DE2509649C3

DE2509649C3 - Koaleszer zum Entfernen von öl aus einer öl- in-Wasser-Emulsion

Info

Publication number: DE2509649C3
Application number: DE2509649A
Authority: DE
Inventors: David Brian Cheadle Cheshire Chambers; Barry Harrogate Yorkshire Walker
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1980-05-29
Also published as: BR7501406A; CH592463A5; FR2263803A1; ES435493A1; NO138126B; NO138126C; DE2509649A1; JPS514861A; SE7502651L; DK98675A; NL7502731A; LU72025A1; JPS5439066B2; NO750728L; CA1062627A; DE2509649B2; IT1034185B

Description

30

Die Erfindung betrifft einen Koaleszer gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs.

Ein Koaleszer dieser Art ist aus der US-PS 3 743 599 bekannt. Dieser Koaleszer besitzt eine zy-Iindrische Form und besteht im wesentlichen aus einer Wicklung eines Nylon- oder Polypropylengarns. Die Wicklung ist mit einem oleophilen Harz imprägniert, welches die mechanische Stabilität der Wicklung verbessert und eine Harzmembrane bildet. Bei diesem Koaleszer ist die gesamte Faserwicklung mit einem oleophilen Harz imprägniert, weshalb der Druckabfall in dieser Wicklung unerwünscht groß ist.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Koaleszer der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß er nur einen geringen Druckabfall zur Folge hat, um den Energieaufwand beim Hindurchführen der Öl-in-Wasser-Emulsion durch den Koaleszer zu vermindern.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorstehenden Hauptanspruchs angegebene Maßnahme gelöst.

Die Fasern, z. B. kontinuierliche Fäden oder Stapelfasern, können Homofasern sein, in denen die Teilchen dadurch eingebettet werden können, daß man ihre Oberfläche erwärmt und sie mit den Teilchen in Berührung bringt. Die Homofasern können aber auch einen Harzbelag auf der Oberfläche aufweisen, in welchem die Teilchen verankert sind.

Bevorzugt werden Zweikomponentenfasern ver- ω wendet, die einen Kern und eine Hülle aus einem niedriger schmelzenden Polymer aufweisen.

Das polymere Material der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Komponente besitzt einen Schmelzpunkt, der mindestens 10° C, Vorzugsweise mindestens 20° C, unterhalb des Schmelzpunkts der anderen Komponente der Faser liegt.

Die Faserstruktur kann in Form eines gewirkten, gewebten oder nicht-gewebten Textilstoffs vorliegen, wobei es im letzteren Fall bevorzugt wird, daß dei nicht-gewebte Textilstoff punktgebunden oder flächengebunden ist

Vorzugsweise werden mit einem Silan beschichtete Kieselsäureteilchen verwendet.

Die Teilchengröße sollte im Durchschnitt wenige] als 5 μ betragen, wobei die Tiefe der Eindringung ir die Faser wenigstens 0,1 μ und nicht mehr als 4 μ seir soll. Der Ausdruck »durchschnittliche Teilchengröße« bezieht sich auf die größte Abmessung eine; Teilchens, z. B. den Durchmesser im Falle eines kugelförmigen Teilchens. Vorzugsweise besitzen die Teilchen eine durchschnittliche Größe von 1 μ odei weniger.

Der Grad der Hydrophobizität der Fasern sollte derart sein, daß die Faserstruktur einen Wasserkontaktwinkel von mindestens 110°, vorzugsweise mindestens 140°, ergibt. Die Größe des Kontaktwinkel! ist in hohem Maße von der Art der verwendeten Teilchen und deren Konzentration auf der Oberfläche dei Fasern abhängig. Die oleophile Natur der Teilcher auf den Fasern sollte derart sein, daß, wenn das ö damit in Berührung kommt und zeitweise daran haftet, die Öltröpfchen koaleszieren und durch die Faserstruktur hindurchgehen. Es wird angenommen, da£ die erhöhte Oberflächenrauhigkeit der Fasern zui Koaleszierungswirkung beiträgt.

Die Porosität der Faserstruktur sollte derart gewählt werden, daß die Wahrscheinlichkeit, daß die öltröpfchen mit den Fasern in Berührung kommen so hoch wie möglich ist, ohne daß ein größerer Druckabfall innerhalb der Faserstruktur auftritt. Von der bevorzugten Faserstrukturen haben punktgebundens nicht-gewebte Textilstoffe einen wesentlich höherer Druckabfall als flächengebundene nicht-gewebti Textilstoffs zur Folge, da die ersteren fester gepäck sind. Sowohl bei punktgebundenen als auch bei flächengebundenen nicht-gewebten Textilstoffen beträgt der Druckabfall gewöhnlich weniger als 15 cn Wasser bei einer Strömungsgeschwindigkeit bis zi lomVh-m² Textilstoff.

