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INTECH GmbH
Das Filtern ist ein Prozess, bei dem Suspensionen oder Mischungen von Gasen durch eine poröse Filtereinlage voneinander abgeschieden werden.
Der einfachste Abscheider für das Filtern ist ein zylindrischer Behälter, der senkrecht aufgebaut ist. Im Inneren wird er von einer horizontalen Filtereinlage in zwei Teile geteilt. In den oberen Teil des Gefäßes kommt eine Flüssigkeit, die über die Filtereinlage gefiltert wird, der Filterkuchen wird zurückgehalten, das Filtrat passiert den Filter und kommt in den unteren Teil des Gefäßes.
Der Vorteil des Filterprozesses gegenüber dem Absetzprozess besteht darin dass die Feststoffpartikel vollständig aus der Suspension entfernt werden.
Ein Abscheider oder Separator für Flüssigkeiten ist eine technische Vorrichtung, die eine Suspension (Emulsion) teilweise oder vollständig in eine feste und eine flüssige Phase (auch genannt «Filterkuchen» und «Filtrat») trennt. Der Trennvorgang erfolgt, indem eine Suspension ein poröses Filtermedium passiert. Neben dem reinen Filtervorgang nimmt die Vorrichtung noch zusätzlich eine Reinigung von Spuren des Dispersionsmittels vor, indem der Filterkuchen gespült, ausgepresst und getrocknet wird.
Die einzelnen Arten von Abscheidern unterscheiden sich voneinander nach ihrer Zweckbestimmung (Universalabscheider oder Abscheider für spezielle Arten von Suspensionen), dem Material, aus dem sie hergestellt sind (Carbonfiber oder Edelstahl, Gummi, Kunststoff u.ä.), dem Grad ihrer hermetischen Geschlossenheit, der Methode, nach der der Filterkuchen entfernt wird, dem Automatisierungsgrad, der hermetisch abgeschlossenen Position der Achse (horizontal, vertikal) usw.
Unabhängig von der Bauart haben Filterabscheider ein geschlossenes Gehäuse, Stutzen für Zuführung und Ableitung (mit Magistralen oder Rohranschluss). Der Hauptteil eines jeden Abscheiders ist das Filtermedium im Inneren des Gehäuses, das aus dem Filtereinsatz selbst und dem sich auf seiner Oberfläche bildenden Filterkuchen besteht.
Der Filtereinsatz lässt die kontinuierliche Phase (Flüssigkeit oder Gas) passieren und hält die disperse Phase (Feststoffpartikel) zurück. Im Ergebnis bilden sich zwei Ströme heraus: der Filterkuchen – die Partikelschicht, die sich auf dem Filtereinsatz gebildet hat, und das Filtrat – gereinigte Flüssigkeit, die den Filter passiert hat. In der Produktion können sowohl das Filtrat, als auch der Filterkuchen von Wert sein, oder nur eins von beiden.
Der Filtereinsatz des Abscheiders muss:
Bei den meisten Abscheidern sind die Filtereinsätze Metallsiebe oder Gewebeeinsätze. Für die chemische Industrie werden die Filtereinsätze aus Polyamid (Kapron), Polyesterfasern (Lavsan), Polyolefinfasern (Polyäthylen, Polypropylen) gefertigt, sowie aus chlorhaltigen (Chlorin), acryl-nitryl (Nitron) oder Glasfibern. Weit verbreitet sind Einweg-Filtereinsätze in Form von Papierstreifen. In sehr seltenen Fällen werden die Filterelemente aus Naturmaterialien (Wolle, Baumwolle, Seide) gefertigt. Volumenbeständige Filtereinsätze werden aus Keramik hergestellt. Aus Gründen der Kompaktheit werden die Filterelemente in Form von Filterpatronen angeboten. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass Medien mit hohen Temperaturen gefiltert werden können.
Um die Poren vor einem vorzeitigen Zusetzen zu schützen (besonders beim Filtern von Suspensionen mit niedriger Konzentration und feindispersen Partikeln) werden die Filtereinsätze mit einer aufgespülten Sicherheitsschicht bedeckt. Diese kann pulverförmig sein (Diatomit, Perlit, Asbest) oder aus Zellulosefasern bestehen. Die Schwemmschicht wird entweder bei der Herstellung auf die Filtereinsätze aufgebracht, oder sie wird vorher der zu filtrierenden Suspension in bestimmter Konzentration zugesetzt (je nach Größe der Feststoffpartikel in der Suspension, deren Menge usw.). Beim Herausnehmen des Filterkuchens wird auch die Schwemmschicht entfernt, kann jedoch im Anschluss regeneriert werden.
