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Filter zur Trennung emulgierter Flüssigkeiten
In der Industrie werden
häufig lose geschüttete Stoffe feiner Körnung als Filter benutzt. Die Filtrierung
mit diesen Stoffen besitzt verschiedene Vorteile, die den Filtern aus festen Stoffen,
welche meist gebrannt oder gesintert oder verfilzt sind, abgehen. Sie sind leicht
austauschbar, man hat die Möglichkeit, ihre Korngröße und deren Zusammensetzung,
die Schichtdicke usw. zu ändern, ohne an der Filtereinrichtung selbst wesentliche
Umbauten vornehmen zu müssen. Vor allem sind die losen Filter in den meisten Fällen
ganz wesentlich billiger als die festen. Ihr Nachteil besteht aber darin, daß der
lose Filterstoff einer Stützung bedarf, daß er zuweilen, je nach Lage im Gefäß,
örtlich verschieden dicht ist, und daR er sich während der Filtrierung bezüglich
seines Volumens verändert.
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Diese Nachteile haften naturgemäß auch solchen Kiesfiltern an, bei
denen die emulsionstrennende Sandschicht zwischen gröbere Körnung eingeklemmt ist,
wobei sich vor allem die folgenden Störungen ergeben haben, die ein wirtschaftliches
Arbeiten dieser Anlage überhaupt in Frage stellen können: a) Das durch das Filter
fließende emulgierte Rohöl sucht den Sand möglichst zu umgehen. Es strömt nicht
gerade durch ihn durch, sondern möglichst nur an der metallischen Wand des Gefäßes
entlang. Es ist dieses verständlich, wenn man bedenkt, daß die Zwischenräume, die
aufeinandergeschüttete Körner gleicher Größe untereinander l)ilden, ganz erheblich
kleiner sind als die zwischen diesen Körnern und einer Wand, an der sie anliegen.
Dadurch wird die Fähigkeit solcher Filter zur Brechung von Emulsion wesentlich I>eeinträchtigt.
b) Während der Arbeit, also beim Fließen des Rohöls durch den Sand, verdichtet sich
der Sand, er sackt zusammen, besonders wenn die Speisepumpe, durch die das Ö1 zugeführt
wird, in Stößen arbeitet, was sich bei machanisch betriebenen Kolbenpumpen nicht
vermeiden läßt. Hierdurch hilden sich Risse und Spalten in der Filterschicht, durch
die das Rohöl nun strömt, ohne daß die Emulsion im erforderlichen Maße gebrochen
wird. c) Hat sich der Sand etwas gelockert, so bilden sich Hohlräume. Das über dem
Feinsand befind-
liche grobe Korn wandert allmählich nach unten,
der Strömung entgegen. Der Sand bewegt sich nach oben mit dem Strom. Hierdurch bricht
nach einer gewissen Laufzeit die ganze Schichtung des Filters zusammen, und das
Gefäß muß neu gefüllt werden. d) Ein Nachfüllen des Filzes mit Sand ist recht umständlich,
da hierzu erst der Deckel des Ge-Gefäßes, der wegen des hohen Druckes eine ganze
Anzahl starker Befestigungsschrauben besitzt, entfernt, und dann das grobe, über
dem Sand lagernde Korn abgehoben werden muß.
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Der Zweck des hier beschriebenen Filters, in zwei abwarten in Abb.
I und Abb. II schematisch dargestellt, ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
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Seine Konstruktion beruht auf folgender Überlegung: Das Fließen des
Öls an der Wand entlang, also die Randgängigkeit, kann vermieden werden wenn die
Wand nicht glatt ist, sondern gleiche Unebenheiten besitzt wie das Sandkorn selbst.
Das wird aber in einfacher Weise dadurch erzielt, daß die inneren Wandoberflächen
zementiert werden oder wenigstens Zementeinlagen erhalten. In diesen noch nicht
ganz abgebundenen Zement oder Beton wird dann Sand von gleicher Körnung, wie der
zur Brechung von Emulsion benutzte, eingedrückt und damit bestreut.
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Die Nachteile des Zusammensackens können behoben werden durch das
Anbringen von leicht zugänglichen Öffnungen, durch die der Sand von außen her, während
einer kurzen Betriebspause, nachgefüllt werden kann.
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Grobes Korn wird zweckmäßig nur noch unter, jedoch nicht mehr auch
über dem Feinsand verwendet. Der Sand wird am Fortströmen besser durch ein Rohr
feiner Lochung verhindert. Da es zu kostspielig ist, ein Rohr mit den entsprechend
dem Sandkorn gewählten Löchern zu versehen, verwendet man besser ein feinmaschiges
Sieb, das über das gelochte Rohr gespannt wird. Das gelochte Rohr muß außerdem solch
eine Lage im Gefäß und solch eine Form erhalten, daß es das Nachfüllen und Feststampfen
des Sandes von außen her durch die Einfüllstutzen nicht behindert.
