwarmings- of koelelement. In het algemeen zal een dergelijke voorziening een drukval veroorzaken. Door deze 15 voorziening direct in de uitlaat te plaatsen achter het middel dat voor centrifugale drukopbouw zorgdraagt en de stroming in stand houdt, kan een effectievere omzetting van snelheden in drukken gerealiseerd worden. Minimaal een deel van de drukval veroorzaakt door de voorziening 20 wordt aldus opgebracht door vermindering van de verliezen bij de omzetting van snelheidsdruk in statische druk. Het uiteindelijke drukverlies is dus minder dan de som van de afzonderlijke drukverliezen als gevolg van omzetting van snelheid in druk en de statische drukval over de 25 voorziening. De combinatie van een roterend filter volgens uitvinding met stroomafwaarts een statische voorziening biedt aldus aantrekkelijke voordelen. Het roterend filter draagt er zorg voor dat stroomafwaarts het gas gezuiverd is van ongewenste deeltjes. De 30 statische voorziening geplaatst achter het middel dat de stroming in stand houdt waaronder een impeller, zorgt voor een lagere drukval en een lager energiegebruik.

In Fig. 1 worden schematische tekeningen getoond van een langsdoorsnede en een dwarsdoorsnede van 35 een deeltjesscheider voorzien van een scheidingslichaam met scheidingskanalen volgens de uitvinding. Stroomopwaarts en stroomafwaarts van de scheidingskanalen bevinden zich gasgeleidingsmiddelen, bijvoorbeeld 1003157 10 impellers 1 en 2, voorzien van al dan niet gekromde schoepen 3. Gasgeleidingsmiddelen en scheidingskanalen zijn gemonteerd op een as die aangedreven wordt door motor 4.

5 Het te reinigen gas 5 treedt aan de onderzijde axiaal het huis binnen en wordt middels inlaatimpelIer l in rotatie gebracht en in de roterende scheidingskanalen 6 geleid. Door centrifugale werking scheiden vloeibare deeltjes en vaste deeltjes zich af van het gas en slaan 10 neer op de buitenwanden van de scheidingskanalen. Het van deeltjes ontdane gas verlaat de kanalen via de uitlaatimpeller 2 om via het slakkehuis 7 voorzien van dubbele uitlaat 8 naar een niet nader aangeduide verzamelruimte of plenum gevoerd te worden. De in de 15 scheidingskanalen verzamelde deeltjesmaterie kan verwijderd worden door het scheidingslichaam uit het huis te nemen en vervolgens te reinigen of te vervangen door een nieuw lichaam. Het scheidingslichaam kan ook in situ gereinigd worden door bijvoorbeeld het uitoefenen van 20 trillingen, door het opwekken van geluidsgolven of bij voorkeur door met lucht of ander gasvormig of een vloeibaar medium onder druk door de kanalen te spuiten.

Eventuele lekstromen van gereinigd gas aan de uittrede naar ongereinigd gas aan de intrede of vice 25 versa kunnen tegengegaan worden door een geschikt gekozen drukverdeling in de deeltjesscheider. Als gevolg van centrifugale werking zal gas dat impeller 1 en 2 in radiale zin doorstroomt een verhoging van druk ondergaan. Indien deze drukverhoging gelijk is aan de drukval door 30 weerstand die het gas ondergaat bij doorstroming van de scheidingskanalen 6 zal de druk aan de uittrede gelijk zijn aan die van de intrede en zullen er geen lekstromen optreden via de tussenruimte. Indien de roterende deeltjesscheider zodanig ontworpen wordt dat de 35 centrifugale drukopbouw van het gas iets groter is dan de drukval over de kanalen zal enkel een geringe terugstroom van gereinigd gas naar ongereinigd gas plaatsvinden. Speciale of hoogwaardige afdichtingen zijn dan niet 1003157 11 nodig. Kenmerkend voor een dergelijke uitvoeringsvorm is dat het scheidingslichaam en het gasgeleidingsmiddel zodanig geconstrueerd zijn dat het gereinigde gas op een radius uittreedt die groter is dan de radius waar het te 5 reinigen gas intreedt.

