DE1937397C3

DE1937397C3 - Verfahren zum Trennen eines Gemisches aus mehreren flüssigen Phasen

Info

Publication number: DE1937397C3
Application number: DE1937397A
Authority: DE
Inventors: Henry P. Dr. Youngstown Ohio Sheng
Original assignee: E-C CORP DALLAS TEX US
Current assignee: E-C CORP DALLAS TEX US
Priority date: 1968-07-24
Filing date: 1969-07-23
Publication date: 1981-07-30
Also published as: NL163967B; DE1937397B2; GB1263487A; FR2016817A1; DE1937397A1; NL6911041A; BE736532A; NL163967C; US3471018A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Gtmischs aus mindestens einer spezifisch leichteren flüssigen Phase und mindestens einer spezifisch schwereren flüssigen Phase, insbesondere zum Trennen von organischen Flüssigkeiten von Wasser, mittels eines Hydrozyklons.

Die Verwendung von Hydrozyklonen zum Trennen der Bestandteile eines Gemischs aus unterschiedlich schweren Phasen ist in der US-PS 30 57 476 beschrieben. Dabei beruht die Trennwirkung allein auf dem Unterschied im spezifischen Gewicht der zu trennenden Phasen, und der eigentliche Effekt des Hydrozyklons selbst liegt in einer stärkeren Ausprägung dieses Unterschieds durch den Einfluß von die Schwerkraft übersteigenden Fliehkräften. Soweit Wandteile des Hydrozyklons mit Flüssigkeit in Berührung kommen, sind diese Wandteile einheitlich aus einem gegen die jeweilige Flüssigkeit ausreichend beständigen Material gefertigt bzw. mit einem Überzug aus einem solchen Material versehen. Eine direkte Mitwirkung dieses Materials am Trennvorgang gibt es jedoch nicht. ίο

Weiter ist für die Trennung von Flüssigkeitsgemischen, deren einzelne Phasen sich wie Kohlenwasserstoff und Wasser in ihrem spezifischen Gewicht voneinander unterscheiden, in der GB-PS 10 39 551 ein Separate.· beschrieben, der als Trennelement ein Netz Ί5 mit einer aktiven Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen aufweist, das dank der unterschiedlichen Benetzbarkeit von Polytetrafluoräthylen durch Kohlenwasserstoff einerseits und durch Wasser andererseits bei hinreichend kleiner Maschenweite nur durch den Kohlenwasserstoff, nicht aber auch durch das Wasser passiert werden kann. Das an diesem Netz zurückgehaltene Wasser sammelt sich zunächst bis zu einer gewissen Schichtdicke an und fließt dann der Schwerkraft folgend in einen unterseitigen Wassersumpf ab, aus dem es abgezogen werden kann, während der Kohlenwasserstoff nach dem Passieren des Netzes zu einem eigenen Auslaß geführt wird. Das zu zerlegende Gemisch von Kohlenwasserstoff und Wasser wird also für seine Trennung mit nur einem einzigen aktiven Material in Berührung gebracht, das als Sperre für das Wasser wirken soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich der Trennungsgrad und die Trenngeschwindigkeit für die Zerlegung von Gemisehen aus mindestens einer spezifisch leichteren flüssigen Phase und mindestens einer spezifisch schwereren flüssigen Phase im Vergleich zu den bisher dafür üblichen Vorrichtungen wesentlich steigern lassen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hydrozyklon verwendet wird, dessen Gehäuseinnenseite aus einem Material besteht, das von der schwereren Phase besser benetzbar ist als von der (den) übrigen Phase(n), und dessen Tauchrohr aus einem Material besteht, das von der leichteren Phase besser benetzbar ist als von der (den) übrigen Phase(n).

