DE2354596A1 - Elektrostatische trennvorrichtung fuer fluessigkeiten - Google Patents

Description

Dr. !nc. H. Nsgendank Dipl. Ing. H. Hv~-\ Οϊγ.Γ ^r oys. W. Schmitz Dipf. Ing. ε.Οι-^ρϊ-ϊ·-Γϊρί !ng. VV. VVahnert

S München i, Z;\ iVirtsLraöe 25 . . Telefon 5380586

■TOSHIYÜKI TOKDMOTO- ' '

1994-5 Icchome Nakatomigaoka, 3O₀ Oktober 1973

Nara, Japan Anwaltsakte M-2867

Elektrostatische Trennvorrichtung für Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft Flüssigkeitstrennvorrichtungen und insbesondere Verbesserungen an einem Flüssigkeitstrennbehälter unter Anwendung eines elektrostatischen Feldes.in einem elektrisch isolierenden Lösungsmittel.

Eine Trennvorrichtung zum Entfernen von Abfall- bzw«. Öl enthaltender Schmutzflüssigkeit unter Anwendung eines elektrostatischen Feldes, das in dem elektrisch "Isolierenden und öllösenden Lösungsmittel wirksam ist, 1st bereits Gegenstand einer älteren japanischen Anmeldung' (Nr. 15 5^9 aus 1965). Diese Trennvorrichtung weist einen Behälter für das Lösungsmittel auf, das ein höheres spezifisches 'Gewicht als Wasser hat und die ölbestandteile in der Schmutzflüssigkeit lösen kann. In der LösungsmitteIschicht des Behälters sind zwei Elektroden angeordnet, denen eine hohe Gleichspannung zu geführt wird. Die Schmutzflüssigkeit gelangt durch den Boden in den

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Behälter in Form von .Tropfen und wird in öl, Wasser und andere Schmutzpartikel unter der Wirkung der Elektrophorese-Wanderung der Tropfen in dem elektrostatischen Feld zwischen den Elektroden aufgetrennt bzw. abgeschieden. Das abgeschiedene öl ist in dem Lösungsmittel gelöst, während das abgeschiedene Wasser und andere Partikel nach oben über die Lösungsmittelschicht wandern und eine im wesentlichen getrennte eigene Schicht bilden. Nach Maßgabe der verschiedenen spezifischen Gewichte bilden die Partikel eine Schicht unmittelbar über der Lösungsschicht und das abgeschiedene Wasser sammelt sich in einer Schicht über den Partikeln. In der Umfassungswand des Behälters ist ein erster Auslaß zum Entfernen des abgeschiedenen Öls in einer Lage vorgesehen, die dem obersten Teil der Lösungsmittelschicht entspricht. Ein zweiter Auslaß für die Partikel liegt oberhalb der Lösungsmittelschicht "und ein dritter Auslaß für das geklärte Wasser liegt oberhalb des zweiten Auslasses.

Bei diesejn Behälter sind diese Auslässe unmittelbar an Leitungen angeschlossen. Diese Anordnung hat jedoch verschiedene Nachteile.

Beispielsweise treten beim Abfließen des Wassers und der Partikel Strömungsturbulenzen und Wirbel in den Schichten auf. Beim Trennen von Schmutzflüssigkeiten, insbesondere industriellen Abwässern, können gesundheitsgefährdende chemische Substanzen, wie Polyvinylalkohol, Chrom usw., vom Wasser und öl als Fremdkörper abgeschieden werden, die eine Schicht über der Lösungsmittelschicht bilden₀ Diese abgeschiedenen Substanzen können wasserlöslich sein, so daß sie sich in dem geklärten Wasser lösen können, was nicht der Fall ist, wenn das Wasser in einem ruhigen Zustand wäre, wohl aber, wenn zwischen der Wasserschicht und der Partikelschicht Turbulenzen auf-

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treten_o Ferner können leicht gefährliche Substanzen zusammen mit dem Wasser in den Abflußkanal gelangen, so daß eine Gewässerverschmutzung die Folge ist. Mit zunehmender Viskosität der Fremdpärtikel wird die Menge der durch die Auslaßleitung abgeführten Fremdpartikel verringert, so daß sich größere Mengen von Fremdpartikeln im Behälter ansammeln. Dann kann die Fremdpartikelschicht im Behälter so stark ansteigen, daß sie den Auslaß für das geklärte Wasser erreicht. Dies ist unerwünscht, da Fremdpartikel einschließlieh giftiger chemischer Substanzen zusammen mit dem geklärten Wasser austreten können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Abzugs vorrichtungen so zu verbessern, daß die oben genannten Machteile vermieden werden. _ . _ - .

Bei dem bereits vorgeschlagenen Behälter sind die beiden Elektroden für das elektrostatische Feld in der Lösungsmittelschicht angeordnet und weisen eine konische Form auf. Obwohl sothe konischen Elektroden sich als zufriedenstellend erwiesen haben, sind sie schwierig herzustellen, insbesondere deshalb, weil viele kleine Elektrodenspitzen auf den gekrümmten Flächen der konischen Elektroden verteilt angeordnet werden müssen. Dies führt zu erhöhten Kosten der Trennvorrichtung. Somit besteht eine weitere Aufgabe darin, die Elektroden so auszubilden, daß sie leicht herzustellen sind und günstige Bedingungen für die Erzeugung des elektrischen Feldes bie-? ten. - . . . ."·""_ ··

Die erfindungsgemäß vorzunehmenden Verbesserungen zielen deshalb

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darauf ab, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und die Wirkung der Elektrophorese in einem elektrostatischen Feld zur Anwendung zu bringen, um aus Schmutzflüssigkeiten öl, Wasser und andere Fremdkörper abzuscheiden.

