DE19520975C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

In vielen technischen Prozessen fallen Flüssigkeiten an, die eine Vielzahl unterschiedlicher Verunreinigungen enthalten. Um diese Arbeitsflüssigkeiten wiederholt verwenden zu können, müssen sie gereinigt werden. Bei den verunreinigten Flüssigkeiten handelt es sich zum Beispiel um Kühlschmierstoffsuspensionen, Kühl- und Schmierölen in der Metallbearbeitung oder Suspensionen von erdreichem Wasser in der Bodensanierung. Diese Flüssigkeiten bestehen meistens aus kostenträchtigen und umweltbelastenden Stoffen, so daß das Bestreben besteht, diese Flüssigkeiten so gut wie möglich zu reinigen und ihre Verwendung wieder zuzuführen.

Zur Trennung der in einer Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren allgemein bekannt. Weit verbreitet sind verschiedene Arten von Filtrationen, bei denen die zu reinigende Suspension auf ein Bandfilter aufgegeben wird. Dabei bleiben die Verunreinigungen auf dem Filtervlies liegen und die gereinigte Suspension wird mittels geeigneter Vorrichtungen unterhalb des Filtervlieses aufgefangen. Solche Bandfiltervorrichtungen haben den Nachteil, daß sie im wesentlichen nur feste Verunreinigungen aus der Suspension zuverlässig abtrennen können. Suspensionen, die neben festen Stoffen auch Flüssigkeiten, beispielsweise in Form von Öltröpfchen, enthalten, können mit Bandfiltern nicht zufriedenstellend aufbereitet werden, weil die flüssigen Verunreinigungen nur in sehr geringem Umfang von den Filtern abgefangen werden können. Darauf kommt es aber gerade an, wenn beispielsweise Kühlschmierstoffemulsionen, die unter anderem fettende und schmierende Bestandteile, insbesondere Metallseifen enthalten, zu reinigen sind. Die flüssigen Verunreinigungen führen unter anderem zu einem Verkleben der Poren der Filtertücher, so daß diese zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Leistung der Filtrieranlage häufig ausgetauscht werden müssen.

Ein anderes Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten wird in einer Zentrifuge durchgeführt. Durch die Zentrifuge wird ein künstlich erhöhtes Schwerkraftfeld in der Flüssigkeit erzeugt und dadurch eine Trennung der darin befindlichen Suspension in schwere, mittelschwere und leichte Bestandteile erreicht. Im Auslauf der Zentrifuge ist es möglich, die unterschiedlichen Fraktionen der Verunreinigungen getrennt abzuführen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die schweren Verunreinigungen in der Flüssigkeit durch die hohen Zentrifugalkräfte sehr stark verdichtet werden und ihre Entfernung aus der Zentrifuge dadurch erschwert wird. Die zu diesem Verfahren verwendeten Zentrifugen haben darüberhinaus eine aufwendige Konstruktion.

Ein weiteres Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit das nach dem Schwerkraftprinzip arbeitet, ist aus dem Deutschen Gebrauchsmuster Nr. 93 08 282 bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird die mit Verunreinigungen belastete Flüssigkeit durch ein Paket von schräg angeordneten Platten mit sehr niedriger Fließgeschwindigkeit von unten nach oben geleitet, wobei sich die Verunreinigungen an den Plattenoberflächen ablagern und nach einer, teilweise durch Oberflächeneffekte begünstigten Agglomeration bzw. Verbindung der festen bzw. flüssigen Verunreinigungen von dieser Oberfläche abwandern. Dabei lagern sich die schweren Feststoffe im unteren Bereich der Platten ab und die leichteren, flüssigen Verunreinigungen fließen nach oben. Bei diesem Reinigungsverfahren kommt es zu ungleichmäßigen Ablagerungen der Verunreinigungen an den Platten und einer nicht zufriedenstellenden Abscheidung von feinen Schmutzteilchen. Bei einer engeren Anordnung der Platten zueinander wird die Reinigung zwar verbessert, jedoch kommt es dabei zu verstärkten Ablagerungen die zu einer Verstopfung der Zwischenräume im Plattenpaket führen können. Dementsprechend wurde gemäß dem oben genannten Gebrauchsmuster vorgeschlagen, die Platten beidseitig an zwei übereinander angeordneten Rahmen aufzuhängen. Zur Reinigung werden die Rahmen senkrecht übereinander ausgerichtet, um die Platten in eine senkrechte Stellung zu bringen, die einen maximalen Abstand zwischen den einzelnen Platten erlaubt. Die Platten werden dann mit Druckluft gereinigt.

Aus der Druckschrift DE 75 36 559 U1 ist insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreini­ gungen aus einer Flüssigkeit offenbart, wonach die Flüssig­ keit horizontal zwischen im wesentlichen parallel zueinander und zur Senkrechten geneigt angeordneten Platten einer Plattenein­ richtung geführt wird.

