DE4408797C2 - Verfahren zur Stabilisierung und zur Spaltung von Kühlschmiermitteln - Google Patents
Verfahren zur Stabilisierung und zur Spaltung von KühlschmiermittelnInfo
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Description
Es wird ein Verfahren beschrieben zur gezielten Beeinflussung der Lebensdauer von
Kühlschmiermitteln. Dabei wird entweder eine durch den täglichen Gebrauch in ihrer Stabilität
verminderte Emulsion dadurch regeneriert und stabilisiert, daß diese mittels elektrischem
Strom gleichzeitig von gebildetem Hydrogencarbonat befreit, im pH-Wert angehoben und das
Wachstum von Mikroorganismen durch den Stromfluß behindert wird. Oder aber umgekehrt
wird die Emulsion nach Vertauschen der Elektroden, bzw. durch Anlegen einer
entgegengesetzten Spannung und gleichzeitiger Ultrafiltration gespalten.
Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung werden fast immer mit wassermischbaren
Kühlschmiermitteln betrieben. Diese besteht in der Regel aus 90 bis 98% Wasser und
Mineralöl oder Esteröl und einer Auswahl aus einer langen Reihe von verschiedenen
Emulgatoren, Korrosionsschutzstoffen, Bakteriziden u. ä.
Den meisten dieser Kühlschmiermittel ist in frischem, unbelastetem Zustand ein pH-Wert von
etwa pH 8 bis pH 9 gemeinsam, der sich im Laufe des Gebrauchs der Emulsion allmählich
erniedrigt. Im Laufe des Gebrauchs wird die Emulsion zunehmend instabiler, wodurch
teilweises Brechen bewirkt wird. Äußerlich leicht zu erkennen ist dieser Zustand meist schon an
aufschwimmendem Öl und am unangenehmen Geruch. Die ursprüngliche Funktion des
Schmierens und des Aufbaus von Schutz gegen Korrosion geht dabei allmählich verloren.
Im täglichen Gebrauch sind diese Kühlschmiermittel atmosphärischer Luft und dem darin
enthaltenden Kohlendioxid ausgesetzt. Wie eigene Arbeiten gezeigt haben, führt nun
Kohlendioxid, bzw. die im wäßrigen System sich daraus bildende Kohlensäure durch die
Reaktion mit basischen Inhaltsstoffen der Emulsion zu Hydrogencarbonaten, welche durch
ihren Aussalzungseffekt die Emulsion aus der Wasserphase heraus schwächen. Darüber hinaus
wird die Stabilität aber auch durch die direkte Veränderung des Zeta-Potentials der
Emulsionströpfchen aufgrund des Säurecharakters der Kohlensäure herabgesetzt. Dabei
werden die an den hydrophilen Molekülenden der Tenside befindlichen negativen
Ladungsträger hydrophobisiert. Diese emulsionsspaltende Potenz von Kohlendioxid ist bislang
nur wenig berücksichtigt worden.
Wie sich in entsprechenden Versuchen gezeigt hat, lassen sich nämlich mit Hilfe von
Kohlendioxid (im betrieblichen Einsatz eines Kühlschmiermittels stammt dieses aus der Luft)
und Wärme (in der betrieblichen Praxis von der Werkzeugmaschine) praktisch alle
industriegebräuchlichen Kühlschmiermittel in eine Ölphase und eine mehr oder weniger stark
ölhaltige Wasserphase spalten. Auch wenn bei einer Reihe von Kühlschmiermitteln unter
diesen Bedingungen nur eine geringe, bzw. unvollständige Emulsionsspaltung stattfindet, so
werden doch die Eigenschaften des Kühlschmiermittels stark verändert. Der aufschwimmende
Ölfilm ist aber nicht nur dafür ein Indiz, er bewirkt auch einen Luftabschluß zur Emulsion und
damit eine Förderung der emulsionszerstörenden, anaeroben, bakteriellen Abbauprozesse.
