CN102123776A - 三相多级分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置(10)，其包括用于三相混合物的入口区域(12)、用于富含固体的馏分的出口(14)、用于液体的出口(16)、在形成包含液体和固体的两相混合物的情况下从所述三相混合物中分离出气体的第一分离器(18)和用于从在所述第一分离器(18)中形成的二相混合物中分离出固体的第二分离器(20)，其中，所述第一分离器(18)和所述第二分离器(20)分别具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片(24)的薄片块(22)，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道(26)，其中，这样设计第一分离器(18)，使得通过所述入口区域(12)进入的混合物在至少两个流动通道(26)中，相对垂直线从上到下导引，其中，所述第二分离器(20)这样设计，并且相对第一分离器(18)这样布置，使得从所述第一分离器(18)中排出的所述二相混合物，相对垂直线从下部进入所述第二分离器(20)的至少两个流动通道(26)中，并且在这两个流动通道中向上导引，其中，所述三相分离装置(10)这样设计，使得所述三相混合物仅可通过所述入口区域(12)进入所述三相分离装置的第一分离器(18)中。

Description

三相多级分离装置
本发明涉及一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，一种包括这种三相分离装置的反应器以及一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法。
在众多技术领域中已应用过用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，例如用于生物净化废水或工艺用水。在生物净化废水或工艺用水时，待净化的废水或工艺用水与好氧或厌氧性微生物接触，好氧微生物主要将废水中的有机污物分解为二氧化碳和水，厌氧性微生物主要将废水中的有机污物分解为二氧化碳和甲烷。在此，一般通过在反应器下方区域中的入口不断地将待净化的废水或工艺用水输送给相应的、进行生物净化的反应器，并且导引该待净化的废水或工艺用水经过位于入口上面的沉积座，该沉积座根据废水的特性和方法包含微生物粒子(Mikroorganismenpellet)或微生物絮凝(Mikroorganismenflocke)。在此，在好氧性废水或工艺用水净化中必须将微生物生长所需要的、通常为空气形式的氧气输送给反应器，其中，在反应器工作时所述空气以气泡的形式至少部分地积聚到微生物团块上。与之相区别，厌氧性废水或工艺用水的净化在没有氧气的情况下进行，然而厌氧性微生物在分解待净化的废水或工艺用水中所含的有机化合物时尤其产生含有甲烷和二氧化碳的气体，这也称作生物气体，其部分地以小泡的形式积聚到微生物粒子上，并且部分地以自由小气泡的形式在反应器中上升。由于积聚的小气泡，微生物粒子或絮凝的比重下降，因此，至少一部分粒子或絮凝在反应器中上升。所以，既在厌氧也在好氧废水或工艺用水的净化中，在反应器中形成含水、微生物粒子和气体(泡)的三相混合物，在反应器上方区域内必须从该三相混合物中分离出气体和固体，以便净化的水例如可以通过一个或多个溢流口从反应器中输出。
为了从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体，US5,855,785提出一种三相分离装置，其包括气体罩，在该气体罩的下方区域内设有一个或多个倾斜布置的薄片，从而引起围绕该薄片的液体流，这应保证在薄片的上部进行良好的气体/液体分离。在这种三相分离装置工作时，从垂直线方向看，在至少一个薄片上从上向下导引含有液体、气体和固体的三相混合物，其中，在薄片的上端将气体从三相混合物中分离出，并且通过薄片下端的固体沉积到反应器底部实现从混合物中分离出固体，而已经净化的水在反应器中上升。
然而这种三相分离装置的缺点在于，通过微生物粒子的下沉，固体材料的分离从反应器中薄片的下端部向下进行。因此，反应器中足够小的流速是有效分离固体的先决条件，因为否则粒子会被液体流向上带走。因此，应用前述三相分离装置的方法局限于较低的液体流速上，所以，通过该方法，相对于反应器体积，只能在单位时间和单位反应器体积内净化少量的水，并且限制了方法应用上的灵活性。前述三相分离装置的另一缺点在于，三相分离装置只不充分地分离了在三相混合物中含有的气体和其中含有的固体，所以从反应器中导出的水仅具有较小的纯度。
由WO 96/32177公开了一种三相分离装置，其包括大量分别相互平行、相对垂直线倾斜向上布置的、带V形横截面的罩，其中，在罩的上部区域内设有水平布置的、水平地延伸经过罩边缘的气体盖。在该装置工作时，三相混合物通过入口区域引入三相分离装置，以便随后从下向上导引经过设置在各罩之间的流动通道。混合物中含有的较重的固体在这种导引中从下向上沉积，而在混合物中含有的较轻的固体和气体在气体盖中被截住，并且从该处导出分离装置。
已述分离装置的缺点在于，主要在气体盖中并且因此同时进行包含在三相混合物中的固体和气体的分离。然而通过设置在各罩之间的流动通道的流速越大，从混合物中分离出气体和固体的程度越不充分，因为随着流度的增加，一部分固体以及积聚在其上的小气泡从气体壳的旁边导引经过，并因此留在液体中。因此，应用上述三相分离装置的方法限制在低液流速度上，所以，通过该方法，相对于反应器体积，在单位时间和单位反应器体积内仅可以净化少量的水，并且严重限制了方法使用的灵活性。此外，通过已述的分离装置仅能实现从三相混合物中不充足地分离出气体和固体。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，该三相分离装置能以较高的液体流速工作，从而可以在单位时间和单位反应器体积内净化大量的三相混合物，并且实现将气体和固体完全地或至少近乎完全地从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出，以及提供一种相应的用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法。
