DE9403773U1

DE9403773U1 - Phasentrennvorrichtung und Phasentrennprofil

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Publication number: DE9403773U1
Application number: DE9403773U
Authority: DE
Original assignee: FRANKEN FILTERTECHNIK oHG
Current assignee: FRANKEN FILTERTECHNIK oHG
Priority date: 1994-03-05
Filing date: 1994-03-05
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2004-03-06

Description

F05G941

Phasentrennvorrichtung und Phasentrennprofil

Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasentrennvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Phasentrenn- profil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 zum Einsatz in einer derartigen Phasentrennvorrichtung.

Zur Trennung der Phasen einer Dispersion aus zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten, beispielsweise einer als Kühlflüssigkeit für Bohr- oder Drehmaschinen verwendeten Öl-in- Wasser-Dispersion, werden Phasentrennvorrichtungen sogenannte Plattenabscheider - verwendet, bei denen die Flüssigkeit zwischen zur Horizontalen geneigten Phasentrennprof ilen hindurchströmt. Dabei bewegen sich die Tropfen der leichten Phase aufgrund der Schwerkraft nach oben auf die Unterseite des oberen Phasentrennprofils zu. Aufgrund ihrer Koaleszenz verbinden sich die Tropfen der leichten Phase miteinander und benetzen die Unterseite des Phasentrennprofils. Dabei bilden sie eine aufgrund ihrer geringen Dichte entlang der geneigten Unterseite nach oben strömende Flüssigkeitsschicht .

Aus der DE-AS 21 64 476, der US-PS 3,957,656 und der US-PS 3,847,813 sind unterschiedliche Plattenabscheider bekannt, bei denen die Phasentrennprofile aus gewellten oder spitzdachförmigen Platten bestehen, die entweder waagerecht oder geneigt in dem Plattenabscheider befestigt sind. Zwischen 0 den benachbarten Oberflächen zweier Phasentrennprofile bilden sich geneigte Strömungsspalte für die Flüssigkeit aus.

Der Durchsatz eines Plattenabscheiders und die Qualität der 5 Trennung der Phasen ist davon abhängig, wie schnell die Tropfen der leichten Phase an der Unterseite der Phasentrennprofile koaleszieren, d.h. welche Menge der leichten

Phase sich in einer bestimmten Zeiteinheit an der Unterseite der Phasentrennprofile sammelt und nach oben abströmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Phasentrennvorrichtung zu schaffen, deren Durchsatz und Trennqualität gesteigert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 9 gelöst.

Durch die Anordnung eines nach unten ragenden, vorzugsweise wulstförmigen Vorsprungs an der Anströmkante des Phasentrennprofils ergibt sich eine Verengung des Strömungsquerschnitts, und es bildet sich hinter dem Vorsprung ein Wirbel aus. Für die Koaleszenz der Tropfen der leichten Phase an der Unterseiten des Phasentrennprofils ist die Geschwindigkeitskomponente der Tropfen in Richtung auf die Unterseite maßgeblich. Durch den Wirbel hinter dem Vorsprung erhält die Strömung und damit die Tropfen eine quer zur Unterseite des Phasentrennprofils auf diese Unterseite zu verlaufende Geschwindigkeitskomponente. Diese Geschwindigkeitskomponente überlagert sich der natürlichen Auftriebsgeschwindigkeit der Tropfen der leichten Phase in der Dispersion und begünstigt so erheblich den Transport der Tropfen zur Unterseite des Phasentrennprofils und damit die Koaleszenz der Tropfen in die Schicht der leichten Phase an der Unterseite hinein.

Darüberhinaus ist die Größe der Tropfen, die an die Unterseite des Phasentrennprofils transportiert werden, für die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsabtrennung erheblich. Die 0 Tropfengröße kann durch Koaleszenz der Tropfen innerhalb der Flüssigkeitsströmung vergrößert werden. Diese Koaleszenz wird dadurch begünstigt, daß der statische Druck der schnell strömenden Flüssigkeit in der durch den Vorsprung verursachten Querschnittsverengung gering ist und in dem dahinter 5 liegenden Bereich, in dem der Strömungsquerschnitt des Spaltes zwischen den Phasentrennprofilen zunimmt und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, wieder ansteigt.