Im Rahmen der Erfindung wird von der bekannten Erscheinung Gebrauch gemacht, daß bestimmte Festkörperoberflächen von einigen Flüssigkeiten besser benetzt werden als von anderen, und dieser Effekt wird zur Trennung solcher Flüssigkeiten aus mehrere flüssige Phasen nebeneinander enthaltenden Gemischen kombiniert für zwei feste Materialien und in Verbindung mit einer Dichteunterschiede der Flüssigkeiten ausnutzenden Arbeitsweise eingesetzt Auf diese Weise läßt sich eine optimale Trennwirkung erzielen, indem das betroffene Gemisch gleichzeitig zum einen Zentrifugalkräften und zum anderen materialspezifischen Benetzungsunterschieden ausgesetzt wird. Im Ergebnis führt die Erfindung zu einem Verfahren, das sich durch eine kombinierte Trennwirkung für damit zu behandelnde flüssige Gemische auszeichnet, indem diese Gemische auf einem gekrümmten Strömungsweg geführt und dabei der aufspaltenden Wirkung von Zentrifugalkräften ausgesetzt und gleichzeitig mit unterschiedlichen Materialien in Berührung gebracht werden, die sich in ihrer Benetzbarkeit durch die verschiedenen Phasen in dem zu zerlegenden Gemisch voneinander unterscheiden, wobei dann die einzelnen Gemischphasen entlang der bevorzugt dadurch benetzbaren Materialien abgezogen werden. Damit lassen sich Werte für den Trennungsgrad und die Trenngeschwindigkei' erhalten, die erheblich über den bei Einsatz von Zentrifugalkräften oder von Benetzungsunterschieden allein erzielbaren Werten liegen.

Erfindungsgemäß wird ein an sich üblicher Hydrozyklon mit einem Gehäuse in Form eines umgekehrten Kegelstumpfmantels verwendet, in dessen im Durchmesser größeres oberes Ende einerseits tangential ein Einlaufrohr für die Einspeisung des zu zerlegenden Gemischs und andererseits in Axialrichtung ein Tauchrohr für die Abführung der spezifisch leichteren Gemischfraktion einmünden. Dabei besteht die innere Oberfläche des Zyklongehäuses aus einem von mindestens einer spezifisch schwereren flüssigen Phase des Gemischs besser als von der oder den übrigen flüssigen Phasen benetzbaren festen Material und die innere Oberfläche des Tauchrohres aus einem von mindestens einer spezifisch leichteren flüssigen Phase des Gemischs besser als von der oder den übrigen flüssigen Phasen benetzbaren festen Material.

Außer durch eine passende Materialauswahl kann eine wesentlich unterschiedliche Benetzbarkeit verschiedener Stellen des Strömungsweges für das zu zerlegende Gemisch gegenüber dessen verschiedenen flüssigen Phasen auch durch eine Ausgestaltung der Oberflächenbeschaffenheit, also beispielsweise durch eine Aufrauhung bestimmter Oberflächenteile geschaffen werden.

Im folgenden wird für die Erläuterung der Erfindung und der mit ihrer Hilfe erzielbaren Vorteile auf die Zeichnung Bezug genommen; in dieser zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Benetzbarkeit verschiedener Materialien durch verschiedene flüssige Phasen,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Versuchsapparatur für die Beurteilung der Auswirkung des Einsatzes von Baumaterialien mit unterschiedlicher Benetzbarkeit beim Bau eines Hydrozyklon^,

F i g. 3 eine graphische Darstellung einiger aus den mit Hilfe der in Fig.2 veranschaulichten Apparatur gewonnenen Daten ableitbarer Ergebnisse,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäß eingesetzten Hydrozyklon und

Fig.5 einen Schnitt durch den Hydrozyklon von F i g. 4 entlang der Schnittlinie 5-5 in F i g. 4.