Bei einer ganzen Reihe von Kühlschmiermitteln reichen bei Sättigung mit Kohlendioxid bereits
ausgesprochen milde thermische Bedingungen für eine vollständige Spaltung aus. Besonders
anfällig für eine Spaltung mit Kohlendioxid ist die große Palette der auf dem Markt
angebotenen Produkte auf der Basis Fettsäureamid als nichtionischer, aber "anionogener"
Emulgator. So zeigte sich, daß eine Reihe von Produkten der Zusammensetzung <63%
Mineralöl, <13% Fettsäureamid und 2-3% nichtionische Tenside bereits durch kräftiges
Schütteln mit Kohlendioxid bei Raumtemperatur zu <95% gespalten werden.
Dementsprechend lassen sich Testemulsionen, bestehend nur aus Fettsäureamid und Wasser,
ebenfalls durch einfaches Schütteln mit Kohlendioxid bei Raumtemperatur vollständig spalten.
Wegen ihrer ausgezeichneten Eigenschaften als Kühlschmiermittel (vor allem wegen der
Korrosionsschutzwirkung der Fettsäureamide) haben diese Produkte aber einen großen Anteil
und eine feste Stellung im Markt.
Der Einfluß von Kohlendioxid auf die Emulsionsstabilität der nichtionischen Tenside ist weniger
stark. Reine Testemulsionen bestehen aus nichtionischen Tensiden, zeigen im allgemeinen
steigende Spaltbarkeit bei Temperaturerhöhung bis auf 100°C. Bei der Gruppe der
Alkylarylpolyglykolether läuft diese Spaltung auch ohne Kohlendioxid ab. Ähnlich verhalten sich
Alkylpolyethylenglykolether, bzw. Alkylpolyalkylenglykolether. Dagegen bilden
Fettsäurepolykolester thermisch stabilere Emulsionen, die allerdings bei thermischer
Behandlung nach Schütteln mit Kohlendioxid leicht und vollständig brechen.
In der Praxis wirken nichtionische und anionische Emulgatoren bezüglich der Stabilisierung der
meist mineralölhaltigen Kühlschmiermittel in unterschiedlichem Maß synergistisch
emulsionsstabilisierend, wodurch exakte Voraussagen über die Spaltbedingungen nur relativ
grob aus dem Verhalten der Einzelkomponenten abgeleitet werden können.
Nun lassen sich Kühlschmiermittel aber nicht nur mit Kohlendioxid und Wärme spalten,
sondern auch durch alleinige Zugabe von Hydrogencarbonat. Bei entsprechenden Versuchen
konnten durch Zugabe von Hydrogencarbonat alle untersuchten Kühlschmiermittel (eine
willkürliche Auswahl aus 25 Industrieprodukten) gut und vollständig gespalten werden. Darunter
auch die Kühlschmiermittel, die mit der anderen großen Klasse von anionischen Tensiden, den
im Vergleich zu Fettsäureamiden gegenüber Kohlendioxid wesentlich unempfindlicheren
Sulfaten und Sulfonaten, stabilisiert sind. Bei gleichzeitiger Anwendung von Kohlendioxid
reduziert der Hydrogencarbonatverbrauch sich auf ein Drittel bis die Hälfte und wird durch
gleichzeitiges Erwärmen noch weiter herabgesetzt. Eine Abhängigkeit der benötigten
Hydrogencarbonatmengen von der Emulsionskonzentration wurde nicht gefunden, was einen
Hinweis auf den Mechanismus einer Spaltung durch Aussalzung bedeutet. Die erforderlichen
Salzmengen liegen bei 20-40 g/l Emulsion. Die entsprechende Kohlendioxidmenge befindet
sich in ca. 30 m³ atmosphärischer Luft oder 300 l verbrauchter Atemluft.