Een voorbeeld van een andere mogelijke uitvoeringsvorm van de roterende deeltjesscheider voorzien van een scheidingslichaam volgens uitvinding wordt getoond in Fig. 2.

10 Kenmerkend voor deze uitvoeringsvorm is een tangentiële inlaat 10 welke stroomopwaarts geplaatst is van het roterende scheidingslichaam 11 dat is voorzien van impeller 12 en wordt aangedreven door motor 13. Het te reinigen gas stroomt tangentieel het cycloonvormige 15 inlaathuis 14 binnen. Als gevolg van centrifugale werking door de roterende beweging van het gas in het inlaathuis, zullen de grovere deeltjes van het gas naar buiten geslingerd worden en via trechter 15 het inlaathuis verlaten. De fijnere deeltjes zullen vervolgens 20 afgescheiden worden in de scheidingskanalen van het scheidingslichaam. Het van deeltjes ontdane gas verlaat via impeller 12 en het slakvormige uitlaathuis 16 de roterende deeltjesscheider.

De in de kanalen verzamelde deeltjesmaterie kan 25 periodiek verwijderd worden met behulp van een spuiteenheid 17 welke horizontaal verplaatsbaar is 18 over de kanalen en welke lucht of een ander gasvormig of een vloeibaar medium 19 door de kanalen in stroomopwaartse richting spuit. Verzamelde 30 deeltjesmaterie wordt dan naar inlaathuis 14 verplaatst en verlaat de roterende deeltjesscheider via trechter 15. Dit proces kan plaatsvinden zowel bij stilstand als onder rotatiebedrijf. In het laatste geval zal de uit het roterende scheidingslichaam geblazen deeltjesmaterie 35 uitgeslingerd worden in het cycloonvormige inlaathuis 14 en aldaar analoog aan de voorafscheiding van grovere deeltjes het inlaathuis via trechter 15 verlaten. Door het blazen in stroomopwaartse richting gedoseerd en 1003157 12 gericht te doen plaatsvinden wordt het scheidingsproces van de roterende deeltjesscheider slechts in geringe mate verstoord en kan regeneratie van de roterende deeltjesscheider plaatsvinden zonder dat deze uit bedrijf 5 hoeft te worden genomen en het scheidingsproces onderbroken hoeft te worden.

Motor 13 is flexibel middels veren en/of dempers 20 aan het huis bevestigd. Daarmee wordt bereikt dat onbalanskrachten welke onder rotatie werkzaam zijn op 10 lagers en huis, minimaal zijn.

Het in Fig. 2 getoonde voorbeeld van een uitvoeringsvorm van de roterende deeltjesscheider is met name geschikt voor het filteren van gassen van industriële processen met hoge concentraties aan 15 deeltjesmaterie, bijvoorbeeld gassen van kolen en afvalverbrandingscentrales alwaar concentraties van 10 tot 100 gram/m3 niet ongebruikelijk zijn. Een belangrijk deel van de deeltjesmaterie bestaat bij dergelijke processen vaak uit grovere deeltjes met diameters van 20 circa 10 micron en groter. Deze materie wordt in de cycloonvormige inlaatruimte afgescheiden waardoor de concentratie aan deeltjesmaterie welke aangeboden wordt aan het roterende scheidingslichaam volgens uitvinding aanmerkelijk lager wordt, bijvoorbeeld 1 gram/m3. De tijd 25 waarbinnen de kanalen verstopt zouden kunnen raken kan daarmee aanzienlijk verlengd worden, bijvoorbeeld tot meer dan een uur. Binnen dit tijdsbestek wordt spuiteenheid 17, zoals een luchtjet, in werking gesteld teneinde het scheidingslichaam bijtijds van 30 deeltjesmaterie te ontdoen en het scheidingsproces ononderbroken te kunnen doen voortgaan.

