DE1470608C - Vorrichtung zum Brechen von Emulsionen mit einer kontinuierlichen Ölphase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum . Brechen von Emulsionen mit einer kontinuierlichen Ölphase, bestehend aus einem Behälter mit Auslassen für das behandelte Öl am oberen und für die abgeschiedene, mit Öl nicht mischbare Flüssigkeit am unteren Ende, mit einem Einlaßverteiler für die zu behandelnde Emulsion, über dem sich senkrechte Kanäle befinden, die außen von den Elektrodenflächen und innen von den inneren Elektroden nahe der Mitte dieser Kanäle begrenzt werden, mit einer außerhalb des Behälters angeordneten . Gleichstromhochspannungsquelle, an die die Elektrodenflächen und die inneren Elektroden angeschlossen sind.
- Durch die USA.-Patentschrift 2 855 356 ist eine Vorrichtung zur elektrischen Spaltung von Emulsionen bekanntgeworden. Bei der bekannten Vorrichtung sind zwei Behandlungszonen vorgesehen, wobei in der letzten Zone die restlichen Bestandteile der emulgierten Phase entfernt werden. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Elektroden in Form konzentrischer Zylinder angeordnet. Das Verhältnis Elektrodenlänge zu Spaltbreite war bei der bekannten Vorrichtung 3: 1, wobei dieses Verhältnis als Mindestverhältnis für erstrebenswert und wünschenswert gehalten wurde.

Mit einer Vorrichtung nach der USA.-Patentschrift 855 356 ist eine Emulsionsspaltung bis auf einen Restemulsionsgehalt von 0,001% erreicht worden. Aufgabe der Erfindung ist daher, eine verbesserte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der der Emulsionsgehalf weiter herabgedrückt werden kann.-.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die senkrechten Kanäle aus einer Anzahl zellenartiger Kanäle bestehen und daß die Länge des Behandlungsraumes zwischen den Elektroden mindestens 61 cm und das Verhältnis Länge zu Spalte des Innenraumes zwischen den Elektroden 8:1 bis 30:1 beträgt.

ίο Indem bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zellenartige Kanäle statt der bekannten Anordnung

'^: der Elektroden in Form von konzentrischen Zylindern verwendet werden, wurde erreicht, daß bei gleicher Länge der Elektroden in der bekannten und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Emulsionsgehalt mit der neuen Vorrichtung auf Werte herabgesetzt werden kann, die erheblich unter den bisher erreich-

, baren Werten liegen. . ■ j

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben.

F i g. 1 ist eine Gegenüberstellung charakteristischer Behandlungskurven von neuen und alten Behandlungsvorrichtungen, ' ' · ■ F i g. 2 ist eine Darstellung der Effekte in den Endteilen eines Behandlungsfeldes, die beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes in einer Ölemulsion auftreten ; ■ F i g. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Bchandlungs- : vorrichtung nach der Erfindung; -../■.·
F i g. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 3; '—''

F i g. 5, 6 und 7 sind Darstellungen anderer Aus- _: führungsformen und Anordnungen der Zellen;

F i g. 8 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 9 ist ein Querschnitt nach der Linie 9-9 in der Fig. 8;

Fig. 10 und 11 sind Darstellungen verschiedener Anordnungen von Einlassen.·

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die elektrohydraulischen Effekte, die beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes in einer Ölemulsion an den Endteilen eines Elektrodenzwischenraumes auftreten, wobei in der Mitte eine Hochspannungselektrode α zwischen den Elektroden b und c angeordnet ist, die Erdpotential aufweisen, und wobei die Emulsion bei e eintritt und nacheinander die Eintrittszone /, die Zwischenzone g und die Austrittszone h durchströmt. Der Elektrodenzwischenraum setzt sich daher aus einem Eintrittsteil /', einem Zwischenteil g' und einem Aus- | trittsteil ti zusammen. Die Elektrode α kann als zylin-; drische Elektrode angesehen werden_r die zwischen den ; zylindrischen Elektroden b und c angeordnet ist, die' im Schnitt dargestellt sind; die Elektrode α kann auch als Stab zwischen den sich gegenüberstehenden Abschnitten b und c einer rohrförmigen Elektrode mit kreisrundem oder einem anderen Querschnitt angesehen werden.

