WO2007096024A1

WO2007096024A1 - Verfahren zur spaltung von öl/wasser-emulsionen und dessen steuerung

Info

Publication number: WO2007096024A1
Application number: PCT/EP2007/000136
Authority: WO
Inventors: Markus Hofmann; Eric Racofier; Jean-Michel Bouche; Benjamin Liesch; Brigitte Spei
Original assignee: Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien; Goffin Automatismes; Marx, Karin
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP2035107A1; DE102006008559A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der durch organische Emulsionsspalter induzierten Spaltung von Öl/Wasser-Emulsionen durch Messung der Trübung einer Emulsionsprobe in einer Probenkammer in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge an Emulsionsspaltem, wobei man: a) die Emulsionsprobe mit sichtbarer Lichtstrahlung und/oder Infrarotstrahlung aus einer Strahlungsquelle bestrahlt, b) die Trübung der Emulsionsprobe als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters misst, c) das Integral des Trübungsverlaufs errechnet, d) Hilfswerte errechnet, die als variablen Parameter das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters enthalten und e) als erforderliche Spaltmittelmenge diejenige Menge an Emulsionsspalter bestimmt, die der zu spaltenden Emulsion zugegeben werden muss, bis eine erste Bedingung für den Trübungsverlauf einerseits und eine zweite Bedingung für den Hilfswert andererseits erstmals gleichzeitig erfüllt sind. Die erste vorgewählte Bedingung besteht vorzugsweise darin, dass der Trübungswert mit weiterer Zugabe des organischen Emulsionsspalters zunimmt. Die zweite vorgewählte Bedingung kann darin bestehen, dass der Trübungswert kleiner ist als der Hilfswert. Alternativ kann die zweite vorgewählte Bedingung darin bestehen, dass die Differenz: (Trübungswert minus Hilfswert) kleiner ist als ein vorgegebener und/oder empirisch bestimmter Schwellenwert. Das Gesamtverfahren läuft vorzugsweise programmgesteuert automatisch ab. Die Erfindung umfasst weiterhin ein kontinuierliches oder chargenweises Verfahren zur Spaltung einer Öl/Wasser-Emulsion durch Zugabe von Emulsionsspaltern, wobei man die erforderliche Menge an Emulsionsspaltern nach dem genannten Verfahren bestimmt und der Emulsion zugibt.

Description

„Verfahren zur Spaltung von Öl/Wasser-Emulsionen und dessen Steuerung"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der durch organische Spalter induzierten Spaltung von Öl- /Wasser-Emulsionen.

Bei der Bearbeitung von metallischen Werkstoffen sehr häufig zum Einsatz kommende ÖI-in-Wasser-Emulsionen (= Öl/Wasser-Emulsionen), wie beispielsweise Kühlschmierstoff-, Tiefzieh-, Schneid- oder Bohremulsionen, deren Ölphase vorwiegend aus natürlichen oder synthetischen Ölen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Herkunft besteht, unterliegen bei ihrer Anwendung nicht nur einem Verschleiß, sondern werden auch durch Eintrag von Fremdstoffen verunreinigt. Sie müssen daher regelmäßig entsorgt werden. Der wichtigste Schritt in der - unter Umständen kontinuierlich ablaufenden - Entsorgung besteht in der Spaltung der abgearbeiteten Emulsionen. Dies bedeutet, dass die Ölphase möglichst weitgehend von der Wasserphase getrennt werden muss, um entweder die abgetrennte Ölphase aufarbeiten und wiederverwerten zu können oder um diese und die ebenfalls abgetrennte Wasserphase ökologisch unbedenklich den üblichen Entsorgungsverfahren zuführen zu können.

Die früher übliche Spaltung derartiger Emulsionen durch Mineralsalze oder Säuren wurde aufgrund der ökologischen Nachteile und der für eine vollständige Spaltung benötigten hohen Spaltermenge sukzessive durch ein Spaltverfahren ersetzt, in dem zur Emulsionsspaltung organische Spalter, in der Regel oberflächenaktive Substanzen, eingesetzt werden. Deren Vorteil ist darin zu sehen, dass die für eine vollständige Spaltung notwendigen Einsatzkonzentrationen sehr niedrig, beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 10 % der Emulsionsmenge, liegen und die Spalter die Entsorgung der Ölphase, beispielsweise bei der Verbrennung, nicht beeinträchtigen. Außerdem führen sie zu keiner nennenswerten Fremdstoffbelastung der wässrigen Phase.

Der anwendungstechnische Nachteil bei der Verwendung organischer Spalter in der Emulsionsspaltung liegt darin, dass eine Überdosierung der für die Spaltung eingesetzten Substanzen zu einer Re-Emulgierung der bereits gespaltenen Emulsion führen kann. Dies hat zur Folge, dass eine vollständige Emulsionsspaltung nur in einem relativ engen Bereich der Dosierung der Spaltersubstanzen möglich ist. Unterhalb dieses Bereiches ist die Emulsionsspaltung unvollständig, was sich in einem unerwünscht hohen Ölgehalt in der Wasserphase bemerkbar macht; o- berhalb dieses Bereiches führt die Überdosierung des Spalters und die damit verbundene Re-Emulgierung ebenfalls zu einem Anstieg des Ölgehaltes in der Wasserphase, der natürlicherweise ebenfalls unerwünscht ist. Eine zusätzliche Erschwernis ist darin zu sehen, dass die in der Praxis anfallenden Öl-in-Wasser E- mulsionen hinsichtlich Zusammensetzung, Konzentration der Bestandteile, pH- Wert, Temperatur und anderen Parametern starken Schwankungen unterworfen sein können. Diese Nachteile führen dazu, dass bei der praktischen Verwendung von oberflächenaktiven Substanzen als Emulsionsspalter ständige empirische Ll- berprüfungen und der Spaltmittelmenge notwendig waren, um für jedes Anwendungsproblem den optimalen Dosierbereich für den organischen Spalter zu ermitteln.

