DE2640469B2

DE2640469B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitspartikeln aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE2640469B2
Application number: DE2640469A
Authority: DE
Inventors: Roger De Marke Bruyne; Jozef Balen Claes
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1978-11-16
Also published as: NL163431B; NL163431C; GB1539206A; FR2323429B1; FR2323429A1; DE2640469A1; US4251238A; US4144040A; NL7610113A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitspartikeln aus einem Gasstrom nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 16.

Eine Filterung von Gas ist in der Industrie üblich und dient gewöhnlich dazu, wenigstens teilweise feste oder flüssige Partikel aus einem Gasstrom zu entfernen (ein

jo hier als Entstaubung bzw. Entdunstung bezeichneter Vorgang). Bei einigen Stufen in vielen industriellen Prozessen ist es oft erwünscht die Prozeßgase zu behandeln, beispielsweise ihre Reinheit zu verbessern oder wertvolle Materialien aus ihnen zu entfernen. So sind beispielsweise Abgase einer Verbrennung oder Abgase von Trocknungsanlagen, Ventilationsgase von staubigen Arbeitsstätten und Abgase schwerer organischer Grundstoffchemie häufig mit Ruß, Staub oder schädlichen Flüssigkeitspartikeln beladen und erfordern eine Reinigung, bevor sie abgeführt werden können.

Soweit flüssige Partikel betroffen sind, wird die Bildung von Tröpfchen in einem Gasstrom von Faktoren wie den speziellen Strömungsbedingungen, dem Sättigungsausmaß des Gasstrorns, der Temperatur, der Anwesenheit fester Partikel (Kondensationskerne) und, wo ein direkter Kontakt mit einer flüssigen Phase besteht, dem Kontaktmuster und der lokalen Gasgeschwindigkeit bestimmt. Der Punkt, an dem Flüssigkeitströpfchen aus der Dampfphase (atmosphärische

Dunstbildung) infolge einer plötzlichen Änderung der Temperatur und/oder des Drucks oder der Mitnahme von Tröpfchen in einem gesättigten Gas kondensieren, ist sehr kritisch.

Aus der DE-OS 21 61 222 ist eine Filtervorrichtung zur Entstaubung von Gas bekannt. Das Filtermaterial besteht aus nichtzellularen Schäumen hoher Porosität mit einem Verhältnis von nichtzellularem Schaumvolumen zur Gesamtschaumvolumen von über 90%. Das Filtermaterial ist mit einem Lösungsmittel für den Staub

ω imprägniert Es kommt dabei ein Absorptionsverfahren zur Anwendung, bei dem das Lösungsmittel in dem Filtermaterial als Absorptionsmittel wirkt und vom porösen Schaumstoff getragen wird.

Für Partikel, deren Abmessungen nicht über 1 μ liegen (Submikronpartikel) sind übliche Trenntechniken, wie beispielsweise Zyklone und Sprühfänger unzufriedenstellend, so daß ein zusätzlicher Filterschritt notwendig ist Für die Entdunstung von Gasen steht

dabei die Forderung nach niedrigen Betriebskosten verbunden mit einem hohen Filterungs- und Einfang-Wirkungsgrad. Bei der Gasfilterung, insbesondere der Entdunstung, führt das Einsetzen einer Filtereinheit in den Gasstrom notwendigerweise zu einem Druckabfall, der die Betriebskosten heraufsetzt Beispielsweise erfordert ein Ventilator eine zusätzliche Leistung von 0,07 Wh-'m-³ für jede Dnickabfallzunahme von 25 mm H₂O. Der Druckabfall über der Entdunstungseinheit sollte daher bei einer industriell annehmbaren minimalen Gasgeschwindigkeit bei einem maximal möglichen Einfangwiriöingsgrad so niedrig wie möglich bleiben.

Insbesondere wenn der herauszufilternde Dunst eine erhebliche Menge an Submikronpartikeln enthält wie es beispielsweise bei der Herstellung von Schwefelsäure der Fall ist, ist es wichtig, daß der zu filternde Gasstrom wenigstens eine gewisse minimale Zeit im Filter bleibt Der Einfangmechanismus für Submikronpartikel basiert in der Tat auf der Diffusion dieser Partikel aus dem Gasstrom in die Filtermasse, bei der es sich beispielsweise um ein Faservlies handeln kann. Diese Diffusion beruht auf der Braunschen Bewegung der sehr kleinen Partikel in dem Gasstrom und erfordert eine gewisse Kontaktzeit, um das Eindringen der Partikel in die Filterfasern zu ermöglichen. Daher kann der angewendete Gasdurchsatz allgemein nicht über einen gewissen Wert ansteigen, ohne die Notwendigkeit einer entsprechenden Erhöhung der Filterdicke nach sich zu ziehen, die nicht nur zu hohen Installationskosten, sondern auch zu höheren Betriebskosten führt, da der Druckabfall jo (und folglich der Energieverlust) im Gasstrom erhöht würde.

Die Entdunstungsfilter, die gegenwärtig für Submikronpartikel benutzt werden, enthalten im allgemeinen Glasfasermatten als Filtermaterial. Diese Filter verursa- j5 chen jedoch einen erheblichen Anstieg des Druckabfalls bei den üblicherweise für diese Art der Filterung und für den gewünschten hohen Einfangwirkungsgrad verwendeten Gasdurchsätzen. Dies beruht wahrscheinlich auf einer zu geringen Porosität der Filter, deren Poren dazu neigen, sich rasch mit Flüssigkeit zuzusetzen, was dann einen raschen Anstieg des Druckabfalls verursacht.

Darüber hinaus kann die in den Poren angesammelte Flüssigkeit nach einiger Zeit vom Gasstrom am Filterausgang mitgenommen werden und dadurch den Einfangwirkungsgrad herabsetzen. Offensichtlich werden sich die Filterporen entsprechend dem Ausmaß zusetzen, in dem die Fasern durch die einzufangende Flüssigkeit benetzt werden können. Ist eine solche Benetzungsfähigkeit vorhanden, wird sich an den Faseroberflächen sehr schnell ein Flüssigkeitsfilm aufbauen, der zu einer raschen Verminderung des freien Porenvolumens führt Als Abhilfe ist vorgeschlagen worden, hydrophobe oder oleophobe Fasern, allgemein flüssigkeitsabstoßende Fasern, z. B. silikonisierte Glasfasern aus Polyester- oder Polypropylenfasern zu verwenden. Eine Flüssigkeitsfilmbildung wird auf diese Weise vermieden und das Porenvolumen beibehalten. Es bleibt jedoch der Nachteil, daß die Fasern wegen ihrer flüssigkeitsabstoßenden Natur größere Schwierig- bo keit haben, die eingefangenen Tröpfchen festzuhalten, so daß die Wahrscheinlichkeit steigt, daß diese Tröpfchen wieder dem Gas aufgeladen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitspartikeln, insbesondere Submikronpartikeln, aus einem Gasstrom zu schaffen, die trotz einfachen Filteraufbaus eine hohe Einfangrate für die auszuscheidenden Partikel bei minimalem Druckabfall über der Vorrichtung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 16 gelöst

Die Abscheidung insbesondere von Submikronpartikeln ist in der DE-OS 21 61 222 nicht erwähnt Die wirkungsvolle Abscheidung gerade dieser kleinen Partikel ist aber häufig sehr wichtig, da sie mit verunreinigten Abgasen viel weiter als größere Partikel getragen werden. Diese kleinen Partikel werden daher über eine größere Fläche verbreitet und sind zudem durch die normale Funktion lebender Organe schwieriger zu entfernen oder unschädlich zu machen. Mit der Entfernung dieser Submikronpartikel ist zugleich auch die Geruchsminderung oder -beseitigung des Gases verbunden. Wie bereits erwähnt werden die Submikronpartikel durch Diffusion eingefangen. Es hat sich nun gezeigt daß unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre trotz der sehr hohen Porositäten, die geringe Druckabfälle bewirken, auch eine ausgezeichnete Einfangfähigkeit für Submikronpartikel mil Filtern üblicher Dicke erreicht werden kann. Dies ist bei zv/ar niedrigen, jedoch industriell vertretbaren Gasgeschwindigkeiten möglich.

