NO870037L - Fremgangsmaate for aa nedbryte skum. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bryte

ned skum, samt en fibermatte for gjennomføring av fremgangs-

- måten.

Uønsket skumdannelse er et gammelt og velkjent problem innen forskjellige områder av teknikken. Skumming oppstår ved at en gass, vanligvis luft, innføres i en væske og som inneholder et eller flere stoffer med overflateaktig virkning som senker væskens frie overflateenergi. Som eksempel på uønsket skumdannelse kan nevnes skumdannelse ved papirfrem-stilling, limfremstilling, trykking av tekstiler, dehydrering av oljer, polymeriseringsprosesser, f.eks. for fremstilling av polyvinylklorid, ved fermenteringsprosesser av forskjellige slag, såsom fremstilling av øl,gjær og penicillin,, ved destillasjon, ved drift av dampkjeler, ved syntese av over-flateaktive stoffer, etc.

Som nevnt opptrer problemer med uønsket skumdannelse innen

de mest forskjellige områder, og problemet kan være meget vanskelig å rette på. Som eksempel på grunner for å regulere skumming, kan nevnes overoppheting av skummet ovenfor væske-flaten, mekaniske omrørere av forskjellig art eller innføring av pulserende gasstrømmer ovenfor væsken. En annen, mere vanlig måte for å forsøke og minske problemet med skumdannelse, er tilsetting av såkalte skumdempingsblandinger, ofte silikon-baserte, som hindrer oppståelse av skum eller som bryter ned allerede dannet skum. I og for seg er slike kjemiske skumdempingsblandinger ofte effektive, men dels innebærer de ekstra driftsomkostninger, dels er det i mange tilfelle uheldig å tilsette fremmede kjemikalier til den skumdannende væsken. Dette er ofte tilfelle ved bioreaksjoner, f.eks. fermenteringsprosesser, ved hvilke skumdempingsblandingen kan innvirke uhensiktsmessig på den mikroorganisme, f.eks. oksygenopptakingsevnen, og prosessene som inngår i bio-prosessen eller på det ønskede produktet.

Som eksempel på den tidligere kjente teknikken for å nedbryte skum, kan nevnes GB 2.013.520 der skummet føres - gjennom et porøst filter. Det porøse filteret har en porø-sitet på 15-85% og består av f.eks. skummet materiale, såsom plastskum,eller av sintret materiale såsom glass, keramisk materiale eller metall, eller filteret kan utgjøres av et viklet filter av fibre av f.eks. cellulose, glass, asbest, metall eller av et i form av en stjerne brettet filterpapir.

Et annet eksempel er DE 2.309.365 som angår en fremgangsmåte for å nedbryte skum der skummet føres gjennom et sjikt av fyllegemer. Fyllegemene kan utgjøres av forskjellige materialer, såsom fluorinneholdende polymerer, glass eller metaller, og kan være varierende i form, såsom raschigringer, spon eller kapp.

For å råde bot på ovenstående problem er det ønskelig å oppnå en fremgangsmåte for effektivt å bryte ned eller ødelegge skummet ved skumdannende væsker uten at væsken tilføres fremmede stoffer, såsom skumdempere.

Foreliggende oppfinnelse frembyr en løsning på dette problem, og oppfinnelsen baserer seg på oppdagelsen av at visse fibermatter utgjør utmerkede skumnedbrytere.

Før oppfinnelsen beskrives i detalj skal det nevnes at det i og for seg er kjent å utnytte fibermatter innen helt andre områder av teknikken, såsom ved filtrering av gasser og væsker for å fjerne fremmede partikler. Som eksempel på dette kan nevnes den godkjente EPC-ansøkning nr. 84901126.7 som tilsvarer US-patentsøknad nr. 679,043, innlevert 11.juli 1984. Denne ansøkning beskriver et rørfilter bestående av to mineralullfiberlag. I det indre laget er fibrene vesentlig konsentrisk anordnet med hensyn til rørfilterets akselinje, og i det ytre sjiktet er fibrene vesentlig radielt orientert med hensyn til rørfilterets akselinje. Ved filtrering av en væske strømmer væsken radielt innover mot rørfilterets akse.

