PL245502B1 - Odolejacz lamelowy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest odolejacz lamelowy wyposażony w komorę główną zawierającą strefę przedstawionych na rysunku lamelowych modułów separacyjnych zbudowanych z płytek lamelowych, którego istota polega na tym, że płytki lamelowe wykonane są z polimerowych tworzyw sztucznych, szczególnie poliolefinowych i poliwinylowych, przy czym powierzchnie płytek lamelowych są zmodyfikowane w procesie śrutowania za pomocą staliwa ostrokrawędziowego o uziarnieniu 0,6 - 1,4 mm, głównie od 0,6 do 0,8 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest odolejacz lamelowy przeznaczony do filtracji roboczych cieczy technologicznych oraz rozdziału fazy olejowej od przetłaczanego medium.

Wynalazek może znaleźć zastosowanie w liniach technologicznych obejmujących procesy mycia, odtłuszczania, separacji frakcji olejowych oraz w oczyszczalniach i neutralizatorach ścieków charakteryzujących się obecnością zanieczyszczeń olejowych lub ropopochodnych.

Odolejacze lamelowe służą do zbierania oleju unoszącego się na powierzchni wody lub roztworów wodnych, co umożliwia odzysk oczyszczonej cieczy i jej ponowne wykorzystanie. Podstawowym elementem konstrukcyjnym takiego urządzenia jest lamelowy moduł separacyjny, który w wyniku zachodzących na jego powierzchni procesów koalescencji, polegających na łączeniu się rozproszonych, drobnych cząstek oleju w większe cząstki zmniejszające stopień dyspersji układu, zwiększa efektywność procesów separacji frakcji olejowych, a swą konstrukcją stawia duży opór dla przetłaczanego medium, co sprzyja procesom koalescencji.

Znane z opisów patentowych separatory lamelowe, zazwyczaj mają wkłady koalescencyjne w postaci płyt z blach płaskich lub falistych umieszczonych skośnie do kierunku napływu separowanej mieszaniny.

Z patentu FR 2 754 733, znany jest osadnik lamelowy zawierający układ płyt sedymentacyjnych, rozmieszczonych równolegle w regularnych odstępach tworząc kanały przepływowe pomiędzy górną i dolną strefą.

Z opisu WO 8 605 412 znany jest separator lamelowy składający się z wielu skręconych ze sobą śrubowych lameli, które tworzą spiralne kanały przepływu dla cieczy roboczych.

Z opisu patentowego US 4 681 683 znany jest odolejacz lamelowy, w którym w poprzek strumienia doprowadzanego przez rynnę wlotową, jest umieszczonych wiele zespołów płyt lamelowych, które można indywidualnie wyjmować, na przykład do oczyszczenia, bez zakłócenia działania urządzenia.

W opisie patentowym PL 235 975 przedstawiono sposób zwiększenia efektu sedymentacji przez odpowiednie pochylenie płyt pakietów lamelowych względem osi zbiornika sedymentacyjnego, jednak bez wskazania konkretnego profilu płyt wchodzących w skład pakietów sedymentacyjnych.

Z opisu patentowego FR 2 704 447 znany jest separator lamelowy wielostrumieniowy o przepływie poprzecznym, utworzony przez dwa pakiety wielostrumieniowe wykonane z pionowych płyt pofałdowanych w płaszczyźnie poziomej, które tworzą poziome kanały przepływowe ze szczelinami umożliwiającymi wznoszenie fazy lekkiej zdyspergowanej w oczyszczanej cieczy i grawitacyjne opadanie fazy ciężkiej na dno separatora.

Płyty o profilu sinusoidalnym z dodatkowymi wytłoczeniami zapewniającymi właściwy odstęp między sąsiednimi płytami w pakiecie, znane są z opisu patentowego EP 0013499. Celem rozwiązania było zapewnienie laminarnego przepływu przez wkład koalescencyjny.