Die Druckschrift DE 27 52 296 C2 offenbart desweiteren eine Platteneinrichtung mit mehreren hintereinander in Strömungs­ richtung zur Senkrechten geneigt angeordneten Plattenpakete. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem der Strom der zu klärenden Flüssigkeit aufwärts gerichtet ist. Bei diesem bekannten Verfahren und der zu seiner Durchführung verwendeten Vorrichtung sind die Plattenpakete um den gleichen Neigungswinkel zur Senkrechten, jedoch in entgegen­ gesetzter Richtung zueinander geneigt. Durch diese spezielle Anordnung soll der Bereich, auf dem die Feststoffteilchen während ihrer nach unten gerichteten Bewegung die nach oben gerichtete Strömung kreuzen, weiter eingeschränkt werden, um dadurch die Effektivität der Reinigung weiter zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, mit denen die Entfernung von Verunreinigungen noch effektiver durchgeführt werden kann. Desweiteren soll die Reinigung der Platten nach größeren Betriebszeiten und in einfacher Weise ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Verfahren und Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Platteneinrichtung einer Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Platteneinrichtung;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht der Vorderseite der in Fig. 1 gezeigten Platteneinrichtung in gekippter Stellung;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit;

Fig. 5 eine Vorderansicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Plattenanordnung und

Fig. 7 eine räumliche Darstellung der Plattenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Platteneinrichtung, die in einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit Anwendung findet. Die Platteneinrichtung ist mit einem unteren Rahmen 1 und einem oberen Rahmen 2 versehen, relativ zueinander verschiebbar sind. Zwischen den Rahmen ist ein Plattenpaket 3 mit einer Mehrzahl von zueinander parallelen Platten 4 gehalten, die unterseitig und oberseitig schwenkbar an den Rahmen 1, 2 gelagert sind.

Fig. 1 zeigt die Platteneinrichtung in einer Stellung, in der die Rahmen 1, 2 senkrecht zueinander ausgerichtet sind und Fig. 3 zeigt die Position der Rahmen in ihrer Betriebsstellung, in der die Platten zur Senkrechten geneigt ausgerichtet sind.

Die jeweils äußeren Platten 4 des Plattenpakets 3 sind beidseitig über Gelenkanordnungen 5 mit dem unteren Rahmen 1 und dem oberen Rahmen 2 beweglich verbunden, so daß die Rahmen 1, 2 parallelogrammartig zueinander bewegbar sind. Die inneren Platten 4 des Plattenpakets 3 sind mit ihren unteren bzw. oberen Randern in zugeordneten Nuten 6 der Rahmen 1 bzw. 2 schwenkbar gelagert. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Nuten 6 einen dreieckförmigen Querschnitt. Durch Bewegen der Rahmen 1, 2 zueinander kann die Schrägstellung der Platten 4 in Abhängigkeit von den gewünschten Betriebsbedingungen verändert werden. Die Platten 4 stehen in einem vorbestimmten Winkel zur Senkrechten, der sich aus der zu lösenden Reinigungsaufgabe ergibt. Bei Abscheidung von spezifisch schweren Verunreinigungen aus Flüssigkeiten sind kleinere Winkel vorteilhaft. Spezifisch leichtere Verunreinigungen werden mit Plattenpaketen abgeschieden, in denen die Platten 4 einen größeren Winkel zur Senkrechten haben.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der aus einem Plattenpaket bestehende Platteneinrichtung, die von einem Strom F₀ der zu reinigenden Flüssigkeit durchströmt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat auch eine in Fig. 2 nicht dargestellte Einrichtung zum Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit im wesentlichen horizontal und entlang der Plattenoberflächen des Plattenpakets, wie dies aus der Darstellung in Fig. 2 zu entnehmen ist. Im Plattenpaket 3 befinden sich die Platten 4 vorzugsweise in einem Abstand von 0,5 bis 10 mm voneinander entfernt.

Weil die zu reinigende Flüssigkeit horizontal durch die von den Platten gebildeten Zwischenräume strömt, werden feste Teilchen bzw. Flüssigkeitsbläschen die eine unterschiedliche Dichte aufweisen, infolge ihrer unterschiedlichen Sink- bzw. Steiggeschwindigkeit an verschiedenen Stellen entlang der Plattenoberflächen abgelagert, so daß die Vorgänge ihrer Agglomeration bzw. Verbindung sowie ihr anschließendes Absinken bzw. Steigen in der Flüssigkeit sich nicht gegenseitig behindern.

