DE2412715A1

DE2412715A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von emulsionen

Info

Publication number: DE2412715A1
Application number: DE2412715A
Authority: DE
Inventors: Antoine Auguste Josep Lefeurre
Original assignee: Realisations Ind S A Soc Et
Current assignee: Realisations Ind S A Soc Et
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1974-09-26
Also published as: CA1013643A; GB1468221A; ES424512A1; JPS5040474A; US4016076A; JPS5334115B2; IT1003809B

Description

Be/Dl

RECHTSANWÄLTE

DR. JUfc. 'M -L.-CHEM. WALTER BEIL U. März 1974

DR. JUR. CA'sL-CHlH. H.~J. WOLFP
DR. JUi?. HAMS CHK. BEIL

FRANKFURT AM MAIN-HOCHST

AOELONSTKASSt M

Unsere Nr. 19 209

Societe d¹Etudes et de Realisations Industrielles S.A.

Le Chesnay, Yvelines, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Emulsionen

Die Behandlung von Mischungen nicht mischbarer Flüssigkeiten ist im Hinblick auf ihre Trennung ein Problem, daß um so schwieriger zu lösen ist, als auf der einen Seite die Mischungsbestandteile eine verringerte Neigung haben, sich natürlich zu trennen und auf der anderen Seite die Mengenverhältnisse der in der Mischung anwesenden Flüssigkeiten erheblich unterschieden sind. Dies gilt vor allem bei den Bedingungen, unter denen sich zahlreiche in" der Industrie benutzte oder anfallende Mischungen darstellen: eine Flüssigkeit ist in Form einer Emulsion von gewisser Stabilität in einer anderen Flüssigkeit in einer Konzentration dispergiert, die, obwohl sie gering ist, ausreicht, daß ein einfaches Verwerfen dieser Emulsion nicht in Betracht gezogen werden kann, sei es aus Gründen der ümwe]ö/erschmutzung,

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sei es aus Gründen der industriellen Verfahrensökonomie ₃ weil das in geringen Konzentrationen anwesende Produkt teuer ist. Deshalb ist ein Verfahren zur Rückgewinnung der in schwacher Konzentration in der in starker Konzentration anwesenden Flüssigkeit vorhandenen Flüssigkeit erforderlich.

Wenn man z.B. die im allgemeinen "lösliches öl" bezeichnete Mischung betrachtet, die aus einer stabilen Emulsion von Öl in viel Wasser (0,5 % öl) besteht, weiß man, daß es nicht möglich ist, ein solches benutztes lösliches Öl direkt in die Abwasser zu leiten, weil sie die Wasserläufe, in die die Abwasser geleitet werden, stark verschmutzen würde. Man muß deshalb das öl zurückhalten, um in das Abwasser ein gereinigtes Wasser einzuleiten. Das zurückgehaltene öl wird beispielsweise durch Verbrennung vernichtet.

Die bis jetzt bekannten Behandlungsverfahren, nämlich das "Zerbrechen" der löslichen öle, versuchen eine direkte Trennung von Wasser und öl herbeizuführen. Diese Trennung ist äußerst schwierig und die notwendigen Anlagen sind wichtig, weil ihre Wirksamkeit beschränkt ist.

Demgegenüber zeigt das erfindungsgemäße Verfahren eine viel größere Wirksamkeit. Es hat die Besonderheit zum Gegenstand, daß das öl nicht in Form eines Öls abgetrennt wird, sondern in die Form einer Emulsion von Wasser in öl mit einem hohen Gehalt von öl überführt wird. Die Erfahrung zeigt, daß eine solche Emulsion eine starke Neigung hat, sich natürlich vom Wasser zu trennen. Man erhält so ein praktisch ölfreies Wasser, das direkt in die Abwasser geleitet werden kann. Die

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an Öl reiche Emulsion kann durch Verbrennung zerstört werden.

