DE3541370A1

DE3541370A1 - Fluessigkeits/gas-abscheider

Info

Publication number: DE3541370A1
Application number: DE19853541370
Authority: DE
Inventors: Colin Thomas Durham Billiet; Robert Michael Northumberland Fielding; Leslie Brian Hampshire Spark
Original assignee: Domnick Hunter Filters Ltd
Current assignee: Domnick Hunter Ltd
Priority date: 1984-11-23
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1986-05-28
Also published as: JPH0657294B2; JPS61181514A; US4668256A

Description

PATENTANWÄLTE SPOTT UND PUSCHMANN

DOMNICK HUNTER FILTERS LIMITED '^ München, 21.Ί 1 .T985

Durham Road, . P 1343/85

Birtley, County Durham, Pu/ho DH3 2SF, England

Flüssigkeits/Gas-Abscheider

Die Erfindung betrifft ein Gerät für das Abscheiden von mitgeschleppter Flüssigkeit aus einem Gasstrom.

Es sind eine Anzahl von Geräten zum Abscheiden von Wasser und anderen Flüssigkeiten aus einem Luft- oder Gasstrom bekannt. In dem Spezialgebiet der Abscheidung von Wasser aus einem Luftstrom besteht die Forderung, sowohl mitgeschleppte Wassertröpfchen als auch Aerosole über einen weiten Durchsatzbereich zu entfernen. Beispielsweise sind für das Abscheiden von Wasserpartikeln mit einem Durchmesser vorwiegend größer als 10/um sog. Zyklon-Abscheider wirkungsvoll im Einsatz, wobei in diesem Falle eine große Effektivität durch einen vernünftigen Druckabfall erreicht wird.

Eine andere Art von Abscheidern sind die sog. Prall-Abscheider, die für das Abscheiden von Wasserpartikeln mit großen Durchmessern eingesetzt werden. Ihre Wirkung beruht auf der physikalischen Ablenkung des Gasstromes in der Weise, daß die Flüssigkeitspartikel gezwungen werden, einen zum Weg des Gasstromes unterschiedlichen Weg zu folgen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß weder Zyklon- noch Prallabscheider wirkungsvoll arbeiten, wenn Wassertröpfchen und Aerosole über einen weiten Bereich der Partikeldurchmesser abzuscheiden sind. Zusätzlich ergeben sich bei dem Gebrauch der bekannten Technik weitere Schwierig-

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keiten, wenn der Gasstrom eine hohe Flüssigkeitslast in Form von Nebel, Spray oder Schaum mit sich führt, wie dies beispielsweise bei der Prozeßgaswaschung und Prozeßgasreinigung der Fall ist, sowie bei hoher Schaumbelastung, wie dies z.B. in der Fermentations-Industrie auftritt. Wenn der Betrag der erzeugten und mitgeführten Flüssigkeit übermäßig wird, muß dieser aus dem Prozeß entfernt werden. Hierbei besteht die Forderung, daß der hohe Volumenanteil der Flüssigkeit vom Gas abgeschieden werden muß, wobei das Gas in die Atmosphäre abgeleitet oder weiterbehandelt und die Flüssigkeit abgeleitet oder dem Prozeß wieder zugeführt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekanten Abscheider derart weiterzubilden, daß sie für das Abscheiden über einen weiten Bereich der Durchmesser der abzuscheidenden Partikel und für eine hohe Abscheideleistung bei großer Flüssigkeitslast geeignet sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Abscheider vereinigt also die Wirkungen eines Zyklon- und eines Prallabscheiders. Die Drallplatten wirken als Initialflächen und zwingen dem einströmenden Gas eine Zyklonbewegung auf. Sobald der rotierende Gasstrom auf der Prallplatte aufstößt, wird die Flüssigkeit sowohl durch die Zentrifugalkräfte als auch durch die Stoßkräfte gegen die Innenfläche des Gehäuses geschleudert. Das in das Gehäuse bis unterhalb der Prallplatte ragende untere Ende des Gasauslaß-Rohres zwingt dem Gas eine Bewegung über die Prallplatte nach unten zu auf ehe seine Bewegungsrichtung umkehren kann. Wenn diese Bewegungsumkehr in das Rohrinnere erfolgt, fließt der allergrößte Teil der Flüssig-

keit abwärts in Richtung zur Abzugsöffnung im Gehäuse, während der Gasstrom um das Rohrinnere in aufwärtiger Richtung passiert und zur Auslaßöffnung strömt. Bei dieser Bewegungsumkehr hat der Gasstrom auch seine Drallrichtung geändert.

Auf diese Weise lassen sich mehr als 99% der mitgeschleppten Flüssigkeit ausscheiden, und zwar selbst dann, wenn das Flüssigkeits/Gasverhältnis 150 Gewichtsprozente übersteigt.