按本发明该技术问题通过提供一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置解决，其包括：
-用于三相混合物的入口区域，
-用于富含固体的馏分的出口，
-用于液体的出口，
-在形成包含液体和固体的两相混合物的情况下从三相混合物中分离出气体的第一分离器，其中，第一分离器构成用于三相混合物的入口区域或与用于三相混合物的入口区域连接，其中，第一分离器具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片的薄片块，在各薄片之间分别构成一个流动通道，以及其中，这样设计第一分离器，使得通过入口区域进入的混合物在至少两个流动通道中相对垂直线从上到下导引，以及
用于从在第一分离器中形成的二相混合物中分离出固体的第二分离器，其中，第二分离器具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片的薄片块，在各薄片之间分别构成一个流动通道，以及其中，第二分离器这样设计，并且相对第一分离器这样布置，使得从第一分离器中排出的二相混合物相对垂直线从下部进入第二分离器的至少两个流动通道中，并且在这两个流动通道中向上导引，
其中，这样设计三相分离装置，使得三相混合物仅可以通过入口区域进入三相分离装置的第一分离器。
通过三相分离装置包括两个不同的分离器，亦即，包括一个至少具有一个薄片块的第一分离器和一个至少具有一个薄片块的第二分离器，第一分离器的至少三个薄片这样布置，使得三相混合物相对垂直面从上向下流过各薄片之间构成的流动通道，第二分离器的至少三个薄片这样布置，使得三相混合物相对垂直面从下向上流过各薄片之间构成的流动通道，实现了在第一分离器中从三相混合物中出色地分离出气体，并且在第二分离器中从第一分离器导出的两相混合物中出色地分离出固体，使得在三相分离装置中实现至少几乎完全地从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体。此外，通过三相分离装置的这种设计，即三相混合物仅可以通过入口区域进入三相分离装置的第一分离器，从而实现防止从第一分离器中排出的两相混合物被气体污染，因为三相混合物不会进入第二分离器，这有益于在三相分离装置中完全地分离出气体和固体。此外也可以实现按本发明的三相分离装置以较高的液体流度运行，所以可以在单位时间和单位反应器体积内净化大量的三相混合物。此外，通过设置两个不同的分离器，其中之一，即第一分离器，首先从三相混合物中分离出气体，而在第二分离器中，固体从由第一分离器中导出的二相混合物中分离，可以实现独立地设置第一分离器中的通流速率，并且尤其高于第二分离器中的通流速率，这会在方法实施方面具有突出的灵活性并且优化了净化效率。因此，总之，按本发明的三相分离装置实现了至少几乎完全地从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离气体和固体，其中，通过该三相分离装置在单位时间和单位反应器体积内可以净化大量的三相混合物。
在本发明中，薄片可以与该术语的一般定义一致地理解为长薄板，而术语薄片块是指平面相互平行或近似平行布置的多个薄片，其中，仅其边缘指向外。
为了实现三相分离装置较高的分离能力在本发明思想的改进设计中建议，第一分离器包括至少一个薄片块，其由3到15个，特别优选由5到10个相互平行的薄片构成，在各薄片之间分别构成一个流动通道。出于相同的原因，优选第二分离器包括至少一个薄片块，其由3至60个，特别优选由5到25个，相当特别地优选由10到20个相互平行的薄片构成，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道。
按本发明的另一种优选的实施形式，第一分离器和/或第二分离器的至少一个薄片块的各薄片相对水平面具有20至100度之间的倾角(α)。因此，可以达到分离器较高的分离效率，亦即，在第一分离器中较高的气体分离效率和在第二分离器中较高的固体分离效率。
若至少一个薄片块的相互平行的各薄片相对水平面具有20至80度之间，优选40至60度之间的倾角(α)，对于第二分离器而言尤其可获得良好的分离效率。
原则上，第一分离器的至少一个薄片块的各薄片也可以相对水平面具有前述的倾角(α)，也就是说20至80度，优选40到60度。然而，在本发明的范围内被惊人地证实，若第一分离器的至少一个薄片块的相互平行的各薄片相对水平面具有80至100度之间，优选大约90度，特别优选正好是90度的倾角(α)，则在第一分离器中实现从三相混合物中出色地进行气体分离。
优选地，用于三相混合物的、尤其优选由至少一个第一分离器构成的入口区域在三相分离装置中，相对其横截面布置在外面或在带圆形横截面的三相分离装置中布置在沿径向的外面。由此实现，在入口区域内专用于三相混合物的边界面很大，从而进一步有利于从三相混合物中出色地分离气体和固体。
在较高的分离能力并且尤其在三相分离装置较高的特殊通流速率方面，按本发明另一种优选的实施形式优选的是，第一分离器包括至少两个薄片块，其分别具有至少三个相互平行的、之间分别构成流动通道的薄片，其中，各薄片块的薄片相对水平面优选具有20至100度之间的倾角(α)，尤其优选地具有80至100度之间的倾角(α)，相当特别优选地具有90度的倾角(α)。这使得第一分离器的各薄片块可以在三相分离装置的外部区域内相对其横截面均匀地分布，从而三相混合物不仅可以通过三相分离装置的一侧进入，而是可以通过三相分离装置的多个侧面进入。
为了实现尤其均匀地将三相混合物注入到三相分离装置的外圆周上，在本发明思想的改进设计中建议，第一分离器包括至少四个薄片块，其中，各薄片块以其至少一个侧面与另一个薄片块的侧面相邻，并且三相分离装置中的各薄片块优选相对该装置的横截面布置在外面。在此，优选第一分离器的至少四个薄片块这样相互连接，使得薄片块从三相分离装置的横截面看以带至少四个角的多边形的形状布置。此外，在该实施形式中，也可以在各薄片块之间设计一个壁或多个壁，使得薄片块和至少一个壁从三相分离装置的横截面看，以带至少四个角的多边形的形状布置。由此实现，三相混合物可以通过三相分离装置的所有侧面均匀地进入三相分离装置。