Unter einem »punktgebundenen nicht-gewebter Textilstoff« wird ein solcher verstanden, der kleine Bezirke aufweist, in denen die Fasern stark aneinan derhaften, wobei diese Bezirke durch andere wenige; gebundene oder sogar ungebundene Bezirke vonein ander getrennt sind.

Unter einem »flächengebundenen nicht-gewebtei Textilstoff« wird ein solcher verstanden, bei dem du Fasern praktisch an allen Berührungspunkten unter einander im gesamten Textilstoff fest aneinanderhaf ten.

Besonders wirksame Faserstrukturen sind solche welche aus zwei oder mehr übereinandergelegten flä chengebundenen nicht-gewebten Textilstoffen um daran anschließend aus ein oder mehreren punktge bundenen nicht-gewebten Textilstoffen bestehen. Mi einer Faserstruktur, welche aus drei übereinanderge legten flächengebundenen nicht-gewebten Textilstof fen und einem punktgebundenen nicht-gewebtei Textilstoff besteht, ist es möglich, eine Verringerunj der ölkonzentration von über 97% und bisweilen so gar über 99% zu erreichen, wenn man nach den Durchgang eine ausreichende Zeit, beispielsweise < bis 8 min, gewährt, damit sich die koaleszierten öl tröpfchen aufgrund ihres Auftriebs abscheiden kön nen. Solche Werte wurden bei einem einzigen Durch

10

15

gang durch die erwähnte Faserstruktur mit einer Geschwindigkeit von 9,2 m³/h · m² Textilstoff erreicht.

Mit anderen Faserstrukturen, wie z. B. mit zwei übereinandergelegten flächengebundenen nicht-gewebten Textilstoffen und einem sich daran anschließenden punktgebundenen nicht-gewebten Textilstoff oder mit zwei flächengebundenen nicht-gewebten Textilstoffen, ist die Wirksamkeit nicht so hoch. Da aber der Druckabfall durch solche Faserstrukturen geringer sein wird, können sie vorteilhaft sein, wenn hohe Durchsätze erwünscht sind.

Damit die Faserstrukturen mit maximaler Wirksamkeit arbeiten können, ist es erwünscht, daß der Fluß der Öl-in-Wasser-Emulsion durch die Struktur im Querschnitt durch die Struktur im wesentlichen gleichmäßig ist. Zweckmäßig kann dies dadurch erreicht werden, daß die Emulsion durch eine Platte oder einen Block eines offenzelligen Kunststoffschaums geleitet wird, der unmittelbar stromaufwärts der Faserstruktur angeordnet ist. Abgesehen davon, daß ein solcher Kunststoffschaum auf einer Seite der Faserstruktur dazu dient, den Fluß im wesentlichen gleichmäßig quer über die Faserstruktur zu verteilen, dient ein solcher Schaumstoff auch dazu, Fremdstoffe, wie z. B. Feststoffteilchen und größere öltröpfchen, am Eintritt in die Faserstruktur und an deren Verstopfung zu hindern. Bevorzugt wird ein hydrophiler Kunststoff, wie z. B. ein Schaum aus Polyurethan.

Die Faserstrukturen können irgendeine geeignete Form aufweisen. Neben plattenförmigen oder blockförmigen Faserstrukturen kommen auch rohrförmige Faserstrukturen in Betracht. Im letzteren Fall kann die Öl-in-Wasser-Emulsion entweder von der Innenseite zur Außenseite oder von der Außenseite zur Innenseite der Faserstruktur geführt werden. Wenn die Faserstruktur eine Rohrform aufweist, dann hat es sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen, die Öl-inWasser-Emulsion der Innenseite des Rohrs zuzuleiten und sie durch die Wandung des Rohrs nach außen fließen zu lassen. Bei Anwendung dieser Ausführungsform hat es sich herausgestellt, daß die Öl/Wasser-Mischung nach dem Durchgang durch die Faserstruktur bestrebt ist einen linearen Fluß anzunehmen, was es ermöglicht, daß sich die koaleszierten öltröpfchen aufgrund der Schwerkraft vom Wasser trennen.

