FI73889B - Dekanter foer avskiljning av faser med olika taethet. - Google Patents

Description

73889

Dekantteri eritiheyksisten faasien erottamiseksi -Dekanter för avskiljning av faser med olika täthet

Keksinnön kohteena on dekantteri, jonka säiliötilaan on sovitettu useampia päällekkäisiä erotustascja kahden eri-tiheyksisen nestefaasin ja/tai nestefaasin ja kaasufaasin erottamiseksi.

Tunnetuissa laitteissa toisiinsa sekoittuneita nestefaaseja erotetaan pääasiassa joko tislaamalla, mikäli faasien kiehumispisteet poikkeavat riittävästi toisistaan, tai dekantoimalla perustuen faasien toisistaan poikkeavaan ominaispainoon.

Valintaan tislauksen ja dekantoinnin välillä vaikuttavat lukuisat tekniset ja tuotantotaloudelliset tekijät seka prosessin erotuskyvylle asetettavat vaatimukset. Dekantointi ei yleensä vaadi lämpöenergiaa eikä vaikuta haitallisesti erotettujen nestefaasien ominaisuuksiin. Sitä sovelletaan ensisijaisesti silloin, kun prosessin erotuskyvylle asetetut vaatimukset voidaan saavuttaa. Dekantoinnin tyypillisiä sovellutuksia ovat esimerkiksi öljyjen erotus jätevesistä ja tärpättikomponenttien talteenotto selluloosatehtaiden lauhteista.

Ennestään tunnetut dekäntterit ovat tyypiltään joko pysty-tai vaakadekanttereita tai niiden yhdistelmiä.

Yleisimmin käytetyissä pystydekanttereissa, esimerkiksi ruotsalainen Linder, dekantterisäiliön korkeus on huomattavan suuri halkaisijaan verrattuna. Dekantoitava neste ohjataan faasirajan alapuolelle, josta kevyempi faasi nousee pintaan ja alite poistuu astian pohjalta. Toimintaperiaate on kuitenkin epäedullinen kevyemmän faasin mikropisaroiden erottumisen kannalta, koska viskositeetti- ja ominaispaino-suhteiden määräämällä vakionopeudella kohoavat pisarat joutuvat nousemaan raskaamman faasin läpi pitkän matkan ja 2 73889 lisäksi alitteen virtaus alaspäin vähentää osaltaan pisaroiden nousunopeutta. Näistä syistä joudutaan pystydekantte-reissa käyttämään pitkää viipymäaikaa ja siten suurta dekantteriastian tilavuutta suhteessa erotettavien faasien virtausmääriin.

Tunnetuissa vaakadekanttereissa mittasuhteet poikkeavat edellä mainitusta oleellisesti siten, että dekantterisäiliön pinta- ala on suuri suhteessa säiliön korkeuteen. Tyvpilli-sesti säiliö on pitkä allas, jonka toiseen päähän erotettavat faasit johdetaan. Virtaus tapahtuu altaan pituussuunnassa ja alite poistetaan vastakkaisesta päästä. Vaakadekant-terissa on pystydekantterin epäkohdat kevyemmän faasin mikropisaroiden erottumisen kannalta periaatteessa ratkaistu, mutta oleellisiksi varjopuoliksi muodostuvat vastaavilla mitoitusperusteilla dekantterialtaan mittasuhteet ja tilantarve teollisissa sovellutuksissa.

Dekantterin luotettava toiminta vaihtelevissa prosessiolo-suhteissa edellyttää toisaalta, että kevyemmän faasin kerrospaksuus dekantterisäiliössä ylittää erotettavien faasien tiheyssuhteista riippuvan minimin. Tästä taas seuraa, että vaakadekantterissakin optimimitoitus johtaa vaikeasti toteutettaviin ja epätaloudellisiin mittasuhteisiin. I.isäksi optimiin mitoitettu vaakadekantteri on vaikea konstruoida paineenkestäväksi rakenteeksi.