Der Feldlinienverlauf des elektrischen Hochspannungsfeldes unterscheidet sich in den Endzonen / und h und in den Teilen /' und /;' notwendigerweise von dem Feldlinienverlauf in der Zwischenzone des Teiles g und g' infolge der Kanteneffekte in den erstgenannten Zonen, wobei die Feldstärke in der Nähe der Kanten oder Enden einer Elektrode erhöht ist. Werden die elektrischen Erscheinungen allein betrachtet, so ergibt sich, daß die von e austretende Emulsion, die nor-

malerweise eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist als die umgebende, zum Teil behandelte Flüssigkeit, die letztgenannte verdrängt und in die Zone mit der höheren Feldstärke in der Nähe des Endes der Elektrode α hineingezogen wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Erscheinung und die seitliche elektrische Blaswirkung von der Elektrode α aus in der Nähe ihres Endes ringförmige Zirkulationen /zu erzeugen suchen, die ihrerseits schwächere Zirkulationen /' und j" im Elektrodenzwischenraum verursachen. Das Feld am Ende der Elektrode α koalesziert einen Teil der emulgierten Partikel zu größeren Tropfen, die sich abscheiden ; jedoch ist die vom Feld erzeugte Turbulenz in Form der Zirkulationen j, j" und j" für die erwünschte gleichmäßige Strömung im Zwischenteil g' nachteilig. Wird die angelegte Feldstärke erhöht, so verstärkt sich diese Turbulenz im Elektrodenzwischenraum. Allein infolge der hydraulischen Strömungsvorgänge werden diese Effekte der Turbulenz in der Eintrittszone / überlagert. Die sich ergebende sogenannte, elektröhydraulische Turbulenz begrenzt die Wirksamkeit der Behandlung in gleichmäßiger Strö-.müng im Zwischenteil g'. - .

Der Kanten- oder Randeffekt in der Austrittszone h ist etwas verschieden und hängt ,von dem Feldlinienverlauf "' und ^;der ärir A'ustrittsende!"'ausströmenden Emulsion und im besonderen vori der Zähl der Partikel je Volumeinheit oder der Pobulatiöhsä'icnfe,^: der Part;ikelgröße und.der Art ^;des restlichen emulgieren Materials ab, das^;irn^!ZwischenteiI g' noch nicht abgeschieden wurde; Es hat sich gezeigt, daß der Feldlinienverlauf in dieser Endzone h gleichfalls eine Turbulenz in einer Zone erzeugt, die in der F i g. 1 mit Punkten dargestellt ist, wobei die Turbulenz sich nach unten in den Elektrodenzwischenraum weiter fortsetzt, wenn die angelegte Spannung und die Populationsdichte sich erhöht. Es hat sich gezeigt, daß die Turbulenz als Folge dieser Effekte verringert und auf einen viel kleineren Wert gebracht werden kann als bei den herkömmlichen Behandlungsvorrichtungen, wenn das ausfließende Öl nur winzige Mengen restlichen emulgierten Materials enthält. . '

Die Fi g. 1 zeigt in Vollinie die bekannte charakteristische Behandlungskurve k einer herkömmlichen elektrischen Behandlungsvorrichtung, wobei die Wirkung auf die Mitführung (der Menge des im behandelten Öl zurückbleibenden restlichen emulgierten Materials) als Ordinate aufgetragen ist, wenn sich die als Abszisse aufgetragene Feldstärke verändert. Die Kurve A- ist typisch für eine elektrische Behandlungsvorrichtung mit Elektroden in Form mehrerer konzentrischer zylindrischer Elektroden oder, paralleler Platten, an die eine veränderbare Gleichspannung angelegt wird, wobei die Elektroden einen Abstand von ungefähr 7,6 cm aufweisen und die Elektrodenzwischenräume ungefähr 38 cm lang sind. Diese Länge stellt den Höchstwert dar, der im allgemeinen bei derartigen gewerblichen Behandlungsvorrichtungen zur Anwendung gelangt. Wird die Behandlungsvorrichtung mit Spannung versorgt, so verbessert sich die Behandlung progressiv mit der Vergrößerung der Feldstärke bis k'-k', verschlechtert sich dann jedoch rasch, wie durch den Aufwärtsbogen der Kurve jenseits dieses günstigsten Bereichs dargestellt wird, wobei die Kurve A- in der Nähe von k'-k' eine verhältnismäßig starke Krümmung aufweist. Wird die gleiche Emulsion durch ein Zellen- und Stangen-System geleitet, dessen Elektrodenzwischenraum eine Weite von 7,6 cm und eine Länge von 38 cm aufweist, und erfolgt die Vorwärtsströmung in demselben Ausmaß, so ist die charakteristische Behandlungskurve ungefähr die gleiche; die Behandlungsvorrichtung arbeitet jedoch viel stabiler unter den wechselnden Bedingungen von Temperatur, Strömungsgeschwindigkeiten⁷ und anderen Ursachen hydraulischer Störungen. ' · ^!

