DE69212757T2

DE69212757T2 - Zyklon-Turbinen für den Einbau in Flotationsvorrichtungen zur Behandlung kohlenwasserstoffverschmutzter Abwässer

Info

Publication number: DE69212757T2
Application number: DE69212757T
Authority: DE
Inventors: Adnan Hamdan
Original assignee: Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
Current assignee: Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: EP0536015A1; GR3021468T3; US5500117A; ES2093806T3; FR2682304B1; FR2682304A1; DE69212757D1; DK0536015T3; EP0536015B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Zyklonturbine (Wirbelturbine), die insbesondere zur Ausstattung von Vorrichtungen zur Trennung nicht mischbarer Flüssigkeiten mittels Flotation vorgesehen ist. Sie betrifft insbesondere die Behandlung kohlenwasserstoffverschmutzer Abwässer.
Die Behandlung solcher Mischungen von Wasser und Kohlenwasserstoffen durch Flotation ist bekannt, entweder durch gelöste Luft (D.A.F.-Systeme, Abkürzung für "dissolved air flotation") oder durch eingeleitete Luft oder Gase (I.A.F.-Systeme, Abkürzung für "induced air flotation"). In den Vorrichtungen vom Typ I.A.F. erfolgt die Zufuhr der Luft oder der Gase entweder durch Injektoren oder durch Turbinen vom Rotor/Stator-Typ. Zu den Apparaturen dieser letzten Kategorie gehört die erfindungsgemäße Vorrichtung. Man kennt auch Flotationsvorrichtungen vom Typ I.A.F., die mittels Injektion von Luft oder von Gasen über eine Turbine arbeiten und die aus einem zylindrischen Behältnis bestehen, das in eine oder mehrere passive Zonen, in denen das Stehenlassen (Absitzenlassen) und das Dekantieren der Öle erfolgt, und in eine oder mehrere aktive Zonen unterteilt ist, in denen das Gesamtgefüge aus Rotor/Stator als Injektionsvorrichtung für die Luft zur Flotation dient und die in einen oder mehrere Sammelschächte münden, die den in den aktiven Zonen gebildeten Schaum auffangen. Man findet Informationen über solche Vorrichtungen in Bauanleitungen und verschiedenen Patenten, z.B. in der FR-PS 2 605 898.
Diese Turbinen bestehen gemäß dem Stand der Technik einfach aus einem Rotor mit Flügeln konstruiert, der sich im Inneren eines Gehäuses für einen Stator mit Zapfen mit rechtwinkligem Schnitt befindet; ihre Aufgabe besteht darin, durch die Rotation des Rotors einen Unterdruck in dem Schacht, der über diesen Turbinen angeordnet ist, zu erzeugen, und somit das Gas aus dem darüber befindlichen Schacht anzusaugen und es gegen den Stator zu schleudern, was somit zu einer Gaswolke um den Stator herum führt, die die Flotation gewährleistet. Diese Maschinen weisen zahlreiche Nachteile auf:
a) eine Instabilität des Ausstoßes von Luft oder von Gas aufgrund eines Abrisses des zweiphasigen Strömungsprofils in dem Schacht des Rotors: Der Rotor dreht sich in dem zweiphasigem Milieu aus Wasser und Luft, was eine beträchtliche Schwankung der elektrischen Leistungsaufnahme zur Folge hat;
b) einen Flotationseffekt, der durch die Turbinen, die Ausstöße von mehr als 10 m³/h behandeln und nur noch als Rührer fungieren, nicht gewährleistet ist, weil der durch den Rotor erzeugte Unterdruck nicht mehr ausreicht, um das Gas aus dem oben angeordneten Schacht bis zum Rotor zu befördern.
Aus diesem Grund liefern die im Stand der Technik beschriebenen Pilotanlagen, auch wenn ihr Betrieb im Versuchsmaßstab akzeptabel sein mag, keine ausreichende Flotationswirkung, wenn sie im industriellen Maßstab betrieben werden.
Die erfindungsgemäßen Zyklonturbinen sind durch den Anspruch 1 definiert. Sie sind insbesondere zur Ausstattung von Trennvorrichtungen (Fig. 1) bestimmt, die aus einem zylindrischen oder rechtwinkligen Behältnis bestehen, das mittels Zwischenwänden in mehrere unterschiedliche Zellen unterteilt ist: eine Zelle zur Homogenisierung des zugeführten Durchflusses (1), Flotationszellen (2) und eine Zelle zum ruhigen Absetzen (3), der sich gegebenenfalls ein Behältnis anschließen kann, das als hydraulische Dichtung oder Verbindung nach außen fungiert.
Jede Zelle ist mit einer Zyklonturbine (Wirbelturbine) (4) und einer selbststabilisierten Abschöpfrinne ausgestattet, die mit einer angrenzenden Zelle verbunden ist. Vorzugsweise verbindet man die erfindungsgemäßen Zyklonturbinen mit selbststabilisierten Ablaufrinnen (5), wie sie in der FR-A-2 682 048 beschrieben sind, die dank eines Schachtes zum Abschöpfen (6) vertikal verschoben werden können, dessen starre Wände als Führungsschienen dienen.
Die erfindungsgemäßen Zyklonturbinen (Fig. 2 und 3) sind vom Stator/Rotor-Typ. Sie sind jeweils mit einer Scheibe für den Durchlaß (30) in Form einer mit einer Öffnung durchbohrten Scheibe ausgestattet, die die Erzeugung eines ausreichenden Unterdrucks ermöglicht, um die Wassersäule oberhalb des Rotors zu befördern. Diese Scheibe (Fig. 2 und 3) mit einer Dicke von einigen Millimetern ist in Form eines Sandwich zwischen den Flanschen des Schachtes und des Gehäuseankers (35) montiert. Sie kann aus Edelstahl mit einem Öffnungsdurchmesser von etwa dem äußeren Durchmesser des Rotors bestehen. An die inneren Wände des Rotorschachts (32) sind Ablenkvorrichtungen angeschweißt; vorzugsweise sind sie zu dritt, z.B. symmetrisch etwa 30 cm von der Dichtung (33-34) entfernt, angeordnet; sie werden vorzugsweise aus Stahl hergestellt; beispielsweise beträgt ihre Größe zwischen 100 x 40 x 6 mm und 200 x 60 x 4 mm. Sie ermöglichen die Erzeugung eines Strömungsprofils mit stabilem Wirbelstrom. Die Dimensionierung einer Zyklonturbine bestimmt sich, ausgehend von verschiedenen, hauptsächlich hydrodynamischen Gegebenheiten, nämlich:
- der Tangentialgeschwindigkeit am äußeren Teil des Rotors; wenn diese Geschwindigkeit konstant ist, ist es möglich, den Durchmesser und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zahlenmäßig in Verbindung zu bringen;
- der Größe der Zellen im Verhältnis zur Verweildauer in der Apparatur;
- dem Durchlaß und den physikalischen Eigenschaften der zu behandelnden Flüssigkeiten.
Die Leistungsaufnahme durch die Turbine sowie die kritische Geschwindigkeit des Rotors werden ausgehend von den mechanischen Eigenschaften des Rotors und den Eigenschaften der zu behandelnden Flüssigkeiten oder Fluide berechnet. Beispielsweise können die Zyklonturbinen Durchlässe von bis zu 100 m³/h Wasser behandeln, indem sie einen zweiphasigen Gesamtdurchlaß von 300 bis 800 m³/h erzeugen; die Leistungsaufnahme durch die Turbine kann je nach zu behandelndem Durchlaß von 0,5 bis 16 kW schwanken.
Die Veränderung der Tangentialgeschwindigkeit des Rotors mit der Durchlaßscheibe und den Ablenkvorrichtungen zur Stabilisierung der Wirbelströmung ermöglicht es, daß die Turbine eine regelmäßige Zweiphasenströmung von Gas/Wasser erzeugt. Das Verhältnis der Durchlässe Wasser/Gas ist in der Größenordnung von 3. Vorzugsweise soll eine Querschwelle im Schacht (36) den Aufstieg des Wirbelstroms und folglich das Auswurf von Wasser auf den außerhalb des Schachtes gebildeten Schaums verhindern. Es ist zu beachten, daß die Verwendung solcher verbesserter Zyklonturbinen nicht auf Flotationsvorrichtungen beschränkt ist, sondern sich auf jede Anwendung zum Transport Gas/Flüssigkeit erstrecken kann.
Der Stator (35) der erfindungsgemäßen Zyklonturbine besteht vorzugsweise aus Polypropylen, wenn die Temperatur des zu behandelnden flüssigen oder fluiden Mediums unterhalb von 50 ºC bleibt, oder aus Glasfasern oder Stahl für Betriebstemperaturen bis zu 110 ºC; der Rotor, der aus einem herkömmlichen Material (Edelstahl oder beschichteter Stahl) besteht, umfaßt eine vorzugsweise reduzierte Zahl von Flügeln, insbesondere zwischen 4 und 7. Des weiteren sind die Zyklon turbinen vorzugsweise derart montiert, daß es möglich ist, die eine oder die andere Turbine in eine obere oder untere Position zu bringen, wobei die obere Position die Normalposition ist und die untere Position erreicht werden kann, wenn man zwischen den Flanschen der Kupplung (37) ein weiteres Glied fügt. Bei einer gegebenen Rotorgeschwindigkeit ermöglicht die Dicke dieses Einsatzstücks (Paßstücks) die direkte Beeinflussung des Gasdurchlasses.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß diese Vorrichtungen zur Injektion zugeführter Luft verbesserte Apparaturen sind, dank derer es nunmehr möglich ist, den Durchlaß an Luft oder Gas und das Verhältnis Wasser/Luft (Gas) richtig zu steuern und die Schaumbildung zu beherrschen. Diese Materialien sind relativ leicht, ökonomisch konstruiert und haben einen vernünftigen Energieverbrauch.