Kehittyneempiä vaakadekantteriratkaisuja on esitetty saksalaisessa patenttijulkaisussa DE 2512291 ja DE 2429406 sekä amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4,132,651, joissa erotuskykyä on pyritty parantamaan jakamalla erotettavien faasien virtaus useaan samansuuntaiseen solaan, jolloin teoreettinen erotuskyky paranee suhteessa solien lukumäärään. Näiden dekantteriratkaisujen soveltamisessa on kuitenkin vaikeutena virtauksen jakaminen saman suuruiseksi mainittuihin rinnakkain kytkettyihin soliin. Virtauksen tarkka jakaminen edellyttäisi huomattavan suurta virtaus-

II

3 73889 vastusta ja siten turbulenttista virtausta, joka taas aiheuttaa runsaasti dekantterin toimintaa vaikeuttavaa ja erotuskykyä ratkaisevasti heikentävää emulsionmuodostusta. Erityisen ongelmallista emulsion muodostuminen on selluloosatehtaiden tärpättilauhteiden dekantoinnissa.

Edellisen kaltaiset ratkaisut on esitetty myös saksalaisissa patenttijulkaisuissa DE 2507190 je DE 3044625. Niissä dekantteriastia on pyöreä ja virtaus rinnakkain kytketyissä solissa tapahtuu sateittäisesti dekantteriastian reunoja kohti tai päinvastaiseen suuntaan. Aikaisemmin mainitut virtauksen jakamiseen ja emulsionmuodostumiseen liittyvät epäkohdat koskevat myös näitä ratkaisuja.

Patenttijulkaisussa DE 1052360 on esitetty dekantteri, jossa on päällekkäisiä kartiomaisia erotustasoja. Vierekkäiset tasot ovat noin 45° kulmassa toisiinsa. Erotustasoista joka toinen on ulkoa sisäänpäin nouseva ja joka toinen sisältä ulospäin nouseva. Erotuskammiossa nestesos virtaa aina laajenevaan suuntaan, dekantterin ulkoseinästä keskustaa kohti tai päinvastoin. Virtaus dekantterissa ei ole erottumisen kannalta suotuisa, koska päävirtaussuunnan lisäksi tapahtuu poikittaisvirtauksia kanavan laajenemisen takia. Dekantteri on lisäksi rakenteeltaan paljon tilaa vievä.

Yhteisinä piirteinä tunnetuissa dekantterirakenteissa ovat kevyemmän faasin poisto ylijuoksuyhteen kautta sekä raskaamman alitteen poisto toisen ylijuoksukvnnyksen kautta siten, että dekantterisäiliöön syntyvän faasirajan korkeussuhteet määräytyvät ylijuoksukynnysten korkeuserojen perusteella.

Erotettavien nestefaasien mukana dekantteriin tulevat kaasut joutuvat tunnetuissa ratkaisuissa nousemaan kuplina molempien nestefaasien läpi. Tästä aiheutuu häiriöitä tavoiteltuun laminaariseen virtaukseen ja tietyissä olosuhteissa voi myös faasien rajapinnassa muodostua haitallista emulsiota.

4 73889

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada rakenteeltaan ja toiminnaltaan tunnettuihin laitteisiin verrattuna parempi dekantteri.

Keksinnön mukaiselle dekantterille, jossa erotustasot muodostavat itsenäisinä dekantointielementteinä toimivia solia, jotka on päällekkäin kytketty sarjaan siten, että yhteys solasta seuraavaan on vuoroin erotustasojen ulkoreunoilla, vuoroin erotustasojen keskustassa, ja joissa nesteseos on saatettu virtaamaan ylimmästä solasta alimpaan, on tunnusomaista se, että erotustasot ovat kartionmuotoiset ja keskenään samansuuntaiset, jolloin solien korkeus on pääasiallisesti muuttumaton solan päästä päähän, ja erotus-tasojen yläosaan on tasojen alapinnalle kertyneen kevyen faasin poisjohtamiseksi sovitettu tasoista ylöspäin kulkevat putket.

Tämän keksinnön mukaisessa ratkaisussa dekantteri on konstruoitu siten, että faasien erottuminen tapahtuu useissa virtausteknisestä sarjaan kytketyissä solissa, joiden kaikkien läpi koko dekantoitava nestemäärä virtaa. Tällöin vältetään edellä mainitut tunnettujen pysty- ja vaakadekantterien virtaustekniset ja rakenteelliset epäkohdat ja emulsion muodostumisen vaara. Samalla dekantterisäiliö voidaan mitoittaa ratkaisevasti pienemmälle viipymäajalle suhteessa haluttuun erotuskykyyn.