Der Neigungswinkel der Prallplatte ist vorteilhafterweise mit 10° bis 30° vorzugsweise 12° bis 20° zur Horizontalen gewählt. Die äußere Umfangskante der Prallplatte ist nicht weiter als 20 mm unterhalb der Unterkanten der Prallplatten angeordnet. Dieser Abstand ist vorzugsweise im Bereich von 1 bis 6 mm. Sowohl der Neigungswinkel als auch der senkrechte Abstand sind am zweckmäßigsten empirisch zu bestimmen unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen. Die vorgenannten Abmessungen sind also nur vernünftige Bereichsangaben, in denen zu arbeiten ist. Es ist eine relativ weiche Drallströmung auf der inneren Fläche des Gehäuses zu erzielen ohne großen Druckabfall, wenn die Strömung auf die Prallplatte und über diese strömt.

Vorzugsweise ist das untere Ende des Gasauslaßrohres unterhalb der äußeren Umfangskante der Prallplatte in einem Abstand angeordnet, der größer ist als der vertikale Abstand zwischen dieser Kante und dem untersten Teil der Drallplatten. Aber auch hier ist der optimale Abstand empirisch zu finden, jedoch soll das Gas derart beeinflusst werden, daß es nach der Prallplatte eine bestimmte Strecke abwärts strömen kann.

Insbesondere bei der Behandlung von Gasen mit hoher Flüssigkeitslast ist es wünschenswert, daß der vertikale Abstand von dem untersten Ende der Drallplatten zum unteren Ende des Gasauslaßrohres kleiner als der vertikale Abstand vom unteren Ende des Aus-

laßrohres zur Abzugsöffnung ist. Falls dies nicht eingehalten wird besteht die Gefahr, daß abgeschiedene Flüssigkeit am Boden des Gehäuses durch den Gasstrom in einen Konus überführt und zumindest teilweise in die Auslaßrohre eingesaugt wird, also wieder in den zur Auslaßöffnung geführten Gasstrom eingeschleppt wird.

Die Drallplatten sind vorzugsweise so angeordnet, daß keine ungestörte vertikale Passage von dem oberen zu dem unteren Bereich der Drallplatten möglich ist. Dies hat den Vorteil, daß dem gesamten einströmenden Fluid ein positiver Drall aufgezwungen wird, ohne daß die Möglichkeit für einen direkten vertikalen Leckströmungspfad besteht.

Jede Drallplatte ist unter einem Winkel von annähernd 45° zur Ebene senkrecht zur Längsachse des Gehäuses angeordnet, dieser Winkel kann selbstverständlich geändert werden. Die Drallplatten können die Form von Turbinenschaufeln haben.

Die ringförmige Passagenöffnung zwischen der unteren Außenkante der Prallplatte und der Innenfläche des Gehäuses ist geringer als die geringförmige Passagenöffnung zwischen der Außenfläche der Auslaßröhre und der Innenfläche des Gehäuses stromab zur Drallplatte zu wählen.

Auf diese Weise wird ein Druckabfall erzielt, wenn die Strömung die Prallplatte verläßt, was mithilft, eine laminare Strömung rings um die Innenfläche des Gehäuses zu erzeugen. Diese laminare Strömung unterstützt und erhält das Abscheiden der Flüssigkeit von Gas. Um diese laminare Strömung aufrechtzuerhalten, ist es ferner zweckmäßig die Innenfläche des Gehäuses zu schleifen. Ferner ist es wünschenswert, wenn diese Fläche aus einem Material besteht, das in Bezug auf die abgeschiedene Flüssigkeit einen großen Berührungswinkel aufweist. Auch dies unterstützt die Aufrechterhaltung der gewünschten Abscheidung.

Bei Anwendungsfällen für Gase hoher Flüssigkeitslast sind unterhalb des unteren Endes des Auslaßrohres senkrechte Platten an der Innenwandung des Gehäuses angeordnet, um die Zyklonströmung unterhalb des Auslaßrohres zu unterbinden. Sind solche Platten nicht vorhanden, so ändert die Zyklonströmung beim Erreichen des unteren Endes ihre Drallrichtung und bildet einen entgegengesetzt drehenden Zyklon, der sich aufwärts durch die Auslaßröhre bewegt. Insbesondere bei großen abgeschiedenen Flüssigkeitsvolumina ist ein solcher Zyklon mit umgekehrter Dralirichtung unerwünscht, da hierbei die Tendenz besteht, daß das Gas im unteren Teil des Gehäuses erneut Flüssigkeit bereits aus der abgeschiedenen Flüssigkeit aufnimmt.

Durch die Anordnung eines Filters zwischen der Einlaßöffnung und den Drallplatten werden zumindest Feststoffteil-Verunreinigungen aus dem einströmenden Gas entfernt, so daß diese die Abzugsöffnung nicht zusetzen körinen, wie dies der Fall ist, wenn sie in der ausgeschiedenen Flüssigkeit verbleiben. Vorzugsweise ist dieses Filter aber ein Tiefen-Filter mit einem geeigneten Koaleszenz-Medium , durch das die im Gas mitgeschleppte Flüssigkeit in eine Tropfenform überführt wird. Die größeren zu Tropfen verbundenen Flüssigkeitsteile können durch eine Zyklon- und eine Prallbewegung leichter abgeschieden werden, wodurch die Effektivität der Abscheidung weiter erhöht wird. Die Kombination von Koaleszenz- und Pral!abscheidung ist also ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Im Gebrauch durchfließt also der flüssigkeitsbeladene Gasstrom das Koaleszenz-Medium und die in Aerosolform vorhandene Flüssigkeit wird zu größeren Tropfen zusammengeführt. Diese Tropfen und die bereits im Gas vorhandenen Tropfen werden durch den Gasstrom sowie durch die Schwerkraft durch das Medium bewegt. Im unteren Bereich des Gehäuses ist der Durchmesser der Flüssigkeitspartikel also wesentlich größer als im oberen den Einlaß aufweisenden Bereich des Gehäuses. Der nach unten strömende Gasstrom prallt zu-