Ferner soll das abgeschiedene öl in einem Lösungsmittel innerhalb eines Behälters gelöst werden, während das Wasser und die Fremdkörper im wesentlichen eigene Schichten oberhalb der Lösungsmittelschicht bilden. ■

Die Vorrichtungen zum Entfernen des abgeschiedenen Wassers und der Fremdpartikel sollen keine störenden Turbulenzen zwischen der Wasserschicht und der Schmutzpartikelschicht hervorrufen«,

Dabei soll das mit Öl verunreinigte Lösungsmittel in der obersten Schicht des Lösungsmittels gesammelt und kontinuierlich durch einen Auslaß aus dem Behälter entfernt werden_o

Ferner soll der Füllstand des Lösungsmittels innerhalb eines vorbestimmten engen Bereiches gehalten werden^ ohne daß auf die Änderung der Lösungsmittelschieht im oberen Teil bezüglich der Fremdpartikelschicht und des Klärwassers oberhalb der Lösungsmittelschicht Rucksi-cht genommen zu-werden braucht.

Die Trennvorrichtung selbst soll so ausgebildet sein,, daß wenigstens eine Seitenwand des Behälters doppelwandig ausgebildet ist und somit äußere und innere Seiteinfände beinhaltete Die über die Oberkante der inneren Seitenwand übertretenden Fremdpartikel gelan-

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gen in einen Raum zwischen den Seitenwänden,, während das geklärte Wasser über die Oberkante der äußeren Seitenwand auf die Außenseite des Behälters fließt„ ■ . ■

Ferner kann das Lösungsmittel im Behälter auf eine Temperatur gekühlt werden, die geringer ist als die Temperatur der durch den Behälterboden eintretenden Flüssigkeit, wodurch die Aufwärtsbewegung des Öls zur oberen Schicht des Lösungsmittels unterstützt wird.

Ferner soll die in den Behälter gebrachte Schmutzflüssigkeit in Form von Tropfen zwischen den Elektroden in einem elektrostatischen Feld hin- und herbewegt werden, um allmählich in kleiner werdende Partikel getrennt zu werden, bis das Öl und die Fremdpartikel vom Wasser abgeschieden werden.

Die Elektroden der Trennvorrichtungen sollen einfach im Aufbau und leicht herzustellen sein.

In Zusammenfassung besteht eine bevorzugte Ausfülirungsform der Erfindung in einem Behälter, der Lösungsmittel enthält^ das öl abscheiden kann und schwerer als Wasser ist. Ein Elektrodenpaar ist im Abstand parallel zueinander in der Lösungsmittelschicht des Behälters angeordnete Eine hohe Gleichspannung zwischen den Elektroden erzeugt ein elektrostatisches Feld. Die ©!enthaltende Schmutzflüssigkeit gelangt in den Tank -durch dessen Boden in Tropfenform und gelangt in das Lösungsmittel in den Raum zwischen den Elektroden, wo es sich mit hoher Geschwindigkeit zwischen den Elektroden hin- und herbewegt, wobei die Wirkung der Elektrophorese .ausgenützt

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wird, so daß eine Trennung in immer kleinere Partikel erfolgt, bis sich das öl und die Schmutzpartikel vom Wasser abscheiden. Das abgeschiedene öl ist im wesentlichen im Lösungsmittel aufgelöst, wenn es während der Elektrophorese-Wanderung vom Wasser abgeschieden ist. Infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen dem Lösungsmittel und dem gelösten öl wandert das mit öl angereicherte Lösungsmittel zur oberen Schicht des Lösungsmittels. Aus dem gleichen Grunde wandert das abgetrennte Wasser und andere Fremdpartikel zur oberen Schicht des Lösungsmittels und bildet oberhalb des Lösungsmittels eine im wesentlichen .diskrete Schicht. Infolge dieser Unterschiede im spezifischen Gewicht bilden die Fremdkörper eine Schicht unmittelbar oberhalb des Lösungsmittels τιηύ. das geklärte Wasser eine Schicht oberhalb der Schmutzpartikel.

Wenigstens eine Seitenwand des Behälters ist doppelwandig ausgeführt. Die obere Kante der inneren Seitenwand erstreckt sich um einen vorbestimmten Abstand oberhalb der Lösungsmittelschicht, während die obere Kante der Außenwand sich oberhalb der Oberkante der inneren Seitenwand erstreckt. Mit dieser doppelwandigen Ausführung fließen die Fremdkörper in der Schicht oberhalb des Lösungsmittels über die obere Kante der inneren Seitenwand in eine Tasche zwischen den beiden Seitenwänden und das geklärte Wasser gelangt über die obere Kante der äußeren Seitenwand auf die Außenseite, ohne daß Wirbel und Turbulenzen zwischen der Wasserschicht und der Fremdkörpers chi eht auftreten können. Das Austreten des Wassers und der Fremdkörper erfolgt somit durch Überfließen der oberen Kanten der Seitenwände. Andererseits ist wenigstens ein länglicher Auslaß in einer Seitenwand des Behälters dort angeordnet, wo sich die obe-

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re Schicht des Lösungsmittels befindet, um das ölhaltige Lösungsmittel kontinuierlich zu entfernen«, Ein Abzugsrohr ist an den Lösungsmittelauslaß angeschlossen und besteht aus stromauf und stromab angeordneten Leitungen, die über mehrere Leitungen miteinander verbunden sind, die oberhalb des gewünschten Füllstandes des Lösungsmittels angeordnet sind_o Wenigstens zwei dieser YerMndungs-" leitungen weisen Absperrschieber auf;, die wahlweise geöffnet und geschlossen werden konnen, um den Füllstand des Lösungsmittels im Behälter auf einem vorbestimmten sicheren Bereich zwischen dem Lösungsmittelauslaß und der oberen Kante der inneren Seitenwand ohne Berücksichtigung der Änderung des spezifischen Gewichtes des Lösungsmittels in der ölhaltigen oberen Schicht infolge des sich verändernden Verhältnisses von gelösten und in der oberen Lösungsmittelschicht angesammelten Öls zu halten«, Der Abzug zusammen mit den Überströmkanten der Seitenwände vermittelt einen, ununterbrochenen und ungestörten, getrennten Abfluß des Wassers^ des ölhaltigen Lösungsmittels und anderer Fremdkörper_o

