DD260007A1 - Verfahren zum regenerieren einer im kreislauf gefuehrten verschmutzten oel-wasser-emulsion - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Regenerieren einer im Kreislauf gefuehrten verschmutzten Oel-Wasser-Emulsion, die im Maschinenbau als Kuehlschmierstoff bei der spanenden Formgebung verwendet wird und nach dem Einsatz z. B. in einer Werkzeugmaschine oder in einem System von Werkzeugmaschinen regeneriert werden muss. Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass der wesentliche Reinigungsvorgang in einem Ultrafilter und einem Vorratsbehaelter durch Vorbeileiten bzw. Einleiten der laminar stroemenden, mit einem gasfoermigen Medium beaufschlagten Emulsion vorgenommen wird. Steuerungs- und Regelungseinrichtungen sorgen fuer eine dosierte Regenerierung der Emulsion. Fig. 1

Description

— die erste Meßzelle (14) den pH-Wert ermittelt und die Zugabe von pH-Korrektor steuert, wonach anschließend die regenerierte Öl-Wasser-Emulsion aus dem Regenerierungskreislauf entfernt und dem angeschlossenen Kühlschmierkreislauf der Bearbeitungsmaschine zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine oder die dem Ultrafilter (4) vorgeschaltete Druckpumpe das gasförmige Medium in diese hineingedrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Luft verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Sauerstoff verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Ozon verwendet wird. . .

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren einer im Kreislauf geführten verschmutzten Öl-Wasser-Emulsion, die im Maschinenbau als Kühlschmierstoff bei der spanenden Formgebung verwendet wird und nach dem Einsatz beispielsweise in einer Werkzeugmaschine einem Vorratsbehälter zugeführt wird, in diesem Vorratsbehälter Öl-Schlamm-Bestandteile zum Aufschwimmen gebracht und danach aus dem Kreislauf heraus nach außen geführt werden, die im Vorratsbehälter befindliche Emulsion mittels einer Druckpumpe in laminarer Strömung einem Ultrafilter zugeführt und das dabei abfallende Filtrat ebenfalls nach außen aus dem Kreislauf herausgeführt wird und die den Ultrafilter durchströmende gereinigte Emulsion wieder dem Vorratsbehälter in laminarer Strömung zugeführt wird, wobei der Vorgang der Reinigung danach wieder über die Druckpumpe zum Ultrafilter fortgesetzt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Verfahren zum Regenerieren von Öl-Wasser-Emulsionen im Kreislauf durch Ultrafiltration mit nachfolgender Schwerkraftabscheidung sind bekannt. Nach der DE-AS 2408637 wird eine verbrauchte Kühlflüssigkeit dadurch aufgearbeitet, daß durch Ultrafiltration eine Auftrennung in eine Öl-Konzentratfraktion und eine im wesentlichen ölfreie wäßrige Fraktion erfolgt.

Die weitere Verarbeitung zu einer einsatzfähigen Kühlflüssigkeit erfolgt durch mehrere Verfahrensstufen. Die Öl-Konzentratfraktion wird einer Verdampfung unterzogen und der austretende Wasserdampf über einen Kondensator als wäßriges Kondensat in einen Wasserabsetztank geleitet und mit der wäßrigen Fraktion aus der Ultrafiltration vereinigt. Sowohl die wäßrige Fraktion als auch das Öl aus dem Verdampfer muß durch entsprechende nachfolgende Verfahren durch Adsorption, Umkehrosmose, Filtration oder biologischen Abbau gereinigt werden.

Nach diesen Reinigungsstufen wird in einem Mischtank aus den gereinigten Stoffen ein neues Kühlmittel gewonnen. Dabei kann es erforderlich sein, Zusätze zuzugeben

Dieses Verfahren weist Nachteile auf.

Diese bestehen darin, daß die verbrauchte Kühlflüssigkeit aufgetrennt werden muß in die Hauptfraktionen Wasser und Emulsionskonzentrate mit Öl. Die Trennung ist durch die Kombination von Ultrafiltration und Verdampfung sehr aufwendig und damit teuer. Zusätzliche Aufwendungen entstehen durch die nachfolgende Reinigung der Fraktionen in entsprechenden Reinigungseinrichtungen.