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sammen mit den mitgeschleppten relativ großen Partikeln auf die Prallplatte auf, die als Prallabscheider wirkt, so daß Flüssigkeit und Gas in einen Flüssigkeits- und einen Gasstrom voneinander getrennt werden. Das Gas und die Flüssigkeit passieren dann ihre zugeordneten Auslässe.

In jeder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheidegerätes ist das Ergebnis des Aufpralls auf der Prallplatte eine nach abwärts sich bewegende Zyklonströmung der Luft oder des Gases, aus dem die zu Tropfen zusammengefügten Flüssigkeitspartikel durch die Zentrifugalkräfte ausgeworfen werden. Diese Flüssigkeitspartikel schlagen auf der Innenwandung des Gehäuses auf und laufen an der Innenwand nach unten zu dessen Abzugsöffnung. Das Aufzwingen der Prallbewegung auf den Luft- oder Gasstrom im Augenblicke des Verlassens des Gehäuses verhindert die erneute Zerstäubung der zu Flüssigkeitstropfen zusammengefügten Flüssigkeit, so daß sichergestellt ist, daß die in die Zyklonströmung gelangenden Flüssigkeitspartikel genügend groß für eine wirkungsvolle Abscheidung sind.

Zwar ist es auch möglich, die Pralleinrichtung z.B. nur als Prallabscheider ohne Dralleinrichtung auszubilden, dies führt jedoch zu einer weniger wirkungsvollen Abscheidung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Abscheide-Gerätes gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Abscheide-Gerätes gemäß der Erfindung,

Figur 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Abscheide-Gerätes nach der Erfindung und

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Figur 4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Abscheidegerätes nach der Erfindung.

Ein in Figur 1 dargestelltes Gerät für das Abscheiden von Flüssigkeitstropfen und Aerosol aus einem Gasstrom umfasst ein Kopfteil 1 mit angeformter Gas-Einlaßöffnung 2 und einer Gas-Auslaßöffnung 3. Die Gas-Einlaßöffnung führt in eine ringförmige Kammer 4 innerhalb des Kopfteiles, während die Auslaßöffnung in eine zentrale Kammer 5 innerhalb des Kopfteiles führt. Der untere Bereich des Kopfteiles weist ein Außengewinde 6 auf. Ein kreiszylinderförmiges Gehäuse 7 ist mit dem Kopfteil 1 über einen Haltering 8 verbunden, das einen mit Innengewinde versehenen Bereich 8 aufweist und mit dem Außengewinde 6 korrespondiert.

Zwischen einem oberen Flansch 10 des Gehäuses 7 und einem unteren Flansch 11 des Kopfteiles 1 ist eine Platte 12 eingespannt, die eine zentrale mit einem Gewinde versehenen öffnung 13 und eine Anzahl von Querbohrungen 14 aufweist. O-Ringe 15 und 16 bewirken eine Abdichtung zwischen der Platte 12 und dem Kopfteil 1 bzw. dem Gehäuse 7.

Innerhalb des Gehäuses 7 ist ein allgemein mit 17 bezeichnetes weiteres Gehäuse angeordnet. Das weitere Gehäuse ist im Querschnitt kreisringförmig und weist einen zwischen der Außenfläche eines zentralen Gasauslaßrohres 18 und der Innenfläche bestimmten Raum auf, wobei die innere Fläche Teil einer kreiszylinderförmigen gasdichten Wand 19 ist. Sowohl das Rohr 18 als auch die Wand 19 sind koaxial zum Gehäuse 7 angeordnet. Das obere Teil des Rohres 18 besitzt in seinem oberen Bereich ein Außengewinde 19b, das mit dem Gewinde 13 in der Platte 14 in Eingriff steht. Oberhalb des Bereiches 19b weist das Rohr 18 eine kreisringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtungsringes 20 auf, der eine Abdichtung zwischen dem oberen Teil des Rohres und der innen Wand der zentralen Kammer 5 des Kopfteiles 1 bildet.

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Die Basis des Gehäuses 17 besteht aus einer Anzahl radial angeordneter Prallplatten 21, von denen jede einen Winkel von annähernd 45°mit einer Ebene rechtwinklig zur Achse des Gerätes einschließt und von denen jede obere und untere abgerundete Kanten aufweisen. Jeweils ein Paar dieser Drallplatten definiert eine zwischen beiden Drallplatten liegende Gasauslaßpassage. Dieses weitere Gehäuse ist mit einem geeigneten Koaleszenz-Medium 23 gepackt.

