DE3717636A1 - Process and device for separating an emulsion in an electric field - Google Patents

Abstract

Process for separating an emulsion, characterised by atomising the emulsion to form minute droplets, the diameter of which is equal to or smaller than the diameter of the droplets of the dispersed phase of the emulsion, passing the droplets through an electric field and separating the two phases of the emulsion by utilising the different influencing of the trajectory of the droplets caused by the electric field, and a device for carrying out this process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen einer Emulsion.The invention relates to a method for separating a Emulsion.

Emulsionen, also Dispersionen, bei denen eine Flüs­ sigkeit in Form von Tröpfchen in einer anderen verteilt sind, treten in verschiedenster Ausgestaltung auf. Öl/ Wasser-Emulsionen werden beispielsweise in metallverar­ beitenden Betrieben als Kühl- und Schmiermittel einge­ setzt. Zur Aufbereitung verbrauchter Emulsionen sind thermische und chemische Verfahren bekannt, bei denen jedoch Schlämme entstehen, deren Aufbereitung und Depo­ nie erhebliche Kosten verursachen.Emulsions, that is, dispersions in which there is a flow liquid in the form of droplets distributed in another are in a variety of forms. Oil/ Water emulsions are used in metal, for example processing companies as coolants and lubricants puts. To process used emulsions  thermal and chemical processes known in which however, sludges arise, their preparation and depo never cause significant costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Emulsionen zu schaffen, die kostengünstig sind und bei denen Schlämme nicht entstehen.The invention has for its object a method and a device for separating emulsions create that are inexpensive and in which sludge do not arise.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Zer­ stäuben der Emulsion zu feinsten Tröpfchen, deren Durchmesser gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Tröpfchen der dispergierten Phase der Emulsion ist, Führen der Tröpfchen durch ein elektrisches Feld und Trennen der beiden Phasen der Emulsion unter Nutzung der von dem elektrischen Feld verursachten unterschied­ lichen Beeinflussung der Flugbahn der Tröpfchen.According to the invention this object is achieved by Zer dust the emulsion into the finest droplets, their Diameter is equal to or less than the diameter is the droplet of the dispersed phase of the emulsion, Guide the droplets through an electric field and Separate the two phases of the emulsion using the difference caused by the electric field influencing the trajectory of the droplets.

Die zu trennende Emulsion wird vorzugsweise entweder mittels eines hochfrequent rotierenden Tellers zer­ stäubt, wobei das elektrische Feld durch eine den Tel­ ler konzentrisch umgebende Ringelektrcde erzeugt wird, oder aber durch eine Zweikomponentendüse zerstäubt, wobei das elektrische Feld durch eine Plattenelektrcde erzeugt wird.The emulsion to be separated is preferably either by means of a high-frequency rotating plate dusts, the electric field through a Tel is generated concentrically surrounding ring electrodes, or atomized through a two-component nozzle, where the electric field by a plate electrode is produced.

Die Art des einzusetzenden elektrischen Feldes hängt von der Art der Emulsion, insbesondere der des Emulga­ tors und der der elektrischen Doppelschicht der Tröpf­ chen der dispergierten Phase ab. Ein homogenes Feld kann für die Trennung der Tröpfen unterschiedlicher Phase ausreichend sein. Dann genügen zwei parallele Elektrodenplatten. Sind diese Tröpfchen kaum oder nicht geladen, so kann ein inhomogenes Feld erforderlich wer­ den und darüber hinaus auch koronierende Elektroden, die zu einer unterschiedlichen Beladung der Tröpfchen je nach der Höhe der Dielektrizitätskonstanten führen.The type of electric field to be used depends on the type of emulsion, especially that of the emulga tors and the electrical double layer of the droplet Chen from the dispersed phase. A homogeneous field can be different for separating the droplets Phase should be sufficient. Then two parallel ones are sufficient Electrode plates. Are these droplets hardly or not loaded, an inhomogeneous field may be required  and also coronating electrodes, resulting in a different loading of the droplets depending on the level of the dielectric constant.

Das vorgeschlagene Verfahren wird vorzugsweise unter Unterdruck durchgeführt. Vorzugsweise werden nicht aus­ reichend getrennte Fraktionen zur erneuten Trennung zurück­ geführt.The proposed method is preferably under Vacuum carried out. Preferably not be out sufficiently separated fractions to be separated again guided.

