DE19527544A1 - Back-washable coalescence element for sepg. heterogeneous liq. mixt. - comprises single, sinterable, pure material, e.g. plastics, boro-silicate glass or stainless steel, avoiding contamination, for use in e.g. food industry - Google Patents
Back-washable coalescence element for sepg. heterogeneous liq. mixt. - comprises single, sinterable, pure material, e.g. plastics, boro-silicate glass or stainless steel, avoiding contamination, for use in e.g. food industryInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Koaleszenzelement zur Trennung von heterogenen Flüssigkeitsgemischen.The invention relates to a coalescence element for separating heterogeneous liquid mixtures.
Heterogene Flüssigkeitsgemische entstehen in vielen Anwendungs bereichen. Heterogene Flüssigkeitsgemische fallen z. B. bei der Kondensation von hetero-azeotropen Gemischen, bei der Veränderung der Löslichkeit in Folge von Temperaturveränderungen oder durch Mischen von nicht oder nur bedingt ineinander löslichen Flüssig keiten, z. B. in Extraktionsverfahren oder bei Verwendung eines Rührwerks, an.Heterogeneous liquid mixtures arise in many applications areas. Heterogeneous liquid mixtures fall e.g. B. at the Condensation of hetero-azeotropic mixtures when changing the solubility as a result of temperature changes or through Mixing liquid that is insoluble or only partially soluble in one another keiten, z. B. in extraction processes or when using a Agitator.
Die Trennung von heterogenen Flüssigkeitsgemischen stellt eine technisch wichtige und schwierige Anforderung dar, wobei die vermischten Flüssigkeiten getrennt und in möglichst reiner Form erhalten werden sollten. Zur Trennung von heterogenen Flüssig keitsgemischen werden vermehrt Koaleszenzelemente eingesetzt. Zur Trennung werden heterogene Flüssigkeitsgemische von innen nach außen durch Koaleszenzelemente geleitet. Beim Durchströmen vereinigen sich fein dispergierte Tröpfchen zu großen Tropfen, die an der Außenfläche des Koaleszenzelementes von der gereinigten Flüssigkeit abgetrennt werden können.The separation of heterogeneous liquid mixtures represents one technically important and difficult requirement, the mixed liquids separately and in the purest form possible should be preserved. For the separation of heterogeneous liquid Mixtures are increasingly using coalescence elements. For Separation becomes heterogeneous liquid mixtures from the inside out guided outside by coalescence elements. When flowing through finely dispersed droplets combine to form large drops that on the outer surface of the coalescing element from the cleaned Liquid can be separated.
Bisher bekannte Koaleszenzelemente bestehen zumeist aus einer Faserschicht (Material 1), die um ein Kernrohr (Material 2) gewickelt ist. Die Verbindung zwischen der Faserschicht und dem Kernrohr sowie den begrenzenden Endkappen ist zumeist wiederum aus einem anderen Material (Material 3) wie Epoxidharz oder thermo plastischem Kunststoff, zur Fixierung der Faserpackung nach außen wird zumeist ein Gewebe (Material 4) eingesetzt. Bisher bekannte Koaleszenzelemente sind also aus mehreren verschiedenen Materia lien zusammengesetzt.Previously known coalescence elements mostly consist of one Fiber layer (material 1) around a core tube (material 2) is wrapped. The connection between the fiber layer and the The core tube and the limiting end caps are mostly off another material (material 3) such as epoxy or thermo plastic, for fixing the fiber pack to the outside usually a fabric (material 4) is used. Known so far Coalescence elements are made of several different materials lien composed.