Da zur Verhinderung des mikrobiellen Abbaus der Kühlschmiermittel durch anaerobe Bakterien
eine permanente Luftumwälzung der Kühlschmiermittel erforderlich ist, reichern sich
demzufolge auf diese Weise gleichzeitig entsprechend große Mengen Kohlendioxid aus der
Luft in der Emulsion an. Abhilfe könnte z. B. das Vorbehandeln der mit der Emulsion
kontaktierten Luft über basische Kohlendioxidadsorber (Hydroxide) schaffen. In der Praxis wäre
dies aber sicher nur schwer durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfahrung war es, ein praktikables Verfahren zu finden, welches den
Hauptursachen der Alterung von Kühlschmiermitteln, nämlich der Anreicherung von
Hydrogencarbonat, der Senkung des pH-Wertes in der betrieblichen Praxis, sowie der
Bakterienvermehrung möglichst wirksam entgegentritt.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren gemäß A1, 4 und 6 gelöst.
Zu der vorliegenden Lösung führte die Erkenntnis, daß eine Hauptursache der
Emulsionsschwächung im Betrieb in der Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft besteht. In
der Emulsion werden dadurch nämlich einerseits der für die Erhaltung des Zeta-Potentials der
Emulsionströpfchen, und damit für die Stabilität der Emulsion wichtige basische pH-Wert
abgesenkt, gleichzeitig wird aber in der Emulsion Hydrogencarbonat gebildet. Eine weitere
Hauptursache liegt im Befall des Kühlschmiermittels durch Mikroorganismen. Während Pilze
und Hefen besonders im Bereich unterhalb pH 7 ein ideales Milieu vorfinden, wirkt auf
Bakterien das saure Milieu hemmend, das basische Milieu eher wachstumsfördernd.
Erfindungsgemäß wurde demnach ein Verfahren gefunden, mit dessen Hilfe es gelingt,
gleichzeitig ein basisches Milieu im Kühlschmiermittel aufrechtzuerhalten, bzw. zu erzeugen
und gleichzeitig bereits gebildetes Hydrogencarbonat, sowie andere unerwünschte Anionen, die
sich zum Beispiel als Ausscheidungsprodukte von Mikroben anreichern, aus dem
Kühlschmiermittel zu entfernen. Der dabei erforderliche Stromfluß durch das Kühlschmiermittel
wirkt auf die Bakterien zudem wachstumshemmend bzw. toxisch. Durch den gleichzeitigen
Querstrombetrieb des Kühlschmiermittels über die Ultrafiltrationsmembran mit Reynoldszahlen
<4000 wird ein Verölen der Membran verhindert.
Eine einfache Anordnung, die die Forderung nach Hebung des pH-Wertes und Abreicherung
von Anionen aus dem Kathodenraum erfüllt, besteht aus einer elektrochemischen Zelle mit
einem Anoden- und einem Kathodenraum, welche durch ein Diaphragma voneinander
abgetrennt sind. Dieses Diaphragma kann aus einer Anionenaustauschermembranen, im
einfachsten Fall durchaus aber z. B. aus Filterpapier oder aus Vlies bestehen. Günstigerweise
verwendet man aber eine Ultrafiltrationsmembran. Füllt man nun in die Elektrodenräume
verbrauchtes Kühlschmiermittel, so beobachtet man eine Stabilisierung der Emulsion im
Kathodenraum. Diese Stabilisierung zeigt sich darin, daß z. B. eine ehemals feindisperse, opak
durchscheinende Emulsionen, die durch betrieblichen Einsatz in ihrer Stabilität geschwächt
wurden und durch Emulsionsvergröberung bereits grobdispers-milchig aussehen, im
Kathodenraum zunehmend transparenter und damit feindisperser werden. (Im Anodenraum
findet, sofern inerte Elektroden aus z. B. Kohlenstoff verwendet werden, eine - unvollständige -
Emulsionsspaltung statt).
Fig. 1 zeigt die Vorgänge in dieser einfachen Zelle. Bei angelegter Gleichspannung wandern
neben Hydroxidionen (OH-) vor allem Hydrogencarbonationen (HCO₃-) vom Kathodenraum (K)
durch das Diaphragma (D) in den Anodenraum (A). Gleichzeitig wandern vom Anodenraum
Hydroniumionen (H⁺) und Metallionen (M⁺) in den Kathodenraum. An der Kathode werden
Hydroniumionen zu gasförmigem Wasserstoff reduziert, an der Anode Hydroxidionen zu
gasförmigem Sauerstoff und Wasser oxidiert. Der Kathodenraum wird also gleichzeitig von
Hydrogencarbonationen befreit und im pH-Wert angehoben.