Et annet eksempel er US 3.210.229, som angår et rørfilter som f.eks. omfatter to konsentriske indre mineralullsjikt med vesentlig radiell fiberorientering, samt et ytre sjikt med fibre som er orientert vesentlig på tvers av strømnings-retningen. Ved filtrering av en væske, strømmer væsken radielt utover fra filterets indre.

Ytterligere et annet eksempel er SE 7809355-6, som angår

en fremgangsmåte for filtrering av gasser eller væsker ved hjelp av et fibermateriale, såsom mineralull, hvorved fibermaterialet har en sjiktformet oppbygging med fibrene vesentlig anordnet i et hovedretningsplan, og filtreringen gjennom-føres slik at det filtrerte mediet strømmer ut i hoved-retningsplanet.

Det kan således konstateres at fibermatter generelt kjent

er i og for seg kjent, men det er derimot ikke tidligere kjent å utnytte fibermatter for å bryte ned skum eller at fibermatten derved må ha en viss spesiell utforming, slik som definert i de etterfølgende patentkravene.

Den ved foreliggende oppfinnelse anvendte skumdempende matten er en tredimensjonal fibermatte, idet matten er bygget opp av fibre og har en utstrekning i hver av tre mot hverandre vinkelrette plan av minst 10 ganger fiberdiameteren.

Matrisens fibre har generelt en diameter på ca. 1-500 ym, fortrinnsvis ca. 1-100 ym og foretrukket er ca. 1-20 ym. Fibrene kan være både hydrofile eller hydrofobe.

Den skumdempende fibermatten er ikke bundet til noe spesielt fibermateriale, men i prinsipp kan det bestå av et hvilket som helst organisk eller uorganisk fibermateriale, såsom polymerfibre, f.eks. fibre av polyvinylklorid, polyeten,

polypropen, polyakrylnitril, polyvinylalkohol, cellulose,

- cellulosederivat, fibre av metall, metalloksyder, glass, keramisk materiale,m.m., alene eller i kombinasjon med hverandre. Fibrene kan også være forsynt med overflatebe-legg av forskjellig slag, f.eks. av fluorpolymerer, såsom "Teflon".

Det foretrekkes imidlertid helt spesielt ved oppfinnelsen å utnytte en fibermatte av mineralull, såsom glassull. Slile fibermatter har alle de egenskaper som trenges av en matte ved foreliggende oppfinnelse, såsom inerthet, lavt motstand mot gass- og væskestrømning, god formstabilitet etc, og kan dessuten fremstilles til en billig pris.

Det kan, for å lette forståelsen av de praktiske bruksmulig-heter, nevnes at en normal isolasjonsmatte av glassull f.eks. har en densitet på ca. 23 kg/m 3, og volumet utgjøres av ca. 1% glåss og ca. 99% hulrom. Den ved foreliggende oppfinnelse utnyttede fibermatten har en høy porøsitet, som fortrinnsvis ligger i området 90-99%.

For å øke den tredimensjonale fibermattens selvbærende evne, kan fibrene være sammenbundet ved sine krysningspunkter ved kjemisk eller mekanisk binding. Som eksempel på kjemisk binding kan en sammenbinding av fibrene ved krysningspunktene ved hjelp av polymerbindemiddel, f.eks. av fenol-harpikstypen. Fibrene kan også sammensmeltes ved krysningspunktene ved hjelp av varme eller oppløsningsmidler. Som eksempel på mekanisk binding kan nevnes nåling av fibermaterialet. En på dette sett bundet, tredimensjonal matte er vesentlig selvbærende.

Ved foreliggende oppfinnelse har man gjort den overraskende oppdagelse at skum brytes eller ødelegges når det innføres i en fibermatte av ovennevnte art. Det er viktig å merke

seg at det ved oppfinnelsen ikke er tale om en hvilken

som helst fibermatte, men at fibrene skal være orientert

og danne plan som er parallelle med en hovedakse i fibermatten .