Je nach der technologischen Zweckbestimmung unterschiedet man fünf Typen von Abscheidern:
Nach der Art des Austrags des Filterkuchens unterscheiden wir drei Typen von Abscheidern:
Zum Trennen von Flüssigkeiten mit Hilfe von Zentrifugalkräften kommen Rotations-Flüssigkeitsabscheider zum Einsatz. Hauptmechanismus bei diesen Anlagen ist der Rotor. Er ist das Arbeitsorgan des Abscheiders. Konstruktiv besteht er aus einem Paket von konischen Tellern, die den Flüssigkeitsstrom in Schichten mit einer Stärke von 0,4-1,5 mm teilen.
Der Abscheideprozess besteht darin, dass die sich im Strom bewegenden dispersen Partikel auf die Teller ausgeschieden werden müssen, solange sie nicht mit dem Partikelstrom aus dem Tellerpaket fortgerissen werden. Das Tellerpaket wird dafür benötigt, um den Weg vom Absetzen der Partikel und auf diese Weise die Zeit des Zentrifugierens zu verkürzen. Dadurch, dass der Flüssigkeitsstrom in dünne Schichten zerteilt wird, kommt es zu einem lamellenartigen Betrieb bei der weiteren Bewegung der Flüssigkeit durch den Rotor. Dadurch wird die Zentrifugalkraft intensiviert.
In Rotations-Flüssigkeitsabscheidern werden in der Regel die flüssigen Komponenten nach dem Klären über Druckscheiben abgeführt, die zum sich drehenden Rotor statisch angebracht sind.
Wenn wir uns die dynamischen Parameter von Rotationsabscheidern anschauen, dann kann man sie durchaus zu den Hochleistungszentrifugen zählen, denn sie Arbeiten bei Drehzahlen, die jenseits der kritischen Drehzahlen liegen.
Der Rotor eines Rotations-Flüssigkeitsabscheiders besteht aus solchen Bauteilen, wie dem Boden, dem Tellerhalter, einem Paket konischer Teller und einem Deckel.
In den Trennabscheidern gelangt das Produkt, das bearbeitet werden soll, vom Tellerhalter aus in Kanäle, die durch die Bohrungen in den konischen Tellern gebildet werden. Sobald das Produkt aufsteigt, verteilt es sich zwischen den Tellern. Die leichte flüssige Komponente bewegt sich in den Spalten zwischen den Tellern in Richtung der Drehachse des Rotors. Sie bewegt sich nach oben zu den äußeren vertikalen Kanälen und wird vom Rotor aus abgeleitet.
Die schwere flüssige Komponente bewegt sich zusammen mit den Feststoffpartikeln zur Peripherie des Rotors, das heißt, in den Bereich, wo der Schlamm abgelagert wird. Die schweren Flüssigkeitskomponenten bewegen sich zum Durchgang zwischen Trennteller und Deckel des Rotors, wodurch sie aus dem Abscheider herausgeführt werden. Die Feststoffpartikel setzen sich auf dem Boden des Rotors ab. Sie werden je nach Bauart des Abscheiders herausgenommen.
Das Produkt, das in den Reinigungsabscheidern behandelt werden soll, gelangt über die Kanäle des Tellerhalters in die Schlammsektion des Tellerhalters. Dort erfolgt die Abscheidung der größten Partikel aus der Feststoffkomponenten. Die Flüssigkeit, in der die Feststoffpartikel verbleiben, bewegt sich entlang der Spalten zwischen den Tellern, in denen die Feststoffkomponenten endgültig herausgefiltert werden, und fließt dann in Richtung Achse und wird über die äußeren Kanäle des Tellerhalters nach aus dem Rotor herausgeführt.
Einfluss auf den Durchsatz des Abscheiders haben die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Emulsion, wie Partikelgröße, Viskosität und Dichte.
Funktionsprinzip des Tellerseparators
Tellerabscheider sind recht weit verbreitet. Ihr Funktionsprinzip besteht darin, dass in einem mittig angebrachten Rohr die Emulsion in den unteren Teil des Rotors geführt wird, der mit Tellern (konischen Filtereinsätzen) bestückt ist. Diese Teller haben Bohrungen und trennen das Materialgemisch in mehrere Schichten. Die schwerere Flüssigkeit wird an die Peripherie der rotierenden Trommel geschleudert, die leichtere Flüssigkeit bewegt sich in Richtung Mitte. Die somit getrennten Flüssigkeiten kommen nicht wieder zusammen, weil der Kontakt zwischen ihnen abreißt.
Die Abscheider können mit Tellern mit oder ohne Bohrungen bestückt sein. Teller ohne Bohrungen scheiden den schweren Bodensatz aus, der an den Wandungen der Trommel haften bleibt. Dieser Bodensatz wird manuell entfernt. Die geklärte Flüssigkeit fließt in Richtung Zentrum und nach oben, danach tritt sie aus dem Abscheider aus.