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Abb. I schildert ein Kiesfilter, das den gestellten Anforderungen
entspricht für den Fall, daß das emulgierte Rohöl oder eine andere zu reinigende
Flüssigkeit von unten nach oben strömt. Abb. II zeigt ein Filter, das den gleichen
Ansprüchen genügt, bei dem das Öl von außen nach innen strömt.
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Hierin bedeuten Abb. I: 1 druckfestes Gefäß, 2 konischer Deckel,
2a Einfüllstutzen, 3 trichterförmiger Boden, 4 Deckel des Einfüllstutzens, 5 Dichtung,
z. B. aus Gummi, 6 Zwischenplatte, 7 Handgriffe, am Deckel 5 angeschweißt, 8 Ölzuleitungsrohr,
9 Olableitungsrohr, lo Leitung für den Schlammablauf, II bis 13 Vew tile oder Schieber
oder Hähne, I4 gelochtes Verteilungsrohr, Ig gelochte druckfeste Platte, I6 Einsatzring
aus Blech, I7 und I8 Zement- oder Betonringe mit eingepreßtem Sand, I9 ringförmiges,
gelochtes Rohr für den Ol-Wasser-Ablauf (dieses Rohr ist mit einem Tressenfiltergewebe
enger Maschung umspannt), 20 Füße des druckdichten Gefäßes 1, 21. grober Kies, der
zur Stützung des Sandes dient (dieser besitzt unten grobe, nach oben fortschreitend
aber immer feiner werdende Körnung), 22 Feinsand oder Gesteinssplitt oder Keramikgrus
oder Glassplitter u. dgl., der die Eigenschaft hat, die Emulsion zu brechen, wenn
er vom unreinen Rohöl unter Druckabfall durchströmt wird.
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Abb. II: 22 Feinsand, wie bei Abb. I geschildert, 23 druckfestes
Gefäß, 24 gelochtes Rohr, das innen mit Filtertressengewebe bespannt ist, 25 gelochtes
Rohr, das außen mit Filtertressengewebe 38 bespannt ist, 26 Boden aus Eisenblech
(dieser wird erst nach der Sandfüllung und nach dem Betonieren am Rohr 25 befestigt),
27 Rohrstutzen, die ohen mit Außengewinde versehen sind, 28 Deckel, auf die Rohrstutzen
27 aufschraubbar, 29 Deckel für das druckdichte Gefäß, 30 und 3I Zement oder Beton,
in dessen Oberfläche vor dem Abbinden Sand eingepreßt worden ist, 32 Zulaufleitung
für Öl (emulgiert), 33 Ablaufleitung für das 01 (emulsionsfrei, aber salzwasserhaltig),
34 bis 36 Ventile oder Schieber oder Hähne, 37 Schlammablaufleitung, 38 Filtertressengewebe
mit etwas feinerer AIaschenweite als die Korngröße des Sandes, 40 Füße des druckdichten
Gefäßes 23.
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Das Filter mit dem Ölstrom von unten nach obtn nach Abb. I arbeitet
wie folgt: Das Rohöl, emulgiert, gelangt heiß und unter Druck von mehreren Atmosphärenüberdruck
durch das Ölleitungsrohr 8 in das Verteilungsrohr 14, perlt hier eine Strecke durch
das schon vorher aus dem Öl abgeschiedene Salzwasser und gibt hierbei sein freies
Wasser ab.
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Es dringt dann durch die Platte 15 und den groben Kies 2I in den Feinsand
22 ein. Hierin wird die Emulsion gebrochen, und das resultierende 01 und Salzwasser
fließt über ein Tressengewebe in das Olableitungsrohr g ab. Die Tonteile des Rohöls
haben sich inzwischen teils am Grobkies 2I, teils im Feinsand 22, hauptsächlich
aber an der Übergangsstelle beider, abgelagert. Hierdurch erhöht'sich im Laufe des
Betriebes der Druckabfall im Filter immer mehr. Hat dieser das höchstzulässige Maß
erreicht, so wird das Ventil ii geschlossen. Ist der Druck im gesamten Filter auf
den Einlaufdruck angewachsen, so wird auch Ventil 12 geschlossen und dann Ventil
I3 plötzlich geöffnet. Nun strömt Salzwasser und Öl aus dem trichterförmigen Boden
3 durch die Leitung für Schlammablauf IO nach außen. Der Druck im ganzen Filter
fällt ab.