Um zu diesem Ergebnis zu kommen, wurden Filter mit extrem hoher Porosität nämlich größer als 0,958 verwendet

Wenn der zu filternde Gasstrom sowohl feste Partikel als auch flüssige Partikel enthält, werden die ersteren von dem genannten Filtermaterial auch eingefangen, so daß Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung in diesem Fall sowohl eine Entstaubung als auch eine Entdunstung von Gasströmen durchführen.

Die Porosität des Filtermaterials kann beispielsweise in der unten erläuterten Weise bestimmt werden.

So wurde beispielsweise die Dicke eines Gewebes aus rostfreien Stahlfasern mit einer Oberfläche von 1 m² und einem Gewicht von 288 g/m² an einer Anzahl von Punkten (beispielsweise 20 Punkten) bestimmt und die Durchschnittsdicke zu 7,75 mm berechnet Das Volumen des Faservlieses ist daher 0,775 cm χ 10 000 cm² = 7750 cm³, cm χ 10 000 cm² = 7750 cm³, was zu einer Dichte von 228/7750 = 0,032 g/cm³ führt Die Dichte von festem, rostfreiem Stahl ist 7,8 g/cm³, und die relative Dichte (<5) des Vlieses beträgt daher 0,0372/7,8 = 0,004/5. Die Porosität (e) des Gewebes entspricht 1— <5, d.h. 0,99525.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Entdunstung von Gasströmen mittels Filtermaterialien zu bewirken, die von den eingefangenen flüssigen Partikeln befeuchtet werden, wodurch die Einfangfähigkeit des Filtermaterials verbessert wird; dabei leiden die Filtermaterialien nicht an dem mit ihnen normalerweise verbundenen Nachteil der Porenverstopfung, so daß übermäßige Anstiege im Druckabfall und ein Mitführen der flüssigen Partikel vermieden werden. Eine Porenverstopfung wird bei den erfindungsgemäß eingesetzten Filtermaterialien infolge ihrer anfänglich sehr hohen Porosität minimalisiert.

Prinzipiell kann das obengenannte Filtermaterial aus irgendeinem geeigneten Material mit dem spezifizierten Porositätsgrad bestehen. Vorzugsweise besteht das Filtermaterial jedoch aus einem Faservlies bei dem die Fasern vorteilhafterweise zufällig orientiert sind. Solche Faservliese können entweder aus kontinuierlichen oder Stapelfasern bestehen, wobei die Faserdurchmesser vorzugsweise größer als 1 μπι, jedoch nicht über 50 um,

vorzugsweise nicht über ΙΟμπι, sind. Es hat sich herausgestellt, daß mit einer vergleichbaren und einer geringeren Filterdicke als sie bei üblichen Entdunstungsfiltern verwendet werden, bei vergleichbaren Gasdurchsätzen vergleichbare Einfangwirkungsgrade, jedoch bei Druckabfällen erzielt wurden, die geringer als ein Fünftel derjenigen waren, die man bei üblichen Filtern erhält.

Um den Einfangwirkungsgrad zu erhöhen und den Druckabfallverlust über dem Filtermaterial zu verringern, hat es sich als vorteilhaft, insbesondere für die Filterung von polydispersen Aerosolen erwiesen, eine Vielzahl überlagerter Faservliese als Filtermaterial zu verwenden, wobei der Faserdurchmesser bei aufeinanderfolgenden Faservliesen stromab von einer Schicht zur anderen abnimmt. Es ist allgemein zu erkennen, daß der wirksame Einfangwirkungsgrad einer Faser für Submikronpartikel mit abnehmendem Faserdurchmesser ansteigt.

Es hat sich außerdem als besonders vorteilhaft erwiesen und stellt ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar, Metallfasern, insbesondere Fasern aus rostfreiem Stahl mit einer rauhen Oberfläche als Filtermaterial zu verwenden. Diese Fasern besitzen einen guten Widerstand gegen Korrosion, der sie speziell für die Filterung korrosiver Gasströme bei entweder hohen oder niedrigen Temperaturen geeignet macht. Darüber hinaus können diese Fasern infolge ihrer rauhen Oberfläche leicht in einer Gas- oder Flüssigkeitssuspension in kohärente, selbsttragende Fasergewebe, deren Fasern zufällig orientiert sind, verfilzt werden. Die faserigen Gewebe, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, besitzen vorzugsweise eine gleichmäßige Porosität von wenigstens 0,99 und vorzugsweise von 0,995. In einigen Fällen mag es günstig sein, die Porosität des Materials beispielsweise durch Nadellochen oder Pressen einzustellen.

Eine andere günstige Wirkung rührt von der Oberflächenrauheit der Fasern her und betrifft die damit erzielten besseren Befeuchtungseigenschaften. Dies regt eine Flüssigkeitsfilmbildung an den Faseroberflächen an.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Entfernung von flüssigen Partikeln aus Gasströmen anwendbar, die Strömungsgeschwindigkeit bis hinauf zu 70 cm/sek durch das Filtermaterial besitzen.

Das Filtermaterial wird vorzugsweise in einer Form mit einer Dicke, die 10 cms nicht übersteigt, z. B. in Form von einer oder mehreren konzentrisch angeordneten hohlen Zylindern eingesetzt, wobei das Material in dieser Form mittels eines Stützwerks, das beispielsweise aus einer oder mehreren Schichten aus Drahtgeflecht bestehen kann, gehalten wird.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind von besonderem Wert für die Entdunstung von Strömen korrosiver Gase, z. B. von Abgasen von Absorptionstürmen in Schwefelsäurefabrikanlagen (Einzel- oder Doppelkontaktverfahren), Metallbeizdämpfen, Salzwasserdunst von elektrolytischen Chlorzellen und säuregetrocknetem Chlor. Andere Gase, die vorteilhaft auf die erfindungsgemäße Weise entdunstet werden können, sind etwa Rauch von Naßluftkompressoren (z. B. in pneumatischen Schaltkreisen, in denen Luft öl- und Wasserdünste enthält), Piastizierdämpfe von der Kunststofformung, Abgase von Schwefelungsprozessen, die unreagierte Dünste von organischen Verbindungen oder P₂OsAerosolen enthalten (z. B. bei

der Vorbereitung von Phosphorsäure oder anderen Phosphorverbindungen).

