DE2947154A1 - Trennung der anteile von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Patentanwälte DIpI.-Ing. Joachim StraSSe München

Dr. Hans-Herbert Stoffregen Hanau

22. November 1979 11 951

Fram Europe Limited
Llantrisant, Pontyclun,
Mid Glamorgan, Wales

Trennung der Anteile von Flüssigkeiten

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Trennen eines Gemenges von zwei unvermischbaren Flüssigkeitskomponenten. Sie betrifft insbesondere, aber nicht notwendigerweise ausschließlich eine Trennung von Öl und Wasser. Die Trennung von unvermischbaren Flüssigkeitskomponenten wie beispielsweise Öl und Wasser ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung für viele Industriebereiche. Maßnahmen zur Einhaltung von akzeptablen Dimensionen einer solchen Trennvorrichtung im Vergleich zur Leistungsfähigkeit bedeuten eine wichtige Kostenbeeinflussung in solchen Industriebereichen. Diese Einrichtungen sind oft von beträchtlicher Größe. Eine typische Trennvorrichtung mit einem zylindrischen Druckgefäß kann einen Durchmesser im Bereich von einem Meter und eine axiale Länge von etwa 3 Metern haben und ist zumeist horizontal angeordnet. Der zugehörige Tank hat ein angeschlossenes Sammelgefäß, wodurch die gesamten vertikalen Ausmaße im Bereich von 2 Metern liegen können. Hier wird von einer Anlage ausgegangen, die eine Hauptkammer und eine Nebenkammer an einem axialen Ende hat. Die zu trennende Flüssigkeit wird in die Hauptkammer eingeleitet. Die getrennte weniger dichte Komponente wird aus den oberen Bereichen üblicherweise über eine Kollektorkuppel oder einen Dom auf der Hauptkammer abgenommen. Die beiden Komponenten werden hierbei im wesentlichen in einem gewundenen Durchgang innerhalb der Trennvorrichtung getrennt. Die Trennvorrichtung kann aus einem Platten-

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paket bestehen und den Durchgang von der Hauptkammer zur Nebenkammer bilden. Die Trennung erfolgt im gewundenen Durchgang, von dem aus die dichtere Komponente in die Nebenkammer gelangt.

Es besteht die Aufgabe, die bisherigen Vorschläge auf eine Art und Weise zu verbessern, die eine gleiche oder größere Leistungsfähigkeit der zu erreichenden Trennung in einer Vorrichtung mit kleineren Ausmaßen für im wesentlichen denselben Durchsatz erlaubt.

Die Lösung der Aufgabe ist im wesentlichen in den vorangestellten Ansprüchen enthalten. Einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung zur Trennung einer Suspension zweier unvermischbaren Flüssigkeitskomponenten hat demzufolge ebenfalls ein zylindrisches Druckgefäß mit einer Hauptkammer und einer Nebenkammer an einem axialen Ende. Die Zuleitung führt in die Hauptkammer. Ein erster Abgang für die weniger dichte Komponente geht oben an der Hauptkammer ab. Ein zweiter Auslaß für die dichtere Komponente geht von der Nebenkammer ab. Die Trennvorrichtung ist innerhalb der Hauptkammer angeordnet. Sie bildet einen gewundenen Durchgang für die Flüssigkeit von der Hauptkammer zur Nebenkammer. Die beiden zutrennenden Flüssigkeitskomponenten neigen beim Durchgang durch diese Trennvorrichtung zum Abscheiden der weniger dichten Komponente nach oben und zum Sammeln im oberen Teil der Hauptkammer. Die dichtere Komponente neigt zum Durchgang zur Nebenkammer. Die Trennvorrichtung ist im allgemeinen im äußeren Aufbau im axialen Abschnitt des Gefäßes rechtwinklig. Der Zufluß umfaßt ein Eingangsrohr, das an einer Stelle gegenüber der Nebenkammer in die Hauptkammer eintritt. Wesentlich ist, daß sich das Eingangsrohr in eine Vielzahl von Abgaberohren verzweigt. Diese erstrecken sich durch den Raum zwischen der Außenseite der Trennvorrichtung und der Zylinderinnenwand der Hauptkammer. Hierin wird die Flüssigkeit bis kurz vor die Trennwand, die die Hauptkammer von der Nebenkammer abteilt, geführt.

Die eintretende Flüssigkeit wird also in mehrere, in Rohren

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geführte Ströme unterteilt. Dann findet zweimal eine Fließumkehrung statt, ehe sie in die Trennvorrichtung eintritt. Diese Aufteilung und Umkehrung unterstützt den Trennvorgang vorteilhaft. In dieser Anordnung geht die eintretende Flüssigkeit an den Enden der Auslaßröhren über die gesamte Länge der Auslaßröhren auf der Außenseite zurück, ehe sie in die Trennvorrichtung eintritt. Diese besteht vorzugsweise aus einem sogenannten "Plattenpaket" aus einer Reihe von wellenförmigen oder eng gewellten Platten, die wirkungsvoll innerhalb des schachtelähnlichen Raumes angeordnet sind.