W celu zwiększenia efektu koalescencji stosowane są także pakiety lamelowe składające się z perforowanego materiału konstrukcyjnego, na którego powierzchni znajduje się materiał filtracyjny. Rozwiązanie takie znane jest na przykład z opisu patentowego PL 214917, gdzie w separatorze koalescencyjnym do wydzielania lekkich substancji ciekłych, zastosowano komorę z kanałem odpływowym ze stelażem o perforowanych częściach ścian oraz zamocowanym na nich okładem filtracyjnym. W wyniku przepływu czynnika roboczego przez układ koalescencyjny, na powierzchni materiału filtracyjnego osadzają się drobne cząsteczki frakcji olejowej łącząc się stopniowo w większe krople. Wraz z ich wzrostem, krople frakcji olejowej odrywają się od powierzchni filtracyjnej i wypływają na powierzchnię.

Wadą tego typu rozwiązania jest konieczność częstego oczyszczania powierzchni materiału filtracyjnego. Z kolei separatory lamelowe składające się z zespołu płyt, nawet profilowanych są często mało efektywne.

Przedmiotem wynalazku jest odolejacz lamelowy wyposażony w komorę główną zawierającą strefę lamelowych modułów separacyjnych zbudowanych z płytek lamelowych, którego istota polega na tym, że płytki lamelowe wykonane są z polimerowych tworzyw sztucznych, szczególnie poliolefinowych i poliwinylowych, przy czym powierzchnie płytek lamelowych są zmodyfikowane w procesie śrutowania za pomocą staliwa ostrokrawędziowego o uziarnieniu 0,6-1,4 mm, głównie 0,6 do 0,8 mm.

Celem wynalazku jest opracowanie uniwersalnej konstrukcji odolejacza lamelowego, w którym moduł separacyjny, wykonany zgodnie z wynalazkiem, wykazuje wysoką odporność korozyjną oraz termiczną, a w wyniku modyfikacji powierzchni płytek lamelowych oraz konstrukcji stawiającej duży opór dla przetłaczanego medium, zwiększa się efektywność procesów separacji frakcji olejowych.

Nieoczekiwanie okazało się, że powierzchnie tworzyw sztucznych zmodyfikowane metodą strumieniowo-ścierną z wykorzystaniem ostrych, twardych ścierniw, na przykład staliwa ostrokrawędziowego, wykazują wysokie powinowactwo do fazy olejowej oraz bardzo niskie dla wody, co sprzyja koalescencji i wspomaga procesy rozdziału frakcji olejowej.

Zwiększenie stopnia chropowatości i przyczepności wierzchniej warstwy elementów roboczych separatora lamelowego, powoduje znacznie wolniejsze spływanie oleju, co poprawia, w zależności od zastosowanej instalacji oraz rodzaju frakcji olejowej, efektywność procesu odolejania o co najmniej 10% do 70% w porównaniu do identycznych układów odolejających zawierających elementy o gładkiej, niezmodyfikowanej powierzchni. W przypadku środowisk korozyjnych, które wykluczają zastosowanie powierzchni metalowych, powierzchniowo modyfikowane tworzywo stanowi skuteczne i trwałe rozwiązanie.

Sposób i zastosowanie ilustrują poniższe przykłady

Przykład I

Płytkę z polipropylenu (PP) przeznaczoną do wykonania elementu separatora lamelowego poddano obróbce strumieniowo-ściernej polegającej na procesie śrutowania za pomocą staliwa ostrokrawędziowego o uziarnieniu 0,4-1,18 mm, głównie 0,6 do 0,8 mm - nominalnie 0,71 mm (typ GH25) w oczyszczarce strumieniowej pneumatycznej z zamkniętym obiegiem ścierniwa (np. oczyszczarka pneumatyczna - model OP-1/200). Proces obróbki odbywa się za pomocą pistoletu do piaskowania o zmiennej średnicy dyszy poprzez ukierunkowanie strumienia ścierniwa (zużycie powietrza 1800-2500 l) podawanego za pomocą regulowanego ciśnienia o wartości od 5 do 8 barów. Pistolet podający pod ciśnieniem ścierniwo umieszcza się w odległości 100-110 cm od obrabianego elementu, kierując na niego strumień ścierniwa przez około 4-6 sekund, aż do uzyskania jednorodnej modyfikacji całej obrabianej powierzchni.