Ettersom det kan være vanskelig å orientere samtlige fibre

i hele sin lengde i de nevnte planene, gjelder det ved oppfinnelsen at fibrene i det vesentlige er orientert i planene. Fortrinsnvis innebærer dette at minst 60% av mattens totale fiberlengde avviker maksimalt 20° fra de nevnte planene. Helst er avvikelsen høyst 20° ved minst 70% og aller helst minst 80% av mattens totale fiberlengde.

Oppfinnelsens nærmere kjennetegn fremgår av de etterfølgende patentkravene.

Uten å binde oppfinnelsen ved noen spesiell teori, formoder man at sterke kapillærkrefter dannes i de nevnte fiberplanene, noe som har som følge at skummet brytes ved inn-føring i fibermatten, hvorved væsken i skummet koaliserer og danner filmer som strømmer langs fiberplanene. For at disse væskefilmene skal kunne strømme effektivt langs fiberplanene, bør hovedaksen (og dermed planene) danne en vinkel mot horisontalplanet. Fortrinnsvis er denne vinkelen ca. 20-90° og helst 60-90°. Mens den i skummet inngående væsken således strømmer nedover i form av tynne filmer langs fiberplanene, frigjøres gassen i skummet og kan strømme ut av fibermatten, vanligvis i retning oppover. Det er imidlertid ikke nødvendig at den frigjorte gassen avgår fra fibermattens øvre ende, men strømningen kan også være slik at skummet innføres ved fibermattens øvre ende, idet væsken i skummet som tidligere nevnt strømmer nedover som filter langs fiberplanet, mens den frigjorte gassen avgår i side-retningen langs fibermattens sideflate. Skummet kan følgelig innføres i fibermatten enten ved dens øvre ende eller ved dens sideflate, og den frigjorte gassen avgår da fra fiber-

mattens sideflate resp. fra dens øvre ende. For væsken

i skummet gjelder i samtlige tilfeller at den strømmer nedover i form av filter langs fiberplanene. Det skal på-pekes at skummet ved oppfinnelsen ikke innføres ved fibermattens nedre ende. Årsaken til dette er at den frigjorte, nedoverstrømmende væsken fra skummet samles ved fibermattens nedre ende og etter hvert danner en væskepropp, hvilket virker som en sperre for oppoverstigende gass.

Oppfinnelsen kan benyttes ved alle slag av skummende væsker, som kan bringes til å passere en fibermatte av den ovenfor nevnte art ved rådende omgivelsesbetingelser eller økt trykk og/eller temperatur.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen skal den i det følgende beskrives under henvisning til de vedlagte tegningene. På disse viser

fig. 1-3 en enkel, grunnleggende utførelsesform av oppfinnelsen, idet fig. 2 og 3 er vertikalsnitt etter linjen II-II resp. III-III i fig. 1,

fig. 4-5 viser en for tiden foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen, idet fig. 5 er et vertikalsnitt etter linjen V-V i fig. 4,

fig. 6 viser en ytterligere utførelsesform for oppfinnelsen, idet figuren er et vertikalsnitt etter linjen VI-VI i fig. 4.

Under henvisning til fig.1-3 viser fig. 1 et planriss ovenfra av en fibermatte, hvis fibre er orientert på den måte som er nødvendig ved oppfinnelsen. Som antydet i fig. 1 og 3, er fibermattens 1 fibre orientert i plan 2, som er parallelle med hovedaksen A gjennom fibermatten. Dette med-fører at fibrene'danner plan som i fig. 2 er parallelle med tegningsfigurens plan. Den i fig. 1-3 viste fibermatten er rektangulær og av enklest tenkelige sort. Ved gjennom-føring av oppfinnelsen tilføres det skummet 3 som skal nedbrytes (vist med pilene 3 med bobler i fig. 2) til fibermattens sideflater, parallelt med fiberplanene, dvs. slik at skummet uten å hindres av tverrstilte fiberplan kan trenge inn i fibermatten 1. Når skummet 3 trenger inn i fibermatten 1,nedbrytes skummet som tidligere nevnt, og væsken i skummet koaliserer og danner på grunn av sterke kapillærkrefter i fiberplanene væskefilmer som strømmer langs fiberplanene nedover i hovedaksens A retning, og væsken avgår så etter hvert som "en væskestrøm 4 fra fibermattens nedre ende. Den ved nedbrytingen av skummet frigjorte gassen strømmer oppover og avgår som en gasstrøm 5 ved fibermattens øvre ende.