In der Praxis wurde der optimale Dosierbereich üblicherweise durch visuelle Beobachtung des Spaltverlaufes bei der Emulsionsspaltung ermittelt. Diese Bestimmung des optimalen Dosierbereichs für den Spalter, d.h. des Endpunktes für die Zugabe der als Spalter, verwendeten oberflächenaktiven Verbindung, wurde in der Regel so vorgenommen, dass so lange Spalter zugegeben wurde, bis sich eine flotierende Öl-/Schlammflocke bildete. Um Überdosierungen zu vermeiden, musste dies unter Zugabe kleiner Spaltermengen geschehen, weswegen die Spaltung von Öl-/Wasser-Emulsionen bei visueller Bestimmung des Endpunktes einen Zeitraum von mehreren Stunden in Anspruch nahm.

Zudem bestand aufgrund zunehmender Bestrebungen, derartige Verfahren auf dem Sektor der Abwasserreinigung zu automatisieren, ein steigender Bedarf an wartungsarmen und zuverlässig automatisch arbeitenden Messverfahren. In EP-A-256 431 wird beschrieben, dass der optimale Dosierbereich für einen organischen Spalter bei der durch organische Spalter induzierten Emulsionsspaltung dadurch bestimmt werden kann, dass man den Trübungsverlauf in Abhängigkeit von der Zugabemenge an organischem Spalter misst und die Trübung als Indikator für die Qualität der Spaltwasserphase heranzieht.

Diese EP-A-256 431 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der durch organische Spalter induzierten Spaltung von Öl-/Wasser-Emulsionen durch Messung der Trübung der Spaltwasserphase in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge an organischem Spalter, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man mit Hilfe einer an sich bekannten, im Prinzip aus Lichtquelle, Probenkammer, Detektor für das Durchlicht und Detektor für das vorwärts gestreute Licht bestehenden apparativen Anordnung während der Zugabe des organischen Spalters das von der Lichtquelle ausgehende, durch die Probenkammer mit der Probe fallende, nicht adsorbierte Licht (Durchlicht) mit Hilfe des Detektors für das Durchlicht misst, gleichzeitig das von der Lichtquelle ausgehende, durch die in der Probe enthaltenen Öltröpfchen vorwärts gestreute Licht mit Hilfe des Detektors für das vorwärts gestreute Licht misst, die Messsignale nach Verstärkung ins Verhältnis zueinander setzt, daraus die Trübung errechnet und gegebenenfalls das Ergebnis zur zugegebenen Spaltermenge in Beziehung setzt und graphisch festhält und die Zugabe an organischem Spalter dann unterbricht, wenn die Trübung nach dem Maximum ein erstes Minimum erreicht.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Verfahren der EP-A-256 431 insbesondere im Hinblick auf dessen Anwendungssicherheit zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Steuerung der durch organische Emulsionsspalter induzierten Spaltung von Öl/Wasser- Emulsionen durch Messung der Trübung einer Emulsionsprobe in einer Probenkammer in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge an organischen Emulsionsspaltern, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die Emulsionsprobe mit sichtbarer Lichtstrahlung und/oder Infrarotstrahlung aus einer Strahlungsquelle bestrahlt, b) die Intensität der in der Emulsionsprobe gestreuten oder der in Strahlrichtung durchgelassenen Licht- und/oder Infrarotstrahlung mit mindestens einem Detektor als Trübungswert in % relativ zu den Randwerten: 0 % Trübung = keine Streuung oder Absorption, 100 % Trübung = vollständige Streuung oder Absorption als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zu unterschiedlichen Zeitpunkten ti misst, c) das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters errechnet, d) Hilfswerte für den jeweiligen Zeitpunkt ti errechnet, die als variablen Parameter das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zum selben Zeitpunkt ti enthalten und e) als erforderliche Spaltmittelmenge diejenige Menge an organischem Emulsionsspalter bestimmt, die der zu spaltenden Emulsion zugegeben werden muss, bis eine erste vorgewählte Bedingung für den Trübungsverlauf als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters einerseits und eine zweite vorgewählte Bedingung für den Hilfswert zum Zeitpunkt ti andererseits erstmals gleichzeitig erfüllt sind.

Für den Teilschritt b) stehen Standard-Messeinrichtungen zur Verfügung, die allgemein zur Messung der Trübung von Emulsionen bzw. Suspensionen eingesetzt werden können. Diese können entweder die Intensität des Durchlichts oder die Intensität des Streulichts messen und hieraus einen relativen Trübungswert in % ableiten. Diese Messeinrichtungen sind in der Regel so voreingestellt, dass sie die Trübung direkt als relativen Wert in % anzeigen. Da es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf Absolutwerte der Trübung ankommt, sondern auf die relative Änderung der Trübung, ist es nicht erforderlich, Absolutwerte der Trübung zu bestimmen. Dies setzt voraus, dass die Messung der Trübung während des gesamten Verfahrensablaufs immer mit der selben Messanordnung unter Verwendung des selben Lichtwegs erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von vorbeschriebenen Verfahren dadurch, dass im Teilschritt c) das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters errechnet wird. Da die zugegebene Menge an Emulsionsspalter mit der Zeit zunimmt und mit dieser korreliert ist, ist dies gleichbedeutend mit einer Berechnung des Integrals des Trübungsverlaufs als Funktion der Zeit, die seit dem Beginn der Zugabe des E- mulsionsspalters verstrichen ist. Ist die Konzentration der zugegebenen Emulsionsspalter-Lösung bekannt, wovon in der Praxis ausgegangen werden kann, ist auch die Menge an Emulsionsspalter, die bis zu einem herausgegriffenen Zeitpunkt ti zugegeben wurde, bekannt.

