BODE, Andreas (Rheindammstr. 46, Mannheim, 68163, DE)
HERRMANN, Eberhard (Radolfstr. 7c, Frankenthal, 67227, DE)
LINSENBÜHLER, Markus (Klausenpfad 22, Heidelberg, 69121, DE)
SACHWEH, Bernd (Großgasse 20a, Meckenheim, 67149, DE)
PILZ, Michael (Königsberger Str. 66, Hemsbach, 69502, DE)
MERTLER, Michael (Burgstraße 33a, Freinsheim, 67251, DE)
MEIER, Matthias Wilhelm (Oberlinstr. 15, Ludwigshafen, 67069, DE)
HALPAP, Jörg (Max-Joseph-Str.23, Mannheim, 68167, DE)
BODE, Andreas (Rheindammstr. 46, Mannheim, 68163, DE)
HERRMANN, Eberhard (Radolfstr. 7c, Frankenthal, 67227, DE)
LINSENBÜHLER, Markus (Klausenpfad 22, Heidelberg, 69121, DE)
SACHWEH, Bernd (Großgasse 20a, Meckenheim, 67149, DE)
PILZ, Michael (Königsberger Str. 66, Hemsbach, 69502, DE)
MERTLER, Michael (Burgstraße 33a, Freinsheim, 67251, DE)
MEIER, Matthias Wilhelm (Oberlinstr. 15, Ludwigshafen, 67069, DE)
| Patentansprüche 1 . Zentrifugaltropfenabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom, mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt, mit einem Mantel (1 ) sowie mit Hauben (2) am oberen und am unteren Ende des Mantels (1 ), mit tangentialer Zuführung (3) des Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes am Mantel (1 ) sowie mit einem Abführstutzen (4) für die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit im Bereich der unteren Haube (2) und mit einem Gasaustrittsstutzen (7) für den im Zentrifugaltropfenabscheider gereinigten Gasstrom im Bereich der oberen Haube (2), dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder mehrere, symmetrisch am Umfang der oberen Haube (2) angeordnete Eintrittsöffnungen (9) für eine tangentiale Zuführung von Spülflüssigkeit, in derselben Richtung wie die Zuführung des Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes, vorgesehen sind. 2. Zentrifugaltropfenabscheider nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über dem Abführstutzen (4) ein Apexkegel (5) und auf dem Boden der unteren Haube senkrecht zum Boden und radial angeordnete Bleche vorgesehen sind. 3. Zentrifugaltropfenabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der oberen Haube (2) um den Gasaustrittsstutzen (7) herum eine nach unten offene Abtropfschürze angeordnet ist, an der Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom, der über den Gasaustrittsstutzen (7) austritt, abgeschieden werden, vorgesehen ist. 4. Zentrifugaltropfenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Haube, an deren Umfang zwei, drei oder mehrere Eintrittsöffnungen für eine tangentiale Zuführung von Spülflüssigkeit vorgesehen sind, sich gegenüber dem Umfang des Mantels (1 ) kegelstumpfförmig erweitert, wobei sich am Übergang zwischen dem Mantel (1 ) und der oberen Haube (2) eine Kante ausbildet, über die die Spülflüssigkeit läuft. 5. Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom in einem Zentrifugaltropfenabscheider mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Mantel (1 ) sowie mit Hauben (2) am oberen und am unteren Ende des Mantels (1 ), mit tangentialer Zuführung (3) des Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes am Mantel (1 ) sowie mit einem Abführstutzen (4) für die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit im Bereich der unte- ren Haube (2) und mit einem Gasaustrittsstutzen (7) für den im Zentrifugaltropfenabscheider gereinigten Gasstrom im Bereich der oberen Haube (2), dadurch gekennzeichnet, dass über zwei, drei oder mehrere, tangential, symmetrisch am Umfang der oberen Haube (2) angeordnete Eintrittsöffnungen (9) eine Spülflüssigkeit in derselben Richtung wie der Flüssigkeitströpfchen enthaltende Einsatzgasstrom zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülflüssigkeit kontinuierlich zugeführt wird. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Zentrifugaltropfenabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom.