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden an einem Beispiel anhand der Zeichnunger näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entdunstung,

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer Prüf- und Meßanordnung, mit der die Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Filtermaterialien bestimmt werden können,

Fig.3a die Beziehung zwischen dem Einfangwirkungsgrad und der Eintrittskonzentration für ein Filter das aus zehn überlagerten Vliesschichten aus rostfreien Stahlfasern mit einem Faserdurchmesser von 8 μίτι besteht, mit dem Gasdurchsatz als Parameter,

F i g. 3b die gleiche Beziehung bei einem bestimmten Gasdurchsatz und mit der Filterdicke als Parameter [mit 5,3 und 1 Faservliesen) aus rostfreien Stahlfasern mil einem Durchmesser von 8 ujnj

F i g. 4a Druckabfallkennlinien (Δρ— !/-Beziehung) in einer leeren Filteranordnung mit einer Faserschicht vor 8^m-Fasem, durch die jeweils ein trockener und ein aerosolbeladener Gasstrom fließt,

Fig.4b entsprechende Druckabfallkennlinien unter Verwendung von 3 bzw. 5 Vliesschichten und einem aerosolbeladenen Gasstrom,

F i g. 5,6 und 7 die 7j_m;„— u*-Beziehungen für Filter mil Faservliesen von 4-μπι-, 8-μπι- bzw. 12^m-Fasern füi verschiedene Filterdicken,

Fig.8 und 9 Beziehungen wie Fig.5 bis 7 für jeweilige Filter, die aus kombinierten Faservliesen mil unterschiedlichen Faserdurchmessern bestehen, bzw für Filter, die aus Faservliesen bestehen, die mittels Nadellochen verdichtet wurden,

Fig. 10 die Beziehung zwischen dem Einfangwirkungsgrad und der Filterdicke für ein aus 8^m-Fasem bestehendes Filter,

F i g. 11 den Einfluß des Faserdurchmessers im Filter auf den Einfangwirkungsgrad, der von den Fi g. 5 bis 7 abgeleitet wurde und

Fig. 12 und 13 graphische Darstellungen der Veränderung von η in Abhängigkeit vom Netto-Druck abfall Δρ.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entdunsten die schematisch in F i g. 1 gezeigt ist, enthält irr wesentlichen einen Behälter 1, der beispielsweise au; einem korrosionsbeständigen Material zur Filterung korrosiver Gasströme besteht Dieser Behälter ist mil einem Einlaß 2 für einen aerosolbeladenen Gasstrom einem Auslaß 3 für das gefilterte Gas sowie mit einerr Ablaß 4 für die Flüssigkeit, die im Filter eingefanger wurde, versehen. Dieser Behälter enthält einen odei mehrere Filter 5, die allgemein in der Form vertika angeordneter hohler Zylinder sind. Diese Filter enthalten das Filtermaterial 6, von dem wenigstens eir Teil eine Porosität von wenigstens 0385 besitzt Da! Material wird vorzugsweise von einem Verstärkungs drahtgeflecht 7 neben seiner inneren und/oder äußerer Wand getragen. Diese Filter sind mit einer geeigneter Deckplatte 8 versehen und auf beispielsweise ein« perforierte Abflußplatte 9 für die festgehaltene odei eingefangene Flüssigkeit gesetzt Diese Abflußplatt« kann auch als Trennwand zwischen der Flüssigkeit^ kammer und der Filtergaskammer dienen, um so weil wie möglich einen Kontakt zwischen dem gefilterter Gas und der abgetrennten Flüssigkeit zu vermeiden.

Es ist klar, daß die obige Anordnimg modifizier

werden kann. So kann der Gasstrom z. B. auch in der entgegengesetzten Richtung durch die Filter strömen (in diesem Fall ist es günstig, die außerhalb des Umfangs der Filter 5 liegende öffnung 12 zu schließen). Die Filter brauchen nicht notwendigerweise tubulare Filter ?u sein, sondern können irgendeinen gewünschten VielecU-Querschnitt besitzen, bei dem flache Filterschichten in angepaßter Weise, möglicherweise abwechselnd mit oder getragen von einem Stützwerk vorgesehen sind. In der Nähe der Gaseinlaßseite können die Filter mit einer Drahtgeflechtanordnung geeigneter Porosität eingefallt sein. Dies kann für die Filterung eines polydisperseri Aerosols nützlich sein. Größere Tröpfchen werden dann weitgehend zurückgehalten und durch die Drahtgeflechtanordnung abgeführt, während die kleineren, insbesondere die Submikron-Partikel, im Filtermedium, das sehr poröse Schichten enthält, festgehalten werden.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die vorliegende Erfindung.

Zur Einschätzung und Verdeutlichung der Erfindung und der mit ihr im Zusammenhang stehenden Vorteile wurden verschiedene Filter in einer Entdunstungs-Grundanordnung gemäß Fig. 1 eingebaut Diese Anordnung ist typisch für Entdunster, die zur Trennung von Submikron-Partikeln dienen. Diese Entdunster können beispielsweise in Schornsteinen installiert sein. Der innere Durchmesser der hohlen zylindrischen Filterkerzen beträgt 40 mm und die Höhe 145 mm.

Das untersuchte Filtermedium enthält allgemein eine Anzahl überlagerter Schichten oder Windungen hochporöser Faservliese mit zufälliger Faserorientierung und besteht aus rostfreien Stahlfasern. Die Faservliese werden dadurch erhalten, daß die Metallfasern in einer Luftsuspension auf einer Rando-Webber-Maschine verfilzt werden. Die Eigenschaften der verwendeten Faservliese sind in Tabelle 1 zusammengefaßt In Tabelle 1 bedeuten:

d_v Durchmesser der Vliesfasern (μΐη) d Dicke des Vlieses (mm)

ε Porosität des Vlieses

a spezifische Oberfläche des Vlieses (m²m -³)

4	10	0,9964	286
8	8,5	0,9958	168
12	6	0,9940	159
25	3	0.9880	152
8	3,5	0,985*)	583
8	3	0,9829**)	680

*) Nadelgelochte Vliese.
**) Gesinterte Faservliese.

Die Prüfanordnung, in der der Entdunster bewertet wird, ist in Fig. 2 dargestellt Diese Anordnung erlaubt es, die Gasströmung durch das Filter, die Anzahl und die Art der überlagerten Faservliese, die ankommende Partikelkonzentration und die Größenverteilung zu variieren. Die zu messenden Punkte sind der Gasdurchsatz bzw. die Gasströmungsgeschwindigkeit (u), die Konzentration am Ffltereingang Ci (cm-³) und am Ausgang Cu (cm-³) und der Druckabfall Δρ (mm H₂O) über dem Filter. Stickstoff wird als Trägergas für die Flüssigkeitströpfchen verwendet Das Stickstoff durchläuft ein Schneider-Poelman-Absolutfilter (»AF«), dessen Strömungsgeschwindigkeit in D\ eingestellt wird. Die Stickstoffströmung wird durch einen Dunstgenerator MG geführt, wo sie mit einer Tröpfchenkonzentration beladen wird (Tröpfchendurchmesser uf_p=O,l... ^ri 1 μΐη).

Der Dunstgenerator MG ist ein Dispersionsstoßgenerator. Das Trägergas (N2) wird durch ein kleines darin (0,7 mm) mit hoher Geschwindigkeit in den Dispersionskopf ausgestoßen. Mit Hilfe des im Verbin-

Ki dungsrohr erzeugten Unterdrucks wird die zu dispersierende Flüssigkeit (H₂O) aus dem Tank angesogen und pulverisiert Durch die Wirkung einer Stoßwand, die vor der Dispersionskopföffnung angeordnet ist, wird ein relativ monodisperses Druckabfallwerte erhalten. Infolge der hohen Geschwindigkeit des ausströmenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches werden die größten Tröpfchen von dieser Wand zurückgehalten und können wieder zurückgeführt werden. Die verbleibenden Flüssigkeitspartikel werden durch eine Gasgemischströmung ausgeliefert, die zwangsweise durch die Kammer geführt wird, in der der Dispersions- oder Zerstäuberkopf angeordnet ist Messungen haben gezeigt daß dieser Dunstgenerator ein Aerosol für Paraffin mit einer Standardabweichung 1,4 und einem geometrischen Durchschnittsdurchmesser von 0,6 μιτι erzeugt

Abhängig von den erforderlichen Arbeitsbedingungen geht diese Strömung entweder direkt über 14 zum Entdunster ßDoder über 1 zu einem Verdünnungskreis. Im Verdünnungsbehälter V wird die Strömungsge-

H) schwindigkeit stark reduziert, und ein erheblicher Tröpfchenteil kann sich infolge der Schwerkraft auf der Bodenfläche absetzen. In der Achse des Verdünnungsbehälters ist ein Rohr vorgesehen, um einen Teil der Gasströmung (im Verhältnis des Querschnittsverhält-

J5 nisses und des Druckzustands) zu einer sekundären Stickstoffströmung zu überführen. Der Druck im Verdünnungsbehälter wird mit Hilfe einer Anzapfung bzw. eines Hahns 12 reguliert In den Sekundärkreis wird eine ebenfalls absolut gefilterte, bekannte Stick-Stoffströmung eingeführt Zusammen mit der Strömung durch den Hahn 12 wird die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Verdünnungsbehälter V abgesogenen beladenen Gases bestimmt Das Ergebnis ist eine stark verdünnte Aerosol-Gas-Strömung, die über die Anzapfung bzw. den Hahn 13 zum Entdunster ßDgeführt wird.

