DE2818127A1 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von fluessigkeitsgemischen unter verwendung der ultrafiltration - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum trennen von fluessigkeitsgemischen unter verwendung der ultrafiltration

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Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2818127
DR. M. KÖHLER DIPL.-tNG. C. GERNHARDT
MÜNCHEN *2 HAMBURG
TELEFON: 555474 8000 M ö N C H E N 2,
TELEGRAMME:KARPATENT . MATHILDENSTRASSE 12
TELEX: 529 068 KARP D
43 156/78 Zi/Ul 25.April 1978
SOCIETE B1ETUDES ET DE REALISATIONS INDUSTRIELLES -
SERI S. A.
Bois - ä*Arcy, Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeitsgemischen unter Verwendung der Ultrafiltration
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeitsgemischen, bei welchen die Gemische unter Druck mit einer Wand, wie beispielsweise einer Membrane, in Berührung gebracht werden, deren Permeabilität .so ist, dass nur ein oder mehrere Bestandteile des Gemisches hindurchtreten können. Dieses Verfahren nennt man "Ultrafiltration".
Man verwendet die Ultrafiltration im allgemeinen zum Trennen von Materialien mit einem verhältnismässig hohen Molekulargewicht, wie Proteine, Gummi, Polymere oder organische Komplexverbindungen, oder auch zum Trennen von
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Emulsionen oder kolloidalen Dispersionen in !Flüssigkeiten, wie Wasser.
Der Teil des Gemisches, der durch die Membrane hindurchgeht, wird "Piltrat" genannt. Bei einem wässrigen Gemisch besteht das Filtrat im wesentlichen aus Wasser, das gegebenenfalls Mineralprodukte in Lösung enthält. Der Rückstand wird "Konzentraf'genannt.
Es ist selten, dass die Trenn- oder Konzentrationswirkung> die man nach einem Durchtritt des Gemisches durch das Ultrafilter erzielt, ausreichend ist. Deshalb wird das Konzentrat zum Ultrafilter zurückgeführt. Der Wirkungsgrad dieser Arbeitsweise nimmt indessen entsprechend der Zunahme der Konzentration rasch ab, weil die Membrane allmählich verstopft.
Man ist daher dazu übergegangen, die Membrane regelmässig zu reinigen oder zu regenerieren und häufig in Verbindung mit dem Ultrafilter eine andere Art von Abscheider, beispielsweise einen JFlotationsabscheider zu verwenden, um die Materialien abzusondern, die sich durch das Ultrafilter nicht abscheiden lassen.
Es ist hauptsächlich Ziel und Zweck der Erfindung, diese Art der Abscheidung zu verbessern und insbesondere so durchzuführen, dass das Ultrafilter weniger rasch verstopft, wobei die Kombination eines Ultrafilters mit einem weiteren Abscheider ebenfalls bevorzugt wird.
Gemäss der Erfindung wird vor dem Durchtritt des Gemisches durch das Ultrafilter ein Gas, wie Luft, im Gemisch bei einem Druck gelöst, der über dem Druck liegt, bei welchem die Ultrafiltration vorgenommen wird.
Der Vorgang der Ultrafiltration ist mit einer Entspannung
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verbunden, die zu einem Freiwerden der Blasen im Gemisch führt. Diese Blasen, weit davon entfernt, die Poren der Membrane zu verstopfen, wie man hatte befürchten können, verhindern ein Verstopfen der Membrane und gewährleisten insbesondere eine Art Selbstreinigung, welche den Wirkungsgrad des Vorganges erhöht.
Wenn die Ultrafiltration mit einem Abscheiden durch Flotation kombiniert wird, wird das aus dem Ultrafilter austretende Konzentrat einer zweiten Entspannung unterworfen, bevor das Konzentrat in den Abscheider oder in das Flotationsgefäss gelangt, wodurch man sich die Zufuhr von Druckgas zum Abscheider oder Flotationsgefäss erspart.
Ausserdem ist es zweckmässig, das zu behandelnde Gemisch zunächst in das Flotationsgefäss fliessen zu lassen, das auf diese Weise die Rolle eines Vorabscheiders spielen kann, in welchem das Gemisch einer ersten Dekonzentration und Reinigung unterworfen wird, was für die Wirkungsweise des Ultrafilters vorteilhaft ist.