Bekanntlich zeigen unterschiedliche Flüssigkeiien im allgemeinen auch eine unterschiedliche Neigung, eine bestimmte Festkörperoberfläche zu benetzen; sie breiten sich also in unterschiedlichem Ausmaß auf dieser Oberfläche aus, wobei dieses Ausmaß von der freien Energie der Oberfläche an den Berührungsstellen abhängt. Die freie Oberflächenenergie wiederum hängt ihrerseits mit den Oberflächenspannungen des Festkörpers, der Flüssigkeit und des umgebenden Dampfes zusammen. Ein quantitatives Maß für den Grad der Benetzbarkeit einer Festkörperoberfläche durch eine Flüssigkeit stellt den Randwinkel dar, der sich zwischen einem Flüssigkeitstropfen und einer ebenen Festkörperoberfläche ausbildet, auf welcher der Tropfen ruht. Hat dieser Randwinkel, der im allgemeinen mit Θ bezeichnet wird, den Wert Null, so sagt man, daß die Flüssigkeit den betreffenden Festkörper vollständig benetzt Beträgt der Randwinkel 180°, dann benetzt die Flüssigkeit den Festkörper überhaupt nicht. Bei Randwinkeln zwischen 0° und 180° zeigt die Flüssigkeit unterschiedliche Benetzungsgrade. Nach Konvention oder willkürlicher Festlegung betrachtet man einen Festkörper bei einem Randwinkel von weniger als 90° als durch die jeweilige Flüssigkeit benetzbar, bei einem Randwinkel von mehr als 90° dagegen als durch diese Flüssigkeit nicht benetzbar.

Ais nächstes sollen zwei nicht mischbare Flüssigkeiten betrachtet werden, wie z. B. η-Dekan und Wasser, von denen η-Dekan spezifisch leichter ist als Wasser. Mit einer üblichen Trennvorrichtung wie z. B. einem Hydrozyklon, die vollständig aus ein und demselben Material besteht, läßt sich für die Trennung dieser beiden flüssigen Phasen voneinander ein bestimmter Wirkungsgrad erzielen. Daher weist der über das Tauchrohr des Hydrozyklons abgezogene Überlauf im Vergleich zu dem ursprünglich in den Hydrozyklon eingespeisten Gemisch einen höheren Anteil an Kohlenwasserstoff und einen niedrigeren Anteil an Wasser auf, während umgekehrt der unten aus dem Hydrozyklon abgezogene Auslauf einen relativ höheren Anteil an Wasser und einen relativ niedrigeren Anteil an Kohlenwasserstoff enthält. Immer aber liegt die Trennwirkung für die Zerlegung des Gemischs in Kohlenwasserstoff und Wasser unter 100%.

Mii der vorliegenden Erfindung soll nun gezeigt werden, daß und wie sich das Ausmaß der Benetzbarkeit von festen Materialien durch die einzelnen in einem flüssigen Gemisch enthaltenen flüssigen Phasen bei dessen Zerlegung in diese einzelnen Phasen zur Steigerung des mit Hilfe von Hydrozyklonen erreichbaren Trennwirkungsgrades praktisch nutzbar machen läßt.

Dazu ist in Fig-. 1 ein Weg gewiesen, auf dem sich solche Materialien bestimmen lassen, die für die Herstellung der mit dem zu zerlegenden Gemisch in Berührung kommenden Festkörperoberflächen mit Vorteil verwendbar sind. Für die Betrachtung der in F i g. 1 veranschaulichten Daten sei ein Hydrozyklon mit üblichen geometrischen Abmessungen angenommen. Wird bei einem solchen Hydrozyklon beispielsweise das Tauchrohr aus einem Material hergestellt, das eine bevorzugte Benetzbarkeit durch die spezifisch leichtere flüssige Phase des Gemischs, also den Kohlenwasserstoff zeigt, das konische Gehäuse dagegen aus einem Material, das von der spezifisch schwereren flüssigen Phase des Gemischs, also dem Wasser besser benetzt wird, so ergibt sich für den Kohlenwasserstoff die Tendenz zu einer Anziehung durch das Tauchrohr und für das Wasser die Tendenz zu einer Anziehung durch das konische Gehäuse des Hydrozyklons. Auf diese Weise wird in das System eine zusätzliche Triebki-aft eingeführt, welche die normalerweise durch die in einem Hydrozyklon wirksam werdenden hydrodynamischen Kräfte erziielbare Trennwirkung steigert