Im Teilschritt d) berechnet man Hilfswerte zu beliebigen Zeitpunkten ti, die das Integral des Trübungsverlaufs zum selben Zeitpunkt ti als variablen Parameter enthalten.

Im Teilschritt e) wird die optimale Spaltmittelmenge festgestellt. Dies ist diejenige Spaltmittelmenge, die der Emulsions-Probe zugegeben werden muss, bis 2 unterschiedliche Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind. Dabei betrifft die erste Bedingung den Trübungsverlauf selbst, während die zweite Bedingung den Hilfswert betrifft, der über das Integral des Trübungsverlaufs mit diesem zusammenhängt. Wie diese beiden Bedingungen jeweils lauten müssen, um die optimale Menge an Emulsionsspalter zu ergeben, hängt von der Natur der zu spaltenden Emulsion einerseits und vom verwendeten Emulsionsspalter andererseits ab und kann in Vorversuchen empirisch ermittelt werden. Vorzugsweise besteht die erste vorgewählte Bedingung darin, dass der relative Trübungswert mit weiterer Zugabe des organischen Emulsionsspalters zunimmt. Dies ist gleichbedeutend mit der Aussage, dass die Steigung der Kurve des Trübungsverlaufs positiv ist. Beobachtet man dagegen, dass die Trübung mit weiterer Zugabe von Emulsionsspalter abnimmt, d.h. das die Steigung der Kurve des Trübungsverlaufs negativ ist, so ist diese Bedingung nicht erfüllt. Die zweite vorgewählte Bedingung für den Hilfswert hängt davon ab, wie der Hilfswert definiert ist bzw. berechnet wird. In einer vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung berechnet man im Schritt d) die Hilfswerte dadurch, dass man den Wert des Integrals des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zu unterschiedlichen Zeitpunkten ti nach Beginn der Zugabe des organischen Emulsionsspalters durch eine Variable V dividiert, die aus dem Wert t_x besteht oder diesen enthält, wobei t_x die Zeit seit dem Beginn der Zugabe des organischen Emulsionsspalters bis zum jeweiligen Zeitpunkt ti bedeutet. In welcher Einheit die Zeit t_x ausgedrückt wird, ist dabei prinzipiell unerheblich, da man die zweite vorgewählte Bedingung entsprechend anpassen kann. Beispielsweise kann im Schritt d) die Zeit t_x in Sekunden ausgedrückt werden.

Im einfachsten Fall errechnet man im Schritt d) die Hilfswerte dadurch, dass man das Integral des Trübungsverlaufs zum Zeitpunkt U durch die Zeit t_x in Sekunden dividiert, die seit dem Beginn der Zugabe des Emulsionsspalters bis zum Zeitpunkt ti verstrichen ist. In der Praxis kann es sich ergeben, dass die Erfüllung der zweiten vorgewählten Bedingung eindeutiger festgestellt werden kann, wenn man zur Berechnung der Hilfswerte zu t_x eine empirisch zu ermittelnde Zahl y addiert. In dieser Ausführungsform ist also die Variable V, durch die man zur Ermittlung der Hilfswerte das Integral der Trübung dividiert, definiert durch V = t_x + y, wobei y eine vorgegebene und/oder empirisch bestimmte Zahl ist. Für praktische Zwecke liegt diese vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 50 und insbesondere im Bereich von 1 bis 20. Beispielsweise kann y = 10 gesetzt werden. Je nach Typ der zu spaltenden Emulsion und des eingesetzten Emulsionsspalters kann der Wert von y so angepasst werden, dass das Erfülltsein der zweiten Bedingung besonders gut mit der optimalen Menge an Emulsionsspalter korreliert. Dies kann durch praktische Spaltversuche optimiert werden. Der einmal empirisch ermittelte optimale Wert von y wird dann so lange beibehalten, wie der selbe Emulsionsspalter eingesetzt wird und sich die Natur der zu spaltenden Emulsion nicht zu stark ändert. Praxisversuche haben gezeigt, dass es ausreicht, wenn ein Wert für y vom Lieferanten des Emulsionsspalters festgelegt wird, der dann im Verlauf des praktischen Spalt- Prozesses nicht mehr verändert wird. Wenn man das erfindungsgemäße Verfahren programmgesteuert automatisch ablaufen lässt, kann dieser vorgewählte Wert, beispielsweise ein Wert von 10, in dem Rechenprogramm fest vorgegeben werden.