In der unteren Hälfte der Innenseite des Behälters sind Kühlvorrichtungen vorgesehen, welche das Lösungsmittel auf eine Temperatur abkühlen, die niedriger ist als die des in den Behälter eintretenden Sehmutzwassers ο Dadurch wird die Äufwärtslsewegung des Lösungsmittels mit dem abgeschiedenen öl vom Raum zwischen den Elektroden gegen die Oberfläche der Lösungsmittelschicht wesentlich verbessert«, Die im Behälter verwendeten Elektroden weisen wenigstens eine ebene Elektrodenfläche auf _s die mit mehreren kleinen Elektroden"spitzen versehen ist, ohne daß Schwierigkeiten bei der Herstellung auftreten,, '

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Trennvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der unteren Elektrode, Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht, teilweise im Schnitt,

des Schmutzflüssigkeitseinlasses,

Pig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf eine planare Elektrodenfläche und
Fig. 5 einen Seitenschnitt längs der Linie V-V in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Behälter 10 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt» In der Mitte des Bodens 12 des Behälters 10 ist ein Einlaß 14 für die zu behandelnde Schmutzflüssigkeit angeordnete Der Einlaß 14 besteht aus einem halbzylindrischen Körper,-der in einem Abstand oberhalb des Bodens 12 waagrecht angeordnet ist und mehrere verhältnismäßig kleine Löcher- l6 (Fig. j5) in seiner zylindrischen Umfangswand aufweist. Unmittelbar oberhalb des Körpers 14 befindet sich eine Platte 18 mit einem V-förmigen Querschnitt, die mehrere kleine porenförmige Löcher 20 aufweist. Am Boden ist ferner ein Einlaß 22 für die Trennflüssigkeit angeordnet, der seitlich gegenüber dem Körper 14 versetzt ist. Der Einlaß für das Lösungsmittel ist über eine Leitung 24 mit einem entsprechenden Vorratsbehälter verbunden. Es wird ein Lösungsmittel mit hoher Dielektrizitätskonstanten verwendet, das Öl oder ölhaltige Substanzen auflösen kann und ein größeres spezifisches Gewicht als Wasser hat. Organische Lösungsmittel wie Perchloräthylen (Tetrachloräthylen)

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oder Tri (Trichloräthylen) sind bevorzugt. Das Lösungsmittel bildet im Behälter eine Schicht _s die mit 2.6 bezeichnet ist. Innerhalb der Schicht 26 liegen zwei Elektroden, nämlich Anoden.28 und Kathode 30« Die Kathode ist etwa mittig im Behälter, in der Schicht 26 angeordnet und besteht aus -zwei ebenen Flächen 30a und 30b, die einen nach unten zeigenden V-förmigen Querschnitt wie in Fig. 1 bilden. Das Anodenpaar 28 besteht aus zwei Anoden 28a und 28b mit flachen Flächen 32a und 32b ο Die Anoden 28a und 28b sind "unterhalb der Kathode 30 angeordnet _g wobei die Flächen 32a und 32b parallel zu den Flächen 30a und 30b der Kathode verlaufen₀ Gemäß Fig_e 1 sind die Flächen 32a und 32b im Abstand von den Flächen 30a und 30b der Kathode so weit voneinander entfernt», daß eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden vermieden ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Anoden 28a und 28b voneinander im Abstand angeordnet und bilden eine längliche öffnung 34, deren Breite etwas größer ist als die des halbzylindrischen Körpers 14. Die einander zugekehrten Flächen 3Oa₅ 30b und 32a, 32b sind mit vielen kleinen spitzen Elektroden 36 und 38 versehen. Die Elektrodenspitzen sind vorzugsweise in gleichseitigen Dreiecken angeordnet und haben beispielsweise eine Seitenlänge.von etwa 1 cm. Sie sind in der in Figo 4 dargestellten Weise in Reihen angeordnet. Für einen später erläuterten Zweck sind die Elektrodenspitzen 36 so innerhalb der Flächen 30a und 30b der Kathode angeordnet, daß sie sich leicht nach oben erstrecken und von der längsseitigen Scheitellinie der Kathode naeh außwärts weisen. Ebenso sind die Elektrodenspitzen 38 auf den· Anodenflächen 32a und 32b so angeordnet, daß sie etwas nach oben weisen und von dem Zwischenraum 34 weg gerichtet sind. In der Ausführungsform bildet die Kathode eine obere Elektrode und

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die Anode eine untere-Elektrode. Dies kann jedoch auch umgekehrt sein.

Zur elektrischen Verbindung der Kathode 30 an die G-leichspannungsquelle 4o ist ein Stromkabel 42 vorgesehen, das aus einem Strom führenden Körper mit einer isolierenden Umhüllung besteht, das gegen Wasser und Lösungsmittel beständig ist und beispielsweise aus Polyäthylen besteht. Ein Ende des Stromkabels 42 ist an die Kathode 30 angeschlossen, und das andere Ende erstreckt si-ch nach oben durch ein Schutzrohr 44 durch den Deckel 46 und führt zur (xleiehspannungsquelle 40. Das Schutzrohr 44 dient außerdem als Kathodenhalter. Die geerdete Anode 28 wird so gehalten, daß ihre senkrechte Lage gegenüber der Kathode gegebenenfalls einstellbar ist_o Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind deshalb zwei Tragstangen 48 mit einem Tragrahmen 50 für die Anodenanordnung verbunden und erstrecken sich nach oben durch den Deckel 46. An den oberen Enden sind die Tragstangen 48 mit einer Verzahnung versehen, welche mit Zahnrädern am Deckel kämmen. Die Zanräder 52 sind durch ein Rad 54 drehbar. Durch Betätigen des Rades 54 läßt sich die Einstellung der Anodenanordnung 28 in senkrechter Richtung gegenüber der gehäusefesten Kathodenanordnung 30 leicht einstellen. DieseEinstellung der Anodenanordnung ist erforderlich, wenn der Zwischenraum 56 zx\^risehen den einander zugekehrten Elektrodenflächen 30a und 30b bzw. 32a und 32b in der nachstehend beschriebenen Weise geändert werden soll. Jede Anode 28a und 28b ist an dem Tragrahmen derart befestigt, daß der Neigungswinkel der Anoden einstellbar ist. Gemäß Fig. 2 ist die Anode 28a am oberen Ende des Tragrahmens 50 mittels eines Bolzens 52 schwenkbar angeordnet. Am unteren Ende ist die Anode