Po zakończeniu obróbki strumieniowo-ściernej, płytkę oczyszczono strumieniem sprężonego powietrza i poddano badaniom mikroskopowym za pomocą mikroskopu laserowego Olympus 3D LextOLS5100, do pomiaru kształtu i chropowatości powierzchni na poziomie submikronowym.

Uzyskane wyniki wskazują na znaczną destrukcję powierzchni i powstanie relatywnie głębokich wgłębień o stosunkowo dużej powierzchni, a część materiału polimerowego ulega wypiętrzeniu powyżej poziomi podstawowego. Nie obserwuje się tego dla materiałów twardych na przykład stali, przy zastosowaniu identycznych warunków i ścierniwa.

Na zmodyfikowanej powierzchni płytki polipropylenowej pojawiają się obszary nieregularnych wgłębień (wżerów) o średnicy 0,1-0,8 mm, głównie około 0,5 mm i różnicy poziomów pomiędzy dnem wgłębienia a szczytem wypiętrzenia 0,05-0,15 mm, głównie około 0,08-0,1 mm. Wgłębienia i wybrzuszenia są rozmieszczone nieregularnie na całej powierzchni, przy czym wgłębienia stanowią co najmniej 50% powierzchni. Praktycznie identyczny obraz uzyskano dla powierzchni materiału z polietylenu (PE) oraz polichlorku winylu (PVC).

Wykonano także badania kąta zwilżania przez wodę powierzchni tworzywa niemodyfikowanego powierzchniowo oraz tworzywa po modyfikacji strumieniowo-ściernej. Pomiar wykonano za pomocą goniometm Kruss DSA100E.

Kąt zwilżania powierzchni niemodyfikowanego PE i PP wynosił średnio 85° +/-5° , a po obróbce strumieniowo-ściernej kąt zwilżania wzrasta do 125° +/-5°. W przypadku PVC uzyskano kąt zwilżania przed obróbką powierzchni 87° +/-3°, który po obróbce wzrasta do ok. 130°. Dla porównania kąt zwilżania przez wodę dla powierzchni stali nieobrobionej i obrobionej strumieniowo-ściernie wynosi około 60° - 65°. Uzyskane wyniki wskazują, że zmodyfikowana strumieniowo-ściernie powierzchnia polimerowa wykazuje znacznie wyższą hydrofobowość niż przed modyfikacją.

Zbadano także powinowactwo oleju do płytek przed i po obróbce strumieniowo-ściernej poprzez pomiar szybkości spływania kropli oleju po powierzchni płytki o wymiarach 10 x 10 cm, ustawionej pod różnym kątem (od 15° do 75°). W przypadku płytek niemodyfikowanych, woda spływała całkowicie w ciągu 1 do kilku sekund, a dla płytek zmodyfikowanych spływanie było około dwukrotnie wolniejsze, ale nie przekraczało 6-8 sekund. W przypadku oleju czas spływu kropli na płytkach niemodyfikowanych wynosił ok. 30-40 sekund. W przypadku płytek zmodyfikowanych kropla oleju w badanych warunkach nie docierała do końca płytki, zatrzymując się po kilku centymetrach, co świadczy o wysokim powinowactwie oleju do powierzchni zmodyfikowanej.

Wysoka hydrofobowość oraz duże powinowactwo oleju do powierzchni tworzyw zmodyfikowanych metodą strumieniowo-ścierną sprzyja procesom koalescencji.

Przykład II

Badania stopnia eliminacji oleju przy zastosowaniu różnych materiałów konstrukcyjnych przegród separacyjnych odolejacza prowadzono w urządzeniu odolejającym składającym się z dwóch głównych elementów - zbiornika wstępnego oraz komory głównej odolejacza.