Etwas anderes stellen die Verhältnisse an sich dar, sofern als Diaphragma eine
Anionenaustauschermembran verwendet wird. In diesem Falle werden, abweichend von der
voranstehenden Beschreibung, die Hydroniumionen und die Metallionen am Durchtritt von der
Anodenseite auf die Kathodenseite gehindert. An der weiteren Funktion im gleichen,
beschriebenen Sinne verändert sich dabei prinzipiell nichts.
Grundsätzlich kann auf der Anodenseite statt Kühlschmiermittel Wasser verwendet werden. Bei
salzarmen Wässern treten entsprechend auch bei Verwendung einer anderen Membran als
einer Anionenaustauschermembran Metallionen naturgemäß nicht nennenswert in den
Kathodenraum.
Da sich im Anodenraum die Aufnehmerphase für aus der Emulsion diffundiertes
Hydrogencarbonat befindet, könnte man hier Wasser verwenden, welches regelmäßig erneuert
wird. Nun wird im Anodenraum aber durch die Säureproduktion an der Anode das
Hydrogencarbonat aus seinem Salz verdrängt, d. h. es wird Kohlendioxid frei, welches den
Anodenraum gasförmig verlassen kann. Der Anodenraum wird dementsprechend auch nicht
sauer, solange noch unverbrauchtes Hydrogencarbonat vorliegt. Aus diesem Grund kann auch
der Inhalt des Anodenraumes der Emulsion immer wieder zugeführt werden. Sofern auch
andere anionische Inhaltsstoffe entfernt werden sollen, empfiehlt sich allerdings eine
kontinuierliche Erneuerung des Inhaltes der Anodenseite.
Obwohl sich mit dieser Anordnung die prinzipielle Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits
zeigen läßt, werden für den praxisgerechten Einsatz des Verfahrens weitere Anforderungen
gestellt. Es zeigt sich nämlich, daß bei der voranstehend beschriebenen Anordnung das
Diaphragma nicht nur von den in Richtung Anode wandernden Hydrogencarbonat- und anderen
Anionen durchdrungen wird, sondern auch von den negativ geladenen emulgierten
Öltröpfchen. In den voranstehend beschriebenen Anordnungen dringen diese Öltröpfchen in
die Membran ein und blockieren bereits nach kurzer Zeit die Stoffströmung und bauen
gleichzeitig eine elektrische Isolation auf, so daß der Prozeß zum Erliegen kommt.
Die Anforderungen an ein funktionsfähiges System bestehen demnach aus:
- - der Verhinderung des Verölens der Anode. Diese Verölung führt zum Verlust der Stromleitung und damit zum Stillstand des Prozesses.
- - der Verhinderung des Verölens des Diaphragmas. Das Verölen des Diaphragmas wird verursacht durch die Wanderung von negativ geladenen Emulsionströpfchen aus dem Kathodenraum in den Anodenraum und führt ebenfalls zum Stillstand des Prozesses.
- - Verhinderung der Emulsionsbrechung an der Kathode. Obwohl die Emulsion im Kathodenraum stabilisiert wird, ist bei einigen Emulsionen an der unmittelbaren Kathodenoberfläche gelegentlich ein teilweises Brechen der Emulsion zu beobachten. Die genaue Ursache hierfür ist nicht bekannt.
Eine Anordnung gemäß den genannten Anforderungen ist in der Fig. 2 dargestellt.