Wenn man ein lösliches öl betrachtet, so kann man sagen, daß es in seiner normalen Gebrauchsform, nämlich einer stabilen Emulsion von öl in Wasser (Emulsion der "rechten" Form), aus einem geringen Volumen von öl, dispergiert in einem großen Volumen Wasser in feinen Tröpfchen besteht. Die Konzentration an öl iät diejenige der Mischung. Dieselbe Mischung, in der das Öl in der Form einer Emulsion von Wasser in Öl(Emul'.-sion der "linken" Form, oft "Mayonnaise" genannt) vorliegt, besteht tatsächlich aus zwei Mischungen: die erste ist die Mayonnaise ;mit einem hohen Anteil an öl, die zweite ist eine mehr oder weniger emulsionierte Mischung von Öl in Wasser mit einem geringen Gehalt an Öl, viel geringer als in der ursprünglichen Mischung und umso geringer, je weiter die Bildung der Mayonnaise fortschreitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat zum Ziel die Herstellung einer Ansammlung des Öls in Form von Mayonnaise durch Veränderung der Form der Emulsion durch überführung von der rechten in die linke Form.

Man kann feststellen, daß in den klassischen Verfahren zur Behandlung löslicher öle man gemäß einer elementaren Logik versucht, die Wirkung der Emulgatoren, die die Stabilität der Emulsion von öl in Wasser avfl*echterhalten, zu beseitigen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren versucht man dagegen umgekehrt einen Emulgiereffekt zu schaffen, aber in dem Sinne von Wasser in Öl. Es scheint, daß man auf diesem Weg auch von einer günstigen

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Wirkung Gebrauch macht, nämlich einer gewissen natürlichen Neigung der Mayonnaise zum Wachsen, cLh. der Aufnahme von im"Wasser dispergierten öltröpfchen.

Praktisch besteht das erfindungsgemäße Verfahren in der Anwendung von Mitteln, die die Umkehrung der Form der Emulsion bewirken. Die Mittel sind verschieden und müssen für jeden Einzelfall angepaßt werden, weil die zu behandelnden löslichen Öle sich unterscheiden können durch ihre immer komplexe ursprüngliche Zusammensetzung,

soweit
insbesondere / es die in ihnen enthaltenen Zusätze angeht, ihre Konzentration durch Aufnahme von Wasser und ihre Veränderungen, denen sie im Bereich ihrer Bestandteile während der Dauer der Benutzung unterliegen können, Umwandlungen,die häufig mit dem allgemeinen Begriff "Altern" umschrieben werden.

Die benutzten Mittel sind im wesentlichen chemischer Natur, nämlich die Zugabe von Salzen, Mitteln zur Änderung des pH-Wertes, von Emulgatoren oder Mitteln zur Modifizierung der ölzusatzstoffe,und mechanische Mittel zum Bewegen der Flüssigkeiten ( Rührer,Mischpumpen oder Pumpen zur Beförderung der Flüssigkeit durch Filter, Ultraschall usw).

Die Trennung der Mayonnaise und des ölfreien Wassers kann durch natürliches Dekantieren vorgenommen werden. ■ Sie kann durch verschiedene Techniken beschleunigt werden, wie Flotation mit an Luft gesättigtem Wasser, Elektroflotation, Zentrifugieren, Verwachsung usw. Man kann kontinuierlich arbeiten und eine Heizung ist nicht erforderlich.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei anderen Mischungen als löslichen Ölen angev/andt werden, insbesondere im Hinblick auf die Zurückgewinnung einer Flüssigkeit, die in einer Mischung den Teil mit schwacher Konzentration darstellt. Man konzentriert das Produkt in der Weise, daß es den Hauptbestandteil einer Mayonnaisen-Emulsion darstellt. Entweder sind die Flüssigkeiten der zu behandelnden Mischung selbst in der Lage, Bestandteile dieser Mayonnaisen-Emulsion zu sein, oder man fügt zu der Mischung einen Stoff zu, der eine selektive Affinität zur Zurückhaltung eines Bestandteiles hat und gleichzeitig in der Lage ist, mit dem anderen Bestandteil eine Mayonnaise zu bilden.

Aus der folgenden Beschreibung in Form von nicht beschränkenden Anwendungsbeispielen ist leicht zu entnehmen, wie die Erfindung durchgeführt wird. Die aus dieser Beschreibung sich ergebenden Besonderheiten stellen Teile der Erfindung dar.