Der untere Bereich des Rohres 18 weist einen Außengewinde-Bereich 24 auf, auf dem eine Prallplatte 25 mit einer zylinderstumpfförmigen Prallfläche 26 aufgeschraubt ist, deren Neigungswinkel nach unten und außen zur inneren Wand 27 des Gehäuses geneigt ist, vorzugsweise mit einem Winkel von etwa 15° zur Horizontalen. An die innere Fläche des Gehäuses sind eine Reihe von senkrecht sich erstreckenden Rippen 28 angeformt, die im Abstand rund um den Umfang des Gehäuses verteilt angeordnet sind.

Die Prallplatte ist vorzugsweise nicht mehr als 5 cm unterhalb der Drallplatten 21 und liegt deutlich oberhalb des unteren Endes des Rohres 18.

Der Werkstoff, aus dem das Gerät gefertigt ist, sollte korrosionsfest, z.B. ein rostfreier Stahl oder ein geeignetes Polymer-Material sein. Als Alternative können auch weniger teuere Materialien verwendet werden, sofern diese für eine Korrosionsschutzbehandlung geeignet sind. Falls das Gerät für den Gebrauch in Anwendungen bestimmt ist, wo Sterilität aufrechtzuerhalten ist, muß der Werkstoff so gewählt werden, daß der Werkstoff und die Konstruktion so gewählt und so ausgebildet sind, daß eine Dampf- oder Lösungsmittel-Sterilisation in periodischen Intervallen möglich ist.

Das Koaleszenz-Medium 23 ist im allgemeinen ein ziemlich offenes Material, das ein schnelles Eindringen und leichtes Passieren des

Gasstromes durch das Material erlaubt, um den Druckabfall zu reduzieren. Ein solches Material ist vorzugsweise eine geeignete Faseranordnung, z.B. aus Kunstfasern wie Polyester oder Nylon, rostfreie Stahlwolle oder Glasfasern aus Borsilikat.

Während des Betriebes wird ein zu filternder Gasstrom über die Einlaß-Öffnung 2 zugeleitet und damit in die ringförmige Kammer 4 eingeleitet. Von hier passiert der Gasstrom dieöffnungen 14 und strömt nach unten durch das Koaleszenz-Material 23, wobei die öffnungen 14 so angeordnet sind, daß der Gasstrom im wesentlichen gleichmäßig über die verfügbaren Flächenbereiche des Mediums 23 strömt. Sowie das Gas durch dieses Medium strömt, findet eine Verbindung der vom Gas mitgeführten Feuchtigkeit durch direkte Aufnahme reaktionslosen Zusammenstoß und Diffusion des flüssigen Aerosolanteils an dem fasrigen Medium und damit eine Verbindung der Feuchtigkeit zu Tropfen statt. Die gebildeten und aufgenommenen Flüssigkeitstropfen fallen infolge der Schwerkraft und unterstützt durch den Gasstrom zum Boden des Gehäuses

Der vorstehend genannte Koaleszenz-Vorgang verursacht also eine wesentliche Vergrößerung des mittleren Flüssigkeitspartikeldurchmessers in bezug auf die entsprechenden Durchmesser am Gaseinlaß. Sobald die Flüssigkeitstropfen den Boden des Gehäuses verlassen, kommen sie in Kontakt mit den Drallplatten 21 und werden in das aus dem Gehäuse 17 strömenden Gas wieder eingeführt, über die Drallplatten wird dem Gas ein Drallbewegung aufgezwungen, so daß dieses zu einem nach unten strömenden Zyklon geformt wird. Dieser Mechanismus ist so gewählt, daß die Flüssigkeitstropfen nicht zerstäubt werden, sondern vielmehr im Gasstrom als relativ große Tropfen verbleiben. Der in sich drehende Gasstrom mit den eingeschlossenen Flüssigkeitstropfen trifft auf die Prallfläche 26 der Prallplatte 25 auf, die in Bezug auf die Drallplatten 21 stromab abgeordnet ist. Die Prallfläche 26 ist nach unten und nach außen gegen die innere Wandung der Kammer 7 geneigt, so daß

die auf die Prallfläche 26 aufprallenden Flüssigkeitstropfen an die Innenfläche der Kammer geschleudert und dort gesammelt werden. Der Gasstrom, aus dem die anhaftende Flüssigkeit nunmehr im wesentlichen abgeschieden ist, strömt weiter als Zyklon im Gehäuse für eine kurze Strecke nach unten, wird mit hoher Geschwindigkeit umgelenkt zu einem inneren sich aufwärts bewegenden Zyklon mit umgekehrter Drallrichtung, der in das Innere des Rohres 18 eintritt und durch das Rohr zur Auslaßöffnung 3 geleitet wird. Die an der Innenfläche der Kammer, also des Gehäuses 7 gesammelte Flüssigkeit fließt abwärts, unterstützt sowohl durch die Gasströmung als auch durch die Gegenwart der Rippen 28. Die abgeschiedene Flüssigkeit sammelt sich am Boden des Gehäuses 7 und kann von dort über die Abzugsöffnung 29 unter Vermittlung eines geeigneten Abführsystems automtisch oder manuell unterstützt abgeführt werden.

