DE1792219A1

DE1792219A1 - Vorrichtung zum Abscheiden einer suspendierten Fluessigkeit aus einer Traegerfluessigkeit

Info

Publication number: DE1792219A1
Application number: DE19681792219
Authority: DE
Inventors: Lubertus Bakker; Hazel Beverly Stanford
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1967-07-03
Filing date: 1968-08-06
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR1576239A; GB1199691A; US3468421A; NL6811135A; CH477899A

Description

Dipl. Phys. Buse I /a/4 ι a

Patentanwälte
WupDertal-Barmen

Unteraoinen114-

Patentanmeldung

Anmelder: MIDLAND-ROSS CORPORATION Cleveland, Ohio (V.St.A.)

"Vorrichtung zum Abscheiden einer suspendierten Flüssigkeit aus einer Trägerflüssigkeitο

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Trennung nichtmischbarer Flüssigkeiten·

Bei Schiffen, deren Maschinenanlagen mit öl als Brennstoff betrieben werden, wird der duch den Ölverbrauch freiwerdende Raum der Öltanks mit Wasser gefüllt, um den erforderlichen Trimm des Schiffes aufrechtzuerhalten· Dieses Wasser wird üblicherweise als Ballastwasser bezeichnet· Die lang anwährende Berührung des Wassers mit dem noch im Tank verbliebenen öl führt zu einer Emulsierung des Öles. Die Ausbildung von Emulsionen, und insbesondere von stabilen Emulsionen, wird insbesondere durch die Komponenten des Öles bewirkt» deren spezifisches Gewicht nahe bei dem im öltank befindlichen Wasser liegt. Das spezifische Gewicht des Wassers kann hierbei zwischen ο dem von Frischwasser und dem von Seewasser variieren, Je

?* nachdem, von wo das Ballastwasser genommen wird.

"*"» Da die Schiffe im interkontinentalen Verkehr an geographisch

^ weit auseinanderliegenden Orten wieder mit Brennstoff versorgt werden, ergeben sich angesichts der chemischen und

physikalischen Besonderheiter der eingefüllten Brennstoffe Schwankungen in ihrem spezifischen Gewicht. Während der Brennstoffaufnahme muß durch Anlassen des Ballastwassers Raum für den Brennstoff geschaffen werden.»

Nach einem internationalen Abkommen ist es jedoch nicht erlaubt, verschmutztes Wasser auf hoher See abzulassen° Beispielsweise darf das abzulassende Ballastwasser nicht mehr als 100 Teile öl pro Millionen (ppm) enthalten. Bekanntlich werden diese Bestimmungen vielfach verletzt, weil eine wirksame Vorrichtung fehlt, mit welcher der ölanteil im Ballastwasser während des Ablassens auf die zulässige Grenze reduziert werden kann«

Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei Flüssigkeiten, die ein ähnliches, oder nicht wesentlich unterschiedliches, spezifisches Gewicht besitzen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der in wirksamer Weise beim Ballastwasser von ölbetriebenen Schiffen die dispergierte Flüssigkeit von der Trägerflüssigkeit getrennt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem horizontal durchflossenen Flüssigkeitsabscheider mit einer Mehrzahl von Koaleszenzeinheiten von im wesentlichen zylindrischer Gestalt, in welchen die einstrSmende Flüssigkeit

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in Längsrichtung bei jjeäem Abschnitt des Abscheiders gegen eine ebene Stirnwand der nächsten, stromabwärts angrenzenden Koaleszenzeinheit gerichtet wird, um eine gewünschte
Strömungsgeschwindikeit der Emulsion in den die Koaleszenzeinheiten umschließenden Bereichen und eine radiale Strömung durch diese Einheiten herzustellen. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung umfaßt ferner eine konstante Förderpumpe, die in Verbindung mit dem Innenaufbau des Abscheidersderart
arbeitet, daß die vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb des Abscheiders aufrechterhalten wird. Die Vorrichtung besitzt ferner ein Gehäuse, welches eine Außenwandung des Abscheiders bildet und obere und untere Dome an seinem Hauptkörper aufweist, die vertikal über und unter jeder Koaleszenzeinheit angeordnet sind und Sammelkammern bilden, in welchen sich die koaleszierten, ursprünglich dispergierten, Komponenten der Emulsion sammeln, die in ihrem spezifischen Gewicht über und unter dem der Trägerflüssigkeit liegen·