Seuraavassa keksinnön mukaisen dekantterin rakennetta ja toimintaa selitetään oheiseen kuvioon viittaamalla.

Kuvio 1 on kaaviokuva osittaisena leikkauksena keksinnön eräästä suoritusmuodosta.

Dekantoitava nestefaasiseos johdetaan dekantterin 1 säiliötilaan 2 keskiakselille sijoitetussa tuloputkessa 3, josta virtaus jakautuu säteittäisesti kaltevan kartion muotoisen ylimmän erotustason 4 ja seuraavan erotustason 5 11 5 73889 väliseen solaan 7. Suurina pisaroina oleva kevyempi faasi nousee erotustason 4 alapinnalle filmiksi, joka pienemmän ominaispainonsa ansiosta virtaa kaltevan erotustason ylimpään kohtaan sovitetun putken 13 kautta alapinnalta tason yläpuolelle ja siitä edelleen putkessa pystysuoraan lieriömäiseen, molemmista päistään 25, 26 avoimeen kaasulieriöön 15 ja edelleen lieriön alareunan 26 alapuolelta kevyen faasin kerrokseen 16. Kevyen faasin kerros 16 rajoittuu alapuolelta kevyen ja raskaan faasin rajapintaan 24 ja yläpuolelta nesteen pintaan 27.

Nestefaasien mukana dekantteriin tulevista kaasuista pääosa erottuu ensimmäisessä solassa 7 erotustasolle 4, josta kaasut poistuvat nestevirtausta häiritsemättä putken 13 ja kaasulieriön 15 yläpään 25 kautta dekantterin kaasutilaan 17 ja siitä edelleen ulos dekantterista. Kaasulieriön yläpää 25 on nestepinnan 27 yläpuolella.

Ensimmäisen solan 7 jälkeen raskaampi faasi ja osa kevyem-mästä faasista virtaavat seuraavaan solaan 8 toisen erotus-tason 5 ulkoreunalla sijaitsevan yhteyden 11 kautta. Toisessa solassa faasiseos virtaa dekantterin säiliön keskiak-selia kohti ja sieltä edelleen kolmanteen solaan 9 kolmannen erotustason 6 keskustaan sovitetun yhteyden 12 kautta. Seuraavat erotustasojen 5, 6 rajaamat solat 9, 10 ovat samalla tavalla sarjaan kytkettyjä niin, että yhteys solasta seuraavaan on vuoroin solien toisessa päässä 11, vuoroin niiden toisessa päässä 12.

Dekantoitava faasi virtaa näiden päällekkäisten sarjaan kytkettyjen solien 8, 9, 10 kautta raskaamman faasin alitteen poistoputkeen 20. Erotustasot 5, 6 toimivat itsenäisinä dekantointielementteinä samalla periaatteella kuin erotus-taso 4 siten, että tasoille, niiden alapuolelle, erottuva kevyempi faasi nousee tasoihin sovitettujen putkien 14 kautta yhteiseen keräilyputkeen 18 ja siitä edelleen dekantterin yläosaan kevyen faasin kerrokseen 16.

6 73889

Dekantteriin sijoitettavien erotustasojen 4, 5, 6 määrä ja niiden väliset etäisyydet valitaan dekantterilta edellytettävän erotuskyvyn ja dekantoitavien nesteiden ominaisuuksien perusteella.

Koemittakaavassa rakennetuilla laitteilla on voitu todeta, että yksi dekantterin alapäähän lisätty taso kerää 15 - 25 % edellisen alimman tason keräämästä kevyemmän faasin määrästä .

Kevyempi faasi poistuu kevyen faasin kerroksesta 16 yläjuoksuna dekantterin yläosassa olevan kuorinta-altaan 19 kautta. Kuorinta-altaan luotettava toiminta vaihtelevissa virtausolosuhteissa edellyttää sellaista kevyemmän faasin kerrospaksuutta d, ettei raskaampi faasi pääse nousemaan kuorinta-altaan tasolle. Toimittaessa pienillä tiheyseroilla faasien rajapinta 24 on erittäin herkkäliikkeiner..

Dekantterista poistoputkessa 20 poistuva alite nousee dekantterin ulkopuolelle pinnankorkeusrajoittimeen 22 sijoitetun säädettävän ylijuoksukynnyksen 21 yli. Kynnyksen kor-keusasennolla määrätään haluttu kevyemmän faasin kerrospaksuus d.