Dies hat jedoch entscheidende Nachteile zur Folge. In der Praxis sind die zu trennenden heterogenen Flüssigkeitsgemische häufig verunreinigt, z. B. mit Feststoffpartikeln. Diese Feststoffpartikel und andere Verunreinigungen können das Koaleszenzelement ver schmutzen, da sie in der Faserschicht hängenbleiben. Dies führt zu einer Querschnittsverengung und damit zum Ansteigen des Druckverlustes der Strömung durch die Faserschicht. Dadurch erhöht sich örtlich die Strömungsgeschwindigkeit und der Abscheidegrad des Koaleszenzelementes wird stark herabgesetzt bis schließlich keine Trennung mehr stattfindet. Bei unzureichender Trennung müssen die Koaleszenzelemente ausgewechselt und entsorgt werden.However, this has decisive disadvantages. In practice the heterogeneous liquid mixtures to be separated are common contaminated, e.g. B. with solid particles. These solid particles and other contaminants can ver the coalescing element dirty because they get caught in the fiber layer. this leads to to a narrowing of the cross-section and thus to an increase in the Pressure drop in the flow through the fiber layer. This increases locally the flow velocity and the degree of separation of the coalescence element is greatly reduced until finally no more separation takes place. If there is insufficient separation the coalescence elements must be replaced and disposed of.
Es wurde versucht, Feststoffpartikel durch sterngefaltete Papierfilterschichten an der Anströmseite des Koaleszenzelementes zurückzuhalten. Die Beständigkeit dieser Papierfilterschichten gegenüber Chemikalien ist jedoch nicht sehr groß, so daß der Anwendungsbereich stark eingeschränkt ist bzw. die Lebensdauer der Papierfilterschichten sehr kurz ist.Attempts have been made to fold solid particles through star folds Paper filter layers on the upstream side of the coalescence element hold back. The durability of these paper filter layers compared to chemicals is not very large, so the Scope is severely limited or the lifespan of Paper filter layers is very short.
Die Entsorgung von verschmutzten Koaleszenzelementen stellt jedoch ein Problem dar. Zum einen ist eine Wiederverwendung nicht möglich, da verschmutzte Koaleszenzelemente nicht bzw. nicht genügend gereinigt werden können. Eine Rückspülung, d. h. eine Spülung entgegen der normalen Durchflußrichtung ist aufgrund der Kompressibilität der Faserschicht nicht in ausreichendem Maße möglich. Zum anderen ist auch eine Wiederverwertung oder Recycling nicht möglich, da die Koaleszenzelemente aus mehreren verschiede nen Materialien bestehen. Verschmutzte Koaleszenzelemente müssen deshalb als chemisch belasteter Sondermüll technisch aufwendig und kostenintensiv entsorgt werden.The disposal of dirty coalescence elements, however, poses is a problem. For one thing, reuse is not possible because dirty coalescence elements are not or not can be cleaned sufficiently. Backwashing, i.e. H. a Flushing against the normal flow direction is due to the The compressibility of the fiber layer is not sufficient possible. On the other hand there is also a reuse or recycling not possible because the coalescence elements consist of several different ones materials. Dirty coalescence elements must therefore as chemically contaminated hazardous waste technically complex and be disposed of costly.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Koaleszenzelemente liegt darin, daß die Faserpackungen nicht für den Einsatz in der Pharma-, Lebensmittel- kund Nahrungsmittelindustrie geeignet sind, da Mineralfasern im Verdacht stehen, krebserregend zu wirken. Bei den bekannten Koaleszenzelementen kann nicht sichergestellt werden, daß sich Faserbruchstücke nicht aus der Faserpackung herauslösen und so in das Produkt gelangen.Another disadvantage of the known coalescence elements lies in that the fiber packs are not for use in the Pharmaceutical, food and food industries are suitable because mineral fibers are suspected of being carcinogenic. At the known coalescence elements cannot be ensured be that fiber fragments are not from the fiber package detach and get into the product.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Trennung von heterogenen Flüssigkeitsgemischen bereit zustellen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise beseitigt sind.The object of the invention was therefore to provide a method for separating to provide heterogeneous liquid mixtures in which the Disadvantages of the prior art are at least partially eliminated are.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Bereitstellen eines Koaleszenzelementes zur Trennung von heterogenen Flüssigkeits gemischen, das aus einer einzigen sinterbaren sortenreinen Materialklasse besteht. Das erfindungsgemäße Koaleszenzelement besteht aus einem Material, in dem zwei nicht ineinander lösliche Flüssigkeiten getrennt wenden können.The object is achieved by providing one Coalescence element for the separation of heterogeneous liquid mix that from a single sinterable single Material class exists. The coalescence element according to the invention consists of a material in which two are not soluble in each other Can turn liquids separately.