Im folgenden wir die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf die Gesamtvorrichtung, wobei der eigentliche Flüssigkeitsabscheider im Vertikalschnitt und eine Pumpe, ein Wärmeaustauscher und ein Brennstofftank in schematischer Ansicht dargestellt »ind;

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Pig. 2 eine Explosivdarstellung einer Koaleszenzeinheit des Flüssigkeitsabscheiders nach Fig. 1; und

Fig. 3 einen Teilabschnitt, welcher die detaillierte

Ausbildung der Verbindung zweier Abschnitte des Flüssigkeitsabscheiders veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt einen Flüssigkeitsabscheider 5 mit einem Außengehäuse 6, welches einen stromaufwärts liegenden Abschnitt 7, einen mittleren Abschnitt 8 und einen stromabwärts liegenden Abschnitt 9 umfaßt. Die Gehäuseabschnitte 7» 8 und 9 beherbergen je eine Koaleszenzeinheit 11, 12 und 13· Der stromaufwärts liegende Abschnitt 7 besitzt einen Ein-r laßstutzen 16, der etwa koaxial zur Längsachse des Hauptkörpers des Gehäuses an der stromaufwärts liegenden Stirnwand 17 angebracht ist. Die stromabwärts liegende Stirnwand 19 ist über einen Flansch an den stromabwärts liegenden Abschnitt 9 angeschlossen und kann also vom Gehäuse abgenommen werden. Ein Auslaßstutzen 21 ist etwa koaxial zur Längsachse des Gehäuses an der Stirnwand 19 angebracht.

Die Koaleszenzeinheiten 11, 12 13 sind alle in grundsätzlich gleicher, in Fig. 2 veranschaulichter Weise ausgebildet. Sie umfassen einen ringförmigen Flansch 24, eine gelochte zylindrische Hülse 25» welche innerhalb eines ringförmigen

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Ausrichtvorsprunges 26 des Flansches aufgenommen und über Bolzen mit diesem verbunden ist, eine flache, scheibenförmige Stirnwand 27» welche mit Ausnahme der öffnungen für die Bolzen 28, mittels welcher die Endwand an die Hülse 25 befestigt wird, ungelocht ist, und einen Koalesζenzzylinder 30, welcher aus Glasfasern oder einem anderen faserigen oder aus sonstigen Einzelteilchen bestehenden Material aufgebaut ist und ein Netzwerk von engen, zusammenhängenden Kanälen bildet, die in radialer Richtung durch die Zylinderwand hindurchführenο Der Innendurchmesser des Zylinders 30 ist etwa gleich dem Außendurchmesser der Hülse 25, und seine Länge stimmt mit der der Hülse 25 überein, so daß der Zylinder stramm zwischen dem über die Hülse vorspringen !Teil der Scheibe 27 und dem Flansch 24, speziell dessen Vorsprung 26,eingespannt werden kann« Der Außenumfang des Flansches 24 ist derart bemessen, daß der Flansch zwischen den Flanschen 32 und benachbarter Gehäuseabschnitte, vergleiche Fig 3» aber noch innerhalb des von den durch die Flansche 32 und 33 sich erstreckenden Bolzen definierten Kreises, eingespannt werden kann. Der Flansch besitzt einen Positioniervoi'sprung 36, damit der Flansch exakt im Gehäuse angeordnet werden kann« Zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen eines Gehäuseabschnittes und eines Flansches 24 sind Dichtungen und 39 zur Vermeidung von Leckverlusten angeordnet» Die verschiedenen anderen Abschnitte des Gehäuses sind in ähnlicher Weise ausgebildet.