Sellaisia sovellutuksia varten, joissa kevyemmän faasin pintajännitys on selvästi pienempi kuin raskaammalla faasilla, dekantterin viimeinen sola 10 täytetään esimerkiksi tiheällä teräsvillalla tai demisteriverkolla 23.

Alitteessa vielä mukana olevista mikropisarcista osa tarttuu villan tai verkon pintaan pienemmän pintajännityksen ansiosta. Pintaan muodostunut filmi nousee hitaasti alimman erotustason pinnalle ja siitä edelleen dekantterin yläosaan putken 18 kautta.

n

Claims (9)

73889

1. Paineistettu dekantteri (1), jonka säiliötilaan (2) on sovitettu useampia, kaltevia, päällekkäisiä erotustasoja (4, 5, 6) kahden eritiheyksisen nestefaasin ja/tai nestefaasin ja kaasufaasin erottamiseksi siten, että erotustasot muodostavat itsenäisinä dekantointielementteinä toimivia solia (7, 8, 9, 10), jotka on päällekkäin kytketty sarjaan siten, että yhteys (11, 12) solasta seuraavaan on vuoroin erotus-tasojen (11) ulkoreunoilla, vuoroin erotustasojen keskustassa (12) , ja joissa nesteseos on saatettu virtaamaan ylimmästä solasta (7) alimpaan (10) , tunnettu siitä, että erotustasot (4, 5, 6) ovat kartionmuotoiset ja keskenään samansuuntaiset, jolloin solien (7, 8, 9, 10) korkeus on pääasiallisesti muuttumaton solan päästä päähän, ja erotustasojen yläosaan on tasojen alapinnalle kertyneen kevyen faasin poisjohtamiseksi sovitettu tasoista ylöspäin kulkevat putket (13, 14).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dekantteri, tunnet- t u siitä, että kartiomaiset erotustasot (4, 5, 6) ovat keskustasta ulkoreunoille päin nousevat.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen dekantteri, tunne t t u siitä, että dekantterin säiliötilaan (2) on keski-akselille sovitettu pystysuora tuloputki (3) , josta erotettava nesteseos virtaa säteittäisesti kahden ylimmän erotus-tason (4, 5) väliseen solaan (7).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen dekantteri (1), tunnettu siitä, että ensimmäiseen erotustasoon (4) sovitetun putken (13) yläpäähän, kevyen faasin kerroksen (16) yhteyteen säiliötilan yläosassa on sovitettu pystysuora molemmista päistään avoin sylinterimäinen kaasulieriö (15) , jonka alapuolelta kevyempi faasi virtaa kevyen faasin kerrokseen (16) ja jonka yläpuolelta kaasufaasi poistuu dekantterin kaasutilaan (17) . 73889

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen dekantteri (1), tunnettu siitä, että eri erotustasojen yläosaan sovitetut putket (14) on yhdistetty yhdellä tai useammalla keräilyputke11a (18), joiden kautta kevytfaasi nousee säiliötilan yläosaan.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen dekantteri (1), tunnettu siitä, että sen yläosaan on sovitettu kuorinta-allas (19) kevyen nestefaasin poistamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen dekantteri (1), tunnettu siitä, että säiliötilan ulkopuolelle raskaamman faasin poistoputken (20) yhteyteen on sovitettu laite (22) , jossa säädettävä ylijuoksukynnys (21) , joka määrää nestefaasien rajapinnan (24) aseman säiliötilassa (2) .

8. Patenttivaatimuksien 4 ja 6 mukainen dekantteri (1) , tunnettu siitä, että kevyen faasin kerrokseen (16) on sovitettu kaasulieriö (15) , joka on yhteydessä ensimmäiseen erotustasoon (4) sovitettuun putkeen (13), ja kuorinta-allas (19) , jonka asemaa säätämällä nestepinta (27) pysyy kaasulieriön yläpään (25) alapuolella ja nestefaasien rajapinta (24) pysyy kaasulieriön alapään (26) yläpuolella.

9. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen dekantteri (1), tunnettu siitä, että osa solista on varustettu demisterielementillä (23) , jonka toiminta perustuu erotettavien nestefaasien erisuuruisiin pintajännityksiin. 73889