Zentrifugaltropfenabscheider, auch als Zyklone bezeichnet, sind in der Verfahrens- technik bekannt und werden beispielsweise zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus diese enthaltenden Gasströmen eingesetzt. Zentrifugaltropfenabscheider (Zyklone) sind rotationssymmetrische Apparate, mit in der Regel vertikaler Rotationsachse, häufig überwiegend zylindrische Apparate. Indem das aufzutrennende zweiphasige, Flüssigkeits-/Gas-Gemisch tangential zugeführt wird, wird diesem eine spiralförmige Bewegung entlang der Innenwand des Apparates aufgeprägt, wobei unter Einwirkung der Zentrifugalkraft eine Auftrennung der Komponenten des Gemisches in Abhängigkeit von der Dichte derselben erfolgt. Die schwereren Flüssigkeitströpfchen werden aus dem Gas an den Innenwänden des Zentrifugaltropfenabscheiders abgeschieden, sammeln sich im unteren Bereich des Apparates und werden über einen Abführstutzen ausgetragen.
Bevorzugt werden im Zentrifugaltropfenabscheider Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser > 5 μηη mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % und Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser > 12 μηη mit einer Wahrscheinlichkeit von > 99 % abgeschie- den.
Im Falle von viskosen und/oder klebrigen und/oder zu Verkrustungen neigenden und/oder Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten kann das Problem auftreten, dass sich die Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffkrusten an den Innenwänden des Apparates ablagern, nicht mehr über den Abführstutzen ablaufen, so dass es zum Fowling verbunden mit einer sich verschlechternden Abscheidung und schließlich zum Fluten des Apparates kommt.
Zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus Gasströmen für niedrige Flüssigkeits- beladungen sind auch weitere Apparate bekannt, die Flüssigkeitströpfchen mit einem mittleren Durchmesser > 5 pm aufgrund von Trägheitskräften abscheiden. Flüssigkeitströpfchen der obigen Größe können einer Umlenkung des Gasstromes nicht folgen, prallen auf ein Hindernis und werden aus dem Gasstrom (Prozessgas), zum Teil nach Koaleszenz mit anderen Tröpfchen, ausgeschleust. Apparate, bei denen die Flüssigkeitsabscheidung nach dem obigen Prinzip erfolgt, sind beispielsweise La- mellenabscheider, Dralltropfenabscheider oder Drahtgestricke (wire mesh).. In diesen Apparaten kann es jedoch durch Ablagerungen zu Krustenbildung kommen, so dass nicht über einen längeren Zeitraum konstant hohe Abscheidegrade erreicht werden können, weil die für die Abscheidung relevanten Elemente durch Belege in kürzester Zeit deaktiviert werden oder verstopfen.
In der Regel erfolgt eine diskontinuierliche oder auch eine kontinuierliche Reinigung der oben beschriebenen Apparate durch Einsprühen einer Spülflüssigkeit mittels Sprühdüsen. Der Reinigungserfolg ist jedoch nicht immer gewährleistet, da sich Fest- Stoffe in geschützten Bereichen verfangen, beispielsweise in Fangrillen bei Lamellenabscheidern oder in einem Drahtgestrick, und somit häufig nicht ausgetragen werden können. Zudem muss die Spülflüssigkeit im Gasstrom dispergiert und aus diesem auch wieder abgeschieden werden. Es war daher Aufgabe der Erfindung, einen Zentrifugaltropfenabscheider für die Auftrennung von Flüssigkeits-/Gas-Gemischen zur Verfügung zu stellen, der die obigen Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Zentrifugaltropfenabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom, mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt, mit einem Mantel sowie mit Hauben am oberen und am unteren Ende des Mantels, mit tangentialer Zuführung des Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes am Mantel sowie mit einem Abführstutzen für die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit im Bereich der unteren Haube und mit einem Gasaustrittsstutzen für den im Zentrifugaltropfenabscheider gereinigten Gasstrom im Bereich der oberen Haube, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei, drei oder mehrere, symmetrisch am Umfang der oberen Haube angeordnete Eintrittsöffnungen für eine tangentiale Zuführung von Spülflüssigkeit, in derselben Richtung wie die Zuführung des Flüssigkeitströpfchen enthalten- den Einsatzgasstromes, vorgesehen sind.