Im herkömmlichen Verfahren überlagern sich die Steig- und Sinkbewegungen der leichten und schweren Verunreinigungspartikel mit der Bewegung des aufsteigenden Flüssigkeitsstromes. Damit werden gebildete Agglomerationen von schweren Verunreinigungen mit der Aufströmung verfrachtet und ihr gewünschtes Absinken wird behindert. Infolge sinkt die Reinigungsleistung des Lamellenpaketes. Gleichzeitig wird das System empfindlich gegenüber Durchsatzschwankungen, wie sie betriebsüblich häufig vorkommen. Schwankende aufsteigende Strömungsgeschwindigkeiten führen dazu, daß die Verunreingungsagglomerate an den Plattenpaketen zerstört werden und die Verunreinigungen mit dem Flüssigkeitsstrom ausgetragen werden und damit die Reinigungsleistung vermindert wird.

Mit der horizontalen Anströmung der Platten werden die schädlichen Effekte der herkömmlichen Verfahren wirkungsvoll vermieden.

Dementsprechend ist es möglich die Platten noch enger aneinander anzuordnen und damit die Intensität der Reinigung zu erhöhen. Dieser Vorteil wird insbesondere bei Flüssigkeiten deutlich, die neben groben Festteilchen auch feine klebrige Feststoffe mit einem geringen Dichteunterschied zum flüssigen Medium aufweisen. Werden solche Flüssigkeiten durch die oben beschriebene gattungsgemäße Vorrichtung gereinigt, bei der die Flüssigkeit von unten nach oben in den Zwischenräumen des Plattenpakets steigt, so findet eine im Vergleich zur Erfindung intensivere Durchmischung dieser beiden Arten von Feststoffen und ein dadurch bedingtes schnelles Wachstum von an den Plattenoberflächen haftenden Ablagerungen statt, die den Abtransport der zusammengewachsenen Verunreinigungen beträchtlich erschwert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die ganze Vorrichtung, die aus mehreren Platteneinrichtungen bzw. aus mehreren in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hintereinander angeordneten Plattenpaketen mit voneinander unterschiedlichen Neigungswinkeln besteht. Dadurch wird eine Aufteilung des Abscheidungsraums in der Vorrichtung in unterschiedliche Bereiche erreicht, die auf die unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere die Steig- bzw. Sinkgeschwindigkeit, der leichteren und schwereren Verunreinigungen abgestimmt sind. Entsprechende Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß für die bevorzugte Abscheidung von spezifisch schwereren Partikeln aus einer Flüssigkeit ein kleinerer Einstellwinkel α₁ zur Senkrechten vorteilhaft ist, als für die Abscheidung von spezifisch leichteren Verunreinigungen, bei denen ein größerer Einstellwinkel α₂ erforderlich ist (Fig. 6). Letzteres gilt sowohl für die Verunreinigungen, die im Vergleich zu der Flüssigkeit eine höhere spezifische Dichte haben, als auch für die Verunreinigungen, die viel leichter als die Flüssigkeit sind. In Fig. 6 sind mit Pfeilen die Entfernungsstrecken vergleichend dargestellt, die ein in der Mitte zwischen zwei Platten 4 befindliches Teilchen zum Erreichen einer der Plattenoberflächen zu hinterlegen hat. Dementsprechend werden die Teilchen mit einer im Vergleich zu der Flüssigkeit beträchtlich größeren Dichte, d. h., die besonders schweren Teilchen, schnell sinken. Diese haben jedoch im ersten, nur einen kleinen Winkel mit der Senkrechten schließenden Plattenpaket eine längere Strecke zu der unteren Plattenoberfläche zurückzulegen. Ahnlich verhalten sich die Teilchen, die im Vergleich zu der Flüssigkeit eine wesentlich niedrigere Dichte aufweisen, d. h., besonders leicht sind. Diese Teilchen werden schnell aufsteigen, haben jedoch eine längere Strecke zu der oberen Plattenoberfläche zurückzulegen. Demgegenüber steigen bzw. sinken die Teilchen mit einem geringeren Dichteunterschied zu der Flüssigkeit langsamer, wobei sie jedoch im zweiten Plattenpaket, das einen größeren Winkel mit der Senkrechten schließt, näher an der entsprechenden Plattenoberfläche sind. Diese Besonderheit der Teilchenabscheidung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren führt somit dazu, daß sich die Teilchen unabhängig von ihrer spezifischen Dichte im wesentlichen gleichzeitig an den Plattenoberflächen unterschiedlicher Neigung abscheiden. Dadurch kann die Vorrichtung kompakter aufgebaut werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können an den Stellen, an denen die teilweise gereinigten Ströme F1 und F2 (Fig. 4) aus dem einen Plattenpaket austreten und in das nächste hineinfließen, Anzapfeinrichtungen eingebaut werden, um Teilmengen der Flüssigkeit mit einer bestimmten Reinigungsqualität zu entnehmen.

