DE1134785B

DE1134785B - Filter- und Coaleszer-Vorrichtung fuer fluessige Kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE1134785B
Application number: DEF28190A
Authority: DE
Inventors: Arnold Dornauf
Original assignee: Faudi Feinbau GmbH
Current assignee: Faudi Feinbau GmbH
Priority date: 1959-04-13
Filing date: 1959-04-13
Publication date: 1962-08-16
Also published as: US3186551A

Description

INTERNAT. KL. C 10 g

DEUTSCHES

PATENTAMT

F28190IVc/23b

ANMELDETAG: 13. APRIL 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

AUSLEGESCHRIFT: 16. AUGUST 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filter- und Coaleszer-Vorrichtung für flüssige Kohlenwasserstoffe und insbesondere für Düsenkraftstoffe, bestehend aus einem Trübraum, einem Abscheidungsraum sowie diese verbindenden hohlzylinderförmigen Filterelementen, welche Filterschichten verschiedener Porenweite aufweisen.

Derartige Filter- und Coaleszer-Vorrichtungen haben die Aufgabe, einerseits die in der Flüssigkeit vorhandene Emulsion, in der Regel eine Wasser-in-Öl-Emulsion, zu brechen, für die Ableitung des abgespaltenen Wassers zu sorgen, gleichzeitig die durch in der Zuflußleitung oder in vorgeschalteten Pumpen oder anderen Geräten erzeugte elektrostatische Aufladung abzuleiten sowie in der Flüssigkeit vorhandene Schmutzteile zu entfernen. Das vorzugsweise Anwendungsgebiet der Erfindung stellt die Trocknung und Filtrierung von Kraftstoffen für Düsenmotor dar. Im Falle der Trocknung wird verlangt, daß die Filterelemente auch dann einwandfrei arbeiten, wenn die Vorrichtung von einer Lösung von z. B. 30001/min durchflossen wird und dem zufließenden Kraftstoff 3% Wasser in Form einer Wasserin-Kraftstoff-Emulsion beigemischt sind. Hierbei darf im Filtrat nicht mehr als 0,00025 % Wasser enthalten sein. Auch an die Filterfeinheit werden höchste Anforderungen gestellt. Ist z. B. der zufließende Kraftstoff mit Rost oder Eisenoxyd verschmutzt, wobei der Schmutz eine Korngrößenverteilung hat, bei welcher etwa 50% in der Größenordnung unter 0,25 μ liegen, und ist in der zufließenden Trübe eine Schmutzmenge von etwa 75 mg/1 enthalten, so darf im abfließenden Filtrat nur noch 0,75 mg/1 Schmutz vorhanden sein. Die Umfüllvorrichtung muß allen diesen Anforderungen deshalb entsprechen, weil in den- modernen Düsentriebwerken Regelgeräte mit Toleranzen unter 1 μ eingebaut sind und diese bei Vorhandensein von Verunreinigung oder Wasser, welches in größeren Höhen gefriert, blockiert werden und zum Ausfall des Düsenmotors führen.

Die bekannten Filter- und Coaleszer-Vorrichtungen der eingangs geschilderten Art haben den Nachteil, daß sie bei zunehmender Verschmutzung dem dadurch steigenden Differenzdruck nicht mehr standhalten und entweder zerstört werden oder zu einer Kanalbildung neigen, durch welche die emulgierte Flüssigkeit, ohne in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt zu werden, hindurchtreten kann.

Die geschilderten Nachteile sind durch die Erfindung bei einer Filter- und Coaleszer-Vorrichtung der eingangs geschilderten Art dadurch behoben, daß erfindungsgemäß die von der Flüssigkeit zuerst durch-

Filter- und Coaleszer-Vorrichtung für flüssige Kohlenwasserstoffe

Anmelder:

Faudi Feinbau G.m.b.H., Oberursel (Taunus), Im Diezen 4

Arnold Dornauf, Oberhöchstadt (Taunus), ist als Erfinder genannt worden

flossene Schicht verhältnismäßig dick (z. B. 10 mm) ist und Poren hat, deren Durchmesser 50- bis 150-, vorzugsweise IOOmal größer ist als der der noch abzuscheidenden Feststoffe. Bei abweichenden Porengrößen, z. B. dem 20fachen der geforderten Filterfeinheit, tritt zwar eine sehr gute Filterwirkung auf, jedoch werden die Poren sehr rasch verstopft und das Schmutzaufnahmevermögen der Filterschicht innerhalb kurzer Zeit erschöpft. Beträgt andererseits die Porenweite das 300fache der geforderten Filterfeinheit und mehr, so wird bei den angewendeten Schichtdicken von etwa 10 mm zu viel Schmutz durchtreten und die nachgeschaltete zweite Filterschicht innerhalb kürzester Zeit verstopft. Die Porenweite ist erfindungsgemäß durch geeignete Wahl des Durchmessers des Filtermaterials, verschieden starke Pressung der einzelnen Filterlagen und/oder verschiedene Konzentrierung der Imprägnierung vermittelt. Die Abscheidung verunreinigender Stoffteile erfolgt dem Wesen der Erfindung gemäß durch eine Massefilterwirkung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Filterschicht unter einer Vorspannung eingebaut, welche einen Flächendruck erzeugt, der etwa dem auszuhaltenden Probedruck entspricht. Die Vorspannung wird in einer Ausführungsform durch eine außen auf die Filterschicht aufgewickelte Drahtwendel eingestellt. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Filterschicht ursprünglich größeren Durchmessers mittels einer konischen Düse in ein Lochblechrohr kleineren Durchmessers eingeschoben. Wenn auch der ersten Filterschicht durch Imprägnierung und Aushärtung eine relativ hohe Festigkeit verliehen werden kann, so besteht doch in solchen Anwendungsfällen die Gefahr, daß die lediglich durch Kunstharz zusammengeklebten Faserteile bei ver-

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schmutztem Element und auftretenden Druckstößen zersprengt werden, hierdurch eine Kanalbildung eintritt und die angesammelte Verunreinigung nun stoßaitig das Element passiert sowie in die Filtratleitung geschwemmt wird. Denn bei zunehmender Verschmutzung steigt der Differenzdruck, der erforderlich ist, um die Flüssigkeitsmenge, meist etwa 100 bis 200 17m je Filterelement durch die Filterelemente hindurchzupressen. Dieser Differenzdruck steigt während des Betriebes bis zu 1,5 kg/cm² und während des Probedruckes bis zu 5 und 7 kg/cm². Die Drahtwendel und das Lochblechrohr haben hierbei die Aufgabe, die erste Filterschicht abzustützen und eine Zerstörung derselben insgesamt oder auch nur einzelner Schichtteile durch diesen hohen Flächendruck zu verhindern.

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß die Filterelemente an den Stirnseiten durch metallene, topfförmige Endscheiben abgeschlossen sind, die mit der Drahtwendel bzw. dem Lochblechrohr sowie gegebenenfalls weiter vorhandenen metallenen Abstützkörpern in elektrisch leitender Verbindung stehen. Vorteilhaft ist die Trennwand zwischen Rohflüssigkeitsraum und Beruhigungsraum aus Metall hergestellt und geerdet. Hierdurch ist es möglich, sowohl elektrostatische Aufladungen des Kohlenwasserstoffes als auch die durch die Emulsion vorhandene elektrische Ladung abzuleiten. Beim Durchfluß isolierender Flüssigkeiten durch engporige isolierende Filterelemente der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung entsteht durch innere und äußere Reibung eine besonders starke statische Elektrizität, die bei ungünstigen Verhältnissen 1000 V und mehr betragen kann. Diese statische Elektrizität wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgeleitet.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die gesamte Filter- und Coaleszer-Vorrichtung sowie Fig. 2 einen Längsschnitt und Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsf orm eines erfindungsgemäßen Filterelemente. Die Fig. 4 und 5 zeigen gleiche Schnitte durch eine andere Ausführungsform erfindungsgemäßer Filterelemente.