Claims

1. Zyklonturbine (Wirbelturbine) vom Typ Stator-Rotor, bestehend aus einem Blattrotor im Inneren des Gehäuses (35) eines Stators mit Zapfen mit rechtwinkligem Schnitt, über dem sich ein Schacht (32) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält:

eine Scheibe zum Durchlaß (30) in Form einer mit einer Öffnung durchbohrten Scheibe, die sich in herausnehmbarer Weise zwischen dem Gehäuse (35) des Stators und dem Schacht (32) befindet, der auf dem Gehäuse (35) befindlich ist, wobei der Durchmesser der Öffnung kleiner als die inneren Durchmesser des Stators und des Schachtes ist,

Ablenkvorrichtungen in Form rechtwinkliger Platten (31), die der Länge nach und symmetrisch auf einem unteren Teil der Wandung des Schachtes (32) befestigt sind.

2. Flotationsapparatur zur Trennung nichtmischbarer Flüssigkeiten, insbesondere zur Trennung von Wasser und Kohlenwasserstoffverunreinigungen, bestehend aus einem zylindrischen oder rechtwinkligen Behältnis, das mittels Zwischenwänden unterteilt ist in einen abgetrennten Teil zur Homogenisierung des zugeführten Durchflusses (1), Flotationszellen (2), ausgestattet mit Zyklonturbinen (Wirbelturbinen), und einem Schacht zum Abschöpfen (6), dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Apparatur Zyklonturbinen (Wirbelturbinen) nach Anspruch 1 befinden.