Das Ansteigen der Kurve k jenseits von k'-k' wurde bisher als Folge einer auf elektrischem Wege herbeigeführten Brechung des emulgierten Materials infolge der ansteigenden Feldstärke in der Nähe der einen oder beider Elektroden angesehen, und es wurde bisher noch keine Möglichkeit gefunden, diesen Anstieg zu beseitigen. Die Erfindung beruht weitgehend auf der Entdeckung, daß durch Verwenden einer zellenförmigen Elektrode und durch Verlängern der Elektrodenzwischenräume die Form der charakteristischen Behandlungskurve sich ganz unerwartet ändert. .
Bei Verwendung des oben beschriebenen Zellen- und Stangen-Elektrodensystems beispielsweise, wobei alle anderen Betriebsbedingungen unverändert bleiben, mit der Ausnähme, daß die Elektrodenzwischenräume 61 cm lang bemessen werden, ändert sich die charakteristische Behandlungskurve zur strichpunktierten Kurve m, deren Mindestwert nicht nur viel tiefer liegt als k, wobei die Kurve m jedoch ihr Minimum bei einer angelegten wesentlich höheren Spannung erreicht, wie bei m'-m' dargestellt. Wird die Länge der Elektrodenzwischenräume in den Zellen bei sonst unveränderten Bedingungen zu 102 cm bemessen, so wird die charakteristische Behandlungskurve durch die punktierte Kurve η dargestellt, die ein noch niedrigeres Minimum n'-ri bei noch höherer Feldstärke erreicht.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Kurven m und /; im Minimum viel weniger stark gekrümmt sind als die Kurve k des älteren Verfahrens, woraus hervorgeht, daß über einen weiteren Bereich von Feldstärken Mengen restlichen Materials erhalten werden können, die nahe am Mindestwert liegen. Dies ist ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung selbst für diejenigen Fälle, in denen die Minima m'-m' und n'-n' der Kurven m und η näher an k'-k' liegen oder ungefähr gleich k'-k' sind, wie dies in einigen Fällen zutrifft. Dasselbe gilt, wenn von einer einen geringeren Gehalt an emulgiertem Material aufweisenden Emulsion ausgegangen wird, die bei einer Behandlung nach der Erfindung eine, durch Kreise dargestellte Kurve ο ergibt, 'clie im wesentlichen parallel zur Abszisse verläuft und bei Erhöhung der Feldstärke innerhalb der untersuchten Bereiche nur schwach oder gar nicht ansteigt. Daraus ist zu ersehen; daß unter Verwendung zellenförmiger Elektroden wesentlich bessere Behandlungsergebnisse erzielt werden, wenn diese in einem Bereich,betrieben werden, der erheblich höher liegt als der A-'-Ä'-Wert.

In den meisten Fällen, beispielsweise bei der Behandlung von Erdöldestillaten mit alkalischen Lösungen, fallen die Mindestwerte der charakteristischen Behandlungskurven bei den herkömmlichen Behandlungsvorrichtungen mit Elektroden in Form paralleler Platten oder mehrerer konzentrischer Zylinder in den Bereich von 1,19 bis 2,37 kV/cm. Werden jedoch die langen zellenförmigen Elektroden nach der Erfindung verwendet, liegen die Minima oftmals bei mindestens dem Zweifachen der angelegten Feldstärke im Gegensatz zu den herkömmlichen Behandlungsvorrichttingen. Da die einwirkenden Kräfte sich ungefähr mit dem Quadrat der angelegten Feldstärke verstärken, ist die mit den zellenförmigen Elektroden erzielte verbesserte

Behandlung daher weitgehend eine Folge der höheren günstigsten Feldstärke, mit der diese Anlage betrieben werden kann.

Die Kurven A:, m und η in der F i g. 1 sind alle bei derselben Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Elektrodenzwischenraum ermittelt worden. Selbst wenn die Flüssigkeit die längeren zellenförmigen Elektroden mit wesentlich größerer Geschwindigkeit durchströmt, weisen die Kurven m und m Minima auf, die wesentlich unter dem Mindestwert der Kurve k liegen, wobei die Werte der angelegten Feldstärke die gleichen oder höher sind als k'-k'. Wird beispielsweise die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung längs des Elektrodenzwischenraumes unter den Bedingungen der Kurve η ungefähr verdoppelt, so wird der Anstieg der Kurve nur in Richtung der punktierten Kurve ρ verschoben, wobei sich die Wirksamkeit der Behandlung selbst bei größeren Durchlaufmengen im Vergleich zu den älteren Vorrichtungen um ein Vielfaches erhöht.