Als geeignetes Material für das erfindungsgemäße Koaleszenzelement sind bevorzugt Werkstoffe denkbar, wie z. B. Kunststoffe oder anorganische Substanzen. Das Koaleszenzelement besteht erfindungs gemäß bevorzugt aus hydrophilen oder hydrophoben Kunststoffen, besonders bevorzugt aus gesintertem Polyethylen. Weitere erfin dungsgemäß bevorzugte Materialien sind gesinterter Edelstahl oder Glas, besonders bevorzugt Borosilikat-Glas.As a suitable material for the coalescence element according to the invention materials are preferably conceivable, such as. B. plastics or inorganic substances. The coalescence element is fiction preferably made of hydrophilic or hydrophobic plastics, particularly preferably made of sintered polyethylene. More inventions Materials preferred according to the invention are sintered stainless steel or Glass, particularly preferably borosilicate glass.
Grundsätzlich können mit dem erfindungsgemäßen Koaleszenzelement praktisch alle heterogenen Flüssigkeitsgemische getrennt werden. Beispiele für heterogene Flüssigkeitsgemische sind Glycerin/Me thylester-, Öl/Wasser- und Wasser/Öl-Gemische. Im Rahmen der Erfindung wird bei einer Öl-in-Wasser-Emulsion vorzugsweise ein ölbenetzbarer Werkstoff für das Koaleszenzelement verwendet, wie z. B. ein gesinterter Kunststoff. Bei einer Wasser-in-Öl-Emulsion wird dagegen bevorzugt ein wasserbenetzbarer Werkstoff, wie z. B. Stahl verwendet. Glas kann erfindungsgemäß sowohl als wasser benetzbarer als auch als ölbenetzbarer Werkstoff eingesetzt werden.Basically, with the coalescence element according to the invention practically all heterogeneous liquid mixtures are separated. Examples of heterogeneous liquid mixtures are glycerol / Me thylester, oil / water and water / oil mixtures. As part of the Invention is preferably used in an oil-in-water emulsion oil-wettable material used for the coalescing element, such as e.g. B. a sintered plastic. With a water-in-oil emulsion a water-wettable material, such as. B. Steel used. According to the invention, glass can be used both as water wettable as well as used as an oil wettable material will.
Das erfindungsgemäße Koaleszenzelement wird bevorzugt in einer Form und aus einem Material gefertigt, die die Verwendung in der Pharma-, Lebensmittel- und Nahrungsmittelindustrie erlauben.The coalescence element according to the invention is preferably used in one Form and made of a material that the use in the Allow pharmaceutical, food and food industries.
Das erfindungsgemäße Koaleszenzelement kann jede beliebige Form haben. Vorzugsweise ist das Koaleszenzelement ein Hohlkörper, dessen äußere Form zylinderförmig und dessen innere Form zylin der-, stern- oder schraubenlinienförmig ist. Das Koaleszenzelement kann z. B. ein zylindrisches Rohrelement sein, das von innen nach außen von dem heterogenen Flüssigkeitsgemisch durchströmt wird. Beim Durchströmen vereinigen sich fein dispergierte Tröpfchen zu großen Tropfen, die an der Außenseite des Koaleszenzelements abgetrennt werden können. Dadurch erfolgt die Trennung des dispergierten Stoffes von der anderen Phase. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das Koaleszenzelement die Form ebener Scheiben. Das heterogene Flüssigkeitsgemisch wird durch die Scheiben geleitet, wobei sich fein dispergierte Tröpfchen zu großen Tropfen vereinigen, die dann abgetrennt werden können.The coalescence element according to the invention can have any shape to have. The coalescence element is preferably a hollow body, its outer shape is cylindrical and its inner shape is cylindrical which is shaped like a star or helix. The coalescence element can e.g. B. be a cylindrical tube member, the inside out is flowed through from the outside by the heterogeneous liquid mixture. When flowing through, finely dispersed droplets combine large drops on the outside of the coalescence element can be separated. This separates the dispersed substance from the other phase. In another preferred embodiment, the coalescing element has the shape flat panes. The heterogeneous liquid mixture is caused by the Slices passed, with finely dispersed droplets combine large drops, which can then be separated.