Eine Vorrichtung zum Trennen der Emulsion zeichnet sich aus durch einen bzw. eine von einem Elektromotor in der horizontalen hochfrequent rotierend angetriebenen Tel­ ler, einem vertikal auf das Zentrum des Tellers ausge­ richteten, ein die zu trennende Emulsion führendes Rohr, eine den Teller konzentrisch umgebende, etwas unterhalb der Ebene des Tellers angeordnete Ringelek­ trode und zu dem Teller weisende, die von dem von der Ringelektrode erzeugten elektrischen Feld in ihrer Flugbahn beeinflußten Tröpfchen trennenden Bleche.A device for separating the emulsion stands out by an electric motor in the horizontal high-frequency rotating driven tel ler, one vertically on the center of the plate established a leading the emulsion to be separated Tube, something concentrically surrounding the plate Ringelek arranged below the level of the plate trode and point to the plate that of that of the Ring electrode generated electric field in their Trajectory affected sheet separating droplets.

Bei einer alternativen Ausbildung sind eine für Feinst­ zerstäubung geeignete Zweikomponentendüse, einstellbare Hilfsdüsen für die Formung eines Aerosolstromes, wei­ tere, eine laminare Randströmung gewährleistende und eine Benetzung der Wände der Anlage vor der Trennung der Phasen ausschließende zusätzliche Düsen, platten­ förmige, annähernd parallel zum ebenen Aerosolstrom angeordnete Elektroden und zur Düse weisende, die vom elektrischen Feld unterschiedlich beeinflußten Tröpf­ chen unterschiedlicher Phase trennende Bleche vorgese­ hen.In the case of an alternative training, one is for the finest atomization suitable two-component nozzle, adjustable Auxiliary nozzles for the formation of an aerosol stream, white tere, ensuring a laminar edge flow and wetting the walls of the system before the separation the additional nozzles that exclude phases, plates shaped, almost parallel to the flat aerosol flow arranged electrodes and facing the nozzle, which from electric field differently influenced droplet plates separating different phases hen.

Weiter sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, die dazu dienen, nicht ausreichend getrennte Fraktion zur erneuten Trennung rückzuführen.Means are also preferably provided for this purpose serve, not sufficiently separated fraction for renewed  Separation.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der das erfindungsgemäße Verfahren anhand schematischer Darstellungen entspre­ chender Vorrichtungen erläutert wird. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention result itself from the description in which the invention Procedure based on schematic representations correspond chender devices is explained. It shows:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Er­ findung, Fig. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Er­ findung in einer Schnittdarstellung, und Fig. 2 shows a second embodiment of the invention in a sectional view, and

Fig. 3 das in Fig. 2 dargestellte Ausführungs­ beispiel in einer anderen Schnittan­ sicht. Fig. 3, the embodiment shown in Fig. 2, for example, in another section view.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen: Die zu tren­ nende Emulsion wird durch ein horizontal ausgerichtetes Röhrchen zentral auf einen bzw. eine in der Horizonta­ len von einem Elektromotor 3 hochfrequent angetriebenen Teller 2 geführt. Die Fliehkräfte bewirken, daß die zu trennende Emulsion an den Umfang des Tellers 2 gelangt und dort unter Bildung feinster Tröpfchen, deren Durch­ messer im wesentlichen von der Umdrehungsgeschwindig­ keit, abhängig ist, radial nach außen geschleudert wird.First of all, reference is made to FIG. 1: The emulsion to be separated is passed through a horizontally oriented tube centrally onto a plate 2 or one that is driven in high frequency by an electric motor 3 . The centrifugal forces cause the emulsion to be separated to reach the periphery of the plate 2 , where it is thrown radially outwards to form the finest droplets, the diameter of which is essentially dependent on the speed of rotation.