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Die von dem Koalesζenzzylinder 30 gebildete zylindirische Wand kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer Glasfaserschicht von annähernd 5 cm Dicke und einer Dichte von 48 kg /m bestehen. Vorzugsweise umfaßt die Y/and eine äußere Lage aus gröberen Fasern (höhere Denierzahl) mit einer Dichte von etwa 80 kg /m und eine innere Lage aus feineren Fasern (kleine Denierzahl) und von geringerer Dichte. Es sind jedoch auch andere, ein Koaleszieren von unmischbaren Flüssigkeiten bewirkende Stoffe bekannt, z.B_o gesinterte Metallformstücke, poröse, körnige keramische Stoffe, feiner Metalldraht, Kunststoffasern und andere im wesentlichen inerte, löcherige Materialien·

Jeder Gehäuseabschnitt besitzt einen oberen und einen unteren Dom 41 bis 46, in welchem sich die dispergierte Flüssigkeit sammelt^ nachdem diese zu Kügelchen solcher Größe koalesziert ist, daß sie nicht mehr durch eine stromabwärts liegende Koaleszenzeinheit hindurchgehen kann und also folglich aus der Trägerflüssigkeit abgeschieden ist. Alle Dome sind mit einej? Auslaßleitung, vergleiche die Leitungen 51 und 56, versehen,bei denen der Flüssigkeitsdurchgang überwacht wird durch auf Druck und auf öl ansprechende Einrichtungen, z.B. durch ein Magnetventil 58, eine elektrische Spannungsmeßeinrichtung 59» die auf den Unterschied in der Leitfähigkeit von öl und Wasser anspricht, und eine elektrisch betätigte, druckempfindliche Einrichtung 61 handelsüblicher Ausführung. Die von den Einrichtungen 59 und .61 gelieferten Werte für die

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Bedienung im Dom werden elektronisch in der elektrischen überwachungseinrichtung 63 registriert und derart ausgewertet, daß das "Ventil 58 geöffnet wird, wenn sich Öl in einem Dom befindet und der Druck in diesem Abschnitt über einem bestimmten Grenzwert liegt, und daß das Ventil 58 geschlossen wird, wenn die Trägerflüssigkeit die Elektrode 64 der "überwachungseinrichtung 59 berührte In der Zeichnung ist zwar nur die Uberwachnungsanlage für den Ölauslaß aus dem Dom 43 gezeigt, jedoch sind ähnliche Überwachungsanlagen bei jedem Dome vorgesehen.

Die soeben beschriebene Vorrichtung zum Entleeren der Dome arbeitet in Abhängigkeit von geringen Druckschwankungen, die in einem Gehäuseabschnitt auftreten, wenn die Ansammlung des öligen Stoffes ein solches Maß erreicht hat, daß der Durchgang der Trägerflüssigkeit oder Emulsion zum Koaleszenzzylinder dieses Abschnittes gestört wird«.

Ölige Stoffe, deren spezifisches Gewicht nahe bei dam der Trägerflüssigkeit liegt, verbinden eich mit der angesammelten öligen Plüssigkeit, welche entweder den oberen oder unteren Dom eines der Abschnitte füllt. In dem seltenen Falle, daß geringe Mengen von koalesziertem Stoff der dispergierten Phase durch die stromabwärts liegende Einheit 13 hindurchgehen, und sich an der Innenfläche der stromabwärts liegenden Stirnwand 19 ansammeln sollton, sind obere und untere Aus-

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lasse 66 und 67 mit Ventilen 66a, 67a vorgesehen, um diese Bereiche des Flüssigkeitsabscheiders vom öligen Stoff zu reinigen.

Beim Betrieb der Abscheidevorrichtung ist es wichtig, bei der Abströmung von der Einlaßöffnung 16 oder den Koaleszenzeinheiten 7 oder 8 die erforderlichen geringen Geschwindigkeiten längs der Außenflächen der Koaleszenzzylinder 30 zu erhaltene "Vorzugsweise wird die Strömung beim Einlaß 16 oder den Einheiten 17 und 12 gegen die flachen,, stromaufwärts liegenden Wände der Einheiten 11, 12 und 13 gerichtet, damit sich die Strömung allseitig radial zu den Außenflächen der Zylinder 30 hin ausbreitet. Durch diese inneren Ablenkelemente werden rasche Strömungen in den Bereichen des Abscheiders vermieden, in welchen die ö'lkügelchen bereits groß genug sind, daß sie nicht mehr durch einen Koaleszenzzylinder hindurchgehen wollen. Diese Kügelchen können sich somit zu größeren Teilchen vereinigen und in den einen oder anderen Sammeldom wandern.