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28a mit dem Tragrahmen durch einen lösbaren Bolzen und eine Mutter 54 verbunden, die sich seitlich der Anode durch einen etwa senkrecht ausgerichteten Schlitz 55 in der Rahmenverlängerung 5Oa erstreckt. Zur Einstellung der Neigung der Anode 28 wird die Schraubverbindung 54 gelöst und innerhalb des Schlitzes 55 verstellt, bis man die gewünschte Neigung der Anode erhält, worauf die Schraubverbindung wieder angezogen wird. In Pig. 2 ist^dIe Schraubverbindung auf einer Seite der Anode 28a dargestellt. Eine weitere Schraubverbindung ist vorzugsweise am gegenüberliegenden Ende der Anode angeordnet. In gleicher Weise ist auch die andere Anode 28b am Tragrahmen 50 einstellbar befestigt. Somit können die Neigungswinkel der Anoden in einem bestimmten Bereich leicht eingestellt werden, der von'der senkrechten Länge des Schlitzes 55 abhängt. Dies ermöglicht eine Feineinstellung des Zwischenraumes 56 zwischen der Anode und der Kathode, in dem das elektrostatische Feld wirksam ist. .

Ein Rohr 58 umgibt einen wesentlichen" Teil des Stromkabels 52, um Kriechströme an der äußeren Isiierung des Kabels infolge des Ansetzens von abgelagerten Verunreinigungen zu vermeiden. So ist das Rohr 58 an der Unterseite des Deckels 56 derart befestigt, daß es iinen wesentlichen Teil des Stromkabels 42 im Behälter und in eimern Abstand umgibt. Das Rohr ist mit einem inerten Gas', wie Luft, gefüllt; sein unteres Ende reicht in die Lösungsmittelschicht 2.6 im Behälter. Eine Speiseleitung 60 für die Schmutzflüssigkeit verbindet einen nicht dargestellten Vorratsbehälter mit dem halbzylindrischen Einlaßkörper l4. Damit die Schmutzflüssigkeit unter einem bestimmten Druck in den Behälter gelangt, kann der Speicherbehäl-

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ter höher als der Boden 12 des Behälters angeordnet sein. Eine Abzugsleitung 62 ist an den Behälterboden 12 angeschlossen, um feste Bestandteile zu entfernen, die sich von der Schmutzflüssigkeit absetzen und am Behälterboden ablagern. Zum Reinigen des Behälters werden die Flüssigkeiten zusammen mit Reinigungsmitteln durch eine weitere am Behälterboden angeschlossene Leitung 64 entfernt.

Erfindungsgemäß sind die Seitenwände des Behälters 1 doppelwandig ausgeführt. Gemäß Fig. 1 besteht die Seitenwand aus einer inneren Seitenwand 66 und einer äußeren Seitenwand 68, die voneinander im Abstand angeordnet sind und damiL, einen sich senkrecht erstreckenden Zwischenraum 70 bilden. Wie nachstehend noch erläutert ist, wird die in den Tank eingeführte Schmutzflüssigkeit in V/asser, Öl und schwimmfähige Schmutzteilchen infolge der lösenden Wirkung des Lösungsmittels vor allem in dem Zwischenraum 56 getrennt. Während das^geschiedene Öl in dem Lösungsmittel 26 gelöst ist, setzen sich das abgeschiedene Wasser und die schwiimn.fähigen Schmutz teilchen in Schichten ab. Infolge ihrer verschiedenen spezifischen Gewichte lagern sich die' Schmutzteilchen in einer Schicht 72 unmittelbar über dem Ölhaltigen Lösungsmittel 2β und das abgeschiedene Wasser in einer Schicht 7^ oberhalb der Schmutzteilchenschicht ab. Somit ist die innere Seitenwand 66 des Behälters so ausgebildet, daß ihre obere Kante 66a einen Abstand oberhalb einem vorbestimmten Füllstand des Lösungsmittels 26 aufweist, so daß die Verunreinigungen der Schicht 72 über der Lösungsmittelschicht aber die obere Kante 66a in den Zwischenraum 70 zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden 66 und 68 abfließen. Erreicht die Menge der Fremdkörper in dem Zwischenraum 70 einen vorbestimmten Füllstand, so wird

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ein Auslaß 70a am Boden des Zwischenraums geöffnet und so für einen Abfluß gesorgt. Damit wird die Schicht '72 der schwimmfähigeh Fremdkörper im wesentlichen auf einer festen Höhe gehalten, die der Höhe der oberen Kante 66a entspricht_o Andererseits ist die äußere Seitenwand 68 des Behälters so angeordnet, daß ihre obere Kante 68a sich oberhalb der Fremdkörperschicht 72 erstreckt, so daß das abgeschiedene Wasser aus .der Wasserschicht 7^ oberhalb der Fremdkorperschieht 72 über die obere -Kante 68a abfließt« Längs der ' oberen Kante 68a ist auf der Außenseite eine Wasserrinne 76 vorgesehen, aus der das überfließende geklärte Wasser abgezogen werden kann. Somit bilden die oberen Kanten 66a und 68a eine Überströmvorrichtung für das abgeschiedene Wasser und die Fremdkörper.

