DE2519959A1 - Vorrichtung zur oel-wasser-trennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur öl-Wasser-Trennung, insbesondere auf eine Filtrationsvorrichtung vom Patronentyp mit einem Block aus einem zusammendrückbaren bzw. ausdrückbaren Schaum, der sich in einer Umhüllung aus einem flexiblen, undurchlässigen Material befindet, wobei eine Kanalbildung vermieden wird und die öl-Wasser-Trennung wirksamer und wirkungsvoller vorgenommen werden kann.

In der US-PS 3 617 551 ist eine Öl-Wasser-Trenn-Vorrichtung mit einer Durchflujkammer angegeben, die einen Block aus einem regenerierbaren, porösen Filtermaterial wie einem Polyurethanschaum enthält. Der Block des Materials befindet sich zwischen zwei in einem Abstand befindlichen, perforierten Platten, von denen mindestens eine durch einen angelegten Druck

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zum periodischen Ausdrücken des vom Filtermaterial absorbierten Öls und zur Regeneration zur weiteren Verwendung beweglich ist.

Um die Tendenz zur Kurzschluß- bzw. Kanalbildung des eingespeisten Wassers entlang den Kammerwänden möglichst gering zu machen, ist der Schaumblock: in Bezug auf die Kammer überdimensioniert, um so einen Vordruck des Schaums gegen die Innenwandungen der Kammer zu erzeugen. Durch die überdimensionierung des Schaums wird allerdings notwendigerweise eine Reibung zwischen dem Schaummaterial und den feststehenden Kammerwandungen während der Regeneration hervorgerufen, wodurch das Material nach der Regeneration nicht mehr seine ursprüngliche Form annimmt.

Die Zurückdrängung der Kanalbildung ist allerdings durch die elastische Kapazität des Schaums zur Überwindung der durch die seitliche Vorkomprimierung erzeugten Reibung begrenzt. Darüber hinaus führt die unvollständige Rückbildung der ursprünglichen Form des Schaums infolge der Wandreibung zu einer Verschlechterung seiner Filtrationseigenschaften und beeinflußt seine Beständigkeit nach wiederholtem Ausquetschen.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Filtriervorrichtung vom Patronentyp anzugeben, die die Kanalbildung des eingeführten Wasserstroms durch die Vorrichtung erfolgreich vermeidet, jedoch gleichzeitig eine leichte Kompression des Schaumblocks sowie dessen Expansion in der Kammer während der Regeneration ermöglicht, ohne daß Störungen an den

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Seitenwänden der Kammer auftreten.

Die Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Die erfindungsgemäße öl-Wasser-Trennvorrichtung ist eine Durchfluß-Trennkammer mit einem Block aus einem porösen und durch Zusammendrücken regenerierbaren Schaum-Filtermaterial sowie zwei perforierten Endplatten, die sich an beiden Seiten des Blocks in der Kammer befinden, wobei zumindest eine der Platten das Material auf einen angelegten Druck hin zusammendrückt, und ist durch eine Umhüllung aus einem flexiblen, undurchlässigen Material gekennzeichnet, die die äußere Oberfläche des Schaumblocks zwischen Block und Kammerinnenwänden vollständig umgibt und an den Enden mit den Platten vorzugsweise lösbar verbunden ist, so daß das Schaummaterial und die Umhüllung erforderlichenfalls leicht ersetzt werden können.

Auf diese Weise wird Kanalbildung und Reibung zwischen dem Schaumblock und den Kammerwänden vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zeichnung näher erläutert, die sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische QuerSchnittsansicht der erfindungsgemäßen Öl-Wasser-Trennvorrichtung vom Patronentyp;

Fig. 2 eine Teilansicht der Befestigung der flexiblen Umhüllung an den perforierten Platten sowie

Fig. 3 eine Teilansicht ähnlich Fig. 1, wobei der Schaumblock während der Regenerierung dargestellt ist.

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Die in Fig. 1 dargestellte Öl-Wasser-Trennvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 10 mit einer Einlaßöffnung für ölkontaminiertes Wasser und Auslaßöffnungen 14 und 16 für das abgetrennte öl bzw. Wasser. Das Gehäuse ist in drei miteinander in verbindung stehenden Kammern geteilt, die, wie in der Zeichnung dargestellt, vorzugsweise horizontal angeordnet werden. Die Kammern bestehen aus einer Trennkammer 20, die sich im wesentlichen in der Mitte des Gehäuses befindet, einer Nachfüllkammer 22, die mit der Einlaßseite der Trennkammer 20 zur gleichmäßigen Verteilung des zugeführten Stroms über diese Kammer in Verbindung steht, sowie einer Aufschwimmkammer 24 an der Aißflußseite der Trennkammer zur Aufnahme des Ausflusses von der Trennkammer und zur Schweretrennung der Flüssigkeiten.