Die zweite vorgewählte Bedingung kann unterschiedlich gewählt werden, wobei sich in Vorversuchen überprüfen lässt, welche Wahl die besseren Spaltergebnisse bei geringerem Chemikalienverbrauch ergibt. In einer ersten Variante besteht die zweite vorgewählte Bedingung darin, dass der Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti kleiner ist als der Hilfswert zum selben Zeitpunkt ti. Damit sowohl die vorgewählte erste Bedingung als diese vorgewählte zweite Bedingung gleichzeitig erfüllt sind, muss zum einen die Steigung der Trübungskurve positiv sein, zum anderen der Absolutwert der Trübung jedoch so gering sein, dass er kleiner ist als der Hilfswert. Zu Beginn der Zugabe des Emulsionsspalters nimmt die Trübung der Emulsion in der Regel zu, so dass hier die erste Bedingung in der Regel erfüllt ist. In diesem Stadium ist das Integral der Trübungskurve jedoch noch vergleichsweise klein, so dass auch der Hilfswert eine kleine Zahl darstellt. Daher ist die genannte zweite vorgewählte Bedingung hier in der Regel nicht erfüllt. Mit weiterer Zugabe von Emulsionsspalter erreicht die Trübungskurve in der Regel ein Maximum, wonach die Trübungswerte mit weiterer Spaltmittelzugabe abfallen, die Steigung der Kurve also negativ ist. Das Integral der Trübungskurve nimmt jedoch weiterhin zu, so dass auch der Hilfswert zunimmt und in der Regel irgendwann größer wird als der Trübungswert selbst. Dann ist die genannte zweite vorgewählte Bedingung zwar erfüllt, aber nicht die erste vorgewählte Bedingung, da in diesem Stadium die Trübungswerte mit weiterer Spaltmittelzugabe abnehmen. Normalerweise erreichen die Trübungswerte jedoch bei weiterer Spaltmittelzugabe entweder ein Minimum, wonach sie wieder ansteigen, oder zumindest ein Plateau, bei dem sie um einen niederen Absolutwert schwanken. Es wird also ein Zustand erreicht, bei dem die Trübungswerte bei fortgesetzter Spaltmittelzugabe systematisch oder zumindest in Folge statistischer Schwankungen wieder zunehmen. In diesem Moment ist auch die erste vorgewählte Bedingung aufs neue erfüllt, so dass die bis zu die- sem Zeitpunkt zugegebene Menge an Emulsionsspalter als optimale Menge festgestellt wird.

Alternativ hierzu kann man die zweite vorgewählte Bedingung so wählen, dass die Differenz: (Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti minus Hilfswert zum selben Zeitpunkt t-i) kleiner ist als ein vorgegebener und/oder empirisch bestimmter Schwellenwert. In dieser Variante subtrahiert man also den Hilfswert vom Trübungswert. Da zu Beginn der Zugabe des Emulsionsspalters das Integral der Trübungskurve und damit der Hilfswert schneller größer werden als die Trübungswerte selbst, wird diese Differenz mit der Zeit kleiner. In Vorversuchen kann bestimmt werden, unter welchem Schwellenwert diese Differenz liegen muss, damit das Spaltergebnis optimal ist. Mit diesem empirisch gefundenen Schwellenwert kann dann das weitere Spaltverfahren durchgeführt werden. Praxisversuche haben gezeigt, dass sinnvolle Schwellenwerte im Bereich zwischen +5 und -5, in der Regel zwischen +2 und -2 liegen und beispielsweise 0 oder 1 betragen können. Damit das Unterschreiten des Schwellenwerts tatsächlich die optimale Menge an Emulsionsspalter definiert, muss selbstverständlich die erste vorgewählte Bedingung weiter erfüllt sein, dass nämlich die Trübung mit weiterer Spaltmittelzugabe ansteigt, d. h. die Steigung der Trübungskurve positiv ist.

Je nach Typ der zu spaltenden Emulsion und des ausgewählten Emulsionsspalters kann es sein, dass entweder die erste oder die zweite Alternative für die zweite vorgewählte Bedingung zum besseren Spaltungsergebnis führt. Im Extremfall ist nur eine dieser beiden Ausführungsvarianten überhaupt erfolgreich, da ggf. nur eine der beiden Varianten für die zweite vorgewählte Bedingung dazu führt, dass diese ausgewählte zweite vorgewählte Bedingung zusammen mit der ersten vorgewählten Bedingung gleichzeitig erfüllt ist.

In der Praxis kann der Lieferant der Emulsionsspalter in Vorversuchen feststellen, welche Verfahrensvariante und ggf. welche Wahl des Schwellenwerts bzw. der Größe y für einen gegebenen Emulsionsspalter zu den eindeutigsten und auch technisch sinnvollsten Werten für die optimale Menge an Emulsionsspalter führt. Dies kann zusätzlich vom Typ der Emulsion abhängen. Bei der technischen Anwendung des erfindungsgemäßen Spaltverfahrens sind der Typ der zu spaltenden Emulsion und der verwendete Emulsionsspalter über lange Zeiträume konstant, während die Ölmenge in der Emulsion und damit die optimale Spaltermenge variieren kann. Zur Ermittlung der optimalen Menge an Emulsionsspalter kann dann das erfindungsgemäße Verfahren mit fest voreingestellten Werten für die auszuwählende zweite Bedingung einerseits und für den Schwellenwert bzw. die Zahl y andererseits beibehalten werden. Die optimalen Kriterien werden also einmalig durch Vorversuche ermittelt und werden dann für den produktiven Betrieb beibehalten. Falls man für das erfindungsgemäße Verfahren eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit einsetzt, können diese vorermittelten Werte dieser elektronischen Einheit fest eingegeben werden.