Der erfindungsgemäße Koaleszer eignet sich für die Verarbeitung von Pflanzenöl- oder Mineralölemulsionen, beispielsweise ölemulsionen, die beim Reinigen von Tankern oder Vorratsbehältern entstehen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein punktgebundener nicht-gewebter Textilstoff mit einem Gewicht von 137 g/m², der aus Stapelfasern von verstt eckten Hülle/Kern-Heterofäden hergestellt war, wobei der Kern 50 Gew.-% des Gesamtgewichts der Fasern ausmachte und aus Polyäthylenterephthalatmit einem Schmelzpunkt von 257° C und die Hülle aus einem Mischpolymer von Polyäthylenterephthalat und Polyäthylenadipat (Molverhältnis 85:15) mit einem Schmelzpunkt von 220° C bestand, wurde durch eine 2%ige Dispersion von mit einem Silanbelag versehenen Kieselsäureteilchen (Teilchengröße 7 πιμ; BET-Oberfläche 225 mVg) in Trichloräthylen hindurchgeführt. Der getrocknete Textilstoff wurde auf einem Nadelsteckrahmen auf eine konstante Fläche

25

30

35

50 gehalten und 10 min auf 217° C erhitzt und anschließend mit Wasser gespült, um lose haftende Teilchen zu entfernen. Auf den getrockneten Textilstoff aufgebrachte Wassertropfen besaßen einen mittleren Koutaktwinkel von 155°. Dieser Textilstoff wurde als Textilstoff A bezeichnet.

Ein flächengebundener nicht-gewebter Textilstoff von ähnlichem Aufbau wurde in ähnlicher Weise behandelt. Er wurde als Textilstoff B bezeichnet.

Ein Koaleszer wurde dadurch aufgebaut, daß ein Stück Textilstoff A und drei Stücke Textilstoff B in dieser Reihenfolge übereinandergelegt wurden. Die so gebildete Faserstruktur war ausreichend fest, daß sie als Wandung zwischen zwei Reservoirs X und Y eingesetzt werden konnte, wobei die flächengebunde Seite der Struktur, d. h. der Textilstoff B zum Reservoir X und die punktgebunde Seite der Struktur, d. h. der Textilstoff A, zum Reservoir Y gerichtet war. Jedes Reservoir enthielt ein schwimmendes Ableitrohr, welches so eingestellt werden konnte, daß ein auf der Oberfläche der Öl-in-Wasser-Emulsion schwimmendes öl im betreffenden Reservoir abgeschöpft werden konnte.

Aus einer Hauptleitung wurde Wasser über einen Rotameter in das Reservoir X eingeführt, öl wurde aus einem Faß direkt in den Wasserstrom beim Eintritt in das Reservoir eingeleitet, so daß eine Öl-in-Wasser-Emulsion entstand, die 236 ppm öl enthielt. Nachdem das Reservoir X gefüllt war, wurde der Zustrom zum Reservoir X so eingestellt, daß eine konstante Tiefe der Öl-in-Wasser-Emulsion entstand. Die Emulsion floß durch den Koaleszer in das Reservoir Y, bis eine konstante Flüssigkeitstiefe erreicht war. Um einen stetigen Zustand aufrechtzuerhalten, wurde zu diesem Zeitpunkt Flüssigkeit aus dem Reservoir Y mit der gleichen Geschwindigkeit abgelassen, wie sie dem Reservoir X zugeführt wurde. Der Druckabfall am Koaleszer war 10,5 cm Wassersäule bei einem konstanten Fluß von 9,2 mVh · m² Textilstoff. Das anfängliche Koaleszieren der öltröpfchen auf der stromabwärtigen Seite des Koaleszers war sehr gering. Es wurden nur sehr kleine öltröpfchen gebildet. Nach drei oder vier Stunden jedoch war die Koaleszierungswirkung viel stärker, wobei die Größe der gebildeten öltröpfchen stieg und die öltröpfchen nach oben schwömmen und auf der Flüssigkeitsoberfläche im Reservoir V eine Schicht bildeten.

Zu diesem Zeitpunkt wurden Proben der Öl-inWasser-Emulsion in Abständen von etwa 30 min an einer Stelle O im Reservoir X unmittelbar stromaufwärts des Koaleszers und auch an einer Stelle P innerhalb des Reservoirs Y im Abstand vom Koaleszer, wo also eine Trennung des Öls aufgrund der Schwerkraft bereits stattgefunden hatte, genommen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 9,2 mVh · m² Textilstoff dauert es 6 min, bevor die Emulsion die Stelle P erreichte. Bei dieser Strömungsgeschwindigkeit wurde die durchschnittliche ölkonzentration von 236 ppm (an der Stelle O) auf durchschnittlich 0,9 ppm (an der Stelle P) kontinuierlich 7 h lang erreicht.

Die Wirksamkeit des Koaleszers wurde dann mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und mit gleich guten Resultaten studiert.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde (abgesehen von der ölkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit) wiederholt,

jedoch mit der Abwandlung, daß der Koaleszer aus drei Schichten bestand, nämlich aus zwei Textilstoffen B und einem Textilstoff A.