Die in Fig. 1 dargestellte Filter- und Coaleszer-Vorrichtung 1 besteht aus einem Trübraum 2, in den die Rohflüssigkeit durch Ansatz 3 hineinströmt und in dem sie sich gleichmäßig verteilt, sowie einem Abscheidungsraum 4 mit einem Ablauf 5 für das im unteren Teil des Raumes angesammelte Wasser, einem Abzug 6 für in den oberen Teil des Raumes aufsteigende abgeschiedene Luft oder Gase sowie einer Austrittsleitung 7 für den elektrisch entladenen, wasserfreien, flüssigen Kohlenwasserstoff. Die beiden Räume sind durch eine Trennwand 8 voneinander geschieden, die aus Metall besteht. Die Trennwand ist von außen zugänglich und bei 9 geerdet. In der Trennwand ist eine Anzahl von Filterelementen, z. B. zehn, angeordnet.

Jedes Filterelement lO besteht aus einem, wie aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 ersichtlich, inneren, gelochten MetallrohrH als Stützkörper des Elements, um welchen eine erste Filterschicht 12 angeordnet ist, die aus mit Kunstharz gebundenen Mineralfasern besteht und deren Porenweite dem lOOfachen der geforderten Filterfeinheit entspricht. Die Filterschicht 12 ist außen mittels

einer unter Vorspannung aufgewickelten Drahtwendel 13 abgestützt, wobei die Größe der Vorspannung eine Funktion des beabsichtigten Flächendruckes auf die äußere Filterschicht 14 ist und dieser ungefähr ebenso groß gewählt ist, wie der von der Schicht auszuhaltende Probedruck. Die außerhalb der Drahtwendel 13 angeordnete Demulgier- und Coaleszerschicht 14 besteht aus feinen, phenolharzgebundenen Glasfasern. Sie ist gehalten durch meh- j ίο rere umwickelte Lagen eines groben Sackleinens 15 I sowie einem äußeren Lochblechzylinder 16. Die Filter- und Entemulgierungsschichten mit den zugehörigen Versteifungs- und Abstützelementen, wie Halterohren, werden durch metallene, topfförmige, vorzugsweise aus Blech hergestellte, an den Stirnseiten angeordnete Endscheiben 17, 18 abgeschlossen, die mit dem inneren gelochten Metallrohr 11, der Drahtwendel 13 sowie dem äußeren Lochblechzylinder 16 in leitender Verbindung stehen. Die Endscheiben 17, 18 sind mittels eines benzin- und wasser- s beständigen Klebers 19 auf den Zylinder- und Filter- I körpern aufgeklebt, wodurch Kanalbildung und damit ein Durchtritt von Emulsionen verhindert ist. Die Wirkungsweise der Filtervorrichtung ist folgende: Das der Vorrichtung zufließende Flüssigkeitsgemisch verteilt sich gleichmäßig in dem Trübraum 2 und strömt dann in den Innenraum 20 der Filterelemente. Die Trennung der Wasser-in-Öl-Emulsion erfolgt im Zusammenwirken mehrerer Filterschichten. Die feinen Wassertröpfchen koagulieren zu dicken. Die aus der Oberfläche der Filterelemente austretenden Wassertropfen sinken schnell in den unteren Teil des Abscheidungsraumes 4 und werden dort durch den Abfluß 5 abgelassen. Die Abscheidung der Feststoffe erfolgt vorzugsweise in der Masse der Filterschicht 12 bzw. 23, auf deren äußere Schicht eine Vorspannung aufgebracht wird, wodurch eine Porenverengung eintritt. Die erforderliche Filterfeinheit wird dadurch erreicht, daß die Filterschicht vorzugsweise das IOOfache der der geforderten Filterfeinheit entsprechenden Porenweite besitzt, relativ dick (z. B. 10 mm) ist und daher auch kleinste verunreinigende Stoffeinheiten durch die Massefilterwirkung abgeschieden werden. Wird beispielsweise die Vorspannung in ihrer erfindungsgemäßen Ausgestaltung dadurch bewirkt, daß eine Filterschicht 12 bzw. 23 ursprünglich größeren Durchmessers in ein Blechrohr 25 kleineren Durchmessers eingeschoben wird, hält sie auch gegenüber auftretendem Differenzdruck bei Verstopfung der Poren stand. Abgeschiedene Luft oder Gase steigen in den oberen Teil des Beruhigungs- und Abscheidungsraumes 4 und werden dort durch den Abzug 6 abgelassen. Der elektrisch entladene, wasserfreie, flüssige Kohlenwasserstoff fließt durch die Austoittsleitung 7 ab.