Je nach Typ der zu spaltenden Emulsion kann es zweckmäßig sein, nicht bereits nach der ersten Zugabe oder nach wenigen Zugabeschritten zu prüfen, ob die erste und die zweite vorgewählte Bedingung schon beide erfüllt sind. Zu Beginn der Zugabe des Emulsionsspalters kann es nämlich zu statistischen oder zumindest zu uncharakteristischen Schwankungen der Trübungswerte kommen, bevor die Trübungswerte bei weiterer Zugabe des Emulsionsspalters einen signifikanten Verlauf annehmen. In einem solchen Fall, der durch Vorversuche erkannt werden kann, ist es sinnvoll, zunächst über einen vorgewählten Zeitraum hinweg der E- mulsionsprobe den Emulsionsspalter zuzugeben, bevor man damit beginnt, die Erfüllung der vorgewählten Bedingungen zu überprüfen. In dieser Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass man den organischen Emulsionsspalter der Emulsionsprobe über einen vorgewählten Zeitraum zugibt, bevor man überprüft, ob die erste und die zweite vorgewählte Bedingung erstmals gleichzeitig erfüllt sind. Dieser vorgewählte Zeitraum ab Start der Emulsionsspalter-Zugabe kann beispielsweise im Bereich von 10 bis 120 Sekunden, insbesondere im Bereich von 15 bis 60 Sekunden und bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 Sekunden liegen. In einer vorzuziehenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man den Trübungswert der Emulsion aus der Intensität der in der Emulsionsprobe zurück gestreuten Strahlung mit mindestens einem Detektor als Trübungswert in % relativ zu den Randwerten: 0 % Trübung = keine Rückstreuung, 100 % Trübung = vollständige Rückstreuung. Dies erfolgt am einfachsten dadurch, dass man die Strahlungsquelle und den Detektor in die Emulsionsprobe eintaucht. Hierfür können Messanordnungen verwendet werden, die Strahlungsquelle und Detektor umfassen und die als vorgegebene und voreingestellte Baueinheiten kommerziell erhältlich sind. Beispielsweise ist hierfür das relative Trübungsmessgerät itm-2 der Firma Negele Messtechnik GmbH, Raiffeisenweg 7, 87743 Egg an der Günz (Deutschland) geeignet. Dieses liefert als Ausgangssignal des Detektors direkt die relativen Trübungswerte in %, die als Eingangswerte für das erfindungsgemäße Verfahren dienen können.

In der vorzuziehenden Messanordnung liegen Strahlungsquelle und Detektor nahe bei einander. „Nahe bei einander" kann dabei heißen, dass die jeweiligen Mittelpunkte der Strahlungsquelle und des Detektors in Richtung senkrecht zur Achse der von der Strahlungsquelle ausgehenden Licht- und/oder Infrarot-Strahlung von einander einen Abstand im Bereich von 0,5 bis 5 cm haben.

Vorzugsweise führt man das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren mit Infrarot-Strahlung durch. Insbesondere ist hierfür ein Wellenlängenbereich von etwa 840 bis etwa 880 nm geeignet.

Vorzugsweise setzt man für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der erforderlichen Spaltmittelmenge im Schritt d) eine (vorzugsweise elektronische) Steuer- und Auswerteeinheit ein, in die ein Algorithmus für die Durchführung der Schritte b) bis d) abgespeichert ist. Wie bereits vorstehend erwähnt, können in dieser Steuer- und Auswerteeinheit die vorgewählten ersten und zweiten Bedingungen voreingestellt werden, zusammen mit, je nach Fallgestaltung, dem Wert für die Zahl y gemäß Anspruch 4 bzw. dem Schwellenwert gemäß Anspruch 6. Nach dieser Voreinstellung kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres menschliches Eingreifen mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit selbsttätig durchgeführt werden. In diesem automatischen Verfahrensablauf wird aus der zu spaltenden Emulsion eine Probe gezogen, die optimale Menge an Emulsionsspalter bestimmt und durch automatisches Ansteuern von Ventilen und/oder Pumpen diese optimale Menge an Emulsionsspalter aus einem Vorratsgefäß der zu spaltenden Emulsion zugegeben.

Damit das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der optimalen Menge an Spaltmittel in einem technisch zweckmäßigen Zeitraum durchgeführt werden kann, ist die pro Liter Emulsion und pro Minute zuzugebende Menge an Emulsionsspalter zu der Emulsionsprobe vorzuwählen. Diese hängt insbesondere vom Ölgehalt der Emulsion und von der Menge an emulgierend wirkenden Komponenten in der Emulsion ab. Praxisversuche haben gezeigt, dass man vorzugsweise den organischen Emulsionsspalter in einer Menge von 0,02 bis 5 g Aktivsubstanz pro Liter Emulsionsprobe innerhalb eines Messzeitraums im Bereich von 0,5 bis 10 Minuten zugibt. Insbesondere wählt man die pro Liter Emulsionsprobe und Minute zugegebene Menge an Emulsionsspalter so aus, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der optimalen Spaltmittelmenge in einem Zeitraum zwischen 1 Minute und 5 Minuten abgeschlossen werden kann.

Sollte sich im praktischen Betrieb die Zusammensetzung der Emulsion auf unerwartete Weise ändern, kann es passieren, das mit der vorgewählten Verfahrensvariante und den voreingestellten Werten innerhalb des vorstehend genannten Zeitfensters das Kriterium nicht erreicht wird, dass sowohl die erste vorgewählte Bedingung für den Trübungsverlauf als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters einerseits und die zweite vorgewählte Bedingung für den Hilfswert andererseits gleichzeitig erfüllt sind. Die automatische Bestimmung der optimalen Menge an Emulsionsspalter ist dann gescheitert. Das Bestimmungsverfahren, d. h. die weitere Messung der Trübung bei weiterer Zugabe von Emulsionsspalter, führt dann voraussichtlich zu keinem sinnvollen Ergebnis mehr und sollte abgebrochen werden. In diesem Fall sieht man vorzugsweise vor, dass die Steuer- und Auswerteeinheit ein Alarmsignal ausgibt. Dann können die vorein- gestellten Verfahrensparameter in der Steuer- und Auswerteeinheit durch manuelle Versuche überprüft und angepasst werden.