Etwas ober- oder unterhalb der Ebene des Tellers 2 ist eine auf Isolatoren 4 angeordnete Ringelektrode 6 den Teller konzentrisch umgebend angeordnet. Diese Ring­ elektrode erzeugt ein elektrisches Feld, daß die Tröpf­ chen der Phasen der Emulsion passieren. Die unter­ schiedliche Dielektrizitätskonstante der Tröpfchen der einzelnen Phasen bewirkt eine unterschiedliche Auswir­ kung des elektrischen Feldes auf diese: Wenn beispiels­ weise eine Öl/Wasser-Emulsion zu trennen ist, werden die Öltröpfchen und die Wassertröpfchen des von dem Teller 2 abgesprühten Tröpfchenschwarmes unterschied­ lich beeinflußt: Negativ geladene Öltröpfchen werden von der negativ geladenen Ringeleketrode abgestoßen und erhalten so eine Beschleunigung nach oben. Die Wasser­ tröpfchen dagegen werden von dem elektrischen Feld im wesentlichen nicht beeinflußt und aufgrund der Gravita­ tionskraft nach unten beschleunigt. Ringförmig ausge­ bildete Bleche 5 trennen die Tröpfchen der beiden Pha­ sen voneinander, sich an die Bleche 5 anschließende Behälter dienen zur Aufnahme der einzelnen Phasen.A ring electrode 6 arranged on insulators 4 is arranged concentrically surrounding the plate somewhat above or below the plane of the plate 2 . This ring electrode creates an electric field that the droplets pass through the phases of the emulsion. The different dielectric constant of the droplets of the individual phases has a different effect on the electric field on them: if, for example, an oil / water emulsion is to be separated, the oil droplets and the water droplets of the swarm of droplets sprayed from the plate 2 are influenced differently: Negatively charged oil droplets are repelled by the negatively charged ring electrode and are accelerated upwards. The water droplets, however, are essentially unaffected by the electric field and accelerated downwards due to the gravitational force. Sheets 5 formed in a ring separate the droplets of the two phases from each other, containers 5 adjoining the sheets serve to hold the individual phases.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungs­ beispiel wird die über ein Rohr 8 zugeführte Emulsion in einer Zweikomponentendüse 7, der über ein weiteres Rohr 8 ein Hilfsgas, beispielsweise Luft, zugeführt wird, zerstäubt. In der Zeichnung sind weiter flache, einstellbare Hilfsdüsen 10 erkennbar, die den gebilde­ ten Aerosolstrom formen. Dieser Aerosolstrom mit "fla­ chem" Strömungsquerschnitt wird zwischen zwei Platten­ elektroden 12 geführt, in denen die Trennung der Phasen aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstan­ ten erfolgt.In the example shown in Figs. 2 and 3 for execution supplied through a pipe 8 in a two-component nozzle Emulsion 7 which, via a further pipe 8, an auxiliary gas, for example air, is supplied atomized. In the drawing, flat, adjustable auxiliary nozzles 10 can be seen , which form the aerosol stream formed. This aerosol flow with "fla chem" flow cross-section is guided between two plate electrodes 12 , in which the phases are separated due to the different dielectric constants.

Tröpfchen unterschiedlicher Flugbahn treffen auf Bleche 13, deren Krümmung ein Abführen der Tröpfchen nach außen erfolgt. Es bildet sich so ein nach unten ablau­ fender und von den Blechen abtropfender geschlossener Film, der von trichterförmigen Behältern 14 aufgefangen wird. Das von den Tröpfchen beider Phasen freie Gas wird über Stutzen 15 abgezogen. Droplets of different trajectories meet plates 13 , the curvature of which leads to the droplets being discharged to the outside. It forms a downward ablau fender and dripping from the sheet metal closed film, which is collected by funnel-shaped containers 14 . The gas free from the droplets of both phases is drawn off via nozzle 15 .

Angedeutet sind weiter weitere Düsen 11, die eine ein­ stellbare, laminare Randströmung ermöglichen, durch die die Benetzung der Wände der Anlage ausgeschlossen wird. Eine Benetzung der Elektroden kann auf entsprechende Weise verhindert werden.Further nozzles 11 are also indicated, which allow an adjustable, laminar edge flow, by means of which the wetting of the walls of the system is excluded. Wetting of the electrodes can be prevented in a corresponding manner.

Statt der Düsen 11, die den Aerosolstrom beeinflussen, können auch inhomogene elektrische Wechselfelder, ins­ besondere Quadrapolwechselfelder verwendet werden. Mittels eines derartigen elektrischen Vorhanges kann ein Aero­ solstrom aus aufgeladenen Tröpfchen, der dazu neigt, sich auszubreiten, in einen Raum eingeschlossen bzw. in einem Raum geführt werden.Instead of the nozzles 11 which influence the aerosol flow, inhomogeneous alternating electrical fields, in particular quadrapole alternating fields, can also be used. By means of such an electrical curtain, an aerosol stream of charged droplets, which tends to spread, can be enclosed in a room or guided in a room.

