Trenn- und Reinigungseinrichtung für ein Flüssigkeitsgemisch, das auch Feststoffe enthält
Die Erfindung betrifft eine Trenn- und Reinigungseinrichtung zur Ausscheidung einer leichteren Flüssigkeit aus einem aus mindestens zwei Flüssigkeiten unterschiedlichen spezifischen Gewichts bestehenden, auch Feststoffe enthaltenden Flüssigkeitsgemisch, insbesondere einem Wasser-Kohlenwasserstoff-Gemisch, mit einem Behälter, dem das Gemisch durch einen Einlass zugeführt wird und aus dem die voneinander getrennten Gemischanteile durch Auslässe abgeführt werden.
Es ist ein Entmischer für Öl-Wasser-Gemische mit trichterartigen, ineinandergeschachtelten Einbauten bekannt, welche sich radial weit übergreifen, abwechselnd am Innen- und Aussenumfang Ringspalte für den Durchtritt des Gemisches freilassen und als Leitbleche für aufsteigende Öltropfen dienen. Mit diesem Entmischer können; bedingt auch durch die allgemeine Strömungsrichtung des Gemisches von oben nach unten, nur grö ssere Öltropfen oder -anhäufungen ausgeschieden werden; die sich im oberen Teil des Entmischers ansammeln. Kleinere Öltropfen werden von der Strömung mitgenommen und aus dem Entmischer mit dem Wasser wieder abgeleitet.
Bei einer bekannten Einrichtung zum Trennen von flüssigen Erdölprodukten und Wasser wird das Gemisch durch- Späne aus einer polymerisierten Kohlenstoff-Fluorverbindung geleitet, die einen Grossteil des Gehäuses oder einen eingesetzten Käfig ausfüllen und an denen sich die Erdölprodukte niederschlagen. Dadurch bilden- sich Öltropfen, die an die Oberfläche aufsteigen und dort abgeschöpft werden. Solche- Einrichtungen eignen sich gut für Gemische, in denen das Ö1 nur kleine Tropfen bildet oder fein dispergiert ist.
Sind jedoch grössere Öltropfen oder gar Ölanhäufungen im Gemisch enthalten, so werden die freien Oberflächen oder sogar die Strömungswege in den Spänen rasch verlegt und die Einrichtung wird für die Abscheidung des dispergierten Öls weitgehend unwirksam.
Es ist auch ein Kaskaden-Abscheider mit mehreren, von einem Erdölprodukte-Wasser-Gemisch nacheinander durchströmten Filtern bekannt, die einen Stoff enthalten, der für Ö1 ein höheres Benetzungsvermögen aufweist als für Wasser. Auch hier werden die aus den Filtern aufsteigenden Öltropfen von Fangvorrichtungen aufgenommen, von denen eine noch vor dem ersten Filter angeordnet sein kann, wodurch grössere Öltropfen oder Öiansammlungen gleich nach dem Eintritt des Gemisches in den Behälter aufgefangen werden. In die Zuleitung zum Behälter kann ein Grobfilter eingeschaltet sein, um feste Verunreinigungen zurückzuhalten.
Derartige Grobfilter können selbstverständlich bei jedem Entmischer oder Abscheider vorgeschaltet werden, doch ist damit ein Druckverlust verbunden, der einen höheren Energieaufwand für die Gemischförderung bedingt. Ferner bedeuten solche Hilfsgeräte einen zusätzlichen Platzbedarf und Bauaufwand, also höhere Anlagekosten. Entscheidend aber ist, dass mit Grobfiltern die mitgeschwemmten feinen, im Gemisch schwebenden Feststoffe nicht aufgefangen und so vom Gerät abgehalten werden können. Sie gehen entweder unbehindert durch den Abscheider hindurch oder sie werden, wenn Filter eingebaut sind, in diesen abgelagert, wodurch die für das Niederschlagen und Sammeln der Öltröpfchen notwendige freie Oberfläche nach einer gewissen Zeit von Feststoffen bedeckt ist und somit die Filter an Wirksamkeit stark verlieren.
Sie müssen dann ausgebaut und gereinigt werden, was mit einer Betriebsunterbrechung verbunden ist.
Als Abhilfe wäre die Möglichkeit vorhanden, ein Feinfilter vorzuschalten. Dies würde aber den Platzbedarf und den Bauaufwand noch mehr steigern und ausserdem wäre es unvermeidlich, dass unrationellerweise das Feinfilter zum Teil die Funktion der Filter im Abscheider übernimmt, indem sich darin auch Öltropfen und vor allem im Gemisch mitgeführte Ölanhäufungen ansammeln. Noch rascheres Verstopfen des ivorgeschat teten Filters und Ausbau, Reinigung und Betriebsunterbrechung in noch kürzeren Zeitabständen wären die Folge.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Ent mischer und Abscheider zu vermeiden und eine leistungsfähige Trenn- und Reinigungseinrichtung mit möglichst kleinem Bauvolumen und möglichst kurzen Betriebsunterbrechungen zu schaffen für ein Flüssigkeitsgemisch, in welchem der auszuscheidende Gemischanteil dispergiert, in Tropfen und gegebenenfalls in Anhäufungen vorhanden ist und das auch Feststoffe fein verteilt oder in gröberer Form enthält.