Das erfindungsgemäße Gesamtverfahren zur Spaltung von Öl/Wasser- Emulsionen und dessen Steuerung läuft also vorzugsweise programmgesteuert automatisch ab. Dabei hat es sich in der Praxis als günstig erwiesen, dass vor Beginn der Messung der Trübung die Probenkammer mit der zu spaltenden Emulsion vorgespült wird, danach die eigentliche Emulsionsprobe in die Probenkammer eingefüllt und homogenisiert wird und anschließend die Zugabe von organischem Emulsionsspalter und Messung der Trübung beginnt. Dies kann völlig automatisch geschehen, wenn die Steuer- und Auswerteeinheit entsprechend programmiert ist und die zu verwendende Einrichtung die erforderlichen Ventile und Pumpen besitzt.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spaltung einer Öl/Wasser-Emulsion in einem Spaltbehälter durch Zugabe von organischen Emulsionsspaltern, wobei man die erforderliche Menge an organischen Emulsionsspaltern nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 bestimmt und hierzu programmgesteuert eine Emulsionsprobe in die Probenkammer überführt, hiermit das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 durchführt und die hierdurch ermittelte erforderliche Spaltmittelmenge manuell oder automatisch in den Spaltbehälter gibt und mit der Öl/Wasser- Emulsion vermischt.

Dieses Verfahren zur Spaltung einer Öl/Wasser-Emulsion kann so durchgeführt werden, dass man nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren die optimale Menge an Emulsionsspalter pro Liter zu spaltender Emulsion bestimmt und die entsprechende Menge direkt manuell oder durch Einschalten entsprechender Dosiereinrichtungen in den Spaltbehälter gibt. Der weitere Ablauf des Verfahrens entspricht dann dem Stand der Technik: Abwarten der Phasentrennung, Abtrennen der Ölphase von der Wasserphase und getrennte Entsorgung bzw. Wiederaufarbeitung der beiden getrennten Phasen. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Zugabe der als optimal ermittelten Spaltmittelmenge in den Spaltbehälter ohne menschliches Eingreifen automatisch. Die Steuer- und Auswerteeinheit für das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der optimalen Menge an Spaltmittel steuert dann selbstständig entsprechende Pumpen und/oder Dosierventile an, um die als optimal festgestellte Menge an Spaltmittel in den Spaltmittelbehälter zu geben.

Unabhängig davon, ob die Spaltmittelzugabe manuell oder vollautomatisch erfolgt, kann das Verfahren zur Spaltung einer Öl/Wasser-Emulsion chargenweise oder kontinuierlich erfolgen. Bei der chargenweisen Durchführung füllt man den Spaltbehälter mit der Öl/Wasser-Emulsion, bestimmt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die optimale Spaltmittelmenge, gibt diese in den Spaltbehälter, wartet die Trennung in eine Ölphase und eine Wasserphase ab und trennt die beiden Phasen voneinander.

Bei der kontinuierlichen Verfahrensweise durchströmt die ÖIΛ/Vasser-Emulsion den Spaltbehälter kontinuierlich, wobei der organische Emulsionsspalter kontinuierlich zugegeben wird. Mit "kontinuierlicher Zugabe des Emulsionsspalters" ist hier gemeint, dass nicht die komplette Trennung der Emulsion abgewartet wird, bevor zu frischer Emulsion erneut Emulsionsspalter gegeben wird. „Kontinuierlich" bedeutet hier vielmehr, dass neuer Emulsionsspalter zugegeben wird, während die Spaltung noch läuft und während neue Emulsion in den Spaltbehälter eintritt. Die Zugabe des Emulsionsspalters kann „vollkontinuierlich" erfolgen, d. h. in einem konstanten Strom ohne Unterbrechung. „Kontinuierlich" kann aber auch bedeuten, dass die als optimal erkannte Menge an Emulsionsspalter auf eine getaktete Weise zugegeben werden kann, wobei nach jeder Zugabe eine vorgewählte Wartezeit verstreichen kann.

In diesem kontinuierlichen Spaltverfahren überprüft man in vorgewählten Zeitabständen, die beispielsweise im Bereich von 5 Minuten bis 2 Stunden liegen können, ob die vorgesehene Menge an Emulsionsspalter noch der optimalen Menge entspricht oder ob diese anzupassen ist. Dies erfolgt mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Menge an Emulsionsspalter. Sollte sich bei der Überprüfung ergeben, dass die aktuelle Menge an E- mulsionsspalter nicht mehr der optimalen Menge entspricht, was beispielsweise auf eine Änderung des Ölgehalts der Emulsion zurück geführt werden kann, so kann die zuzugebende Menge an Emulsionsspalter entsprechend automatisch angepasst werden.