Die Strömungsrate, die sich schließlich durch BD

ergibt wird in Lh gemessen. Der Widerstand, den der Filter dieser Strömung entgegensetzt wird in DP gemessen, während die Einlauf- oder Auslaß-Partikelkonzentration von DBm Cgemessen wird.

Der Druckabfall im Filter wird in einem U-Rohr gemessen, das mit Wasser gefüllt ist und stromauf und stromab mit dem Entdunster BD verbunden ist

Die Partikelkonzentrationen werden in C mit einem Gardner-Kondensationskernzähler gemessen. Die Funktionsweise dieser Meßvorrichtung basiert auf Lichtstreuung, die von Partikeln in einem geeichten Raum zwischen einer Lichtquelle und einer Fotozelle hervorgerufen wird. Die Partikel wirken als Kondensationskeme für das Wasser in der Meßvorrichtung.

Die Tabellen 2 bis 9 enthalten die Meßergebnisse verschiedener Tests. Sie zeigen deutlich den Einfluß der Filterparameter; Filterdicke (/(Anzahl von Schichten nX Faserdurchmesser d_y (pm), der Porosität und der Gasströmungsparameter; Eintrittskonzentration Ci (cm-³) und charakteristische Oberflächengasgeschwindigkeit Ut (cm s-¹) auf die Filterleistung; Einfangwirkungsgrad 1} (%) und Druckabfall Δρ (mm H₂O). Die

ίο

veränderlichen Ci, Cu und Ap sind direkt ablesbar, während u* und η aus folgenden Beziehungen berechnet werden können:

u_k = -£- cms '

.-τ · DW

D innerer Durchmesser des hohlen Filterraums (4 cm) H Höhe des Filterzylinders (14,5 cm)

K)²

darin bedeuten:

(? Gasdurchsatz (cm³ s-')

Tabelle 2 Filterparameter: rf,. = 4 μπι, n = 10 (rf= 10 cm), r = 0,9964

Die Ap-Werte in den Tabellen 2 bis 9 beziehen sich auf grobe Druckabfallwerte über der Filtervorrichtung in der Testanordnung.

*j/ = 1 cm · s '**	%	%	2,5	Ί	5	*C₁,*	'/	7,5	*C₁,*	Ί
A₁, = 0,8 mm H₂O	99,2	96,4	2,6	%	4	cm"³	%	8,5	cm³	%
*Ci C₁,*	98	96,3	*Ci C_u*	97,3³	</	3,2 · IO⁴	95,8	C,	3 · IO⁴	97
cm ■ cm ■	97,8	95,7	cm ■' cm ³	98,2	cm ³	2 · IO⁴	96	cm"³	2,4 · 10"	96,6
2,5 · 10⁵ 2 · IO³	97,7	95	3 · 10^s 8 - IO³	97,5	10"	2,9 · IO⁴	96,4	IO⁶	1,9 · IO⁴	96,0
3,5 · 10⁵ 7 · IO³	98	96	1,6 · IO⁵ 2,8 · IO³	96,9	3 · 10^s	1,6 ■ IO⁴	96	7 · IO⁵	1,3 · IO⁴	96,75
4,5 · IO⁵ IO⁴	98	96,8	2 ■ IO⁵ 5 ■ IO³	97,3	8 ■ IO⁵	1,3 · IO⁴	95,7	4,8 · IO⁵	9 · IO³	97,40
6 · 10^s 1,4 ■ 10"		98	9 ■ IO⁵ 2,8 · IO⁴	96,6	4 · IO⁵	6· IO³	96	4 ■ IO⁵	4,5 · IO³	98,3
10'' 2 · IO⁴		97,8	4 · IO⁵ 1,4 ■ IO⁴	98,5	3 · IO⁵			3,5 · IO⁵	1,5 · IO³	98,6
8 · IO⁵ 1,6 ■ IO⁴	Tabelle 2 (Fortsetzung)	98	5 · 10^s 1,7 ■ IO⁴		1,5 · IO⁵	,75%		2,6 · IO⁵	%
	«j = 15,6 cm · s~'		IO⁶ 1,5 ■ IO⁴					1,05 ■ IO⁵
,„„., = 97,5%	A₁, = 24 mm H₂O		-/„„■„ = 96,25%		'/„„·„ = 95			'/mi,, = 96

	cm"'³ cm ³	24,7	'/	34	*C₁₁*	'/	44,1	Cu
	10" 3,6 · 10"	41	%	65	cm"³	%	94	cm"³	%
8 · K'⁵ 2,9 ■ IO⁴	*^ci C₁₁*	96,5	C/	3 · IO⁴	97	Ci	2,6 · IO⁴	97,4
6 · K⁵ 2,6 · IO⁴	crrT³ cm"³	96,3	cnT³	2,5 · IO⁴	96,9	cm"³	1,9 · IO⁴	97,3
4 · K⁵ 2 · IO²	IO⁶ 3,5 ■ IO⁴	95,6	IO⁶	1,9 · IO⁴	96,8	IO⁶	1,5 · IO⁴	97,0
3,8 · O⁵ 1,5 · 10"	7 · 10^(> 2,6 · IO⁴	96	8 ■ 10^s	1,7 ■ IO⁴	96,6	7 ■ 10^s	1,9 · IO⁴	96,7
3,4 · O⁵ 1,1 · IO⁴	5 ■ IO⁵ 2,2 ■ IO⁴	96	6- IO⁵	1,5 ■ 10"	96,2	5 ■ IO⁵	IO⁴	97,4
3 · 10^s 6 · IO³	4 ■ 10^s 1,6 · IO⁴	97,7	5 ■ IO⁵	1,1 · IO⁴	96,9	4 · 10^s	9 ■ IO³	97
1,4 ■ .0^s 3 · IO³	3,5 · IO⁵ 1,4 · IO⁴	98	4- IO⁵	IO⁴	96,7	3,8 ■ IO⁵	6· IO³	96,7
5 · 10 IO³	3,5 · IO⁵ 6,8 - IO⁵	98,2	3,5 - IO⁵	7 · IO³	97,2	3 · IO⁵	4- IO³	97,3
	2,5 · IO⁵ 5 · IO³	98	3 · IO⁵	5 · IO³	97,5	1,8 ■ IO⁵
./„,,„= 94,75%	1,4 ■ 10^s 2,5 · IO³		2,5 ■ IO⁵	3,5 · IO³	97,8	1,5 · IO⁵
	1,8 - IO⁵ 3,5 · IO³		2 · 10^s	,2%			7%
		1,6 ■ IO⁵
	,„,,„ = 95,5%	•In,,,, = 96		'/mi,, = 96,