Die Flüssigkeit wird über eine Pumpe 70 mit konstanter Abgabeleistung an den Abscheider 5 geliefert. Die Pumpe saugt die Flüssigkeit aus dem Tank 71 j der gemäß dem Ausführungsbeispiel als Brennstofftank eines Hochseeschiffes aufgefaßt werden kann. Da es im allgemeinen vorteilhaft ist, die Temperatur der in einen Flüssigkeitsabscheider mit Koaleszenzstoffen einfließenden Flüssigkeit konstant zu halten, ist die Vorrichtung ferner mit einem Wärmeaustauscher

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ausgerüstet, durch, welchen das Ballastwasser oder eine sonstige Emulsion geleitet wird. Das Ballastwasser fließt über eine Einlaßleitung 75 in den Wärmetauscher ein und über eine Auslaßleitung 76 zum Einlaß der Pumpe 70 hin« Der Wärmetauscher 74- "besitzt eine Schlange 77» durch welche ein heißes oder kühles Medium zirkuliert.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird eine Emulsion, die als dispergierte Phase ein oder mehrere ölige !Flüssigkeitskomponenten enthält, vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit mittels der Pumpe 70 durch den Abscheider 5 gepumpt. Da sich normalerweise schon etwas koaleszierte oder freischwebende ölige Flüssigkeit in dem von der Pumpe gelieferten Strom befindet;, sammelt sich diese Flüssigkeit, abhängig von ihrem spezifischen Gewicht relativ zu dem der Trägerflüssigkeit, in den Domen 41 oder 46 an_e Die Emulsion wird mit einer solchen Geschwindikeit in den Abscheider hineingepumpt, daß deren Längsgeschindigkeitskomponente in den die Koaleszenzzylinder jeder Einheit umschließenden Bereichen auf einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 2,5 cm/s gehalten wird. Die Emulsion düngt im wesentlichen an der gesamten Außenfläche in die Koaleszenzzylinder ein, sofern sich ein Abschnitt des Abscheiders nicht nahe bei einem solchen Zustand befindet, bei dem angesammelte ölige Flüssigkeit abgeführt werden muß.

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Bei dem Durchgang durch den Zylinder 25» der nahezu auf dessen gesamter Oberfläche erfolgt, durchläuft die dispergierte Flüssigkeit der Emulsion eine erste Koaleszenzstufe, bei der eine gewisse Menge der dispergierten Bhase, das heißt die größeren Kügelöhen, sich zu noch größeren Kügelchen vereinigen, welche dann nicht mehr durch die nächste Koaleszenzeinheit 12 hindurchgehen können. Diese erste Koalesziereinheit 11 bewirkt ferner ein Koaleszieren von winzigen Teilchen der dispergierten Phase zu Kügelchen solcher Größe, welche noch durch den Koaleszierzylinder der Einheit 12 hindurchgehen können, um dort zu noch größeren Kügelchen zusammenzuwachsen. Das Koaleszieren ist normalerweise im zweiten Abschnitt abgeschlossen und die dort zu-2ammengewachsenen Teilchen erreichen eine solche Größe, daß sie durch die dritte Einheit 13 nicht mehr hindurchgehen können. Folglich sammelt sich bei der Einheit 13 ein beträchtlicher Anteil der ursprünglichen dispergierten Phase in den Domen 43 oder 44 an. Bei dem Abscheider 5 werden normalerweise nur wenige Prozente der dispergierten Flüssigkeit in dem stromaufwärts liegenden Abschnitt 7 angesammelt, etwa 50 °/° in dem mittleren Abschnitt 8 und der Rest in dem stromabwärts liegenden Abschnitt 9· Bei einer richtigen Regelung des Einlasses zum Abscheider, wird an der Auslaßleitung 21 vollständig saubere Flüssigkeit erhalten, und sammelt sich keine ölige Flüssigkeit an den Ventilen 66a oder 67 a an«