Abweichend zu der Anordnung in Fig. 1 befindet sich zwischen der Anionentauschermembran
(AM) und dem Kathodenraum (K) zusätzlich eine bipolare Membran, wobei die
Anionentauscherseite dieser Membran der Anode und die Kationentauscherseite der Kathode
zugewandt ist. Die aufzubereitende Emulsion befindet sich in dem Raum zwischen
Anionentauschermembran (AM) und bipolarer Membran (BM). Auf diese Weise wird die
Hydroxidionenproduktion nicht indirekt, wie in Fig. 1 durch Verbrauch von Hydroniumionen an
der Kathode bewirkt, sondern direkt durch die Produktion von Hydroxidionen. Wesentlich ist die
Tatsache, daß in dieser Anordnung vor allem das gelegentliche teilweise Brechen der Emulsion
unmittelbar auf der Kathode unterbunden wird. (Statt der bipolaren Membran könnte auch eine
Kationentauschermembran verwendet werden. Dies entspräche einer Elektrodialyseanordnung,
wobei in dieser Anordnung aber zusätzlich Kationen aus der Emulsion in den Kathodenraum
abgeleitet würden).
Eine Anordnung für das erfindungsgemäße Verfahren, die mit Ultrafiltrationsmembranen arbeitet und das
Problem der erwähnten, gelegentlichen kationischen Spaltung wirksam verhindert, ist in Fig. 3,
bzw. Fig. 4 dargestellt.
Die zu behandelnde Emulsion wird im Kreislauf aus dem Vorrat (V) mittels einer Pumpe (P)
über eine Drossel (D) durch Ultrafiltrationsmembranen gepumpt, die in zwei verschiedenen
Modulen (MA und MK) fixiert sind. Der Einfachheit halber ist in Fig. 4 jeweils nur eine
Rohrmembran in den Modulen dargestellt. Die Rohrleitungen und die Module sind aus
elektrisch nicht leitfähigem Material hergestellt.
Die Hohlräume der Module auf der Filtratseite sind gemäß Fig. 4 mit Elektrodenmaterial, z. B.
einer Schüttung aus Elektrodengraphitkugeln (GK) gefüllt. An die Elektroden je eines der
beiden Module wird anodische, bzw. kathodische Gleichspannung, vorzugsweise zwischen 2
und 80 Volt angelegt. Die Vorgänge an den Elektroden entsprechen den in den zuvor
besprochenen Ausführungen. Zusätzlich wird aber in beiden Modulen eine verhältnismäßig
geringe Menge Permeat (P) bzw. Filtrat erzeugt, welches zum Transport des basischen
Substrates aus MK, bzw. eventuell auch zum Transport des neutralen bis leicht sauren
Substrates aus MA zurück in die Emulsion dient. Aus diesem Grund werden die Membranen
mit einem leichten Überdruck betrieben.
Die Ultrafiltrationsmembran hat hier einerseits die Aufgabe eines Diaphragmas, aber
gleichzeitig auch die Aufgabe einer normalen Ultrafiltrationsmembran zur Verhütung der
Verölung der Anode, dadurch nämlich, daß durch die vorgeschlagene Anordnung die
Elektroden lediglich mit dem Permeat der Emulsion in Kontakt kommen. Die Verölung der
Ultrafiltrationsmembran im Anodenmodul MA wird durch die hohe Überströmung der
Rohrmembran verhindert.
Die Module sind mit Filtratabgängen ausgestattet, die in Abweichung zu einer
Ultrafiltrationsanlage jedoch mit abgesperrten Permeatausgängen betrieben werden, bzw.
gedrosselt sind und damit die entstehende Filtratstrommenge auf das Minimum reduzieren,
welches zur Entfernung der durch Elektrodialyse, bzw. Elektrophorese eingetragenen Salze
erforderlich ist. Zusätzlich sind die Module mit automatischen Entlüftern versehen, durch
welche die entstehenden Gase (Wasserstoff an der Kathode, Sauerstoff und Kohlendioxid an
der Anode) abgeleitet werden. Das basische Filtrat aus dem Filtratabgang des Moduls MK wird
der Emulsion wieder zugegeben. Das Filtrat aus dem Filtratabgang des Moduls MA, welches
eventuell ebenfalls in die Emulsion zurückgeführt wird, ist günstigerweise höchstens leicht
sauer, d. h. die über die Drossel abgelassene Filtratmenge ist so bemessen, daß das im
Anodenraum befindliche Hydrogencarbonat möglichst gerade quantitativ zu Kohlendioxid
oxidiert wird. Dieses so behandelte Filtrat wird abgelassen oder der Emulsion wieder zugeführt.
