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Absetzbehälter zum Trennen von Flüssigkeiten auf Grund ihres spezifischen
Gewichtes
Die vol-liegende Erfindung bezieht sich auf die Scheidung von zvei Flüssigkeiten,
die sich miteinander in Mischung bzw. labiler Emulsion befinden und sich auf Grund
ihres unterschiedlichen spezifischell Gewichtes voneinander trennen lassen. Es ist
üblich zu diesem Zwecke die betreffenden Gemische langsam dadurch Absetzgefäße strömen
zu lassen, von deren Ende dann eine obere leichte und eine untere scjiwcre Schicht
entnommen werden kann. Dieses Verfahren hat den großen Nachteil, daß infolge der
in dem Gefäß vorhandenen turbulenten Strömungen die Scheidung der Flüssigkeiten
sich außerordentlieb langsam vollzieht und dementsprechend verhältnismäßig große
Behälter erforderlich sind.
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Es sind schon verschiedene Vorschläge erfolgt, um dieses Trennverfahren
zu beschleunigen und den Behälterraum in wirtschaftlicher Weise ausnutzen zu können.
So ist beispielsweise in Vorschlag gebracht worden, zur Unterbindung der turbulenten
Strömungen, welche der Trennung der Flüssigkeiten nach ihrem spezifischen Gewicht
durch Absetzen entgegenwirken, das Gemisch durch zwischen Stirnplatten in das waagerechte
Absetzgefäß eingesetzte horizontale Rohre von geringem Durchmesser durch-
zuleiten.
Da hierdurch weitgehend eine laminare Strömung gesichert ist, wird eine Erleichterung
der Trennung des Gemisches bewirkt. Es ist auch bekannt, die abgetrennte leichtere
Flüssigkeit oder auch die schwerere durch entsprechende Bohrungen oder Oeffnungen
in den Rohren auf dem kürzesten Wege abzuführen. Derartige Verfahren bieten gegenüber
der Benutzung einfacher Absetzbehälter Vorteile, andererseits ist jedoch auch mit
ihnen eine sohlechte Raumausnutzung des Absetzbehälters verbunden, da ja nur die
eingesetzten Rohre von der zu zerlegenden Flüssigkeit durchflossen werden.
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Andererseits ist auch schon vorgeschlagen worden, bei Extraktionsverfahren,
die im Gegenstrom ausgeführt werden sollen und für deren Ausführung ein liegender,
in mehrere Abschnitte geteilter Behälter vorgesehen ist, in die in gewissen Abständen
Riihrvorrichtungen eingebaut sind, den Raum zwischen je zwei Vorrichtungen horizontal
durch Bleche in Schichten aufzuteilen. Da sich innerhalb dieser Schichten zwei Flqbssigkeiten
gegeneinander bewegen, die ihrerseits wiederum Gemisohe sind mit hinsichtlich ihres
spezifischen Gewichtes unterschiedlichen Anteilen, kann eine Trennung der verschiedenen
Gemischanteile in der vorliegend beabsichtigten Form nicht eintreten.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Gemische zunächst auf kurzer
Strecke unter Ausnutzung des gesamten Querschnitts des Absetzbehälters in einzelne
Flüssigkeitsströme geringer Höhe mittels entsprechender Einbauten aufzuteilen. Hierdurch
wird die Bildung turbulenter Strömung unterhunden, und innerhalb der zahlreichen
Durchflußräume, die einen beliebigen Querschnitt aufweisen können, sinken und steigen
die kleinsten Tröpfchen der dispergierten Phase bis zum Boden oder zur Decke und
vereinigen sich dort zu größeren Tropfen, die beim Austreten in den nicht unterteilten
Raum des Durchflußbehälters verhältnismäßig rasch zu Boden sinken bzw. aufsteigen
und sich entsprechend schnell als untere schwerere und obere leichtere Schicht sammeln.
