DE10022104C1 - Entfernung von Öl aus Emulsionen mittels Membranen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entfernung der hydrophoben Phase einer Emulsion mittels mehrerer Membraneinheiten, wobei die Membraneinheiten in Reihe geschaltet sind und der Porendurchmesser der Membraneinheiten in Strömungsrichtung so zunimmt, daß die kleinsten Öltröpfchen, die gerade noch zurückgehalten werden sollen, gleich oder größer als der gewählte Porendurchmesser der jeweiligen Membraneinheiten sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung der oleophilen bzw. hydrophoben Phase einer Emulsion aus dem Wasser - d. h. der Erzielung einer Phasenseparation/hydrophober Phase/Wasser - mittels vorzugsweise hydrophiler Membranen. Dies soll im folgenden am Beispiel einer Emulsion Öl/Wasser erläutert werden.

Die Öltröpfchengröße der Emulsion ist von einer Vielzahl von Parametern, wie z. B.: Temperatur, pH-Weit, Ionenstärke, oberflächenaktive Stoffe und sonstige Bestand­ teile in der Emulsion usw. abhängig. Bekannt ist aber, daß bei sonst konstanten Pa­ rametern ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Gesamtkonzentration der Ölphase im Wasser und der Tröpfchengröße dergestalt existiert, daß mit zunehmen­ der Konzentration an Öl durch Koaleszenz die mittlere Tröpfchengröße solange wächst, bis es zu einer weitgehenden Phasentrennung kommt.

Stand der Technik

Die Kenntnis des obigen Zusammenhangs wird genutzt, um durch geeignete Anrei­ cherungsverfahren, wie z. B. Zentrifugation oder Membranfiltration lokal die Ölkon­ zentration so zu erhöhen, daß es zu einer spontanen Phasenseparation kommt. Die Optimierung dieser Verfahren wird dadurch erschwert, daß es innerhalb der Emulsion keine einheitliche Öltröpfchengröße sondern eine Tröpfchengrößenverteilung gibt. Beim Einsatz poröser Membranen zur Rückhaltung und damit Anreicherung der Öl­ phase steht man nun bei der Auswahl der Porengröße der am besten für das Trenn­ problem geeigneten Membran vor der Schwierigkeit, daß mit kleiner werdenden Po­ rendurchmesser die Permeabilität, d. h. der Wasserfluß durch die Membran bei vorge­ gebener Druckdifferenz P_F - P_P abnimmt, mit zunehmendem Porendurchmesser P_F - P_P dagegen die Menge an mitgerissenem Öl zunimmt.

Man ist daher gezwungen zur Minimierung der Konzentration an Öl im Permeat klei­ nere Membran-Porendurchmesser zu wählen. Dies wird mit einem erhöhten Bedarf an erforderlicher Membranfläche erkauft. Derzeit wird in der Praxis eine Phasenseparation mittels Membranen dadurch erreicht, daß die Emulsion mit einem Feedstrom Q_F (das ist der Massenstrom an Emulsion, der pro Zeiteinheit in den Membranmodul eintritt) gemäß Fig. 1 solange im Kreislauf durch den bzw. die parallel geschalteten Module gepumpt und das Permeat Q_F abgeführt wird, bis die Ölkonzentration im Retentat die Grenze zur Phasenseparation überschreitet, d. h. das freie Öl bzw. die hydrophobe Phase hP schwimmt an der Oberfläche des Behälters auf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die für den Separationsprozeß benötigte Membranfläche durch mehrere (mindestens jedoch zwei) in Reihe, d. h. hintereinan­ der geschaltete Membranmodule gem. Fig. 2 zu realisieren, wobei der Porendurch­ messer des im Strömungsrichtung folgenden Membranmoduls jeweils etwas größer ist als der vorhergehende. Dies hat gleich mehrere Vorteile.

Da die Öltröpfchengröße von Modul zu Modul wächst, bleibt der Rückhalt gewahrt, obwohl der Porendurchmesser zunimmt, gleichzeitig kann - wegen des von Modul zu Modul wachsenden Porendurchmessers - die zur Erzeugung des Permeatflusses not­ wendige Druckdifferenz P_F - P_P mit jeder Stufe abnehmen. Das hat zur Folge, daß mit einer einzelnen Pumpe trotz des von Modul zu Modul abnehmenden Druckes p mehr Module hintereinander geschaltet werden können, als im Falle gleicher Membranpo­ rengröße.

Die Abstufung der Porengrößen d. h. deren Zunahme von M1, M2, M3 usw. hängt natürlich von den Koaleszenzeigenschaften der Emulsion (z. B. Milch, Schneidöl­ emulsion, Avivage etc) ab und muß experimentell ermittelt werden. Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.

Unter Beibehaltung des Prinzips in Strömungsrichtung zunehmendem Membranpo­ rendurchmessers werden mehrere Gruppen von Membranmodulen so parallel ge­ schaltet, daß deren Zahl in Strömungsrichtung, d. h. von M1 nach M2, von M2 nach M3 usw. jeweils abnimmt, dergestalt, daß unter Berücksichtigung des durch den Permeataustritt Q_P, sich vermindernden Retentatstroms in jedem Modul eine annä­ hernd gleiche optimale mittlere Strömungsgeschwindigkeit Q_F/A (mit A als vom Feed durchströmter Gesamtquerschnittsfläche aller parallel geschalteten Module) herrscht. Optimal ist die Strömungsgeschwindigkeit dann, wenn der axiale Druck­ verlust nur so hoch ist, daß eine - zur Vermeidung von Ablagerungen auf der Memb­ ran - notwendige Wandschubspannung nicht überschritten wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Entfernung der hydrophoben Phase einer Öl/Wasser-Emulsion, indem die hydrophile Phase über eine poröse Membran abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion nacheinander durch mehrere Membraneinheiten mit zunehmender Porengröße geführt wird.

2. Vorrichtung mit in Reihe geschalteten Membraneinheiten zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Porendurchmesser der in Strömungsrichtung folgenden Membraneinheit jeweils größer ist als die Porengröße der vorhergehenden, wobei die Porendurchmesser jeweils so gewählt werden, dass sie gleich oder kleiner als der die jeweilige Membraneinheit durchstömende kleinste Öl- oder Fetttröpfchendurchmesser sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Membraneinheiten aus mehreren parallel geschalteten Modulen bestehen und deren Zahl in Strömungsrichtung abnimmt.