Tabelle 4 Filterparameter: 4=8 μΐη, π = 10 (</= 8,5 cm), ε = 0,9958

5· ΙΟ⁴

ΙΟ³

2 · 10^s 1,4 - ΙΟ⁴ 93

3,8 · ΙΟ⁵ 1,7 · 10" 95,5 1,2 - ΙΟ⁵ 7 - ΙΟ³ 94,2 5.8 ΙΟ⁴ 8 ■ ΙΟ² 93,6 4,5 · ΙΟ⁵ 3,2 · ΙΟ⁴ 92,8

· ΙΟ⁵ 3,5 - ΙΟ⁴ 91,25 6 - 10^s 5 · ΙΟ⁴ 91,7 3,2 · ΙΟ⁵ 1,6 ■ ΙΟ⁴ 95 7,5 · 10^s 5,5 · ΙΟ⁴ 92,7 1,7 ■ 10^s 4,9 · ΙΟ³ 97,1 ΙΟ⁶ 6,5 · 10" 93,5

11 12

Fortsetzung

«a = 2,5 cm ■ s ' 5

A₁, --■ 0,8 mm IU) 3,0

12	c„	/,	15,3
IO	cm '	7»	14
■ι		Γ,
:m '		...

4 · 10' 2,0 · 10" 95 7 ■ 10' 5 ■ ΙΟ⁴ 92,8 1,4 · ΙΟ⁵ 6,5 · ΙΟ³ 95,4 8 · 10^s 5,6 · ΙΟ" 93 ?,6 · 10' 5,8 · ΙΟ¹ 97,8 10" 7 ■ 10" 93 2,1 · ΙΟ⁵ 1,1 ■ ΙΟ⁴ 94,8 4 · ΙΟ⁵ 3,1 · ΙΟ⁴ 92,2 9 ■ 10" 3,5 · ΙΟ² 99,6 6 · 10' 4,5 · 10" 92,5 3,5 · 10' 2,4 · 10" 93,1 3,8 · ΙΟ⁵ 3 · 10" 92,1

5 ■ ΙΟ⁵ 2,7 · 10" 94,6 3,6 ■ ΙΟ⁵ 2,4 ■ ΙΟ⁴ 93,3 3 · ΙΟ⁵ 1,8 · ΙΟ⁴ 94 6,5 · 10' 2,9 ■ 10" 95,5 4 ■ 10' 3,4 ■ ΙΟ⁴ 91,5 2,8 ■ ΙΟ⁵ 1,5 · 10" 94,6 8 · 10' 3,6 · 10" 95,5 4,1 · ΙΟ⁵ 3,7 · 10" 91 1,3 · ΙΟ⁵ 5 · 10' 96,2

5,2 · ΙΟ⁵ 4,5 · 10" 91,3 8 ■ 10" 3,2 · 10' 96

7 · 10' 5,4 · 10" 92,2

10" 6 · 10" 94

,,,„,„ = 94,5 % -/„,,„ = 92,5 % .,„„„ = 90,5 % ,, = 91%

Tabelle 4 (Fortsetzung)

«A = 21,1

cm · s"'

c„

</

34

c„

Ί

56,9

C₁,

10⁴

'/

79,2

-'

C₁₁

■ \o^A

'/

A₁, = 25 mm H₂O

cm ³

%

60

cm""'

%

180

cm

• 10"

%

212

10'

cm

Ci

10'

99

C,

8 · 10'

94,3

C₁

/ ■

■ 10⁴

84,4

C₁

10'

1,2

10⁴

98,5

cm'

7,5 · 10"

98,5

cm ³

1,2 · 10"

94

cm '

5,2

• 10⁴

86,3

cm

10'

10⁴

80

10⁷

5· 10"

95

1,4 · 10'

10"

94,1

4,5 · 10'

4,2

• 10'

86,9

8 ·

• 10'

9 ■

10"

85

5 ■ 10"

4- 10"

90

2 ■ 10'

1,8 · 10"

92,2

3,8 ■ 10'

7,5

83,3

5 ·

10'

8 ·

10"

83,7

10"

3 ■ 10"

91,4

1,7 · 10'

2 ■ 10"

93.3

3,2 ■ 10'

1,1

83,1

6 ·

■ 10'

7 ■

10"

82,5

4· 10'

2· 10"

92

2,3 · 10'

3,2 · 10"

91,3

4,5 · 10'

10'

• 10'

80,4

4,9

■ 10'

7 ·

10^J

81,6

3,5 ■ 10'

1 - 10"

92,7

3 · 10'

5 ■ 10"

87,5

6,5 · 10'

10'

10⁴

87,5

4 ■

• 10'

6 ■

10⁴

83.8

2,5 · 10'

6 ■ 10'

94,5

3,7 · 10'

6 · 10"

88,2

5,1 ■ 10'

1,1

• 10⁴

80

3,8

• 10'

5 ·

• 10⁴

86.8

1,5 ■ 10'

3 ■ 10³

95

4· 10'

6,8 · 10"

87,6

8 · 10'

8 ·

80

3,7

10'

4 ·

10⁴

88,6

1,1 - 10'

2,5 · 10³

93,8

5,1 · 10'

9 · 10"

88,75

5,5 · 10'

2,2

91,2

3,8

• 10'

3.5

88.3

6· 10"

1,9 · 10³

92,4

5,5 ■ 10'

7,3 · 10⁴

90,3

4 · 10'

3,5

3 ·

87,5

4- 10"

3,5 ■ 10³

95

8 · 10'

7,6 · 10"

92,4

2,5 · 10'

3 ■

2,5 · 10"

3,1 ■ 10"

93,8

7 · 5

2,4

7 ■ 10"

2,8 ■ 10³

93

10"

5 · 10'

1,7 · 10³

94,3

= 79

4 ■ 10"

'/»» = 90%

5%

'/„„, = 80%

¹Vo

3 · 10"

Tabelle 3

= 2 (da= 2 cm)

= 4 μπι,

'/min ⁼ 87,

Filterparameter: d,,

ε = 0,9964

η = 3 (d=5cm)

/;

Ma(CITI-S ')

A₁, (mm H₂O)

i	2,5	5	7,5	15,5	24,7	35	44,1	7,5	15,6	24,7	35
0,6	2,5	3	6,5	19	36	63	92	6	18	34	51
97,75	96,50	95.5	95	93.5	92	90	88	81	73	64	56

Tabelle 5

26 40 469

12,5

15 17,5

c„

¹

C₁,

5

22,5

%

7

14

15,3

10

wobei

4 — ~~* i/,

15,6

¹I

34

20

μηι

13

9

14 18

cm

K)'

cm

2,5

27

96,2

9

18

8,75

20 η, =

3 --■- rf,

16,5

%

55

19,1

85

81,5 79,5

3,8

K)'

4 ■ 10⁴

92,5

75

95,3

C,

80

81,5

24 „, =

3 --- d,

95,5

73

57

10' 2,8

3,7 · 10⁴

96,1

cm

96,2 ih =

93,3

Filterparameter: d, = 8 am, r = 0,9958

5 (rf= 4.25 cm)

+ 1I₄

+ a, (rf, + d, -t

10' 3,1

4,3 · 10⁴

- rf₅ s 7,9 cm)

94,5

10

92,5

„-

10' 2,2

95.7

6 ·

/; = 5(</aOcm)

U₄(Cm-S ) 2,5

10

• 10' 1,5

20

15

97,5

4 ·

2,5 5 7,5

15

,am

/,-

A„(mm H₂O) 1

8

• 10' 7 ·

23,5

16,5

98,2

1,5 2,5 6,5

34

14,5

= 8 μηι

%

,,„„„(%) 85,5

98,2

• 10' 3 ·

76,5

96,5

98,4

93,5 90 85

58

C₁,

65,5

= 4

95

Tabelle 6

Filterparameter: d_r = 12 am, f = 0,9940

• 10' 2 ·

C₁

cm '

95,5

η = S (rf-4,8 cm)

+ lh

(rf, + rf, = 9,2.