Die Trennkammer 20 ist mit einer Patrone bzw. einem Block aus porösem Material 26 gefüllt, das in Bezug auf das eingespeiste kontaminierte Material Filtereigenschaften, insbesondere ölabsorptions- und Olkoaleszenzeigenschaften aufweist; das Material ist durch Zusammendrücken zur Entfernung des oder der absorbierten Kontaminationsstoffe aus dem Material regenerierbar. Der Block 26 ist im Gehäuse 10 zwischen zwei perforierten Platten 28 und JO gehalten; die hintere perforierte Platte 28 ist im Gehäuse fixiert, die vordere Platte 30 bei angelegtem Druck in Bezug auf die feste Platte 28 in axialer Richtung verschiebbar. Wie in der Figur dargestellt, umfaßt die Vorrichtung zum Aufbringen des Drucks auf die Platte 30 zur Kompression des porösen Blocks 26 und seiner Regenerierung zur weiteren verwendung einen Hydraulikzylinder 32, der an der Vorderwand j54 des Gehäuses 10 angebracht ist und einen Kolben 36 aufweist, der sich durch die Nachfüllkammer 22 erstreckt und mit der beweglichen

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perforierten Platte 30 verbunden ist. Bei Betätigung des Hydraulikzylinders ;52 wird die Platte 30 entsprechend gegen die feste hintere Platte 23 gedrückt, wobei der Block des Materials 26 zusammengedrückt und das enthaltene absorbierte Kontaniinationsmaterial aus dem Block heraus in die Kammer 22 und 24 herausgedrückt wird.

Wenn alternativ dazu der absorbierte kontaminierende Stoff während des Zusammendrückens lediglich in eine einzige Richtung herausgedrückt werden soll, beispielsweise in die Aufschwimmkammer 24, können geeignete Einwegventile in der Platte 30 vorgesehen werden, die während des Durchstromenene des eingespeisten Materials durch das System offen sind, sich jedoch während der Kompression und Regenerierung schließen.

Die Machfüllkammer 22 des Gehäuses 10 ist durch den Raum zwischen der Innenseite der Vorderwand y\ und der Vorderseite der perforierten Platte 30 in ihrer zurückgezogenen Position definiert. Die Nachfüllkammer muß nicht notwendig vorhanden sein; sie wird jedoch wünschenswerterweise vorgesehen, um eine gleichmäßige Verteilung des eingespeisten Materials über die perforierte Platte 30 hin zur Erzielung eines gleichmäßigen Durchflusses durch den porösen Block ?6 zu erzielen.

Die flexible Umhüllung 40 aus dem undurchlässigen Material umgibt die Außenfläche des Schaumblocks 26 erfindungsgemäß vollständig und befindet sich zwischen dem Block und der inneren Wandfläche 42 der Trennkam-.Tier 20. Die Umhüllung 4ö besitzt einen kleineren Durchmesser als die Wandfläche 42 und ist an jedem Ende mit den perforierten Flatten 28 und /50 verbunden, wodurch

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im wesentlichen eine Patrone aus Filtermaterial zwischen den Endplatten erzeugt wird, das von den Innenwandungen des Gehäuses getrennt ist.

Die Auswahl des Materials für den porösen Block ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß das Material eine offene, vernetzte Struktur aufweist und bei der Verwendung als Öl-Wasser-Separator wünschenswerterweise sowohl ölabsorbierende als auch ölkoaleszierende Eigenschaften aufweist. Als ideal geeignetes Material erwies sich für diesen verwendungszweck ein Block aus Polyurethan mit einer Porengröße zwischen 30 und 100 Poren/25,4 mm (100 Poren'inch, ppi), vorzugsweise um etwa 60 Poren^/25,4 mm (60 Poren/inch). Wie im folgenden -bei der Beschreibung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems näher erläutert, wurde festgestellt, daß derartige Polyurethanschäume ausgezeichnete 'Clreinigungseigenschaften aufweisen, verbunden mit gutem Fließverhalten über weite Bereiche der Konzentration und der C'leigenschafteri.

Das Material 26 kann dabei aus mehreren einzelnen Stücken oder mehreren in Segmente geteilten Füllungsteilen bestehen, die in der Umhüllung hintereinander angeordnet sind; vorzugsweise wird jedoch ein einziger Block des porösen Schaummaterials verwendet. Ein derartiger Block erwies sich gegenüber dem Füllen der Umhüllung mit einer Vielzahl kleiner Teilchen aus einem kompressiblen Material als wirkungsvoller.