Diese Aufgabe wird durch eine Kombination der folgenden Merkmale gelöst: einen filterartigen Koagulationseinsatz, der einen
Wirkstoff mit grosser Oberfläche enthält, welcher zum leichteren, auszuscheidenden Gemisch anteil eine grö ssere Affinität als zum schwereren Gemischanteil auf weist; - eine den Einsatz überspannende Fangvorrichtung für die im schwereren Gemischanteil aufsteigenden, im
Einsatz gebildeten Tropfen der leichteren Flüssigkeit; - mindestens einen dem Einsatz in Strömungsrichtung vorgeschalteten Sammler für absinkende Feststoffe; - Mittel zur Reinigung des Einsatzes innerhalb des Be hälters.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist.
Der Behälter 1 ist mit dem Stutzen 2 versehen, durch den das Flüssigkeitsgemisch eintritt, das den Behälter in der durch Pfeile 3 angedeuteten Richtung im wesentlichen von unten nach oben durchströmt. Über dem Einlass ist die Fangvorrichtung 4 und symmetrisch dazu die weitere Fangvorrichtung 4' angeordnet, deren höchste Stellen mit je einem Auslassstutzen 5 bzw. 5' verbunden sind. Auf den beiden Fangvorrichtungen stützt sich gut dichtend der filterartige Einsatz 6 ab, der einen durch den Stützboden 7 und das Abdecksieb 8 begrenzten Raum aufweist, welcher zum grössten Teil mit dem stückigen Wirkstoff 9 gefüllt ist. Der Stützboden 7 ist gitterartig ausgebildet und hat die Form eines W, in dessen Knickpunkten die Druckrohre 10 angeordnet sind.
Den Einsatz 6 überspannt die Fangvorrichtung 11, die ihn noch übergreift und die an ihrer obersten Stelle mit einem Auslass 12 versehen ist. Ob ihr ist noch das Filter 13 angeordnet. Der über dem Filter liegende, oberste Teil des Behälters 1 ist vom Deckel 14 abgeschlossen und mit dem Auslassstutzen 15 versehen.
Der Boden 16 des Behälters 1 ist geneigt und dachförmig ausgebildet, wodurch die Sammler 17 entstehen.
Nahe ihren tiefsten Stellen, die mit den Auslässen 18 versehen sind, sind die Spülrohre 19 angeordnet. Sammler und Spülrohre sind durch den Sieb-Zwischenboden 20 überdeckt.
Im Vierwegschieber 21 treffen vier Verbindungsleitungen zusammen. Die Leitung 22 steht mit dem Vorratstank 23 in Verbindung, der zur Aufnahme des zu behandelnden Flüssigkeitsgemisches dient. Die Leitung 24 führt zu den Druckrohren 10, die Leitung 25 zu den Spülrohren 19, die Leitung 26 zum Einlassstutzen 2. In die Leitung 26 ist die Pumpe 27 eingeschaltet, deren Förderrichtung umkehrbar ist, wie es beispielsweise von Schneckenquetschpumpen bekannt ist. Die Zubringerleitung 28, vom Beschickungsgefäss 29 kommend, mündet in die Leitung 26; die Durchströmmenge wird durch das Ventil 30 kontrolliert.
Beim Betrieb der Einrichtung wird das Flüssigkeitsgemisch, das aus mindestens zwei Flüssigkeiten unter schiedlichen spezifischen Gewichts besteht, von der Pumpe 27 aus dem Vorratstank 23 über die Leitung 22 und den Vierwegschieber 21 angesaugt und durch die Leitung 26 und den Einlassstutzen 2 in den Behälter 1 gedrückt, um dann weiter der Richtung der Pfeile 3 zu folgen. Der Raum unter der Fangvorrichtung 4 dient dem eintretenden Gemisch als Beruhigungsstrecke. Die Strömung kann sich ausbreiten und wird verzögert, wodurch grössere Tropfen und Anhäufungen des leichteren, auszuscheidenden Gemisch anteils Gelegenheit haben, durch den natürlichen Auftrieb nach oben zu steigen.
Sie werden in der Fangvorrichtung 4 gesammelt und durch den Auslassstutzen 5 abgeleitet. Die gleiche Funktion erfüllen die Fangvorrichtung 4' und der Auslassstutzen 5', falls Tropfen der leichteren Flüssigkeit in den Raum darunter gelangen. Durch diese Vorabscheidung können, je nach der Grösse des Unterschiedes der spezifischen Gewichte der Gemisch anteile, Tropfen bis herunter zu 0,1 mm Durchmesser und sogar noch darunter separiert werden.
Hierauf tritt das so vorgereinigte Flüssigkeitsgemisch durch den gitterartigen Stützboden 7 in den Koagulationseinsatz 6 ein. Er enthält einen Wirkstoff 9 mit grosser Oberfläche, der zum leichteren Gemischanteil eine grössere Affinität als zum schwereren Gemischanteil aufweist. Dadurch werden auch die kleinsten Tröpfchen und sogar ein Teil des feinst dispergierten leichteren Gemischanteils bis herunter zur Grössenordnung von 10, an der freien Oberfläche des Wirkstoffes angelagert. Durch Kollision bilden sich immer grösser werdende Tropfen, die, sobald ihre Auftriebskraft gross genug ist, im Wirkstoff nach oben wandern und sich schliesslich ablösen. Sie steigen im schwereren Gemischanteil auf, werden in der Fangvorrichtung 11 gesammelt und durch den Auslass 12 abgeleitet.