Ferner sind erfindungsgemäß ein oder mehrere Auslässe für das in Lösungsmittel'gelöste Öl in der Vprderwand und/oder der ,Rückwand des Behälters vorgesehen. In der erläuterten Ausführungsform sind zwei Auslässe in Form von länglichen Öffnungen in der RückwandY9 des Behälters vorgesehen. Obwohl in der Darstellung die Rückwand 79 nur einwandig ist, kann sie ebenfalls doppelwandig ausgeführt werden,- Gleiches gilt für die nicht dargestellte Vorderwand·. Auch die länglichen Auslässe 78 und ^dIe angeschlossenen Leitungen können innerhalb der doppelwandigen"Seitenwände des Behälters angeordnet .sein. Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, ist eine senkrechte Stauplatte 80 auf der Innenseite der einwandigen Rückwand 79 angeordnet, die parallel und im Abstand zu den Auslassen 78 liegt. Die Stauplatte 80 verhindert ein Abziehen von· Wasser und Fremdkörpern durch die Auslässe 78 zusammen mit dem ölhaltigen Lösungsmittel, wenn das vom öl abgeschiedene Wasser und Fremdpartikel in der LS-

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sungsmittelschicht nach, oben strömt. Zwei Abzugseinrichtungsn 82 sind an der Außenseite der Rückwand 7y in Verbindung mit den Auslassen 78 vorgesehen. Gemäß Fig» 5 besteht die Abzugs einrichtung 82 aus einem Überströmrohr 84 und einem Abflußrohr 86, die durch mehrere Zweigleitungen 88ä, 88b und 88c miteinander verbunden sind. Das Überströmrohr 84 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem Auslaß 78 und erstreckt sich nach oben über den Füllstand der Lösungsmittelschicht 26. Die Zweigleitungen 88a, 88b und 88c verbinden das Überströmrohr und das Abflußrohr in drei verschiedenen Höhen oberhalb der Lösungsmittelschicht. Dies ist- nachstehend erläutert. Die untere und mittlere Zweigleitung 88a und 88b sind mit Absperrschiebern 90a und 90b versehen.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Kühlschlange 92 wendelförmig innerhalb des Behälters an der unteren Hälfte der inneren Seitenwand und den abgeschrägten Bodenwandungen 12a angeordnet. Die Kühlschlargen 92 hat einen Einlaß 92a und einen Auslaß- 92b für ein Kühlmittel, z.B. Wasser, das von einer Kühleinrichtung geliefert wird. Die Kühlschlange 92 dient zum Kühlen des die Kühlschlange umfließenden Lösungsmittels in dem Behälter»

Fig. j5 zeigt Einzelheiten des halbzylindrischen Einlaßkörpers 14 und der oberhalb angeordneten Platte 18. Der Einlaßkörper 14 weist mehrere verhältnismäßig kleine öffnungen 16 an seiner Umfangswand auf. Die Platte l8 hat viele kleine Öffnungen 20, deren Durchmesser kleiner und deren Anzahl größer ist als der der Öffnungen l6. Die in den Behälter durch die Speiseleitung l6 gelangende Schmutzflüssigkeit fließt zunächst nach oben durch die Öffnungen l6 und

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dann durch die feinen öffnungen 20., aus denen sie in Form von vielen sehr kleinen Tröpfchen austritt." Die Schmutzflüssigkeit gelangt also in den Behälter nicht.in der Form von Düsenstrahlen oder in dampfförmigen Zustand„

Fig. K zeigt in Einzelheiten die Anordnung der Elektrodenspitzen an der ebenen Elektrodenfläche der Kathode und Anode _o Die Ei^ktrodenflachen 30a,JOb und 32a_J 52b sine dicht mit vielen Elektrodenspitzen 36 und 38 versehen^ die alle die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen«, Die dreieeksförmigen Elektrodenspitzen 36 und 38 sind in mehreren Reihen gegeneinander versetzt angeordnete Wie bereits erwähnt., sind die Elektrodenspitzen gegen die gegenüberliegende Elektrode in einer Richtung geneigt^ die leicht von der Längsachse der Elektrode wegzeigt_o Vorzugsweise werden die Elektrodenspitzen auf den Elektrodenflachen so angeordnet, daß der Abstand zwischen den spitzen Enden der Elektrodenspitzen der Anode und der Kathode etwa gleich sind«, - .-"'"'-

Im folgenden ist der Trennvorgang im Behälter im einzelnen näher erläutert. ·

Ein elektrisch isolierendes bzw_e dielektrisches Lösungsmittel, das zum Lösen von Öl geeignet ist und. ein spezifisches Gewicht schwerer als Wasser aufweist, z_cB_e~ Perchloräthylem, wird durch die Öffnung 22 in den Behälter eingefüllt, bis der vorbestimmte Füllstand erreicht ist. Perchloräthylen hat ein spezifisches Gewicht von 1,62 bei Temperaturen zwischen 20 = 24⁰C., eine Löslichkeit von O₅ 015$ Lösungsmittel in Wasser bei 25°C und O₅Ol^ Wasser in Lösungsmittel

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bei 25°C, eine Dielektrizitätskonstante von 2,365 bei 25°C, einen spezifischen Widerstand von 1,8 χ 10 ^ Ohm/cm, einen Gefrierpunkt von -22,4⁰C und eine Viskosität von 0,88 centipoise. In Kontakt mit Wasser ist das Lösungsmittel außerordentlich stabil.

Nach dem Füllen des Behälters wird eine hohe Gleichspannung an die Anode 28 und die Kathode 30 angelegt und damit ein elektrostatisches Feld in dem Zwischenraum 56 in der. Lösungsmittelschicht 2.6 erzeugt. Das erwünschte Gleichspannungspotential an den Elektroden hängt von mehreren Faktoren ab, nämlich dem Elektrodenabstand, dem benutzten Lösungsmittel und dem Zustand der zu behandelnden Schmutzflüssigkeit. Für Perchloräthylen als Lösungsmittel wird der Elektrodenabstand auf etwa 10 cm eingestellt und das (Jleichspannungspotential beträgt etwa 50 kV zwischen den Elektroden 28 und j50.