Das Material des Koaleszenzelements weist erfindungsgemäß bevorzugt Poren mit Durchmessern von 1 bis 200 µm, besonders bevorzugt von 1 bis 80 µm auf. Das Koaleszenzelement kann sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Struktur aufweisen, d. h. beispielsweise an der Innenseite eine feinere Struktur aufweisen als außen.According to the invention, the material of the coalescence element has preferably pores with diameters of 1 to 200 microns, particularly preferably from 1 to 80 μm. The coalescence element can both have a symmetrical as well as an asymmetrical structure, d. H. for example, a finer structure on the inside have as outside.
Eine Rückspülung des erfindungsgemäßen Koaleszenzelementes ist möglich, da das Element eine feste Struktur aufweist, also praktisch nicht komprimierbar ist. Es kann somit in beiden Strömungsrichtungen, d. h. von innen nach außen und von außen nach innen betrieben werden. Durch Feststoffpartikel oder andere Verunreinigungen verschmutzte Koaleszenzelemente können erfin dungsgemäß z. B. durch Gegenflußspülung gereinigt und anschließend wiederverwendet werden. Weiterhin kann das Koaleszenzelement aufgrund seines Aufbaus aus einer einzigen Materialklasse mit anderen, dem Fachmann bekannten Verfahren gereinigt werden, wie z. B. der Hochdruckreinigung. Durch eine der Art der Verschmutzung angepaßte Wahl des Reinigungsverfahrens kann Zeit und Energie eingespart werden. Gebrauchte Koaleszenzelemente, die nach einer Reinigung eine ausreichende Trennleistung aufweisen, können wiederverwendet werden.Backwashing of the coalescence element according to the invention is possible because the element has a solid structure, that is is practically not compressible. It can therefore be used in both Flow directions, d. H. inside out and outside out operated inside. Solid particles or others Contaminated soiled coalescing elements can be invented according to z. B. cleaned by counterflow and then be reused. Furthermore, the coalescence element due to its construction from a single material class other methods known to those skilled in the art, such as e.g. B. high pressure cleaning. Because of one of the types of pollution customized choice of cleaning method can take time and energy be saved. Used coalescence elements after a Cleaning can have a sufficient separation performance be reused.
Da die erfindungsgemäßen Koaleszenzelemente aus einem einzigen Material bestehen, ist eine Entsorgung von verbrauchten und gereinigten Elementen relativ unproblematisch. Gereinigte Elemente können einer Wiederverwertung zugeführt werden, da sie nicht aus schwierig zu trennenden Materialmischungen bestehen.Since the coalescence elements according to the invention consist of a single Material exist is a disposal of used and cleaned elements relatively unproblematic. Cleaned items can be recycled as they are not out difficult to separate material mixtures exist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Anbauteile aus demselben Material wie das Koaleszenzelement direkt mit dem Koaleszenzelement verbunden, ohne daß zusätzlich andere Materia lien oder Hilfsstoffe benötigt werden. Durch diese Anbauteile kann das Koaleszenzelement gegebenenfalls mit anderen Komponenten eines Verfahrens oder/und mit Zu- oder Ableitungen verbunden werden. Da die Anbauteile aus demselben Material wie das Koaleszenzelement selbst bestehen, bleiben die Vorteile wie Wiederverwendbarkeit nach einer Reinigung und Wiederverwertbarkeit erhalten. Es können beispielsweise besonders bevorzugt Verbindungselemente mit einer Dichtfläche oder Gewindeanschlüsse an das Koaleszenzelement angegossen oder angeschmolzen werden.In a further preferred embodiment, attachments made of the same material as the coalescence element directly with the Coalescence element connected without additional materia lien or auxiliary materials are required. Through these attachments the coalescing element, if necessary, with other components Process or / and be connected to supply or discharge. There the attachments made of the same material as the coalescence element the benefits, such as reusability, remain preserved after cleaning and recyclability. It can for example, particularly preferably connecting elements with a Sealing surface or threaded connections to the coalescence element be cast on or melted.