Zbiornik wstępny zaopatrzony w system przekierowania cieczy zaolejonej do komory głównej odolejacza z bieżącego poziomu lustra cieczy zaolejonej w zbiorniku wstępnym, pozwala na zwiększenie skuteczności procesu odolejania dzięki skierowaniu na właściwy proces odolejania cieczy po wstępnym rozdziale faz zachodzącym już w zbiorniku wstępnym. W przeprowadzonych badaniach zastosowano zbiornik wstępny o pojemności 300 dm³.

Sporządzono w nim modelowe, zaolejone roztwory badawcze, zgodne z charakterystyką przedstawioną w Przykładzie III i IV.

Zaolejona ciecz ze zbiornika wstępnego kierowana jest do komory głównej odolejacza, w której są zamontowane elementy lamelowe, na których zachodzi koalescencja zdyspergowanego oleju. Dobierając optymalną wartość napływu do komory głównej odolejacza kierowano się wizualną oceną obecności fazy olejowej pozwalającej na jej odbiór przez przelew odbiorczy fazy olejowej. W trakcie realizacji badań stosowano przepływ roboczy w zakresie 200-420 l/godz.

Komorę główną odolejacza podzielono na strefy, w zależności od etapu procesu. Pierwszą część komory głównej odolejacza, na którą trafia zaolejona ciecz, stanowi strefa lamelowych modułów separacyjnych. Pojedynczy moduł lamelowy, pokazany na fig. 1 rysunku oraz w przekroju na fig. 2, składa się z zespołu płyt ułożonych szeregowo jedna nad drugą z zachowaniem odstępu pozwalającego na laminarny przepływ czynnika pomiędzy poszczególnymi płytami. Płaszczyzna każdej z płyt stanowiących moduł separacyjny składa się z trzech sektorów, z których dwa skrajne są zagięte względem płaszczyzny w zakresie 10°-75°, co przedstawiono na fig. 3.

W urządzeniu służącym do realizacji badań zastosowano komorę główną odolejacza o wymiarach 380 mm x 1215 mm x 470 mm (szer. x dl. x wys.) ze strefą lamelowych modułów separacyjnych składającą się z 6 modułów separacyjnych. Każdy z badanych modułów składał się z 30 płyt o wymiarach 70 mm x 340 mm (szer. x dl.), giętych pod kątem 30 stopni oraz z zachowaniem dystansu 5 mm pomiędzy poszczególnymi płytami.

W wyniku napływu medium roboczego na strefę lamelowych modułów separacyjnych uzyskuje się przepływ laminarny, co wspomaga procesy koalescencji, zachodzące na powierzchni płyt modułów separacyjnych. Przebieg wskazanych procesów skutkuje separacją frakcji olejowych, które w wyniku różnicy gęstości stanowią górną frakcję medium roboczego.

W stosowanym do badań urządzeniu odolejającym, którego schemat przedstawiono na fig. 4, napływający roztwór (1) po strefie lamelowych modułów separacyjnych przepływa do strefy, gdzie zastosowano dwa przelewy o regulowanych poziomach odbioru czynnika roboczego w celu utrzymania odpowiedniego poziomu cieczy w komorze głównej. Jeden z przelewów służy do odprowadzenia odseparowanego oleju (2), a drugi do odprowadzenia cieczy odolejonej (3).

Weryfikację skuteczności procesu odolejania dokonano dla modelowej alkalicznej i kwaśnej kąpieli odtłuszczającej stosując lamelowe moduły separacyjne, w których lamele były wykonane z różnych materiałów, tzn. stali, polietylenu (PP) modyfikowanego i niemodyfikowanego powierzchniowo oraz analogicznych zestawów z lamelami z PP i PVC.