Die Erfindung kann für sämtliche Anwendungsgebiete der Ultrafiltration angewandt werden, wobei die Gase, die für die Durchführung der Ultrafiltration ausgewählt werden, entsprechend den besonderen Fällen unterschiedlich sein können (Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und dergl.).
Die nachfolgende Figurenbeschreibung gibt ein nicht begrenzendes Ausf.ührungsbeispiel wieder und erläutert, wie die Erfindung verwirklicht werden kann, und gibt die Einzelheiten an, die sowohl aus der Zeichnung als auch aus der Beschreibung hervorgehen und einen Teil der Erfindung darstellen.
Die Zeichnung ist eine schematische Seitenansicht einer
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Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zu behandelnde Gemisch, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Öl, mittels einer Pumpe 1 in eine Leitung 2 gedruckt, die mit einem Mittelrohr 3 eines Flotationsabscheiders oder eines Flotationsgefässes 4 verbunden ist.
Das Öl, das oben im Flotationsgefäss aufschwimmt, wird in einem Mitteltrichter 6 gesammelt und mittels einer Leitung 7 abgezogen.
Die noch mit Öl verunreinigte, wässrige Phase, die sich im Flotationsgefäss befindet, fliesst über einen unteren Sammler 8 und eine das Niveau regulierende Steigleitung 9 in einen seitlichen Behälter 1o, wo die wässrige Phase von einer Pumpe 11 erfasst wird, die in Abhängigkeit von einem Niveauregler 12 betrieben wird. Der Niveauregler 12 kann zwei Schflimmer aufweisen. Der obere Schwimmer 13 sorgt dafür, dass die Pumpe läuft, wenn die Flüssigkeit ahn erreicht. Der andere Schwimmer 14 hält die Pumpe an, wenn der Flüssigkeitsspiegel ausreichend abgesunken ist.
Die Pumpe 11 drückt die Flüssigkeit durch eine Leitung 15 in einen Druckkessel 16, in den die Flüssigkeit durch einen oberen Stutzen 17 eintritt. Dem Druckkessel wird im übrigen ebenfalls in seinem oberen Teil über eine Leitung 18 Druckluft zugeführt, die beispielsweise einen Druck von 5 bar hat.
Die Luft löst sich im Flüssigkeitsgemisch im Druckkessel und die Lösung tritt durch eine untere Leitung 19 aus, die bis zu einem Entspannungsventil 2o reicht. Der Druckkessel 16 ist mit einem Niveauregler 21 versehen, welcher den Austritt des mit gelöster Luft beladenen Gemisches
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regelt.
Das Entspannungsventil 2o, das beispielsweise auf zwei bar eingestellt ist, speist über eine Leitung 22 eine Umwälzpumpe 23, deren Druckleitung 24 mit einem Ultrafilter 25 verbunden ist. Das Filtrat, im vorliegenden Beispiel das Wasser, wird durch nicht dargestellte Einrichtungen in Richtung des Pfeiles f abgezogen, während das Konzentrat über eine Leitung 26 wieder der Leitung 22 zugeführt wird.
In der Leitung 26 ist eine Zweigleitung 27 angeschlossen, die über ein Entspannungsventil 28 mit der Zulaufleitung 2 verbunden ist.
Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichtung beschrieben:
Das Flotationsgefäss 4 nimmt das zu behandelnde Gemisch auf, damit sich das Gemisch eines Teils seines Öls entledigt. Das Flotationsgefäss 4 erhält ferner das Konzentrat, das aus dem Ultrafilter 25 ausgetreten und am Ventil 28 entspannt worden ist. Diese Entspannung bewirkt im Rohr 3 ein Freiwerden der Luftblasen, welche die Abscheidung des Öls begünstigen, von dem ein Teil durch den Trichter 6 austritt.
Im Druckgefäss 16 löst sich die Luft in dem durch den Stutzen 17 ankommenden Gemisch und der im wesentlichen konstante Druck der Druckluft gewährleistet die Speisung des Ultrafilters 25 unter dem Druck, der durch das Entspannungsventil 2o geregelt wird. Die Pumpe 23 gewährleistet die Umwälzung aufgrund ihrer verhältnismässig hohen Leistung.
Das aus der Leitung 27 austretende Konzentrat trifft wieder am Boden des Flotationsgefässes ein, nachdem es am Ventil 28 entspannt worden ist.
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Schliesslich fängt man das Öl am Ausgang des Flotationsgefässes und das Wasser am Ausgang des Ultrafilters auf.
