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Vorrichtung zun Trennen zweier Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum mechanischen Trennen zweier miteinander vermischter Flüssigkeiten
unterschiedlicher Dichte, insbesondere zum Entölen von das ser auf Schiffen, mit
einer in ein Gehäuse mündenden Einlaßleitung für die zu trennende Mischflüssigkeit,
an dessen oberem Endabsohnitt ein Auslaß für die leichtere Flüssigkeit vorhanden
ist, und an dessen unterem Endabschnitt ein Auslaß für die schwerere Flüssigkeit
vorgesehen ist.
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Derartige auch als7 Separatoren oder Abscheider bezeichnete Vorrichtungen
finden auf vielen Gebieten der Verfahrenstechnik Verwendung. Ein Hauptanwendungsgebiet
besteht bei der Reinigung bzw. Entölung von Bilge- oder Ballastwasser auf Schiffen.
Denn die Vorschriften der jeweiligen Hafenbehörden oder aber auch die internationalen
Vereinbarungen
gegen die Verschnutzung der See durch Öl fordern,
daß in Häfen, Flußläufe oder freien Seefahrtszonen kein Bilge-oder Ballastwasser
außenbords gepumpt wird, so daß nach einschlägigen Vorschriften ein der Entölung
dienender Separator in die Ausflußleitung einzubauen ist. Dabei muß der Reinigengsgrad
derart sein, daß der Ölgehalt -je nach Vorschrift - beispielsweise bei Binnen- und
Küstengewässern 20 mg/l und bei freien Seefahrtszonen 100 mg/l nicht übersteigt.
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Die bisher bekannten Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art
benötigen zum Erzielen derartiger Reinheitsgrade ein verhältnismäßig großes Volumen,
welches einen entsprechend großen Anteil des Schiff sraums einnimmt Dieses ist jedoch
in höchstem Maße unerwünscht.
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Bei stationären Anlagen ist die Frage des Raumbedarfs zwar in aller
Regel nicht so entscheidend wie beispielsweise im Schiffbau. Dennoch stellt ein
hoher Raumbedarf auch hier einen Iostenfaitor dar, den es möglichst zu vermeiden
gilt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen
der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß bei geringem Raumbedarf
eine hohe Trennleistung zu erreichen ist, wobei die Vorrichtung gleichzeitig einfach,
robust und preiswert aufgebaut sein soll.
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Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf
dem vom Einlaß zum Auslaß führenden Strömungspfad der Vorrichtung mehrere einseitig
im wesentlichen geschlossene, einander im wesentlichen koaxial umgebende L.eitungsabschnitte
unterschiedlichen Querschnittes vorhanden sind, wobei jeweils das offene Ende eines
Leltungsabschnittes mit Abstand am geschlossenen
Ende eines benachbarten
Leitungsabschnittes liegt und umgekehrt.
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Im Hinblick auf den Trennungsvorgang zwischen den miteinander vermischten
Flüssigkeitsphasen sind die Leitungs abschnitte des S-trömungspfades bevorzugt vertikal
angeordnet.
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Das Gehäuse ist bevorzugt rotationssymmetrisch, und zwar zweckmäßigerweise
zylindrisch ausgebildet, wobei auch die Leitungsabschnitte des Strömungspfades ebenfalls
zweckmäßigerweise zylindrisch sind.
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Die Leitungsabschnitte sind bevorzugt derart dimnnsioniert, daß der
zwischen zwei einander benachbarten Leitungsabschnitten liegende Strömungsquerschnitt,
der mithin im wesentlichen ringförmig ist, größer ist als ein entsprechender Strömungsquerschnitt
an einer weiter stromaufwärts liegenden Stelle des Strömungspfades, so daß sich
auf dem vom Einlaß zum Auslaß durch die Vorrichtung führenden Strömungspfad aufgrund
der Erweiterung des Strömungsquerschnittes es eine abschnittweise Verzögerung ergibt.
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Es hat sich gezeigt, daß der Trenneffekt noch dadurch zu verbessern
ist, daß die Einlaßleitung im wesentlichen tangential in das Gehäuse mündet, da
auf diese Weise ein Drall erzeugt wird, welcher den Strömungspfad durch das Gehäuse
hindurch noch beachtlich verglöBert und damit zu einer noch besseren Abscheidung
führt.