在上述的实施形式中，第一分离器例如可以包括四个薄片块，其中，各薄片块以其两个侧面中的每个侧面与另一薄片块的侧面邻接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以菱形的形状布置。
与之不同地，第一分离器也可以包括六个薄片块，其中，各薄片块的两侧面中的每个侧面都与另一薄片块的侧面邻接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以六边形的形状布置。
根据上述实施形式的另一种变型方案，第一分离器可以包括四个薄片块，其中，每两个薄片块以其两个侧面中的一个相对薄片块的纵向成10到80度倾角地相互邻接，并且由两个这样相邻接的薄片块构成的两个薄片块组分别通过一个连接薄片块组的侧面的壁相互连接，使得四个薄片块和两个壁从三相分离装置的横截面看以六边形的形状布置。
根据上述实施形式的另一种变型方案，第一分离器可以包括四个薄片块，其中，每两个薄片块以其两侧面中的一个相对薄片块的纵向成10到80度倾角地相互邻接，并且由两个这样相互邻接的薄片块构成的两个薄片块组以其一个侧面直接相互邻接，并且在各自的另一个侧面上通过一个连接薄片块组侧面的壁相互连接，使得所述四个薄片块和壁从三相分离装置的横截面看以五边形的形状布置。在该变型方案中当然也可以这样，由薄片块代替壁，使得第一分离器包括五个薄片块，其中，各薄片块的两个侧面中的每个都与另一薄片块的一个侧面邻接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以五边形的形状布置。
如已述那样，优选三相分离装置中用于三相混合物的入口区域相对该装置的横截面布置在外面，并且入口区域由至少一个第一分离器构成。在此，优选第一分离器的至少一个薄片块的端面形成三相分离装置与外界的边界。
按本发明的另一优选的实施形式，第一分离器包括至少两个，优选四个薄片块团块(Lamellenblockagglomerat)，其中每个薄片块团块包括至少四个薄片块，其中，各薄片块至少以其一个侧面与另一个薄片块的侧面邻接。在此，优选各薄片块团块的至少四个薄片块这样相互连接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以带有至少四个角的多边形的形状布置。此外，在该实施形式中，在各薄片块之间也可以设计一个壁或多个壁，使得这些薄片块和至少一个壁从三相分离装置的横截面看以带至少四个角的多边形的形状布置。在各多边形的中心优选设置特别优选包括正好一个薄片块的第二分离器。通过设置至少两个，优选四个薄片块团块，实现三相分离装置的模块状构造，由此实现，将三相分离装置的形状和尺寸与现有的、待配备该装置的反应器匹配。那么此外，与包括一个薄片块团块的三相分离装置相比，可以减小各薄片块的高度。
在前述的实施形式中，尤其优选第一分离器包括至少两个，尤其是四个薄片块团块，其中每个薄片块团块包括四个薄片块，其中，各薄片块团块的每两个薄片块以其两个侧面中的一个相对薄片块纵向成10到80度倾角地相互邻接，并且由两个这样相互邻接的薄片块构成的两个薄片块组分别通过连接薄片块组侧面的壁彼此连接，使得各薄片块团块的四个薄片块和两个壁从三相分离装置的横截面看以六边形的形状布置。在各六边形的中心优选设计第二分离器，其特别优选包括一个薄片块。
用于三相混合物的入口区域优选由第一分离器的至少一个薄片块的各薄片的上端部构成，其中，在这种情况下尤其特别优选的是，第一分离器的至少一个薄片块从三相分离装置的横截面看布置在外面。
此外，优选第二分离器的至少一个薄片块的各薄片相对其纵向侧面与至少一个第一分离器的薄片成10至90度，优选从45度至90度，尤其优选从55度到90度的角。
如上所述，第一分离器优选包括多个薄片块，而第二分离器优选仅包括一个薄片块。在此，第二分离器的薄片块优选与第一分离器的至少一个薄片块邻接，其中，尤其优选第二分离器的薄片块布置在第一分离器的至少两个薄片块之间，并且与之邻接。
在上述实施形式中，已经证实尤其有利的是，第一分离器包括四个薄片块，其中，各薄片块以其两个侧面中的每个与另一薄片块的侧面邻接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以菱形的形状布置，并且第二分离器包括一个薄片块，从三相分离装置的横截面看，该薄片块布置在由第一分离器的四个薄片块构成的菱形的中心。
根据上述实施形式的另一种变型方案，第一分离器可以包括四个薄片块，其中，每两个薄片块以其两个侧面中的一个相对薄片块的纵向成10至80度倾角地彼此邻接，并且由两个这样相互邻接的薄片块构成的两个薄片块组分别通过一个连接薄片块组侧面的壁相互连接，使得四个薄片块和两个壁从三相分离装置的横截面看以六边形的形状布置，并且第二分离器包括一个薄片块，其从三相分离装置的横截面看布置在由第一分离器的四个薄片块和两个壁构成的六边形的中心。在该变型方案中，显然也可以这样，两个壁分别由一个薄片块代替，因此，第一分离器包括六个薄片块，其中，各薄膜块的两侧面中的每个侧面与另一薄片块的侧面邻接，使得各薄片块从三相分离装置的横截面看以六边形的形状布置，其中，第二分离器的薄片块从三相分离装置的横截面看布置在由第一分离器的六个薄片块构成的六边形的中心。
第二分离器的薄片块的薄片优选相对其纵向侧面与至少一个第一分离器的薄片成55至90度夹角地布置。
为了将至少一个第二分离器与至少一个第一分离器分开，在本发明思想的改进方案中建议，在第二分离器的所述至少一个薄片块和第一分离器的所述至少一个与之邻接的薄片块之间设置一个中间壁，其从垂直线看，突出超过第一分离器的上端部。由此，尤其在由第一分离器构成用于三相混合物的入口区域的实施形式中，可靠地避免了三相混合物从入口区域进入到第二分离器中。
在所述的实施形式中尤其有利的是，从三相分离装置的纵轴线看，中间壁是第一分离器的与第二分离器邻接的薄片块的最里面的薄片，其中，最里面的薄片高于相同薄片块的其它薄片。因此在此种情况下，中间壁是加长的薄片。
优选地，用于液体的出口布置在第二分离器的至少一个薄片块的上端部的上方。
