DE19730331C1

DE19730331C1 - Anlage zur Reinigung von elektrisch nichtleitenden Flüssigkeiten, insbesondere Pflanzenölen

Info

Publication number: DE19730331C1
Application number: DE1997130331
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Boerner; Rainer Dr Ing Wetzel; Uwe Dipl Ing Zimmerling; Burghardt Nenn
Original assignee: Oehmi Forsch & Ingtech GmbH; Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Oehmi Ag 39114 Magdeburg De Siemens Ag 80333 Mu
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2017-07-16
Also published as: WO1999003591A1; AU8975698A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Reinigung von elektrisch nichtleitenden Flüssigkeiten, insbesondere Pflan zenölen, mit Reaktionsbehältern für die Abtrennung von Stoffen aus den elektrisch nichtleitenden Flüssigkeiten, insbesondere Pflanzenölen, nach dem Prinzip der elektro statischen Trennung. Dabei stellt die Reaktion im Behälter eine Sedimentation von Feststoffpartikeln dar.

Die Elektrofiltration von elektrisch nichtleitenden Flüssig keiten ist bekannt. Sie dient insbesondere zur Abtrennung von unerwünschten Stoffen aus nichtleitenden Flüssigkeiten, bei spielsweise von Pflanzenölen, mineralischen Ölen, Fein bearbeitungsölen, Lösungsmitteln, Harzen oder Glycerin. Ins besondere für die Anwendung von Pflanzenölen ist in Betracht zu ziehen, daß derartige Öle insbesondere als Nahrungsmittel verwendet werden und einen nachwachsenden Rohstoff darstel len. Hierzu ergibt sich eine beachtliche Welt-Rohproduktion mit einem jährlichen Wachstum von ca. 5%.

Zur Raffination von Pflanzenölen wird überwiegend ein Bleich erdeverfahren zwecks Adsorption von unerwünschten Begleit stoffen durchgeführt. Dabei ist die sogenannte Bleichung ein wesentlicher qualitätsbestimmende Prozeßschritt bei der Öl herstellung. Die Abtrennung der Bleicherde nach dem Adsorp tionsschritt erfolgt herkömmlich durch eine Anschwemm filtration.

Aus der DE 43 44 828 A1 ist bereits ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Reinigen von Feststoffpartikeln enthaltenden Flüssigkeiten bekannt, bei dem das strömende Gemisch aus den Flüssigkeiten, wie beispielsweise den Pflan zenölen und Feststoffpartikeln einem oder mehreren elektri schen Feldern ausgesetzt wird. Diese homogenen oder inhomo genen elektrischen Felder gleicher oder wechselnder Polaritä ten verursachen eine Wanderungsbewegung der Feststoffpartikel relativ zu den Flüssigkeiten, die selbst nur wenig oder über haupt nicht leitfähig sind. Bei dem vorbekannten Verfahren wird die Viskosität der Flüssigkeit herabgesetzt, um die Wanderungsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel aufgrund der Felder praktisch möglich zu machen. Beispielsweise wird die Flüssigkeit soweit erwärmt, daß ihre Viskosität auf etwa 25% der Viskosität der Flüssigkeit bei Raumtemperatur herab gesetzt wird. Letzteres ist insbesondere bei einer Erwärmung auf etwa 90 bis 130°C der Fall.

Beim Stand der Technik wird also im Temperaturfeld gearbei tet. Zur Realisierung dieses Verfahrens ist ein Behälter mit einem Zulauf für das Gemisch und je einem Auslauf für die getrennten Bestandteile vorgesehen, indem gegeneinander isolierte Elektroden für die Erzeugung der elektrischen Felder angeordnet sind.

Ausgehend von letzterer Vorrichtung ist es Aufgabe der Erfin dung, eine verbesserte Anlage zur Reinigung von nicht leiten den Flüssigkeiten insbesondere für den Einsatz bei Pflanzen ölen vorzuschlagen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorzugsweise Weiter bildungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. Insbe sondere ist dort eine Beziehung angegeben, die den Zusammen hang aller relevanter Parameter der Anlage und das darin ablaufenden Reinigungs- bzw. Filtrationsprozesses beschreibt.