Bevorzugt läuft die Flüssigkeit über eine Kante, damit eine komplette Benetzung der Wand mit Spülflüssigkeit erreicht wird. Es wurde gefunden, dass ein weitgehend ungehinderter Ablauf auch von hochviskosen und/oder klebrigen und/oder einen oder mehrere Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten möglich ist, und dass es möglich ist, die Abscheidung von Flüssigkeit, insbesondere von hochviskoser und/oder klebriger Flüssigkeit, an den Innenwänden des Zentrifugaltropfenabscheiders weitgehend oder vollständig zu verhindern, indem während des Betriebs am oberen Ende desselben, in derselben Richtung wie die Zuführung des aufzutrennenden, Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes, eine Spül- flüssigkeit eingeleitet wird. Indem die Spülflüssigkeit erfindungsgemäß tangential, und somit an die Innenwände des Apparates eingeleitet wird, wird sie unmittelbar in die Bereiche, wo sich die Flüssigkeit aus dem aufzutrennenden Gemisch abscheidet, geleitet, und muss nicht erst aus dem Gemisch abgetrennt werden. Dies erhöht die Effizi- enz und führt zu einem insgesamt niedrigeren Energieverbrauch, da eine vollständige Benetzung der Wand erreicht, trockene Stellen an der Wand vermieden werden und somit eine Krustenbildung verhindert wird.
Als Spülflüssigkeit werden insbesondere Flüssigkeiten eingesetzt, die sich von der dem Einsatzgasstrom abzutrennenden Flüssigkeit leicht wieder abtrennen lassen, und die insbesondere mit dieser nicht chemisch reagieren.
Als Spülflüssigkeit können auch Lösungsmittel für die vom Einsatzgasstrom abzutrennende Flüssigkeit oder die gleiche Flüssigkeit, die aus dem Einsatzgasstrom abzutren- nen ist, eingesetzt werden.
Die Spülflüssigkeit kann mit oder ohne Zusatzstoffe eingesetzt werden.
Mit der Spülflüssigkeit kann auch eine Reaktion, eine Chemisorption oder auch eine Physisorption erfolgen.
Bevorzugt kann als Spülflüssigkeit Wasser eingesetzt werden.
Die Eintrittsöffnungen für die Spülflüssigkeit können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Eintrittsöffnungen für die Spülflüssigkeit mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich die untere Haube kegelstumpfför- mig zum Abführstutzen hin. Durch diese geometrische Ausgestaltung wird das Abflie- ßen der abgeschiedenen Flüssigkeit erleichtert.
Die Steilheit des Kegelstumpfes ist so zu wählen, dass die Flüssigkeit frei abfließt, d.h. bei höherer Viskosität der Flüssigkeit eine größere Steilheit. So wird bei hochviskosen Flüssigkeiten, beispielsweise mit der Viskosität von Honig, der Konus sehr steil ausge- bildet. Für gut abfließende Stoffe mit wasserähnlicher Viskosität ist kein Konus erforderlich. Für die Abtrennung derartiger Flüssigkeiten kann die untere Haube auch eben oder als Klöpperboden ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Boden der unteren Haube ein Apexkegel, der bevorzugt - aus Gründen einer einfacheren Fertigung - unten offen sein kann, und auf dem Boden der unteren Haube, senkrecht zum Boden und radial Bleche angeordnet, die ein gleichförmiges Abfließen der Flüssigkeit unterstützen und die Strömung des aufzutrennenden Gemisches im Apparat möglichst nicht stören. Auf diese Weise werden nicht abfließende Thromben vermieden. Der Durchmesser des Apexkegels wird vorteilhaft an den Innendurchmesser des Zentrifugaltropfenabscheiders angepasst. Bevorzugt wird der Apexkegel mit einem Durchmesser entsprechend dem 0,6 bis 0,8-fachen des Innendurchmessers des Zentrifugaltropfenabscheiders ausgebildet. Der Winkel in der Spitze des Apexkegels liegt bevorzugt zwischen 100 und 130°. Es sind allerdings auch plattenförmige Ausführungsfor- men - ohne Apexkegel - möglich.