Als vorbereitende Maßnahme vor dem Einfüllen von Schmutzflüssigkeit in den Behälter wird vorzugsweise die Schmutzflüssigkeit mit dem gleichen Lösungsmittel in einem bestimmten Verhältnis ver- . mischt, um das spezifische Gewicht der Mischung auf einen Wert einzustellen, der zwischen den spezifischen Gewichten von Wasser und Lösungsmittel im Behälter liegt. Die Mischung gelangt unter Druck durch die Speiseleitung 60, den halbzylindrischen Einlaßkörper 14 und die Verteilerplatte l8 in die Lösungsmittelschicht 26. Wie bereits erwähnt, sorgt die Verteilerplatte für das Austreten der Mischung in vielen kleinen Tropfchen_o Diese Tröpfchen wandern in der Lösungsmittelschieht nachoben durch die längliche öffnung 34 in Richtung auf den Scheitel der Kathode j50, da die Schmutzflüssigkeit ein kleineres spezifisches Gewicht als das Lösungsmittel hat.

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Der Abstand der Kathode 30 von dem Einlaßkörper 14 ist so· groß, daß dazwischen ein dielektrischer Kurzschluß vermieden wird. Diesem dielektrischen Kurzschluß zwischen der Kathode und dem Einlaßkörper wird auch durch die Tröpfchenform der Schmutzflüssigkeit entgegengewirkt ο -

Die aufsteigenden Tröpfchen der Schmutzflüssigkeit sammeln sich in Form einer Schicht an dem Scheitel der V-förmigen Kathode 3O₀ Die Schmutzwasserschicht sucht sich jedoch nach oben längs der schrägen Elektrodenflächen 50a und 50b infolge ihres geringeren spezifischen Gewichtes gegenüber dem Lösungsmittel 26 auszubreiten,, Breitet sich der Schmutzflüssigkeitsfilm aus_s so wandert er längs der vielen Elektrodenspitzen 36 und wird wiederum in kleine Tröpfehen aufgeteilt _s die-endlieh die spitzen-Enden der Elektrodenspitzen erreichen«, Diese Tröpfehen an den Kathodenspitzen 56 werden negativ aufgeladen_o Durch das zwischen der Anode und Kathode angelegte G-leichspannungspotential wandern die negativ geladenen Flüssigkeitstropfen mit hoher Geschwindigkeit auf die Anodenflächen 32a .und 32b durch den Elektrodenzwischenraum 56 unter der Wirkung der Elektrophorese,, Die Flüssigkeitstropfen an den Anoöenflachen werden nach oben gegen die spitzen Enden der Elektrodenspitzen 38 in der gleichen Weise wie an der Kathode geleitet und werden positiv aufgeladene, Sie wandern dann mit hoher Geschwindigkeit in die entgegenge-' setzte Richtung auf die Kathödenfläehen 50a und 50b unter der Wirkung der Elektrophoreseο Auf diese Weise wandern die Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit in dem elektrostatischen Feld zwischen der . Anode und der Kathode hin und her und gelangen während ihrer fortgesetzten Bewegung von der Mitte des Zwischenraums 56 nach oben

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und auswärts zu den äußeren Enden. Infolge der sehr schnellen Hin- und Herbewegung im elektrostatischen Feld des Lösungsmittels bei der Wanderung von der Mitte nach den äußeren Enden werden die Tröpfchen fortschreitend in kleinere Partikel aufgetrennt, bis das Öl und die Fremdkörper vom Wasser abgeschieden werden. Das abgeschiedene öl löst sich im wesentlichen in dem Lösungsmittel innerhalb des Zwischenraums 56, während das abgeschiedene Wasser und die Fremdkörper in der Lösungsmittelsehicht 26 langsam nach oben steigen und über der Lösungsmittelsohicht im wesentlichen diskrete Schichten ausbilden. Infolge der unterschiedlichen spezifischen Gewichte bilden die Fremdkörper die Schicht 72 unmittelbar über der Lösungsmittelsehicht 26, während das geklärte Wasser eine im wesentlichen diskrete Schicht 74 oberhalb der Fremdkörpersehielifc 72 bildet * wie in Fig. 1 dargestellt ist«, Da das Iiösungsmit;t;e! ±m Zwischenraum 56 eine im Verhältnis größere seitliehe Ausdehnung hat, werden die Flüssigkeit strop fen der Elektrophorese-Wanderung über längere Zeiträume unterworfen,, Dies ermöglicht .eine vollständige und wirksame Abscheidung des Öls und der Fremdkörper aus dem Wasser sowie ein vollständiges Lösen des abgeschiedenen Öls in dem Lösungsmittel, Perchloräthylen mit eines spezifischen Gewicht von größer als Wasser ist schwerer als das abgeschiedene Öl. Deshalb ist das spezifische Gewicht des mit öl angereicherten Lösungsmittels innerhalb des Zwischenraums 56 kleiner als der Rest des frischen Lösungsmittels außerhalb des Elektrodenabstandes. Dieser Teil des mit Öl versehenen Lösungsmittels steigt nach oben, in dem Zwischenraum zur oberen Fläche der Lösungsmittelsehioht 26»

Wird die Kühlschlange 92 mit Kühlwasser versehen,, so MSilfc sich die

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Lösungsmittelschicht 26 in Berührung mit Kühlschlange ab, so daß die Temperatur des Lösungsmittels geringer ist als die der Schmutzflüssigkeit, die in den Behälter durch den Boden gelangt. Andererseits wird die Wärme der Schmutzflüssigkeit, die JUi Tropfenform nach oben durch die längliche öffnung J4 in den Raum 56 strömt, von dem Lösungsmittel absorbiert, das in Kontakt mit den Tropfen der Schmutzflüssigkeit gelangt» Mit anderen Worten werden die Mengen des Lösungsmittels oberhalb des Einlaßkörpers 14 "und in den Zwischenraum 56 auf eine höhere Temperatur erwärmt mit Bezug auf die umgebenden Mengen des Lösungsmittels nahe der Kühlschlange 92. · Dieser Temperaturunterschied im Lösungsmittel unterstützt das Aufsteigen des mit öl angereicherten Lösungsmittels in dem Elektrodenzwischenraum zur oberen Fläche der Lösungsmittelsehieht. Lagert sich das Lösungsmittel mit dem gelösten öl im oberen Teil der Lösungsmittelsehieht 26 ab, so steigt das Verhältnis von gelöstem öl im oberen Teil der Lösungsmittelschicht fortschreitend an. Das mit öl versehene Lösungsmittel fließt dann durch die länglichen Auslässe 78 in der Rückwand in die Standrohre 84 der Abzugseinrichtungen 82.

