DE4320814C2 - Diskontinuierliches Sedimentationsverfahren und Einrichtung zum Entölen eines ölhaltigen Flüssigkeitsgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entölen eines ölhaltigen Flüssigkeitsgemisches sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei verschiedenen Arten der Metallbearbeitung, insbesondere bei der spanabhebenden Bearbeitung, werden Flüssigkeiten zum Kühlen, Schmieren oder Waschen der Werkstücke eingesetzt. Nachdem die Flüssigkeiten ihre Aufgabe erfüllt haben, werden sie einer Aufbereitungsanlage zugeführt, wo sie von unerwünschten Bestandteilen wie Spänen, Schmutz, Öl befreit werden. Dazu dienen besondere Filtereinrichtungen.

Aus der US-PS 4,252,649 ist eine Apparatur sowie eine Methode zur Wiedergewinnung von Öl aus einem ölhaltigen Flüssigkeitsgemisch bekannt. Dabei wird das zu trennende Flüssigkeitsgemisch in einen Abscheider geleitet, dessen Flüssigkeitssäule mit dem umgebenden Flüssigkeitsgemisch kommuniziert. Aus der oberen ölhaltigen Region des Abscheiders wird diskontinuierlich Flüssigkeitsgemisch in einen Absetztank gepumpt. Das sich im Abscheider oben absetzende Öl fließt über eine Scheidebarriere in einen abgetrennten Raum, von wo es diskontinuierlich - durch zwei konventionell nach einem einfachen Ein-/Ausschaltprinzip arbeitende Level-Sensoren gesteuert - abgepumpt wird. Sowohl die Eintauchtiefe der Ansaugleitung als auch die maximale Füllhöhe des Absetztankes werden jeweils durch hydrostatische Prinzipien kontrolliert.

Die DE-PS 118 441 beschreibt eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Öl aus Bilgenwasser von Schiffen. Dabei erfolgt die Absaugung des ölhaltigen Oberflächenwassers mittels einer Pumpe. Eine konstante Eintauchtiefe eines Saugrohres der Pumpe wird durch einen auf dem Bilgenwasser schwimmenden Schwimmkörper gewährleistet.

Die DE 89 01 623 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Trennung zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die ein Mehrkammer-System mit einer Vielzahl von Schwimmerventilen bzw. Schwimmerschaltern zur Steuerung der Füllstände umfasst.

Nachteilig an einem derartigen Aufbau ist die Komplexität der notwendigen Steuerungen, da die Füllstände der nebeneinander angeordneten Trennkammern separat kontrolliert werden müssen. Ferner macht die Verwendung von rein mechanisch operierenden Schwimmerschaltern oder -ventilen die Anlage verhältnismäßig unzuverlässig und verschleiß- und daher wartungsintensiv.

Ein in der DE 93 02 176 U1 beschriebener Abscheider für Leichtflüssigkeiten umfasst einen als Schwimmerschalter ausgebildeten Aufstaufühler zur Erfassung eines Gesamtfüllstandes eines angestauten Flüssigkeitsgemisches sowie einen Schichtdickenfühler zur Erfassung der Schichtdicke der abgeschiedenen Leichtflüssigkeit. Dabei dienen die Fühler nicht der Regelung des Zu- und Abflusses des Abscheiders, sondern zur Anzeige des Erreichens eines maximal zulässigen Füllstandes beziehungsweise einer maximalen Schichtdicke. Das hier beschriebene Prinzip ist nicht vollständig automatisierbar und der Abscheider arbeitet im Wesentlichen kontinuierlich.

In der DE 40 17 972 A1 schließlich wird eine Ölabtrennungseinrichtung beschrieben, bei der der Ein- und Auslass eines Separationsbehälters mittels zweier in unterschiedlicher Höhe angeordneter Endschalter geregelt wird, die durch ein kontaktauslösendes Metall eines auf der Wasseroberfläche aufschwimmenden Körpers ausgelöst werden. Die Schalter dienen der Einhaltung eines maximalen und minimalen Füllstandes des Separationsbehälters. Die Dicke der abgeschiedenen Ölschicht wird aus der Zeitdifferenz von in einem Mikroprozessor gespeicherten Ein- und Auslasszeiten bestimmt. Nachteilig hieran ist die Ungenauigkeit der Ölschichtbestimmung, da die Eintauchtiefe des Körpers im Öl-Wasser-Gemisch von dem Ölgehalt abhängt und damit unterschiedlich ist. Ferner ist auch hier das rein mechanisch funktionierende Wasserstandsmesssystem verschleißintensiv und störungsanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das vollständig automatisiert und mit geringen konstruktiven Maßnahmen durchgeführt werden kann und gleichzeitig eine hohe Prozesssicherheit hinsichtlich der sauberen Trennung von Öl und nicht-ölhaltiger Flüssigkeit gewährleistet. Gleichzeitig soll eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird zunächst durch die im Patentanspruch 1 genannten Verfahrensschritte gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich also die Tatsache zunutze, dass das Öl spezifisch leichter ist als die Restflüssigkeit, die im Wesentlichen aus Wasser besteht, weshalb sie hier der Einfachheit halber auch als solches bezeichnet wird. Erfindungsgemäß wird die Absaugung des Flüssigkeitsgemisches sowie die Rückführung der entölten Flüssigkeit durch in einem Sedimentationsbehälter angeordnete Sensoren geregelt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens einschließen, sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Entölen eines ölhaltigen Flüssigkeitsgemisches mit einem Sammelbehälter, einem davon getrennten Sedimentationsbehälter und einem beide Behälter verbindenden Leitungssystem;