Grundsätzlich ergäbe sich die ideale Oberfläche für das Tauchrohr des Hydrozyklons durch ein Material, das einen Randwinkel von 0°, also eine vollständige Benetzbarkeit für n-Dekan und einen Randwinkel von 180°, also gar k^ine Benetzbarkeit für Wasser aufwiese. Umgekehrt liefert die ideale Oberfläche für das Gehäuse des Hydrozyklons ein Material, das einen Randwinkel von C° für Wasser und von 180° für η-Dekan aufweist. In Fig. 1 sind diese beiden Materialien für ideale Oberflächen durch zwei gestrichelte Linien angedeutet wobei die von links unten nach rechts oben verlaufende Linie das ideale Gehäusematerial und die von rechts unten nach links oben verlaufende Linie das ideale Tauchrohrmaterial veranschaulicht. In der Praxis stehen allerdings derartige ideale Oberflächenmaterialien derzeit nicht zur Verfügung und scheinen daher Abweichungen von den idealen Verhältnissen nicht zu vermeiden. Immerhin aber kann man durch eine passende Materialauswahl die Abweichungen von den idealen Verhältnissen klein halten und die mit Hydrozyklonen erzielbare Trennwir kung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Berücksichtigung der Benetzbarkeit der Baumaterialien erheblich steigern.

Zur Veranschaulichung der Auswirkung einer passenden Auswahl der Baumaterialien auf der Grundlage ihrer Benetzbarkeit sind einige Materialien untersucht und ihr Benetzbarkeitsverhalten gegenüber Wasser und gegenüber η-Dekan in Fig. 1 aufgetragen worden. Für die Auswertung dieser Darstellung sei angemerkt, daß die gezeigten Linien jeweils nur an ihren Enden, wo sie die Skalen für Wasser und für n-Dekan schneiden, physikalische Bedeutung besitzen, wobei diese Schnittstellen für beide Flüssigkeiten jeweils die Werte für den Randwinkel gegenüber den verschiedenen durch die sich zwischen den beiden Skalen erstreckenden diagonalen Linien dargestellten Oberflächuimaterialien angeben.

Wie man aus Fi g. 1 ersieht, werden alle veranschaulichten Oberflächenmaterialien mit Ausnahme von Glas durch Wasser schlechter benetzt als durch η-Dekan, und daher erscheinen alle diese Materialien bei der gewählten Darstellungsweise in Form von Linien, denen man eine negative Steigung zuordnen kann. Aus diesem Grunde stellt keines der veranschaulichten Materialien eine Annäherung an den Idealfall eines Baumaterials für das Gehäuse eines Hydrozyklons zur Trennung von Wasser und η-Dekan dar. Das Ziel muß daher darin bestehen, für das Tauchrohr und für das Gehäuse des Hydrozyklons solche Baumaterialien auszuwählen, die eine größtmögliche Differenz in ihrer Benetzbarkeit

durch die beiden flüssigen Phasen des als Beispiel herausgegriffenen Gemischs zeigen.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird man also unter sonst gleichen Voraussetzungen dasjenige Material mit dem größten Vorteil als Baumaterial für das Gehäuse des Hydrozyklons heranziehen können, das durch Wasser am besten und durch den Kohlenwasserstoff am schlechtesten benetzt wird und daher die flachste negative Steigung in Fig. 1 zeigt. Umgekehrt erweist sich dasjenige Material als am besten als Baumaterial für das Tauchrohr des Hydrozyklons geeignet, das von η-Dekan am besten und von Wasser am schlechtesten benetzt wird.

Wie bereits oben erwähnt nimmt die Benetzbarkeit mit größer werdendem Randwinkel ab. Von den in Fig. 1 veranschaulichten Materialien kann daher Glas als das vorteilhafteste Material für die innere Oberfläche des Gehäuses angesehen werden, da die Steigung der zugehörigen Linie in Fig. 1 wenigstens den Wert Null erreicht, und umgekehrt ist Polystyrol als das beste Baumaterial für das Tauchrohr anzusehen. Festgehalten werden muß jedoch, daß sich die mit dem Hydrozyklon erzielbare Trennwirkung in allen Fällen durch den Einfluß der bevorzugten Benetzbarkeit im Sinne der Erfindung steigern läßt, in denen für das Tauchrohr oder den mit einer abzutrennenden flüssigen Phase in Berührung kommenden Teil davon einerseits und für das Gehäuse des Hydrozyklons oder einen Teil davon andererseits Materialien ausgesucht werden, für welche die Linien in F i g. 1 unterschiedliche Steigung zeigen.