Um die Trennung der beiden Flüssigkeiten zu gewährleisten und das Mitspülen der Tropfen des leichteren Gemischanteils durch die schwerere Flüssigkeit zu verhindern, wird die abströmende Flüssigkeit durch die den Einsatz übergreifende Fangvorrichtung umgelenkt. Der Strömungsquerschnitt an der Stelle 31 wird so bemessen, dass die Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist als die Steiggeschwindigkeit der auszuscheidenden Tropfen, die daher mit Sicherheit in die Fangvorrichtung gelangen. Der Einsatz wirkt wie ein Filter, von dem der schwerere Gemischanteil praktisch frei vom leichteren Gemischanteil abströmt.
Der Filter 13 ist nur vorgesehen, falls eine noch weitergehende Trennung und noch grössere Reinheit des schwereren Gemischanteils gefordert ist. Es können auch zwei oder mehrere Filter hintereinander angeordnet sein oder der Filtereinsatz geschichtet sein, wenn im schwereren Gemischanteil verschiedenartige Stoffe gelöst sind, die adsorbiert werden sollen. Handelt es sich um ein Öl-Wasser-Gemisch, so enthält beispielsweise das erste Filter Koks, um allenfalls noch vorhandene feinste Öltröpfchen aufzufangen, und das zweite Filter Aktivkohle oder aufgeschäumtes vulkanisches Gestein, um das im Wasser gelöste Öl auszuscheiden.
Normalerweise genügt das zweite Filter, denn schon das vom Einsatz 6 abströmende Wasser hat den Reinheitsgrad von Nutzwasser, und das aus dem Filter 13 austretende und durch den Auslassstutzen 15 aus der Trenn- und Reinigungseinrichtung abfliessende Wasser ist geschmacklich nicht mehr beeinträchtigt.
Sind in dem zu behandelnden Flüssigkeitsgemisch auch Feststoffe vorhanden, die leichter sind als das Ge misch, so können sie bereits im Vorratstank 23 an der Oberfläche abgeschöpft werden. Gelangt doch noch etwas von ihnen in den Behälter 1, so steigen diese Feststoffe nach oben und werden von der Fangvorrichtung 4 zusammen mit den grösseren Tropfen des leichteren Gemischanteils aufgenommen und abgeleitet. Feststoffe, die schwerer sind als das Flüssigkeitsgemisch, sinken gegen den Boden 16, setzen sich in den Sammlern 17 ab und werden von Zeit zu Zeit durch die Auslässe 18 entfernt. Der Zwischenboden dient dazu, die dauernde Strömung im Behälter von den angesammelten Feststoffen fernzuhalten.
Die trotzdem von der Strömung noch mitgeführten oder im Flüssigkeitsgemisch schwebenden, fein verteilten Feststoffe gelangen in den Einsatz 6, setzen sich an der freien Oberfläche des Wirkstoffes 9 ab, an dem sie haften bleiben und koagulieren, oder sie steigen mit dem leichteren Gemischanteil in die Fangvorrichtung 11 auf.
Durch das Haftenbleiben der Feststoffe am Wirkstoff wird dessen Fähigkeit, den feinverteilten leichteren Gemischanteil festzuhalten und in Tropfenform abzugeben, stark beeinträchtigt, so dass er seine Aufgabe nicht mehr voll erfüllen kann. In solchen Fällen war es bisher notwendig, den Einsatz oder das Filter auszubauen und zu reinigen oder zur Abkürzung der Betriebsunterbrechung auszutauschen. Prinzipiell wäre das auch bei der erfindungsgemässen Einrichtung möglich, die zweckmässig so gestaltet ist, dass alle Bauteile auf einfachste Weise nach oben ausbaubar sind. Es ist aber ein wesentlicher Teil der Erfindung, dass Mittel vorgesehen sind, um den Einsatz innerhalb des Behälters zu reinigen, ja ihn dabei sogar in unveränderter Betriebslage zu belassen.
Ist der Wirkstoff späneartig oder bildet sonst eine kompakte Masse, so können Rohre oberhalb des Einsatzes angeordnet sein, um nach Entleerung des Behälters eine Flüssigkeit von oben auf den Wirkstoff zu bringen und ihn so entgegen der normalen Durchströmrichtung zu waschen. Die Flüssigkeit kann auch unter Druck von unten auf den Wirkstoff gespritzt werden, damit die Strahlen auf die am meisten verlegten Stellen treffen. Die Reinigung des Innern des Wirkstoffes wird aber immer Schwierigkeiten bereiten, oftmals sogar unmöglich sein, doch hängt dies unter anderem von der Art und Konsistenz der Ablagerungen ab, ferner von der erodierenden Strahlwirkung und der Lösungsfähigkeit der Flüssigkeit. Der Reinigungsvorgang kann unter diesen Umständen einen erheblichen Zeitaufwand erfordern.