如果按本发明的三相分离装置包括至少两个薄片块，则从三相分离装置的纵轴线看，优选在第一分离器的至少两个薄片块的各自最外面薄片的下端部分别设置一个外壁。在此，已证明尤其优选的是，从三相分离装置的纵轴线看，至少两个外壁向内弯折，使得外壁从垂直线方向看向下聚拢相交而构成一沟槽。由此实现，在三相分离装置工作时在至少一个第一和至少一个第二分离器之间构成的、富含固体的馏分汇集在所述沟槽中，并且可以通过相应出口完全离开分离装置。在此，已证明尤其有利的是，构成沟槽的各外壁相互成30至120度的角，尤其是40至100度的角，尤其优选60至80度的角，相当特别地优选成70度角地延伸。
在上述实施形式中，用于富含固体的馏分的出口优选设置在沟槽上，其中，出口尤其优选设计成与沟槽平行延伸的缝隙的形状。
为了可靠地防止三相混合物在入口区域以外涌入三相分离装置中并因此也尤其防止三相混合物涌入第二分离器中，在本发明思想的改进方案中建议，在用于富含固体的馏分的出口下方设置一个挡板(Blende)，并且这样设计该挡板，使得从三相分离装置的下方垂直向上流的液体、气体或固体混合物不会通过该出口进入三相分离装置中。
本发明的另一个主题是一种反应器，该反应器在其上方区域内具有上述按本发明的三相分离装置。
该反应器尤其可以是用于净化废水或工艺用水的厌氧或好氧反应器，其具有至少一个用于将待净化的废水或工艺用水输送到反应器中的输送管、至少一个用于将已净化废水或工艺用水从反应器中导出的输出管和至少一个用于将气体从反应器中导出的输出管。反应器特别优选是用于连续地净化造纸工业中的废水或工艺用水的厌氧或好氧的反应器。
本发明另一个主题是一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法。按本发明该方法包括下列步骤：
a)通过入口区域将三相混合物导入三相分离装置的第一分离器中，其中，第一分离器构成用于三相混合物的入口区域或与用于三相混合物的入口区域连接，并且其中，第一分离器具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片的薄片块，在该薄片之间分别构成一个流动通道，
b)相对于垂直线将三相混合物从上到下导引经过第一分离器的至少两个流动通道，以便在形成两相混合物时将气体从三相混合物中分离，
c)从第一分离器中引出两相混合物，
d)将至少一部分两相混合物导入第二分离器中，其中，第二分离器具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片的薄片块，在该薄片之间分别构成一个流动通道，
e)相对于垂直线将两相混合物从下到上导引经过第二分离器的至少两个流动通道，以便在形成已净化的液体和富含固体的馏分时将固体从两相混合物中分离，
f)从第二分离器中导出已净化的液体，以及
g)将富含固体的馏分通过出口从三相分离装置中导出。其中，在第二分离器中仅导入从第一分离器导出的两相混合物，但不会导入三相混合物。
如果按本发明的方法在上述按本发明的三相分离装置中实施，可以得到特别好的结果。
优选这样运行该方法并且这样确定用于从三相分离装置输出的富含固体的馏分的出口的面积(A)，使得在第一分离器的入口区域内三相混合物进入的速度小于三相混合物中气泡上升的速度。
以下根据有利的实施形式并且参考附图仅例示性地描述本发明。在附图中：
图1是按本发明第一种实施形式的三相分离装置的立体视图，
图2是图1中所示三相分离装置的立体纵截面图，
图3是按本发明第二种实施形式的三相分离装置的俯视图，
图4是图3中所示三相分离装置的立体纵截面图，
图5是按本发明第三种实施形式的三相分离装置的俯视图，该分离装置具有四个薄片块团块，以及
图6是用于厌氧净化废水的反应器的纵截面示意图，该反应器具有图1和图2所示的、按本发明的三相分离装置。
在图1和2中示出的、按本发明第一种实施形式的三相分离装置10包括用于三相混合物的入口区域12、用于富含固体的馏分的出口14、用于已净化水的出口16、用于在形成含有液体和固体的二相混合物的情况下从三相混合物中分离气体的第一分离器18，以及用于从由第一分离器中形成的二相混合物中分离出固体的第二分离器20。
第一分离器包括四个薄片块22、22`、22``、22```，其分别具有五个相互平行定向的薄片24，该薄片相对水平面具有90度的倾角，亦即，该薄片相对于三相分离装置10的横截面垂直地布置，其中，在每两个相邻的薄片24之间分别形成一个流动通道26。在此，分别从三相分离装置10的横截面看，第一分离器18的薄片块22、22`、22``、22```最外面的薄片24形成三相分离装置10与外界的边界。相反，分别从三相分离装置10的纵轴线看，第一分离器18的薄片块22、22`、22``、22```最里面的薄片相对于其它薄片24向上延长，并且构成将第一分离器18与第二分离器20分开的中间壁28。用于三相混合物的入口区域12由第一分离器18的薄片24各自的上端部构成。
在第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```中，每两个薄片块22，22`，22``以其两个侧面中的一个相对薄片块22、22`、22``、22```的纵向成60度倾角地相互邻接，并且由两个这样相互邻接的薄片块22、22`、22``、22```构成的两个薄片块组分别通过连接薄片块组的侧面的壁30相互连接，使得四个薄片块22、22`、22``、22```和两个壁30从三相分离装置10的横截面看布置成六边形的形状。
第二分离器20包括一个具有五个相互平行的薄片34的薄片块32，这五个薄片相对水平面具有约50度的倾角，其中，在每两个相邻的薄片34之间分别构成一个流动通道26`。在此，第二分离器20的薄片块32布置在由第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```和两个壁30构成的六边形的中心，并且与第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```邻接。在第二分离器的薄片34的上方，设有用于已净化水的、溢流口形式的出口16。
从三相分离装置10的纵轴线看，分别在第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```的最外面的薄片24的下端并且在两个壁30的下端设有外壁36、36`，其中，从三相分离装置10的纵轴线看，六个外壁36、36`中的五个向内折弯，使得外壁从垂直线方向看在构成沟槽38的情况下向下聚拢。在此，构成沟槽38的外壁36、36`彼此成约70度的角(γ)地延伸。