Die Länge des Gehäuses 7 ist so gewählt, daß der abwärts strömende Gas-Zyklon seine Richtung ändern und aufwärts zu strömen beginnen kann, ehe er mit der Oberfläche der am Boden des Gehäuses gesammelten Flüssigkeit in Berührung kommt.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Abscheidung der Flüssigkeit aus dem Gasstrom durch eine anfängliche Koaleszenz-Stufe und daran anschließend sowohl durch eine Zyklon- als auch durch eine Pral!abscheidung der in Tropfenform überführten Flüssigkeit geschieht. Zusätzlich wird jedes im Gasstrom vorhandene Feststoffteilchen ebenfalls effektvoll abgeschieden und durch das Medium 23 zurückgehalten. Auf diese Weise wird die Möglichkeit der Verstopfung des Flüssigkeitsabzugssystems durch Feststoffpartikel unterbunden.

Es ist selbstverständlich, daß die Anordnung so getroffen ist, daß das Koaleszenz-Medium 23 bei Bedarf ausgewechselt werden kann.

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Der Gebrauch eines langen Koaleszenz-Medium-Bettes kann für verschiedene Anwendungszwecke zu einem nicht annehmbaren hohen Druckabfall führen, in solchen Fällen ist die· in Figur 2 dargestellte modifizierte Ausführungsform des Abscheides anzuwenden.

Die mit Teilen der Figur 1 übereinstimmenden Teile des Abscheider.«; sind mit den gleichen Bezugsziffern ergänzt durch den Buchstaben a bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform ist das das Koaleszenz-Medium enthaltene Gehäuse durch ein austauschbares Filter 30 ersetzt, das von einer Platte 12a und einer von dem Rohr 18a abstehenden Stütze 31 getragen ist. Das Filter 30 kann jede brauchbare gewickelte oder gefaltete Form aufweisen und das Filtermaterial kann z.B. aus Glasfasern, aus einem Metallgeflecht oder aus Kunstfasern, wie Polymeren, Polyestern, Nylon oder Polypropylenfasern bestehen. Eine brauchbare Auslegung des Filters umfasst 5 bis 100,um.

Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Figur 2 entspricht der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Figur 1. Das in das Gerät eintretende Gas passiert das Filter 30 radial von der Innenseite nach der Außenseite ehe es über die Drallplatten 21a eine Drallbewegung aufgezwungen bekommt. Das Filter 30 bewirkt jedoch nicht in einem so hohen Ausmaße die überführung der Feuchtigkeit in Tropfenform, wie die Ausführungsform nach Figur 1. Feststoffpartikel werden hier jedoch ebenfalls abgeschieden, so daß der Flüssigkeitsabfluß 29a ebenfalls nicht von solchen Partikeln gestört wird. Mit dem Abfluß 29a ist ein geeignetes automatisches Absaugsystem 32 verbunden.

Bei dieser Ausführungsform kann die Filteranordnung auch so getroffen werden, daß das zugeführte Gas von außen nach innen im Abscheider strömt.

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In Figur 3 ist ein Gerät dargestellt, bei dem keine Vorfilterung deseinströmenden Gases erfolgt.

Dieses Gerät umfasst einen Kopf 41, an dem eine Gaseinlaßöffnung 42 und eine Gasauslaßöffnung 43 angeformt sind. Die Einlaßöffnung führt zu einer Ringkammer 44, während die Auslaßöffnung mit einer zentralen Kammer 45 kommuniziert. Das Gehäuse 46, das innere sich längs erstreckende Rippen 46a aufweist, ist über einen Außengewindebereich 47 mit dem unteren Teil des Kopfes 45 verbunden, wobei diese Verbindung durch einen Dichtungsring 48 abgedichtet ist.

Im Kopf 41 sind eine Dralleinheit mit radial angeordneten Drallplatten 49, eine kegelstumpfformige Prallplatte 50 und eine Gasauslaßrohr 51 in geeigneter Weise angebracht. Die Prallplatte ist dabei sehr nahe an den Drallplatten 49 angeordnet, während das Auslaßrohr 51 in Bezug auf die Prallplatte in erheblicher Entfernung nach unten ragt. Über einen Flüssigkeitsauslaß 52 wird die im Gehäuse 46 befindliche abgeschiedene Flüssigkeit abgeleitet, und zwar selbsttätig unter der Steuerung einer mit einem Schwimmer 54 versehenen Abzugseinheit 53. Solche Abzugseinheiten sind an sich bekannt.

Das untere Ende des Auslaßrohres 51 weist Zacken 55 auf, die ein vollständiges Verschließen des Eingangs des Rohres verhindern, falls der Schwimmer 54 in seine maximale obere Position aufsteigt.

Während des Betriebes des vorstehend beschriebenen Abscheiders wird dem eintretenden Gas eine Zyklon-Bewegung aufgezwungen, so bald es die Drallplatten 49 passiert und stößt auf die Prallplatte 50, worauf es einen nach unten sich bewegenden Zyklon bildet, der am unteren Ende des Auslaßrohres 51 seine Richtung umkehrt und dabei einen inneren nach oben das Rohr in Richtung

zur Auslaßöffnung 43 passierenden Zyklon bildet. Auch hier erfolgt die Wasserabscheidung aus dem Gasstrom durch Zentrifugalkräfte als Ergebnis der Zyklon-Wirkung sowie durch die Pral!abscheidung an der Prallplatte 50.