Eine wesentliche Verbesserung ergibt sich, wenn der Wirkstoff stückig ist, z. B. körnig ist oder die Form von Raschigringen hat, die die Eigenschaft haben, untereinander nicht zu verklemmen, oder aus Ringen mit profiliertem Querschnitt besteht, um eine besonders grosse Oberfläche zu erhalten. Der Wirkstoff kann bei dieser Gestaltung durch abwechselndes Neigen nach zwei Seiten, durch Rütteln oder auch durch Rotation des ganzen Einsatzes gereinigt werden, ohne dass dazu der Behälter geleert werden muss. Besonders wirkungsvoll ist es, wenn der stückige Wirkstoff durch Flüssigkeitsstrahlen in Bewegung gesetzt wird. Für diesen Zweck können beispielsweise Druckrohre nahe dem Stützboden derart angeordnet sein, dass die austretenden Flüssigkeitsstrahlen entlang den Wänden des Einsatzes streichen. Eine noch bessere Möglichkeit ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Richtung der aus den Druckrohren 10 austretenden Flüssigkeitsstrahlen sind durch Pfeile angegeben. Druck und Menge jedes Strahls sind so bemessen, dass er die getroffenen Teile des Wirkstoffes wegspülen kann. Die Strahlen aus dem mittleren Rohr sind nach oben gerichtet. Sie führen die getroffenen Teile des Wirkstoffes nach oben, die dort nach beiden Seiten abgelagert werden, an den Wänden nach unten sinken und von neuem mitgespült werden. So entsteht im Wirkstoff nach beiden Seiten eine rotierende Bewegung, die durch die aus den beiden seitlichen Druckrohren austretenden, gegen das Mittelrohr gerichteten Strahlen noch unterstützt und verstärkt wird.
Bei allen diesen Vorgängen zur Reinigung des Einsatzes sinken die vom Wirkstoff losgelösten schwereren Ablagerungen in Stück- oder Flockenform nach unten ab, werden in den Sammlern 17 aufgefangen und nach aussen abgeleitet. Die leichteren Ablagerungen werden mit den beim Reinigungsvorgang sich vom Wirkstoff loslösenden Tropfen verschiedenster Grösse des auszuscheidenden Gemischanteils nach oben mitgeführt und gelangen mit diesem in die Fangvorrichtung 11. Somit wird das nachgeschaltete Adsorptionsfilter 13 durch den Reinigungsvorgang nicht belastet. Sollten die in den Sammlern 17 anfallenden, normalerweise schlammartigen Ansammlungen sehr zähe sein oder zu Krustenbildung neigen, so ist es notwendig, für die Entleerung der Sammler die Ablagerungen vorher aufzulockern und gegebenenfalls noch nachzuwaschen.
Diesem Zwecke dienen die Spülrohre 19, die mit einer geeigneten Flüssigkeit beaufschlagt werden. Die Wahl der Flüssigkeit für die Beaufschlagung der Druck- und Spülrohre steht frei.
In Sonderfällen kann es vorkommen, dass besondere Flüssigkeiten gewählt werden müssen. Im allgemeinen wird es aber genügen und ausserdem beachtliche Vorteile bieten, das Flüssigkeitsgemisch selbst dafür zu verwenden. Es kann aus dem Vorratstank 23 angesaugt werden, doch ist es zweckmässiger, es einer Zone des Behälters vor dem Einsatz zu entnehmen, wo das Gemisch wenigstens teilweise schon frei von gröberen Feststoffen und grösseren Tropfen der auszuscheidenden Flüssigkeit ist. Günstig ist es, das Gemisch durch den Einlassstutzen 2 aus dem Behälter zu entnehmen, wodurch ein Grossteil der für die Beschickung des Behälters vorhandenen Förder- und Leitungsmittel auch für diese Aufgabe verwendet werden können. Zu diesem Zwecke ist die Förderrichtung der Pumpe 27 umkehrbar.
Sie saugt das Gemisch über die Leitung 26 aus dem Behälter 1 an und es bedarf nur noch einer entsprechenden Einstellung des Vierwegschiebers 21, um das Gemisch entweder über die Leitung 24 in die Druckrohre 10 oder über die Leitung 25 in die Spülrohre 19 zu drücken. Auf diese Weise wird das Gemisch in einem geschlossenen Kreislauf geführt und das an diesen Vorgängen beteiligte oder von ihnen betroffene Gemischvolumen wird klein gehalten.
Aus dem Beschickungsgefäss 29 kann eine mit Hilfe des Ventils 30 steuerbare Menge von Detergentien oder anderen Additiven durch die Zubringerleitung 28 dem Gemisch zugesetzt werden. Auch wäre es möglich, mit der Pumpe 27 die schlammigen Feststoffablagerungen durch die Auslässe 18 abzusaugen, doch wäre dazu eine Sammelleitung beispielsweise zu einem Umschaltorgan in der Leitung 25 und ein weiteres Umschaltorgan in der Leitung 26 mit einer Ableitung nötig. Eine weitere Variante bestünde noch darin, die Pumpe nur für die Beschickung der Druck- und Spülrohre zu verwenden, nicht aber für die Förderung des frischen Gemi schon zum Behälter. Statt dessen müsste ein Hochtank für das vorrätige Gemisch vorgesehen werden, das dann unter natürlichem Druck dem Behälter zufliessen kann.