S cm)

cm '

4 · 10⁴

93,7

U₁(CiIi-S ') 2,5 5 10

----

rf, = 4 am

, = 94,25%

5 · 10'

4,5 · 10⁴

92,5

A „(mm M₂O) 1,5 2,6 7,5

15,

»= 10(rfs3,5

10"

3,8 · 10⁴

= 12

93,1

,..,,,,,Ch) 93.5 92 85.5

\7

wobei d_v = 8 am,

6 ■ 10'

3 · 10⁴

95

Tabelle 8

C₁

4 · 10'

2,4 · SO⁴

96,4

Filterparameter: kombinierte Filter /;

cm

3

_(/

3,5 · 10'

1,5 · 10⁴

97,4

10'

■ 10⁴

%

3 · 10'

9 · 10'

97,5

i/_A (cm-s ') 1 4,5

6 ·

• 10⁴

95

2,5 · 10'

5 · 10'

A₁, (mm H₂O.) 0,6 3

8 ·

• 10⁴

94,7

2 · 10'

2,5 · 10'

,,„„„(%) 97,5 98,2

4 ·

• 10⁴

95,7

10'

W. = 92,50%

Tabelle 7

3,5

■ 10⁴

34

Filterparameter: kombinierte Filter /;

2,8

10'

cm), f = 0,985

30

wobei /;, = 5 -- - <l, = 8 am, n₂ = 5

1,7

10'

«t = 6.7 cm · s '

1,3

10'

A₁, = (i mm H₂O

C₁₁

C, C₁,

'/I₁

cm '

cm ' cm ' %

4,5 · 10⁴

K)" 4 · 10⁴ 96

10' 4 ■ 10⁴

9 ■ 10' 3,8 · 10⁴ 95,8

10' 3 · 10⁴

24,5

5 ■ 10' 2 · 10⁴ 96

21

7 · 10' 3 · 10⁴ 95,7

3,5 · 10' 1,1 · 10⁴ 96,8

2,5 -10' 4-10' 98,4

1,7 · 10' 2,5 · 10' 98,5

',„„ = 95,7%

Tabelle 9

Filterparameter: nadelgelochtc Filter,

»( = 2,5 cm · s ' 5

A₁, = 1,8 mm H₂O 5

c, c„ ,, c·,-

cm ' cm ' % cm

4 - K)' 2,5 · IO⁴ 93,7 8 ·

7-10' 5 ■ K)⁴ 92,9 7 ·

9-10' 6 ■ K)⁴ 93,3 10"

= 2,5 cm s '

ΙΟ⁴

15

%

5

•ΙΟ⁵

26 40

469

7

■^!

ΙΟ⁵

C₁₁

16

Ij

15,6

24,5

34 1

94

= 1,8 mm HiC

ΙΟ⁴

93,7

5

-ίο⁵

9

ΙΟ⁵

cm

'Α

16,5

21

30 ]

C₁,

Ϋ

96,0

C,

- 10^s

C₁

ΙΟ⁵

1,9

94

j

■' cm ·'

97,0

cm

- ΙΟ⁵

cm

ΙΟ⁵

8·

96,4

I

Fortsetzung

• ΙΟ⁵ 2,2 ■

3,5

= 94,5

3,2·

= 92,2

6-

96,7

]

'4

- ΙΟ⁵ 1,1 ■

4,5

Ί

2,3-

3,5

97,3

A₁,

10^s 6 ■ K

1,5

cm '

%

1,8·

• ΙΟ⁴

C₁

2,5

1,1 · ΙΟ⁴

96,9

1,3·

5Ο³

cm

= 92,7

Until

2· ΙΟ⁴

95,5

'!min

ίο³

95

94,5

3,5

4- ΙΟ³

97,3

•ίο³

2,8

ΙΟ⁴

96

2 ·

•Imii

Die Eintrittskonzentrationswerte sind immer zwischen 10⁵Cm-³ und 10⁶Cm-³ genommen, da es sich ergeben hat, daß der Einfang-Wirkungsgrad für diese Filter, die in der vorliegenden Testanordnung verwendet werden, für diesen Konzentrationsbereich und bei Gasgeschwindigkeiten nicht oberhalb von 70 cm s~' (der Einfangmechanismus wird vorherrschend von der Diffusion bestimmt) minimal ist. Dies wird durch die F i g. 3a und 3b weiter verdeutlicht, die eine graphische Darstellung der Beziehung C₁- η für unterschiedliche Schichtdicken und verschiedene Gasgeschwindigkeiten zeigen. Das Minimum wird ausgeprägter, wenn die Gasgeschwindigkeit steigt Der Gesamteinfangwirkungsgrad wird in der Tat von der gegenseitigen Einwirkung von drei Erscheinungen gesteuert: Koagulation, Partikeleinfang und Mitnahme. Koagulation ist ein Prozeß, der von der Kontaktzeit und der Konzentration entsprechend der Beziehung CZCo=e~^kl bestimmt wird, wobei C die gegenwärtige und Co die Eintrittskonzentration und λ die Koagulationskonstante sind, die, wie experimentell gefunden wurde, von der Partikelgröße und der Turbulenz der Gasströmung abhängt

Der Partikeleinfang als ein irreversibler Prozeß wird durch die Beziehung beschrieben:

wobei ψ der Stoßparameter (Bestimmende für Einfang durch Schwerkraftkollision, d.h. bei hohen Gasgeschwindigkeiten) ist

R = -J- ist der Verhütungsparameter mit d_p als

Partikeldurchmesser, "£ ist die Peclet-Zahl mit D=

■ *»' _alc D 3.-jji(i,

Diffusionskonstante, wobei C_s der Cunningham-Gleitkorrekturfaktor, Are die Boltzmann-Konstante und μ die Gasviskosität sind.

ist die Reynolds-Zahl mit ρ als Gasdichte.

Ergebnis der Mitnahme absinkt Bei kürzeren Kontaktzeiten (hohe Gasgeschwindigkeit υ und/oder geringe Filterdicke) ist der Beitrag der Koagulation zum Gesamteinfangwirkungsgrad vernachlässigbar. Bei einer gewissen (kritischen) Eintrittskonzentration G=... 10⁵Cm-³ wird die Mitnahmetendenz die Oberhand über den Einfang gewinnen und sogar mit zunehmender Gasgeschwindigkeit ansteigen. Als Er gebnis nimmt der Wirkungsgrad ab. Die Koagulation hat einen Anschlag, wenn die Eintrittskonzentration diesen kritischen Wert übersteigt insbesondere bei geringeren Gasgeschwindigkeiten. Im Fall kurzer Kontaktzeiten, höherer Gasgeschwindigkeiten und/oder kleinerer Filterdicken ergibt sich, daß der Wirkungsgrad auch mit zunehmendem C, ansteigt Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, daß sich der Einfang-Bestimmungs-Mechanismus von der Diffusion zum Schwerkraftabfangen oder zur Schwerkraftkolli sion verschiebt; dieser Mechanismus wird genau durch hohe Gasgeschwindigkeiten stimuliert

Wie von jetzt wird ein minimaler Wirkungsgrad ij_m/n als charakteristischer Einfangwirkungsgrad für ein Filter angenommen (die 7/_m/n-Werte werden immer mit Hilfe der graphischen Interpolation in einer graphischen Darstellung η-G bestimmt). Diese Auswahl ergibt einen Sicherheitsbereich bei der allgemeinen Bewertung. Für reale Entdunstungsbetriebsbedingungen wird der Einfangwirkungsgrad daher niemals ungünstig von den in den Tabellen angegebenen 17™,,-Werten abweichen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die η-Werte den Wirkungsgrad auf der Basis der Anzahl von Partikeln wiedergeben. Diese Werte werden geringer als die entsprechenden Massenwirkungsgradwerte sein

Re= -

Bei geringen Gasgeschindigkeiten ist die inverse Peclet-Zahl der Parameter, der den Einfangmechanismus (Diffusion) steuert.