在所述沟槽38上设有用于富含固体的馏分的出口14，其中，出口14设计成平行于所述沟槽38延伸的缝隙的形状。在出口14的下面设计一个是外壁36`的延长部并且这样设计的挡板40，使得从三相分离装置10的下方垂直向上流的液体、气体或固体不会经过出口14进入三相分离装置中。
与图1和2所示同样地，在图3和4中示出的按本发明第二种实施形式的三相分离装置10具有第一分离器18和第二分离器20，其中，第一分离器包括四个薄片块22、22`、22``、22```并且第二分离器20包括一个薄片块32。在此，壁30和第一分离器18的薄片块22、22`、22``、22```相互连接成六边形，其中，第二分离器20布置在六边形的中心，并且与第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```邻接。
区别于图1和2中所示的三相分离装置10，在图3和4中示出三相分离装置10的第一分离器18的四个薄片块22、22`、22``、22```的各薄片24相对水平面具有约60度的倾角(α)。与图1和图2的另一个区别在于，图3和4中所示的三相分离装置10的外壁36、36`由第一分离器18的薄片块22、22`、22``、22```的加长的最外部薄片24构成。在此，两个外壁36、36`彼此成大约70度的角(γ)，并且在构成沟槽38的情况下聚拢。
在沟槽38上设置用于富含固体的馏分的出口14，其中，出口14设计成与沟槽38平行延伸的缝隙的形状。在出口14的下面设有两个分别是外壁36、36`加长部分的挡板40、40`，并且该挡板这样设计，使得从三相分离装置10的下方垂直向上流动的液体、气体或固体不会经过出口14进入三相分离装置中。
图5示出的三相分离装置10包括分别如图1和2所示设计的四个薄片块团块42、42`、42``、42```。因此，每个薄片块团块42、42`、42``、42```包括一个由以六边形的形状布置的四个薄片块22、22`、22``、22```和两个壁30构成的第一分离器18，其中，在六边形的中心布置有包括一个薄片块的第二分离器20。通过设置多个薄片块团块42、42`、42``、42```来实现三相分离装置10的模块状构造，由此也可以将三相分离装置10的形状和大小与存在的、待配备该装置的反应器匹配。此外，与包括一个薄片块团块的三相分离装置相比，可以减小各薄片块的高度。
在图6中示意出用于厌氧净化废水的反应器44，其在上部区域内具有如图1和2所示设计的三相分离装置10。此外，反应器在其下端具有用于废水的输送管道46以及在其上端具有排气管道48。在反应器44的最下面和中间三分之一处之间设有大量由厌氧微生物构成的粒子50，其通过在反应器44工作时在反应器44中保持流动的废水流保持悬浮状态。
在按本发明的、图6中示出的反应器44工作时，通过输送管道46连续地将待净化的、例如来源于造纸厂的废水输送给反应器，该废水通过进水口分配器(未示出)在反应器44的下部区域内与位于反应器44中的介质混合，并且导引经过位于进水口上方的、含有微生物粒子50的沉积座，其中，位于反应器44中的厌氧微生物将废水中含有的有机污物主要分解为二氧化碳和甲烷。在分解有机化合物时形成的、尤其含有甲烷和二氧化碳的生物气体部分地以小气泡的形式积聚在微生物粒子50上，并且部分地以自由小气泡的形式在反应器44中上升。由于积聚的小气泡，粒子50的比重下降，所以粒子50在反应器44中上升。
因此，三相混合物位于反应器的上部区域中，该三相混合物除了水和其中悬浮的微生物粒子50外还含有自由气泡和粘附在微生物粒子50上的小气泡。未积聚在微生物粒子50上的大部分气泡由于其较大的浮力和向上的液体流，从三相分离装置10的入口区域12旁边经过并且上升直到超过水平面52上方的气腔54，而除了含有水外还含有微生物粒子50、带积聚小气泡的微生物粒子50和较少量的自由气泡的三相混合物通过入口区域12进入三相分离装置10中，在此，该三相混合物从上向下流经设置在薄片块22、22`、22``、22```的薄片24之间的流动通道26。在此，在各流体管道26中构成一个在流体管道26的横截面上抛物线状延伸的速度断面图，由此，在相邻的带有积聚的小气泡的微生物粒子50之间由于摩擦力产生压差(Druckgradiente)，由于该压差，积聚在微生物粒子50上的小气泡脱离微生物粒子50，并且与第一分离器18的薄片24中的其它自由气泡一同上升，并且通过入口区域12离开三相分离装置10，直到上升至气腔54中。由此，在第一分离器18中气体完全从三相混合物中分离，使得从第一分离器18的流体管道26的下部排出只含有水和微生物粒子(不带粘附的小气泡)的两相混合物。
由于三相分离装置10中的流动比率，图6中用c)代表的箭头示出的、从第一分离器18的下部排出的两相混合物的支流从下向上导引经过第二分离器20的薄片34。在此，在第二分离器20的各流动通道26`中构成一个在流动通道26`的横截面上抛物线状延伸的速度断面图，由此，在流动通道26`中的微生物粒子50由于由垂直向下的重力和斜向上的液压力产生的力向薄片34的壁移动。因为液压力由于在流动通道26`的横截面上抛物线状延伸的速度断面图而沿薄片34的壁的方向减小，最后微生物粒子50向下降到流动通道26`中薄片34的壁上，并且向下离开第二分离器20，相反地，分离出微生物粒子50的净化水在流动通道26`中向上升，并且向上离开第二分离器20，在此到达从反应器44中导出净化水的出口16。
因此，微生物粒子50积聚在三相分离装置10的下部区域内，并且随着图6中用b)代表的箭头示出的其它支流经过出口14从三相分离装置10中导出。通过挡板40可靠地防止在反应器44中从下向上流动的三相混合物通过出口14进入三相分离装置10中。
主要根据出口14上的压力差，即根据从三相分离装置10看出口14的内侧和出口14外侧的压力差，以及出口14的面积大小来确定图6中用c)代表的箭头示出的、导入第二分离器20中的第一支流与通过出口14导出三相分离装置10的、图6中用b)代表的箭头示出的支流之间的比率。在此这样是适合的，当出口14上的压力差恒定时，图6中用b)代表的箭头示出的支流越大，出口14的面积就越大，由此也升高了混合物流经第一分离器18的流速。为了将流经第一分离器18的流速保持在临界的边界值以下(若高于该边界值，存在于三相分离装置10外面的介质中的自由气泡更多地侵入第一分离器18)，优选这样确定用于三相分离装置10中的富含固体的馏分的出口面积，使得三相混合物进入第一分离器18的入口区域12内的入口速度或流速小于三相混合物中(自由)气泡的上升速度。由此保证，所有从三相分离装置10中分离的微生物粒子50可导出三相分离装置10，并且同时避免在第一分离器18中过高的流速。