Die Zeit, in der die Flüssigkeit im Feld verbleibt, . hängt von der Strömungsgeschwindigkeit ab; es hat sich jedoch oftmals ergeben, daß die Behandlungsergebnisse besser sind, selbst wenn die Verweilzeit im Feld bei Verwendung der langen zellenförmigen Elektroden kurz ist im Vergleich zu der Zeit im Feld der Kurve k infolge der Verwendung der herkömmlichen Elektroden. Um dies weiterhin darzulegen, wurde unter vergleichbaren Bedingungen und bei günstigster Feldstärke eine Untersuchung durchgeführt, um das Arbeiten von Behandlungsvorrichtungen miteinander zu vergleichen, und zwar (I) einer herkömmlichen und weit verbreiteten gewerblichen Vorrichtung mit Elektroden in Form konzentrischer Zylinder, die ein elektrisches Feld mit einer Länge von 38 cm und einer Breite von 7,6 cm erzeugten, (II) einer Vorrichtung mit einer zellenförmigen Anordnung, die gleichfalls ein Feld mit einer Länge von 38 cfri und einer Breite von 7,6 cm erzeugte, und (III) einer Behandlungsvorrichtung mit einer anderen zellenförmigen Anordnung, die ein Feld mit einer Breite von 7,6 cm jedoch mit einer Länge von 102 cm erzeugte.

Nachstehend sind die Ergebnisse dieser besonderen Untersuchungen zusammengestellt:

Behandlungs vorrichtung	Aufwärts geschwindig keit cm/Min.	Zeit im Feld Min.	Mitführung ppm
I II III	11,17 10,16 35,56	3,4 3,8 2,8	16,8 19,6 0,56

Hieraus ist ohne weiteres zu ersehen, daß bei einer dreieinhalbfachen Aufwärtsgeschwindigkeit und ungefähr 30°/o weniger Zeit im Feld die längere zellenförmige Elektrode mitgeführte Mengen ergab, die nur ' den dreißigsten Teil der Mengen bei den anderen Anordnungen betrugen, so daß die Behandlungsvorrichtung IH vom gewerblichen Standpunkt aus sehr vollkommen arbeitete. Die aus der letztgenannten Vorrichtung abfließende Flüssigkeit war vollkommen klar, während die Flüssigkeit aus den anderen Vorrichtungen trübe war. Aus dem Vorstehenden ist ferner zu ersehen, daß die langen zellenförmigen Elektroden eine viel größere Durchlaufkapazität aufweisen und daß die mit diesen Elektroden ausgestatteten Behandlungsvorrichtungcn viel kleiner und billiger aufgebaut werden können als die älteren Vorrichtungen mit Elektroden in Form paralleler Platten oder konzentrischer Zylinder. . -

Die Erfindung sieht allgemein vor, jede Zelle in der Strömungsrichtiing so lang zu bemessen, daß eine elektrohydraulische Turbulenz in den Endzonen/und/; daran gehindert wird, die Zone g zu durchdringen. Der Elektrodenzwischenraum wird so groß bemessen, daß die elektrohydraulische Turbulenz in den Endteilen /' und ΙΪ durch einen Zwischenteil g' getrennt wird, in dem die Emulsion gleichmäßig und im wesentlichen laminar vorwärts strömt. In dieser Weise ist die Behandlung besonders bei höheren Feldstärken zwischen k'-k' und n'-n' der F i g. 1 oder jenseits von n'-n' im Zwischenteil g' wirksam und entfernt eine so große Menge emulgierten Materials durch Koaleszenz und Elektrophorese, daß die elektrohydraulische Turbulenz in der Austrittszone h vernachlässigbar klein wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher das im

abfließenden Öl enthaltene restliche emulgierte Material auf die Hälfte bis zu einem Zehntel oder weniger im Vergleich zu den Ergebnissen der älteren gewerblichen Behandlungsvorrichtungen vermindert. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, bei Destillatemulsionen unter gleichen Strömungsbedingungen und mit derselben Emulsion bei Verwendung der älteren Elektroden Öle mit einem Gehalt von 40 ppm an Preßemulsion und bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zellenförmigen Elektroden Öle mit einem Gehalt von 2 bis 10 ppm zu erzeugen. Soll ein klares Öl mit einem Gehalt von weniger als 1 Teil pro Million erzeugt werden, so können derartige Anforderungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zellenförmigen Elektroden erfüllt werden, während dies bei Verwendung der älteren Vorrichtungen nicht möglich ist.

Behandlungsvorrichtungen mit einer großen Durchlaufkapazität werden vorzugsweise mit einem zellenförmigen Elektrodenaufbau ausgestattet, der im wesentlichen den gesamten Querschnitt eines Strömungskanals in Anspruch nimmt, wobei die langen Zellen nebeneinanderliegend in der Strömungsrichtung der Emulsion angeordnet werden. Jede Zelle bildet einen rohrförmigen Kanal mit einer Innenelektrode entgegengesetzter Polarität, wobei zwischen den Wandungen der Zelle und der in der Mitte gelegenen Elektrode ein ringförmiger Behandlungsraum geschaffen wird. Die Wandungen der Zellenkanäle werden vorzugsweise mit einer glatten Oberfläche versehen, wobei mindestens die Außenelektrode eine glatte Außenseite aufweisen soll, damit Unebenheiten quer zur Strömungsrichtung vermieden werden, die eine örtliche Erhöhung des elektrischen Feldes verursachen und die Ausbildung einer laminaren Strömung beeinträchtigen können.