Det innses at den i fig. 1-3 viste utførelsesformen er meget skjematisk, og i praksis er det hensiktsmessig ved hjelp av f.eks. ledninger og kanaler samt deksler omkring fibermatten å separere de innførte og avgående strømmene fra hverandre.

I fig. 4 og 5 vises en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen, idet motsvarende detaljer som i fig. 1-3 har fått samme henvisningsbetegnelser.

Ved den for tiden foretrukkede utførelsesformen for oppfinnelsen er fibermatten sylindrisk, og som antydet i fig. 4 og 5, f.eks. hult sylindrisk. En slik sylindrisk fibermatte skiller seg fra den i fig. 1-3 viste, rektangulære fibermatten, ved at fiberplanene 2 ikke er parallelle med hverandre, men er rettet radielt innover mot fibermattens sentrum. Ved den viste utførelsesformen sammenfaller sylinderens sentrumsakse med hovedakselen A. Ved innføring av skum mot sylindermantelen oppnås en større aktiv inn-føringsflate enn ved tilsvarende rektangulære fibermatter.

I fig. 4, som er et planriss sett ovenfra, vises hvorledes

fibermatten 1 er omsluttet av et deksel 6 med en tilførsels-- åpning 7 for skum som skal behandles. Dette skummet vises med en pil 3 i fig. 5. Som også vist i fig. 5 omslutter dekslet 6 fibermatten 1 og ligger tettende an ved mattens nedre ende 8 og et stykke ovenfor dens øvre ende 9. Umiddel-bart inntil dekslets 6 tetning ved 9, er det anordnet en ytterligere, valgfri dekseldel 10 som omslutter den øvre delen av fibermatten og danner et avløp 11 for avgående gass som frigjøres fra skummet når dette er innført i fibermatten 1. Foruten gassen 5 frigjøres også væske 4 fra skummet og koaliserer, som nevnt tidligere, og danner filmer som strømmer langs fiberplanene nedover i hovedaksens A retning og avgår fra fibermatten ved dens nedre ende, idet en ansamling av væske 12 dannes i fibermattens nedre del.

Når den sylindriske matten er forsynt med et gjennomgående sentrumshull, som vist i fig. 5 og 6, lukkes dette ved

mattens nedre ende med en propp 13.

i

Den av skummet frigjorte gassen avgår, som nevnt tidligere, ved fibermattens øvre ende, og i fig. 5 er dekslet for den avgående gassen 5 vist å begynne et stykke nedenfor fibermattens 6 øvre ende for derved å skape en ekstra kapasitet for avgående gass.

Dekslet for den avgående gassen kan omslutte bare fibermattens øvre, sirkulære ende om dette er tilstrekkelig som

utløpsflate, men i sin foretrukkede utførelsesform omslutter i dekslet for den avgående gassen også en del av den øvre,

sylindriske mantelflaten, som vist i fig. 5.

Ifølge en variant av den ovenfor beskrevne utførelsesformen kan dekslet 6 utelates, og fibermatten bare være forsynt med dekseldelen 10.

I fig. 6 vises en ytterligere utførelsesform for oppfinnelsen, som i prinsipp bare skiller seg fra den i fig.5 viste utførelsesformen ved at skummet tilføres fibermattens øvre ende, som vist med pilen 3, og ved at den ved skum-nedbrytingen frigjorte gassen avgår fra fibermattens sideflate, som vist med pilen 5. I den i fig. 6 viste ut-førelsesformen omslutter dekslet 6 videre hele fibermattens sylindriske mantelflate slik at bare den sylindriske øvre endeflaten er tilgjengelig for det tilførte skummet 3. Den ved skumnedbrytningen frigjorte væsken avgår som tidligere ved fibermattens nedre ende, som vist med pilene 4.

