DE2111523B2

DE2111523B2 - Trennvorrichtung für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2111523B2
Application number: DE2111523A
Authority: DE
Inventors: Robert Lloyd Santa Clara Calif. Yates (V.St.A.)
Original assignee: Lockheed Aircraft Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1971-03-10
Publication date: 1979-10-31
Also published as: FR2084844A5; NL161366C; US3576257A; DE2111523A1; NL161366B; DE2111523C3; GB1334927A; NL7103007A; JPS5027911B1; CA963397A

Description

c) die nicht drehbare Achse (60) als ein an einem Ende offener Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei das offene Ende mit dem Sammelbehälter (30) in Verbindung steht, und

d) der innerhalb der Trommel (5) liegende Teil der Achse (60^ oben offen ist und oberhalb davon in der Trommel (5) die Abstreifeinrichtung (71; 72; 74) vorgesehen ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten verschiedenen Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung, mit mehreren drehbar an einer Achse angebrachten Scheiben, die teilweise in die zu trennenden Flüssigkeiten eintauchen, sowie einer mir den Scheiben verbundenen Einrichtung zum Abstreifen der Flüssigkeiten von den Scheiben und einem Sammelbehälter zur Aufnahme der abgestreiften Flüssigkeit.

Verschmutzung von Flüssen. Seen und Meeren tritt aufgrund von Rohöl, Raffinerieprodukten, Fischtran, Pflanzenölen und anderen im wesentlichen flüssigen Stoffen häufig auf, die wegen ihrer unterschiedlichen Dichte Oberflächenspannung oder anderer physikalischer Eigenschaften für relativ lange Zeit nahe der Oberflächen bleiben oder auf dem verschmutzten Wasser treiben.

Demzufolge sollte ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Entfernen solcher Verschmutzungs-Stoffe in Verbindung mit gesteuerten industriellen Trennverfahren dort von Nutzen sein, wo Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Viskosität, Dichte und Oberflächenspannung voneinander getrennt werden sollen.

Es wurde bereits von vielen Richtungen aus der Versuch unternommen, unerwünschte Stoffe von der Oberfläche von Flüssigkeiten zu entfernen, wobei chemische Dispergierstoffe, physikalische Methoden

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h0 zum Entfernen mittels mechanischer Vorrichtungen, Oxydationsmittel u. dgl. angewandt wurden, Beispielsweise wurde vor kurzem Stroh verwendet, um Ol von einer Wasseroberfläche zu absorbieren, worauf das Stroh verbrannt wurde, wobei die Nebenprodukte dieser Verbrennung in die Atmosphäre abgegeben wurden. Die Verwendung chemischer Dispergierstoffe ist in gleicher Weise gewöhnlich unerwünscht, da diese Stoffe oft auf das ökologische Gleitngewicht der Umgebung, in der sie angewendet werden, nachteilig einwirken.

Es sind bereits verschiedene Arten mechanischer Vorrichtungen bekannt, die in verschieden hohem Maße erfolgreich beim Entfernen einer Flüssigkeit aus einer anderen waren, auch wenn diese Vorrichtungen im allgemeinen zu kostspielig waren, um noch wirtschaftlich zu sein, zu groß, um leicht von einer verschmutzten Stelle zu einer anderen transportiert zu werden, und vor allem nicht in der Lage waren, Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit zu trennen, die für die lebende Natur wirksam ist.

Bei der eingangs erwähnten bekannten Ausführungsform gemäß der US-PS 3 358838 sind die aneinander greifenden Scheiben vollständig offen, so daß Wellen, Wind und andere Störfaktoren den Trennvorgang erheblich beeinflussen.