Zu den Vorteilen von Tellerabscheidern wird allgemein der hohe Durchsatz gezählt, sowie die Qualität der Funktion, Nachteile sind deren komplizierter Aufbau.
Flüssigkeitsabscheider werden dafür eingesetzt, Emulsionen zu trennen und Flüssigkeiten zu klären. Die Trommeln solcher Vorrichtungen haben einen größeren Durchmesser (bis 300 mm), die Drehzahl der Trommel variiert von 5.500 bis 10.000 U/Min. Tellerabscheider sind sehr verbreitet. In Maschinen dieser Art wird der Materialstrom in dünne Schichten zerteilt, ohne die Drehzahl zu erhöhen.
Bandabscheider haben den einfachsten Aufbau. Hauptkomponente der Vorrichtung ist ein Endlos-Gummiband mit geriffelter Oberfläche und Einschnitten. Das Band ist mit einem Filtergewebe überzogen und auf zwei Trommeln gespannt. Eine der Trommeln ist die Antriebstrommel, die dafür sorgt, dass sich das Gummiband bewegt. Die andere Trommel sorgt zusammen mit den Führungsrollen für die erforderliche Spannung des Bandes.
Wenn das Band läuft, bewegt sich der obere Abschnitt seiner Ränder entlang von zwei Führungsblechen. Zwischen diesen Führungsblechen ist auf der gesamten Länge eine Kammer mit rundem oder rechteckigem Querschnitt installiert. Die oberen Flansche der Kammer stoßen an die untere Fläche des Bandes. Unter der Kammer vereinigen sich die Stutzen mit dem Kanal für das Filtrat und die Spülflüssigkeit, der mit der Vakuumlinie kommuniziert. Die Innenräume der Kammer und der Kollektoren werden von querliegenden Filtereinsätzen unterteilt. Die durch die Filtereinsätze gebildeten Sektionen haben die Aufgabe, das Filtrat und die Spülflüssigkeit abzuleiten.
Die Suspension wird am Anfang des oberen Weges des Bandes zugeführt. Das Band ist über die gesamte Länge hochgebogen und bildet eine Art Rand. Das Band selbst schaut wie eine Rinne aus. Dieser Aufbau ermöglicht es, den Filterkuchen, der aus dem Filtermaterial unter seiner eigenen Schwerkraft herausrutscht, mittels einer Zylinderwalze oder einem Wasserstrahl leicht auszutragen. Vor dem Austrag wird der Filterkuchen vorsorglich mittels Pressluft gelockert.
In Bandabscheidern werden Bänder mit einer Breite von bis 3 m und einer Länge bis 9 m eingesetzt. Die Bandlaufgeschwindigkeit richtet sich nach der Bandlänge und den Eigenschaften der zu bearbeitenden Suspension. Die Stärke des Filterkuchens beträgt 1-25 mm.
Der Vorteil von Bandabscheidern besteht darin, dass bei diesen konstruktiv keine Verteilervorrichtung gibt.
Die Bandfläche wird durch Querrippen in etliche Sektionen geteilt, die in der Mitte verlängerte Ausschnitte haben. An beiden Bandseiten ist ein hoher Rand, sowie eine Rinne für das Gummiband. Mit diesem Gummiband wird erreicht, dass das Filtergewebe fest an das Transportband angedrückt wird. Das Filtergewebe wird in Form eines Endlosbandes über das Transportband gezogen, an dessen Rändern Gummibänder eingenäht sind, die in die Rinne am Band eingreifen.
Die zu filternde Suspension wird über eine Rinne zugeführt, hinter der sich ein Schirm befindet, mit dessen Hilfe der Flüssigkeitsspiegel auf dem Band reguliert wird. Das heißt, überschüssige Suspension wird über den Schirm abgeführt und fließt danach in den Ablauftrichter. Der Filterkuchen, der sich beim Filtern der Suspension bildet, wird mittels Spülflüssigkeit, die über Düsen aufgesprüht wird, auf dem Band gespült.
Die Spül- und Filterzonen werden mittels Sperrschirm abgeteilt, der verhindert, dass die Suspension in einen Bereich fließt, wo der Filterkuchen gerade gespült wird. Die Austragung des Filtrats erfolgt über einen Kollektor.
Am Ende des Tisches wird das Filtergewebe vom Gummitransportband abgehoben und über eine spezielle Rolle gebogen. Dadurch wird der Filterkuchen vom Filtergewebe abgenommen. Ziemlich häufig ist auch der Einsatz einer Sektionsrolle, zu der Pressluft oder Dampf geführt wird, um das Gewebe durchzublasen.