Der Wirkstoff 9 im Einsatz 6 wird üblicherweise schwerer als der schwerere Gemischanteil sein, er könnte aber auch leichter sein. In diesem Falle müssten nur die Drucl;rohre 10 anders angeordnet sein und die Rich- tung der austretenden Flüssigkeitsstrahlen entsprechend angepasst werden. Die Art des Wirkstoffes hängt natürlich von den Eigenschaften der zu trennenden Flüssigkeiten ab. Für Wasser-Kohlenwasserstoff-Gemische haben sich Polytetrafluoräthylen, ferner Polypropylen, Polyvinylchlorid hart und Polyacetalharz besonders bewährt.
Gelegentlich kann es zweckmässig sein, wenn unter der Fangvorrichtung 4' ein weiterer Einlass angeordnet ist, was sich besonders bei grossem Durchsatz günstig auswirkt, weil dann die Strömungsgeschwindigkeit in der Beruhigungsstrecke nur mehr halb so gross ist. Die Möglichkeit, den Behälter nur von einer Seite aus zu beschicken, bleibt dann noch immer offen. Sollte ausschliesslich dieser Fall vorgesehen sein, so kann die Fangvorrichtung 4 gegen die andere Seite hin verlängert werden, bis sie unter die Fangvorrichtung 4' reicht, um auf diese Weise die Beruhigungsstrecke zu verlängern.
Es ist von Vorteil, wenn das Flüssigkeitsgemisch den Behälter von unten nach oben durchströmt, weil dadurch z. B. die Loslösung der im Wirkstoff gebildeten Tropfen erleichtert wird. Es ist aber auch jede andere Durchströmrichtung möglich, was allerdings eine andere Ausbildung und Anordnung der einzelnen Bauelemente erfordert. Ferner kann der Behälter viereckig oder rund sein oder eine andere Formgebung aufweisen.
Das gleiche gilt für den Einsatz. Auch er könnte, während er in der Zeichnung viereckig vorausgesetzt ist, beispielsweise rund sein mit trichterförmig gegen die Mitte abfallendem Boden, in dessen Mitte ein Druckrohr mündet, aus dem der Flüssigkeitsstrahl axial austritt.
Die Fangvorrichtung 11 kann verschiebbar sein, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, den Ablaufquerschnitt aus dem Einsatz 6 zu verändern und so eine Regelung der Durchflussmenge vorzunehmen, die sonst durch Änderung der Drehzahl der Förderpumpe oder durch ein Drosselorgan in den Verbindungsleitungen vom Vorratstank zum Behälter vorgenommen werden kann. Auch lässt sich die Fangvorrichtung 11 auf den Einsatz 6 aufsetzen und so ein Abfliessen oder Absaugen von Flüssigkeit über die obere Einsatzkante verhindern, was beim Reinigen des Wirkstoffes vorteilhaft sein kann.
Die Auslässe 5 und 12 für die ausgeschiedene Flüssigkeit werden zweckmässigerweise mit einem Steigkanal oder einer Steigleitung mit anschliessendem Überlauf verbunden. Dadurch ist die Höhe der Flüssigkeitssäule des abgetrennten Gemischanteils genau bestimmt und sein Flüssigkeitsspiegel im Behälter regelt sich selbst ein.
Dies kann auch mit einer Warneinrichtung oder einer automatischen Abschaltung der Förderpumpe verbunden sein, wenn z. B. der Strömungsweg durch den Wirkstoff im Einsatz 6 zu stark verlegt wird, der Druck vor dem Einsatz unzulässig lansteigt und frisches Gemisch durch den Auslass 5 in die Steigleitung gelangt.
Die erfindungsgemässe Trenn- und Reinigungseinrichtung ist für Flüssigkeitsgemische geeignet, die sowohl schwebende als auch solche Feststoffe enthalten, welche sich auf einer Beruhigungsstrecke absetzen. Es ist dazu keine Vorschaltung von Reinigungsfiltern notwendig, sondern das Gemisch wird ohne Vorbehandlung direkt dem Behälter der Einrichtung zugeführt. Die Abscheidung- der Schwebestoffe erfolgt in einem für die Trennung der leichteren Flüssigkeit aus dem Gemisch ohnehin vorhandenen Einsatz und bedeutet keine nach Möglichkeit zu vermeidende Betriebsstörung mehr, sondern ist in den gesamten Trenn- und Reinigungsvorgang einkalkuliert, indem der Einsatz, ohne ihn wie bisher ausbauen zu müssen, innerhalb des Behälters, sogar in unveränderter Betriebslage, gereinigt werden kann.
Die unvermeidlichen Betriebsunterbrechungen - falls nicht auf eine Reserve einrichtung umgeschaltet wird - dauern nur mehr einen Bruchteil so lange wie bei den bekannten Einrichtungen, wodurch Leistungsfähigkeit und Wirtschaftleichkeit ansteigen. Ausserdem ist die erfindungsgemässe Einrichtung durch eine geschickte, kompakte Zusammenfassung aller notwendigen Bauelemente wesentlich kleiner als vergleichbare bekannte Einrichtungen; trotzdem erfolgt die Reinigung der Flüssigkeiten und die Trennung der Gemischanteile mit grössterExaktheit und Verlässlichkeit.