Der Erfindung liegt also der Grundgedanke zugrunde, daß es zur Trennung einer Emulsion erforderlich ist, deren Beweglichkeit zu erhöhen. Dies wird durch ein Zerstäu­ ben der Emulsion zu feinsten Tröpfchen bewirkt, wobei die Zerstäubung so fein sein soll, daß jedes einzelne Tröpfchen nur aus jeweils einer Phase besteht. Diese nunmehr einphasigen Tröpfchen haben die typischen Ei­ genschaften dieser einen Phase, beispielsweise die jeweilige Dielektrizitätskonstante des Wassers bzw. des Öles, die sich wie 40 zu 1 verhalten. Da die Dielektri­ zitätskonstante bestimmend dafür ist, welche Wirkung ein elektrisches Feld auf die Flugbahn eines solchen Tröpfchens hat, ist eine Trennung des Tröpfchenschwarms in Öl- und Wassertröpfchen möglich. Bei einer negativen Aufladung der Öltröpfchen werden diese von der negativ aufgeladenen Ringelektrode abgestoßen, die von einem elektrischen Feld im wesentlichen nicht beeinflußten Wassertröpfchen dagegen werden in ihrer Flugbahn ledig­ lich durch die Gravitationskraft beeinflußt.The invention is based on the basic idea that it is necessary to separate an emulsion whose Increase mobility. This is through an atomization ben of the emulsion to fine droplets, whereby the atomization should be so fine that each one Droplets consist of only one phase at a time. These now single-phase droplets have the typical egg properties of this one phase, for example the respective dielectric constant of the water or Oils that behave like 40 to 1. Because the dielectric the constant is determining which effect an electric field on the trajectory of such Droplet is a separation of the swarm of droplets possible in oil and water droplets. With a negative Charging the oil droplets will make them negative by the charged ring electrode repelled by a electrical field essentially not affected Water droplets, on the other hand, become single in their trajectory  Lich influenced by the force of gravity.

Bei Vorliegen eines entsprechenden Emulgators kann die Polarität der Öl-Tröpfchen auch positiv sein.If an appropriate emulsifier is present, the Polarity of the oil droplets can also be positive.

Es kann vorteilhaft sein, das Verfahren unter Unter­ druck durchzuführen, um die Strömungswiderstände klei­ ner zu halten. Ein solcher Unterdruck hat den weiteren Vorteil, daß der Umstand genutzt werden kann, daß die beiden Phasen einer Emulsion in der Regel bei gegebener Temperatur einen unterschiedlichen Dampfdruck haben. In einer Öl/Wasser-Emulsion beispielsweise hat das Wasser den höheren Dampfdruck. Bei der vorgeschlagenen Tren­ nung der Phasen einer Emulsion durch Zerstäuben kann weiter eine selektive Verdampfung der einen Phase den Separationsvorgang weiter erleichtern, wobei Mittel zur Kondensation des Dampfes dieser Phase vorzusehen sind.It may be advantageous to follow the procedure under pressure to keep the flow resistances small to hold one. Such a vacuum has the other Advantage that the fact that the two phases of an emulsion usually given Temperature have a different vapor pressure. In an oil / water emulsion, for example, has water the higher vapor pressure. At the proposed door the phases of an emulsion by atomization selective evaporation of one phase Further facilitate the separation process, with means for Condensation of the vapor of this phase must be provided.

Claims (8)

1. Verfahren zum Trennen einer Emulsion, gekennzeich­ net durch

• - Zerstäuben der Emulsion zu kleinsten Tröpfchen, deren Durchmesser gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Tröpfchen der dispergierten Phase der Emulsion,
• - Lenken der Tröpfchen durch ein elektrisches Feld, und
• - Trennen der beiden Phasen der Emulsion unter Nut­ zung der von dem elektrischen Feld verursachten unter­ schiedlichen Beeinflussung der Flugbahn der Tröpfchen.