Für das Regenerierungsverfahren werden keine Chemikalien benötigt. Nachteilig ist jedoch auch, daß die Ölabscheidung durch Schwerkraft im Ölscheider nach der Ultrafiltration gering ist. Im Verhältnis zur Menge des Filtratentzuges schwimmt zu wenig freies Öl auf. Die Ölkonzentration steigt dadurch in der Emulsion relativ schnell an und es kommt schon nach kurzer Zeit zur Deckschichtenbildung auf der Membranoberfläche des Filters. Infolgedessen sinkt die Filtratleistung erheblich ab. Der Kreislauf muß zur Reinigung der Membranen häufig unterbrochen werden, so daß die Arbeitszyklen relativ kurz sind. Der spezifische Energieverbrauch ist deshalb sehr hoch, die Arbeitsproduktivität niedrig. Das System bedarf außerdem laufender Überwachung und in kurzen Abständen einer Reinigung. Eine bedienarme automatisierte Regenerierung der Kühl- und Schmierflüssigkeit ist deshalb nicht möglich. Außerdem kann dieses geschlossene System nur im großtechnischen Maßstab einigermaßen ökonomisch betrieben werden, d. h. daß die Kühl- und Schmierflüssigkeit von vielen Werkzeugmaschinen in diesem Kreislaufsystem regeneriert werden.

Weiterhin werden Verfahren beschrieben (DE-OS 2818127 und DE-OS 2941164) bei denen im Kreislauf vorder Ultrafiltrationseinrichtung in den Flüssigkeitsstrom Luft oder auch inerte Gase eingepumpt werden. Dies wird deshalb getan, um in der Ultrafiltrationseinrichtung eine turbulente Strömung zu erzeugen, die es vermeidet, daß sich Feststoffe oder Öle an den Membranen absetzen und damit die Ultrafiltrationseinrichtung unbrauchbar machen.

Letztendlich ist ein weiteres Kreislauf-Verfahren mit den dazu erforderlichen apparativen Aufbau bekannt geworden (DD 237795), das.durch die vorliegende Erfindung verwendet, apparativ erweitert und in seiner Wirkung vollkommener gestaltet werden soll.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Öl-Wasser-Emulsion beim Fördern zur Ultrafiltration, während der Ultrafiltration, beim Rückführen und Einleiten in den Vorratsbehälter und beim Ansaugen aus dem Vorratsbehälter laminare Strömungsverhältnisse gewährleistet werden.

Während der Ultrafiltration strömt die Öl-Wasser-Emulsion als Film- oder Dünnschicht.

Die nach der Ultrafiltration aufkonzentrierte Öl-Wasser-Emulsion wird unter Erzeugung einer laminaren Oberflächenströmung in den Vorratsbehälter eingeleitet.

Der Nachteil dieses Verfahrens und der dazu verwendeten Apparatur liegt darin, daß außer den für eine Weiterverwendung zunächst untauglichen, aus dem Kreislauf herauszuführenden Produkte Filtrat und Öl das durch den Ultrafilter gewonnene Konzentrat unaufbereitet nicht wieder sofort und direkt als Kühl- und Schmiermittel verwendet werden kann. Dieses muß eingedampft werden, da es Wasser enthält und filtriert werden muß, um ionische und makromolekulare Verunreinigungen wie Fremdöle, gealterte Tenside, Salze und chemische unlösliche Verbindungen zu beseitigen. Danach bedarf es des Zusatzes mehrerer Stoffe und reinen Wassers, um daraus wieder eine Öl-Wasser-Emulsion herzustellen.