与之相应地优选这样，可以调节出口14的面积，使得在三相分离装置10工作时，支流b)与支流c)的比率可以相应于要求被优化。例如可以通过减小面积来减小支流b)与支流c)的比率，使得更多地抑制反应器44中块状微生物结构。另一方面，也可以通过扩大出口14的面积来提高支流b)与支流c)的比率，使得在反应器44中积聚更多颗粒状的微生物结构。
由相同的原因，即对反应器44中沉积特性的选择性的优化，也可以将第二分离器20的流动通道26`的总面积设计可调节的，使得在三相分离装置10工作时可以将第二分离器20的供应量设计为可变化的。例如可以通过优选设置在用于净化水的出口16中的滑动元件(未示出)在运转时关闭第二分离器20的几个流动通道26`，由此，通过剩余流动通道26`的流速提高，因此，轻的块状固体结构可以从反应器44中洗掉。如果在出口16中设置一个或多个滑动元件，则出于前述目的出口16必须与第二分离器20的薄片34的上端部连接或与薄片34的加长部分连接。
附图标记清单
10 三相分离装置
12 用于三相混合物的入口区域
14 用于富含固体的馏分的出口
16 用于液体/纯净水的出口/输出管道
18 第一分离器
20 第二分离器
22、22`、22``、22``` 第一分离器的薄片块
24 第一分离器的薄片
26，26` 流动通道
28 中间壁
30 壁
32 第二分离器的薄片块
34 第二分离器的薄片
36，36` 外壁
38 沟槽
40，40` 挡板
42、42`、42``、42``` 薄片块团块
44 厌氧反应器
46 废水的输送管道
48 排气管道
50 微生物粒子
52 水平面
54 气腔

Claims (35)

1.一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置(10)，其包括：
-用于三相混合物的入口区域(12)，
-用于富含固体的馏分的出口(14)，
-用于液体的出口(16)，
-在形成包含液体和固体的两相混合物的情况下从所述三相混合物中分离出气体的第一分离器(18)，其中，所述第一分离器(18)构成用于所述三相混合物的所述入口区域(12)或与用于所述三相混合物的所述入口区域(12)连接，其中，所述第一分离器(18)具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片(24)的薄片块(22、22`、22``、22```)，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道(26)，以及其中，这样设计第一分离器(18)，使得通过所述入口区域(12)进入的混合物在所述至少两个流动通道(26)中相对垂直线从上到下导引，以及
-用于从在所述第一分离器中形成的二相混合物中分离出固体的第二分离器(20)，其中，所述第二分离器(20)具有至少一个分别带有至少三个相互平行薄片(34)的薄片块(32)，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道(26`)，并且其中，这样设计所述第二分离器(20)，并且相对于所述第一分离器(18)这样布置，使得所述从所述第一分离器(18)中排出的二相混合物相对垂直线从下部进入所述第二分离器(20)的所述至少两个流动通道(26`)中，并且在这两个流动通道中向上导引，
其中，所述三相分离装置(10)这样设计，使得所述三相混合物仅可通过所述入口区域(12)进入所述三相分离装置(10)的第一分离器(18)中。
2.如权利要求1所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括至少一个薄片块(22、22`、22``、22```)，其由3到15个，优选5到10个相互平行的薄片(24)构成，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道(26)。
3.如权利要求1或2所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第二分离器(20)包括至少一个薄片块(32)，其由3至60个，优选由5到25个，特别优选由10到20个相互平行的薄片(34)构成，在所述各薄片之间分别构成一个流动通道(26`)。
4.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)和/或所述第二分离器(20)的所述至少一个薄片块(22、22`、22``、22```、32)的各薄片(24、34)相对水平面具有20°至100°之间的倾角(α)。
5.如权利要求4所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)的所述至少一个薄片块(22、22`、22``、22```)的各薄片相对水平面具有80°至100°之间，优选90°的倾角(α)。
6.如权利要求4或5所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第二分离器(20)的至少一个薄片块(32)的各薄片相对水平面具有20°至80°之间，优选40°至60°之间的倾角(α)。
7.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括至少两个薄片块(22、22`、22``、22```)，其分别具有至少三个相互平行的薄片(24)，各薄片之间分别构成流动通道(26)，其中，所述各薄片块(22、22`、22``、22```)的薄片(24)相对水平面优选具有20°至100°之间的倾角(α)，尤其优选具有80°至100°之间的倾角(α)，相当特别地优选具有90°的倾角(α)。