Beispiel 1

Ein frisches lösliches öl, das im Handel unter der Bezeichnung Esso EZL 341 erhältlich ist, wird in Wasser in der Weise verdünnt, daß man eine Emulsion mit einem Gehalt von 5 % Öl erhält, das in seine Bestandteile getrennt werden soll.

Zu dieser Emulsion mit einem pH von 8,5 wurden 3 g Calciumchlorid pro 1 gegeben. 30 1 der so gebildeten Mischung wurden in einen Behälter gefüllt und mit einer Pumpe (600 l/h) bewegt, die die Flüssigkeit durch

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einen Filter von 30 Mikron preßte, dessen mögliche Aufgabe es ist, eine interne Bewegung auf der Ebene der feinen Kanäle, die ihn bilden, hervorzurufen. Die wässrigen und öligen Bestandteile durchschreiten diesen Filter und kehren in den Behälter zurück, wo sie erneut von der Pumpe aufgenommen werden. Wach einer Bewegung von 15 Minuten im geschlossenen Kreislauf beobachtet man die Bildung von öligen Kugeln, die wachsen (dieses Phänomen kann mit bloßem Auge durch eine durchsichtige Wand beobachtet werden). Diese aus einer Emulsion von Wasser in Öl bestehenden Tropfen steigen in dem Behälter auf und die Bewegung ist in diesem Bereich weniger intensiv. Nach ungefähr einer halben Stunde würde die Bewegung abgebrochen und der Inhalt des Behälters durch einen Kartonfilter mit einer Porosität von 5 Mikron (Verwachser - "coales-ceur") gegeben. Man erhält an der Basis dieses Filters ein vollkommen klares Wasser, das weniger als 15 ppm Öl enthält, während praktisch reines öl über dieser Trennvorrichtung abgelassen werden kann.

Beispiel 2

Eine Mischung benutzter löslicher Öle, im Handel erhältlich unter den Bezeichnungen Motul-Coupex PN und PNC-, -Labo SB 223, in einer Konzentration von ungefähr 4 % öl wurden nach dem vorstäaend beschriebenen Verfahren behandelt. Der pH-Wert wurde geringfügig auf 9 durch Zugabe von Soda vor Beginn des Bewegens abgesenkt. Während der Bewegung konnte dieser pH-Wert auf 7,5 ansteigen. Das gereinigte Wasser enthielt 20 ppm Öl.

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Beispiel 3

Ein lösliches Öl, im Handel erhältlich unter der Bezeieh-. nung Esso EZL 3^1, das mehrfach benutzt worden war, wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt. Die Zugabe eines Wasser-in-öl-Emulgators, im Handel erhältlich unter der Bezeichung Cepretol MO von der Firma Societe Rhone Progil, erwies sich vor der Zugabe des Calciumchlorids als notwendig wegen des starken Alterns dieser öle,entsprechend möglichen Änderungen der enthaltenen Additiven, insbesondere der Emulgatoren. Der erhaltene pH von 9 wurde während der Dauer der Bewegung wie in Beispiel 2 auf 7»5 zurückgeführt. Man beobachtete wiederum eine gute Trennung, denn das entölte Wasser enthielt weniger als 2k ppm öl. Die Benutzung von Calciumchlorid und allgemeiner von Erdalkalisalzen bringt den Vorteil mit sich, daß die Bildung von Hydroxidschlamm in dem Augenblick verhindert wird, in dem der pH einen Wert nahe der Neutralität erreicht.

Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermaßen eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Emulsionen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Beispielsweise ändert bei einer Behandlung einer Emulsion von Wasser in öl ("rechte" Form),häufig lösliches öl genannt, ein erstes Reaktionsmittel die physikochemischen Bedingungen in einem für die "linke'¹ Form günstigen Sinne, während ein zweites Reaktionsmittel die Umkehrung der Form, also die Bildung der Emulsion der linken Form (Mayonnaise) tatsächlich hervorruft.

Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus der Kombination einer Hauptstromleitung, von Einspeisevorrichtungen

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die den Zustrom der su behandelnden Emulsion in die Hauptstromleitung sicherstellen, von Vorrichtungen ₃ die die dosierte Zuführung der Reaktionsmittel, eines nach dem anderen, in bestimmten Zonen während des Laufs der Emulsion durch die Vorrichtung gestatten und Mitteln zur Sicherstellung einer völligen und schnellen Mischung der Emulsion mit jedem der. zugefügten Reaktionsmittel sicherstellen.

In einer Ausführungsform der Erfindung speist die Hauptstromleitung der Vorrichtung ein Teilvolumen, in dem man eine Bewegung bewirkt. Das Reaktionsmittel wird ummittelbar davor oder in das Innere des Teilvolumens selbst zubegeben.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Herstellung oder Verlängerung des Kontaktes und der Wirkung des Reaktionsmittels durch einen Kreislauf im Inneren des Teilvolumens, vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Hauptstrom.

Dieser Kreislauf ist besonders interessant im Bereich des zweiten Reaktionsmittels: die in dem Teilvolumen ankommende Emulsion trifft dort auf schon umgewandelte Emulsion und findet bei diesem Treffen günstige Bedingungen für die Umwandlung.

Diese Anordnung ist wirksam und verbraucht wenig Energier, während die umgerührte Menge gering bleibt, weil sie den Teilmengen entspricht.

Das Teilvolumen kann eine kleine in den Hauptstrom eingebaute Kammer sein. Die Bewegung in dieser Kammer kann durch die verschiedensten Mittel, wie Rührwerke,

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Vibratoren, Ultraschall und dergl. erreicht werden.

Im Falle des Kreislaufes ist das Teilvolumen dasjenige des gesamten Teils, in dem sich der Kreislauf abspielt, wobei das Reaktionsmittel vorzugsweise vor der Kreislaufpumpe entweder im Hauptsrom oder in dem Nebenstrom selbst zugesetzt wird. Eine Vereinfachung besteht darin, daß man die Kammer völlig wegläßt und die Nebenleitung direkt an die Hauptleitung anschließt. Eine solche Ausgestaltung v/ird in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, die eine erfindungsgemäße Vorrichtungschematisch wiedergibt. .

Die Hauptstromleitung 1 der Vorrichtung ist mit einer Speisepumpe 2 versehen, die die Emulsion von dem Eingang la in einer Mengenleistung d zum Ausgang Ib transportiert. Die Nebenleitungen 3 und 4, die Bögen in der Hauptleitung darstellen, sind mit Kreislaufpumpen 5 und 6 versehen. Das erste Reaktionsmittel wird durch eine nicht dargestellte Dosierpumpe bei 7 in die Nebenleitung 3 vor der Kreislaufpumpe 5 eingeführt.

In derselben Art wird das zweite Reaktionsmittel bei 8 in der Nebenleitung 4 vor der Kreislaufpumpe 6 züge-" geben. Jede dieser Kreislaufpumpen hat einen größeren Druchsatz als die Mengenleistung d.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende: Die Emulsion tritt durch die Pumpe 2 in die Hauptleitung ein und fließt in die Nebenleitung 3, erhält bei 7 die Zugabe des ersten Reaktionsmittels (Erdalkalisalz-und/oder Emulgator z.B.) und durchläuft die die Ifebenleitung 3 darstellende Schleife und den Teil der Hauptleitung,

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der zwischen den beiden Enden der Nebenleitung liegt. Der Kreislauf der Emulsion, d.h. die Anzahl der Male, die eine bestimmte Emulsion statistisch die Schleife durchläuft, ist umso größer, je größer der Durchsatz der Pumpe 5 gegenüber demjenigen der Pumpe 2 ist. Die Dauer des Kreislaufs hängt von der L-änge der Nebenleitung ab.