Die Länge jeder Zelle beträgt, in der Strömungsrichtung gemessen, das Zwei- bis Zehnfache der Länge herkömmlicher Elektroden, wie sie bsi gewerblichen Emulsionsauflösungsvorrichtungen verwendet werden.

Die Zellen oder rohrförmigen Kanäle nach der Erfindung weisen oftmals eine Länge von ungefähr 76 bis 300 cm auf.

Die Weite oder die Distanz quer über jeden Zellenkanal hinweg beträgt üblicherweise ungefähr 5 bis 30 cm, zuweilen auch 40,6 cm, jedoch selten mehr. Die Anzahl der verwendeten Zelten oder Kanäle hängt von

>der gewünschten Durchlaufkapazität ab, und obwohl eine einzellige Behandlungsvorrichtung zur Behänd-

lung eines verhältnismäßig kleinen Volumenstroms bis formen bildet ein aufrecht stehender zylindrischer zu etwa 80 hl pro Tag benutzt werden kann, werden Behälter 10 einen senkrechten Kanal, dessen Querdie Möglichkeiten der Erfindung am besten in viel- schnitt im wesentlichen vollständig von einer zellenzelligen Behandlungsvorrichtungen ausgenutzt, die förmigen Elektrode 12 besetzt wird, die zwischen den oftmals fünf Zellen oder bis zu mehreren hundert 5 oberen und unteren Zonen 13.und 14 des Behälters Zellen enthalten. Die Größe und Anzahl der Zellen angeordnet ist. Die Zellenelektrode 12 besteht aus hängt üblicherweise von der Größe der Behandlungs- einer Vielzahl von sechseckigen Zellen 16, die eng anvorrichtung ab. " einander anliegend angeordnet sind und je eine herab-

Die innerhalb der Zellen befindlichen Innenelek- hängende Stabelektrode 17 aufweisen. Die Stabelektroden sind meistens Stäbe aus Voll- oder Hohlmate- io troden können an Haken 18 aufgehängt werden, die rial, deren Durchmesser nicht besonders kritisch ist. an einem durchbrochenen Aufbau 19 angebracht sind, Verwendbar sind Stäbe mit einem Durchmesser von der vom Behälter 10 elektrisch isoliert und an den ungefähr 6,3 mm bis zu einem großen Bruchteil der einen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlossen Weite des Kanals, wobei in Kanälen mit einer Weite ist (20), deren anderer Pol geerdet und damit mit der i von weniger als ungefähr 15,2 cm bei geeigneter Zen- 15 Zellenelektrode 12 elektrisch verbunden ist. ■ trierung, beispielsweise durch Spannen, sogar Stäbe in Die zu behandelnde Emulsion durchströmt die

', Form von Drähten verwendet werden können. Die ringförmigen Behandlungsräume 22 in den Zellen, I Innenelektroden sollen in den Zellen zentriert werden; tritt an einem Endteil 23 jeder Zelle ein, strömt gleich-I jedoch beeinträchtigen kleine Abweichungen von der mäßig, und im wesentlichen ohne Turbulenz längs ' genauen Mittellage nicht die Wirksamkeit der Behänd- 20 eines Zwischenteiles 24 und tritt an einem Endteil 25 lung. . _ - am Austrittsende einer jeden Zelle aus. Der Abschnitt,

In den meisten. Fällen werden die Zellen senkrecht in dem vorwiegend eine Koaleszierung erfolgt, beginnt ; angeordnet und die Stäbe in deren Mitte eingehängt. unterhalb der Stabelektroden und erstreckt sich über Auf diese "Weise liegen alle Stabelektroden parallel zu einen Teil des Zwischenteiles 24 hinweg. Der obere den einzelnen Zellen. Jedoch können auch andere 25 oder übrige Teil des Zwischenteiles 24 ist derjenige Ab-Elektrodenaufhängungen verwendet und benötigt wer- schnitt, in dem die elektrophoretischen Wirkungen vorden, wenn die Zellen oder Kanäle schräg oder im herrschen. Das gereinigte Öl wird bei 26 abgelassen, wesentlichen waagerecht angeordnet sind. Im wesentlichen gleiche Teilmengen der einge-

Das Verhältnis von Länge zu Spalt im Behandlungs- lassenen Emulsion sollen die Behandlungsräume 22 I raum zwischen den Elektroden beträgt 8 bis 30:1. 30 durchströmen. Bei der in der F i g. 3 dargestellten An- ! Für die gewerbliche Praxis beträgt dieses Verhältnis Ordnung wird die durch das Rohr 28 einströmende Ϊ vorzugsweise 12 bis 25 :1. . Emulsion von einem Verteiler 29 in mehrere im wesent-

; Bei den erfindungsgemäßen Behandlungsvorrich- liehen gleiche Ströme unterteilt, die durch die Rohr-I tungen beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der stutzen 30 direkt in die einzelnen Zellen geleitet wer-Emulsion im elektrischen Feld im Innern einer oder 35 den. Oberhalb der Rohrstutzen können Ausbreitungsvon mehreren Zellen mindestens 5 cm pro Minute bei glieder 31 angeordnet werden.