Die vorstehende Betrachtung beruht auf der Benetzbarkeit von Festkörperoberflächen ohne Berücksichtigung von deren physikalischem Zustand. Nun läßt sich jedoch die Benetzbarkeil irgendeiner beliebigen Festkörperoberfläche dadurch verändern, daß ihr physikalischer Zustand beispielsweise durch Aufrauhen oder Glätten geändert wird. Zeigt eine mit einer glatten Festkörperoberfläche in Berührung stehende Flüssigkeit einen Randwinkel von weniger als 90°, so führt ein Aufrauhen dieser Festkörperoberfläche zu einer Verminderung des Randwinkeis, der Randwinkel ändert sich also in Richtung auf einen näher bei Null liegenden Wert, und die Festkorperoberfläche wird leichter benetzbar für die betreffende Flüssigkeit. So zeigt beispielsweise η-Dekan gemäß Fig. 1 auf einer glatten Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen einen Randwinkel von ca. 42°. Durch Aufrauhen der Oberfläche läßt sich dieser Wert noch vermindern.

1st der Randwinkel für eine bestimmte flüssige Phase auf einer relativ glatten Festkorperoberfläche dagegen größer als 90°, so zeigt sich die umgekehrte Erscheinung, d. h. der Randwinkel wird durch Aufrauhen vergrößert, und die Festkörneroherflärne wird durch die betreffende flüssige Phase noch weniger gut benetzt. So kann man beispielsweise aus F i g. 1 entnehmen, daß der Randwinkel für Wasser auf einer glatten Oberfläche aus Polytetrafluoräthylen bei etwa 120° liegt. Theoretisch läßt sich dieser Randwinkel durch Aufrauhen der Oberfläche auf einen Wert von 150" vergrößern. Bei Benutzung der bei der Beschreibung der Winkellage für die verschiedenen in F i g. 1 die einzelnen Materialien repräsentierenden Linien verwendeten Terminologie mit Steigungsangaben kann man also sagen, daß ein Aufrauhen einer Oberfläche aus Polytetrafluorethylen die Wirkung haben kann, daß diesem Material eine größere negative Steigung gegenüber einer glatten Polystyroloberflache zukommt, die ihrerseits bei einem Vergleich nur glatter Oberflä chen von den in Fig. 1 veranschaulichten Materialien als Baumaterial für das Tauchrohr am besten geeignet zu sein scheint.
Zu weiterer Untersuchung der Verbesserung der Trennwirkung von Hydrozyklonen durch den Einsatz unterschiedlicher Baumaterialien mit unterschiedlicher Benetzbarkeit wurden eine Reihe von Experimenten gemacht. Bei diesen Experimenten wurde die in F i g. 2 schematisch veranschaulichte Versuchsapparatur verwendet.

In einer ersten Gruppe von fünf Versuchen wurde in das Gehäuse eines Hydrozyklons ein Tauchrohr 10 aus Glas eingeführt; anschließend daran wurde in zwei weiteren Versuchsreihen dieses Tauchrohr aus Glas durch gleiche Tauchrohre aus Nylon bzw. aus Polyäthylen ersetzt. Dabei betrug der Durchmesser des konischen Gehäuses 12 am oberen Ende 30 mm, und das Tauchrohr 10 hatte jeweils einen Innendurchmesser von 6 mm. Als Material für das konische Gehäuse 12 wurde jeweils Pyrexglas verwendet. Die in Fig. 2 mit der Bezugszahl !4 bezeichnete Auslaßöffnung am Boden des Gehäuses 12 hatte einen Innendurchmesser von 3 mm und bestand ebenfalls aus Pyrexglas.