Mit der Erfindung ist ein Behälter realisiert, mit dem es gelingt, durch das Zusammenspiel von Geometrie des Apparates, Strömungsverhalten des Fluids und dem Anlegen eines elektri schen Feldes zwischen 5 und 50 kV/cm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 kV/cm, zum einen eine vollständige Abscheidung der Feststoffpartikel an wenigstens einer Elektrode und zum ande ren ein geklärtes Fluid ohne den Einsatz zusätzlicher Filter elemente oder Filterhilfsmittel zu erreichen. Es wird somit ermöglicht, wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Druckfiltrations-Methoden zu erlangen. Insbesondere ist nun ein Einsatz feinkörniger Bleicherde möglich. Dadurch ergibt sich ein nochmals reduzierter Reinigungsaufwand und ein ver minderter Energieverbrauch.

Bei der Erfindung ist signifikant, daß die Innenwand der metallischen Behälter mit der jeweils zugehörigen Innenelek trode in spezifischer Konstruktion aufgebaut sind. Es kann sich um einen zylindrischen oder einen abgerundeten Flach behälter handeln. Vorteilhafterweise sind Behälterinnenwand und Innenelektrode im Bereich der Trennzone allseitig ohne Kanten ausgebildet, so daß somit eine umlaufend glatte Ober fläche beider Elektroden erreicht wird. Damit kann der Wir kungsgrad erhöht werden.

Bei der Gesamtanlage mit mehreren Behältern sind wenigstens zwei Reaktionsbehälter modular so verbunden, daß ein durch gehender Flüssigkeitsaustrag gewährleistet ist. Damit ist ein kontinuierlicher oder zumindest quasikontinuierlicher Produk tionsbetrieb der Anlage möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage sind die Reaktionsbehälter feststoffseitig mit einem Sammelbehälter zur Nachsedimenta tion verbunden. Der bei der erfindungsgemäßen Anlage ablau fenden Sedimentationsprozeß kann mit einer Druckfiltration kombiniert werden, womit sich der Wirkungsgrad der Gesamt anlage und deren Anwendungsbreite weiter erhöht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen jeweils in schematischer Darstel lung

Fig. 1 die Seitenansicht eines Behälters,

Fig. 2 die zugehörige Innenelektrode,

Fig. 3 eine alternative Anordnung aus Behälter mit konzen trischer Innenelektrode,

Fig. 4 die Draufsicht und Fig. 5 die Seitenansicht einer Anordnung von mehreren Behältern, die modulartig hintereinandergeschaltet sind, und

Fig. 6 mehrere mit einem Sammelbehälter Zusammengeschaltete Reaktionsbehälter.

Gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind in den Figuren mit gleichen bzw. sich entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben.

In den Figuren bedeuten 1 bis 8 Reaktionsbehälter zur Sedi mentation von Feststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit durch elektrostatische Felder, die insbesondere als Batterie neben einander angeordnet sind und fluidisch parallelgeschaltet sind. Die Anzahl der Behälter ist beliebig und wird von der geforderten Durchsatzleistung der kompletten Anlage bestimmt.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein einzelner Behälter 1 darge stellt, der aus metallischem Material mit einer massiven Behälterwand 10 aufgebaut ist. Von der Behälterwand 10 gehen ein Zulauf 11 für die zu filtrierende Flüssigkeit, ein Ablauf 12 für die geklärte Flüssigkeit und ein konischer Ablauf 13 für den ausgeschiedenen Feststoff ab.

In den Fig. 1, 4 und 5 sind die Reaktionsbehälter 1 bis 8 mit ihren Behälterwandungen als abgerundete Flachbehälter ausgebildet. Ein Behälter 1' kann jedoch auch gemäß Fig. 3 mit seiner Behälterwand zylindrisch ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist die für einen der Behälter 1 bis 8 gemäß den Fig. 1 sowie 4 oder 5 ausgebildete Innenelektrode mit 20 bezeichnet. Sie besteht insbesondere aus wenigstens einem großflächigen und ebenen Abscheideblech 21' das mit einem runden Rohrrahmen 22 kombiniert ist. Die Elektrode 20 ist mit ihrem Abscheideblech 21 auf die Geometrie des von der Behäl terwandung 10 umschlossenen Innenvolumens abgestellt.