Separation and cleaning device for a liquid mixture that also contains solids
The invention relates to a separation and cleaning device for separating a lighter liquid from a liquid mixture consisting of at least two liquids of different specific gravity, also containing solids, in particular a water-hydrocarbon mixture, with a container to which the mixture is fed through an inlet and from which the separated mixture portions are discharged through outlets.
A separator for oil-water mixtures with funnel-like, nested internals is known, which overlap radially far, alternately free annular gaps on the inner and outer circumference for the mixture to pass through and serve as baffles for rising oil drops. With this demixer you can; Due to the general direction of flow of the mixture from top to bottom, only large oil drops or accumulations are excreted; which collect in the upper part of the separator. Smaller drops of oil are carried along by the current and drained away from the separator with the water.
In a known device for separating liquid petroleum products and water, the mixture is passed through chips made of a polymerized carbon-fluorine compound which fill a large part of the housing or an inserted cage and on which the petroleum products are deposited. This creates oil droplets that rise to the surface and are skimmed off there. Such devices are well suited for mixtures in which the oil forms only small drops or is finely dispersed.
However, if the mixture contains larger oil droplets or even oil accumulations, the free surfaces or even the flow paths in the chips are quickly relocated and the device is largely ineffective for separating the dispersed oil.
A cascade separator is also known with several filters through which a petroleum product-water mixture flows in succession and which contain a substance which has a higher wetting capacity for oil than for water. Here, too, the oil drops rising from the filters are picked up by catching devices, one of which can be arranged in front of the first filter, so that larger oil drops or oil collections are caught immediately after the mixture enters the container. A coarse filter can be switched on in the supply line to the container in order to hold back solid impurities.
Such coarse filters can of course be connected upstream of each separator or separator, but this is associated with a pressure loss, which requires a higher expenditure of energy for the mixture delivery. Furthermore, such auxiliary devices mean additional space requirements and construction costs, that is to say higher system costs. What is decisive, however, is that the coarse filters do not catch the fine solids that are carried along with them and are suspended in the mixture and thus cannot be kept from the device. They either pass through the separator unhindered or, if filters are installed, they are deposited in it, whereby the free surface necessary for the precipitation and collection of the oil droplets is covered by solids after a certain time and the filter therefore loses its effectiveness significantly.
They then have to be removed and cleaned, which is associated with a business interruption.
As a remedy, it would be possible to connect a fine filter upstream. However, this would increase the space requirement and the construction costs even more, and it would also be inevitable that the fine filter would inefficiently take on the function of the filter in the separator, in that oil droplets and, above all, oil accumulations carried along in the mixture would also collect in it. The result would be even faster clogging of the upstream filter and removal, cleaning and operational interruption at even shorter intervals.
The present invention has set itself the task of avoiding the disadvantages of the known ent mixer and separator and of creating a powerful separating and cleaning device with the smallest possible structural volume and the shortest possible operational interruptions for a liquid mixture in which the mixture to be separated is dispersed in droplets and is optionally present in clusters and which also contains finely divided solids or in a coarser form.
This object is achieved by a combination of the following features: a filter-like coagulation insert, the one
Contains active ingredient with a large surface area which has a greater affinity for the lighter mixture to be excreted than for the heavier mixture fraction; - A safety gear that spans the use for those in the heavier proportion of the mixture, im
Insert formed drops of lighter liquid; - At least one collector for sinking solids upstream of the insert in the direction of flow; - Means for cleaning the insert inside the container.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment is shown schematically.
The container 1 is provided with the nozzle 2 through which the liquid mixture enters, which flows through the container in the direction indicated by arrows 3 essentially from bottom to top. The safety device 4 and, symmetrically to it, the further safety device 4 ', the highest points of which are each connected to an outlet nozzle 5 or 5', are arranged above the inlet. The filter-like insert 6, which has a space delimited by the support base 7 and the cover sieve 8 and which is for the most part filled with the lumpy active substance 9, rests on the two catching devices with a good seal. The support base 7 is designed in the manner of a grid and has the shape of a W, at whose kink points the pressure pipes 10 are arranged.
The insert 6 spans the catching device 11, which still engages over it and which is provided with an outlet 12 at its uppermost point. Whether your filter 13 is still arranged. The uppermost part of the container 1 lying above the filter is closed off by the cover 14 and provided with the outlet connection 15.
The bottom 16 of the container 1 is inclined and roof-shaped, whereby the collectors 17 are formed.
The flushing pipes 19 are arranged near their lowest points, which are provided with the outlets 18. Collectors and flushing pipes are covered by the sieve intermediate floor 20.
Four connecting lines meet in the four-way slide valve 21. The line 22 is connected to the storage tank 23, which is used to receive the liquid mixture to be treated. The line 24 leads to the pressure pipes 10, the line 25 to the flushing pipes 19, the line 26 to the inlet port 2. The pump 27 is switched on in the line 26, the direction of delivery of which is reversible, as is known, for example, from screw pumps. The feed line 28, coming from the charging vessel 29, opens into the line 26; the flow rate is controlled by valve 30.