Demzufolge is: es Aufgabe der Erfindung, eine Trennvorrichtung zu schaffen, die ohne wesentliche Beeinträchtigung durch äußere Einflüsse wirksam Flüssigkeiten verschiedener Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte trennt und die sehr leicht, sogar mit einem Flugzeug kurzfristig zu der jeweiligen verschmutzten Stelle zu transportieren ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erreicht, welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Scheiben und eine Mehrzahl von in Längsrichtung und 'm Abstand voneinander angeordneten, sich überlappenden Rippen, die in Eingriff mit jeder Jer Scheiben verbunden sind, einen Teil einer drehbaren Trommel darstellen, wobei die Rippen jeweils tine äußere und zum Umfang der Scheiben tangentiale Führungskante aufweisen und ihre Schleifkanten sich spiralförmig nach innen erstrecken und die Rippen und die äußeren Teile der Scheiben eine Reihe von Gitterkanälen darstellen, und daß die nicht drehbare Achse als ein an einem Ende offener Hohlzyiinder ausgebildet ist, wobei das offene Ende mit dem Sammelbehälter in Verbindung steht und der innerhalb der Trommel liegende Teil der Achse oben offen ist und oberhalb davon in der Trommel die Abstreifeinrichtung vorgesehen ist.

Die Rippen bilden in der Trommel einen im wesentlichen geschlossenen Innenraum und reduzieren erheblich die Wirkung einer Wellenbewegung außerhalb der Trommel. Ebenso werden die Einwirkungen von Wind und anderen Störfaktoren auf ein Minimum reduziert. Außerdem wirken die Rippen dahingehend, daß sie Dicke des Ölfilms innerhalb der Trommel gegenüber dem auf dem Wasser außerhalb der Trommel treibenden Ölfilm erhöhen, und somit dazu dienen, das öl zur Aufnahme durch die Scheiben beim Vorüberdrehen zu »konzentrieren«. Somit zwingen die vorderen nach unten greifenden Rippen das öl zur Mitte der Trommel. Gleichzeitig stoßen auch die hinteren (nach oben greifenden) Rippen das öl zur Mitte, wobei sie nur den Ölfilm so weit verdichten, daß seine Dicke mindestens größer ist als die Überlappung der

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Rippen, womit sie verhindern, daß das öl stromabwärts des rückwärtigen Teils des Auslasses austreten kann. Dies ist beim Entfernen dünner Filme von einer Flüssigkeitsoberfläche besonders wichtig.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht am deutlichsten aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ah schwimmende Einheit angeordnet ist,

Fig. 2 einen Seitenaufriß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Seitenaufriß einer Auslaßtrennstufe der erfindungsgemäßeti Vorrichtung,

Fig. 4 einen Aufriß eines Endes des Abschnittes der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Trommel und Scheiben,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 4,

Fig. 6 A eine Draufsicht auf eine Fläche zwischen zwei Scheiben mit der Darstellung der Abstreifeinrichtung zwischen diesen,

Fig. 6B einen Seitenaufriß des Abstreifarmes aus Fig. 6A,

Fig. 7 in den beiden Ansichten 7 A und 7 B eine sich längs erstreckende Rippe und eine dazwischen gelagerte Scheibe,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Raffinerie,

Fig. 9 eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Seeschiff, und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines inne ren Teils der Trommel beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 wird eine Bauform der Regenerierungseinheit 1 gezeigt, die schwimmend angeordnet und auf einem Paar Rahmenträger 2 angebracht ist, an denen eine Platte 3 mit einer zentral angeordneten öffnung 4 angebracht ist, die eine Trenntrommel 5 aufnimmt, di" drehbar auf den Rahmenträger 2 mittels eines Paares von Verlängerungsstützen 6 gelagert ist.

Von den gegenüberliegenden Seiten der Platte 3 erstrecken sich mehrere Auftriebskammern 7, die an der Platte 3 in jeder geeigneten Weise befestigt sind, beispielsweise mittels U-Trägern 8. Selbstverständlich können auch ortsfeste Balken oder Stützeinrichtungen verwendet werden. Ferner ist ein Kanalteil mit einem im allgemeinen fächerförmigen Flüssigkeitseinlaß 9 vorgesehen (Fig. 2), das zur Leitung von Flüssigkeiten zwischen der Au'triebskammer 7 unterhalb der Platte 3 dient, die von der Trenntrommel 5 eingenommer wird. Der Fliissigkeitseinlaß 9 verhindert vertikale Störungen in der Flüssigkeit und führt zu einer horizontalen Strömungsrichtung entlang der Trommel 5. Das trägt dazu bei, daß eine Vermischung von öl und Wasser bis in größere Tiefen verhindert wird, wodurch die Regenerierung oder das Aufnehmen erleichtert wird. Die Trenntrommel 5 kann beispielsweise durch die Motor- und Geiriebeeinheit 10 mit Strom betrieben werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Regenerierungseinheit 1 auch unter der Platte 3 mit einem Behältersystem ausgestattet sein, das eine Trennkammer 20 und einen Sammelbehälter 30 umfaßt. Diese Kammern sind genauer in Fig. 3 dargestellt. Aus der Flüssigkeit, in der die Regenerierungseinheit 1 schwimmt, wird Flüssigkeit in ti"er im folgenden noch genauer beschriebenen Weise entfernt und danach aus der Trenntrommel 5 abgegeben, worauf sie in die Trennkammer 20 geleitet wird, wo möglicherweise eingeschlossenes Wasser oder ein anderes unerwünschtes Material leicht ausgetrennt werden kann, so daß ein