I schweren Ölen, beispielsweise Rohöl oder Schmieröl, Die in den einzelnen Zellen mitsteigenden Ströme

und normalerweise 25 cm/Min, oder mehr bei Leicht- werden in dem und unterhalb des Endteiles 23 zuerst ölen, wie Benzin und Kerosin, wobei bei einigen dieser der Einwirkung der elektrischen und der elektrohy-Leichtöle Geschwindigkeiten bis zu 125 cm/Min. 4° draulischen Effekte ausgesetzt, wobei eine Koalesziedurchführbar sind. Diese Strömungsgeschwindigkeiten rung in einem solchen Ausmaß erfolgt, daß die sich müssen verglichen werden mit den Höchstgeschwindig- längs des Zwischenteiles 24 vorwärts bewegende Strökeiten in der Nähe von ungefähr 1 cm/Min, bei schwe- mung restliche emulgierte Partikel η inerheblich verminreren Ölen und ungefähr 12 bis 15 cm/Min, bei leichte- derter Populationsdichte enthält. Das elektrische ren Ölen, wenn die Behandlung solcher Öle in Behänd- 45 Hochspannungsfeld im oberen Abschnitt des Zwilungsvorrichtungen mit herkömmlichen Elektroden er- schenteiles 24 wirkt auf die gleichmäßig strömende folgt. Bei den erfindungsgemäßen Behandlungsvor- Emulsion elektrophoretisch ein, und dieser Zwischenrichtungen werden im allgemeinen Feldstärken von teil 24 ist ausreichend lang und die angelegte Spannung ungefähr 2,4 bis 12 kV/cm benutzt. so hoch bemessen, daß das in den Austrittsteil 25 ein-

Bei Zellen mit einem kreisrunden, quadratischen 50 strömende behandelte Öl nur eine sehr kleine Menge oder sechseckigen Querschnitt werden die besten restlichen emulgieren Öls enthält, so daß die elektro-Ergebnisse erzielt, wenn die Innen- und Außenelek- hydraulischen Effekte im Endteil 25 im wesentlichen troden einen Formfaktor F aufweisen, der zwischen keine Reemulgierung bewirkt und nur in geringstem ungefähr 0,8 und 0,98 nach der folgenden Gleichung Ausmaß eine Turbulenz erzeugt. Das koaleszierte oder liegt: 55 elektr^phoresierte Material setzt sich allmählich bei 32

¹ ab und kann durch Leitung 33 mittels des Ventils 34

F =

2(Rt-R₁)

(Rt + Re) log*

abgelassen werden.

Es ist oftmals von Vorteil, wenn die Zellertelektrode 12 sich bis in dieses Material 32 hinein erstreckt, so

60 daß der Spiegel dieses Materials bis zu der Höhe L-L wobei Rt der Radius der Innenwandung einer kreis- oberhalb der unteren Enden der Zellen reicht. Dies runden Außenelektrode oder eines Kreises ist, der die kann mittels einer Spiegelkontrollvorrichtung 35 durchgleiche Fläche aufweist wie der Querschnitt einer geführt werden, die mit dem Ventil 34 in Verbindung quadratischen oder sechseckigen Außenelektrode, steht, wie durch die Strichlinie 36 angedeutet, so daß während R_e der Radius der Innenelektrode ist. 65 die unteren Enden der offenen Zellen beständig in die

Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungs- schwerere Flüssigkeit 32 eingetaucht gehalten werden, formen gewerblicher, Behandlungsvorrichtungen. Bei Diese Flüssigkeit bildet somit eine hydraulische Abder in den F i g. 3 und-4 dargestellten Ausführungs- dichtung zwischen benachbarten Zellen und zwischen