During operation of the device, the liquid mixture, which consists of at least two liquids with different specific gravity, is sucked in by the pump 27 from the storage tank 23 via the line 22 and the four-way valve 21 and pressed through the line 26 and the inlet nozzle 2 into the container 1 to continue following the direction of arrows 3. The space under the safety gear 4 serves as a calming section for the incoming mixture. The flow can spread and is delayed, so that larger drops and accumulations of the lighter mixture to be excreted have the opportunity to rise due to the natural buoyancy.
They are collected in the safety device 4 and diverted through the outlet connection 5. The catching device 4 'and the outlet nozzle 5' fulfill the same function if drops of the lighter liquid get into the space below. This pre-separation allows, depending on the size of the difference in the specific weights of the mixture components, to be separated drops down to 0.1 mm in diameter and even less.
The liquid mixture, which has been pre-cleaned in this way, then enters the coagulation insert 6 through the grid-like support base 7. It contains an active ingredient 9 with a large surface area, which has a greater affinity for the lighter mixture portion than for the heavier mixture portion. As a result, even the smallest droplets and even part of the finely dispersed lighter mixture portion down to the order of magnitude of 10 are deposited on the free surface of the active ingredient. As a result of collision, droplets that are getting bigger and bigger are formed, which, as soon as their buoyancy is great enough, migrate upwards in the active ingredient and finally detach. They rise in the heavier proportion of the mixture, are collected in the safety device 11 and diverted through the outlet 12.
In order to ensure the separation of the two liquids and to prevent the drops of the lighter portion of the mixture from being flushed with the heavier liquid, the outflowing liquid is deflected by the catch device that extends over the insert. The flow cross-section at the point 31 is dimensioned so that the flow speed is less than the rate of rise of the drops to be separated, which therefore reach the catching device with certainty. The insert acts like a filter, from which the heavier part of the mixture flows off practically free of the lighter part of the mixture.
The filter 13 is only provided if an even more extensive separation and even greater purity of the heavier mixture portion is required. Two or more filters can also be arranged one behind the other or the filter insert can be layered if different substances are dissolved in the heavier mixture that are to be adsorbed. In the case of an oil-water mixture, the first filter contains coke, for example, in order to collect any fine oil droplets that may still be present, and the second filter contains activated carbon or foamed volcanic rock to separate the oil dissolved in the water.
Normally the second filter is sufficient, because the water flowing out of the insert 6 has the same purity as industrial water, and the water emerging from the filter 13 and flowing out of the separating and cleaning device through the outlet connection 15 is no longer impaired in taste.
If solids are also present in the liquid mixture to be treated, which are lighter than the mixture, they can already be skimmed off in the storage tank 23 at the surface. If some of them still get into the container 1, these solids rise to the top and are picked up and diverted by the catching device 4 together with the larger drops of the lighter mixture portion. Solids that are heavier than the liquid mixture sink towards the bottom 16, settle in the collectors 17 and are removed through the outlets 18 from time to time. The intermediate floor serves to keep the constant flow in the container away from the accumulated solids.
The finely divided solids still carried by the flow or floating in the liquid mixture get into the insert 6, settle on the free surface of the active ingredient 9, to which they adhere and coagulate, or they rise with the lighter mixture portion into the catching device 11 on.
As the solids adhere to the active ingredient, its ability to hold onto the finely divided, lighter mixture portion and release it in the form of drops is severely impaired, so that it can no longer fully fulfill its task. In such cases it was previously necessary to remove and clean the insert or the filter or to replace it to shorten the interruption in operation. In principle, this would also be possible with the device according to the invention, which is expediently designed in such a way that all components can be removed upwards in the simplest possible way. However, it is an essential part of the invention that means are provided to clean the insert inside the container, and even to leave it in an unchanged operating position.
If the active substance is in the form of chips or otherwise forms a compact mass, pipes can be arranged above the insert in order to bring a liquid onto the active substance from above after the container has been emptied and thus wash it against the normal flow direction. The liquid can also be injected onto the active ingredient from below under pressure so that the rays hit the most misplaced areas. However, cleaning the inside of the active ingredient will always cause difficulties, often even impossible, but this depends, among other things, on the type and consistency of the deposits, as well as on the eroding jet effect and the dissolving power of the liquid. The cleaning process can take a considerable amount of time under these circumstances.
A substantial improvement results when the active ingredient is lumpy, e.g. B. is grainy or has the shape of Raschig rings, which have the property of not jamming with each other, or consists of rings with a profiled cross-section to obtain a particularly large surface. With this design, the active ingredient can be cleaned by alternately tilting it to two sides, by shaking or by rotating the entire insert without having to empty the container. It is particularly effective when the lumpy active ingredient is set in motion by jets of liquid. For this purpose, for example, pressure pipes can be arranged near the support base in such a way that the exiting jets of liquid brush along the walls of the insert. An even better option is shown in the drawing.
The direction of the jets of liquid emerging from the pressure pipes 10 are indicated by arrows. The pressure and amount of each jet are measured so that it can wash away the affected parts of the active ingredient. The rays from the central tube are directed upwards. They lead the affected parts of the active ingredient upwards, which are deposited there on both sides, sink down on the walls and are washed up again. This creates a rotating movement in the active ingredient on both sides, which is further supported and intensified by the jets emerging from the two side pressure pipes and directed towards the central pipe.