Ehe ein Trommel-Filterabscheider aufgestellt werden kann, sind einige Funktionsparameter der Anlage zu berechnen, zu denen Fragen gehören, wie:
Zudem müssen empirisch Werte für die Koeffizienten des spezifischen Widerstands des Filterkuchens und der Filtereinsätze gefunden werden, wie auch für den Feuchtigkeitsgehalt im Filterkuchen nach Filtration, des Weiteren für die optimale Stärke der Filterkuchenschicht und dessen Trocknungszeit, sowie den spezifischen Verbrauch an Spülflüssigkeit.
Ausgehend von den gewonnenen Werten kann die erforderliche Gesamtfilterfläche ermittelt werden, und auf dieser Grundlage kann die Auswahl des Abscheiders erfolgen.
Der Aufbau des Filterabscheiders umfasst im Großen und Ganzen die folgenden Baugruppen:
Die Arbeitstrommel des Abscheiders ist in vier Knotenzonen eingeteilt, außer dem Abschnitt, der mit dem Behälter in Kontakt steht, in dem sich die zu filternde Suspension befindet. Dieser Abschnitt nimmt 30-40% der Trommelfläche ein und übernimmt die Erfassung der Suspension zur Bearbeitung. Der Behälter ist mit einem kontinuierlich oder intermittierend arbeitenden Rührwerk ausgestattet, das für eine gleichbleibende Konsistenz der Suspension sorgt.
Der erste Bereich der Trommel mit der Vakuumanlage gewährleistet die aktive Filtration und das primäre Trocknen des Filterkuchens. Die herausgezogene Feuchtigkeit fließt durch das Druckgefälle bedingt über die Filterschicht in die Zellen der Trommel, von wo aus sie nach Außen abgeleitet wird. In der zweiten Zone wird der Filterkuchen zunächst benetzt und danach durch dieselbe Vakuumwirkung wieder dehydriert. Im dritten Abschnitt erfolgt die Auflockerung des Filterkuchens mittels Druckluft. Dann wird er mit dem Messer geteilt. In der vierten Zone wird die Filterfläche mit einem unter hohem Druck stehenden Luftstrom regeneriert (gereinigt). Danach taucht die Trommelfläche in den Behälter mit der Suspension ein und der Zyklus wird wiederholt.
Die Beistoffe werden aus dem Wasser gefischt und bleiben aufgrund von Adhäsion am Granulat des Filtereintrags hängen. Der Filterkuchen der zurückgehaltenen Beistoffe, die sich im Filtereintrag ansammeln, haben eine überaus instabile Struktur. Wenn diese Struktur zerstört wird, werden einzelne an den Granulatkörnern haftende Partikel aus dem Filtereintrag herausgerissen und in die nächste Filterschicht mitgenommen, wo sie erneut in den Porenkanälen aufgefangen werden.
Die Klärung von Wasser in granulierten Filterschichten ist das summarische Ergebnis von Adhäsions- und Suffosionsprozessen (Suffosion ist ein der Adhäsion entgegengesetzt gerichteter Prozess und besteht darin, dass die zurückgehaltenen Partikel durch den Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden). Das Wasser wird in jeder Schicht so lange geklärt, bis die Intensität der Adhäsion der Partikel höher ist, als die Intensität der fortreißenden Kräfte. Je nachdem, wie der Filterkuchen anwächst, werden die Partikel intensiver mitgerissen.
Um die als Suspension enthaltenen Substanzen herauszufiltern, sind nach dem biologischen Klärvorgang Abscheider weit verbreitet, die ein körniges Filtermaterial haben. Darin können sich keine mikrobiologischen Prozesse entwickeln, und der Gehalt an Stickstoff und Phosphor bleibt unverändert. Seinem Wesen nach ist ein Filterabscheider ein Behälter, der ein gekörntes Material enthält. Durch dieses Filtermaterial läuft das Wasser von oben nach unten oder umgekehrt. Die Verteilung des Wassers vor dem Filtervorgang und das Auffangen des geklärten Wassers müssen gleichmäßig erfolgen.
Als körniger Filtereintrag kann Quarzsand eingesetzt werden. Sobald sich die verschmutzenden Substanzen im Abscheider angesammelt haben, wird die Zufuhr von Klärwasser zum Filtern unterbunden und es erfolgt eine Spülung des Filters mit Luft und Wasser.
Es gibt zur Zeit Abscheider mit unterschiedlichen Varianten des Filtereintrags (Zweischicht-Filter, Fächer-Schüttfilter, Schwimmfilter usw.). Die Parameter für die Effizienz der Filter unterscheidet sich praktisch nicht voneinander.