Ziel der Erfindung

Die Anwendung der Erfindung zielt auf die Einsparung von Elektroenergie und Material, auf eine Senkung des Aufwandes, eine Verringerung der Anzahl der Arbeitskräfte und damit eine Erhöhung der Arbeitsproduktivität und gewährleistet die Verbesserung der Arbeite-und Lebensbedingungen und eine umweltfreundliche Entsorgung der Abfallstoffe.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Ursachen der Nachteile des bekannten Standes der Technik sind dadurch begründet, daß der gesamte Verfahrensablauf und die Regenerierung der Kühlschmierflüssigkeit zum Auftrennen in die Hauptfraktionen Wasser und Emulsionskonzentrate mit Öl und die nachfolgende Verdampfungsphase für ein großtechnisches Verfahren eingerichtet sind, bei dem'in kürzester Zeit bzw. nach dem kontinuierlichen Durchlauf durch die Anlage eine wiederverwendbare Kühlschmierflüssigkeit vorhanden ist. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regenerierung einer im Kreislauf geführten verschmutzten Öl-Wasser-Emulsion zu entwickeln, das in einer Fertigungszelle gleichsam anwendbar ist wie für einen Maschinenkomplex, das unter Einsatz von Steuerungs- und Regelungselementen, auch programmierbar, ohne den Regenerierungskreislauf oder den kombinierten Regenerier- und Kühlschmierkreislauf verlassen zu müssen, aus einer verschmutzten Öl-Wasser-Emulsion unter Abführung von Schadstoffen und Zuführung der zur Wiederaufbereitung der verschmutzten Öl-Wasser-Emulsion notwendigen Zusätze durchgeführt werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der wesentliche Regenerierungsvorgang der Öl-Wasser-Emulsion im Ultrafilter und im Vorratsbehälter durch Vorbeileiten bzw. Einleiten der laminar strömenden, mit einem gasförmigem Medium beaufschlagten Öl-Wasser-Emulsion vorgenommen und der Regenerierungsvorgang der Öl-Wasser-Emulsion durch Steuerungs- und Regelungseinrichtungen dosiert durchgeführt wird.

Im einzelnen heißt das, daß während des Ultrafiltrationsvorganges die im Ultrafilter an semipermeabien Membranen vorbeigeleitete, mit laminarer Strömung fließende verbrauchte Öl-Wasser-Emulsion turbulenzlos mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt wird, die das Ultrafilter verlassende, teilweise vom Filtrat, bestehend aus Wasser, niedermolekularen und ionischen Bestandteilen befreite Öl-Wasser-Emulsion in ebenfalls laminarer Strömung zusammen mit dem Rest des gasförmigen Mediums wieder dem Vorratsbehälter zugeführt, dort Öl und Ölschlamm zum Aufschwimmen gebracht und aus dem Vorratsbehälter entfernt und die teilweise gereinigte Öl-Wasser-Emulsion erneut unter Zufuhr von gasförmigen Medium dem Ultrafilter zugeführt wird und so fort, wobei

— eine Meßzelle laufend die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert des Filtrats ermittelt,

— ein Schwimmerschalter im Vorratsbehälter die Zufuhr von Frischwasser bis zum Erreichen der festgelegten Leitfähigkeit der Öl-Wasser-Emulsion schaltet,

— die Meßzelle die Zuführung des Filtrats in den Vorratsbehälter steuert,

— eine weitere Meßzelle die Emulsionskonzentration ermittelt und die Zugabe von Frischkonzentrat und Frischwasser steuert und

— die erste Meßzelle den pH-Wert ermittelt und die Zugabe von pH-Korrektor steuert,

wonach anschließend die regenerierte Öl-Wasser-Emulsion aus dem Regenerierungskreislauf entfernt und dem angeschlossenen Kühlschmierkreislauf der spanenden Bearbeitungsmaschine zugeführt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind:

Durch eine oder die dem Ultrafilter vorgeschaltete Druckpumpe wird das gasförmige Medium in dieses hineingedrückt.

Als gasförmiges Medium wird Luft oder Sauerstoff oder Ozon verwendet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt: Fig. 1: eine Darstellung der apparativen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die apparative Anordnung hat folgenden Aufbau:

Die verwendeten technischen Mittel sind ein als Schwerkraftabscheider ausgebildeter Vorratsbehälter 1 mit einem Durchlaßstellelement 2, einer Druckpumpe 3, einem Ultrafilter 4 und Durchlaßstellelementen 5,6 und 7. Außerdem sind die Manometer 8 und 9, ein Heizelement 10, ein Kontaktthermometer 11, ein Schwimmerschalter 12 und eineölabzugseinrichtung 13 vorgesehen.