In Figur 4 ist ein Abscheide-Gerät dargestellt, daß insbesondere für den Einsatz zum Abscheiden sehr hoher Flüssigkeitsfracht geeignet ist, wie dies beispielsweise bei einem Prozeßgasstrom der Fall ist, der z.B. aus einem Fermentier-Apparat oder einer anderen Prozeßanordnung kommt.

Dieses Gerät weist einen Kopf 61 auf, an dem ebenfalls eine Einlaßöffnung 62 für das zugeführte Flüssigkeits-Gas-Gemisch und einer Auslaßöffnung 63 für das abgeschiedene Gas angeformt sind.

Die Einlaßöffnung kommuniziert mit einer Ringkammer 64 im Kopf, während die Auslaßöffnung mit einem zentralen rohrförmigen Bereich 65 im Kopf kommuniziert. Das untere Teil des Kopfes weist einen Außengewindebereich 66 auf. Ein Gehäuse 67 ist daran mitteis eines Halteringes 68 befestigt, der in den Außengewindebereich eingreift. Eine Tragplatte 69 ist zwischen einem oberen Flansch 70 des Gehäuses und einer Bodenfläche des Kopfes 61 eingefügt, wobei Dichtungsringe 71 diese Verbindung abdichten.

Mit der Tragplatte 69 sind die radialen äußeren Kanten einer Mehrzahl von radial angeordneten Drallplatten 72 befestigt, die einen Winkel von etwa 45° mit einer die Achse des Gerätes rechtwinklig schneidenden Ebene einschließen, von denen jede ein das Abscheiden optimierendes Profil aufweist. Die Drallplatten sind so angeordnet, daß keine ungestörte vertikal sich erstreckende Passage von dem oberen zum unteren Bereich der Drallplatten möglich ist. Jedes benachbarte Paar von Drallplatten definiert daher zwischen sich einen dem Gas eine Drallbewegung aufzwingenden

Ausgang. Die radialen inneren Kanten der Drallplatten sind mit einem hohlen Träger 73 verbunden, dessen oberes Ende dem unteren Ende des rohrförmigen Abschnittes 65 benachbart liegt und über einen Dichtungsring 74 gegenüber diesem abgedichtet ist. Das untere Ende des Trägers erstreckt sich nach unten und bildet ein Auslaßrohr 75, das koaxial zum Gehäuse ist. Unterhalb der Drallplatten 72 bildet der Träger 73 eine Prallplatte 77 von kegelstumpfförmiger Ausbildung, die sich nach unten und nach außen mit einem Winkel von etwa 15° zur Horizontalen erstreckt.

Eine ringförmige Passage 78 ist zwischen der äußeren Umfangskante der Prallplatte und der Innenwandung des Gehäuses 67 vorhanden, und die Außenfläche des Auslaßrohres 75 ist nach innen und nach unten über einen kurzen Bereich unterhalb der Prallplatte geneigt, ehe es in den zylindrischen Bereich übergeht.

Auf diese Weise wird eine ringförmige Strömungspassage 79 zwischen der äußeren Fläche des Auslaßrohres 75 und der Innenfläche des Gehäuses 67 gebildet. Das untere Ende des Gehäuses 67 bildet einen Abfluß 80, der geschlossen oder geöffnet werden kann, um abgeschiedene Flüssigkeit abzuführen. Oberhalb des Abflusses 80 radial am Umfang verteilt sind eine Anzahl von Platten 81 an der Innenfläche des Gehäuses angeordnet.

Im Betrieb tritt das Flüssigkeits-Gas-Gemisch z.B. Luft und Schaum oder Luft und Öl über die Einlaßöffnung 82 in den Abscheider ein. Die Bewegung des Gases wird durch die mit den Prallplatten 72 bestückte Kammer 64 gesteuert.

Das die Drallplatten verlassende Flüssigkeits-Gas-Gemisch, teilweise abgeschieden infolge der Zentrifugalbewegung,stößt auf die Prallplatte 77 auf und wird an die Innenwandung des Gehäuses 67 geschleudert. Hierbei wird der Schaum -falls vorhanden- aufge-

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brochen, also entmischt und die Flüssigkeit vom Gas abgeschieden. Das abgeschiedene Gas und die abgeschiedene Flüssigkeit strömen bzw. fließen abwärts in die ringförmige Passage Im oberen Bereich der Passage ist die Strömung offensichtlich turbulent, jedoch erlaubt die sanfte Oberfläche der ringförmigen Passage von konstantem Querschnitt eine laminare Strömung des Gases und vermindert die Turbulenz der abgeschiedenen Flüssigkeit. Beide Komponenten fließen bzw. strömen in axialer Richtung nach unten durch diese Passage und rings um deren Wandung, so daß die Flüssigkeit ,da dichter als Gas, mit der Oberfläche der Innenwandung des Gehäuses in Kontakt bleibt, die die äußere Wandung der Passage bildet.