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Der Abscheider und die zugehörige Gesamtvorrichtung arbeiten normalerweise bei Raumtemperatur, jedoch sind Einrichtungen zum Aufheizen oder Kühlen, z.B. der Wärmeaustauscher 74-, vorgesehen, falls die zugeführte Emulsion eine außergewöhnliche Temperatur aufweisen sollte. Das Ablassen des koaleszierten, ursprünglich dispergierten Materiales durch die an die Sammeldome angeschlossenen Leitungen kann mittels handbetä^ tigter Ventile oder auch automatisch unter Verwendung von druckempfindlichen und auf den YJasseranteil ansprechenden Einrichtungen erfolgen, wobei die letzteren Einrichtungen in der beschriebenen Weise auf das Steuerventil 58 einwirken, um beim jeweiligen Sammeldom 4-1 oder 46 eine Entleerung vorzunehmen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abscheiden der suspendierten Flüssigkeit aus einer Trägerflüssigkeit "bei einer Emulsion aus zwei unmischbaren Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch ein horizontal sich erstreckendes Gehäuse (6) mit einem Einlaß (17) und einem Auslaß (18) an seinen Enden, durch eine Vielzahl von zylinderformigen Koaleszeznzwänden (25), durch welche die Emulsion nacheinander in radialer Richtung geleitet wird, und durch obere und / oder untere Sammeldome (41 bis 46) für die suspendierte Flüssigkeit, welche Dome ober und / oder unterhalb jäer Koaleszenzwand (25) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zylindrisch ausgebildet ist und an seinen beiden Stirnwänden je eine Zufluß- und Abflußöffnung aufweist, daß innerhalb des Gehäuses mehrere zylindrische Koaleszenzeinheiten (11, 12, 13) hintereinander angeordnet sind, deren zylindrische Koaleszenzwand (25) einen Abstand von der Gehäusewandung einhält und die an ihrem stromaufwärts liegenden Ende eine ungelochte Stirnwand und an ihrem stromabwärts liegenden Ende einen ringförmigen Flansch (24) besitzen, mittels welchem die Koaleszenzeinheiten an der Gehäusewandung befestigt sind und welcher Flansch die Bereiche zwischen der Koaleszenzwand (25) und der Gehäusewandung von den entsprechenden Bereichen bei den

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anderen Koaleszenzeinheitenabtrennt und die Strömung radial von außen nach innen durch die Koaleszenzwände (25) lenkt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Koaleszenzeinheit (11, 12, 13) Jeweils ein oben und ein unten am Gehäuse angeordneter Sammeldom (41 his 46) für koaleszierte Flüssigkeiten von größerer und geringerer spezifischer Schwere als die der Trägerflüssigkeit vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (21) des Gehäuses im Zentrum der Stirnwand (19) liegt und unmittelbar mit dem stromabwärts liegenden Ende des Innenraumes der am weitesten stromabwärts liegenden Koaleszenzzeinheit (13) in Verbindung steht.

5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaleszenzeinheiten (11, 12), mit Ausnahme der am weitesten stromabwärts liegenden Einheit (13) derart angeordnet sind, daß sie stromabwäi t;s gegen die Stirnwände (2?) der nächsten, stromabwärts angrsnzeruen Einheit hin o£ten sind, wobei die Stirnwände (2?) Prallflächen bilden, welche die Flüssigkeitsströmung zwis^hrr r.^ei EoaleszenaaLniieiten allseitig radial ^ech :v &■.- ί "..ail*/ken«.

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6· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßleitung (51 bis 56) jedes Domes (41 bis 46) ein Ventil (58) zum Ablassen der
koaleszierten, angesammelten Flüssigkeit vorgesehen ist, welches durch eine Steuereinrichtung (61), die auf einen Druckanstieg über einen bestimmten Arbeitsdruck im Abscheider (5) hinaus anspricht, und durch eine damit zusammenwirkende Einrichtung (59)» welche auf die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit der unmischbaren Flüssigkeiten anspricht, in seinen öffnungs- und Schließbewegungen gesteuert wirdο

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