DE2425344C2

DE2425344C2 - Verfahren und vorrichtung zum trennen von partikeln aus fluessigkeiten mit unterschiedlichen waermegraden

Info

Publication number: DE2425344C2
Application number: DE19742425344
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl-Ing Dip Hinckeldey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-25
Filing date: 1974-05-25
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2425344B1

Description

η der Praxis sind häufig Verfahren anzutreffen, bei ien Flüssigkeiten aus verschiedenen Einsatzberein unterschiedlich erwärmt oder gekühlt mit Verunreinigungen einem gemeinsamen Reinigurigspnvcß zugeführt werden müssen. Die Verunreinigung kann aus flüssigen oder festen Teilen mit anderem spezifischem Gewicht als das der Grundflüssigkeil bestehen.

Dieser Abscheidungsvorgnng wird vielfach durch H>drozyklone durchgeführt oder durch Flachklärbekken mn großen, freien Wasserspiegeln.

Flachabsetzbecken weisen große freie Wasserspiegel auf. sie sind unwirtschaftlich, wenn die vcrunreinig'en Flüssigkeiten sehr tief unter der Oberfläche anfallen, da die Baukörper nicht nur viel überbaute Fläche, sondern auch hohe Baukosten verursachen, so daß diese Becken oft wegen der nient zur Verfügung stehenden Grundfläche nicht ausgeführt werden können.

Bei stark erwärmten Flüssigkeiten ergeben sich wegen des großen freien Wasserspiegels große schädliche Ausdünstungen. Hinzu kommt, daß die durch die Atmosphäre bestehende Luftbewegung die Flüssigkeitsströme unkontrollierbar beeinflußt und bei radialsymmetrischen Überläufen dio Becken nur einseitig beaufschlagt werden, so daß diese Becken nur einseilig und damit unwirtschaftlich genutzt werden.

Flachbecken können auch wegen der notwendigen Verteilerrinnen nicht gleichzeitig Schwerstoffteile mit mehreren Dezimetern Durchmesser bis zu wenigen Tausendstel Millimetern im Verhältnis > I : 100 000 in einem Absetzraum ausscheiden. Hier sind vorgeschaltete »Grobfänger« unter anderem notwendig, wodurch sich die Anlagen räumlich vergrößern und verteuern.

Auch H>drozyklone weisen gegenüber der Erfindung unter anderem folgende Nachteile auf:

1. Fiüssigkcitsrotation muß mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Hier sind Drucksiufen von mehreren Atmosphären Überdruck notwendig. Dies setzt eine besondere, oft zusätzliche Pumpstufe mit erheblichem Energieverbrauch voraus. Die verunreinigte. Flüssigkeit bewirkt in den Pumpen einen erheblichen Verschleiß und Erhaltungsaufwand.

2. Die notwendigen hohen Rotationsgeschwindigkeiten verursachen einen starken Verschleiß der Oberfläche der Zyklone, wodurch teure Verschleißschichten zur Auskleidung notwendig werden.

3. Das gleichzeitige Ausscheiden von schweren und leichten Stoffen ist nur mit erheblichen Kosten möglich, bzw. macht zwei getrennte hintereinander geschaltete Zyklone notwendig.

4. Hydrozyklone erfordern eine gleichmäßige Beaufschlagung, aus diesem Grunde werden meist mehrere Zyklone parallel gefahren und bei stark wechselndem Flüssigkeitsanfall entsprechend zu und abgeschaltet.

Neben den Hydrozyklonen gibt es noch zwei Sonderformen von Separierbecken, wie sie in den Patentschriften

1. DT-AS 10 19 644

2. GB-PS 25 644/1908
beschrieben werden.

Der wesentliche Unterschied gegenüber der Erfindung besteht in folgenden Merkmalen:

1. Sowohl (1) als auch (2) haben im Separierbecker mehrere Einbauten und Unterteilungen, in denen die Flüssigkeit in der Fließrichtung umgelenkt, teilweise horizontal oder sogar nach oben geführ! wird. Dies erschwert das Abscheiden von leichter wie schweren Partikeln.

2. Bei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Temperaturen wird bei (2) der größte Teil des Separierbek-

kens überhaupt mehl in seiner Rauhe genutzt, da eine vorgegebene Flüssigkeitsströmung fehlt, du· den gesamten Beckenraum abdeckt. Bei (I) breiier sich die heißere Flüssigkeit an dor Oberfläche sehr schnell aus, so daß ebenfalls das gesamte Becken s nur unvollständig für das Separieren genut/i wird.