Um den Ausfall aus Suspensionen zu kompaktieren, anzudicken, wie auch zu deren Klassierung nach Fraktionen wird der Absetzprozess genutzt. Der konstruktive Aufbau von Anlagen zum Eindicken und solchen zum Klassieren ist fast gleich, allerdings muss bei Anlagen zum Eindicken die Sinkgeschwindigkeit der kleinsten Partikel beachtet werden, bei Anlagen zum Klassieren die Sinkgeschwindigkeit der Partikel, die auf dem jeweiligen Stadium ausgesondert werden sollen.
Absetzer und Eindicker
Eindicker sind eine Abart von Absetzabscheidern für das Eindicken von Suspensionen. Klassieranlagen hingegen sind eine Abart der Absetzabscheider für das Klassieren von Feststoffpartikeln in Fraktionen. Nach dem Funktionsprinzip werden drei Arten von Absetzern unterschieden:
Abscheider der feuchten Phase mit Schutzhaube für kontinuierlichen Betrieb mit bis zu 75 Gallonen pro Minute.
Magnet-keramische Trommel Æ150 mm x 609 mm mit Haube aus Weichstahl mit oben angebrachtem Abstreicher aus Edelstahl. Als Antrieb dient ein E-Motor mit 0,12 kW. Die Haube hat etwa 250 mm in der Höhe und 711 mm in der Breite bei 381 mm Gesamtlänge.
Empfohlen wird, den Schlamm kontinuierlich durch den Abscheider zu schicken. Dabei werden Metallpartikel in der Trommel aufgefangen.
In der Chemieindustrie entstehen bei der Bearbeitung von Materialien hochdisperse Gemische aus Gas und Feststoffen. Zu Materialien dieser Art gehören Dämpfe und Stäube, die beim Zerkleinern von Feststoffen entstehen, sowie beim Umschmelzen oder Verbrennen von Substanzen, oder beim Absieben von Materialien. Daneben entstehen auch Gemische von Flüssigkeiten und Gasen in Form von Nebeln bei der Kondensation.
Gemische von Gasen, die hochdisperse Flüssigkeitspartikel oder Feststoffe enthalten, werden als «Aerosole» bezeichnet. Es gibt allerhand Verfahren, bei denen verunreinigte Gase oder Gasmischungen entstehen, die gewisse Mengen an Fremdgasen enthalten.
Das Trennen von Gasgemischen, sowie das Reinigen der Gasmischungen von Beistoffen ist eine äußerst wichtige prozesstechnische Aufgabe, zum Beispiel im Umweltschutz.
Beim Reinigen von Gasen werden aus ihnen hochdisperse Beistoffe entfernt – feste, flüssige oder gasförmige. Dabei zerfällt das Gasgemisch in einzelne Gaskomponenten.
Das Reinigen der Gase von Beistoffen löst solche wichtigen Aufgaben, wie:
In manchen Fällen hat der Prozess der Rückgewinnung keinerlei wirtschaftlichen Nutzen und dient lediglich der Reinhaltung der Umwelt. Wenn allerdings eine komplette Reinigung des eingesetzten Materials vorgenommen wird, kann die Reinigung von Gasen durchaus rentabel sein.
Im Produktionsprozess muss häufig eine Reinigung der Gase von darin als Schwebstoffe enthaltenen Feststoffpartikeln vorgenommen werden. Die Verfahren zur Gasreinigung können folgendermaßen unterteilt werden:
Das einfachste Verfahren zum Abfiltern von Schwebstoffen aus einem Gas sind Absetzabscheider (Schwerkraft), oder Wirbel- bzw. Zyklonfilter, auch Zentrifugalabscheider genannt (bei denen die Fliehkraft ausgenutzt wird).
Absetzkammern werden für die grobe Vorreinigung von Gasen benutzt. In solchen Kammern erfolgt die Abscheidung der Feststoffpartikel durch das freie Absetzen der Partikel unter Einwirkung der natürlichen Schwerkraft.
Der Feststoffpartikel vollführt die folgende Bewegung im Absetzseparator: er bewegt sich mit Geschwindigkeit w entlang des Apparats und mit Absetzgeschwindigkeit w0 nach unten. Der Wert für die absolute Bewegungsgeschwindigkeit des Feststoffpartikels kann als Diagonale im Parallelogramm mit den Seiten w und w0 bestimmt werden. Ein Absetzabscheider muss eine solche Länge l haben, das die Feststoffpartikel, die sich mit absoluter Geschwindigkeit bewegen, es schaffen, sich auf dem Boden abzusetzen.