Den i fig. 4-6 viste hule sylindriske fibermatten kan fremstilles av en glassfiberskive med fibrene orientert vinkelrett mot plateplanet. En slik skive eller matte er bygget opp av en konvensjonell glassfibermatte med fibrene orientert parallelt med plateplanet, av hvilken staver eller remser med nødvendig lengde er utskåret. Disse stavene eller remsene er føyd sammen og limt sammen, slik at de danner en plate med fibrene orientert vinkelrett mot plateplanet. Glassfiberplaten, som har fibrene orientert vinkelrett mot plateplanet, formes til en sylinder, hvorved de mot hverandre platekantene limes sammen. For å øke sylinderens sammenholding, kan det pålimes et utenpåliggende bindesjikt av f.eks. glassvevnad. Et slikt bindesjikt hindrer ikke passasje av gass eller skum i nevneverdig grad.

Uten å begrense oppfinnelsen kan det som eksempel på dens anvendelse nevnes fermenteringsprosesser i konvensjonelle gjæringskar av reaktortype. Disse gjæringskarene utgjøres av beholdere som er forsynt med omrøring og utslipp av dannede og/eller tilførte gasser. I karet innføres den for prosessen nødvendige mikroorganismen sammen med et væske-medium, som vanligvis inneholder substrater for mikroorganismen. Dersom prosessen er aerob, innføres og for-deles luft i væsken, hvorved det ofte oppstår alvorlige skummingsproblemer. Ifølge oppfinnelsen kan disse

skummingsproblemene motvirkes ved at det i tilslutning til utløpet for tilførte og/eller dannede gasser innsettes en fibermatte av ovenfor beskrevet art, f.eks. i overens-stemmelse med den i fig. 4 og 5 viste utførelsesformen.

I det ovenstående er det belyst noen eksempler på oppfinnelsen, men oppfinnelsen er ikke begrenset til disse, men den kan varieres og modifiseres innen rammen som defi-neres av de etterfølgende patentkravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å bryte ned skum, karakterisert ved at skummet (3) innføres i en fibermatte (1), hvis fibre i det vesentlige er orientert i plan (2) som er parallelle med en mot horisontalplanet hellende hovedakse (A) gjennom fibermatten, hvorved skummet nedbrytes og gassen (5) i skummet frigjø res fra væsken (4) som strømmer i det vesentlige i hovedaksens retning langs fiberplanene .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mattens fibre er orientert i plan (2), slik at minst 60% av mattens totale fiberlengde avviker maksimalt 20° fra planene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedaksen (A) danner en vinkel mot horisontalplanet på 20-90°.

4. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene fra 1-3, karakterisert ved at skummet (3) innføres i fibermatten (1) fra sidene,og at den frigjorte gassen (5) avgår fra fibermattens øvre ende, mens væsken (4) strømmer nedover gjennom fibermatten (1) og avgår ved dens nedre ende.

5. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene fra 1-3, karakterisert ved at skummet (3) innføres i fibermatten (1) fra dens øvre ende, og at den frigjorte gassen (5) avgår fra fibermattens sider, mens væsken (4) strømmer nedover gjennom fibermatten (1) og avgår fra dens nedre ende.

6. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av foregående krav, karakterisert ved at skummet (3) innføres i en sylindrisk fibermatte med hovedaksen (A) som sentrum.

7. Fibermatte for nedbryting av skum, karakterisert ved at matten er bygget opp av fibre med en diameter på ca. 1-500 ym, og har en utstrekning i hver av tre mot hverandre vinkelrette plan på minst 10 ganger fiberdiameteren, og at fibrene i det vesentlige er orientert i plan (2), som er parallelle med en hovedakse (A) gjennom fibermatten.

8. Fibermatte ifølge krav 7, karakterisert ved at den har form av en sylinder med hovedaksen (A) som sentrum.

9. Fibermatte ifølge krav 8, karakterisert ved at fibrene i planene (2) som er parallelle med hovedaksen (A), er rettet radielt innover mot hovedaksen.

10. Fibermatte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at sylinderen er hul.