1. Process for separating an emulsion, characterized by net

• Atomizing the emulsion into tiny droplets whose diameter is equal to or smaller than the diameter of the droplets of the dispersed phase of the emulsion,
• - directing the droplets through an electric field, and
• - Separation of the two phases of the emulsion using the caused by the electric field under different influences on the trajectory of the droplets.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zerstäuben der Emulsion mittels eines hochfrequent ro­ tierenden Tellers, wobei das elektrische Feld durch eine den Teller konzentrisch umgebende Ringelektrode erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized by Atomize the emulsion using a high frequency ro tating plate, the electric field through a ring electrode concentrically surrounding the plate is produced. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zerstäuben der Emulsion mittels einer Zweikomponenten­ düse und Ausrichten und Formen des erzeugten Aerosol­ stromes durch zusätzliche Gasströme in der Weise, daß ein Tröpfchenschwarm geringer Dicke und erheblicher Breite resultiert und dieser so geformte Tröpfchen­ schwarm durch das elektrische Feld geführt wird.3. The method according to claim 1, characterized by Atomize the emulsion using a two component nozzle and aligning and shaping the aerosol produced stream by additional gas streams in such a way that a swarm of droplets of small thickness and considerable Width results and this droplet shaped in this way is swarmed through the electric field. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Durchführung unter Unter­ druck.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized by its implementation under sub print. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Rückführen und erneutes Trennen nicht ausreichend scharf getrennter Fraktionen.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized by recycling and separating again not sufficiently sharply separated fractions. 6. Vorrichtung zum Trennen einer Emulsion, gekenn­ zeichnet durch

• - einen bzw. eine von einem Elektromotor (3) in der horizontalen hochfrequent rotierend angetriebenen Tel­ ler (2),
• - ein vertikal auf das Zentrum des Tellers (2) aus­ gerichtetes, die zu trennende Emulsion führendes Rohr (1),
• - eine den Teller (2) konzentrisch umgebende, etwas ober- oder unterhalb der Ebene des Tellers bzw. der Tasse (2) angeordnete Ringelektrode (6), und
• - zu dem Teller (2) weisende, die von dem von der Ringelektrode (6) erzeugten elektrischen Feld in der Flugbahn beeinflußten Tröpfchen trennenden Bleche (5).

6. Device for separating an emulsion, characterized by

• - One or one of an electric motor ( 3 ) in the horizontal high-frequency rotating driven Tel ler ( 2 ),
• - A pipe ( 1 ) directed vertically towards the center of the plate ( 2 ) and leading to the emulsion to be separated,
• - A concentric surrounding the plate ( 2 ), slightly above or below the plane of the plate or the cup ( 2 ) arranged ring electrode ( 6 ), and
• - To the plate ( 2 ) pointing, the droplets separating sheets ( 5 ) influenced by the electric field generated by the ring field ( 6 ) in the flight path.

7. Vorrichtung zum Trennen einer Emulsion, gekenn­ zeichnet durch

• - eine für Feinstzerstäubung geeignete Zweikomponen­ tendüse (7),
• - einstellbare Hilfsdüsen (10) für die Formung eines Aerosolstromes,
• - zusätzliche eine laminare Randströmung gewährlei­ stende und eine Benetzung der Wände der Anlage vor der Trennung der Phasen ausschließende zusätzliche Düsen (11),
• - plattenförmige, annähernd parallel zum ebenen Aerosolstrom angeordnete Elektroden (12), und
• - zur Zweikomponentendüse (7) weisende, die von dem elektrischen Feld unterschiedlich beeinflußten Tröpf­ chen unterschiedlicher Phase trennende Bleche (13).

7. Device for separating an emulsion, characterized by

• - a two-component nozzle ( 7 ) suitable for very fine atomization,
• adjustable auxiliary nozzles ( 10 ) for the formation of an aerosol stream,
• - Additional laminar edge flow guaranting and a wetting of the walls of the system before the separation of the phases excluding additional nozzles ( 11 ),
• - Plate-shaped electrodes ( 12 ) arranged approximately parallel to the plane aerosol stream, and
• - To the two-component nozzle ( 7 ) pointing, the differently influenced by the electric field droplets Chen different phase separating sheets ( 13 ).

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Rückführen und erneuten Trennen der nicht ausreichend getrennten Fraktion.8. The device according to claim 6 or 7, characterized by means of returning and separating the insufficiently separated fraction.