Wesentlich ist beim Aufbau von Behälter und Innenelektrode gemäß den Fig. 1 und 2 sowie 3, daß der Behälter mit seiner Behälterwandung und die Innenelektrode im Bereich der Trennzone allseitig ohne Kanten ausgebildet ist. Der Abstand s zwischen den beiden so gebildeten Elektroden ist umlaufend konstant und i. a. kleiner als 50 mm. Es wird insgesamt eine umlaufend glatte Oberfläche aller Elektroden erreicht. Somit können keine störende Feldinhomogenitäten auftreten, die den Wirkungsgrad eines Reaktionsbehälters verschlechtern würden.

Bei der elektrostatischen Sedimentation von Feststoffpar tikeln aus Flüssigkeiten in dafür geeigneten Behältern spielen die geometrischen Größen des verwendeten Behälters, die Stoffparameter der zu reinigenden Flüssigkeiten, weiter hin die strömungstechnischen Parameter und die elektrischen Feldgrößen der Anordnung eine Rolle. Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß folgende Beziehung erfüllt sein muß:

wobei die verwendeten Symbole folgendem bedeuten
l_A Länge der Abscheideelektrode
A_q: freier Strömungsquerschnitt
: Volumenstrom
s: Elektrodenabstand
q_p: mittlere Partikelladung
E: Feldstärke
η: Viskosität des Fluids
r: mittlerer Partikelradius
m_p: mittlere Partikelmasse
t: Anlaufzeit
K: Apparatekonstante.

Bei Berücksichtigung vorstehender Beziehung können für den Einsatz spezifischer Flüssigkeiten die jeweils notwendigen Randbedingungen, insbesondere bezüglich der Geometrie der Behälter und der elektrischen Feldgrößen der Anlage, aufge funden werden. Speziell die Viskosität der zu reinigenden Flüssigkeit spiegelt dabei die Temperaturabhängigkeit des Trennprozesses wieder.

Auf dem Behälter gemäß den Fig. 1 oder 4 bis 5 ist jeweils eine elektrische Hochspannungsversorgungseinheit 30 aufge bracht, mit der für das jeweilige Sedimentationsproblem ein elektrisches Feld mit geeigneter elektrischer Feldgröße, ins besondere Feldstärke E, erzeugt wird. Beispielsweise haben sich bei Standardanlagen Feldstärken von 8 bis 30 kV/cm als geeignet erwiesen.

In Fig. 3 ist eine zu Fig. 1 und Fig. 2 alternative Anord nung aus Behälter und zugehöriger Innenelektrode dargestellt. Wesentlich ist hier, daß die Behälterwand 10' einen Rund zylinder umschließen, in dem die Innenelektrode 20 konzen trisch angeordnet ist. Flüssigkeitseinlauf 11, Fertigprodukt auslauf 12 und Austritt 13 für den abgeschiedenen Feststoff sind im wesentlichen in gleicher Form wie in Fig. 1 ausge bildet. Wiederum sind zwischen innerer Behälterwand 10' und Außenfläche der Elektrode 20' keine Kanten vorhanden. Weiter hin ist speziell in Fig. 3 noch wesentlich, daß sich die innere Elektrode 20' von einem kleineren zu einem größeren Querschnitt in Strömungsrichtung des Fluides erweitert.

Aus den Fig. 3 bis 6 ist ersichtlich, daß in einer Gesamt anlage beispielsweise acht Behälter vorhanden sind, die im einzelnen wiederum mit 1 bis 8 bezeichnet sind. Dabei sind jeweils zwei Behälter 1/2 bzw. 3/4, 5/6 und 7/8 derart zu sammengeschaltet, daß sie im Wechselbetrieb arbeiten können. Damit wird erreicht, daß ein quasikontinuierlicher Produk tionsbetrieb für die Reinigung bzw. Filtration von nicht leitenden Flüssigkeiten, wie insbesondere Pflanzenölen, ge währleistet ist. Insbesondere sind die einzelnen Reaktions behälter modular parallel geschaltet, so daß das gereinigte Produkt kontinuierlich ausgetragen werden kann.