Dieser Anstieg des statischen Drucks führt dazu, daß die kleinen Tropfen zu größeren Tropfen koaleszieren, bevor sie auf die Unterseite des Phasentrennprofils auftreffen. Auch hierdurch wird die Abtrennrate der leichten Phase aus der Dispersion erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Phasentrennvorrichtung sind mehrere Phasentrennprofile in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Die Phasentrennprofile weisen dann auch an der Abströmkante einen Vorsprung auf, an dem sich ein Wirbel ausbildet, der wiederum eine nach oben gericht- tete Geschwindigkeitskomponente in der Abströmung erzeugt. Diese Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit bleibt beim Anströmen des nächsten Phasentrennprofils erhalten und begünstigt ebenfalls den Transport der Tropfen zur Unterseite des Phasentrennprofils.

Vorzugsweise sind die Phasentrennprofile spitzdachförmig ausgebildet, d.h. sie weisen zwei längliche Seitenwände auf, 0 die an ihren oberen Längskanten miteinander und in einem Winkel zueinander verbunden sind. Diese Phasentrennprofile werden in Querrichtung durchströmt und können vertikal übereinander angeordnet und so zu Profilreihen zusammengefaßt sein. Mehrere dieser Profilreihen können in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein, wobei die Abströmkante einer Profilreihe von der Anströmkante der darauffolgenden Profilreihe einen Abstand aufweist. Auf diese Weise läßt sich in einem geringen Bauraum eine große, für die Phasentrennung wirksame Profilober- fläche realisieren. Die 0 leichte Phase benetzt jeweils die Unterseite der Phasentrennprofile und sammelt sich in dem Winkel der Phasentrennprof ile. Damit die gesammelte Flüssigkeit aus diesem Winkel heraus nach oben abströmen kann, sind in dem Winkelbereich in Längsrichtung mehrere Öffnungen im Abstand zueinander angeordnet. Mindestens zwei dieser Öffnungen jedes Phasentrennprof ils werden von einer Verbindungsstange durchragt, die die Profilreihen zusammenhält.

Durch den Abstand zwischen Abströmkante und Anströmkante zweier benachbarter Profilreihen entsteht ein vertikaler Spalt zwischen den Profilreihen. Schwere Verschmutzungspartikel, die möglicherweise in der Dispersion vorhanden sind und die sich auf den Oberseiten der spitzdachförmigen Phasentrennprofile ablagern und nach unten abgleiten, können durch diese vertikale Spalte nach unten abrieseln. So wird es möglich, zusätzlich zur Abtrennung der leichten Phase aus der Dispersion auch Verschmutzungen durch Festkörperpartikel, die eine höhere Dichte als die schwere Phase der Dispersion haben, abzuscheiden.

Vorzugsweise sind die Seitenwände der Phasentrennprofile über einen Verbindungssteg miteinander verbunden, in dem die Öffnungen für den Flüssigkeitsdurchtritt und für die Verbindungsstangen angeordnet sind. Für den Fall, daß der Verbindungssteg eine rinnenförmige obere Fläche aufweist, wird die Flüssigkeitsströmung in Verlängerung der Seitenwand des 0 Phasentrennprofils nach oben gelenkt, so daß die durch die Öffnungen hindurchtretende, nach oben aufsteigende, leichte Phase, die sich im Winkel unterhalb des Phasentrennprofils gesammelt hat, von der nach oben gerichteten Flüssigkeitsströmung schnell in den Winkel des über den Öffnungen liegenden Phasentrennprofils transportiert wird. Hierdurch ist die Gefahr reduziert, daß die Flüssigkeitsströmung die durch die Öffnungen nach oben aufsteigende leichte Phase in Strömungsrichtung mitreißt und deren Transport an das obere Ende der Profilreihe verhindert.

Zur Verbindung der einzelnen übereinander angeordneten Phasentrennprofile in einer Profilreihe können Distanzstücke, insbesondere Distanzhülsen, vorgesehen sein, die zwischen den Phasentrennprofilen auf die Verbindungsstangen 5 geschoben sind. Durch Auswahl von Distanzhülsen unterschiedlicher Länge oder durch Anordnen mehrerer Distanzhülsen zwischen je zwei Phasentrennprofilen kann der Abstand zwi-

-&Xgr;&Igr; sehen den Phasentrennprofilen variiert werden. Zur Phasentrennung einer Dispersion mit hohem Anteil der leichten Phase ist ein großer Profilabstand zu wählen, wogegen für die Trennung einer Dispersion, die nur noch einen geringen Anteil der leichten Phase aufweist, ein kleiner Profilab-• stand zu wählen ist. Es kann also vorteilhaft sein, wenn der Abstand zwischen den Phasentrennprofilen der aufeinanderfolgenden Profilreihen in Strömungsrichtung abnimmt.