Die Umhüllung 40 ist vorzugsweise ein Blatt bzw. eine Folie aus einem undurchlässigen Gewebe mit Gummierungsbeschichtung wie etwa aus einem hypalonbeschichteten Polyestergewebe.

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Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung dient zur lösbaren Befestigung der Enden der Umhüllung an den Platten in der Weise, daß die Umhüllung und der Schaumstoffblock erforderlichenfalls entfernt und ersetzt werden können.

Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt diese Vorrichtung einen ringförmigen Kragen 44 an den Innenflächen der beiden Platten, durch den ein Kanal 46 gebildet wird, der sich in Bezug auf die Trennkammer 20 nach außen öffnet. Die Enden der Umhüllung 40 sind in die Kanäle 46 eingeschlagen und dort mit einer Schnur bzw. einem Draht 48 befestigt. Die Enden des Drahts 48 können einfach zusammengedreht und wieder abgeschnitten werden, wenn die Umhüllung ersetzt werden soll; sie werden vorzugsweise mit einem SchnellVerschluß versehen, so daß sie nach dem Ersatz der Umhüllung wieder verwendet werden können. In dem Fall müssen die Verschlußeinrichtungen dicht genug schließen, um eine dichte verbindung zwischen der Umhüllung und der Platte, insbesondere zwischen der Umhüllung und der stromabwärts liegenden Platte, zu gewährleisten.

Das Gehäuse 10 und der Schaumblock 26 sind vorzugsweise kreisförmig, wobei der Block in Bezug auf die Umhüllung 40 Übermaß aufweist, um den Schaum gegen die Umhüllung hin vorzupressen und eine Kanalbildung zwischen der Umhüllung und dem Schaummaterial zu vermeiden; die Umhüllung ist dabei von kleinerem Durehmesser als die Kammer, um einen Kontakt der Umhüllung mit den Wandungen der Trennkammer zu vermeiden.

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Die Aufschwimmkammer 24, die einen wesentlichen-Teil des Gehäuses 10 darstellt, grenzt vorzugsweise an die Trennkammer 20 an und ist durch den Raum zwischen der festen perforierten Rückplatte 28 und der Rückwand des Gehäuses definiert. Auf diese V/eise wird eine kompaktere und wirksamere Trennvorrichtung erzielt; die Kammer 24 kann jedoch selbstverständlich außerhalb des Gehäuses entfernt angebracht und mit entsprechenden Leitungen zum Transport des ausfließenden Mediums zur Kammer versehen sein.

Wie aus Fig. 1 deutlich hervorgeht, ist die Kammer 24 vorzugsweise durch eine Prallwand 39 in zwei Teile geteilt, um eine Kontamination der Auslaßöffnung 16 für gereinigtes Wasser zu vermeiden und die Schweretrennung dadurch zu verbessern, daß in der Kammer ein aufwärts gerichteter Strom des ausfließenden Mediums erzeugt wird. Im Fall eines Leichtöls sammeln sich die koaleszierten Tröpfchen an der Oberseite der Kammer 24j der aufwärts gerichtete Strom des entlang der Prallwand 39 ausfließenden Mediums unterstützt dabei die Klärung der Tröpfchen in dieser Richtung und hilft zugleich beim Abführen des Öls durch den ölauslaß 14.

Zur Kontrolle der Höhe des in der Kammer 24 angesammelten Öls ist eine Reihe von Öl-Wasser-Grenzflächendetektoren 41, 43 und 45 an der Rückwand 38 des Gehäuses 10 vorgesehen, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Bei diesen Detektoren handelt es sich um herkömmliche Vorrichtungen, deren Arbeitsweise auf der Differenz der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser und Öl beruht. Wenn so beispielsweise der ölspiegel in

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der Kammer 24 unter den mittleren Detektor 43 absinkt, sich also die Leitfähigkeit zwischen den Detektoren und 45 ändert, springt entsprechend eine (nicht gezeigte) Ölpumpe an, um das Öl aus der Auslaßöffnung 14 abzuziehen und dadurch ein Abfallen des Ölspiegels auf ein Niveau zu verhindern, bei dem es zu einer Kontamination des ausfließenden reinen Wassers kommen würde. Das Abziehen des Öls wird fortgesetzt, bis die Öl-Wasser-Grenzfläche den Detektor 4l erreicht hat, worauf die Pumpe wieder abgeschaltet wird. Die erwähnte Anordnung ist für leichtölkontaminiertes Wasser vorgesehen; bei der Verarbeitung von mit Schweröl kontaminiertem V/asser müssen selbstverständlich die entsprechenden Modifizierungen vorgenommen werden.