Concentraties van deeltjesmaterie in buitenlucht zijn aanmerkelijk lager dan die welke gebruikelijk zijn in industriële procesgassen. In het 35 algemeen zijn de concentraties deeltjesmaterie in buitenlucht lager dan 1 milligram/m3. Bij toepassing van de roterende deeltjesscheider volgens uitvinding ten behoeve van luchtfiltering zal het scheidingslichaam pas 1003157 13 verzadigd raken na een lange periode van gebruik die meer dan een jaar kan bedragen. In situ reiniging is dan minder noodzakelijk en de uitvoeringsvorm met axiale inlaat getoond in Fig. 1 is geëigend voor een dergelijke 5 toepassing.

De roterende deeltjesscheider met scheidings-kanalen volgens vinding is geschikt om zowel vaste als vloeibare deeltjes uit gassen af te scheiden. Vloeibare deeltjes zullen na uitslingering in de scheidingskanalen 10 een vloeistoffilm aan de radiale wanden van de scheidingskanalen vormen. Als gevolg van de zwaartekracht zal bij verticale plaatsing van de wanden van de scheidingskanalen de vloeistoffilm zich naar beneden verplaatsen. De vloeistof verlaat de kanalen aan de 15 onderkant alwaar ingevolge de centrifugale kracht de vloeistof in de vorm van druppels wordt uitgeslingerd. Deze druppels kunnen worden afgevoerd middels geëigende voorzieningen. Bijvoorbeeld, ingeval van de uitvoeringsvorm getoond in Fig. 2 zullen de druppels 20 terechtkomen in de cycloonvormige inlaatruimte en zullen de roterende deeltjesscheider via de trechter verlaten. Ingeval van de uitvoeringsvorm getoond in Fig. 1 kunnen de druppels de roterende deeltjesscheider verlaten door gaatjes 9 aangebracht in de radiale wanden van de 25 inlaatimpeller.

De vloeistoffilm die aan de wanden van de scheidingskanalen ontstaat ingeval van vloeibare deeltjesmaterie zal zich benedenwaarts verplaatsen alleen dan wanneer de vloeistof aan een benedenwaartse kracht is 30 onderworpen. Ingeval van scheefstand van de kanalen kan een situatie ontstaan waarbij de naar beneden gerichte zwaartekracht teniet wordt gedaan door de component van de centrifugale kracht die in de lengterichting van het kanaal ontstaat ingeval van scheefstand. Een dergelijke 35 situatie kan worden voorkomen door de scheefstand van de kanalen te beperken tot een hoek waarvan de tangens kleiner is dan de verhouding van zwaartekracht en centrifugaalkracht.

1003157 14

De roterende deeltjesscheider volgens uitvinding kan onderdeel zijn van een chemisch of fysisch proces. Dit kan worden bewerkstelligd door de wanden van de kanalen van een geëigend materiaal te maken. Ook 5 kunnen fijne deeltjes worden gedispergeerd in het gas bij of voor intrede tot het cycloonvormige inlaathuis of middels de spuiteenheid 17 en kunnen aldus door absorptie, desorptie, adsorptie, chemische reactie of katalytische reactie een chemische of fysische omzetting 10 van het gas of de vloeistof of delen van het gas of de vloeistof teweeg brengen. De fijne deeltjes worden in het roterende element afgescheiden. Op deze wijze ontstaat een effectieve roterende reactor. Het gegeven dat hier met uiterst kleine deeltjes kan worden gewerkt biedt 15 interessante perspectieven ten opzichte van bestaande reactoren. Door het relatief grote contactoppervlak tussen de gasfase en de vaste fase zijn korte reactie- en afvangtijden mogelijk. Dit resulteert in een klein reactorvolume, i.c. compacte bouwvorm.