Die auf dem Boden der unteren Haube senkrecht zum Boden und radial angeordneten Bleche fungieren insbesondere als Strömungsbrecher. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der oberen Haube, um den Gasaustrittsstutzen herum, eine nach unten offene Abtropfschürze angeordnet, an der Flüssigkeitströpfchen aus dem Gasstrom, der über den Gasaustrittsstutzen austritt, abgeschieden werden und in den Apparat zurück abtropfen. Die Abtropfschürze weist bevorzugt eine Länge entsprechend der 1 ,2-fachen Länge des in den Apparat hineinragenden Gasaustrittstutzens auf.
Vorteilhaft erweitert sich die obere Haube, an deren Umfang zwei, drei oder mehrere Eintrittsöffnungen für eine tangentiale Zuführung von Spülflüssigkeit vorgesehen sind, sich gegenüber dem Umfang des Mantels kegelstumpfförmig, wobei sich am Übergang zwischen dem Mantel und der oberen Haube eine Kante ausbildet, über die die Spülflüssigkeit läuft.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Abtrennung von Flüssigkeitströpfchen aus einem diese enthaltenden Einsatzgasstrom in einen Zentrifugaltropfenabscheider mit vertikaler Längsachse und kreisförmigem Querschnitt, mit einem Mantel sowie mit Hauben am oberen und am unteren Ende des Mantels, mit mindestens einer tangentialen Zuführung des Flüssigkeitströpfchen enthaltenden Einsatzgasstromes am Mantel sowie mit einem Abführstutzen für die im Zentrifugaltrop- fenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit im Bereich der unteren Haube und mit einem zentralen Gasaustrittsstutzen für den im Zentrifugaltropfenabscheider gereinigten Gasstrom im Bereich der oberen Haube, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im Bereich der oberen Haube, über zwei, drei oder mehrere, symmetrisch am Umfang derselben angeordnete Eintrittsöffnungen tangential, in derselben Richtung wie der Flüssigkeitströpfchen enthaltende Einsatzgasstrom, eine Spülflüssigkeit eingeleitet wird. Die Spülflüssigkeit kann kontinuierlich, während der gesamten Dauer der Zuführung des aufzutrennenden Einsatzgasstromes, zugeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Spülflüssigkeit diskontinuierlich, in zeitlichen Abständen, zugeführt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zentrifugaltropfenabscheiders im Längsschnitt und Figur 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Zentrifugaltropfenabscheiders im Bereich der Eintrittsöffnungen für die Spülflüssigkeit.
Die Längsschnittdarstellung in Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Zentrifugaltropfenabscheiders mit Mantel 1 und Hauben 2 am oberen und am unteren Ende des Mantels 1 , und mit tangentialer Zuführung 3 für den Einsatzgasstrom.
Die im Zentrifugaltropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit wird über einen Ab- führstutzen 4 im Bereich der unteren Haube 2 abgeleitet und der gereinigte Gasstrom über einen Gasaustrittsstutzen 7 im Bereich der oberen Haube 2.
In der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der unteren Haube 2 ein beispielhaft unten offener Apexkegel 5 und auf dem Boden der unte- ren Haube 2 senkrecht hierzu, radial ausgerichtete Bleche 6 angeordnet. Im Bereich der oberen Haube 2 ist, um den Gasaustrittsstutzen 7 herum, eine unten offene Abtropfschürze 8 vorgesehen. Im Bereich der oberen Haube 2 ist in der Längsschnittdarstellung in Figur 1 eine tangential angeordnete Eintrittsöffnung 9 für eine Spülflüssigkeit zu erkennen.
Die Querschnittsdarstellung in Figur 2 zeigt die im Bereich der oberen Haube 2 tangential angeordneten, beispielhaft drei Eintrittsöffnungen 9 für eine Spülflüssigkeit. In der Figur ist ebenfalls die tangentiale Zuführung 3 und der zentrale Gasaustrittsstutzen 7 zu erkennen.
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