Am Ausgang der Nebenleitung 3 fließt die Emulsion in die Hauptleitung mit der Mengenleistung d ab. Sie erhält in der Nebenleitung H das zweite Reaktiojismittel (z.B. Salz eines dreiwertigen Metalls, Mittel zur Änderung des pH-Wertes), das die Umkehrung hervorruft. Die Vorrichtung verläßt dann ein kontinuierlicher Strom einer Mischung von Wasser und mehr oder weniger mit Wasser beladenen Mayonnaxsetexlchen. Man kann das Wasser von der Mayonnaise dann durch natürliches Dekantieren oder durch andere schnellere Verfahren, wie Flotation durch mit Luft gesättigtem Wasser, abtrennen.

Die vorliegenden Vorkehrungen stellen den Vorteil einer großen Einfachheit dar und erlauben die Herstellung einer kompakten, leichten und wirtschaftlichen Vorrichtung. Die Erfahrung zeigt, daß auf der einen Seite die Vorrichtung die Behandlung einer großen Vielzahl von nach ihrer Natur und Konzentration unterschiedliehen * löslichen öle erlaubt, was der Behandlung eine gewisse Allgemeingültigkeit gibt, und daß/auf der anderen Seite über eine gewisse Toleranz bei der Regelung der Zugabe der Reaktionsmittel verfügt, was dem Verfahren eine gute Durchführbarkeit verleiht.

Es ist möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, die hier beschriebenen technischen Mittel durch äquivalente Mittel zu ersetzen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung stabiler Emulsionen zur Trennung in ihre Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß man die stabile Emulsion in eine instabile Mischung von zwei Konzentraten, einerseits des Dispergens und andererseites des Dispergiermittels, von denen das erste aus einer stabilen Emulsion des Dispergiermittels im Dispergens (Emulsion in der im Vergleich zu der ursprünglichen Emuslion umgekehrten Form) und die zweite im wesentlichen aus dem Rest des Dispergiermittels besteht , überführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion der vereinigten Wirkung von Bewegung und chemischen Mitteln unterwirft und in der Emulsion so günstige Bedingungen für das Gleichgewicht der InversionsTorm schafft.

3. Verfahren nach Anspruch 2, angewandt auf lösliche Öle (stabile Öl-in-Wasser-Emulsionen der rechten Form), dadurch gekennzeichnet, daß als chemische Mittel zur Verschiebung, der Gleichgewichtsbedingungen von der rechten Form zur linken Form (stabile Wasser-in-Öl-Emulsion) Salze, Mittel zur Änderung des pH-Wertes, Emulgatoren oder Mittel zur Änderung der ölzusätze benutzt werden.

¹I. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Salze die Salze der 2-oder 3-wertigen Metalle benutzt werden.

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5. Vorrichtung für die kontinuierliche Behandlung von Emulsionen, vorzugsweise Öl-in-Wasser-Emulsionen (lösliche Öle) zur Überführung in Emulsionen der umgekehrten Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus der Kombination von einer Hauptstromleitung, Einspeisevorrichtungen zur Aufrechterhaltung des Zuflusses der zu behandelnden Emulsion in die Hauptstromleitung, Mitteln zur dosierten Zugabe der Reaktionsmittel, eines nach dem anderen, in bestimmten Zonen des Durchlaufs der Emulsion durch die Vorrichtung und Mitteln zur Aufrechterhaltung einer völligen und schnellen Mischung der Emulsion mit dem jeweiligen zugegebenen Reaktionsmittel besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die völlige und schnelle Mischung der Emulsion mit dem jeweiligen Reaktionsmittel, durch Umrühren im Inneren eines von der Hauptstromleitung durchquerten Teilvolumens erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilvolumen durch eine Nebenleitung dargestellt wird, die mit dem Teilvolumen eine Schleife bildet und diese Schleife mit Mitteln für den Kreislauf der Emulsion mit einem höheren Durchsatz als demjenigen der Hauptstromleitung versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenleitung direkt auf die Hauptleitung einwirkt .

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9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilvolumen der Abschnitt der Hauptleitung zwischen den beiden Enden der Nebenleitung ist.

Für

Societe d¹Etudes et de

Realisations Industrielles S.A.

(Dr. H.J. Wolff) Rechtsanwalt

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