20 De roterende deeltjesscheider volgens uitvinding kan ook worden gebruikt voor het afscheiden van condenseerbare gasvormige componenten welke aanwezig zijn in een gas; bijvoorbeeld, het drogen van gassen. Het in rotatie brengen van het gas voor intrede in de 25 scheidingskanalen van het scheidingslichaam volgens uitvinding kan zodanig plaatsvinden dat afkoeling bijvoorbeeld door expansie optreedt en dampvormige componenten in het gas condenseren tot mistdruppels. Deze druppels worden in de scheidingskanalen afgescheiden 30 waarna het gedroogde gas de roterende deeltjesscheider verlaat via de uitlaatimpeller alwaar het gedroogde gas op de gewenste druk en temperatuur wordt gebracht. Met behulp van de roterende deeltjesscheider wordt aldus een thermodynamisch proces tot stand gebracht waarbij een 35 dampvormig gas wordt gesplitst in een droger gas en condensaat van lagere temperatuur. Een dergelijk proces kan onder andere worden toegepast als alternatief voor bestaande energie conversie-systemen waaronder 1003157 15 koelsystemen gebaseerd op freon, verwarmingen en warmtepompen.

De roterende deeltjesscheider volgens uitvinding is ook geschikt om toegepast te worden in 5 omstandigheden waarbij het gas onder hoge druk staat. In dergelijke toepassingen kan het huis van de roterende deeltjesscheider zodanig geconstruèerd worden dat het drukbestendig is, of kan de roterende deeltjesscheider als geheel in een afzonderlijk drukvat geplaatst worden. 10 Mogelijke afdichtingsproblemen bij de doorvoer van de aandrijfas van de roterende deeltjesscheider kunnen opgelost worden door ook de aandrijving binnen het drukvat te verplaatsen. Op deze wijze kunnen zeer hoge drukken toegelaten worden, tot wel 400 bar. Door 15 geschikte materiaalkeuze en het aanbrengen van koelingen kunnen ook hoge temperaturen toegelaten worden. Bij toepassing van hoogwaardige metaallegeringen kunnen gastemperaturen tot circa 800°C toegestaan worden. Indien de interne componenten van de roterende deeltjesscheider 20 volgens uitvinding van keramiek gemaakt worden kunnen temperaturen tot wel 1600°C toegelaten worden.

De in Fig. 1 en Fig. 2 getoonde deeltjes-scheiders zijn slechts voorbeelden van mogelijke uitvoeringsvormen van deeltjesscheiders voorzien van 25 scheidingslichaam volgens uitvinding. Afhankelijk van het soort toepassing zijn vele andere uitvoeringsvormen mogelijk. Kenmerkend daarbij is dat de deeltjesscheiders zijn voorzien van een scheidingslichaam volgens de uitvinding, dat stroomopwaarts en stroomafwaarts van het 30 scheidingslichaam al dan niet impellers zijn aangebracht en dat het scheidingslichaam al dan niet is geplaatst in een huis voorzien van gasinlaat en gasuitlaat en eventueel een aparte uitlaat voor het verwijderen van afgescheiden deeltjesmaterie.

35 Bij het filteren van grote hoeveelheden gas bestaat de mogelijkheid om meerdere roterende deeltjesscheiders volgens uitvinding parallel te plaatsen. De te filteren gasstroom wordt gesplitst over 1003157 16 de verschillende roterende deeltjesscheiders om vervolgens na filtering verzameld te worden in een gezamenlijke afvoerleiding. Aangezien elke roterende deeltjesscheider zodanig ontworpen kan worden dat de druk 5 waarin de gasuitlaat minimaal gelijk is aan de gasdruk in de inlaat, verpompt elke roterende deeltjesscheider zijn eigen gasstroom. Indien gewild of ongewild een roterende deeltjesscheider in een dergelijke opstelling van parallel geplaatste roterende deeltjesscheiders tot 10 stilstand komt, zal de gasstroom door de tot stilstand gekomen roterende deeltjesscheider ook stoppen. Het aanbrengen van kleppen in de toevoer- en/of afvoerleidingen van de roterende deeltjesscheiders om bijvoorbeeld een tot stilstand gekomen roterende 15 deeltjesscheider af te zonderen van de overige in werking zijnde roterende deeltjesscheiders is niet nodig. Het opschalen naar installaties van grote aantallen parallel geplaatste roterende deeltjesscheiders volgens uitvinding kan dus op betrekkelijk eenvoudige wijze plaatsvinden, 20 waarbij ter reductie van kosten eventueel gebruik gemaakt kan worden van een gezamenlijke behuizing. Het leidt tot een installatie wier filtercapaciteit betrekkelijk ongevoelig is voor het eventueel uitvallen van een afzonderlijke eenheid.