Eine weitere, vereinfachte aber wesentliche Ausführungsform der Erfindung wurde derart
realisiert, daß statt der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Module MA und MK nur ein Modul
gemäß Fig. 5 verwendet wird und dieses elektrisch so verschaltet wird, daß die Anode (A) auf
der Außenseite der Rohrmembran (M) liegt. Als Kathode wird ein elektrisch leitfähiger Draht,
z. B. aus Edelstahl, in das Innere des Membranrohres geschoben.
Im einzelnen befindet sich also eine als Kathode (K) geschaltete Elektrode in einer
Rohrmembran (M) für die Ultrafiltration. Auf der Außenseite der Rohrmembran befindet sich
eine als Anode (A) geschaltete Elektrode. Diese besteht aus nicht oxidierendem Material, wie
platiniertem Titan oder billigerem Elektrodengraphit. Durch das Membranrohr wird das
Kühlschmiermittel im Kreislauf umgewälzt. Der Filtratraum wird durch das Modulrohr (MR)
begrenzt. Die voranstehend beschriebenen Prozesse laufen auf der Anodenseite wie im Modul
(MA), auf der Kathodenseite wie im Modul (MK) der Fig. 4 ab. Anionen des Kühlschmiermittels
(KSM) wandern also von der Innenseite durch die Membran (M) auf die Anodenseite (A),
während die Öltröpfchen von der Membran zurückgehalten werden. Eine Verölung der
Membran auf der Kathodenseite findet wegen des permanenten Überströmens der Membran
durch Umwälzung des Kühlschmiermittels mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 2-5 m/sec
durch das Membranrohr nicht statt. Wie in den voranstehenden Beispielen ist es wesentlicher
Teil der Erfindung, die Anordnung bei normal geschlossenem, stark gedrosseltem oder nur
intervallmäßig geöffnetem Permeatausgang zu betreiben.
Mit dieser beschriebenen Anordnung wird der weiter oben postulierten Anforderung an das
Verfahren, nämlich der Verhinderung einer gelegentlichen, leichten Emulsionsbrechung, auch
an der Kathode, nicht Rechnung getragen. Diese Anordnung ist in der Praxis aber dennoch
sinnvoll, da hier die unerwünschte Emulsionsbrechung anionisch stabilisierter Emulsionen an
Kathoden nur schwach ist und meist reversibel verläuft. Wegen der Einfachheit des Aufbaus
einer solchen Anordnung und gleichzeitig wirkungsvoller Funktion ist die zuletzt beschriebene
die bevorzugte Anordnung der Erfindung.
Von wesentlicher Bedeutung für die Durchführbarkeit dieses Verfahrens ist die hohe
Überströmung des Membranrohres. Nur die dadurch erreichten hohen Reynoldszahlen
verhindern das Verölen der Membran. Da die Anode nämlich auf der Membranrückseite
angeordnet ist, wandern die negativ geladenen Emulsionströpfchen in Richtung Anode zur
Membran. Bereits bei kurzzeitigem Abschalten der Überströmung verblockt die Membran und
kann meist nicht regeneriert werden. Die wirksame Teilchenwanderung ist ohne diese
Überströmung vergleichbar der einer gewöhnlichen Ultrafiltration, welche, als dead-end
Filtration betrieben, ebenfalls sehr schnell zu einer irreversiblen Verblockung führt.
Die beschriebene bevorzugte Anordnung nach Fig. 5 zur erfindungsgemäßen Stabilisierung von
Kühlschmiermitteln kann aber auch, wenn dazu die elektrische Belegung der Elektroden von
Fig. 5 gemäß Fig. 6 vertauscht wird, erfindungsgemäß für die Spaltung von Emulsionen nach A7
genutzt werden.