Fig. 2 den Sedimentationsbehälter nach der Erstbefüllung;

Fig. 3 den mit Flüssigkeitsgemisch gefüllten Sedimentationsbehälter nach einer ersten Sedimentationsphase;

Fig. 4 den teilweise entleerten Sedimentationsbehälter;

Fig. 5 den im Anschluss an den Stand gemäß Fig. 4 wieder aufgefüllten Sedimentationsbehälter;

Fig. 6 den Sedimentationsbehälter aus Fig. 5 nach einer weiteren Sedimentationsphase;

Fig. 7 den Sedimentationsbehälter, aus dessen Überlauf vom Flüssigkeitsgemisch abgespaltenes Öl austritt;

Fig. 8 eine Gesamtansicht einer im Sammelbehälter eingebauten, dem Leitungssystem zugeordneten Höhenverstelleinrichtung und

Fig. 9 eine Detailansicht der Höhenverstelleinrichtung aus Fig. 8 in einer um 90° verdrehten Stellung.

In einem Sammelbehälter 1 befindet sich ein ölhaltiges Flüssigkeitsgemisch 2, in das ein Saugrohr 3 höhenverstellbar eintaucht, welches über eine Zulaufleitung 4 mit einem Sedimentationsbehälter 5 verbunden ist. In die Zulaufleitung 4 sind eine Pumpe 6 und ein Ventil 7 installiert. Der Sedimentationsbehälter 5 hat eine untere Öffnung 8, an der eine Ablaufleitung 9 angeschlossen ist, welche ein Ventil 10 und eine Pumpe 11 einschließt und in den Sammelbehälter 1 mündet. Der Sedimentationsbehälter 5 hat auch eine obere Öffnung 12 sowie in unterschiedlichen Höhen digitale Sensoren 13 bis 16, die die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit verschiedener sie umgebender Medien ausnutzen und bei einer Änderung des Leitwertes bestimmte Funktionen auslösen können. Dabei sind die Sensoren 13 und 16 jeweils auf die Zustände "nass" oder "trocken" eingestellt, die Sensoren 14 und 15 auf die Zustände "Öl" oder "Wasser" (mit "Wasser" soll hier eine nicht oder nur ganz schwach ölhaltige Flüssigkeit gemeint sein). Ein Prallblech 17 kurz oberhalb der Mündung der Zulaufleitung 4 in dem Sedimentationsbehälter 5 vermeidet unnötige Verwirbelungen.

Das Flüssigkeitsgemisch 2 im Sammelbehälter 1 enthält Öl und eine Waschflüssigkeit (kurz Wasser genannt), wobei die Ölkonzentration infolge der geringeren Dichte des Öls vom Boden 18 des Behälters 1 bis in den Bereich 19 des Flüssigkeitsspiegels hin zunimmt.

Das Verfahren zum Entölen des Flüssigkeitsgemisches 2 läuft wie folgt ab:
Mittels der Pumpe 6 wird über die Zulaufleitung 4 aus dem Behälter 1 Flüssigkeitsgemisch 2 abgezogen und dem Sedimentationsbehälter 5 zugeführt. Die Eintauchtiefe des Saugrohres 3 in den Behälter 1 wird über eine Höhenverstelleinrichtung 20 so geregelt, dass das Flüssigkeitsgemisch 2 immer aus dem Bereich 19 abgesaugt wird, das heißt aus einem Bereich hoher Ölkonzentration.