In all of these processes for cleaning the insert, the heavier deposits detached from the active substance sink down in lump or flake form, are collected in the collectors 17 and diverted to the outside. The lighter deposits are carried upwards with the drops of various sizes of the mixture portion to be separated that are detached from the active ingredient during the cleaning process and get into the catching device 11 with them. Thus, the downstream adsorption filter 13 is not burdened by the cleaning process. If the normally sludge-like accumulations occurring in the collectors 17 are very viscous or tend to form crusts, it is necessary to loosen the deposits beforehand and, if necessary, to wash them off before emptying the collectors.
The flushing pipes 19, which are exposed to a suitable liquid, serve this purpose. The choice of the liquid for the application of the pressure and flushing pipes is free.
In special cases it can happen that special liquids have to be selected. In general, however, it will be sufficient and also offer considerable advantages to use the liquid mixture itself for this purpose. It can be sucked from the storage tank 23, but it is more expedient to take it from a zone of the container before use where the mixture is at least partially free of coarser solids and larger drops of the liquid to be separated. It is beneficial to remove the mixture from the container through the inlet port 2, whereby a large part of the conveying and conduit means available for loading the container can also be used for this task. For this purpose, the conveying direction of the pump 27 can be reversed.
It sucks the mixture in from the container 1 via the line 26 and all that is required is a corresponding adjustment of the four-way slide valve 21 in order to press the mixture either via the line 24 into the pressure pipes 10 or via the line 25 into the flushing pipes 19. In this way, the mixture is conducted in a closed circuit and the mixture volume involved in these processes or affected by them is kept small.
An amount of detergents or other additives that can be controlled with the aid of the valve 30 can be added to the mixture through the feed line 28 from the charging vessel 29. It would also be possible to suck off the sludge solid deposits through the outlets 18 with the pump 27, but this would require a collecting line, for example to a switching element in the line 25 and another switching element in the line 26 with a discharge line. Another variant would be to use the pump only for charging the pressure and flushing pipes, but not for conveying the fresh vegetables to the container. Instead, an elevated tank would have to be provided for the mixture in stock, which can then flow into the container under natural pressure.
The active ingredient 9 in the insert 6 will usually be heavier than the heavier mixture portion, but it could also be lighter. In this case, only the pressure tubes 10 would have to be arranged differently and the direction of the exiting liquid jets adapted accordingly. The type of active ingredient naturally depends on the properties of the liquids to be separated. For water-hydrocarbon mixtures, polytetrafluoroethylene, also polypropylene, hard polyvinyl chloride and polyacetal resin have proven particularly useful.
Occasionally it can be useful if a further inlet is arranged under the safety device 4 ', which has a favorable effect especially with a high throughput, because then the flow speed in the calming section is only half as great. The option of loading the container from one side only remains open. If only this case is provided, the safety device 4 can be extended towards the other side until it reaches under the safety device 4 'in order to lengthen the calming section in this way.
It is advantageous if the liquid mixture flows through the container from bottom to top, because this z. B. the detachment of the drops formed in the active ingredient is facilitated. However, any other flow direction is also possible, which, however, requires a different design and arrangement of the individual components. Furthermore, the container can be square or round or have a different shape.
The same goes for use. While it is assumed to be square in the drawing, it could also be round, for example, with a funnel-shaped bottom sloping towards the center, in the center of which a pressure pipe opens out, from which the liquid jet exits axially.
The safety device 11 can be displaced, which gives the opportunity to change the drainage cross-section from the insert 6 and thus to regulate the flow rate, which would otherwise be done by changing the speed of the feed pump or by a throttle element in the connecting lines from the storage tank to the container can. The catch device 11 can also be placed on the insert 6 and thus prevent liquid from flowing off or sucking off over the upper edge of the insert, which can be advantageous when cleaning the active substance.
The outlets 5 and 12 for the excreted liquid are expediently connected to a riser duct or a riser pipe with a subsequent overflow. As a result, the height of the liquid column of the separated portion of the mixture is precisely determined and its liquid level in the container regulates itself.
This can also be associated with a warning device or an automatic shutdown of the feed pump, if z. B. the flow path through the active ingredient in the insert 6 is laid too strongly, the pressure increases inadmissibly before use and fresh mixture passes through the outlet 5 into the riser.
The separating and cleaning device according to the invention is suitable for liquid mixtures which contain both suspended solids and solids which settle on a calming section. No upstream cleaning filters are necessary for this, but the mixture is fed directly to the device's container without pre-treatment. The separation of the suspended matter takes place in an insert that is already available for the separation of the lighter liquid from the mixture and no longer means an operational disruption that should be avoided if possible, but is factored into the entire separation and cleaning process by removing the insert as before to have to be cleaned within the container, even in the same operating position.
The inevitable business interruptions - if not switched to a reserve facility - only last a fraction as long as with the known facilities, which increases efficiency and economic equality. In addition, the device according to the invention is much smaller than comparable known devices due to a clever, compact combination of all necessary components; Nevertheless, the cleaning of the liquids and the separation of the mixture components are carried out with the greatest precision and reliability.