Die Lösungsmittelauslässe und Abzugseinrichtungen dienen zum Einstellen des Füllstandes der Lösungsmittelschicht 2.6 auf eine im wesentlichen konstante Höhe ohne Rücksieht auf das Einströmen von Schmutzflüssigkeit in den Behälter^, So erstreckt sich das Überströmrohr 84 nach oben über den gewünschten Füllstand der Lösungsmittelschicht. Ebenso sind die Zweigleitungen 88a, 88b und 88c in vertikaler Richtung über dem Füllstand der Lösungsmittelschicht . angeordnet,, Werden so beispielsweise die Absperrschieber 9öb in

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den mittleren Zweigleitungen 88b geöffnet und die Absperrschieber 90a in den unteren Zweigleitungen 88a geschlossen, so tritt das ölhaltige Lösungsmittel in die Überströmrohre 84 durch die länglichen Lösungsmittelauslässe 78 ein und steigt auf die Höhe der mittleren Zweigleitungen 88b und fließt durch diese in die Abflußrohre 86 nach außen ab. Deshalb wird die Oberfläche des ölhaltigen Lösungsmittels in den Überströmrohren 84 im wesentlichen auf der Höhe der mittleren Zweigleitung 88b gehalten. Da ein nach unten gerichteter Druck auf die Lösungsmittelschicht 26 infolge der Fremdkörperschicht 72 und der Klärwasserschicht 74 ausgeübt wird, liegt die Oberfläche der Lösungsmittelschicht im Behälter etwas tiefer als die Flüssigkeitsschicht in den Überströmrohren 84_O Der Füllstand der Flüssigkeitsschicht soll unter dieser Bedingung als Bezugshöhe angesehen werden. Bei der fortschreitenden Trennwirkung des Schmutzwassers im Elektrodenzwischenraum 56 sammelt sich das vom Wasser abgeschiedene und im Lösungsmittel gelöste öl in zunehmendem Maße in der obersten Schicht des Lösungsmittels an. Das sehr stark ölhaltige Lösungsmittel unmittelbar an der Oberfläche der Lösungsmittelschicht strömt in natürlicher Weise in die Überströ'mrohre 84 und verringert somit das spezifische Gewicht des ölhaltigen Lösungsmittels in den Überströmrohren. Es ist deshalb ersichtlich, daß eine Verringerung des spezifischen Gewichtes des ölhaltigen Lösungsmittels in den Überströmrohren das Druckgleichgewicht zwischen der Lösungsmittelschicht 2.6 und den Schichten 72 und 74 verändert, so daß sich der Füllstand der Lösungsmittelschicht zu verringern sucht, obwohl der Flüssigkeitsstand in den Überstrom*- rohren unverändert auf der Höhe der mittleren Zweigleitungen 88b bleibt. Ein starkes Absinken der Flüssigkeitshöhe der Lösungsmit-

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telschiqlit 26 im Behälter ist unerwünscht, da dadurch die Möglichkeit gegeben ist, daß die Premdpartikel oberhalb der Lösungsmittelschicht in die Überströmrohre 84 durch die Lösungsmittelauslässe-78 gelangen können, während es außerordentlich wichtig ist, daß das Wasser, die Fremdkörper und das abgeschiedene Öl durch verschiedene Auslässe getrennt entfernt werden«, TJm diesen unerwünschten Zustand wirksam zu vermeiden, ist es nur notwendig, die Schieber 90a in den untersten Zweigleitungen 88a zu schließen«, Schließt man die untersten Absperrschieber 90a, wobei die Schieber 90b in der geschlossenen Stellung verbleiben, so wird der Flüssigkeitsstand in den Überströmrohren 84 auf die Höhe der obersten Zweigleitungen 88c ansteigen. Dieser Anstieg des Füllstandes, in den Überströmrohren begleitet einen entsprechenden Anstieg der Lösungsmittelschicht 26 im Behälter. Damit wird die oben erwähnte Verringerung des Füll-Standes der Lösungsmittelschicht wirksam vermieden, wodurch die Fremdkörperschicht 72 stets oberhalb der Lösungsmittelauslässe 78 liegt. ' '

Andererseits sollte für das,getrennte Abziehen des Klärwassers, der Fremdkörper und des ölhaltigen Lösungsmittels die Höhe der Lösungsmittelschicht 26 nicht bis zur oberen Kante 66a der inneren Seitenwand 66 ansteigen. Erfindungsgemäß sind beide Absperrschieber- 90a und 90b in den Zweigleitungen 88a und 88b offen gehalten, um einen solchen außerordentlichen Anstieg der Lösungsmittelschicht zu vermeiden. Das Schließen der Schieber 90a und 90b gestattet das Ausfließen der ölhaltigen Flüssigkeit in den Überströmrohren durch die Zweigleitungen 88a und 88b in die Abzugsrohre 86 nach außen. Dann sinkt der Flüssigkeitsstand in den Überströmrohren 84 bis zu