In der oben beschriebenen Versuchsapparatur wurde unter anderem ein Gemisch behandelt, das eine erste flüssige Phase aus schweren gesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen mit einem spezifischen Gewicht von 0,756, feste Teilchen aus Polyäthylen mit einem spezifischen Gewicht von 0,92 und einer durchschnittlichen Korngröße von 0,294 mm und eine zweite flüssige Phase aus Wasser (Leitungswasser) mit einem spezifischen Gewicht von 1 enthielt. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe wurden unter Verwendung eines mechanischen Rührwerks 18 in einem Tank 16 mit den Polyäthylenteilchen vermischt, bis ein Gemisch entstand, das etwa 4 Gewichtsprozent an festen Teilchen enthielt. Dieses Gemisch wurde aus dem Tank 16 durch eine Schneckenpumpe 20 abgezogen, die es in eine Verbindungsleitung 22 hineindrückte, in der eine gleiche Menge Wasser zugemischt wurde. Aus der Leitung 22 wurde das Gesamtgemisch dann tangential in das obere Ende des Gehäuses 12 eingespeist. Die Einlaufgeschwindigkeit wurde dabei innerhalb 1.5% bis 55 cm^J pro Sekunde gehalten.

Der Zweck der Einbringung von Polyäthylenteilchen in das Gemisch bestand darin, die bei Wasser und Kohlenwasserstoff vorhandene Neigung zur Emulsionsbildung bei einem Mischungsverhältnis von 1 :1 zu überwinden. Die Polyäthylenteilchen, die wieder eine

so Trennwirkung infolge ihrer bevorzugten Benetzung durch den Kohlenwasserstoff zeigen, führen zu einer Unterdrückung dieser Emulsionsneigung. Wenn sich eine Fmukion bilden sollte. «> beschränk! sich die Funktion des Hydrozyklons auf eine Trennung eines schwereren Emulsionsanteils von einem leichteren Emulsionsanteil.

Die bei den Versuchen in der Versuchsapparatur von F i g. 2 erzielten Ergebnisse sind in F ι g. 3 veranschaulicht, wo der Trennwirkungsgrad E über dem Verhältnis

«ι Q,JQu aus der volumetrischen Oberlaufgeschwindigkeit Qo und der volumetrischen Auslaufgeschwindigkeit Q_u aufgetragen ist. Dabei wurde in der ersten Versuchsreihe ein Tauchrohr 10 aus Glas, in der zweiten Versuchsreihe ein Tauchrohr 10 aus Nylon und in der

ei dritten Versuchsreihe ein Tauchrohr 10 aus Polyäthylen verwendet und jeweils das Verhältnis zwischen Uberlaufgeschwindigkeit Q„ und Auslaufgeschwindig keil Qo geändert. Der für die verschiedenen Verhältnisse

zwischen Überlaufgeschwindigkeit Q₀ und Auslaufgeschwindigkeit Qu mit dem Hydrozyklon erreichbare ideale Wirkungsgrad ist in F i g. 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Daneben sind dann die mit den verschiedenen Tauchrohrmaterialien praktisch erreichten Wirkungsgrade mit entsprechenden Kurven wiedergegeben.

Wie man aus Fig,3 ersieht, steigt der maximale Wirkungsgrad, der bei einem Verhältnis von Q₀ zu Q_u im Bereich von 1 :1 auftritt, beim Ersatz des Tauchrohres aus Glas durch ein Tauchrohr aus Nylon von 74% auf 85%. Noch auffallender ändern sich jedoch die Ergebnisse bei kleineren Verhältnissen zwischen Q₀ und Qu. So beobachtet man beispielsweise bei einem Verhältnis von 0,7 zwischen Überlaufgeschwindigkeit Qo und Auslaufgeschwindigkeit Q_u eine Steigerung des Wirkungsgrades E um den Faktor 1,7 von etwa 0,45 auf etwa 0,71 beim Ersatz des Tauchrohres aus Glas durch ein Tauchrohr aus Nylon oder aus Polyäthylen. Bei einem (?o/Q_u-Verhältnis von 1 führt das Tauchrohr aus Polyäthylen zu einer wesentlich besseren Trennwirkung sowohl gegenüber einem Tauchrohr aus Glas als auch gegenüber einem Tauchrohr aus Nylon.