Ein dritter Faktor, der den Einfangwirkungsgrad beeinflußt, ist die Mitnahme, die durch lokale Behinderung von Partikeln in der Nähe der einzelnen Filterfasern und lokale Strömungsänderungen im wahllosen Porenraum verursacht wird und zu Änderungen der Einfangbedingungen (t, Abführt.

Es wird allgemein akzeptiert, daß mit zunehmendem Cder Wirkungsgrad aufgrund der Koagulation ansteigt aufgrund des Partikeleinfangs konstant bleibt und als wobei

'/FIl —

Cn, ~

d_p der mittlere Partikeldurchmesser und Ql die Flüssigkeitsviskosität sind. Eine Anzahl von Partikeln am Einlaß (Durchmesser dp, i), die nicht eingefangen werden, werden tatsächlich zu Partikeln mit einem kleineren Durchmesser dp, u gebrochen, so daß in der Beziehung

¹Im = 10" — (IO² - /,) -,'',' . immer /„„ > I₁,, gill.

Partikelanzahl-Wirkungsgrade von 95% sind folglich vergleichbar mit Gewichtsbewahrungen oder -beständigkeiten (Ij_n,), die 99% weit übersteigen.

Die Tabellen geben auch die Beziehung zwischen u und Δ_Ρ für verschiedene Filtergestaltungen an. Diese Beziehungen, die Druckabfallkennlinien genannt werden, sind in den Fig.4a und 4b aufgezeichnet Der Druckabfall ist ein wichtiger Parameter für die Betriebskosten und damit für den wirtschaftlichen Wert des Filters als Entdunstungsmedium. Deshalb ist eine kritische Abschätzung der Filtereigenschaften, insbesondere des Einfangwirkungsgrads als Funktion des Druckabfalls wichtig. F i g. 4a gibt als Funktion von u den Druckabfall über der leeren Filteranordnung (ohne eingesetztes Filter) (Kurve 1) und der Anordnung unter Anwendung einer Vliesschicht von 8-um-Fasern (Dicke 8,5 mm), durch die trockener Stickstoff strömt (Kurve 2) und durch die schließlich ein Mischgassirom ^G>10^t'cm-³) (Kurve 3) strömt, an. Fig.4b gibt den Einfluß der Filterdicke auf den Druckabfall wieder. Kurve 1 ist identisch mit Kurve 3 von Fi g. 4a, während die Kurven 2 und 3 den zunehmenden Druckabfall für drei bzw. fünf Schichten aus 8^m-Fasern verdeutlichen.

Allgemein kann gesagt werden, daß der Druckabfall mit zunehmender Gasgeschwindigkeit, zunehmendem Durchmesser, zunehmender Filterdichte, zunehmender Filterdicke (Anazhl von Vliesschichten), zunehmender Dunstkonzentration, zunehmender Gasdichte und zunehmender Gasviskosität ansteigt Beim Entdunstungsprozeß kann der Gesamt-Druckabfall als Ergebnis zweier kummulativer Erscheinungen angesehen werden. Die erste ist der Beitrag viskoser und turbulenter Energieverluste des Gases infolge der Reibung mit den Faserwänden, die der Beziehung

Ap=Au+Bu²

folgt, wobei A und B experimentell zu bestimmende Koeffizienten sind. Der untersuchte Bereich von Gasgeschwindigkeiten entspricht dem laminaren Geschwindigkeitsbereich und einem Teil des turbulenten Geschwindigkeitsbereichs. Der Ausdruck Au gibt die laminare Strömung entsprechend dem Darcyschen Gesetz wieder und herrscht vor, bis die kritische Reynolds-Zahl erreicht wird. Von Re₀Ti, steigt der Einfluß der turbulenten Strömung, bei der die kinetischen Energieverluste auftreten, rasch an. Dieser Beitrag zu Ap ist als Bu² ausgedrückt

Die zweite Erscheinung betrifft die tatsächliche Verminderung des freien Raums in der Filtertextur während der Entdunstung, die auf der Bildung eines Flüssigkeitsfilms um die Fasern beruht Die Wirkung dieser Porenverminderung im erfindungsgemäßen Filtermedium ist jedoch infolge der besonders hohen Anfangsporosität der verwendeten Faservliese minimal.

Die F i g. 5,6 und 7 sind graphische Darstellungen der Ergebnisse der Tabellen 2,3,4 und 5 bzw. 6. Die Kurven 1 betreffen die Einfangwirkungsgrade dickerer Filter (10 Vliesschichten für Filter von 4-μπι- und 8^m-Fasern: Fig.5 und 6; 8 Schichten für Filter aus 12^m-Fasem: Fig.7). Die Kurve 2 bezieht sich auf Einfangwirkungsgrade für dünnere Filter (drei Vliesschichten). Der charakteristische minimale Einfangwirkungsgrad nimmt mit zunehmender Gasgeschwindigkeit und mit abnehmender Filterdicke, d. h. mit kürzeren Kontaktzeiten, erheblich ab. Es ergibt sich außerdem, daß kleinere Faserdurchmesser einen günstigen Einfluß auf den Einfangwirkungsgrad haben.

Die Fig. 10 und 11 wurden zur Erläuterung der

beiden Erscheinungen angefügt Aus Fig. 10 läßt sich ableiten, daß der Gewinn beim Einfangwirkungsgrad für ein Filtermedium aus 8-um-Fasern als Ergebnis der Zunahme der Filterdicke über 10 cm relativ gering ist und gegenüber Gasgeschwindigkeitsänderungen weniger empfindlich ist Eine Filterdicke von ca. 10 cm für 8-um-Fasern scheint daher optimal zu sein. Filterdicken derselben Größe können auch für andere Faserdurchmesser akzeptiert werden. Auf der anderen Seite zeigt

ίο Fig. 11 klar, daß Filtermedien mit einem Faserdurchmesser von 4 μπι für fünf Schichten vorzuziehen sind, wobei die verwendete Gasgeschwindigkeit praktisch keinen Einfluß hat Tabelle 4 zeigt, daß, wenn die Anzahl von Schichten 10 ist, auch 8-um-Fasern noch einen geeigneten Wirkungsgrad (»jmu,>90%) garantieren, so daß allgemein Faserdurchmesser, die 10 μπι nicht übersteigen, vorzuziehen sind.