Zunächst wird dem Behälter 5 bei seiner Erstbefüllung - bei geöffnetem Zulaufventil 7 und geschlossenem Ablaufventil 10 - so viel Flüssigkeitsgemisch 2 zugeführt, bis er fast voll ist, genauer gesagt, bis der Sensor 13 "nass" meldet, vergleiche Fig. 2. Diese Information wird an das Ventil 7 weitergeleitet und schließt es.

Durch Sedimentation beginnt nun die Trennung zwischen dem spezifisch leichteren Öl und dem schwereren Wasser. Nach einer gewissen Zeit schwimmt eine mehr oder weniger dicke Ölschicht 21 auf dem jetzt allenfalls noch schwach ölhaltigen Wasser 22, vergleiche Fig. 3.

Nun wird - etwa über eine Schaltuhr - das Ablaufventil 10 geöffnet. Das entölte Wasser 22 wird über die Pumpe 11 wieder dem Behälter 1 zugeführt, und zwar so lange, bis die Oberkante der Ölschicht 21 den Sensor 16 passiert hat. Dieser meldet nun den Zustand "trocken"; vergleiche Fig. 4.

Diese Information hat zur Folge, dass das Ventil 10 schließt und kurz darauf das Ventil 7 wieder öffnet. Dem Behälter 5 wird nun weiteres Flüssigkeitsgemisch aus dem Behälter 1 zugeführt, dabei füllt sich der Behälter 5 wieder so weit, bis die noch immer aufschwimmende Ölschicht 21 den Sensor 13 erreicht, der dadurch wieder "nass" meldet und das Ventil 7 schließt, vergleiche Fig. 5.

Es schließt sich jetzt wieder eine Sedimentationsphase an, in der erneut Öl aus dem Flüssigkeitsgemisch 23 (in Fig. 5) abgeschieden wird. Die aufschwimmende Ölschicht 21 wird dadurch dicker, das heißt, sie wächst nach unten. Diese Vorgehensweise wird so oft wiederholt, bis die jetzt mit 24 bezeichnete Ölschicht mit ihrer Unterkante den Sensor 15 erreicht, der jetzt "Öl" statt "Wasser" meldet, vergleiche Fig. 6. Da gleichzeitig auch der Sensor 14 "Öl" meldet, kann (auf Grund einer entsprechenden Schaltung) das Ventil 10 nicht öffnen, das heißt, es kann jetzt kein (nahezu) ölfreies Wasser in den Behälter 1 zurückgeführt werden.

Die Meldung "Sensor 14 Öl" und "Sensor 15 Öl" bedeutet aber auch - obwohl Sensor 13 "nass" meldet -, dass nun das Ventil 7 wieder geöffnet und weiteres Flüssigkeitsgemisch dem Behälter 5 zugeleitet wird. Dadurch wird die Ölschicht 24 (in Fig. 6) nach oben gedrückt. Normalerweise müsste, da Sensor 15 kurz danach wieder "Wasser" meldet, das Ventil 7 gleich wieder schließen. Dies wird jedoch durch eine logische Verknüpfung zwischen den Sensoren 14 und 15 verhindert. Das nachfließende Flüssigkeitsgemisch drückt die aufschwimmende Ölschicht schließlich so weit vor sich her, bis ein Teil des Öls 24, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, aus der oberen Öffnung 12 austritt. Sobald auch der Sensor 14 nicht mehr vom Öl umspült wird, also "Wasser" meldet, wird das Ventil 7 geschlossen. Es beginnt wieder eine Sedimentationsphase, nach der wieder von Öl gereinigte Waschflüssigkeit über das Ventil 10 abgelassen wird, bis wiederum der Sensor 16 "trocken" meldet. Damit ist wieder der Zustand gemäß Fig. 4 erreicht, und der Kreislauf beginnt von neuem.

Auf diese Weise wird das Flüssigkeitsgemisch schrittweise vom Öl gereinigt.

Es war bereits gesagt worden, dass die Eintauchtiefe des Saugrohres 3 so geregelt wird, dass die Ansaugöffnung 25 ständig im Bereich 19 des Flüssigkeitsgemisches 2 liegt, also dort, wo die Ölkonzentration ohnehin schon höher ist. Dazu dient eine Stelleinheit 20, deren Aufbau und Funktion aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht.