Der in Fig.4 insgesamt mit der Bezugszahl 40 bezeichnete und erfindungsgemäß verwandle Hydrozyklon ist in seiner Geometrie im wesentlichen von üblicher Art, er besitzt ein metallisches Gehäuse 42 von konischer Form, das an seinem unteren Ende eine Auslauföffnung 42a von relativ geringem Durchmesser Und an seinem oberen Ende einen Deckel 426 von relativ großem Durchmesser aufweist. Mit der Auslauföffnung 42a verbunden oder in einem Stück mit dem unteren Ende des Gehäuses 42 geformt ist eine Auslauflei'ung 44, die zur Abführung der spezifisch schwereren flüssigen Phasen eines in den Hydrozyklon 40 eingespeisten flüssigen Gemischs dient, also den Auslauf aufnimmt.

Der konische Teil des Gehäuses 42 ist ebenso wie der Deckel 426 innen mit einer Auskleidung 46 aus Glas versehen. Ebenso kann auch die Auslaufleitung 44 über eine mehr oder weniger lange Strecke mit einer solchen Auskleidung aus Glas versehen sein, wenn die dadurch erzielbare geringe Steigerung der Trennwirkung die dadurch entstehenden zusätzlichen Kosten gerechtfertigt erscheinen lassen.

Am oberen Ende des Gehäuses 42 ist eine Zuleitung 48 für die Einspeisung eines in dem Hydrozyklon 40 zu zerlegenden flüssigen Gemischs vorgesehen, die tangential zu dem kreisförmigen Querschnitt des Gehäuses 42 in dieses einmündet. Durch die Mitte des Deckels 42b ist in Richtung der Achse des Gehäuses 42 ein Tauchrohr 50 hindurchgeführt. Das Tauchrohr 50 kann in den Deckel 42Λ eingeschraubt oder sonst in geeigneter Weise in seiner in F i g. 4 dargestellten Lage gesichert sein. Auf das innere Ende des Tauchrohres 50 ist in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch Aufschrauben, Aufpressen oder Aufschrumpfen eine Endkappe 52 aufgebracht. Diese Endkappe 52 überspannt die Mündung des Tauchrohrs 50 mit einem Gitter 54, das in unten im einzelnen beschriebener Weise aufgebaut und in F i g. 5 in größerem Maßstab veranschaulicht ist.

Läßt man bei der Erörterung der Arbeitsweise des Hydrozyklons 40 die Materialien, aus denen seine einzelnen Teile bestehen, zunächst außer acht so beruht seine Wirkung im Prinzip darauf, daß auf das eingespeiste flüssige Gemisch Zentrifugalkräfte ausgeübt werden, welche die spezifisch schwerere flüssige Phase des Gemischs relativ zu den oder der spezifisch leichteren Phasen radial nach außen führen. Dazu wird ein zu zerlegendes flüssiges Gemisch mit oder ohne darin suspendierte feste Teilchen über die Zuleitung 48 in das Gehäuse 42 eingebracht. Die Einspeisung erfolgt dabei mit relativ hoher Geschwindigkeit urd tangential zur Geometrie des Gehäuses 42, so daß sich darin eine Strudelwirkung ergibt und sich zwei Wirbel in der Flüssigkeit ausbilden.

in Die Einwirkung von Zentrifugalkräften auf das flüssige Gemisch läßt dessen spezifisch schwerere flüssige Phasen radial nach außen in den Bereich der konischen Gehäusewandung gelangen. Die spezifisch leichteren flüssigen Phasen dagegen verbleiben radial innen und daher im Bereich der Gehäuseachse und der Wirbelachse. Dies wirkt sich so aus, daß die spezifisch schwereren flüssigen Phasen des Gemischs entlang der Gehäusewandung nach unten und über die Auslauföffnung 42a und die daran anschließende Auslaufleitung 44 nach außen abgeführt werden. Die spezifisch leichteren flüssigen Phasen des Gemischs dagegen werden in der Mitte des Gehäuses 42 zusammengezogen und über das Tauchrohr 50 nach außen abgeführt. Auf diese Weise ergibt sich unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte eine Zerlegung des Gemischs, die auf dem unterschiedlichen spezifischen Gewicht von dessen einzelnen flüssigen Phasen beruht.