Im Betrieb (vgl. Fig. 1) wird das kontaminierte Material durch die Einspeisungsöffnung 12 in die Wachfüllkammer 22 der Trennvorrichtung 10 eingeführt, wo eine gleichmäßige verteilung über den gesamten Gehäusequerschnitt erfolgt. Das poröse regenerierbare Material 26, das den oben erwähnten Kriterien entspricht, ist typischerweise ein Stück aus Polyurethanschaum, das den durch die Umhüllung 40 und die Platten 28 und j?0 gegebenen Raum im wesentlichen ausfüllt und etwa 60 Poren '25,4 mm (60 Poren''inch), eine Dicke von etwa 40 cm <Ί6 Inch) und eine Querschnittsfläche von etwa 0,4 m (h square feet) aufweist. Das eingespeiste kontaminierte "edium fließt durch den Schaumblock 26, wo das öl absorbiert und 'oder in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad des Schaums koalesziert.

Zu Beginn wird praktisch das gesamte öl vom Schaum absorbiert, nach beginnender Sättigung des Schaums beginnen jedoch große Tröpfchen von koalenzierteru öl im Ausfluß aufzutreten, da ölhaltiges Wasser durch den "ck'-iun durchtritt. Das Ablassen dieses ausfließenden

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Mediums in der Kammer 24 erlaubt indessen eine leichte Abtrennung der großen koaleszierten Öltröpfchen aufgrund des Schwerefelds, so daß es nicht erforderlich ist, in diesem Zeitpunkt die Zufuhr abzustellen und den Schaum infolge des Auftretens von Öl im Ausfluß zu regenerieren. Die abgetrennten Tröpfchen werden anschließend durch den ülauslaß 14, das schwerere, reine Wasser durch den Auslaß 16 abgezogen.

Der Trermschritt kann nicht unbegrenzt aufrechterhalten werden. Bei einem bestimmten Ölsättigungspegel der Schaumfüllung 26 nimmt der Druckverlust durch den °chaum so stark zu, daß der Durchfluß des kontaminierten Wassers praktisch zum Erliegen kommt. Der Durchstrom des Wassers wird daraufhin unterbrochen und der Schaumblock 26 dadurch regeneriert, daß die perforierte Platte 30 mit Hilfe des Hydraulikzylinders 32 gegen die feste Platte 28 bewegt wird, um den Schaum zusammenzupressen und das absorbierte Öl herauszudrücken. Das aus dem Schaum herausgedrückte Öl fließt sowohl in die Nachfüllkammer 22 als auch die Aufschwimmkammer 24, wo es sich an der Oberseite der Kammer ansammelt und durch die ölauslaßöffnungen 14 und 14' abgezogen yjird.

Zur Unterstützung der Klärung des herausgedrückten öls kann reines Wasser während der Regeneration mit Hilfe der Pumpe 59 in die Kammern 22 und 24 zurückgepumpt werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist; auf diese weise kann das angesammelte öl gegen die Auslaßöffnungen 14 und 14' gedrückt werden. Nach der Regenerierung wird der Hydraulikzylinder 32 zurückgezogen, die Wassereinlaßöffnung l6' und die ölaus-

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laßöffnung lV zur NachfUlikammer 22 werden geschlossen, und öliges Wasser wird wiederum in die Trennvorrichtung geleitet.

Durch die Schweretrennung des aus dem Polyurethanschaum ausfließenden Materials können die Absorptionswie auch die Koaleszenzeigenschaften des Schaums ausgenutzt werden, wodurch vor allem längere Betriebsphasen zwischen den Regenerationsschritten erzielt werden, ohne daß die Qualität der austretenden Flüssigkeit oder die Durchflußrate durch die Trennvorrichtung in irgendeiner Weise verschlechtert wurden.

Im Betrieb schiebt sich das eingeleitete Medium hinter die Platte ^O und bildet rund um die Umhüllung im Ringraum 50 zwischen der Umhüllung und der Kammer eine ruhende Ansammlung von gleichem oder größerem Druck als in der den Schaumblock durchströmenden Flüssigkeit. Da das stromabwärts liegende Ende der Umhüllung mit der festen Platte 28 dicht verbunden ist, ist ein Kurzschließen des Blocks und ein Durchlaufen unfiltrierter Flüssigkeit in die Kammer 24 ausgeschlossen. Die Anwesenheit dieser unter Druck stehenden Ansammlung von eingeführtem Wasser bewirkt, daß die Umhüllung nicht mit den Wänden des Gehäuses in Kontakt kommt, und trägt dazu bei, die Umhüllung gegen den Schaumblock 26 zu drücken, wodurch ein Zusammenfallen des Schaums und eine Kanalbildung zwischen dem Schaumblock und der Umhüllung verhindert wird.