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den untersten Zweigleitungen 88a ab, so daß auch der St ana der Lösungsmittels chi cht 26 im Behälter absinkt. Es ist somit vermieden- daß das Lösungsmittel im Behälter über die obere Kante 66a der inneren Seitenwand In den Zwischenraum JO ausströmte

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Claims (1)

1. Dr. ing. H. Nesendsnk

   DpJ. !ng. H. Haui:-υ!::! Thys. W. Schmitz

   0ipl.lng.E.G*3siis-Dir-i ir-g. W. Wehnerl - "■ 8 Miinchen 2,Μοζζϊ^βΒ® 2S Telefon5 38 05 86

   TOSHIYUKI TOKÜM0T0

   1994-3 Icchome Nakatomigaoka, 30» Oktober,1973

   Nara, Japan" Anwaltsakte M-2867

   Patentansprüche ■ ■

   1. Elektrostatische Trennvorrichtung., bestehend aus einem mit einem elektrisch isolierenden bzw« dielektrischen Lösungsmittel gefüllten Behälter* wobei das Lösungsmittel öllöslich ist" und ein spezifisches Gewicht schwerer als Wasser aufweist, mit einem Einlaß zum Einführen von Schmutzflüssigkeit und Auslässen für abzuscheidendes '0I₁,. schwimmfähige Fremdkörper und Wasser^ mit einem Elektrodenpaar in der Lösungsmittelschichte an das ein hohes Gleiehspannungspotential zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes in einem Elektrodenzwischenraum anlegbar ist, wobei unter dem Elektrophorese-Effekt in dem elektrostatischen Feld die Sehmutzflüssigkeit .in Wasser, schwimmfähige Körper und im Lösungsmittel gelöste Öle derart getrennt wird, daß oberhalb der Lösungsmitt el s chi cht eine Fremdkörperschicht und oberhalb der Fremdkörpers chi cht eine Wasserschicht ausgebildet wirdj, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Behälters (10) doppelwandig in einem sich senkrecht erstreckenden Zwischenraum (70) zwischen einer inneren Seitenwand (66) und einer äußeren Seitenwand (68) ausgebildet ist, daß sich die obere Kante (66a)

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   der inneren Wand um einen Abstand über den Füllstand der Lösungsmittelschicht (26) erstreckt, wobei die schwimmfähige Fremdkörperschicht (72) über der Lösungsmittelschicht über die obere Kante in die Ausnehmung strömt, und daß die obere Kante (68a) der äußeren Wand (68) sich über die Fremdkörperschicht (72) erstreckt, wobei das abgeschiedene, die Schicht (74) bildende Wasser oberhalb der Fremdkörperschicht über die obere Kante (68a) nach außen fließt.

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   2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Zwischenraums (70) zwischen den inneren und äußeren Wänden (66,68) ein Abzug angeordnet ist, der zum Entfernen der Fremdkörper beim Erreichen einer vorbestimmter- Füllhöhe in dem Zwischenraum (70) zu öffnen ist.

   35. Trennvorrichtung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand (68) mit einer Wasserrinne (76) an der Außenseite versehen ist, durch die das über die obere Kante (68a) der Außenwand fließende Wasser entfernbar ist.

   ■4. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters (10) unterhalb des Auslasses (78) des ölhaltigen Lösungsmittels eine Kühlschlange '. (92) angeordnet ist, durch die das Lösungsmittel im Behälter in der Umgebung der Kühlschlange kühlbar ist, so daß sich das ölhaltige Lösungsmittel im oberen Teil der Lösungsmittelschieht (26) durch den Temperaturunterschied in der Lösungsmittelschicht; ansammelte - ■

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   ~²⁵ - ■ '.: . 2354598 Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (l4,l8) für die Schmutzflüssigkeit mittig am Boden (12) des Behälters angeordnet und die Kühlschlange (92)- am inneren Umfang des Behälters befestigt ist.

   6. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (78) für das ölhaltige Lösungsmittel mit einer Abzugseinrichtung (82) verbunden ist, die aus mindestens einem Überströmrohr (84-) und einem Abzugsrohr (86) besteht, die über Leitungen -oberhalb des Füllstandes der Lösungsmittelschicht (26) miteinander verbunden sind.

   7. Trennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch .gekennzelehnet, daß die verbindenden Leitungen aus mehreren Zweigleitungen (88a,88b, 88c) bestehen, welche die Rohre (84,86) miteinander in verschiedenen Höhen verbinden, wobei wenigstens die Zweigleitungen außer der obersten Zweigleitung mit Absperrschiebern (90) versehen sind. ."-_,_.· "

   8. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß-die Elektroden (28,30) in obere und untere

   - Elektroden unterteilt sind, von denen eine Elektrode an Gleichspannung angeschlossen und die andere Elektrode geerdet ist, daß die obere Elektrode (30) etwa in der Behältermitte angeordnet ist und aus zwei V-förmig angeordneten flachen Elektrodenflächen (50a,30b) besteht, daß die untere Elektrode (28) aus zwei planaren Elektrodefif lachen (J2a,32b) besteht, die parallel und im Abstand.zu den Elektrodenflächen der oberen Elektrode an-

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   geordnet sind, und daß die unteren Elektroden im Abstand voneinander zur Bildung einer länglichen öffnung (34) angeordnet sind, durch die das Schmutzwasser durch die Bodenöffnung des Einlasses in den Raum (56) zwischen den Elektroden gelangt.

   9.Trennvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenflächen (28a,28b,30a,30b) der oberen und unteren Elektroden mit kleinen zugespitzen Elektrodenspitzen (36,58) versehen sind, die sich in einer Richtung gegen die gegenüberliegende Elektrode erstrecken, die von der Längsachse der Elektrodenanordnung weggerichtet ist.

   10.Trennvorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den zugespitzen Enden der Elektrodenspitzen (36,38) der oberen und unteren Elektroden konstant ist»

   11.Trennvorrichtung nach Anspruch 9 o4er 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspitzen (36,38) in Reihen, jeweils gegeneinander versetzt, angeordnet sind.

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