Weiterhin umfaßt die Erfindung die Verwendung des erfindungs gemäßen Koaleszenzelements zur Trennung von heterogenen Flüssig keitsgemischen. Dabei werden heterogene Flüssigkeitsgemische in der oben beschriebenen Weise durch das Koaleszenzelement geleitet und getrennt.Furthermore, the invention includes the use of the Invention according coalescence element for the separation of heterogeneous liquid mixed. Here, heterogeneous liquid mixtures in passed through the coalescing element in the manner described above and separated.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
Ein Gemisch bestehend aus 98% Wasser und 2% Paraffin wird mit einem schnell drehenden Rührer intensiv vermischt. Dadurch wird eine milchige Paraffin/Wasser-Emulsion hergestellt, die auch nach einer Woche Ruhezeit noch keine Trennung erkennen läßt. Die Paraffin/Wasser-Emulsion wird kontinuierlich von innen nach außen durch ein erfindungsgemäßes Koaleszenzelement geleitet. Dabei lösen sich große Paraffintropfen von der Außenfläche des Koa leszenzelementes ab. Beim Austritt aus dem Koaleszenzelement weist die wäßrige Phase keine Trübung mehr auf. Es wurde eine praktisch vollständige Trennung von Paraffin und Wasser erreicht. Die Durchflußleistung des verwendeten Koaleszenzelementes betrug 5 m³/m²/h. A mixture consisting of 98% water and 2% paraffin is added mixed intensively with a rapidly rotating stirrer. This will a milky paraffin / water emulsion is made that also after one week of rest still shows no separation. The Paraffin / water emulsion is continuously turned inside out passed through a coalescence element according to the invention. Here Large drops of paraffin come off the outer surface of the koa the reading element. When exiting the coalescence element points the aqueous phase is no longer cloudy. It became practical complete separation of paraffin and water achieved. The Flow rate of the coalescing element used was 5 m³ / m² / h.
Ein Gemisch bestehend aus 98% Wasser und 2% Petroleum wird mit einem schnell drehenden Rührer intensiv vermischt. Dadurch wird eine milchige Petroleum/Wasser-Emulsion hergestellt, die auch nach einer Woche Ruhezeit noch keine Trennung erkennen läßt. Die Petroleum/Wasser-Emulsion wird kontinuierlich von innen nach außen durch ein Koaleszenzelement geleitet. Dabei lösen sich große Petroleumtropfen von der Außenfläche des Koaleszenzelementes ab. Beim Austritt aus dem Koaleszenzelement weist die wäßrige Phase keine Trübung mehr auf. Es wurde eine praktisch vollständige Trennung von Petroleum und Wasser erreicht. Die Durchflußleistung des verwendeten Koaleszenzelementes betrug 5 m³/m²/h.A mixture consisting of 98% water and 2% petroleum is added mixed intensively with a rapidly rotating stirrer. This will a milky petroleum / water emulsion is made that also after one week of rest still shows no separation. The Petroleum / water emulsion is continuously turned inside out passed through a coalescing element. Big ones come off Petroleum drops from the outer surface of the coalescing element. When leaving the coalescing element, the aqueous phase shows no more cloudiness. It became practically complete Separation of petroleum and water achieved. The flow rate the coalescence element used was 5 m³ / m² / h.