Zur wirksamen Phasentrennung sind die Phasentrennprofile der erfindungsgemäßen Phasentrennvorrichtung aus einem Werkstoff zu fertigen, der gut durch die disperse Phase benetzbar ist. Hierfür eignen sich insbesondere Metall, Glas oder Kunststoffe wie PTFE o.a.

Aus den Ansprüchen 9 und 10 gehen Phasentrennprofile für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Phasentrennvorrichtung hervor.

0 Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.

Die Zeichnungen zeigen in
25

Fig. 1 den Querschnitt durch zwei aufeinanderfolgende

Profilreihen einer erfindungsgemäßen

Phasentrennvorrichtung,
Fig. 2 den Querschnitt durch zwei aufeinanderfolgende

0 Profilreihen mit größerem Abstand zwischen den

einzelnen Phasentrennprofilen und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Profilreihen aus Fig. 2.

5 In den Fig. 1 und 2 sind jeweils vier übereinander angeordnete Phasentrennprofile 1 einer Profilreihe im Querschnitt dargestellt, welche aus zwei länglichen, rechteckigen Sei-

-&dgr;&igr; tenwänden 2 bestehen, deren obere Längskanten über einen Verbindungssteg 3 miteinander verbunden sind. Die übereinander liegenden Phasentrennprofile 1 sind mit mindestens zwei Verbindungsstangen 4 miteinander verbunden. Die Verbindungsstangen 4 sind möglichst gleichmäßig über die gesamte Länge ■ der Profilreihe verteilt und weisen am unteren Ende einen Kopf 5 und am oberen Ende einen Gewindeabschnitt auf, auf den eine Mutter 6 geschraubt ist. Im praktischen Einsatz werden die Profilreihen zwischen zehn und zweihundert übereinander angeordnete Phasentrennprofile 1 aufweisen. Zwischen zehn und zwanzig dieser Profilreihen sind in einem Gehäuse mit einem Zulauf für die Dispersion, einem Ablauf für die leichte Phase, einem Ablauf für die schwere Phase und ggf. einer Entnahmevorrichtung für die Verschmutzungspartikel, die sich auf dem Boden des Gehäuses sammeln, angeordnet.

Zwischen den Phasentrennprofilen 1 sind Distanzstücke 7 angeordnet, die den Abstand zwischen den einzelnen Phasentrennprofilen 1 festlegen. In der Fig. 1 ist zwischen zwei Phasentrennprofilen 1 je ein Distanzstück 7 angeodnet, und in Fig. 2 sind je zwei Distanzstücke 7 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasentrennprofilen 1 vorgesehen. Hierdurch ergibt sich in Fig. 2 eine Profilreihe mit großen Strömungsspalten, die zum Trennen einer Dispersion mit großem Anteil der leichten Phase geeignet ist. Die Profilreihe aus Fig. 1 mit kleinen Strömungsspalten eignet sich zum Trennen einer Dispersion, in der die leichte Phase nur noch einen geringen Anteil ausmacht.

Die Phasentrennprofile 1 weisen an ihrer Unterseite 8 im Bereich der Anströmkante 9 einen wulstförmigen Vorsprung 10 auf, der im Abströmbereich eine reduzierte Erstreckung 11 des Strömungskanals zwischen zwei Phasentrennprofilen 1 definiert. Aufgrund dieser Verringerung des Strömungsquerschnitts ergibt sich im Bereich des Vorsprungs 10 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der durch die Profilreihe strömen-

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den Flüssigkeit. Hinter dem Vorsprung 10 bildet sich in der Strömung ein Wirbel 12 aus, der der Flüssigkeitsströmung eine Geschwindigkeitskomponente verleiht, die zur Unterseite 8 des Phasentrennprofils 1 weist. Diese Geschwindigkeitskomponente bewirkt, daß die Tropfen der leichten Phase besser zur Unterseite 8 des Phasentrennprofils 1 transportiert werden und diese Unterseite 8 benetzen.

Hinter dem Wirbel 12 erstreckt sich der Strömungsquerschnitt wieder über den gesamten Abstand 13 zwischen den Phasentrennprofilen 1, so daß hier die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend reduziert ist. Durch ein Absinken der Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich ein Ansteigen des statischen Drucks in der Flüssigkeit, die sich günstig auf die Tropfen/Tropfen-Koaleszenz der dispersen, leichten Phase in der Flüssigkeit auswirkt. Hierdurch steigt die Tropfengröße, und durch das Auftreffen der größeren Tropfen auf die Unterseite 8 des Phasentrennprofils 1, welche dort mit dem Flüssigkeitsfilm koaleszieren, ergibt sich eine weitere Steige-0 rung der Abtrennung der leichten Phase aus dem Flüssigkeitsstrom.