Speziell in Fig. 6 ist gezeigt, daß mehrere Behälter 1 bis 8 zu Sedimentation von Feststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit mit einem einzigen Sammelbehälter 50 mit nachfolgendem Ventil 51 verbunden sind. Damit wird eine Nachsedimentation der abgeschiedenen Stoffe erreicht, was einer Konzentrations erhöhung dieser Stoffe gleichkommt.

Durch die Anordnung als Flachbehälter entsprechend Fig. 4 und 5 ergibt sich eine raumsparende Batterie mit entspre chenden Reaktionsbehältern 1 bis 8. Insgesamt wird damit ein kompakter Block gebildet, der in eine Gesamtanlage zum Wech selbetrieb der einzelnen Reaktionsbehälter 1 bis 8 und ge gebenenfalls mit einer Einheit zur Druckfiltration einge bunden wird. Eine derartige Einheit ist in den Figuren nicht dargestellt, da sie vom Stand der Technik bekannt ist. Die Wirtschaftlichkeit der Anlage kann damit verbessert werden.

Claims

1. Anlage zur Reinigung von elektrisch nichtleitenden Flüssigkeiten, insbesondere Pflanzenölen, mit wenigstens einem metallischen Reaktionsbehälter für die Abtrennung von Stoffen aus der elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit, insbesondere Pflanzenöl, nach dem Prinzip der elektrostatischen Trennung, mit folgenden Merkmalen:

- ein elektrisches Feld ist zwischen einer Behälterwand (10) als äußere Elektrode und einer konzentrischen Innenelektrode (20) aufgebaut,
- der Behälter (1-8 und 1') hat einen Zulauf (11) für die zu reinigende Flüssigkeit, einen Ablauf (12) für die geklärte Flüssigkeit und einen konischen Auslauf (13) für den abgeschiedenen Feststoff,
- es werden keinerlei Filtermittel zwischen den Elektroden (10, 20) verwendet, wodurch ein kontinuierlicher Filtrationsbetrieb gewährleistet ist,
- der Abstand (s) zwischen der Oberfläche (20, 20') und Behälterinnenwand (10, 10') im horizontalen Schnitt ist umlaufend konstant, wobei der Elektrodenabstand (s) von der Art der nichtleitenden Flüssigkeit, den suspendierten Partikeln, der Durchsatzleistung und der anwendbaren Spannung abhängt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die geometrischen Größen des Behälters (1-8 und 1'), Stoffparameter der Flüssigkeit sowie die strömungstechnischen Parameter und dielektrische Feldgrößen folgender Beziehung genügen:
wobei die Symbole folgende Bedeutung haben:
l_A Länge der Abscheideelektrode
A_q freier Strömungsquerschnitt
Volumenstrom
s Elektrodenabstand
q_p mittlere Partikelladung
E Feldstärke
η Viskosität des Fluids
r mittlerer Partikelradius
m_p mittlere Partikelmasse
t Anlaufzeit
K Apparatekonstante.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektrodenabstand (s) kleiner 50 mm ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das elektrische Feld (E) zwischen 5 und 50 kV/cm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 kV/cm, beträgt.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Behälter (1-8) ein zylindri scher Behälter (1') ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Behälter (1-8) ein abgerundeter Flachbehälter (1) ist.

7. Anlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Innenwand (10, 10') des Behälters (1-8) und die Innenelektrode (20) im Bereich der Trennzone allseitig ohne Kanten ausgebildet sind und somit eine umlaufend glatte Oberfläche der Elektroden (10, 20) erreicht wird.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die innere Elektrode (20) sich von einem kleineren zu einem größeren Querschnitt in Strömungs richtung des Fluids erweitert.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Reak tionsbehälter (1-8) modular miteinander so verschaltet sind, daß ein weitgehend kontinuierlicher Flüssigkeitsein- und -aus trag gewährleistet ist.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reaktionsbehälter (1-8) mit einem Sammelbehälter (50) verbunden sind, mit dem eine Nach sedimentation der abgeschiedenen Stoffe erfolgt, was deren Konzentrationserhöhung entspricht.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reaktionsbehälter (1-8) mit einer Einheit zur Druckfiltration kombiniert werden, wobei der Feststoffstrom aus den Reaktionsbehältern (1-8) oder aus den Sammelbehälter (50) einer zusätzlichen, vereinfachten Filtration zur Feststoffentölung unterzogen wird.