Die vorliegende Erfindung macht sich nun zusätzlich die unterschiedlichen Benetzungseigenschaften oder

i(i intermolekularen Affinitäten zunutze, die verschiedene Flüssigkeiten gegenüber verschiedenen Festkörper-Oberflächen zeigen, um dadurch den mit den üblichen Trennvorrichtungen erreichbaren Trennung*grad zu steigern. Deshalb besteht bei dem in F i g. 4 und 5 veranschaulichten Hydrozyklon 40 die innere Auskleidung 46 des Gehäuses 42 aus Glas, das Tauchrohr 50 dagegen aus einem organischen Kunstharz, als welches bei der dargestellten Ausführungsform wegen der damit erzielbaren Steigerung der Trennwirkung Polyäthylen gewählt ist.

Wird in den Hydrozyklon 40 ein Gemisch aus Wasser und η-Dekan oder anderen gesättigten Paraffinkohlenwasserstoffen eingespeist, so bewegt sich das Wasser als die spezifisch schwerere Phase des Gemischs radial nach außen in Richtung auf das Gehäuse 42 zu. Das n-Dekan oder die anderen gesättigten Paraffinkohlenwasserstoffe dagegen, die spezifisch leichter sind als das Wasser, bleiben relativ näher an der Achse des Gehäuses 42 als an dessen Auskleidung 46 aus Glas und befinden sich auf diese Weise gegenüber dem nach außen wandernden Wasser radial innen.

Wie man aus den in F i g. 3 gezeigten Daten entnehmen kann henelzen Wasser und Kohlenwasserstoff Glas etwa gleich gut; Polyäthylen jedoch, aus dem das Tauchrohr 50 besteht, wird von Kohlenwasserstoff weit besser benetzt als von Wasser. Daher wird der Kohlenwasserstoff von dem Tauchrohr 50. das sich in axialer Richtung in das Gehäuse 42 hinein erstreckt und sich daher an allen Stellen des Gehäuses 42 radial innen

t>n befindet, selektiv angezogen. Die bevorzugte Benetzbarkeit des Tauchrohrs 50 durch Kohlenwasserstoff läßt sich noch weiter steigern durch eine Aufrauhung seiner mit dem flüssigen Gemisch in dem Hydrozyklon 40 in Berührung kommenden Oberflächenteile. Wegen der

es bevorzugten Benetzbarkeit des Tauchrohres 50 durch Kohlenwasserstoff wird diese Phase des Gemischs stärker zu dem Tauchrohr 50 hingezogen und durch dieses nach außen abgeführt als Wasser Dadurch ergibt

sich im Hydrozyklon 40 eine zusätzliche Trennwirkung für das eingespeiste flüssige Gemisch.

Als ein weiteres Element zur Förderung der angestrebten Trennwirkung ist bei dem in F i g. 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel das Gitter 54 anzusehen, das aus Polyäthylen besteht und praktisch wie ein Tor wirkt, das den Kohlenwasserstoff selektiv passieren läßt, einen Durchtritt von Wasser als der nicht benetzenden flüssigen Phase des Gemischs dagegen unterbindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Trennen eines Gemischs aus mindestens einer spezifisch leichteren flüssigen Phase und mindestens einer spezifisch schwereren flüssigen Phase, insbesondere zum Trennen von organischen Flüssigkeiten von Wasser, mittels eines Hydrozyklons, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydrozyklon verwendet wird, dessen Gehäuseinnenseite aus einem Material besteht, das von der schweren Phase besser benetzbar ist als von der (den) übrigen Phase(n), und dessen Tauchrohr aus einem Material besteht, das von der leichteren Phase besser benetzbar ist als von der (den) übrigen Phase(n).