Es wurden die folgenden Resultate erhalten:
Der Druckabfall am Koaleszer war 26 cm Wassersäule. Während eines Zeitraums von 4 h wurde die ölkonzentration von 690 ppm (an der Stelle O) auf 17 ppm (an der Stelle P) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 9,8 m³/h · m² Textilstoff verringert.

"lO

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt (abgesehen von der ölkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit), außer daß der Koaleszer aus zwei Lagen des Textilstoffs B bestand.

Es wurden die folgende Resultate erhalten:
Der Druckabfall am Koaleszer betrug 3 cm Wassersäule. Während eines Zeitraums von 4 h wurde die ölkonzentration von 684 ppm (an der Stelle O) auf 43 ppm (an der Stelle P) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 8 mVh ■ m² Textilstoff verringert.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde wiederholt (abgesehen von der ölkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit), außer daß der Koaleszer aus einem einzigen Textilstoff A bestand.

Es wurden die folgenden Resultate erhalten:

Der Druckabfall am Koaleszer war 10 cm Wassersäule. Während eines Zeitraums von 4 h wurde die ölkonzentration von 289 ppm (an der Stelle O) auf 36 ppm (an der Stelle P) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 10,5 m³/h · m² Textilstoff verringert.

Dies zeigt, daß besonders wirksame Koaleszer Faserstrukturen sind, die zwei oder mehr übereinanderliegende flächengebundene nicht-gewebte Textilstoffe und ein oder mehrere punktgebundene nicht-gewebte Textilstoffe aufweisen.

40

Vergleichsbeispiel 1

Zum Vergleich wurde Beispiel 1 wiederholt, außer daß der Koaleszer dadurch hergestellt wurde, daß drei Stücke des Textilstoffs A, der nicht gemäß Beispiel 1 mit Kieselsäureteilchen behandelt worden war, und « ein Stück des Textilstoffs B, der nicht behandelt worden war, übereinandergelegt wurden. Der Druckabfall am Koaleszer war nunmehr 14,5 cm Wassersäule. Die ölkonzentration wurde während eines Zeitraums von 4 h bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Il,6m³/h-m² Textilstoff von 232 ppm (an der Stelle O) auf 30 ppm (an der Stelle P) verringert. Dies zeigt also, daß der Koaleszer von Beispiel 1 eine viel höhere Wirksamkeit aufweist als der Koaleszer des vorliegenden Vergleichsbeispiels.

Beispiel 5

Ein Koaleszer wurde hergestellt, indem zwei Stücke des Textilstoffs B übereinandergelegt wurden. Dieser wurde an einer Stelle als gemeinsame Wandung zwischen den Reservoirs X und Y angeordnet.

Ein Abstrom aus der Reinigung von für Mineralöle und pflanzliche öle verwendeten Tankfahrzeugen mit Dampfund Detergentien auf Paraffinbasis wurde dem Reservoir Z zugeführt. Die Flüssigkeit wurde aus dem Reservoir Y mit der gleichen Geschwindigkeit abgelassen, wie sie dem Reservoir X zugeführt wurde. Der Druckabfall am Koaleszer war maximal 20 cm Wassersäule bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit von 16 m³/h · m² Textilstoff.

Proben der Öl-in-Wasser-Emulsion wurden in regelmäßigen Abständen an einer Stelle O innerhalb des Reservoirs unmittelbar stromaufwärts des Koaleszers und auch an einer Stelle P innerhalb des Reservoirs Y im Abstand von der stromabwärtigen Seite des Koaleszers, wo das öl bereits aufgrund der Schwerkräfte abgetrennt war, genommen.

Die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben:

komponente

ölgehalt (ppm) im Abstand an der Stelle O

ölgehalt (ppm) nach dem Koaleszer an der Stelle P

Palmöl 153

Sonnenblumenöl/
Spindelöl/
rohes Rapsöl 36
Weichmacher 212
Bleinaphthalat/
Mineralöl 592

Chfomflüssigkeit/Mineralöl 260

88

23 115

290 168

Nach längerem Gebrauch wurde der Koaleszer erfolgreich mit einem Strahl aus Dampf/heißem Wasser gereinigt, worauf er nach der Reinigung wieder verwendet wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Koaleszer zum Entfernen von öl aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion mit einer Struktur aus Polymerfasern, durch welche beim Betrieb die Emulsion hindurchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen mit oleophilen und hydrophoben Eigenschaften an den Oberflächen der Faseni haften und teilweise in diese eingebettet sind.

2. Koaleszer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Zweikomponentenfasern sind, die einen Kern und eine Hülle aus einem niedriger schmelzenden Polymer aufweisen.

3. Koaleszer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasterstruktur punktgebunden oder flächengebunden ist.

4. Koaleszer nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstruktur eine Rohrform aufweist.

5. Koaleszer nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Kieselsäure bestehen und mit einem Silan beschichtet sind.