Während der bereits erwähnten Regenerierung faltet sich, wie in Fig. 3 dargestellt, die flexible Umhüllung mit dem Schaum zusammen und vermeidet so deren Kontakt mit den Kammerwandungen, wodurch Reibung während des

Zusammendrückens und damit Verschleiß an der Oberfläche des Schaums vermieden wird und gleichzeitig eine Rückexpansion des Schaums zu seiner ursprünglichen Form nach der Regenerierung ermöglicht wird, was ebenfalls zu einer wirksameren Filtration beiträgt.

Um zu verhindern, daß der Schaum während des Zusammendrückens und der folgenden Ausdehnung an der Umhüllung gleitet, kann die flexible Umhüllung an die Außenfläche des Schaumblocks mit einem geeigneten polyurethanverträglichen Kleber wie einem Silikongummi angeklebt werden, was ebenfalls dem Erfindungsgedanken entspricht.

Die Erfindung gibt also eine öl-Wasser-Trennvorrichtung mit Schaumblock an, die in wesentlich wirksamerer Weise als nach dem Stand der Technik eine Kanalbildung vermeidet und zugleich Reibungseffekte zwischen dem Schaum und den Kammerwandungen während der Regenerierung vermeidet.

Die in der zeichnung dargestellte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel; auch andere, diesem Prinzip entsprechende weitere AusfUhrungsformen sind ebenfalls im allgemeinen Erfindungsgedanken enthalten.

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Claims (1)

1. - 13 Patentansprüche

   1. Öl-Wasser-Trennvorrichtung mit

   einem Gehäuse (10) mit einem Einlaß- und einem Auslaßende,

   zwei axial im Gehäuse angeordneten perforierten Platten (28, 30), zwischen denen und der inneren Oberfläche des Gehäuses eine Durchfluß-Trennkammer (20) gebildet wird,

   einem in der Kammer befindlichen und durch Zusammendrücken regenerierbaren porösen Filtermaterial (26), gekennzeichnet durch eine Umhüllung (40) aus einem flexiblen, undurchlässigen Material, die die Außenflächen des porösen Materials an der Innenwand fläche der Trennkarnmer umgibt, einen kleineren Außendurchmesser als die Innenwand der Kammer besitzt und an beiden Enden mit den Platten verbunden ist, wobei das poröse Filtermaterial im nicht zusammengedrückten Zustand in Bezug auf die Abmessung der Umhüllung Übermaß aufweist, wodurch es in die Umhüllung gepreßt wird, sowie

   eine Einrichtung zur Bewegung zumindest einer der Platten (32, 36) in Bezug auf die andere Platte in der Weise, daß das poröse Filtermaterial und die es umgebende Umhüllung in der Kammer axial zusammengepreßt werden kann (vgl. Fig. 1).

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des porösen Materials mit der Umhüllung verbunden ist.

   J>. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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   die an das Auslaßende angrenzende perforierte Platte fest und dicht mit dem Gehäuse-verbunden ist und

   die an das Einlaßende angrenzende Platte innerhalb des Gehäuses beweglich ist,

   wobei die Umhüllung dicht mit der festen Platte verbunden ist, um zu verhindern, daß der in die Trennkammer eingeführte öl- und Wasserstrom beim Durchfließen der Kammer am porösen Material vorbeifließt, und eine unbewegte Ansammlung von Flüssigkeit um die Umhüllung herum zu erzeugen, deren Druck gleich oder größer ist als der Druck des in die Trennkammer eingeführten Flüssigkeitsstroms.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Block aus Polyurethanschaum als poröses Filtermaterial.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse, Kammer und Platten kreisförmigen Querschnitt besitzen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lösbare Befestigungseinrichtungen zur Befestigung der Enden der Umhüllung an den Platten.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Befestigungseinrichtung mit einem ringförmigen Kragen (44) längs des Umfangs der perforierten Platten auf der Trennkammerseite, der einen ringförmigen und sich radial nach auswärts öffnenden Kanal (46) zur Aufnahme der Enden der Umhüllung bildet, und ein um den Kanal herumgespanntes Kabel oder Seil (48) zur Halterung der Enden der Umhüllung (vgl. Fig. 2).

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