Weitere einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig.1 einen schematischen Längsschnitt durch eine früher vorgeschlagene Trennvorrichtung,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig.1,

Fig.3 einen schematischen Längsschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Fig.1,

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig.3, Fig.5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig.3, Fig.6 einen Querschnitt entlang der Linie Vl-Vl in Fig.3,

Fig.7 einen schematischen Längsschnitt, ähnlich der von Fig.3 eines abgeänderten Ausführungsbeispiels und

Fig.θ einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig.7.

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Zutretende Flüssigkeit als bevorzugtes Beispiel einer Suspension von Öltropfen in Wasser wird mit Druck in ein zylindrisches Druckgefäß 1 gemäß Fig.1, etwa durch eine Verdränger-Pumpe, die möglichst eine geringe Emulgierwirkung hat, gepumpt. Die eintretende Flüssigkeit erreicht über eine Eingangsleitung 3 eine Hauptkammer 2 von Gefäß 1 durch ein Eingangsrohr 3, wobei sich die Eingangsleitung 2 bis zum Gefäßboden in die Nähe eines Wehrs 4 erstreckt, über das die Flüssigkeit hinwegtreten muß.

Diese Anordnung lenkt das eintretende Medium nach oben ab, was die Abtrennung von Öltropfen unterstützt. Die Flüssigkeit gelangt dann in ein sogenanntes "Plattenpaket" 5, das in der Hauptkammer angebracht ist und eine Anzahl von eng gewellten Platten umfaßt, die wirkungsvoll innerhalb des schachtelähnlichen Körpers angebracht sind. Dadurch entsteht ein gekrümmter Weg für die Flüssigkeit, die die Koaleszenz und Trennung des Öls von Wasser fördert. Das Öl (Pfeile mit weißer Spitze) tritt oben aus dem Plattenpaket 5 aus, weil es nicht so dicht wie Wasser ist und sammelt in einer Kollektorkuppel 6, von wo es durch einen Auslaß 7 abgezogen wird. Das dichtere Wasser (Pfeil mit schwarzem Kopf) tritt am Ende des Plattenpaketes in eine Nebenkammer 8 über, von wo es durch einen Auslaß 9 abgezogen wird.

In der Praxis haben diese Ausführungsformen, wie sie in den Fig.1 und 2 veranschaulicht sind, den Nachteil, daß sie groß und sperrig zu sein. Es gibt Ausführungsformen von 3 Metern Länge und zusammen mit den angeschlossenen Röhren und Pumpvorrichtungen werden leicht Bauhöhen von etwa 2 Meter erreicht. Je größer die Vorrichtung, umso größer ist bei der Herstell lung der Materialaufwand und umso teuer wird die Verarbeitung. Werden in der Praxis umgekehrt kleine Ausführungen dieser Vorrichtung benützt, so zeigt sich das im abgehenden Wasser noch zuviel Öltropfen vorhanden sind.

Durch Vergleich läßt sich feststellen, daß mit einem Ausführungs-

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beispiel nach Fig.3 gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnenderweise kompakter gebaut werden kann. In diesem Fall wird das Eingangsrohr 3, das an einer Stelle außerhalb der zweiten Kammer in die Hauptkammer eintritt, an einen Flußteiler 10 (vgl. Fig.4) angeschlossen, der die eintretende Flüssigkeit in mehrere Ströme aufteilt, die über mehrere Röhren 11 weiterströmen. Wie aus Fig.5 hervorgeht, erstrecken sich die (in diesem Fall zwei) Röhren 11 durch den Raum, der zwischen der Außenseite des Plattenpakets und der inneren Zylinderwand der Hauptkammer verbleibt. Die Röhren 11 enden nahe einer Trennwand 12, die die Hauptkammer von der Nebenkammer trennt und lassen dort die Flüssigkeit austreten. Die ausgetretene Flüssigkeit muß dann über die gesamte Länge der Rohre 11 auf der Außenseite des Plattenpakets 5 zurückströmen, ehe sie in das Plattenpaket 5 eintreten kann. Der große Abstand zwischen dem Ende des Rohres 11 und dem Eingang in das Plattenpakets, den die eintretende Flüssigkeit im Gefäß 1 durchströmen muß, ist von Bedeutung, weil hierbei bereits vermischte Öltropfen abgeschieden werden und zum oberen Teil des Gefäßes aufsteigen.