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Hierdurch verdampft ein Teil des sehr heißen Öls, das sich zwischen
den Sandkörnern und im Ablaufrohr I9 befindet. Ein Teil des vorhandenen Wassers
verdampft auch. Diese Dämpfe strömen mit großer Geschwindigkeit nach unten fort.
Hierbei wird der angesetzte Ton mitgerissen und ins Freie befördert. Hierauf wird
Ventil I3 geschlossen, die Ventile 11 und 12 geöffnet und die Filtrierung zwecks
Rrechung der Emulsion beginnt von neuem.
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Das Filter mit der Strömungsrichtung von außen nach innen gemäß Abb.
II arbeitet wie folgt: Durch die Zulaufleitung 32 strömt das emulgierte Rohöl
heiß
und unter Druck stehend ein. Es dringt erst durch das gelochte Rohr 24 und das Tressengewebe
38 in den emulsionbrechenden Feinsand 22 ein, durchströmt diesen unter Druckabfall
und gelangt durch das Tressengewebe 38 und das Rohr 25 in die Ablaufleitung 33.
Der im Sand abgesetzte Ton wird von Zeit zu Zeit, ähnlich wie beim Filter nach Al)l).
I beschrieben, nach außen gedrückt und durch die Schlammablaufleitung 37 fortgespült.
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In beiden beschriebenen Filtern nach Abl). I und Abb. II wird der
Sand nach einer gewissen Betriebszeit zusammensacken. Nun werden die Deckel 4 hzw.
28 ahgeschraul)t, neuer Sand eingefüllt und dieser dann mit Stampfern fest nach
unten gedrückt und geschlagen. Hierdurch werde die im Sand vorhandenen Risse und
Spalten wieder geschlossen. Nach Zuschrauben dieser Deckel (4 bzw. 28) kann dann
die Arbeit nach nur kurzer Unterbrechung wiederaufgenommen werden. Im Filter nach
Abb. I kann das Öl nicht an der Wand entlang fließen. weil es ja durch die Einsatzringe
aus Blech I6 immer wieder der Mitte zugeleitet wird. Die Zementringe I7 und I8 verhindern
die Randgängigkeit über eine längere Strecke.
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Im Filter nach Abb. II fehlt überhaupt jegliche Metalloberfläche,
an der das Rohöl unter Umgehung des Sandes von außen nach innen fließen könnte.
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Für ein stark tonhaltiges Rohöl eignet sich das Filter mit Grobkiesbett
(Abb. 1) besser. da der Ton aus dem Kies leichter fortgespült wird als durch das
Tressengewebe hindurch. Das Filter nach Abb. II, also mit dem Fluß von außen nach
innen, besitzt dagegen l)ei gleicher Gefäßgröße die größere Sandoherfläche auf der
Oleintrittsseite. In ihm kann eine größere Rohölmenge pro Zeiteinheit verarheitet
werden.
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Es soll für die hier beschriebene Vorrichtung ohne Belang bleiben:
a) ob die ganze innere 01etalloberfläche mit Zement abgedeckt wird oder nur ein
Teil derselben. h) wie groß die Anzahl der Nachfüllöffnungen ist, oh diese nur oben
oder auch seitlich angehracht sind, oh frischer Sand nachgefüllt oder oh nur ein
fester Körper in den vorhandenen Sand eingepreßt wird, c) welche Korngröße für den
Kies und Sand, welche Maschenweite für das Tressengewehe, welche Lochdurchmesser
für die gelochten Rohre I9, 25, 24 und die gelochte Platte 15 gewählt wird, d) ob
für die Filtrierung Feinsand oder Gesteinssplitt oder keramische Körner oder Glassplitter
oder ähnliche Stoffe gewählt werden und ob diese eckig oder rund sind.
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PATENTANSPROCHE: 1. Filter zur Trennung emulgierter Flüssigkeiten,
insbesondere zur Trennung von heißem I?oböl-Salzwasser-Gemi sch. in dem Feinsand
oder ein ähnlicher Stoff unter Druckabfall zwecks Zerlegung der Emulsion durchströmt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Feinsand (22) zugekehrten Wandflächen
der metallischen Filtergehäuse mit Zement- oder Betonülerzügen (30. 31) versehen
sind, in deren Oberfläche Feinsand eingebettet ist, und an gUt zugänglicher Stelle
der druckfesten Gefäße (I, 23) leicht verschließbare Einfüllstutzen (2a, 27) für
den Feinsand 0. dgl. angel)rac!lt sind.