Przykład III (kąpiel alkaliczna)

Do zbiornika wstępnego wsypano 16 kg sypkiego wodorotlenku sodu oraz wlano 184 l wody aby uzyskać stężenie 8%,co odpowiada standardowemu stężeniu stosowanemu w liniach galwanicznych do odtłuszczania. Odczyn pH kąpieli wynosił >12. Następnie wlano 40 l zużytego oleju hydraulicznego i całość dokładnie wymieszano, aby uzyskać zaolejoną alkaliczną kąpiel odtłuszczającą. Następnie na 120 minut uruchomiono odolejacz opisany w przykładzie II. W trakcie pracy odolejacza kontrolowano ilość odseparowywanego oleju, którą zsumowano po upływie zadanego czasu pracy, określając tym samym stopień oczyszczenia kąpieli.

Próby przeprowadzono stosując moduły separacyjne z lamelami wykonanymi ze stali, PE gładkiego i PE modyfikowanego powierzchniowo metodą strumieniowo-ścierną.

Każdą próbę wykonano w pięciu powtórzeniach. Uzyskane stopnie oczyszczenia dla badanych materiałów stanowią uśredniony wynik uzyskany z badań przeprowadzonych dla danego materiału konstrukcyjnego.

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi ze stali gładkiej odseparowano 20,0-21,0 litra oleju, co stanowi 50-52% oleju zawartego w kąpieli.

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi z gładkiego PE odseparowano 21,3-22,5 litra oleju, co stanowi 53-56% oleju zawartego w kąpieli.

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi z PE o powierzchni zmodyfikowanej metodą strumieniowo-ścierną odseparowano 32,2-33,5 litra oleju, co stanowi 80-84% oleju zawartego w kąpieli.

Praktycznie analogiczne efekty uzyskano po zastosowaniu modułów separacyjnych z płytami lamelowymi wykonanymi z niemodyfikowanego i modyfikowanego powierzchniowo PP oraz PVC.

Przykład IV (kąpiel kwaśna)

Do zbiornika wstępnego wlano 170 dm³ wody oraz 30 dm³ 36-38% roztworu kwasu solnego, aby uzyskać stężenie około 5,5%, co odpowiada standardowemu stężeniu stosowanemu w liniach galwanicznych do odtłuszczania. Odczyn pH kąpieli wynosił <1. Następnie wlano 40 l zużytego oleju hydraulicznego i całość dokładnie wymieszano aby uzyskać zaolejoną, kwaśną kąpiel odtłuszczającą.

Dalej postępowano analogicznie jak w przykładzie III. Każdą badaną próbę wykonano w pięciu powtórzeniach. Uzyskane stopnie oczyszczenia dla badanych materiałów stanowią uśredniony wynik uzyskany z badań przeprowadzonych dla danego materiału. Uzyskano następujące wyniki:

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi ze stali gładkiej odseparowano 21,1-22,1 litra oleju, co stanowi ok. 52-55% oleju zawartego w kąpieli.

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi z gładkiego PE odseparowano 22,3-23,2 litra oleju, co stanowi 56-58% oleju zawartego w kąpieli.

Dla modułu separacyjnego z płytami lamelowymi wykonanymi z PE o powierzchni zmodyfikowanej metodą strumieniowo-ścierną odseparowano 33,2-34,4 litra oleju, co stanowi 83-86% oleju zawartego w kąpieli.

Praktycznie analogiczne efekty uzyskano po zastosowaniu modułów separacyjnych z płytami lamelowymi wykonanymi z niemodyfikowanego i modyfikowanego powierzchniowo PP oraz PVC.

Claims (1)

1. Odolejacz lamelowy wyposażony w komorę główną zawierającą strefę lamelowych modułów separacyjnych zbudowanych z płytek lamelowych, znamienny tym, że płytki lamelowe wykonane są z polimerowych tworzyw sztucznych, szczególnie poliolefinowych i poliwinylowych, przy czym powierzchnie płytek lamelowych są zmodyfikowane w procesie śrutowania za pomocą staliwa ostrokrawędziowego o uziarnieniu 0,6-1,4 mm, głównie 0,6 do 0,8 mm.