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Die oberen Endabschnitte der an ihrem oberen Ende geschlossonen Leitungsabschnitte
des Strömungepfades sind graf, jiber eine Verbindungsleitung zweckmäßigerweise mit
dem Kopfabschnitt des Gehäuses verbunden, um der abgeschiedenen
leichteren
Flüssigkeitskomponente einen Weg in den Kopfabschnitt und damit zu dem entsprechenden
Auslaß zu bieten.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich sus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung und deren zweckmäßige Ausgestaltungen sind nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.
Es zeigt: Big. 1 einen vertikalen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Entölen
von Wasser in vereinfachter und schematisierter Darstellung; und Fig 2 eine r1#eildraufsicht
auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Richtung der Schnittlinie 2-2 gesehen.
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Die Zeichnung zeigt eine im ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung
zum mechanischen Trennen zweier miteinander vermischter Flüssigkeiten unterschiedlicher
Dichte, nämlich einen Separator zum Entölen von Bilgewasser oder Ballastwasser auf
Schiffen.
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Der Separater 10 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 11, in welches
eine Einlaßleitung 12 für die zu trennende Mischflüssigkeit, also das verölte Wasser,
mündet. Am oberen Endabschnitt des Gehäuses 11 ist eine Äuslaßleitung 1) fiir ins
leichtere öl vo#ta#den, - hrend. das schwerere Wasser über eine Auslaßleitung 14
abgeführt wird, die am unteren Endabschnitt des Gehäuses 11 vorgesehen ist.
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Zwischen dem Einlaß 12 und den #uslässe#13, 14 sind mehrere koaxial
zueinander angeordnete Rohrabschnitte 16, 17, 18 und 19 geschaltet, die jeweils
an ihrem einen Lade vollständig
oder in wesentlIchen geschlossen
sind, während sie jeweils an ihrem anderen Ende offen sind. Wie aus den Fig. 1 und
2 erkennbar ist, besitzen die Rohrabschnitte 16 bis 19 jeweils unterschiedliche
Durchmesser.
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Der innere Rohrabschnitt 19 besitzt den kleinsten Durchmesser d. Der
Radius des benachbarten Rohrabschnittes 18 ist um das Maß e größer. Der Radius des
radial nach außen nachfolgenden Rohrabschnittes 17 ist wiederum nochmals um ein
Haß c größer als der Radius des Rohrabschnittes 18 und der Rohrabschnitt 16 besitzt
wiederum einen Radius, der um das Haß b größer ist als der Radius des weiter innenliegenden
Rohrabschnittes 17. Radial außen zu dem äußeren Rohrabschnitt 16 verläuft dann mit
einem Abstand a die Wandung des Gehäuses 11.
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Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist jeweils das offene Ende eines Rohr-
bzw. Leitungsabschnittes 16 bis 19 mit Abstand am geschlossenen Ende eines benachbarten
Leitungsabschnittes angeordnet und umgekehrt, und zwar liegt jeweils der offene
Endabschnitt eines Rohrabschnittes, z.B. 19, innerhalb des ihm benachbarten radial
weiter außenliegenden Rohrabschnittes, z.B. 18.
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Die Leitungsabechnitte 16 bis 19 sind derart dimensioniert, daß der
jeweils zwischen zwei einander benachbarten teitungs&bschnitten s.B. 16, 17
liegende Strömungsquerschnitt größer ist als der entsprechende Ströz1angsquersch.itt
an einem weiter stromaufwärts liegenden Abs&ünitt des Strömungspfades, also
beispielsweise zwischen dem Rohrabschnitt 16 und der Wandung des Gehauses 11. Auf
diese Art und Weise ergibt sich eine abschnittweise Verzögerung der durch die Einlaßleitung
12 in den Separator 10 einströmenden Flüssigkeit.
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Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, mündet die Einlaßleitung 12
tangential
in das Gehäuse 11, so daß sich auf-diese Weise ein Drall der durch den Separator
10 strömenden Flüssigkeit um die Achse 21 ergibt. Dieser Drall sorgt für eine weitere
Vergrößerung des Strömungspfades zwischen dem Einlaß 12 und den Auslässen 13, 14
und damit für eine weitere Verbesserung der Abscheidung.
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Die oberen Endabschnitte der an ihrem oberen Ende geschlossenen Leitungs-
bzw. Rohrabschnitte 16 und 18 sind über Verbindungsleitungen 22 bzw. 23 mit dem
Kopfabschnitt 24 des Gehäuses 11 verbunden (5. Fig. 1).