Am unteren Ende des Saugrohres 3 befindet sich ein schwimmerähnliches Gehäuse 26 mit zwei in einem vertikalen Abstand angebrachten digitalen Sensoren 27, 28, von denen der obere die Grundeinstellung "trocken" und der untere die Grundeinstellung "nass" hat. Das Gehäuse 26 ist mit einer in Säulen 29, 30 geführten Zahnstange 31 verbunden, der eine über einen Elektromotor 32 antreibbare Spindel 33 zugeordnet ist. Die Eintauchtiefe des Saugrohres 3 ist korrekt, solange der Sensor 27 "trocken" und der Sensor 28 "nass" melden, das heißt, solange sich der eine Sensor oberhalb, der andere unterhalb der Wasserlinie 34 befindet. Mit dem Absaugen von Flüssigkeitsgemisch 2 aus dem Behälter 1 verlagert sich die Wasserlinie 34 weiter nach unten, so dass der Sensor 28 nach einer gewissen Zeit von seiner Grundeinstellung "nass" auf "trocken" umschlägt und damit den Motor 32 veranlasst, die Spindel 33 im Sinne eines Absenkens des Gehäuses 26 zu drehen und damit die Ansaugöffnung 25 wieder in den Bereich 19 zu bringen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Entölen eines ölhaltigen Flüssigkeitsgemisches (2), insbesondere einer bei der Metallbearbeitung eingesetzten Kühl- und Waschflüssigkeit, wobei das Flüssigkeitsgemisch (2) diskontinuierlich aus einem ersten Sammelbehälter (1) über eine Saugleitung (3) abgezogen und einem zweiten Behälter (5) zugeführt wird, wo es durch Sedimentation in die Bestandteile Öl (21) und zumindest annähernd ölfreie Flüssigkeit (22) getrennt wird, bevor die entölte Flüssigkeit (22) wieder dem ersten Behälter (1) zugeführt (9) wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung des Flüssigkeitsgemisches (2) sowie die Rückführung der entölten Flüssigkeit (22) durch im zweiten Behälter (5) angeordnete Sensoren (13 bis 16) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im zweiten Behälter (5) sich ansammelnde Öl (24) diskontinuierlich durch eine oberhalb der Sensoren (13 bis 16) angeordnete Überlaufeinrichtung (12) entfernt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass digitale Sensoren (13 bis 16) auf definierte elektrische Leitwerte eingestellt sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Sensoren (13 bis 16) im zweiten Behälter (5) angeordnet sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Sensoren (14, 15) alternativ auf die dem Öl (21) und der entölten Flüssigkeit (22) eigenen Leitwerte (Zustände "Öl" und "Wasser") und die äußeren Sensoren (13, 16) alternativ auf die den Zuständen "nass" und "trocken" entsprechenden Leitwerte eingestellt sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung des Flüssigkeitsgemisches (2) und Befüllung des zweiten Behälters (5) beendet wird und eine Sedimentationsphase beginnt, sobald der oberste Sensor (13) den Zustand "nass" meldet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss einer Sedimentationsphase die entölte Flüssigkeit (22) aus dem zweiten Behälter (5) abgelassen und rückgeführt wird, wenn der untere Sensor (15) der mittleren Sensoren (14, 15) den Zustand "Wasser" meldet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung der entölten Flüssigkeit (22) im Anschluss einer Sedimentationsphase beendet wird, sobald der unterste Sensor (16) den Zustand "trocken" meldet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss einer Sedimentationsphase die Entfernung des Öls (24) durch weitere Befüllung des zweiten Behälters (5) mit Flüssigkeitsgemisch (2) beginnt, wenn die mittleren Sensoren (14, 15) den Zustand "Öl" melden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Öls (24) und weitere Befüllung des zweiten Behälters (5) beendet wird, sobald der obere Sensor (14) der mittleren Sensoren (14, 15) den Zustand "Wasser" meldet.

11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (5) vier in unterschiedlicher Höhe unterhalb einer Überlaufeinrichtung (12) angebrachte Sensoren (13 bis 16) enthält, von denen die mittleren Sensoren (14, 15) alternativ auf die dem Öl (21) und der entölten Flüssigkeit (22) eigenen Leitwerte und die äußeren Sensoren (13, 16) alternativ auf die den Zuständen "nass" und "trocken" entsprechenden Leitwerte eingestellt sind.

12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugleitung (3) ein höhenverstellbar angeordneter Träger (Gehäuse) (26) mit zwei in einem vertikalen Abstand daran befestigten digitalen Sensoren (27, 28) zur Erfassung eines definierten elektrischen Leitwertes zugeordnet ist, deren oberer Sensor (27) die Grundeinstellung "trocken" und deren unterer Sensor (28) die Grundeinstellung "nass" hat, und dass die Sensoren (27, 28) mit einem die Höhenverstellung auslösenden Elektromotor (32) elektrisch verbunden sind, so dass trotz sich ändernden Flüssigkeitsniveaus (34) eine nahezu konstante Eintauchtiefe in das Flüssigkeitsgemisch (2) einstellbar ist.