Um das Verfahren durchführen zu können, wurde die Anordnung mit den folgenden technischen Mitteln gekoppelt:

Mit den Meßzellen 14 und 15, der Mischeinrichtung 16, der Dosiereinrichtung 17 und den Durchlaßstellelementen 18,19,20,21, 22,23 und 24.

Zum besseren Verständnis der Funktionswerte des Verfahrens ist die Überlaufkante 25 im Vorratsbehälter 1 zu nennen.

Mit dieser apparativen Anordnung wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:

Zur Regenerierung wird die verbrauchte Emulsion nach erfolgter Vorabscheidung der Feststoffe (nicht dargestellt) über das Durchlaßstellelement 2 dem Vorratsbehälter 1 so lange zugeführt, bis der obere Füllstand erreicht ist und der Schwimmerschalter 12 das Durchlaßstellelement 2 schließt. Die Druckpumpe 3 saugt aus dem Vorratsbehälter 1 sowohl Emulsion als auch über das Durchlaßstellelement 18 das gasförmige Medium in Form einer eingestellten Luftmenge pro Zeiteinheit an und drückt gleichzeitig beide über das Durchlaßstellelement 6 in das Ultrafilter 4.

Im Ultrafilter 4 wird die Emulsion unter hydrostatischem Druck und laminaren Strömungsverhältnissen an semipermeablen Membranen vorbeigeleitet, wobei Wasser, niedermolekulare und ionische Bestandteile die Membranen durchdringen und als Filtrat über die Durchlaßstellelemente 19 und 20 abgeleitet werden.

Über das Durchiaßstellelement 7 und mittels der Manometer 8 und 9 wird der hydrostatische Druck eingestellt. Öl und andere makromolekulare bzw. kolloidale Stoffe werden durch das Ultrafilter 4 zurückgehalten.

Durch den Ultrafiltrationsvorgang kommt es zu einer partiellen Destabilisierung der Emulsion. Diese gelangt in den Vorratsbehälter 1 zurück, wobei die Einleitung in den Vorratsbehälter 1 über die Überlaufkante 25 erfolgt.

Die Zugabe von Luft führt zu einem oxidativen und biochemischen Abbau von Verunreinigungen. Gleichzeitig kommt es im Vorratsbehälter 1 zur Flotation destabilisierter Verunreinigungen.

Die Meßzelle 14 ermittelt kontinuierlich die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert des Filtrats, welches über das Durchlaßstellelement 19 aus dem Regenerierungskreislauf abgeführt.wird, wodurch die gelösten Verunreinigungen*entfernt werden.

Mit dem Sinken des Füllstandes im Vorratsbehälter 1 erreicht der Schwimmerschalter 12 seinen unteren Schaltpunkt und über das Durchlaßstellelement 22 wird dem Vorratsbehälter 1 so lange Frischwasser zugeführt, bis der Schwimmerschalter 12 seinen oberen Schaltpunkt erreicht. Dabei werden die im Vorratsbehälter 1 aufschwimmenden Verunreinigungen über die Ölabzugseinrichtung 13 aus dem Regenerierungskreislauf abgeführt.

Mit Erreichen einer festgelegten elektrischen Leitfähigkeit, die durch die Meßzelle 14 ermittelt wird, wird dieser Verfahrensschritt am unteren Schaltpunkt des Schwimmerschalters 12 beendet, d.h. es wird kein Filtrat mehr aus dem Regenerierungskreislauf abgeführt. Zu diesem Zweck wird das Durchlaßstellelement 20 geöffnet, das Durchlaßstellelement 19 geschlossen und damit das Filtrat in den Regenerierungskreislauf zurückgeführt.

Als nächster Verfahrensschritt wird über das Durchlaßstellelement 21 und die Meßzelle 15 die Emulsionskonzentration ermittelt.