Sobald die Strömungen das untere Ende der ringförmigen Passage erreichen, wird die Zyklon-Bewegung der Luft durch die Prallplatten 81 aufgehalten und die Luft strömt aufwärts innerhalb des Auslaßrohres 75 zur Auslaßöffnung 63. Die Inertialkraft der Flüssigkeit und die Wirkung der Schwerkraft bewirKen, daß die Flüssigkeit bei ihrer Passage den Kontakt mit der inneren Fläche des Gehäuses und der Prallplatte beibehält und daher zum Boden des Gehäuses fließt. Von dort kann die Flüssigkeit abgezogen werden, entweder intermittierend oder aber kontinuierlich oder aber sie kann in den Prozeß rückgeführt werden, also in die jeweilige Prozeßanordnung oder den jeweiligen Kessel, in denen der Schaum oder das Aerosol erzeugt wu^de.

Um den Abscheidungsprozeß in dem Gerät nach Figur 4 zu optimieren, ist eine Vielzahl von Faktoren wünschenswert. Diese umfassen die in Figur 4 mit L1 bezeichnete Länge des Auslaßrohres 75 von der Prallplatte 67 sowie die in Figur 1 mit L2 bezeichnete Länge des Gehäuses unterhalb des unteren Endes des Auslaßrohres, die Wahl des Winkels der Prallplatte zur Horizontalen mit etwa 15° , die Wahl des senkrechten Abstandes D1 zwischen dem unteren Ende der Drallplatten 72 und der äußeren Umfangskante der

Prallplatte 77, etwa zwischen 1 bis 6 mm, die Wahl der Länge L1 größer als der Durchmesser D der äußeren Umfangskante der Prallplatte 77 und die Wahl der Weite der ringförmigen Passage 79 größer als die Weite der ringförmigen Passage 78, vorzugsweise zwischen 1,25 bis 1,75 Mal größer. Zusätzlich ist es vorteilhaft sicherzustellen, daß die Außenfläche des Auslaßrohres 75 und die Innenfläche des Gehäuses 67 geschliffen sind, um dort verursachte Turbulenzen möglichst klein zu halten, und daß ferner die Innenfläche des Gehäuses 67 aus einem Material besteht, zu dem die abzuscheidende Flüssigkeit einen großen Berührungswinkel aufweist.

Mit einer optimalen Gestaltung des Gerätes zeigt dieses eine ausgezeichnete Flüssigkeits/Gas-Abscheidung, und zwar nahezu 100% selbst bei hohem Flüssigkeitsdurchsatz. Daher können auch Mischungen von 150 Gewichtsprozenten Flüssigkeit/Gas bei Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 12 m/sec. abgeschieden werden, während kleinere Flüssigkeitsfrachten auch mit gleicher Effektivität bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten abgeschieden werden können.

Die erfindungsgemäßen Abscheidegeräte können selbstverständlich in unterschiedlicher Größe unter Berücksichtigung unterschiedlichen Durchsatzes hergestellt werden. Für Anwendungen bei hohen Volumina kann der Abscheider auch als Mehrfach-Abscheider ausgebildet sein, bestehend aus einem Kopf, an dem mehrere der beschriebenen Abscheide-Einheiten befestigt sind. Hier muß der Kopf den Gas- oder Luftstrom auf die verschiedenen Abscheide-Einheiten verteilen; dies ermöglicht das Beherrschen größerer Strömungen ohne die Notwendigkeit der Anwendung von großen mühevollen Separatoren. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Änderungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Abscheiders möglich ohne hierbei die Erfindung zu verlassen.

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Claims

PATENTANWÄLTE SPOTT UND PUSCHMANN

DOMNICK HUNTER FILTERS LIMITED München, 21.11.1985

Durham Road P 1343/85

Birtley, County Durham, Pu/ho DH3 2SF, England

PATENTANSPRÜCHE

I1./ Gerät für das Abscheiden von mitgeschleppter Flüssigkeit aus einem Gasstrom, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) ein Gehäuse (7, 7a, 46, 67) mit einer im wesentlichen ringzylinderförmigen Innenfläche ist so ausgebildet, daß in sei Einbauzustand die Zylinderachse im wesentlichen senkrecht ist

b) das Gehäuse weist in seinem oberen Ende jeweils benachbart eine Einlaß- (2, 2a, 42, 62) und eine Auslaß-Öffnung (3, 3a, 43, 63) sowie an seinem unteren Ende eine dem Abzug der abgeschiedenen Flüssigkeit dienende Abzugsöffnung (29, 29a, 52, 80) auf,

c) ein im Gehäuse im wesentlichen senkrecht und dazu koaxial angeordnetes Gasauslaß-Rohr (18, 18a, 51, 75) erstreckt sich vom oberen Ende nach unten und kommuniziert mit der Auslaßöffnung des Gehäuses,

d) eine Mehrzahl von kreisförmig um die Außenfläche des Auslaßrohres (18, 18a, 51, 75) verteilte Drallplatten (21, 21a, 49, 72) sind stromab zur Einlaßöffnung (2, 2a, 42, 62) des Gehäuses angeordnet und so geformt, daß dem einströmenden Gasstrom eine Drallbewegung aufgezwungen wird, und

e) eine Prallplatte (26, 26a, 50. 74) ist stromab zu den Drallplatten (21, 21a, 49, 74) angeordnet und weist eine obere Fläche auf, die sich quer durch den Pfad des die Drallplatten