3. Bei (!) ist der freie Flüssigkeitsspiegel so groß vm: der gesamte Querschnitt des Sepanerbeckens mn all den Nachteilen der bekannten Flachklärbecken. Bei (2) existiert überhaupt kein freier Flüssigkeilsspiegel, sondern der Separierpro/eß findet in einem geschlossenen Behältnis unter Überdruck statt.

4. Sowohl (1) als auch (2) kennen keinen sich frei einstellenden Flüssigkeitsspiegel. Bei unterschied!!- ,₅ chen Flüssigkeitsmengen muß durch Regel- und Absperrventile der Flüssigkeitsspiegel ständig angepaßt werden.

Dies bedeutet jedoch, daß durch die Drossel- und Absperrorgane nur Partikel von sehr kleinen Größe:i. und nicht wie bei der vorliegenden Erfindung im Größenverhältnis 1 :100 000 eis zur Dezimetergröße. abgeschieden werden kennen.

5. Die auszuscheidenden Partikel können bei (1) und (2) auch nicht von fester Form sein, denn sonst _2S würde der Verschleiß an den Armaturen so hoch, daß deren Funktion in Frage gestellt würde.

b. Bei ruhendem Beirieb würden sich sowohl bei (1) wie auch bei (2) Armaturen und Rohrleitungen zusetzen, w.as bei der Erfindung nicht der Fall ist. da ρ keine beweglichen Armaturen vorhanden sind und Rohrleitungen nur dort vorliegen, wo sie sich wegen ihrer überwiegend lotrechten Anordnung ,auch bei ruhendem Betrieb von Partikeln freihalten. Vorgenannte Nachteile der bis jetzt bestehenden Systerne sollen erfindungsgemäß vermieden werden.

Die Erfindung wird nunmehr an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert:

A b b. 1 ein rechteckiges Becken mit schrägem oberen Abschlußkörper.

A b b. 2 ein rundes Becken mit Kühlflächen im schrägen oberen Abschlußkörper,

Das notwendige Separierbecken 1 ist völlig ungeteilt und hat weder besondere Druckrohre, Prallwände und besondere Verteilerkonstruktionen. Wesentlich ist nur. daß die Flüssigkeit während des Absetzprozesses ständig eine zum Erdschwerpunkt geneigte Fließkomponente erhält. Damit sollen Flüssigkeitsstöße mit höheren Temperaturen als der Temperatur des Behälters und die den Behälter umgebende Temperatur sowie der bereits enthaltenen Temperatur der Behälterfüllung nicht an deren Oberfläche direkt zum Ablauf gelangen.

Im Gegensatz zu anderen Erfindunger befindet sich ein freier Wasserspiegel nur im Bereich des rinnen- oder rohrförmigen Ein- und Auslaufes. Der überwiegende Teil des Beckens hat keine freien Wasserspiegel, wie dies bei normalen Schwerkraft-Absetzbecken der Fall ist.

Da es bei dem Verfahren nicht auf eine kinetische Energie ankommt, können in einer Vorrichtung stark wechselnde Flüssigkeitsmengen sowie Leicht- und Schwerstoffteilchen in beliebigem Verhältnis bis größer : 100 000 in einer Verfahrensstufe ausgeschieden werden. Wesentlich für die Bemessung des Niitzvolumetis ft5 des Beckens ist der Rauminhalt zwischen Einlaufhöhe 2 und Auslaufhöhe .3. Dieser Raum muß größer sein als Hpr maximale Rauminhalt des Flüssigkeitssioßes mit erhöhter Temperatur (Abb. 1) Die Dunkeitönung in den Abbildungen zeigt den Grad der Warmeinhalte der Flüssigkeit.

Die Umlaufgeschwindigkeit ir. das Becken ist nur vor. der Schleppkraft bedingt, d. h. vo;i der Kraft, welche die im Verfahren größten Schwerteile noch mit ausreichender Schleppkraft ohne vorheriges Abscheiden in du Vorrichtung befördert. Der Eintritt der Flüssigkeit kann sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen sowie bei allen beliebigen Neigungen geschehen, die ein vorzeitiges Abscheiden der Emulsion oder Suspension verhindert.