Die Gleichung für den theoretischen Durchsatz eines Absetzapparats sieht wie folgt aus:
Vсек = fω, m³/s
Absetz-Gasleitungen sind die einfachste Vorrichtung für die Entstaubung von Gasen. Damit der Absetzprozess der Staubpartikel besser erfolgen kann, werden Gasleitungen mit vertikalen Trennwänden ausgestattet, die den Weg des Gases verlängern und dessen Geschwindigkeit reduzieren. Dadurch kann der Staub besser abgetrennt werden.
Staubabsetzkammern haben die Aufgabe, heiße Hochofengase einer groben Vorreinigung von Staub zu unterziehen. Der Gasstrom in solchen Absetzabscheidern wird mittels horizontaler Metallzwischenwände auf mehrere flache horizontale Luftströmungen aufgeteilt.
Das gereinigte Gas kommt über ein Regulierungsventil in den Kanal und füllt die Kammer, in der sich der Platten-Filtereinsatz befindet (der Abstand zwischen den Platten schwankt zwischen 40 und 100 mm). Je nach der Bewegung des Gases entlang der Kammer bleiben die Feststoffpartikel an den Platten haften.
Hochdisperse Tröpfchen bilden sich bei der Zirkulation von Gasen innerhalb des Abscheiders. Sobald das Gas in Kontakt mit der Wandung oder mit eingebauten Elementen der Konstruktion kommt, bilden sich Tropfen, die die Kontaktstelle befeuchten und in Form eines Flüssigkeitsfilms ablaufen.
Aerosole (hochdisperse Nebel) bilden sich durch Kondensation von übersättigten Gasen in kalten Rohrleitungen. Aerosole müssen aus dem Gasstrom entfernt werden, weil sie sich an den Wandungen der Rohrleitungen absetzen und zur Ursache für einen Druckstoß werden können.
Beim Arbeiten mit toxischen Flüssigkeiten bekommt die Abscheidung des Aerosolnebels besondere Bedeutung, weil die Reste solcher Substanzen eine ökologische Katastrophe auslösen können.
Die Tröpfchengröße der Aerosolnebel variiert von 1 bis 100 mm. Die Dichte der Tröpfchen ist höher als die Dichte des Gases, in dem sie versprüht sind. Als Folge dessen sind die Tröpfchen in höchstem Grade den Flieh- und Trägheitskräften ausgesetzt.
In Gas-Aerosolabscheidern bewegt sich der Strom geradeaus und kollidiert mit einem Hindernis, wonach er sich in die Gegenrichtung bewegt. Die Tröpfchen, die ein höheres spezifisches Gewicht haben, brauchen für diesen Weg länger, als die leichten Partikel. Daher bilden die schweren Partikel beim Auftreffen auf das Hindernis einen Flüssigkeitsfilm, der ablaufen kann.
Bei den Aerosolabscheider können wir Anlagen antreffen mit:
Abweiserplatten erfüllen die Funktion als einfache Hindernisse für mehrfache Richtungsänderungen. Wenn der Aerosolstrom diese Hindernisse umspült, bleiben die größeren Tröpfchen an den Platten kleben.
Ihrem Aufbau nach bestehen Absetzer mit Platteneinsätzen aus mehreren aneinander gelegten dünnen geriffelten Lamellen. Das Lamellenpaket zwingt den Aerosolstrom zu mehreren Richtungswechseln. Bei Kollision mit den Platten verwandeln sich die Tröpfchen in einen flüssigen Film und laufen über Öffnungen in den Platten ab.
Die geflochtenen Einsätze in Abscheidern bestehen aus einem dünnen Metallsieb (Drahtgeflecht). Der Aerosolstrom durchläuft auf seinem Wege mehrere Richtungswechsel und setzt sich allmählich ab. Geflochtene Einsätze werden oft in Verdampfern eingebaut.
Aerosolabscheider (Wirbelstrom- oder Zyklonabscheider) werden zum Absetzen von dispersen Sprühnebeln verwendet. In solchen Apparaten bewegt sich der Aerosolstrom durch die Fliehkräfte getrieben im Kreise. Die Tröpfchen werden an die Wandungen des Abscheiders geschleudert, wo sie einen flüssigen Film bilden und ablaufen können. Das gereinigte Gas wird über ein Tauchrohr abgeleitet. Apparate dieser Art werden häufig an Verdampfer angeschlossen.
Die vorgehend genannten Verfahren zum Abscheiden von Aerosolen mittels Gravitationsfeld und Fliehkraft funktionieren bei feindispersen Mischungen nicht. Die winzigen Partikel, die nicht größer als 10 mm sind, haben unter den gegebenen Umständen keine allzu große Absetzgeschwindigkeit. Jedoch kann ein Abfiltern solcher Gasnebel in einem elektrischen Feld relativ einfach vorgenommen werden.