Eine Anordnung zur Spaltung von Emulsionen und Dispersionen mittels elektrischem Strom an
Elektroden, ist in DE 37 39 580 A1, FR 2,541,130 und EP 491,528 A1 beschrieben. Der Nachteil des
dort beschriebenen Verfahrens liegt einerseits darin, daß die Gefahr des Verölens des
Diaphragmas sowie der Anode nicht ausgeräumt werden konnte, bzw. für die Entölung der
Anode chemische Hilfsstoffe eingesetzt werden müssen. Zudem gelingt die dort beschriebene
Emulsionsspaltung in effizienter Weise nur bei höheren Konzentrationen an Inhaltsstoff, wie
z. B. Kühlschmiermittel. Bei abnehmenden Konzentrationen, wie sie während dieses
Spaltprozesses selbst entstehen, nimmt die Effizienz stetig ab.
Zur Lösung dieses Problems dient das Verfahren nach A7, also die gleiche Anordnung, die für die Stabilisierung von
Kühlschmiermitteln beschrieben wurde, jedoch mit umgekehrter Polung und mit geöffnetem
Permeatausgang. Die Anode (A) befindet sich bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung also
innerhalb der Rohrmembran (M) im Kühlschmiermittel (KSM), die Kathode (K) befindet sich auf
der Membranrückseite im Filtrat.
In diesem Verfahren (gemäß Fig. 6) wird die Ultrafiltrationsmembran (M) nun während der
elektrischen Spaltung der Emulsion selbst unter Druck im Querstromverfahren betrieben,
so daß auf der Rückseite der Membran, wie zur Spaltung von Emulsionen als Stand der
Technik gebräuchlich, ein einleitfähiges Filtrat entsteht. Während sich durch die
Membranfiltration der Ölgehalt der Emulsion erhöht, wird durch diese Aufkonzentrierung die
Effektivität der elektrischen Spaltung im Inneren der Rohrmembran gesteigert. Die elektrische
Spaltung im Inneren der Membran verläuft so, daß große koagulierte Öltropfen auf der Anode
abgeschieden, durch den Querstrombetrieb abgelöst und in den Vorratstank gepumpt werden,
wo sie sich als aufschwimmende Ölschicht abtrennen. Gegenüber dem bekannten Stand der
Technik der Ultrafiltration von verbrauchten Kühlschmiermitteln, nach dem die
Aufkonzentrierung mittels Membranen bis auf etwa 50% Öl-Wasser bei stark nachlassender
Membranleistung betrieben wird, bringt das beschriebene Verfahren einige Vorteile:
Neben der klaren Wasserphase wird zusätzlich eine wasserarme Ölphase gewonnen. Die Entsorgungskosten werden also halbiert.
Die Membranleistung ist stets hoch, weil die Ölkonzentration immer niedrig gehalten wird.
Es kann mit höheren Trenngrenzen (eventuell Mikrofiltration) gearbeitet werden, da die Ölkonzentrationen niedrig sind.
Die Membran wird geschont, weil die Öltröpfchen zur Anode hin gezogen werden und die Membran damit entlasten. Dies erhöht die Lebensdauer der Membran und vergrößert die notwendigen Spülintervalle.
Neben der klaren Wasserphase wird zusätzlich eine wasserarme Ölphase gewonnen. Die Entsorgungskosten werden also halbiert.
Die Membranleistung ist stets hoch, weil die Ölkonzentration immer niedrig gehalten wird.
Es kann mit höheren Trenngrenzen (eventuell Mikrofiltration) gearbeitet werden, da die Ölkonzentrationen niedrig sind.