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Im Ringraum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rohrabschnitt 16 befindet
sich eine Heizschlange 26, die an den Stutzen 27 gespeist und am Stutzen 28 entleert
wird.
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Der Durchmesser D des Separators 10 beträgt 1 m, während die Höhe
H 1,8 n beträgt.
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Die tiirkungsweise des in der Zeichnung dargestellten und vorstehend
beschriebenen Separators ist wie folgt: Zunächst wird der Separator 10 vollständig
mit sauberen, also nicht ölhaltigem See- oder Frischwasser gefüllt.
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Dabei wird die Entölvorrichtung mittels einer Automatik selbsttätig
über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Magnetventil entlüftet, welches später
dem Ölablaß dient.
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Ist die Entölvorrichtung vollständig mit Wasser gefüllt und entlüftet,
so kann der eigentliche Entölbetrieb beginnen. Dabei werden die einzelnen Bilgen
über eine der Entölvorrichtung zugeordnete Pumpe mit der Entölvorrichtung verbunden,
wobei die Pumpe das verölte Bilgewasser in die Entölvorrichtung pumpt. Es tritt
in Richtung des Pfeiles 29 in den Separator 10 ein. Aufgrund der tangentialen
Anbringung
der Einlaßleitung 12 am Gehäuse 11 ergibt sich eine Drallströmung um die Achse 21
im Ringraum zwischen der Gehäusewandung 11 und dem Rohrabschnitt 16, so daß das
zu entölende Wasser spiralförmig nach unten fließt. Die - nicht der tatsächlichen
momentanen Strömungsrichtung entsprechende - Hauptströmungsrichtung ist im Ringraum
mit Pfeilen angedeutet.
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Bei 31 wird die Strömung dann in Richtung der Pfeile 32 nach oben
umgelenkt. Dabei erfolgt zugleich eine Querschnittsvergrößerung für den Strönungsqucschnitt,
so daß sich eine Terlangs-asung der Strömung ergibt.
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Entsprechendes wiederholt sich sodann bei einer erneuten Umleiiki#g
in Richtung der Pfeile 33. Auch hier erfolgt zugleich mit der Umlenkung eine erneute
Vergrößerung des Strömungsquerschnittes und damit eine Verzögerung der Strömung
mit entsprechender Beruhigung.
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Ist die ursprünglich in Richtung des Pfeiles 29 in die Einlaßleitung
12 eingetretene Flüssigkeit letztlich bis in den mittleren Bereich des Separators
10 gelangt, so hat sie sich unter Abtrennung des wesentlichen Ölbestandteils vom
Wasser stark beruhigt. Das Öl kann dann über die Verbindungsleitung 23 - oder bereits
über die Verbindungsleitungen 22 - in den Kopfabschnitt 24 des Separators eintreten
und fließt dort dann letztlich aus einer Trsche 3/l- über die Auslaßleitung 13 nach
außen ab Das Wasser strömt in entsprechender Weise über die Auslaßleitung 14 in
Richtung des Pfeiles 36 nach unten ab.
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Da beim Ablassen des in den Kopfabschnitt 24 aufgestiegenen Öles in
den Ölsammeltank innerhalb des Systems
ein Druckabfall erfolgt,
schließt bei diesem Vorgang gleichzeitig ein in der Zeichnung nicht dargestelltes
Ausgußventil für das Wasser, so daß kein Wasser nach außenbords gelangt.
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Bestandteile der automatischen Steuerung sind zwei Elektroden 37,
die dafür sorgen, daß das Magnetventil geschlossen ist, wenn die Elektroden von
Wasser umgeben sind, und die andererseits dafür sorgen, daß das Magnetventil geöffnet
ist, wenn sie von Öl oder Luft umgeben sind. Für beide Betätigungen des Magnetventils
ist jeweils eine Verzögerungszeit in der Größenordnung von beispielsweise 10 Sek.
vorgesehen.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Separators besteht darin,
daß mit ihm auf kleinsten Raum sehr hohe Abscheidungs- bzw. Reinigungsgrade zu erzielen
sind, was beispielsweise insbesondere im Schiffsbau von erheblicher Bedeutung ist.
Aufgrund des Fehlens irgendwelcher bewegter Teile ergibt sich zugleich eine sehr
robuste und unempfindliche Konstruktion von hoher Betriebssicherheit.