Aufgrund der Erfindung wird also ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der optimalen Mengen an organischem Emulsionsspalter zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe im industriellen Produktionsprozess die Emulsionsspaltung zuverlässig und vollautomatisch durchgeführt werden kann. Sollte das Verfahren zur Bestimmung der optimalen Menge an Emulsionsspalter fehlschlagen, kann vorgesehen werden, dass Bedienungspersonal durch eine Alarmmeldung hierauf hingewiesen wird.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gespaltenen Emulsionen sind ausnahmslos ÖI-in-Wasser-Emulsionen, wie sie beispielsweise bei der Bearbeitung von metallischen Werkstoffen anfallen. Diese Emulsionen dienen zum Kühlen der Werkstücke und Werkzeuge bei der spanabhebenden Metallbearbeitung, beispielsweise beim Schneiden, Bohren und Drehen, oder zur Verbesserung des Gleit- und Trennverhaltens bei der spanlosen Metallverarbeitung, beispielsweise beim Tiefziehen. Emulsionen in diesem Sinn sind also abgearbeitete oder für Versuchszwecke auch synthetisch hergestellte Kühlschmierstoff-, Tiefzieh-, Schneid- und/oder Bohremulsionen, wobei auch Emulsionsgemische unter den genannten Begriff fallen. Bei den geschilderten ÖI-in-Wasser-Emulsionen handelt es sich um wässrige Systeme, die bis zu 10 % Ölanteile enthaltenen können; diese entstehen in der Regel durch Fremdeintrag. Unter Emulsionen im oben genannten Sinn werden jedoch auch die klassischen alkalischen neutralen oder sauren Entfettungsund Reinigungsbäder verstanden, die beispielsweise in der Automobilindustrie bei der Entfettung bzw. Reinigung von Metallblechen anfallen. Die als organische Spalter verwendeten Verbindungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Als Spalter (Demulgatoren) kommen vorzugsweise kationische Polymere zur Anwendung. Diese weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von 50 000 bis 500 000 auf. In der Praxis werden mit Vorteil, d.h. mit guten Spaltergebnissen schon bei kleinen Demulgatorkonzentrationen, Verbindungen auf der Basis von Polyaminen, Polyamidaminen, Polyiminen, Kondensationsprodukten aus o-Toluidin und Formaldehyd, quartären Ammoniumverbindungen und ionogenen Tensiden verwendet. Von diesen sind Polyamine mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 75 000 bis 200 000 oder Kondensationsprodukte aus o-Toluidin und Formaldehyd aufgrund der guten Spaltergebnisse schon bei niedrigen Spalterkonzentrationen besonders bevorzugt.

Die beiden folgenden Graphiken erläutern den Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der erforderlichen Spaltmittelmenge. Dabei wurden unterschiedliche Emulsionen und handelsübliche organische Emulsionsspalter eingesetzt.

Fig. 1 erläutert die Verfahrensweise gemäß Anspruch 5, wo die zweite vorgewählte Bedingung darin besteht, dass der Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti kleiner ist als der Hilfswert zum selben Zeitpunkt t-i. Der Hilfswert ist berechnet als: (Integral der Trübung ) / (Zeit in Sekunden + 10)

Die zweite vorgewählte Bedingung gemäß Anspruch 5 ist ab etwa 25 Sekunden erfüllt. Jedoch ist zwischen 25 Sekunden und 85 Sekunden die erste vorgewählte Bedingung gemäß Anspruch 2 nicht erfüllt, dass der Trübungswert mit weiterer Zugabe des organischen Emulsionsspalters zunimmt. Dies ist erst nach 90 Sekunden wieder der Fall, so dass die Bestimmung der optimalen Menge an Emulsionsspalter hier endet. Die im Verlauf von 90 Sekunden zugegebene Menge an Emulsionsspalter pro Liter Emulsion ist die erforderliche Menge für die optimale Spaltung.

Fig. 2 erläutert das Verfahren in der Variante von Anspruch 6, wonach die zweite vorgewählte Bedingung darin besteht, dass die Differenz: (Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti minus Hilfswert zum selben Zeitpunkt ti) kleiner ist als ein ausgewählter Schwellenwert. Der Hilfswert ist berechnet als: (Integral der Trübung ) / (Zeit in Sekunden + 10)

Die zweite vorgewählte Bedingung gemäß Anspruch 6 ist ab etwa 20 Sekunden erfüllt. Jedoch ist zwischen 20 Sekunden und 120 Sekunden die erste vorgewählte Bedingung gemäß Anspruch 2 nicht erfüllt, dass der Trübungswert mit weiterer Zugabe des organischen Emulsionsspalters zunimmt. Dies ist erst nach 125 Sekunden wieder der Fall, so dass die Bestimmung der optimalen Menge an Emulsionsspalter hier endet. Die im Verlauf von 125 Sekunden zugegebene Menge an Emulsionsspalter pro Liter Emulsion ist die erforderliche Menge für die optimale Spaltung. Die Abbildung zeigt, dass die Wahl des Schwellenwertes in weiten Grenzen unkritisch ist.

Abbildungsunterschriften

Fig. 1 :

Spaltversuch 1 : Verlauf von Trübung und Hilfswert als Funktion der Zugabe von

Emulsionsspalter.