Die Membran wird geschont, weil die Öltröpfchen zur Anode hin gezogen werden und die Membran damit entlasten. Dies erhöht die Lebensdauer der Membran und vergrößert die notwendigen Spülintervalle.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Verfahrens sieht eine zusätzliche Behandlung
des Kühlschmiermittels mit Kohlendioxid im Laufe der zuletzt beschriebenen
Verfahrensvariante vor. Dadurch wird die elektrische Spaltbarkeit des Kühlschmiermittels
erheblich gesteigert. Als nachteilig erweist sich bei dieser Variante allerdings die Tatsache, daß
unverbrauchtes Kohlendioxid während des Ultrafiltrationsprozesses in die Membran eindringen
und diese verblocken kann. Der "Sättigungs- und Neutralisationsprozeß" mit Kohlendioxid
geschieht daher zur Verhinderung dieses Verblockens bei geschlossenem Permeatablauf. Erst
nach Entfernung von freiem Kohlendioxid wird der Ultrafiltrationsprozeß durch Öffnen des
Permeatabflusses im voranstehend beschriebenen Sinn fortgesetzt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Stabilisierung und Verlängerung der Lebensdauer
von Kühlschmiermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl
schmiermittel im Kathodenraum einer mittels eines Diaphragmas
unterteilten Zelle mit Gleichstrom zwischen 2 und 80 Volt be
handelt wird, wobei zwischen Diaphragma bzw. Anionenaustau
schermembran und Kathode zusätzlich eine Kationenaustau
schermembran oder eine bipolare Membran eingebaut ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß statt des Kühlschmiermittels dessen
Ultrafiltrat im Kathodenraum behandelt wird und dieses nach Behandlung wieder dem
Kühlschmiermittel beigefügt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das im Anodenraum durch
Ausgasen von Kohlendioxid behandelte Filtrat wieder dem usprünglichen
Kühlschmiermittelvorrat beigemischt wird.
4. Verfahren zur Stabilisierung von Kühlschmiermitteln, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlschmiermittel durch Ultrafiltrati
onsmembranen gepumpt und mit Gleichstrom zwischen 2 und 80 Volt
behandelt wird, wobei die Ultrafiltrationsmembranen in ver
schiedenen Moduln als getrennte Anoden- und Kathodenkammern unter
gebracht sind und sich die Elektroden auf der Membranrück
seite befinden und die Membranen mit leichtem Überdruck und hoher
Überströmung und geringer Filtratmenge beschrieben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ultra
filtrationsmembran eine Rohrmembran eingesetzt wird.
6. Verfahren zur Stabilisierung von Kühlschmiermitteln, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlschmiermittel durch eine Ultrafil
trations-Rohrmembran gepumpt und mit Gleichstrom zwischen 2 und
80 Volt behandelt wird, wobei sich im Inneren der Rohrmembran
eine Elektrode als Kathode und auf der Außenseite eine Elektrode
als Anode befindet und die Rohrmembran unter hoher Überströmung
und niedrigem Transmembrandruck und einem stark gedrosselten
Filtratfluß beschrieben wird.
7. Verfahren zur Spaltung von Kühlschmiermitteln, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kühlschmiermittel durch eine Ultrafiltra
tions-Rohrmembran gepumpt und mit Gleichstrom behandelt wird,
wobei eine Elektrode aus inertem Material im Inneren der Rohr
membran als Anode und eine Elektrode aus rostfreiem Stahl auf
der Membranrückseite als Kathode geschaltet ist und die Membran
unter den bei der Ultrafiltration zur Spaltung von Kühlschmier
mitteln üblichen Bedingungen mit geöffnetem Permeatausgang be
trieben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu
sätzliche Behandlung des Kühlschmiermittels mit Kohlendioxid
derart durchgeführt wird, daß der Permeatabfluß des Modulrohres
solange geschlossen bleibt, bis im Anschluß noch unverbrauchtes
Kohlendioxid aus der Emulsion entfernt worden ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4408797A DE4408797C2 (de) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Verfahren zur Stabilisierung und zur Spaltung von Kühlschmiermitteln |
DE4420687A DE4420687A1 (de) | 1994-03-15 | 1994-06-14 | Verfahren und Vorrichtung zur Elektromembranfiltration von Suspensionen mittels Rohrmembranen |
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
DE4408797A DE4408797C2 (de) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Verfahren zur Stabilisierung und zur Spaltung von Kühlschmiermitteln |
DE4420687A DE4420687A1 (de) | 1994-03-15 | 1994-06-14 | Verfahren und Vorrichtung zur Elektromembranfiltration von Suspensionen mittels Rohrmembranen |
Publications (2)
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DE4408797C2 true DE4408797C2 (de) | 1996-11-07 |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4408797A Expired - Fee Related DE4408797C2 (de) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Verfahren zur Stabilisierung und zur Spaltung von Kühlschmiermitteln |
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Families Citing this family (3)
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