Der die Unterseite des Phasentrennprofils 1 benetzende Flüssigkeitsfilm, der nur aus der leichten Phase besteht, strömt nach oben und sammelt sich aufgrund des Auftriebs in dem Winkel unterhalb des Verbindungsstegs 3, der von den Seitenwänden 2 des Phasentrennprofils 1 gebildet wird. Der Verbindungssteg 3 weist neben den Öffnungen 14 für die Aufnahme der Verbindungsstangen 4 zusätzliche Öffnungen 0 für den Durchlaß der leichten Phase auf. Diese tritt durch Öffnung 14 hindurch und steigt durch den Auftrieb in der Strömung der schweren Phase auf. Damit die Strömung den aufsteigen Strom der leichten Phase nicht mitreißt, ist der Verbindungssteg 3 rinnenförmig ausgebildet, so daß die 5 Strömung am Rand des Verbindungssteges 3 in Verlängerung der Oberfläche der Seitenwand 2 nach oben gelenkt wird. Der Strom der leichten Phase wird daher nach schräg oben

-&dgr;-

transportiert und trifft in der Nähe des Verbindungssteges auf die Unterseite 6 des darüberliegenden Phasentrennprofils 1, wo er mit der von der leichten Phase gebildeten Flüssigkeitsschicht koalesziert und die Unterseite benetzt und entgegen der Strömungsrichtung der Dispersion wieder nach oben in den Winkel des Phasentrennprofils 1 strömt. Die leichte Phase durchströmt nacheinander die Öffnungen aller vertikal übereinanderliegenden Phasentrennprofile 1.

Entlang der Abströmkante 15 verläuft ebenfalls ein wulstförmiger Vorsprung 10, der einen Abströmwirbel 16 erzeugt. Hierdurch erhält die Strömung hinter dem Phasentrennprofil 1 eine Geschwindigkeitskomponente, die rechtwinklig zur Verlängerung der Oberfläche des Phasentrennprofils 1 nach schräg oben verläuft. Diese Geschwindigkeitskomponente begünstigt den Transport der Tropfen der leichten Phase zur Unterseite 6 der Phasentrennprofile 1 der nachfolgenden Profilreihe.

Für eine optimale Trennung von Öl-in-Wasser-Dispersionen haben sich Phasentrennprofile 1 bewährt, deren Seitenwände einen Winkel von 98° zueinander aufweisen und durch einen horizontal verlaufenden Verbindungssteg 3 mit einer Breite von ca. 9 mm verbunden sind. Die gesamte horizontale Er-Streckung der Phasentrennprofile 1 beträgt etwa 70 mm. Die Wülste weisen zwei im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufende Flanken auf, von denen sich die untere Flanke in horizontaler Richtung über etwa 5 mm erstreckt, und von denen die vertikal verlaufende Flanke über einen Radius in 0 die Unterseite 6 des Phasentrennprofils 1 übergeht. Es ist darauf zu achten, daß der Übergang zwischen den Flanken der Wülste scharfkantig genug ist, um eine Strömungsablösung und dadurch eine Wirbelausbildung zu bewirken.

Mit der erfindungsgemäßen Phasentrennvorrichtung läßt sich nicht nur die leichte Phase aus einer Dispersion heraustrennen, sondern es ist auch möglich, Verschmutzungspartikel,

die eine höhere Dichte haben als die Dispersion, abzutrennen. Diese Partikel lagern sich auf der Oberseite 17 der Phasentrennprofile 1 ab und gleiten aufgrund der Schwerkraft nach unten. An der Abströmkante der Phasentrennprofile 1 rieseln die schweren Partikel nach unten durch die vertikalen Spalte 18 zwischen den aufeinanderfolgenden Profilreihen hindurch. Unterhalb dieser vertikalen Spalte 18 ist eine geeignete Auffang- und Entnahmevorrichtung für die Verschmutzungspartikel vorzusehen.