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Zur Unterteilung des vorderen Teiles des Absetzgefäßes eignen sich
beispielsweise in der Strömungsrichtung verlaufende Rohre. In diesem Fall wird gegenüber
dem bekannten Verfahren auch der Zwisehen raum zwischen den Rohren von der Flüssigkeit
durchflossen.
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Die erwünschte horizontale Aufteilung des Flüssigkeitsstromes beim
Eintritt in den Absetzbehälter wird in besondersvorteilhafterWeise durch zueinander
parallel verlegte und in geringem Abstand voneinander befindliche Bleche mit gewelltem
oder zackigem Profil erreicht. Die hierbei zum Boden sinkenden bzw. zur Decke steigenden
Tröpfchen vereinigen sich in den durch die Form der Bleche gebildeten, in der Strömungsrichtung
verlaufenden Rinnen zu entsprechenden leichteren bzw. schwereren Flüssigkeitsfäden.
Mit der Anwendung solcher Bleche ist der besondere Vorteil verbunden, daß infolge
der Parallelunterteilung des Flüssigkeitsstromes die längste Steig- bzw. Sinkstrecke
der Tröpfchen an allen Stellen der Durchflußräume die gleiche ist. Hierdurch ergibt
sich ein gleichmäßigeres Strömen der Flüssigkeit und Sammeln der dispergierten Tröpfchen
als bei Unterteilung des Raumes durch Rohre, da sowohl diese selbst als auch die
Zwischenräume zwischen i!hnen die verschiedensten Höhen bzw. für die Tröpfchen die
verschiedensten zu durehmessenden Weglängen aufweisen.
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Die Bleche werden so angeordnet, daß sich jeweils Wellenberg über
Wellenberg und Wellental unter Wellental befinden. Dementsprechend bilden sich beim
Austritt der gebildeten Flüssigkeitsströme aus den Teilräumen nebeneinander vertikale
Flüssigkeitsschichten, die abwechselnd aus der leichteren und schwereren Flsüssigkeit
bestehen. Hierdurch wird wiederum ein leichteres Absetzen der an sich bereits getrennten
Flüssigkeiten erreicht.
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Um zu verhindern, daß die aus den Flüssigkeitsrinnen austretenden
Flüssigkeitsströme durcheinanderfließen, wird weiterhin vorgeschlagen, die jeweils
übereinanderliegenden Flüssigkeitsströme durch vertikale Leitbleche einzuschließen,
die im Anschluß an die waagerechten Bleche so angeordnet sind, daß je zwei aufeinanderfolgende
einen vertikalen Raum abgrenzen, der die übereinanderliegenden Wellenberge einerseits
und Vertiefungen andererseits verbindet. In diesen vertikalen Räumen ist ebenfalls
eine laminale Strömung gesichert. In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein,
die vertikalen Bleche in einem gewissen Abstand von den waagerechten Blechen anzuordnen.
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Bei Anwendung zickzackförmiger Bleche ist die Anordnung entsprechend.
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Nach ,der zuletzt beschriebenen Ausführung der Erfindung wird somit
die in den Absetzbehälter einfließende Fl!üssigkeit in Flüssigkeitsströme geringer
Höhe durch gewellte oder zickzackförmige Bleche in Flüssigkeitsschichten geringer
Höhe unterteilt, so daß eine laminare Strömung gesichert ist und die dispergierten
Tröpfchen sich in den durch die Form der Bleche gebildeten Rinnen sammeln können.
Die jeweils übereinanderl iegenden Flüssigkeitsfäden werden dann bei Austritt aus
dem horizontal unterteilten Raum des Absetzbehälters, durch Leitbleche getrennt,
von den benachbarten Flüssigkeitsströmen abgeführt und gelangen dann erst in den
großräumigen Teil des Absetzbehälters, wo sich eine denkbar schnelle Sammlung der
bereits getrennten Flüssigkeitsteile vollzieht.