den am weitesten außen liegenden Zellen und den Teilen 38 des Behälters, die keine sechseckigen Zellen enthalten, wobei die Teile dann oben und unten offen gelassen werden können. Durch geeignete Ausbildung und. Einstellung des Verteilers kann jeder Zelle die gleiche Menge Emulsion zugeführt werden, so daß keine Strömungsdifferenzen auftreten können wie die thermisch oder hydraulisch induzierten Ströme bei den herkömmlichen Verteileranordnungen mit Querrohren. Unter gewissen Bedingungen können günstige Ergebnisse dadurch erzielt werden, daß der Spiegel in der Höhe L'-L' unterhalb der unteren Enden der Zellen gehalten wird, beispielsweise dadurch, daß die Betriebsverbindung 36 mit einer tiefer gelegenen Kontrollvorrichtung 35' in Verbindung gebracht wird. Das Einströmen der Emulsion in die freien Teile 38 kann dann dadurch vermieden werden, daß die Rohrstutzen 30 bis in die betreffenden Zellen hinein verlängert werden, oder diese freien Teile 38 werden oben verschlossen. Die erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtungen arbeiten am besten, wenn' die in die Elektrodenzwischenräüme · einströmende Emulsion nur eine verhältnismäßig kleine Menge emulgierten Materials enthält, üblicherweise weniger als 0,5%, obwohl auch gegenüber älteren Vorrichtungen bessere Ergebnisse mit Emulsionen erzielt werden, die große Mengen emulgierten Materials enthalten. In vielen Fällen können bessere Ergebnisse und eine größere Wirtschaftlichkeit erzielt werden, wenn ein Teil des emulgierten Materials vorher abgeschieden wird, beispielsweise indem die Emulsion durch eine elektrische Behandlungsvorrichtung^ geleitet wird, die eine große Turbulenz erzeugen kann, wobei die Emulsion zwischen den Kanten der oberen und unteren Elektroden 41 und 42 gespalten wird und die Elektroden durch einen Hochspannungstransformator 43 erregt werden. Als Beispiel sei angeführt, daß ein Kerosin-Wasser-Gemisch in einer' Zellenbehandlungsvorrichtung bei der sehr hohen Geschwindigkeit von 89 cm/Min, behandelt wurde, wobei die Geschwindigkeit ungefähr das Sechsfache der Geschwindigkeit darstellt, die bei den älteren Vorrichtungen mit Elektroden in Form paralleler Platten oder konzentrischer Zylinder bei der Behandlung der gleichen Emulsion benutzt wird. Betrug der Wassergehalt der in die Zelle einströmenden Emulsion 7,5 %> ^so wurden 38 Teile pro Million Wasser bei der günstigsten Feldstärke mitgeführL Wurde der Wassergehalt der Emulsion auf 0,5 % herabgesetzt, so betrug die Mitführung 11 Teile pro Million, und bei einer Herabsetzung auf 0,1% ergaben sich 5 Teile pro Million. Als weiteres Beispiel sei angeführt, daß ein leichtes Öl, mit einer 6%igen alkoholischen Lösung vermischt, ein Öl ergab, das nach der Behandlung 2 Teile pro Million mitführte, wenn die Strömungsgeschwindigkeit 51 cm/Min, betrug, wobei eine Zelle mit dem Querschnitt 20 · 20 cm² und ,mit einer Innenelektrode mit einem Durchmesser von

5.08 cm bei einer Feldstärke von 5,3 kV/cm verwendet wurde. Enthielt die einströmende Emulsion nur 0,5 % emulgiertes Material, so enthielt das behandelte Öl nur ungefähr 0,3 Teile pro Million bei einer Feldstärke von

7.9 oder 11,9 kV/cm sogar, bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 99 cm/Min., wobei die charakteristische Behandlungskurve der Kurve ο in der F i g. 1 ähnlich war.

Die Zellenkanäle können einen kreisrunden, ovalen, dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, vieleckigen oder gekrümmten Querschnitt besitzen. Die F i g. 5 zeigt ein Muster quadratischer Zellen, das oftmals von Nutzen ist. Abgesehen von der Form können die Zellen aus Rohren bestehen oder einen Teil einer zusammengesetzten Einheit bilden. Die F i g. 6 zeigt aus Rohren bestehende Zellen mit kreisrundem Querschnitt, die einander berühren, während die F i g. 7 solche Rohre zeigt, die voneinander etwas entfernt angeordnet sind, wobei die freien Räume 38 von Kopfteilen abgeschlossen werden, die die Rohre tragen. Die zusammengedrängt angeordneten Zellen jeder der beschriebenen Anordnungen nehmen im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Behälterkanals ein, in dem sie sich befinden.