Bei der Vorrichtung wird die Flüssigkeit 2 aufeinanderfolgenden Entspannungsvorgängen unterworfen:
Die eine Entspannung erfolgt beim Ventil 2o vor dem Ultrafilter und die andere Entspannung am Ventil 28 nach dem Ultrafilter.
Die Entspannung, die vor dem Ultrafilter erfolgt, bewirkt im Inneren der Flüssigkeit ein Freiwerden der Blasen, die ohne Zweifel aufgrund der Turbulenz eine Reinigung der Membranen gewährleisten, wodurch die Betriebsdauer und die Leistung der Membranen erhöht wird.
Die andere Entspannung, die vor dem Flotationsgefäss erfolgt, erspart die Zufuhr von Druckluft zu diesem Flotationsgefäss.
Das zu trennende Gemisch kann zuerst dem Ultrafilter zugeführt werden. Wenn man jedoch das Gemisch zuerst dem Flotationsgefäss zuführt, übernimmt dieses.Flotationsgefäss die Rolle eines Vorabscheiders, wobei etliche Ölteilchen und leichte Verunreinigungen direkt durch Flotation aus dem Gemisch abgeschieden werden. Das der Ultrafiltration unterworfene Gemisch hat auf diese Weise bereits eine gewisse Dekonzentration oder Entölung erfahren, was die Wirkungsweise des Ultrafilters weiterhin günstig beeinflusst.
Eine besonders interessante Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist die Behandlung von stabilen V/asser- Öl- Emulsionen, beispielsweise von Schneidflüssigkeiten, die auch "lösliche Öle" genannt und für eine mechanische Bearbeitung verwendet werden.
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Die Ultrafiltration bewirkt in diesem Pall eine Destabilisierung der Emulsion und das aus dem Ultrafilter austretende Konzentrat wird durch die Flotation wirkungsvoller abgeschieden.
Die vorstehende Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel dar, das ohne weiteres insbesondere durch Substitution technischer Äquivalente abgewandelt werden kann, ohne dass vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird.
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L e e r s e i \

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeitsgemischen unter Verwendung der Ultrafiltration, bei welchem vor dem Einleiten des Gemisches in das Ultrafilter dem Gemisch ein Gas zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gas bei einem Druck zugibt, der über dem Druck liegt, bei welchem die Ultrafiltration durchgeführt wird, und man anschliessend das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas einer Entspannung unterwirft, um den Druck des Gemisches auf den gewünschten Wert zurückzuführen, bevor man das Gemisch dem Ultrafilter zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Flotationsabscheider und ein Ultrafilter gemeinsam verwendet werden, dadurch .gekennzeichnet, dass man das Konzentrat des Ultrafilters dem Abscheider zuführt und einer zusätzlichen Entspannung unterwirft.
3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch zuerst dem Flotationsabscheider zuführt, wobei das Druckgas im Gemisch gelöst ist, das den Abscheider dekonzentriert verlässt.
4» Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeitsgemischen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Druckkessel (16), der mit einer Druckgasquelle verbunden und zur Aufnahme des Gemisches bestimmt ist und dessen Ausgang über ein Entspannungsventil (2o) mit einem Ultrafilter (25) verbunden ist.
5- Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Flotationsabscheider (4), der mit dem Konzentrataus-
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gang des Ultrafilters (25) über ein weiteres Entspannungsventil (28) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flotationsgefäss (4) mit dem Druckkessel (16) zum Zwecke der Abgabe eines dekonzentrierten Gemisches durch das Flotationsgefäss (4) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine erste Pumpe (1) welche das Gemisch in den Flotationsabscheider (4) drückt, und eine zweite Pumpe (11) welche das vom Flotationsabscheider (4) stammende, dekonzentrxerte Gemisch in den Druckkessel (16) drückt, wobei das Konzentrat des Ultrafilters (25) wieder zur Druckleitung (2) der ersten Pumpe (1) zurückgeführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultrafilter (25) einen geschlossenen Kreislauf aufweist, der mit einer Umwälzpumpe (23) versehen und einerseits mit dem Druckkessel (16) und andererseits mit dem Flotationsabscheider (4) über Entspannungsventile (2o und 28) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch Niveauregler (21) und (9)j die dem Druckkessel (16) und dem Flotationsabscheider (4) zugeordnet sind.
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