Zwei Elektroden mit unterschiedlicher Oberfläche werden an die Pole einer Spannungsquelle angeschlossen und erzeugen ein inhomogenes elektrisches Feld. Dabei hat das Feld der Elektrode mit der kleineren Fläche sie höhere Spannung. Nehmen wir ein Beispiel: Wenn wir als Elektroden einen dünnen Draht und eine Platte nehmen, dann baut sich die Feldspannung von der Platte her zum Draht hinauf. Die «kritische Differenz» der Potentiale im Gasraum ruft eine elektrische Ladung zwischen den Elektroden hervor, die von einem bläulichen Leuchten des Drahtes (der sogenannten Korona) begleitet wird. Diese Art von Entladung wird als Koronarentladung bezeichnet, der Draht dabei als Koronarelektrode.
An der Stelle, wo die Korona leuchtet, bilden sich positiv und negativ geladene Gasionen. Bei hoher Feldspannung ist deren Geschwindigkeit ausreichend dafür, die mit ihnen kollidierenden neutralen Partikel zu ionisieren. Die auf diese Weise neu gebildeten Ionen nehmen nun ihrerseits an der Ionisierung der restlichen Partikel teil. Auf diese Weise erfolgt dieser Ionisationsprozess in geometrischer Progression.
Wenn der Draht negativ geladen ist, und die Platte positiv, werden die positiv geladenen Ionen vom Draht angezogen, von der Platte die negativ geladenen Ionen. Sobald die Spannung im elektrischen Feld ausreichend ist (etwa 4-6 kV/cm), bildet sich zwischen den Elektroden ein ständiger Ionenstrom. Wenn wir nun das zu reinigende Gas zwischen diesen Elektroden hindurchleiten, bekommen die darin enthaltenen Feststoffpartikel von den Ionen eine Ladung und folgen diesen nach. Die negativ geladenen Ionen sind mobiler und legen eine größere Strecke zwischen Korona und Platte zurück, als die positiv geladenen Ionen. Das bedeutet, dass sie keine Möglichkeiten weiter haben, mit Feststoffpartikeln zu kollidieren. Daher bekommen die Partikel des Aerosols vorwiegend eine negative Ladung und werden von der Platte angezogen, wo sie kondensieren. Aus diesem Grunde nennt man die Platte die Absetzelektrode. Ein geringer Teil der Feststoffpartikel wird positiv geladen und setzt sich am Draht ab. Um die auf der Platte abgesetzten Partikel zu entfernen, wird diese ständig abklopft. Aufgrund ihres geringen spezifischen elektrischen Widerstands geben die Tröpfchen ihre Ladung an die Platte ab, kondensieren dort und laufen ab.
Für diesen Prozess ist ein ausgesprochen gleichbleibender Luftstrom erforderlich. Wenn wir eine Wechselspannung anlegen, bekommen die geladenen Partikel häufige und unterschiedlich gerichtete Impulse. Dabei werden sie vom Gasstrom eher wieder ausgetragen, als sie sich an der Absetzelektrode absetzen konnten.
Unter ein und denselben Bedingungen wächst mit sinkender Leitfähigkeit der Feststoffpartikel der Reinigungsgrad des Gases. Gute Leitfähigkeit führt dazu, dass die Partikel schnell von der Platte aufgeladen werden. Dabei befinden sie sich unter der Einwirkung der Coulombkraft, die sie voneinander abstoßen, wodurch sie zusammen mit dem Luftstrom aus dem elektrischen Feld gerissen werden.
Zum Trennen von Aerosolen im elektrischen Feld werden Elektro-Filterabscheider benutzt. Geräte dieser Art gibt es in zwei Versionen: Rohr- und Plattenabscheider.
Zum Elektro-Rohrfilterabscheider gehören ein Strang von senkrechten Metallrohren mit einem Durchmesser von 150-300 mm und einer Länge von 3-4 m als Absetzelektroden. Entlang der Achsen dieser Rohre sind Drähte mit einem Durchmesser von 1,5-2,0 mm gespannt, die als Koronarelektroden fungieren.
Die Rohre verbinden mit ihren Enden zwei Kammern. In der unteren Kammer erfolgt die Verteilung des Ausgangsaerosols und der Austrag der abgesetzten Feststoffpartikel. Über die obere Kammer wird das gereinigte Gas abgeleitet. Die Drähte sind mit ihren unteren Enden am Rahmen befestigt, um die vertikale Lage zu fixieren. Der Rahmen ist auf Isolatoren aufgesetzt. Der sich auf den Elektroden absetzende Staub wird über die Rüttelvorrichtung beseitigt. Zu diesem Zweck führen mehrere miteinander verbundene Hämmer Schläge auf den oberen Rahmen aus, wodurch die Drähte abgerüttelt werden. Dann wird der Staub regelmäßig von den Rohren entfernt. Zu diesem Zweck ist zwischen den Rohrreihen ein Hammersystem installiert, das mit einem gemeinsamen Antrieb verbunden ist. Das Rohrsystem ist komplett in einem Schutzgehäuse untergebracht.