»gereinigtes« oder im wesentlichen unvermischtes öl oder eine andere Flüssigkeit in den Sammelbehälter 30 geleitet werden kann. Der Inhalt des Sammelbehälters 30 wird reguliert. Vom Behälter 30 ist eine Auslaßleitung 31 vorgesehen, die in eine Pumpe 32

ίο mit einer Auslaßleitung 33 geführt ist, wobei eine Zweigleitung 34 zu einer nicht gereinigten Lagerkammer und eine Rückführleitung 35 zurück zum Sammelbehälter führt. Die Flüssigkeit in der Rückführleitung 35 wird wahlweise in die Kammer 30 mittels der bei 36 gezeigten Ventilanordnung entleert, die im Zusammenwirken mit dem Schwimmkörper 37 arbeitet. Liegt der Spiegel des Inhalts des Sammelbehälters 30 »tief«, so wird durch Einwirkung des Schwimmkörpers 37 das Ventii 36 geöffnet, und das auf das Ventil

2u 36 abgestimmte Ventil 38 wird ir an sich bekannter Weise geschlossen. Das bewirkt, daß die Pumpe 32 wieder Flüssigkeit durch die Leitungen 31, 33 und 35 leitet, die in den Sammelbehälter 30 zurückgeführt wird, und eine konstante Flüssigkeitsversorgi'ng der

;5 Pumpe aufrechterhält. Steigt die Flüssigkeit im Sammelbehälter 30 an. so steigt auch der Schwimmer 37, wodurch das Ventil 36 geschlossen und das Ventil 38 geöffnet wird, wobei Flüssigkeit direkt in die Lagerkammer gepumpt werden kann.

jo Nach der bisherigen Beschreibung eines Ausführungsbeispieis der Erfindung als Regenerierungssystem 1 soll nun unter Bezug auf die Fig. 4 bis 7 die erfindungsgemäße Vorrichtung genauer beschrieben werden. Wie Fig. 4 zeigt, weist die Trommel 5 eine

j-, Mehrzahl von Rippen 40 auf, die in gleichem Abstand in Längsrichtung angeordnet und durch eine Reihe von Scheiben 50 befestigt sind. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Verbindung der Rippen 40 mit und zu den Scheiben 50 durch eine Reihe Schlitze 51 in den Scheiben 50 bzw. Schlitze 41 in den Rippen 40 erreicht wird. In vollständig zusammengebautem Zustand stoßen die Scheitelpunkte 42 der Schlitze 41 in den Rippen 40 gegen die Scheitelpunkte 52 der Schlitze 51 in den Scheiben 50. Fig. 4 zeigt, daß die Rippen 40

j-, so geformt sind, daß ihre Schleifkan'en 43 'eicht geneigt sind, so daß die Schleifkante 43 einer Rippe 40 parallel und in Abstand vom Rippenkörper 44 der nächstgelegenen Rippe angeordnet ist, wenn sie um den runden Umfang der Scheiben 50 gesetzt sind. Es

in ist außerdem zu beachten, daß die Führungskanten 45 der Rippen 4D leicht geneigt sind, so daß sie bei endgültiger Lage der Rippen 40 parallel zum Umfang der Scheiben 50 veiiaufen.