25 De roterende deeltjesscheider volgens uitvinding biedt de mogelijkheid om op uiterst efficiënte en economische wijze vaste en vloeibare deeltjes van micron- en submicrongrootte te verwijderen uit kleine en grote hoeveelheden warme of koude stromen van een medium 30 onder hoge of lage druk. Experimenten, uitgevoerd met een reeks prototypen van diverse afmetingen, vertoonden excellente en consistente scheidingsprestaties bij laag energiegebruik en variabele procescondities. Cruciaal hierbij was dat de kanalen van het scheidingslichaam 35 waren gedimensioneerd overeenkomstig de uitvinding.

1003157

Claims (14)

1. Scheidingslichaam dat in rotatie kan worden gebracht voor het afscheiden van vaste of vloeibare deeltjes van micron- of submicrongrootte uit een medium, waarbij het lichaam bestaat uit een groot aantal 5 scheidingskanalen met enkelvoudig samenhangende wanden over een deel van de axiale lengte, met het kenmerk dat de lengte van tenminste één van de kanalen aangeduid met L, de hoogte van het kanaal aangeduid met d, en de gemiddelde axiale mediumsnelheid in het kanaal aangeduid 10 met w in onderlinge afhankelijkheid op zodanige wijze gekozen zijn dat het dimensieloze kengetal Lv/(wd2) minimaal gelijk is aan 0.035, waarbij v de kinematische viscositeit van het medium is.

2. Scheidingslichaam volgens conclusie l waarin 15 het dimensieloze kengetal minimaal gelijk is aan 0.040.

3. Scheidingslichaam volgens conclusies 1 en 2 waarbij minimaal één kanaal een wand bezit, die is voorzien van voorzieningen om een fysisch en/of chemisch proces te doen bewerkstelligen.

4. Scheidingslichaam volgens conclusie l, 2 of 3, voorzien van een spuiteenheid voor het met spuitmedium door een scheidingskanaal heen daaruit verwijderen van daarin afgescheiden deeltjes.

5. Scheidingslichaam volgens conclusie 4, 25 waarin de spuiteenheid verplaatsbaar is over en positioneerbaar is tot boven elk scheidingskanaal.

6. Scheidingslichaam volgens conclusie 1-5, waarin het scheidingslichaam roteerbaar aandrijfbaar is met een motor die flexibel bevestigd is aan een gestel.

7. Scheidingslichaam volgens conclusie 1-6, voorzien van zodanige mediuminlaat- en/of mediumuitlaatmiddelen waardoor de centrifugale drukopbouw 1003157 gelijk of groter is dan de drukval over het scheidingslichaam.

8. Scheidingslichaam volgens conclusie 1-7, waarin de scheidingskanalen gevormd worden door gegolfd 5 materiaal, gewikkeld om een as of pijp.

9. Scheidingslichaam volgens conclusie 1-7, waarin het scheidingslichaam wordt -gevormd door een geperforeerd of poreus lichaam.

10. Scheidingslichaam volgens conclusie 1-7, 10 waarin de scheidingskanalen gevormd worden door concentrische cilinders, waarbij de annalus wordt doorsneden door een tangentiêle wand.

11. Scheidingslichaam volgens conclusies 1-10, waarin het scheidingslichaam is geplaatst in een huis dat 15 is voorzien van een mediuminlaat en een mediumuitlaat, en eventueel een deeltjesuitlaat.

12. Scheidingslichaam volgens conclusies l-ll, waarin stroomafwaarts een statische voorziening is geplaatst om een chemisch, fysisch of thermodynamisch 20 proces te laten verlopen.

13. Scheidingseenheid voorzien van tenminste twee scheidingslichamen volgens conclusie 1-12.

14. Scheidingseenheid volgens conclusies 1-13 waarbij additieven aan het medium worden toegevoegd om 25 een chemisch, physisch, of thermodynamisch proces te laten verlopen. 1003157