In Abhängigkeit von dieser Emulsionskonzentration wird Frischwasser und Frischkonzentrat über die Durchlaßstellelemente 22, 23 und die Dosiereinrichtung 17 dem Mischer zugeführt, dort emulgiert und das Emulgat dem Vorratsbehälter 1 zugeführt.

Als letzter Verfahrensschritt zum Regenerieren wird in Abhängigkeit vom in der Meßzelle Vermittelten pH-Wert, nach der Frischkonzentratdosierung eine bestimmte Menge pH-Korrektor über das Durchlaßstellelement 24, die Dosiereinrichtung 17 und den Mischer 16 nachdosiert.

Die Einhaltung eines entsprechenden Verfahrenstemperaturbereichs erfolgt durch das Heizelement 10 in Verbindung mit dem Kontaktthermometer 11.

Mit Erreichen der festgelegten Meßwerte wird durch Öffnen des Durchlaßstellelements 5 und Schließen des Durchlaßstellelements 6 die regenerierte Emulsion aus dem Regenerierungskreislauf herausgeführt. Diese kann sofort und kontinuierlich einem Kühlschmierkreis an einer oder mehreren Werkzeugmaschinen zugeführt oder aber vorübergehend gespeichert werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Regenerieren einer im Kreislauf geführten verschmutzten Öl-Wasser-Emulsion, die im Maschinenbau als Kühlschmierstoff bei der spanenden Formgebung verwendet wird und nach dem Einsatz beispielsweise in einer Werkzeugmaschine einem Vorratsbehälter zugeführt wird, in diesem Vorratsbehälter Öl-Schlamm-Bestandteile zum Aufschwimmen gebracht und danach aus dem Kreislauf heraus nach außen geführt werden, die im Vorratsbehälter befindliche Emulsion mittels einer Druckpumpe in laminarer Strömung einem Ultrafilter zugeführt und das dabei abfallende Filtrat ebenfalls nach außen aus dem Kreislauf herausgeführt wird und die den Ultrafilter durchströmende gereinigte Emulsion wieder dem Vorratsbehälter in laminarer Strömung zugeführt wird, wobei der Vorgang der Reinigung danach wieder über die Druckpumpe zum Ultrafilter fortgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der wesentliche Regenerierungsvorgang der Öl-Wasser-Emulsion im Ultrafilter (4) und im Vorratsbehälter (1) durch Vorbeileiten bzw. Einleiten der laminar strömenden, mit einem gasförmigen Medium beaufschlagten Öl-Wasser-Emulsion vorgenommen und der Regenerierungsvorgang der Öl-Wasser- Emulsion durch Steuerungs- und Regelungseinrichtungen (2, 5, 6,7, 8, 9,11,12,14,15,18 bis 24) dosiert durchgeführt wird.
2. 2.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ultrafiltrationsvorganges die im Ultrafilter (4) an semipremeablen Membranen vorbeigeleitete, mit laminarer Strömung fließende verbrauchte Öl-Wasser-Emulsion turbulenzlos mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt wird, die das Ultrafilter (4) verlassende, teilweise vom Filtrat, bestehend aus Wasser, niedermolekularen und ionischen Bestandteilen befreite Öl-Wasser-Emulsion in ebenfalls laminarer Strömung zusammen mit dem Rest des gasförmigen Mediums wieder dem Vorratsbehälter (1) zugeführt, dort Öl und Ölschlamm zum Aufschwimmen gebracht und aus dem Vorratsbehälter (1) entfernt und die teilweise gereinigte Öl-Wasser-Emulsion erneut unter Zufuhr von gasförmigem Medium dem Ultrafilter (4) zugeführt wird und so fort, wobei

   — eine Meßzelle (14) laufend die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert des Filtrats ermittelt,

   — ein Schwimmerschalter (12) im Vorratsbehälter (1) die Zufuhr von Frischwasser bis zum Erreichen der festgelegten Leitfähigkeit der Öl-Wasser-Emulsion schaltet,

   — die Meßzelle (14) die Zuführung des Filtrats in den Vorratsbehälter (1) steuert,

   — eine weitere Meßzelle (15) die Emulsionskonzentration ermittelt und die Zugabe von Frischkonzentration und Frischwasser steuert