verlassenden Gasstromes erstreckt, wobei das untere Ende des Gasauslaßrohres (18, 18a, 51, 75) unterhalb der Ebene der Prallplatte und oberhalb der Ebene der Abzugsöffnung (29, 29a, 52, 80) liegt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Prallplatte (26, 26a, 50, 74) im wesentlichen kegelstumpfförmig und nach unten und außen mit einem Winkel von 10 Grad bis 30 Grad in Bezug auf die Horizontale geneigt ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangskante der Prallplatte (26, 26a, 50, 74) im Abstand unterhalb der untersten Teile der Drallplatten (21, 21a, 49, 74) in einem vertikalen Abstand nicht größer als 20 mm angeordnet ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Umfangskante der Prallplatte (26, 26a, 50, 74) in einem Abstand zu den untersten Teilen der Drallplatten (21, 21a, 49, 74) von 1 bis 6 mm unterhalb der Drallplatten angeordnet ist.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Gasauslaßrohres (18, 18a, 51,-75) unterhalb der äußeren Umfangskante der Prallplatte (26, 26a, 50, 74) in einem senkrechten Abstand angeordnet ist, der größer ist als der senkrechte Abstand zwischen dieser Kante und den untersten Teilen der Drallplatten (21, 21a, 49, 74)
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der senkrechte Abstand von den untersten Teilen der Drallplatten (21, 21a, 49, 74) zu dem

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unteren Ende des Gasauslaßrohres (18, 18a, 51, 75) kleiner ist als der senkrechte Abstand vom unteren Ende des Gasauslaßrohres zu der Abzugsöffnung (29, 29a, 52, 80).
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Draliplatten (21, 21a, 49, 74) derart angeordnet sind, daß keine ungestört sich senkrecht erstreckende Passage von dem oberen zum unteren Bereich der Drallplatten vorhanden ist.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drallplatte (21, 21a, 49, 74) die Form einer Platte aufweist und unter einem Winkel von annähernd 45° in Bezug auf eine die Zylinderachse schneidende Ebene angeordnet ist.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Umfangskante der Prallplatte (26, 26a, 50, 74) und der Innenwandung des Gehäuses (7, 7a, 46, 67) eine ringförmige Öffnung geformt ist, die kleiner ist als die ringförmige Öffnung zwischen der Außenfläche des Gasauslaßrohres (18, 18a, 51, 75) und der Innenfläche des Gehäuses /7, 7a, 46, 67) stromab zur Prallplatte (26, 26a, 50, 74).
10.Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des unteren Endes des Gasauslaßrohres (18, 18a, 51, 75) mit der Innenwandung des Gehäuses (7, 7a, 46, 67) senkrecht angeordnete Platten (81) zwecks Unterbindung der Zyklonströmung unterhalb des Gasauslaßrohres verbunden sind.
11.Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (17) innerhalb des Strömungspfades zwischen Eingangsöffnung (2) und Drallplatten (21) angeordnet ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (17) ein Koaleszenz-Filter ist.
13. Gerät für das Abscheiden von mitgeschleppter Flüssigkeit aus einem Gasstrom, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (7) mit einer Einlaßöffnung (2) und einer Auslaßöffnung (3), durch ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Gehäuse (19) mit dichten Wänden und Öffnungen (14) für einen über die Einlaßöffnung (2) zugeführten Gasstrom, wobei das Gehäuse (19) ein Koaleszenz-Medium (23) enthält, um die im Gas mitgeschleppter Flüssigkeit zu Tropfen zu verbinden, wobei das Gehäuse derart ausgebildet und angeordnet ist, daß der ankommende Gasstrom im wesentlichen senkrecht nach unten durch das Koaleszenz-Medium geführt ist, durch Ablenkmittel (21) am unteren Ende des Gehäuses (19) um die Strömungsrichtung des Gasstromes wesentlich zu ändern zwecks Abscheidung der zu Tropfen zusammengefügten Flüssigkeit und des Gases, durch Auslaßmittel (18) zwecks Führungdes Gasstromes zur Auslaßöffnung (3), und durch Abzugsmittel (29) für den Abzug der ausgeschiedenen Flüssigkeit.
14. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, daß das weitere Gehäuse (17) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist und koaxial im Gehäuse (7) angeordnet ist, daß das Auslaßmittel eine Gasauslaßröhre (18) ist, die koaxial zum weiteren Gehäuse (17) angeordnet ist und sich von der Auslaßöffnung (3) bis unterhalb des weiteren Gehäuses (17) erstreckt, und daß die Ablenkmittel eine Mehrzahl von radial angeordneten Drallplatten sind, die so angeordnet und ausgebildet sind, daß dem Gasstrom eine Drallbewegung um die zentrale Achse des Gehäuses aufgezwungen wird, derart, daß der die Drallplatten verlassende Gasstrom einen äußeren nach unten sich bewegenden Zyklon und einen inneren mit umgekehrter Drallrichtung nach oben sich bewegenden Zyklon bildet, der das Gasauslaßrohr (18) in Richtung zur Auslaßöffnung (3) passiert.

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