Gemäß dem in Fig. 7 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer Platteneinrichtung mit nur einem Plattenpaket der in Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten Art, wobei in Fig. 7 die Rahmen 1, 2 und nur eine Platte 4 schematisch dargestellt sind. Die verdrehte Lage der Platten 4 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der obere Rahmen 2 um einen bestimmten Winkel parallel zum unteren Rahmen 1 gedreht wird. Durch diese Verbindung der Platten 4 wird erreicht, daß der Neigungswinkel der Platten gegenüber der Senkrechten in Erstreckungsrichtung der Platte und in Strömungsrichtung der Flüssigkeit kontinuierlich zunimmt. Durch diese Bauweise kann eine weitere Steigerung der Kompaktheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Platten der Platteneinrichtung aus elastomeren Werkstoffen, beispielsweise aus Gummi hergestellt, die unter einer bestimmten Vorspannung in den Rahmen 1, 2 eingebaut werden. Es wurde festgestellt, daß solche Platten eine teilweise durch ihre spezifische Oberflächenspannung bedingte, die Agglomeration der Teilchen fördernde Wirkung aufweisen. Andererseits gestattet diese besondere Ausführungsform der Erfindung die Platten 4 in geeigneten Zeitabständen zu spannen und/oder zu entspannen, um dadurch in vorteilhafter Weise Partikelablagerungen bzw. Verkrustungen von den Plattenoberflächen zu lösen. Zu diesem Zweck kann in die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Aufbringen eines zyklischen Spannungsverlaufes auf die elastischen Platten eingebaut werden, die es ermöglicht, die Platten im eingebauten Zustand zu reinigen. Diese Art von Reinigung der Platten kann nicht nur während kurzer Betriebspausen der Vorrichtung durchgeführt werden, sondern auch während des Reinigungsbetriebes der Flüssigkeit.

Die Erfindung ist auf die oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen nicht beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf verschiedene Kombinationen der oben aufgezeigten Techniken.

In Abhängigkeit von der Art und Menge der in der zu reinigenden Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen können verschiedene Kombinationen von Plattenpaketen verwendet werden. So zum Beispiel können bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung, das zweite Plattenpaket 4b und das dritte Plattenpaket 4c nach Art der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ausgebildet werden.

Unter die Erfindung fällt auch eine solche Ausführungsform, bei der die Vorrichtung nur ein einziges Plattenpaket umfaßt, in dem jede Platte sich in Strömungsrichtung zunächst in einem konstanten Neigungswinkel zu der senkrechten erstreckt und nur an ihrem in Strömungsrichtung hinteren Ende nach der in Fig. 7 gezeigten Art so verdreht ist, um die Neigung der Platten im Auslaufbereich der Flüssigkeit zu vergrößern.

Claims (11)

1. Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit im wesentlichen horizontal und entlang der Oberflächen von im wesentlichen parallel zueinander und zur Senkrechten geneigt angeordneten Platten (4; 4a, 4b, 4c) einer Platteneinrichtung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mehrere in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hintereinander angeordnete Plattenpakete (4a, 4b, 4c) unterschiedlicher Neigungswinkel oder ein Plattenpaket, dessen Platten einen in Strömungsrichtung der Flüssigkeit sich verändernden Neigungswinkel aufweisen, durchströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Plattenpakete (4a, 4b, 4c) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der gereinigten Flüssigkeit an verschiedenen Stellen zwischen den Plattenpaketen in Strömungsrichtung entnommen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4, 4a, 4b, 4c) aus elastomeren Werkstoffen bestehen und in bestimmten Arbeitszyklen gespannt und/oder entspannt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4, 4a, 4b, 4c) in einem Abstand von 0,5 bis 10 mm voneinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit mit einer Platteneinrichtung, die eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander und zur Senkrechten geneigt angeordneten Platten (4, 4a, 4b, 4c) aufweist, und mit einer Einlaßeinrichtung zum Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit im wesentlichen horizontal und entlang der Plattenoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Platteneinrichtung aus mehreren in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hintereinander angeordneten Plattenpaketen (4a, 4b, 4c) mit voneinander unterschiedlichen Neigungswinkeln besteht.

7. Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit mit einer Platteneinrichtung, die eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander und zur Senkrechten geneigt angeordneten Platten (4, 4a, 4b, 4c) aufweist, und mit einer Einlaßeinrichtung zum Einleiten der zu reinigenden Flüssigkeit im wesentlichen horizontal und entlang der Plattenoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4) so verdreht sind, daß jede Platte einen in Strömungsrichtung der Flüssigkeit sich ändernden Neigungs­ winkel aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Platten (4) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit zunimmt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4) aus elastomeren Werkstoffen bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4) zwischen zwei übereinander angeordneten und zueinander verdrehbaren Rahmen (1, 2) gespannt sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4) in einem Abstand von 0,5 bis 10 mm voneinander angeordnet sind.