Bei den in den F i g. 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen kann die Zellenelektrode 12 einen der zuvor beschriebenen Querschnitte aufweisen, wobei die nicht besetzten Teile 38 oben durch ein Kopfstück 46 abgeschlossen werden. In diesem Fall strömt die Emulsion durch eine kleinere Anzahl von Rohrstutzen 3O'_in einer Höhe ein, die unterhalb der unteren Enden der Zellen liegt, wobei oberhalb der Austrittsöffnungen der Rohrstutzen 30' Verteilerglieder 31' angeordnet sind. Die an die Rohrstutzen 30' angrenzende Zone wird durch die Barrieren 50 in kleine Abschnitte unterteilt, die Sektor- oder eine andere Form aufweisen können, wobei die Barrieren oder Trennwände die Emulsion nach oben zu einer bestimmten Gruppe von Elektrodenzwischenräumen leiten. Die Trennwände 50 können sich nach oben bis zum unteren Teil der Zellen erstrecken, wie dargestellt, oder in geringer Entfernung von diesen enden. Die Innenelektroden oder Stäbe 17 können bei dieser Ausführungsform im Innern der betreffenden Zellen, an deren Enden oder etwas unterhalb von diesen enden. In den letztgenannten Fällen werden zwischen den Stäben und den Trennwänden und zwischen den Stäben und der Verteilereinrichtung Vorbehandlungsfelder erzeugt, in denen eine Vorbehandlung der Emulsion in derselben Weise erfolgt wie in der elektrischen Behandlungsvorrichtung 40 nach der Fig. 3. Diese Ausführungsform weist den Vorzug auf, daß eine kleinere Anzahl von Rohrstutzen 30' verwendet werden kann, wobei nur ein oder mehrere Rohrstutzen die Emulsion in jeden Abschnitt leiten und so angeordnet sein sollen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in jeder der von einem solchen Abschnitt versorgten Zelle im wesentlichen die gleiche' ist. Das behandelte Öl wird von einem Netzwerk von Rohren 51 gesammelt, die eine große Anzahl von über den Querschnitt des Behandlungskanals yer-

teilten Öffnungen 52 aufweisen. Diese Art des Sammlers kann bei allen beschriebenen Behandlungsvorrichtungen verwendet werden und erfüllt seinen Zweck besser als der einzelne Auslaß 26 in der F i g. 3, wobei mit Sicherheit erreicht wird, daß die Ströme in allen Zellen im wesentlichen die gleiche Strömungsgeschwindigkeit aufweisen.

Bei der in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsform können die Innenelektroden sich entweder über die Enden der Zellen hinaus erstrecken oder an dieser Stelle enden. Die Emulsion strömt aus den Öffnungen der Rohrstutzen 30' nach unten ein. In diesem Falle kann in der Zuführungsleitung eine elektrische Vorbehandlungseinrichtung 40' mit einer in der Mitte gelegenen Elektrode 55 angeordnet werden, die von einem Hochspannungstransformator 56 erregt wird und in einem Rohr 57 angeordnet ist. In dieser Vorbehandlungseinrichtung 40' ist die Strömung höchst turbulent, wodurch eine Kettenbildung der Partikeln

und damit ein Kurzschließen der Elektroden verhindert wird. In einer solchen Behandlungsvorrichtung erfolgt nur ein geringes oder gar kein Absetzen des koaleszierten emulgierten Materials, das sich jedoch in diesem Falle in der Hauptbehandlungsvorrichtung beim Ausströmen aus den Rohrstutzen 30' absetzt.

Bei der in der Fig. 11 dargestellten Ausführungsform endet der größte Teil der Innenelektroden im Innern der betreffenden Zellen, jedoch erstreckt sich eine Elektrode 17' in der Nähe der-Mitte einer Gruppe

von Zellen nach unten in den von den Trennwandungen 50" abgegrenzten Abschnitt hinein. Zwischen der Verlängerung jeder Elektrode 17' und den benachbarten Trennwandungen 50" wird ein Feld geringerer Stärke erzeugt, das zur Anfangsbehandlung der einströmenden Emulsion dient, bevor diese in die kleine^ ren Zellen einströmt, und daher dieselbe Funktion ausübt wie in den Behandlungsvorrichtungen 40 und 57. Die Trennwandungen 50" können aus Verlängerungen ίο einiger Zellenwandungen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Brechen von Emulsionen mit einer kontinuierlichen ölphase, bestehend aus einem Behälter mit Auslassen für das behandelte Öl am oberen und für die abgeschiedene, mit Öl nicht mischbare Flüssigkeit am unteren Ende, mit einem Einlaßverteiler für die zu behandelnde Emulsion, über dem sich senkrechte Kanäle befinden, die außen von den Elektrodenflächen und innen von den inneren "Elektroden nahe der Mitte dieser Kanäle begrenzt werden, mit einer außerhalb des Behälters angeordneten Gleichstromhochspannungsquelle, an die die Elektrodenflächen und die inneren Elektroden angeschlossen sind, dadur c h gekennzeichnet, daß die senkrechten Ka_r näle aus einer Anzahl zellenartiger Kanäle bestehen und daß die Länge des Behandlungsraumes zwischen den Elektroden mindestens 61 cm und das Verhältnis Länge zu Spalte des Innenraumes zwischen den Elektroden 8 : 1 bis 30:1 beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Behälters im wesentlichen vollständig von einer großen Anzahl zellenartiger Kanäle besetzt wird, die einen kreisrunden, quadratischen, rechteckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweisen können, und daß alle Teile des von diesen Kanälen nicht besetzten Querschnittes des Behälters gesperrt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der unteren Enden der inneren Elektroden sich über die zellenartigen Kanäle hinaus erstrecken.