Die Ergebnisse der Tabellen 8 und 9 sind in F i g. 8 graphisch aufgezeichnet Die Anwendung kombinierter Filter ist deutlich vorteilhaft für den Einfangwirkungsgrad über einen weiten Bereich von Gasgeschwindigkeiten. Kurve 1 bezieht sich auf ein Filter, das aus überlagerten Vliesschichten besteht, nämlich vier Vliesschich'isn von 12^m-Fasern nahe der Filtereinlaß seite, nächst diesem drei Vliesschichten aus β-μΐη-Fa- sern und als Einfassung nahe der Filterauslaßseite weitere drei Schichten von 4^m-Fasern. Der Faserdurchmesser nimmt daher von der Einlaß- zur Auslaßseite ab, und die Gesamtfilterdicke beträgt etwa

jo 73 cm. Der Wirkungsgrad für diesen Filteraufbau ist höher als für ein Filter aus fünf Vliesschichten mit einem Faserdurchmesser von 8 μπι nahe der Filtereinlaßseite, das mittels fünf Vliesschichten mit einem Faserdurchmesser von 4 μΐη nahe der Auslaßseite eingefaßt ist (Kurve 2), obwohl die Gesamtfilterdicke sich hier auf 9,25 cm beläuft Diese hohen Wirkungsgrade sind das Ergebnis selektiver Einfangwirkungsgrade der verschiedenen Fasern in dem Filter. Schließlich zeigt die Kurve I in F i g. 9 de größeren Wirkungsgrad von Faservliesen mit 8^m-Fasern, die mittels Nadellochens verdichtet wurden, verglichen mit der gleichen Menge von Faservlieser, die nicht mittels Nadellochens verdichtet wurden (in beiden Fällen 10 Schichten aus 8^m-Fasern) (gestrichelte Linie 2).

Darüber hinaus wird dieser Anstieg des Wirkungsgrads von kleineren Druckabfallverlusten begleitet, die auf die geringere Filterdicke, die von der Verdichtung herrührt, zurückzuführen sind. Dies kann auch aus einem Vergleich zwischen den Tabellen 4 und 9 abgeleitet werden. In der Praxis bedeutet dies, daß Filter, die aus genadelten Vliesen bestehen, eine hohe Einfangleistung und niedrige Betriebskosten (geringer Druckabfall) mit einem minimalen Filtervolumen (und damit minimalem Installationsvolumen) vereinen, was einen zusätzlichen

Vorteil der Erfindung darstellt.

Zur Demonstrierung der wirtschaftlichen Vorteile, insbesondere der geringen Betriebskosten (geringes Ap) der erfindungsgemäßen Filter wird auf die graphischen Darstellungen in den F i g. 12 und 13 Bezug genommen, in denen die Beziehung zwischen dem Einfangwirkungsgrad und dem Netto-Druckabfall über dem Filter klar gezeigt ist Die Kurven 1 und 2 in F i g. 12 geben die Veränderung für ein Filtermedium von 10 bzw. 5 Vliesschichten mit einem Faserdurchmesser von 4 μηι an, während die Kurven 3 und 4 ein Filtermedium von zehn bzw. fünf Vliesschichten mit einem Faserdurchmesser von 8 μηι betreffen und die Kurven 5 und 6 sich auf ein Filtermedium aus acht bzw. fünf Vliesschichten

mit einem Faserdurchmesser von 12 μτη beziehen. Die gestrichelten Linien a, b und c geben konstante Gasgeschwindigkeiten von 2,5 cm · s-', 5 cm · s^-l bzw. 15 cm · s-' wieder. Die Wirkungsgrade sind für 12-μπι-Fasern und für dünnere Filter aus 8-um-Fasern (Kurve 4) zweifellos ungünstig.

Fig. 13 zeigt, daß kombinierte Entdunster den Druckabfall begünstigen. Die Kurve 1 bezieht sich auf die Kombination von vier Gewebeschichten mit i/v= 12 um, drei Vliesschichten mit </_v=8 um und drei Gewebeschichten mit t/„=4um, während Kurve 3 die Beziehung für eine Vlieskombination aus fünf Vliesschichten mit cf_r=8um und fünf Vliesschichten mit d_Y=4 um wiedergibt Die Kurve 2 entspricht der Kurve 1 von Fig. 12.

Ungeachtet der voranstehenden speziellen Beschreibung der Erfindung ist klar, daß weitere Abwandlungen vorgenommen werden können, die sich beispielsweise aui Konstruktionsmerkmale der Vorrichtung, wie etwa der Anordnung von Einlaß- und Auslaßehirichtungen, der Form und Anzahl von Filtern, die im Gehäuse angeordnet sind, etc. beziehen können. Es ist beispielsweise möglich, eine Anzahl von konzentrierten tubularen Filtern im Gehäuse mit konzentrischen freien Räumen dazwischen anzuordnen, wobei diese Filter nacheinander vom Gasstrom durchsetzt werden, um beispielsweise einen selektiven Trenneffekt zu ermöglichen. In ähnlicher Weise können in einer horizontalen Leitung eine oder mehrere Zwischenkammern mit großen Durchmessern angeordnet werden, in denen eine Anzahl von im wesentlichen flachen Filtermedien mit freien Zwischenräumen senkrecht zur Gasströmung angeordnet sein können. Der Faserdurchmesser in den aufeinanderfolgenden Filtermedien nimmt vorzugsweise entsprechend der Richtung der Gasströmung ab. Der erste Teil der Kammer an der Gaseinlaßseite besitzt vorzugsweise eine konische Form und weitet sich in der Richtung der Gasströmung, so daß die Gasgeschwindigkeit abnimmt Die Fläche der nachfolgenden Gasmedien steigt beispielsweise in Übereinstimmung mit der Konusform der Kammer an. Der zweite Teil der Kammer verbindet dann den ersten Teil mit der Gasauslaßseite auf eine geeignete Weise. Geeignete Auslässe sind am Boden der Filtermedien angeordnet, um die eingefangene Flüssigkeit abfließen zu lassen. Das Filtermedium, das zuerst vom dunstbeladenen Gasstrom gekreuzt wird, kann auch als eine Vereinigungseinrichtung dienen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Filtervorrichtung für die Entfernung einer Menge Flüssigkeitspartikel aus einem Gasstrom, welche Menge wenigstens teilweise aus Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 1 μ besteht, umfassend ein Filter aus einem Material hoher Porosität, einen Einlaß für den mit Flüssigkeit beladenen Gasstrom und einen Auslaß für das gefilterte Gas bzw. die abgeschiedene Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial wenigstens teilweise aus einem Material mit einer Porosität von wenigstens 0385 besteht

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Porosität von wenigstens 0,99 aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Porosität von wenigstens 0,995 aufweist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von den Flüssigkeitspartikeln befeuchtbar ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Filtermaterial aus wenigstens einem Faservlies besteht

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies aus zufällig orientierten Fasern mit einem Durchmesser von höchstens 50 μπι besteht

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Fasern einen Durchmesser von 1 bis 10 μπι aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß das Vlies Fasern mit höherem Elastizitätsmodul, z. B. Metallfasern, enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Metallfasern eine rauhe Oberfläche aufweisen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies rostfreie Stahlfasern enthält.

II. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies nadelgelocht oder gepreßt ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial aus einer Vielzahl von Faservliesen zusammengesetzt ist, wobei der Durchmesser der Fasern in aufeinanderfolgenden Vliesen in Strömungsrichtung des Gasstromes abnimmt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial eine Dicke von nicht mehr als 10 cm besitzt

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial die Form von einem oder mehreren konzentrisch angeordneten hohlen Zylindern hat, zwischen denen konzentrische freie Räume vorhanden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mittels eines Stützwerks aus einer oder mehreren Schichten aus Drahtgeflecht gehalten wird.

16. Verfahren zur Filterung eines Gasstroms, der Flüssigkeitspartikel enthält, bei dem der Gasstrom ein Filter aus einem Material hoher Porosität durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter-

material wenigstens zum Teil aus einem Material mit einer Porosität von wenigstens 0,985 besteht wodurch wenigstens ein Teil der flüssigen Partikel aus dem Gasstrom entfernt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß der Gasstrom eine Strömungsgeschwindigkeit von nicht mehr .als 70 cm/sek durch das Filtermaterial besitzt

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens ein Teil der Flüssigkeitspartikel eine Partikelgröße von weniger als 1 μΐη besitzt

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 3 bis 18 verwendet wird.

20. Gas, gekennzeichnet durch die Filterung mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 19.