In der Fig. 3 sind die beiden Profilreihen aus Fig. 2 in perspektivischer Darstellung zu erkennen. Die Verbindungsstangen sind in dieser Darstellung nicht abgebildet. Sie sind in geeigneten Abständen zueinander derart anzuordnen, daß sie eine Reihe übereinanderllegender Öffnungen 14 der Phasentrennprofile 1 durchragen. Dabei ist darauf zu achten, daß zwischen den Verbindungsstangen eine ausreichende Anzahl von Öffnungen 14 für den Durchlaß der leichten Phase, die sich in dem Winkel der Phasentrennprofile 1 sammelt, frei bleibt.

1 Bezugszeichenliste:

1	Phasentrennprofil
2	Seitenwand
5 3	Verbindungssteg
4	Verbindungsstange
5	Kopf
6	Mutter
7	Distanzstück
10 8	Unterseite
9	Anströmkante
10	Vorsprung
11	reduzierte Erstreckung
12	Wirbel
15 13	Profilabstand
14	Öffnung
15	Abströmkante
16	Abströmwirbel
17	Oberseite
20 18	vertikaler Spalt

Claims

F05G941 Schutzansprüche:

1. Phasentrennvorrichtung mit einem Gehäuse, welches einen Zulauf und mindestens zwei Abläufe aufweist und in dem Phasentrennprofile angeordnet sind, deren Oberflächen zur horizontalen Richtung geneigt verlaufen und jeweils mit der benachbarten Oberfläche des nächsten Phasentrennprofils einen Spalt bilden, der von einer Flüssigkeit aus mindestens zwei ineinander unlöslichen Phasen mit unterschiedlicher Dichte durchströmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterseite (8) des Phasentrennprofils (1) im Bereich des Flüssigkeitseintritts einen quer zur Strömungsrichtung verlaufenden, länglichen Vorsprung (10) aufweist, an dem sich ein Wirbel (12) ausbildet.

2. Phasentrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-0 zeichnet, daß mehrere Phasentrennprofile (1) in Strömungs-

richtung hintereinander angeordnet sind und die Unterseite (8) der Phasentrennprofile (1) im Bereich des Flüssigkeitsaustritts einen Vorsprung (10) aufweist, an dem sich ein Wirbel (16) ausbildet.
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3. Phasentrennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennprofile (1) zwei längliche Seitenwände (2) aufweisen, die an ihren oberen Längskanten miteinander und in einem Winkel zueinander verbunden sind, wobei im Bereich der Verbindung der Seitenwände (2) im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen (14) vorgesehen sind und wobei die Phasentrennprofile (1) quer zur Strömungsrichtung in der Phasentrennvorrichtung angeordnet sind.

4. Phasentrennvorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Längskanten der Seitenwände (2) des Phasentrennprofils über einen die Öffnungen (14) aufweisenden Verbindungssteg (3) miteinander verbunden sind, dessen obere Fläche rinnenförmig ausgebildet ist.

5. Phasentrennvorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vertikal übereinander angeordnete und einen Abstand zueinander aufweisende Phasentrennprofile (1) zu einer Profilreihe zusammengefaßt und miteinander verbunden sind.

6. Phasentrennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentrennprofile (1) einer Profilreihe

mit mindestens zwei die Öffnungen (14) durchragenden Verbindungsstangen (4) verbunden sind und zwischen den Phasentrennprof ilen (1) Distanzstücke (7) angeordnet sind, die von einer Verbindungsstange (4) durchragt werden. 20

7. Phasentrennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Phasentrennprofilen (1) durch die Wahl der Länge oder der Anzahl der Distanzstücke (7) festlegbar ist.

8. Phasentrennvorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Phasentrennprofile (1) aus einem Werkstoff mit guter Benetzbarkeit durch die disperse Phase, beispielsweise aus 0 Kunststoff, Glas oder Metall, besteht.

9. Phasentrennprofil (1) mit zwei länglichen Seitenwänden (2), die an ihren oberen Längskanten miteinander verbunden sind und die zueinander einen Winkel aufweisen, wobei im Bereich der Verbindung der Seitenwände (2) im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen (14) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Unterseite (8) und im Bereich mindestens einer der unteren Längskanten des Phasentrennprofils (1) ein quer zur Strömungsrichtung verlaufender, länglicher Vorsprung (10) ausgebildet ist, der sich über die gesamte Länge der Längskante erstreckt.

10. Phasentrennprofil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (2) des Phasentrenn- profils (1) über einen die Öffnungen (14) aufweisenden Verbindungssteg (3) miteinander verbunden sind, dessen obere Fläche rinnenförmig ausgebildet ist.