Aus diesem Grund würde es nicht genügen, eine Anordnung gemäß Fig.1 einfach dadurch kompakter zu machen, indem das Plattenpaket näher an Wehr 4 gebracht wird. Versuche bestätigen, daß das eintretende Flüssigkeitsgemisch in einer Ausführungsform gemäß Fig.3 eine Trennung von Öl aus dem Wasser unterstützt. Der Flüssigkeitsstrom wird zunächst in Flüssigkeitsströme aufgeteilt und dann findet zweifach eine Umkehr der Fließrichtung statt und zwar einmal an den Austrittsenden der Röhren 11 und dann beim Eintritt in das Plattenpaket. Hierbei ist es gleichgültig, ob der Flüssigkeitsstrom in zwei Ströme aufgeteilt wird, wie es hier dargestellt ist oder eine große Anzahl von Röhren 11 benützt werden.

Druckgefäße der oben beschriebenen Art und Weise werden so hergestellt, daß ein Endteil vom Hauptteil des Gefäßes zur

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Reinigung, Wartung und Reparatur abnehmbar ist. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Plattenpaket 5 auf eine Endplatte 12 montiert, die zwischen den jeweiligen Flanschen 13, 14 der beiden Teile la und 1b des Gefäßes 1 angebracht ist, so daß das Plattenpaket als Ganzes aus der Innenseite des Gefäßes herausgenommen werden kann. Das dichtere Wasser, das in die Nebenkammer 8 eintritt, muß unter einem Wehr 15 hindurch, um das Ausgangsrohr 9 zu erreichen. Während der Verweilzeit der Flüssigkeit in der Nebenkammer, neigen verbleibende kleinere Mengen des weniger dichten Öls zur Trennung. Solche kleineren von der dichteren Wasserkomponente abgetrennten Mengen verbleiben gewöhnlich in dem Raum vor dem Wehr.

Versuche, die ein Ausführungsbeispiel verwenden, wie in Fig.3 bis 6 gezeigt, haben, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von Fig.1 und 2, eine größere Leistungsfähigkeit der Trennung von Öl und Wasser gezeigt.

Für das Plattenpaket 5 sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Das Plattenpaket kann eine Vielzahl von horizontal angeordneten eng gewellten Platten mit Erhebungen und Mulden quer zur allgemeinen Fließrichtung der dichteren Komponente durch das Plattenpaket aufweisen. Alternativ dazu, können die Platten etwas geneigt sein und zwar in einem Winkel zwischen der Horizontalen und Vertikalen, wobei die Mulden und Erhebungen in einzelnen Platten sich im allgemeinen wieder quer zur Fließrichtung der dichteren Komponente durch das Plattenpaket erstrecken. Die in dieser Richtung bevorzugte Anordnung wird in Fig.7 und 8 der beiliegenden Zeichnungen anschaulich gezeigt. In dieser Anordnung umfaßt das Plattenpaket 5a sowohl vertikal als auch horizontal angeordnete eng gewellte Platten 16 und im allgemeinen horizontal angeordnete eng gewellte Platten 17. Aus Fig.7 und 8 läßt sich erkennen, daß die vertikal angeordneten Platten stromaufwärts zu den horizontal angeordneten Platten angeordnet sind, sofern die dichtere Komponente gemeint ist. Diese Anord-

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nung wird als besonders nützlich angesehen, wenn eine Öl-Wasser-Bilge größere Mengen von festem Stoff oder Schmutz enthält. Öl, das weniger dicht als Wasser ist, trennt sich ab und neigt zur Aufwärtsbewegung. Dabei stößt es auf die Unterseiten einzelner Wellungen, wo es sich anhäuft bis es genügend Auftrieb hat, um sich von der Oberfläche der Platte zu lösen und aufzusteigen, bis es die nächste vertikal höhere wellenförmige Oberfläche berührt und das Verfahren dann wiederholt wird. Schmutz ist andererseits dichter als die dichtere Flüssigkeitskomponente, in diesem Fall Wasser und läßt sich auf den abgeschrägten Oberflächen der einzelnen Wellenflächen nieder, sammelt dort bis die gesamte gesammelte Masse die Oberflächen-Adhäsion an die Platte überwunden ist, an der der Schmutz die wellenförmige Oberfläche weggleitet und dabei due Platte hinabgleitet, um sich am Boden zu sammeln. Sinn dieses Lawineneffektes ist eine Selbstreinigung.

Die horizontal angeordneten Platten wirken in der herkömmlichen Art und Weise, d.h., daß der gekrümmte Weg der Flüssigkeit im allgemeinen horizontal durch das Plattenpaket einen Zusammenstoß der Flüssigkeit mit aufeinanderfolgenden Oberflächen des Pakets zur Folge hat, was dazu führt, Öltropfen miteinander zu vereinigen. Auf diese Weise abgetrenntes Öl sammelt sich in den obersten Punkten der wellenförmigen Oberflächen und weicht nach oben durch die entsprechende Ableitung aus. Dieser Vorgang kann durch eine Heizung noch gefördert werden.