8.如权利要求7所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括至少四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，各薄片块(22、22`、22``、22```)以其至少一个侧面与另一个薄片块(22、22`、22``、22```)的侧面邻接。
9.如权利要求8所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)的至少四个薄片块(22、22`、22``、22```)这样相互连接或通过至少一个壁(30)这样相互连接，使得所述薄片块(22、22`、22``、22```)和必要时所述至少一个壁(30)从所述三相分离装置(10)的横截面看，以带至少四个角的多边形的形状布置。
10.如权利要求8或9所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，各薄片块(22、22`、22``、22```)在其两个侧面中的每个侧面上与另一薄片块(22、22`、22``、22```)的侧面邻接，使得所述各薄片块(22、22`、22``、22```)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以菱形的形状布置。
11.如权利要求8或9所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括六个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，各薄片块(22、22`、22``、22```)在其两个侧面的每个侧面上与另一薄片块(22、22`、22``、22```)的侧面邻接，使得所述各薄片块(22、22`、22``、22```)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以六边形的形状布置。
12.如权利要求8或9所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，每两个薄片块(22、22`、22``、22```)以其两个侧面相对所述薄片块(22、22`、22``、22```)的纵向成10°到80°倾角地相互邻接，并且由所述两个这样相邻接的薄片块(22、22`、22``、22```)构成的两个薄片块组分别通过一个连接所述薄片块组侧面的壁(30)相互连接，使得所述四个薄片块(22、22`、22``、22```)和两个壁(30)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以六边形的形状布置。
13.如权利要求8或9所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，每两个薄片块(22、22`、22``、22```)以其两个侧面相对所述薄片块(22、22`、22``、22```)的纵向成10°到80°倾角地相互邻接，并且由所述两个这样相邻接的薄片块(22、22`、22``、22```)构成的两个薄片块组在其一个侧面上直接相互邻接并且在其各自的另一个侧面上通过一个连接所述薄片块组侧面的壁(30)相互连接，使得所述四个薄片块(22、22`、22``、22```)和所述壁(30)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以五边形的形状布置。
14.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)的所述至少一个薄片块(22、22`、22``、22```)的端面形成所述三相分离装置(10)与外界的边界。
15.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括至少两个，优选四个薄片块团块(42、42`、42``、42```)，其中每个薄片块团块(42、42`、42``、42```)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，各薄片块团块(42、42`、42``、42```)的每两个薄片块(22、22`、22``、22```)以其两个侧面中的一个相对所述薄片块(22、22`、22``、22```)的纵向成10°至80°倾角地相互邻接，并且所述由两个这样相互邻接的所述薄片块(22、22`、22``、22```)构成的两个薄片块组分别通过一个连接所述薄片块组侧面的壁(30)彼此连接，使得各薄片块团块(42、42`、42``、42```)的所述四个薄片块(22、22`、22``、22```)和所述两个壁(30)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以六边形的形状布置。
16.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，用于所述三相混合物的入口区域(12)由所述第一分离器(18)的所述至少一个薄片块(22、22`、22``、22```)的各薄片(24)的上端部构成。
17.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第二分离器(20)具有一个薄片块(32)。
18.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第二分离器(20)的至少一个薄片块(32)与所述第一分离器(18)的至少一个薄片块(22、22`、22``、22```)邻接。
19.如权利要求18所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第二分离器(20)的至少一个薄片块(32)布置在所述第一分离器(18)的至少两个薄片块(22、22`、22``、22```)之间，并且与之邻接。
20.如权利要求19所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，各薄片块(22、22`、22``、22```)在其两个侧面中的每个侧面上都与另一薄片块(22、22`、22``、22```)的侧面邻接，使得各薄片块(22、22`、22``、22```)，从所述三相分离装置(10)的横截面看，以菱形的形状布置，并且所述第二分离器(20)包括一个薄片块(32)，该薄片块从所述三相分离装置(10)的横截面看，布置在由所述第一分离器(18)的四个薄片块(22、22`、22``、22```)构成的菱形的中心。