Der Einlauf kann ohne hydraulischen Überdruck erfolgen. 1st ein freier Flüssigkeitsspiegel vorhanden, so kann je nach Überwiegen von Leichtieilen der Einlauf oberflächennah oder bei Überwiegen von Schwerteilen auch geringfügig unterhalb des Freispiegels erfolgen.

Der Abscheidungsprozeß kann noch dadurch verbessert werden, daß die erwärmte, ungereinigte Flüssigkeit durch die kältere Flüssigkeit von oben im Bereich des nicht freien Flüssigkeitsspiegels gekühlt wird. Hierdurch werden die an der oberen Schrägwand befindlichen verunreinigten Flüssigkeitsteilchen zum Absinken gebracht, wodurch sich die Abscheidung wesentlich verbessert.

Im Normalfal! genügt es. Kühlung durch die bereits vorn Absetz.raum 5 gekühlte Auslaufmenge vorzunehmen. Die Kühlung dieser Auslauf menge kann dadurch vergrößert werden, daß dieses Becken entweder einen freien Flüssigkeitsspiegel besitzt, der sich abkühlt oder daß dieser Teil das Auffangbecken 14 eines Kühlturmes darstellt (A b b. 1). Die Funktion eines Wärmetauschers kann auch durch angeordnete Rohre oder Plattenkörper 7 mit niedriger Flüssigkeitsiemperatur erreicht werden (A b b. 2).

Während bei normalen rechteckigen Beckenformen für die Schwerstoffe eine unter Wasser arbeitende Räumerbrücke notwendig ist, falls die Sohle des Bekkens nicht so geneigt werden kann, daß ein Abrutschen der Schwerstoffe zu einer Seite möglich ist, wo die Schv.erstoffe durch Saugrohre. Elevatoren oder Greifbagger abgezogen werden, ergibt die Lösung eines radialsymmetrischen Beckens eine optimale Raumgestaltung ohne Unterwasserräumer. A b b. 2 zeigt dies beispielhaft.

Die äußere Brunnenform ermöglicht nicht nur ein wirtschaftlicheres Bauverfahren als Brunnen oder Caisson mit relativ dünnen Außenwänden. Sie ermöglicht auch eine gleichmäßige Durchströmung des Beckens.

Bei größeren Becken und sehr unterschiedlich hohen Flüssigkeitsiemperaturen ist es notwendig, die Flüssigkeit zu vermischen, damit nicht Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen bestehen bleiben. Außerdem üeeinflußt eine senkrecht zur Durchströmung gerichtete Flüssigkeitsbewegung nicht den Absetzeffekt, sondern bewirkt eine zusätzliche Kühlwirkung an den Beckenw änden. da der Wärmeübergang durch höhere Strömungsgeschwindigkeit verbessert wird.

Eine Kreisspiralbewegung wird erzeugt, indem die Auslaufrohre keine lotrecnte, sondern eine tangential^ Komponente 8 erhalten (A b b. 3). Auch der Einlauf kann zur weiteren Unterstützung der Bewegung exzentrisch ungeordnet werden. Dies ermöglicht auch in Einlauf durch Anordnung eines feststehenden oder aus stellbaren Schwenkarmes das Abziehen von auf schwimmenden Leichtstoffen zu einer Abzugsöffnung mit Kippiinne oder Absenkschieber 13. da durch dit Kreisströmung die Leichtstoffe auf die Rückseite de

Einströmöffnung gefördert werden (Λ b b. 4).

Die Kreisströmung hat keine Zyklonwirkung. Ihre Strömungsgeschwindigkeit ist so klein, daß die Radialbeschleunigung kleiner als 2% der F.rdbeschleunigung ist und somit gegenüber dieser vernachlässigt werden kann.

Ein weiterer Vorteil einer Kreisströniung liegt darin. daß neben der Vermischung der Wärmezonen und des besseren Temperaturtausches durch eine punktförmige Zuleitung 15 zur vollständigen Behandlung des Beckenquerschnittes Dosierungsmittel (Flockungsmittel) beigegeben werden können, da diese Dosierungsmittel bei der radialsymmetrischen, kreisförmig nach außen wirkenden Strömung gemäß A b b. 5 den gesamten Bekkenraum beaufschlagen.