Elektro-Plattenfilter unterscheiden sich von den Rohrfiltern dadurch, dass als Absetzelektroden Platten anstelle der Rohre verwendet werden. Die Platten sind senkrecht eingebaut, in deren Zwischenräumen Drähte gespannt sind, die an einem Rahmen befestigt sind.
Elektro-Plattenfilter zeichnen sich durch geringeren Metallverbrauch in der Konstruktion aus. Sie sind kompakter und einfacher zu montieren. Ihr konstruktiver Aufbau ermöglicht einen einfacheren Austrag des abgesetzten Staubs. Rohr-Elektrofilter verfügen über einen höheren spezifischen Durchsatz, da sie mit elektrischen Feldern arbeiten, die nicht so stark gespannt sind.
Beim Reinigen der Gase von sehr feinen Partikeln muss deren elektrische Leitfähigkeit vorher vergrößert werden. Da die Ladung, mit der die Feststoffpartikel aufgeladen werden, umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Durchmessers ist. Können Partikel mit einer niedrigen Konduktivität, die sich an den Elektroden absetzen, ihre Ladung nicht schnell wieder abgeben. Dadurch stoßen sie andere Partikel ab, die sich an die Rohre bzw. die Platten annähern. Daher ist das Absetzen von Feststoffpartikeln mit kleinerer Abmessung in Elektrofiltern nicht möglich. Dieses Problem kann gelöst werden, indem das Ausgangsaerosol benetzt wird, was die Konduktivität der Feststoffpartikel selbst erhöht.
Ein System ist ein Körper bzw. eine Gruppe von Körpern, zwischen denen neben der Abgegrenztheit von den Wechselwirkungen mit der Umwelt eine innere Wechselwirkung besteht. Heterogen werden Systeme genannt, die aus Teilen bestehen, die unterschiedliche Eigenschaften und Trennflächen haben. In homogenen Systemen gibt es keine Trennflächen.
Der homogene Teil eines Systems, das über gewisse physikalische Eigenschaften verfügt und homogen aufgebaut ist, ist die Phase. Phasen und Systeme können aus einer oder mehreren Komponenten bestehen, von denen jede nach deren Abtrennung isoliert existieren kann.
Jedes inhomogene System besteht aus zwei und mehr Phasen. Eine der Phasen wird innere (disperse) Phase genannt, die andere äußere Phase (kontinuierliche Phase oder Dispergens). Das Dispergens umgibt die einzelnen Partikel der dispersen Phase. Was homogene Systeme hauptsächlich von heterogenen Systemen unterscheidet, das ist die Partikelgröße der dispersen Phase (in homogenen Systemen geht die Partikelgröße nicht über die Molekülgröße hinaus).
Je nach dem Aggregatzustand der dispersen Phase können heterogene Systeme gasförmig, flüssig oder fest sein. Gasförmige inhomogene Systeme bestehen aus einem gasförmigen Dispersionsmedium, in dem feste oder flüssige Partikel schweben. Gasförmige Systeme gibt es in zwei Hauptarten: mechanische und kondensierte Systeme. Der Hauptunterschied zwischen diesen Arten von gasförmigen Systemen liegt im Bereich der Partikelgröße
Mechanische gasförmige Systeme entstehen im Ergebnis von:
Die Partikelgröße bei mechanischen gasförmigen Systemen liegt im Bereich von 5 bis 50 μ.
Kondensierte gasförmige Systeme entstehen im Ergebnis von:
Die Partikelgröße von kondensierten Gassystemen liegt im Bereich 0,3 bis 0,001 μ.
Die Partikelgröße von kondensierten und mechanischen Gassystemen kann sich ändern. So können sich die Partikel von kondensierten Systemen durchaus ändern und Partikel bilden, die größer sind, als die Partikel von mechanischen Dispersionen. Die Feststoffpartikel von mechanischen Dispersionen können sich ihrerseits von der Größe her den kondensierten Partikeln annähern. Partikel, deren Größe 1 μ überschreitet, befinden sich im Zustand der Brownschen Bewegung. Partikel mit einer Größe unter 0,1 μ setzen sich nicht unter dem Einfluss der Schwerkraft ab und bleiben über unbegrenzte Zeit in einem Schwebezustand.
Es gibt eine Vielzahl von Quellen für die Bildung von inhomogenen Gassystemen. Stäube entstehen:
Dämpfe und Nebel entstehen bei Prozessen, die mit einer Kondensation von Dämpfen begleitet sind, wie:
Filters
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