J jüer der Scheiben 50 ist mit einer zentral angeord-

-,·, neten öffnung 53 versehen, durch die die fc.tgelagerte Achse 60 geführt ist. Somit stellet! die Rippen 40 und die Scheiben 50 im endgültigen Zusammenbau ein Trommelteil dar, das auf seiner äußeren Fläche durch eine Reih'= sich in Längsrichtung erstreckender

hu und auf dem Umfang angeordneter Einlasse gekennzeichnet ist, die zum Inneren der Trommel hin geöffnet sind. Die Einlasse 46 werden quer durch die Scheiben 50 halbiert, die, wie Fig. 5 zeigt, eine Reihe Wandungen in den sich längs erstreckenden Einlassen

_b5 46 schaffen, wodirch die äußere Umfangsfläche der Trommel aufgeteilt wird, die durch Kanäle von im wesentlichen der gleichen Form in das Innere der Trommel 5 führen.

Die Trommel 5 ist auf einer festgelagerten Achse 60 mittels Lageranordnung 61 angebracht, die an Endplatten 62 zum Stützen der Trommel 5 angebracht sind. Diese Endplatten sind den Scheiben 50 sehr ähnlich, wenn auch vorzugsweise etwas dicker als diese. Dabei ist zu beachten, daß die Endplatten 62 zum Stützen der Trommel 5 vorzugsweise nicht mit den Schlitzen 51 ausgestattet sind. Ebenso ist es von Vorteil, jedes Ende der Rippen 40 in entsprechender Weise an den Trommelstützscheiben 62 anzubringen, wie beispielsweise anhand der winkelförmigen Verbindungsstücke 63 gezeigt ist (Fig. 7A). Wird die Trommel 5 durch Strom betrieben, so kann sie beispielsweise mittels eines entsprechenden Kettenrades 64 gedreht werden.

Beziehen wir uns nun wieder auf die Beschreibung der festgelagerten Achse 60, so ist crsichtüch, daß der Tpil Her Achse 60. Her innr.rhalh der Trommel 5 liegt, oben geöffnet ist, wodurch er eine kanalförmige Rinne durch die hohle Achse 60 bildet, durch welche die Flüssigkeiten fließen.

Innerhalb der Rinne in der festgelagerten Achse 60 ist entsprechend eine Stütze 70 zum Tragen von Abstreifern 72 angebracht, die entweder einstückig sein kann, wobei entsprechende Öffnungen einen freien Zutritt von Flüssigkeit in das Innere der hohlen Achse 60 ermöglichen, oder aber aus einer Vielzahl von unterteilten Stützen bestehen kann, wobei dazwischen angeordnete Abschnitte den gleichen Zweck wie die Öffnungen erfüllen. Auf die Stütze 70 für den Abstreifer 72 ist eine Reihe von Stützwellen 71 für den Abstreifer 72 angebracht, die sich im allgemeinen zwischen jeder der Scheiben 50 zu einem Punkt nach oben erstrecken, der tangential zum Ende der Schleifkanten 43 der Rippen 40 liegt.