Während im Gegensat? zu anderen Beckenkonstruktionen das Dosiermittel der einströmenden Flüssigkeit möglichst vollständig und gleichmäßig zugegeben wird, kann hier erheblich an Dosiermittel eingespart werden, da das Dosiermittel nur dem oberen Flüssigkeitsstrom zugesetzt werden muß. Die untenliegenden Flüssigkeiisströme brauchen kein Flockungsmittel, da die in diesem Beckenteil befindlichen Schwerstoffe rechtzeitig den Absetzraum 10 erreichen, in dem keine Flüssigkeitsströmung zum Auslauf besteht. Die oberen Zonen ²J jedoch, wo die vertikale Absetzbewegung wesentlich langer dauert und somit die Gefahr des Ausschwemmens aus dem Becken gegeben ist, werden durch Flokkungsmittel zu größeren, schneller absetzbaren Körpern zusammengefaßt.

Entgegen den bekannten Verfahren bn'uehl das Flockungsmittel nur auf etwa 30 bis ¹JO¹Vo der gesamten Flüssigkeitsmenge beschränkt zu werden, wodurch sich die Betriebskosten mehr als halbieren und d.irübcr hinaus das Becken besonders klein gehalten weiden kann.

In den Fällen, bei denen die Leichtstoffabscheidung im Einlaufteil nicht oder wegen der geringe:) Platzverhältnisse nur teilweise möglich ist, kann auch auf der Auslaufseite eine l.eichtsloffabseheidung ausgeführt werden. Dies geschieht dadurch, daß zwischen dem Auslaufteil die an der Oberfläche austretende Flüssigkeit in ein Zwischenbecken 11 geleitet wird, aus dessen Sohle die Flüssigkeil über eine Öffnung 12 zum Pumpensumpf 6 abgezogen wird. Die aus der kreisförmigen Strömung im Leichtstoffbecken wandernden l.eichtstoffc kann man an einer Stelle mittels Überstromwehr oder Absenkwehr bzw. Kipprinne 13 abziehen.

Vorgenanntes Verfahren kann auch gemäß Abh.f umgekehrt verlaufen. Einlauf außen. Ablauf innen. De ι obere Beckenabschluß muß wie vorher in Richtung de Ablaufes nach unten geneigt sein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Partikeln aus Flüs sigkeiten. wie Emulsionen und Suspensionen, mit unterschiedlichen Wärmegraden durch Einleiten der Flüssigkeiten in rechteckige oder kreisförmige ungeteilte Becken mit überwiegend nicht freien Wasserspiegelflächen. dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vom Einlauf bis zum Auslauf der geklärten Flüssigkeit im wesentlichen ständig nach unten geführt wird und gleichzeitig eine Abkühlung der Flüssigkeit im Bereich des oberen Beckenabschlusses erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekenn- -,$ zeichnet, daß die Neigung der nach unten geführten Flüssigkeit einem ungehinderten Auftrieb der leichten Teile angepaßt und die Schwergutfraktion in einem gegenüber der Flüssigkeitsströmung steileren Absetzweg geführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einer Kreisspiralströmung geführt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen I bis 3 mit einem rechteckigen Becken mit oberem schrägen Abschlußkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschlußkörper des Beckens schräg ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren·; nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einem runden Bekken mit einem konischen oberen Abschluß, einem unteren konischen Absetzraum, mit Abflußkanälen und einem zylindrischen Zentralkörper, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des oberen Abschlußkörpers oder im oberen Abschlußkörper Kühleinrichtungen vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Abschlußkörper hohl ausgebildet und mit zusätzlichen Kühlflächen versehen oder als Pumpensumpf (6) bzw. ein mit gekühlter Flüssigkeit gefülltes Becken (14) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtgutfraktion in der Einlaufzone, in der Auslaufzone oder in beiden Zonen vom Flüssigkeitsspiegel durch Schwimmbalken. Absenkschieber oder Kipprinnen (13) abnehmbar ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (15) für ein Dosiermittel an dem oberen, konischen Abschluß vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsablauf eine tangentiale Komponente (8) zur spiralförmigen Führung der Flüssigkeit aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf der Flüssigkeit an der Außenwand des zylindrischen Beckens und die Abführung im zylindrischen Zentralkörper angeordnet Sind.