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Der Abstand der parallel angeordneten Bleche bzw. die Höhe der Teilströme,
in die die zu zerlegende Flüssigkeit erfindungsgemäß zerlegt wird, ist jeweils abhängig
von deren Beschaffenheit, ferner von der Durchflußgeschwindigkeit. Wesentlich ist,
daß in den Durchfluß räumen eine laminare Sturz mung gesichert ist.
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Die Länge der Rohre bzw. der horizontalen Bleche in dem vorderen
Teil des Absetzgefäßes läßt sich auf Grund eines einfachen Absetzversuches in einem
Standglas bestimmen, bei welchem die Zeit festgelegt wird, innerhalb derer ein Flüssigkeitstropfen
der offenen Phase einen bestimmten Weg zuriicklegt. Ist diese Geschwindigkeit v,
die größte
Höhe einer Fliissihkeitsschict H und die Durchflußgescl1windiglieit
der Ntischung V, so ergibt sich die erforderliche Länge der Flüssigkeitsschicht
L aus tler (leicbung V L = H. v Die erforderliche Länge der vertikalen Leitbleche
läßt sich leicht auf empirischem Wege feststellen.
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Ebenso ist der günstigste Abstand der Leitbleche voneinander von
Fall zu Fall verschieden. Bestimmend hierfür ist ebenfalls, daß in den hierdurch
gebildeten vertikalen Räumen eine turbulente Strömung unterbunden wird. So können
die Bleche in gleicbmäß igem Abstand voneinander angeordnet sein. In diesem Fall
heträgt der Abstand eine halbe Wellcnliingc. bezogen auf die Wellung des Bleches,
und der die NVellenl)erge abgrenzende Raum, in dem die leichtere Flüssigkeit abgeführt
wird, ist ebenso groß wie der die Vertiefungen verbindende vertikale Raum, (leer
die schwerere Flüssigkeit abführt.
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Wenn jedoch die zu zerlegende Flüssigkeit beispielsweise zu weit größerem
Teil aus der schwereren Flüssigkeit besteht, so ist es zweckmäßig, die die Vertiefungen
zusammenfassenden vertikalen Räume weiter zu wählen als die entsprechenden Räume,
welche die übereinanderliegenden Wellenberge abgrenzen. In diesem Fall sind die
Abstände von je zwei übereinander folgenden Blechen ungleich.
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Die Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bestehen
in dem weit geringeren Raumbedarf der Absetzgefäße und in der dadurch bedingten
wesentlichen Zeitersparnis. Das Verfahren ist beispielsweise anwendbar zur Trennung
von Ölwassergemischen und zur Trennung von Raffinat- und Extraktlösung bei der Aufbereitung
von Öl mit selektiven Lösungsmitteln, wie beispielsweise fliissigem Schwefeldioxyd,
Nitrobenzol, Furfurol u. dgl. In letzterem Fall wirken sich die Vorteile des Verfahrens
in erhöhtem Maße aus, weil die Raffination bzw. Extraktion in mehreren hintereinandergeschalteten
Absetzgefäßen durchgeführt zu werden pflegt und nunmehr in jeder dieser Stufen die
beschleunigte Trennung von Raffinat- und Extraktlösung erzielt wird. Aus dem erhöhten
Durchsatz ergibt sich des weiteren der Vorteil, daß die Menge des umlaufenden Lösungsmittels
eine sehr viel geringere sein kann als bei den bekannten Verfahren und somit Lösungsmittel
eingespart wird.
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Beispielsweise sind für eine Anlage, in der Mineralöl mit Benzol-S
0 behandelt werden soll, bisher für einen bestimmten Durchsatz Absetzgefäße bblich
gewesen, die einen Durchmesser von etwa I,7 m und eine Länge von etwa Vom aufwiesen.