Auf die Stützwellen 71 sind die Abstreifer 72 angebracht, die durch kanalförmige Befestigungsfedern 74 auf den Stützwellen 71 befestigt sind. Zu beachten ist, daß die Abstreifer aus jedem beliebigen Material bestehen können, jedoch wurde festgestellt, daß Nylon besonders gut geeignet ist, besonders wenn die Scheiben 50 aus Aluminium hergestellt sind. Es ist erwiesen, daß Befestigungsfedern 74 mit Abstreifern 72 beim Zusammendrücken zur Einstellung zwischen den Scheiben 50 auf diese einen Streifdruck ausüben, wenn die Scheiben gegen die Abstreifer gedreht werden. Dabei wird der größte Teil des auf den Scheiben haftenden Materials abgestreift und in die geöffnete hohle festgelagerte Achse 60 fallen gelassen.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie auf eine Raffinerie abgestimmt und bei dieser eingebaut ist. Dabei sind schematisch mehrere Einlaßleitungen 80 dargestellt, die in ein im allgemeinen kreisförmiges Umwälzbekken 81 mit Stauwand 84 führen, das mit einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Ein Auslaß 83 aus dem Umwälzbecken ist ebenfalls dargestellt. Der Auslaß 83 ist horizontal unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit, die im Umwälzbecken 81 aufrechterhalten werden muß, angeordnet und vorzugsweise bei der Höhe des zu erhaltenden Wasserspiegels (zum Unterschied von öl) angeordnet ist. Der Aufbau des Umwälzbeckens ist an einer Seite mit einem Sammelbehälter 85 versehen, in den die ausgetrennte Flüssigkeit über die hohle Achse der Trenntrommel fließen kann, aus der sie in einen Speicher, wie Tank 86, gepumpt wird. Nahe des Bodens der Wandung zwischen dem Speicher und dem Sammelbehälter 85 ist eine entsprechende Öffnung angebracht, durch welche Wasser wieder in das Umwälzbecken fließen kann. Beim Betrieb des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispicls wird beispielsweise ein Gemisch aus öl und Wasser in das Umwälzbecken 81 geleitet, wobei das öl auf der Oberfläche des Beckens treibt; das Gemisch wird durch die erfindungsgemäue Vorrichtung abgeschieden. Das Wasser wird aus dem Umwälzbecken in der dargestellten Weise über einen Auslaßdamm 83 abgeleitet.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in einem Seeschiff 90 installiert ist, wobei an diesem entsprechende Einlasse 91 vorgesehen sein können, die in einen zentral angeordneten Behälter 92 führen, in dem eine Trenntrommel 5 angeordnet ist. In einer der Beschreibung in Fig. 8 ähnlichen Weise treten die von der Wasseroberfläche zu trennender Flüssigkeiten durch die Öffnung 91 ein und werden in den vorderen Teil des Schiffes geleitet, der Wirkung der Trenntrommel 5 unterworfen, worauf das öl an Bord des Schiffes gelagert wird und das Wasser durch die Auslässe 94 nahe am Heck des Schiffes abgelassen wird.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Vorrichtung bei öl und Wasser als den voneinander zu trennenden Flüssigkeiten erklärt, da diese Flüssigkeiten typischerweise getrennt werden. Es ist im allgemeinen bekannt, daß die Oberflächenspannung von öl, das auf Wasser treibt, derart ist, daß bei Entfernung eines Teils des Öls die im Ölfilm hinterlassene »Einkerbung« oder Rinne rofort durch die Einwirkung des hineingezogenen Öls wegen der ihm eigenen Merkmale der Oberflächenspannung gefüllt wird. Entsprechend der Erfindung wird durch die Scheiben 50, die entsprechend auf der Wasseroberfläche angeordnet sind, eine derartige Unterbrechung im Ölfilm oder auf seiner Oberfläche auf dem Wasser herbeigeführt, so daß der untere Teil der Trommel 5 und der Scheiben 50 im wesentlichen unterhalb der Dicke des zu entfernenden Ölfilms liegt. Wenn die Trommel 5 entweder durch einen angelegten Stror oder durch Eigendrehung aufgrund der Form der Rippen 40 gedreht wird, wobei die Trommel 5 quer zur Wasseroberfläche gedreht wird, so nehmen die Scheiben wegen der Oberflächenspannung des Öls einen Teil des Öls auf und transportieren dieses mit der Drehung der Scheiben 50 in Richtung auf und gegen die Abstreifblätter 72, wo es abgestreift wird und durch die Einwirkung der Schwerkraft in die offene Rinne in der hohlen Achse 60 fallen kann.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten verschiedener Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung, mit mehreren drehbar an einer Achse angebrachten Scheiben, die teilweise in die zu trennenden Flüssigkeiten eintauchen, sowie einer mit den Scheiben verbundenen Einrichtung zum Abstreifen der Flüssigkeiten von den Scheiben und einem Sammelbehälter zur Aufnahme der abgestreiften Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Scheiben (50) und eine Mehrzahl von in Längsrichtung und im Abstand voneinander angeordneten, sich überlappenden Rippen (40), die in Eingriff mit jeder der Scheiben (50) verbunden sind, einen Teil einer drehbaren Trommel (5) darstellen, wobei

b) die Rippen (40) jeweils eine äußere und zum Umfang der Scheiben (50) tangentiale Führungskante (45) aufweisen und ihre Schleifkanten (43) sich spiralförmig nach innen erstrecken und die Rippen (40) und die äußeren Teile der Scheiben (50) eine Reihe von Gitterkanälen darstellen, und daß