Ein Gemisch bestehend aus 98% Paraffin und 2% Wasser wird mit einem schnell drehenden Rührer intensiv vermischt. Dadurch wird eine milchige Wasser/Paraffin-Emulsion hergestellt, die auch nach einer Woche Ruhezeit noch keine Trennung erkennen läßt. Die Wasser/Paraffin-Emulsion wird kontinuierlich von innen nach außen durch ein Koaleszenzelement geleitet. Dabei lösen sich große Wassertropfen von der Außenfläche des Koaleszenzelementes ab. Beim Austritt aus dem Koaleszenzelement weist die organische Phase keine Trübung mehr auf. Es wurde eine praktisch vollständige Trennung von Wasser und Paraffin erreicht. Die Durchflußleistung des verwendeten Koaleszenzelementes betrug 3 m³/m²/h.A mixture consisting of 98% paraffin and 2% water is with mixed intensively with a rapidly rotating stirrer. This will a milky water / paraffin emulsion is produced that also after one week of rest still shows no separation. The Water / paraffin emulsion is continuously turned inside out passed through a coalescing element. Big ones come off Drops of water from the outer surface of the coalescence element. At the The organic phase emerges from the coalescence element no more cloudiness. It became practically complete Separation of water and paraffin achieved. The flow rate the coalescence element used was 3 m³ / m² / h.
Ein Gemisch bestehend aus 98% Petroleum und 2% Wasser wird mit einem schnell drehenden Rührer intensiv vermischt. Dadurch wird eine milchige Wasser/Petroleum-Emulsion hergestellt, die auch nach einer Woche Ruhezeit noch keine Trennung erkennen läßt. Die Wasser/Petroleum-Emulsion wird kontinuierlich von innen nach außen durch ein Koaleszenzelement geleitet. Dabei lösen sich große Wassertropfen von der Außenfläche des Koaleszenzelementes ab. Beim Austritt aus dem Koaleszenzelement weist die organische Phase keine Trübung mehr auf. Es wurde eine praktisch vollständige Trennung von Wasser und Petroleum erreicht. Die Durchflußleistung des verwendeten Koaleszenzelementes betrug 3 m³/m²/h.A mixture consisting of 98% petroleum and 2% water is with mixed intensively with a rapidly rotating stirrer. This will a milky water / petroleum emulsion is produced, which also after one week of rest still shows no separation. The Water / petroleum emulsion is continuously turned inside out passed through a coalescing element. Big ones come off Drops of water from the outer surface of the coalescence element. At the The organic phase emerges from the coalescence element no more cloudiness. It became practically complete Separation of water and petroleum achieved. The flow rate the coalescence element used was 3 m³ / m² / h.
Zu einer Methylesterlösung wird bei 25°C Glycerin bis zur Sättigung zugegeben. Danach wird die Lösung auf 5°C abgekühlt. Da die Löslichkeit mit sinkender Temperatur abnimmt, wird die Lösung trübe, wobei Glycerintröpfchen ausfallen. Es entsteht eine sogenannte Kältetrübung, die mit herkömmlichen Verfahren sehr schwierig zu trennen ist. Die trübe Lösung wird kontinuierlich durch ein erfindungsgemäßes Koaleszenzelement geleitet und dabei praktisch vollständig getrennt. Die Durchflußleistung des verwendeten Koaleszenzelements betrug 5 m³/m²/h.Glycerol is added to a methyl ester solution at 25 ° C Saturation added. The solution is then cooled to 5 ° C. There the solubility decreases with decreasing temperature, the solution becomes cloudy, whereby glycerine droplets fail. There is one so-called cold haze, which with conventional methods very is difficult to separate. The cloudy solution becomes continuous passed through a coalescence element according to the invention and thereby practically completely separated. The flow rate of the coalescence element used was 5 m³ / m² / h.
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