Natürlich ist die Erfindung nicht nur auf eine Verwendungsmöglichkeit beschränkt, auch wenn vorstehend insbesondere auf die Trennung von Öl und Wasser eingegangen wurde. Ausführungsformen von Vorrichtungen, die gemäß dieser Erfindung angelegt sind, können überall da verwendet werden, wo zwei unvermischbare Komponenten getrennt werden sollen, von denen der eine dichter als der andere ist.

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Claims (1)

1. ANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung zur Trennung einer Vermengung zweier unvermischbarer Flüssigkeitskomponenten mit einem allgemeinen zylindrischen Druckgefäß mit einer Hauptkammer und einer Nebenkammer an einem axialen Ende, mit einer Eingangsöffnung in die Hauptkammer, einem ersten Ausgang für die weniger dichte Komponente, die von der Nebenkammer abgeht und mit einer Trennvorrichtung, die innerhalb der Hauptkammer angeordnet ist, um einen umgelenkten Durchgang für die Flüssigkeit von der Hauptkammer zur Nebenkammer /u bilden, wobei die beiden Flüssigkeitskomponenten dazu neigen, durch den Durchgang durch diese Trennvorrichtung getrennt zu werden, wobei die weniger dichte Komponente wiederum dazu neigt, sich im oberen Teil der Hauptkammer zu sammeln und die dichtere Komponente in die Nebenkammer durchzugehen,

   dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Eingangsrohr (3) am der Nebenkammer (8) gegenüberliegenden Ende in zumindest zwei Röhren (11) verzweigt, die sich über die axiale Ausdehnung der Hauptkammer zwischen der Außenseite der Trennvorrichtung (5) und der Zylinderwand

   der

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   Hauptkammer erstrecken und kurz vor der Trennwand (14) enden, welche die Hauptkammer von der Nebenkammer (8) abteilt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (5) ein Plattenpaket mit einer Vielzahl von gewellten Platten innerhalb eines schachtelähnlichen Raumes im zylindrischen Druckgefäß (1) aufweist, welches in ein Hauptteil und ein Endteil (8) unterteilt ist, das zur Reinigung, Wartung und Reparatur der Innenseite des Druckgefäßes auf einer Endplatte angebracht ist, die sich mit einem Verschluß lösbar zwischen den jeweiligen Flanschen zur Verbindung des Haupt- und Endteils des Druckgefäßes befindet.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (5a) ein erstes Plattenpaket mit einer Reihe von im allgemeinen vertikal angeordneten gewellten Platten umfaßt, wobei die Erhebungen und Mulden im allgemeinen in Fließrichtung der dichteren Komponente angeordnet sind und eine zweite Reihe von im allgemeinen horizontal angeordneten gewellten Platten stromabwärts zur ersten Reihe bezüglich der Fließrichtung angeordnet ist, deren Erhebungen und Mulden sich im allgemeinen quer zur Fließrichtung der dichteren Komponente erstrecken.

   A. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkammer (8) mit einem Wehr (15) quer über den oberen Teil versehen ist, so daß die Flüssigkeit, die in die Nebenkammer (8) eintritt, unter dem Wehr (15) hindurch muß, um den zweiten Ausgang (9) zu erreichen, wobei die verbleibenden kleinen Mengen der weniger dichten Komponente während der Verweilzeit der Flüssigkeit innerhalb der Neben-

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   kammer (8) und zum Sammeln im Raum vor dem Wehr (15) neigen.

   5. Ein Verfahren zur Trennung der dichteren und weniger dichteren Komponenten einer Suspension von zwei unvermischbaren Flüssigkeitskomponenten, in welchem die weniger dichte Komponente aufsteigt und die Flüssigkeit durch einen gewundenen Durchgang hindurchtritt und hierbei eine weniger dichte Komponente abtrennt,

   dadurch gekennzeichnet, daß die eintretende Flüssigkeit in mehrere geführte Teilströme zerlegt wird und vor dem Eintritt in die Trennvorrichtung zumindest einmal axial vor- und zurückfließt.

   6. Ein Verfahren nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die dichtere Komponente nach dem Durchgang durch die Trennvorrichtung dazu veranlaßt wird, unterhalb eines Wehrs hindurchzugehen, um einen Ausgang zu erreichen, wodurch eine Verweilzeit der Flüssigkeit vor dem Wehr derart entsteht, daß die verbleibenden geringeren Mengen der weniger dichten Komponente in der dichteren Komponente dazu neigen, aufzusteigen .

   7. Ein Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,

   gekennze ichnet durch die Verwendung der Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4.

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