Durch Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens läßt sich bei gleichem Durchsatz
das Trennen in entsprechend ausgebildeten kleinen Gefäßen durch führen, die bei
einem Durchmesser von 0,55 m eine Länge von 3,65 m aufweisen, wobei eine Ersparnis
in umlaufenden Lösungsmitteln von rund 94 O/o erzielt werden kann.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens machen sich auch besonders beim
Umschalten der Anlage von einer Ölsorte auf die andere bemerkbar, weil die insgesamt
im Umlauf befindliche Ölmenge bei dem neuen Verfahren nur etwa 3 O/o der Ölmenge
beträgt, die nach der bisher üblichen Arbeitsweise in der Apparatur enthalten ist.
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Zum besseren Verständnis des neuen Verfahrens sind in den Fig. I
bis 5 Schemata von Absetzgefäßen gemäß vorliegender Erfindung dargestellt.
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Eine gemäß Fig. I ausgebildete, Rohrbündel enthaltende Vorrichtung
kann beispielsweise für die Entwässerung von rohen Mineralölen folgende Abmessungen
aufweisen: Durchmesser des zylindrischen Durchfiußbehälters 2,40 m, Länge des Zylinders
I6m, Länge desRohrbündels 7m, Durchmesser der Rohre 20 mm. In einer solchen Vorrichtung
können bei einer Temperatur von I500 etwa I000 t Rohöl pro Tag entwässert werden,
wobei ein Rohöl mit einem Wassergehalt von nur o,I O/o so getrocknet wird, daß im
ablaufenden Öl Wasser nicht mehr nachzuweisen ist.
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Unter Umständen, wie z. B. bei der vorstehend erwähnten Anwendungsform,
kann es zweckmäßig sein, den Durchflußbehälter schwach geneigt aufzustellen, so
daß sich die abgeschiedene schwerere Flüssigkeit in einem Abscheider (bei 7) sammelt
und von dort entweder in geeigneten Zeitabständen von Hand abgezogen oder kontinuierlich
unter Benutzung eines geeigneten Reglers zum Abfluß gebracht wird.
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Fig. 2 zeigt den der Eintrittsstelle der Flülssigkeit benachbarten
Teil des Absetzgefäßes entsprechend Fig. I im Querschnitt.
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Die Fig. 3 bis 5 zeigen Absetzgefäße bei Einbau von gewellten bzw.
gezackten Blechen.
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Das mit I bezeichneteAbsetzgefäß ist in Fig. 3 im Längsschnitt, in
den Fig. 4 und 5 im Querschnitt gezeigt.
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Die zu zerlegende Flüssigkeit gelangt in das Absetzgefäß l durch
Konus 2 und wird in dem Raum 3 durch die Bleche 4, die einen zickzackförmigen oder
wellenförmigen Querschnitt aufweisen, in Schichten aufgeteilt. Nach Durchgang der
Flüssigkeit durch den waagerecht unterteilten Raum 3 werden die gebildeten Flüssigkeitsströme
gleicher Art in dem Raum 5 durch die vertikal angeordneten Leitbleche 6 gesammelt
und treten sodann in den großräumigen Absetzbehälter aus, wo sich die getrennten
Flüssigkeiten sammeln. Die schwerere Flüssigkeit wird durch Stutzen 7, die leichtere
durch Stutzen 8 entnommen.
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Die Führung des Flüssigkeitsgemisches in den verschiedenen Teilräumen
des Absetzgefäßes ist noch besser an den Querschnitten in den Fig. 4 und 5 zu erkennen,
die durch die unterteilten Räume 3 und 5 gelegt sind. In Fig. 4 sind in den vorderen
Teil des Absetzgefäßes zickzackförmige Bleche 4 eingesetzt. Der leichtere Flüssigkeitsanteil
sammelt sich in den oberen Rinnen 9, der schwerere entsprechend in den unteren Rinnen
10. Mit 6 sind die Leitbleche bezeichnet, die so angeordnet sind, daß je zwei benachbarte
die Austrittsstellen der oberen bzw. unteren Sammelrinnen vereinigen.
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Fig. 5 zeigt einen entsprechenden Querschnitt mit wellenförmigen
Querbleehen.