21.如权利要求19所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述第一分离器(18)包括四个薄片块(22、22`、22``、22```)，其中，每两个薄片块(22、22`、22``、22```)以其两个侧面中的一个侧面相对所述薄片块(22、22`、22``、22```)的纵向成10°至80°倾角地彼此邻接，并且由所述两个这样相互邻接的薄片块(22、22`、22``、22```)构成的两个薄片块组分别通过一个连接所述薄片块组侧面的壁(30)相互连接，使得所述四个薄片块(22、22`、22``、22```)和两个壁(30)，从三相分离装置(10)的横截面看，以六边形的形状布置，并且所述第二分离器(20)包括一个薄片块(32)，该薄片块从所述三相分离装置(10)的横截面看布置在由所述第一分离器(18)的四个薄片块(22、22`、22``、22```)和两个壁(30)构成的六边形的中心。
22.如权利要求18至21之一所述的三相分离装置(10)，其特征在于，在所述第二分离器(20)的所述至少一个薄片块(32)和所述第一分离器(18)的所述至少一个与之邻接的薄片块(22、22`、22``、22```)之间设置一个中间壁(28)，其从垂直线方向看突出超过所述第一分离器(18)的上端部。
23.如权利要求22所述的三相分离装置(10)，其特征在于，从所述三相分离装置(10)的纵轴线看，所述中间壁(28)是所述第一分离器(18)与所述第二分离器(20)邻接的薄片块(22、22`、22``、22```)的最里面的薄片，其中，所述最里面的薄片高于同一薄片块(22、22`、22``、22```)的其它薄片(24)。
24.如前述权利要求中任一项所述的三相分离装置(10)，其特征在于，所述用于液体的出口(16)布置在所述第二分离器(20)的所述至少一个薄片块(32)的上端部的上方。
25.如权利要求7至24之一所述的三相分离装置(10)，其特征在于，从所述三相分离装置(10)的纵轴线看，分别在所述第一分离器(18)的所述至少两个薄片块(22、22`、22``、22```)的最外面薄片的下端部设置一个外壁(36，36`)。
26.如权利要求25所述的三相分离装置(10)，其特征在于，从所述三相分离装置(10)的纵轴线看，至少两个所述外壁(36，36`)向内弯折，使得从垂直线方向看，所述外壁向下聚拢相交而构成一沟槽(38)。
27.如权利要求26所述的三相分离装置(10)，其特征在于，构成所述沟槽(38)的所述外壁相互成30°至120°，优选40°至100°，尤其优选60°至80°，相当特别地优选成70°的角(γ)地延伸。
28.如权利要求26或27所述的三相分离装置(10)，其特征在于，用于所述富含固体的馏分的出口(14)设置在所述沟槽(38)上，其中，所述出口(14)优选设计成与所述沟槽(38)平行延伸的缝隙的形状。
29.如权利要求28所述的三相分离装置(10)，其特征在于，在所述出口(14)的下方设置一个挡板(40、40`)，并且以这种方式设计该挡板，使得从所述三相分离装置(10)的下方垂直向上流的液体、气体或固体不能通过该出口(14)进入所述三相分离装置中。
30.一种反应器，其在上部区域内具有如前述权利要求之一所述的三相分离装置(10)。
31.如权利要求30所述的反应器，其特征在于，该反应器是用于净化废水或工艺用水的厌氧或好氧反应器(44)，其具有至少一个用于将待净化的废水或工艺用水输送到所述反应器(44)中的输送管道(46)以及至少一个用于将已净化废水或工艺用水从所述反应器(44)中导出的输出管道(16)。
32.如权利要求31所述的反应器，其特征在于，所述反应器是用于连续地净化造纸工业中废水或工艺用水的厌氧或好氧的反应器(44)。
33.一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法，该方法包括下列步骤：
a)通过入口区域(12)将所述三相混合物导入三相分离装置(10)的第一分离器(18)中，其中，所述第一分离器(18)构成用于所述三相混合物的入口区域(12)或与所述用于三相混合物的入口区域(12)连接，并且其中，所述第一分离器(18)具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片(24)的薄片块(22、22`、22``、22```)，在所述薄片之间分别构成一个流动通道(26)，
b)相对垂直线将所述三相混合物从上到下导引经过所述第一分离器(18)的至少两个流动通道(26)，以便在形成两相混合物时将气体从所述三相混合物中分离，
c)从所述第一分离器(18)中引出所述两相混合物，
d)将至少一部分所述两相混合物导入所述第二分离器(20)中，其中，所述第二分离器(20)具有至少一个分别带有至少三个相互平行的薄片(34)的薄片块(32)，在所述薄片之间分别构成一个流动通道(26`)，
e)相对垂直线将所述两相混合物从下到上导引经过所述第二分离器(20)的至少两个流动通道(26`)，以便在形成已净化的液体和富含固体的馏分时将固体从所述两相混合物中分离，
f)从所述第二分离器(20)中导出已净化的液体，以及
g)将所述富含固体的馏分通过出口(14)从所述三相分离装置(10)中导出，
其中，在所述第二分离器(20)中仅导入从所述第一分离器(18)导出的两相混合物，但不会导入三相混合物。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，在按权利要求1至29之一所述的三相分离装置(10)中实施该方法。
35.如权利要求33或34所述的方法，其特征在于，这样运行该方法，并且这样确定用于从所述三相分离装置(10)中输出所述富含固体的馏分的出口(14)的面积，使得所述三相混合物进入所述第一分离器(18)的入口区域(12)的入口速度小于所述气泡在所述三相混合物中的上升速度。
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