Die Ableitung der von den Metallteilen der Filterelemente aufgenommenen elektrischen Ladung erfolgt sowohl über die den Rohflüssigkeitsraum und den Beruhigungsraum trennende metallene Wand 8 unmittelbar als auch mittelbar über die die Filterelemente einspannenden Spindeln 21 mit Endplatten oder die die Filterelemente tragenden Führungsgestänge 30 mit Gleitschalen 31, mit denen entweder die Metallendscheiben 17,18 oder das äußere Mantelrohr 16 in elektrisch leitender Verbindung stehen. Die Trennwände ist mit dem Vorrichtungsgehäuse leitend verbunden. Auch das Gehäuse ist geerdet.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel tritt an die Stelle des inneren Stützrohres 11 im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 eine Filterschicht 23, die aus groben Glasfasern von 10 bis 15 μ besteht und mit einem Kunstharz, z. B. einem vollständig polymerisierten Phenolharz, imprägniert ist. Diese Filterschicht 23 besitzt eine hohe Festigkeit, sowie eine das IOOfache der geforderten Filterfeinheit entsprechende Porenweite. Die innere Mantelfläche des Glasfaserrohrs 23 ist mit Schlitzen 24 versehen, wodurch zur besseren Schmutzaufnahme die innere Oberfläche vergrößert wird. Statt dessen kann das Glasfaserrohr 23 aber auch ein im Querschnitt sternförmiges Profil aufweisen. Unmittelbar auf das Glasfaserrohr 23 kann nun die aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 bekannte vorgespannte Drahtwendel aufgewickelt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ist um das Glasfaserrohr 23 jedoch ein innerer Lochblechzylinder 25 vorgesehen. Die erforderliche Vorspannung ist dadurch herbeigeführt, daß das Glasfaserrohr 23 mit einem ursprünglich größeren Außendurchmesser hergestellt und mittels einer konischen Düse als Werkzeug in den inneren engeren Lochblechzylinder 25 eingeschoben ist. Die Polymerisierung der Glasfasern erfolgt dabei erst nach Verbindung von Glasfaserrohr und Lochblechzylinder. Auf den inneren Lochblechzylinder 25 ist eine Glasfasermatte 26 für die Demulgatorschicht aufgewickelt. Um diese herum ist eine weitere Glasfasermatte 27 für die Coaleszerschicht vorgesehen. Sowohl in der Demulgatorschicht als auch in der Coaleszerschicht ist ein imprägniertes Zwiebelsackgewebe 28 eingeschaltet. Das Ganze wird durch einen äußeren Lochblechzylinder 29 zusammengehalten. Im übrigen ist der Aufbau der Filterelemente bei diesem Ausführungsbeispiel der gleiche, wie an Hand der Fig. 2 und 3 geschildert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Filter- und Coaleszer-Vorrichtung für flüssige Kohlenwasserstoffe, insbesondere für Düsen-

kraftstoff, bestehend aus einem Trübraum, einem Abscheidungsraum sowie diese verbindenden zylindrischen Filterelementen aus Filter- und Coaleszer-Schichten verschiedener Porenweite, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst durchflossen Schicht (12 bzw. 23) verhältnismäßig dick (z.B. 10mm) ist und Poren hat, deren Durchmesser 50- bis 150-, vorzugsweise IOOmal größer ist als der der noch abzuscheidenden Feststoffe.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filterschicht (12, 23) unter einer dem Kraftstoffdruck entgegengerichteten Vorspannung steht, deren Flächendruck etwa dem auszuhaltenden Probedruck entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (12) außen eine vorgespannte Drahtwendel (13) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (23) unter Vorspannung in einem Lochblechrohr (25) kleineren Durchmessers angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Endscheiben (17,18) der Filterelemente (12, 14 bzw. 23, 27, 28) mit der Drahtwendel (13) bzw. dem Lochblechrohr (25) sowie der metallenen Umhüllung (16 bzw. 29) in elektrisch leitender Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) sowie die Führungsstäbe (30) und Gleitschalen (31) geerdet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1685 126;
deutsche AuslegeschriftenNr. 1 044 327,1 059 136; deutsche Patentschrift Nr. 929 726;
britische Patentschrift Nr. 777 320.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1 078 721, 1 056 767,
949.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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