Fig. 2:

Spaltversuch 2: Verlauf von Trübung und der Differenz (Trübung - Hilfswert) als

Funktion der Zugabe von Emulsionsspalter

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung der durch organische Emulsionsspalter induzierten Spaltung von Öl/Wasser-Emulsionen durch Messung der Trübung einer Emulsionsprobe in einer Probenkammer in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge an organischen Emulsionsspaltern, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die Emulsionsprobe mit sichtbarer Lichtstrahlung und/oder Infrarotstrahlung aus einer Strahlungsquelle bestrahlt, b) die Intensität der in der Emulsionsprobe gestreuten oder der in Strahlrichtung durchgelassenen Licht- und/oder Infrarotstrahlung mit mindestens einem Detektor als Trübungswert in % relativ zu den Randwerten: 0 % Trübung = keine Streuung oder Absorption, 100 % Trübung = vollständige Streuung oder Absorption als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zu unterschiedlichen Zeitpunkten ti misst, c) das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters errechnet, d) Hilfswerte für den jeweiligen Zeitpunkt ti errechnet, die als variablen Parameter das Integral des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zum selben Zeitpunkt ti enthalten und e) als erforderliche Spaltmittelmenge diejenige Menge an organischem Emulsionsspalter bestimmt, die der zu spaltenden Emulsion zugegeben werden muss, bis eine erste vorgewählte Bedingung für den Trübungsverlauf als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters einerseits und eine zweite vorgewählte Bedingung für den Hilfswert zum Zeitpunkt ti andererseits erstmals gleichzeitig erfüllt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorgewählte Bedingung darin besteht, dass der Trübungswert mit weiterer Zugabe des organischen Emulsionsspalters zunimmt.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man im Schritt d) die Hilfswerte dadurch berechnet, dass man den Wert des Integrals des Trübungsverlaufs als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters zu unterschiedlichen Zeitpunkten ti nach Beginn der Zugabe des organischen Emulsionsspalters durch eine Variable V dividiert, die aus dem Wert t_x besteht oder diesen enthält, wobei t_x die Zeit seit dem Beginn der Zugabe des organischen Emulsionsspalters bis zum jeweiligen Zeitpunkt ti bedeutet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Variable V dargestellt ist als V = t_x + y, wobei y eine vorgegebene und/oder empirisch bestimmte Zahl im Bereich von 0,5 bis 50, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 bedeutet.

5. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorgewählte Bedingung darin besteht, dass der Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti kleiner ist als der Hilfswert zum selben Zeitpunkt ti.

6. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorgewählte Bedingung darin besteht, dass die Differenz: (Trübungswert zu einem Zeitpunkt ti minus Hilfswert zum selben Zeitpunkt t-i) kleiner ist als ein vorgegebener und/oder empirisch bestimmter Schwellenwert.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den organischen Emulsionsspalter der Emulsionsprobe über einen vorgewählten Zeitraum zugibt, bevor man überprüft, ob die erste und die zweite vorgewählte Bedingung erstmals gleichzeitig erfüllt sind.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man im Schritt b) den Trübungswert aus der Intensität der in der Emulsionsprobe zurück gestreuten Strahlung mit mindestens einem Detektor als Trübungswert in % relativ zu den Randwerten: 0 % Trübung = keine Rückstreuung, 100 % Trübung = vollständige Rückstreuung erfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Strahlungsquelle und den Detektor in die Emulsionsprobe eintaucht.

10. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Mittelpunkte der Strahlungsquelle und des Detektors in Richtung senkrecht zur Achse der von der Strahlungsquelle ausgehenden Licht- und/oder Infrarotstrahlung voneinander einen Abstand im Bereich von 0,5 bis 5 cm haben.

11.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Ermittlung der erforderlichen Spaltmittelmenge im Schritt d) eine vorzugsweise elektronische Steuer- und Auswerteeinheit einsetzt, in die ein Algorithmus für die Durchführung der Schritte b) bis d) abgespeichert ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass man den organischen Emulsionsspalter in einer Menge von 0,02 bis 5 g pro Liter Emulsionsprobe innerhalb eines Messzeitraums im Bereich von 0,5 bis 10 Minuten zugibt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messung der Trübung abbricht, wenn innerhalb einer vorgewählten Zeit die erste vorgewählte Bedingung für den Trübungsverlauf als Funktion der zugegebenen Menge des organischen Emulsionsspalters einerseits und die zweite vorgewählte Bedingung für den Hilfswert andererseits nicht gleichzeitig erfüllt sind.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es programmgesteuert automatisch abläuft, wobei vor Beginn der Messung der Trübung die Probenkammer mit der zu spaltenden Emulsion vorgespült wird, danach die Emulsionsprobe in die Probenkammer eingefüllt und homogenisiert wird und anschließend die Zugabe von organischem Emulsionsspalter und die Messung Trübung beginnt.

15. Verfahren zur Spaltung einer Öl/Wasser-Emulsion in einem Spaltbehälter durch Zugabe von organischen Emulsionsspaltern, wobei man die erforderliche Menge an organischen Emulsionsspaltern nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 bestimmt und hierzu programmgesteuert eine Emulsionsprobe in die Probenkammer überführt, hiermit das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 durchführt und die hierdurch ermittelte erforderliche Spaltmittelmenge manuell oder automatisch in den Spaltbehälter gibt und mit der Öl/Wasser- Emulsion vermischt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es chargenweise abläuft, wobei man den Spaltbehälter mit Öl/Wasser-Emulsion füllt, die erforderliche Spaltmittelmenge bestimmt und in den Spaltbehälter gibt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es kontinuierlich abläuft, wobei die Öl/Wasser-Emulsion den Spaltbehälter kontinuierlich durchströmt und organische Emulsionsspalter kontinuierlich zugegeben werden, wobei man die pro Zeiteinheit erforderliche Menge an organischen Emulsionsspaltern in einem Vorversuch bestimmt hat und während der Spaltung in vorgewählten Zeitabständen dadurch überprüft und erforderlichenfalls anpasst, dass man das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 durchführt.