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Koaleszer zum Koaleszieren von in Trägerflüssig-
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keit dispergierten organischen Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft
einen Koaleszer zum Koaleszieren von in Trägerflüssigkeit dispergierten organischen
Flüssigkeiten, vorzugsweise von in Wasser dispergiertem öl.
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Ein bekanntes, dem Koaleszieren von in Wasser dispergiertem öl diendes
Koalesziermedium besteht aus einer Faserstruktur, die anorganische Fasern enthält,
die in der Dispersion ein positives Zeta-Potential aufweist (DT-OS 2 546 043). Diese
anorganischen Fasern können Aluminiumoxyd- oder Zirkoniumoxydfasern sein.
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Diese Fasern sind teuer und wegen ihrer fehlenden Biegsamkeit schwierig
in für Koalesziermedien erforderliche Strukturen zu bringen, wobei auch das Koaleszieren
beeinträchtigende organische Bindemittel zum Zusammenhalt der Strukturen erforderlich
sind, so daß derartige Strukturen nicht nur teuer, sondern auch in ihrer Wirksamkeit
beeinträchtigt sind. In dieser Druckschrift ist ferner angegeben, daß dem Koalesziermedium
auch noch andere Fasern, bspw. Baumwoll-Rayon-Fasern, und synthetische Fasern, bspw.
Polyolefin- oder Polyester -Fasern, oder auch sonstige Fasern, wie Calzium-oder
Aluminium-Silicat-Fasern und glasartige Aluminosilicatfasern, zusätzlich einverleibt
werden können.
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Es handelt sich bei diesen Zusätzen also nicht um die Grundfaserstruktur,
sondern nur um
der aus den vorerwähnten anorganischen Fasern bestehenden
Faserstruktur zusätzlich einveSeibten Fasern. Die Kosten des Koalesziermediums vermindern
sich durch Einverleibung solcher zusätzlicher Fasern also nicht wesentlich.
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Es ist ferner aus der DT-OS 2 450 103 ein Abtrennelement zum Entfernen
dispergierter Flüssigphase aus einer kontinuierlichen Flüssigphase bekannt, bei
welchem eine Vielzahl einzelner Abschnitte eines Koaleszier- und eines Sorbiermediums
vorgesehen sind, die in inniger Berührung stehen, wobei das Koalesziermedium einen
geringeren Strömungswiderstand als das Sorbiermedium hat, sich in Längsrichtung
durch das Abtrennelement erstreckt, um im wesentlichen kontinuierliche Kanäle mit
minimalem Druckabfall für die behandelte Flüssigkeit zu bilden, und die dispergierte
Flüssigphase zu den Schnittflächen des Koaleszier- und des Sorbiermediums bringt,
wobei das Sorbiermedium eher von der dispergierten Flüssigphase als von der kontinuierlichen
Flüssigphase benetzt wird, wodurch die dispergierte Phase in das Sorbiermedium sorbiert
wird.
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Auch dieses Abtrennelement ist in der Herstellung teuer und kompliziert
und hat ferner hohen Strömungswiderstand. Nachteilig ist auch das Speichern der
abgetrennten flüssigen Phase im Sorbiermedium, so daß das Abtrennelement nach einiger
Zeit durch Sättigung unbrauchbar wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Koaleszer zu schaffen, der aufgrund
des Koalesziermediums billig herstellbare Bauarten erhalten kann und bei welchem
auch das Koalesziermedium in der Herstellung ebenfalls billig und einfach ist und
das Koaleszieren der dispergierten Flüssigkeit aus der Trägerflüssigkeit mit relativ
geringem Druckabfall der Trägerflüssigkeit zuläßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist, ausgehend von einem Koaleszer gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1, erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Koalesziermedium
ein Nadel-3 vlies einer Rohdichte von 0,05 bis 0,20 g/cm dient,das unpräparierte
Polypropylenfasern mit starken oleophilen und hydrophoben Eigenschaften aufweist,
und daß die Feinheit der Polypropylenfasern kleiner als 20 dtex ist.
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Die zu koaleszierende Dispersion braucht im allgemeinen nur einmal
ein solches Nadelvlies zu durchströmen, da dieses Nadelvlies auf öl sehr stark koaleszierend
wirkt und es sich problemlos erreichen läßt, daß das nach einmaligem Durchströmen
des Nadelvlieses in der Trägerflüssigkeit noch dispergierte restliche öl weniger
als 10 Milligramm pro Liter Trägerflüssigkeit beträgt.
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Das Nadelvlies enthält kein Bindemittel, so daß die Wirksamkeit der
Fasern nicht beeinträchtigt wird. Ferner ermöglicht die Flexibilität des Nadelvlieses
und der durch das Vernadeln des Nadelvlieses bewirkte gute Zusammenhalt seiner Fasern
den Bau einfacher, billiger Koaleszer in vielfältigen Ausführungsformen.
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Dieser erfindungsgemäße Koaleszer benötigt also im allgemeinen nur
ein einziges Nadelvlies oder eine einschichtige Anordnung von Nadelvliesen als Koalesziermedium.
Die unpräparierten Polypropylenfasern haben
ausgezeichnete koaleszierende
Eigenschaften für in Wasser dispergiertem öl. Gegebenenfalls können auch andere
dispergierte organische Flüssigkeiten mit ähnlicher Affinität zu unpräpariertem
Polypropylen wie Ol koalesziert werden.
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Bei der Trägerflüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Wasser.
Doch ist es denkbar, daß der erfindungsgemäße Koaleszer auch bei anderen Trägerflüssigkeiten
anwendbar ist.
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Das Koaleszieren erfolgt stets derart, daß sich die ursprünglich sehr
kleinen in der Trägerflüssigkeit in Schwebe befindlichen Tröpfchen der dispergierten
Flüssigkeit an den Fasern zu größeren Tröpfchen ansammeln, welche gegebenenfalls
unter weiterer Vergrößerung zur stromabwärtigen Seite des Nadelvlieses wandern und
dort so groß sind, daß sie in der relativ zu ihnen ein größeres spezifisches Gewicht
aufweisenden Trägerflüssigkeit relativ rasch nach oben schwimmen und sich so auf
dieser Trägerflüssigkeit als Schicht ansammeln, die sich leicht durch bekannte Maßnahmen
entfernen läßt, bspw. durch kontinuierlich Absaugen oder durch Abschöpfen von Hand
usw. Außer dem Nadelvlies benötigt ein erfindungsgemäßer Koaleszer normalerweise
keine weiteren Schichten mit koaleszierenden Eigenschaften, so daß es zumindest
im allgemeinen ausreichend ist, wenn er als einziges Koalesziermedium nur das Nadelvlies
enthält.
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Bevorzugt kann das Nadelvlies vollständig aus unpräparierten Polypropylenfasern
bestehen, welche in dem Nadelvlies in Wirrlage angeordnet und durch das Nadeln des
Nadelvlieses zusammengehalten sind.
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Das Nadelvlies benötigt keine Schutzhtille zu seinem ZusamEmhgt
und
zumindest in vielen Fällen auch nicht die Anordnung stirnseitiger Gitter zu seiner
Abstützung, was weitere Vorteile sind. Mit Vorteil kann es mit seinem Umfangsrand
um einen Durchflußquerschnitt für die dispergierte Flüssigkeit herum eingespannt
werden. Es ist dabei normalerweise nicht einmal ein stromabwärtiges flüssigkeitsdurchlässiges
Gitter oder dergl. zu seiner Abstützung erforderlich, da es, was ein weiterer Vorteil
ist, nur relativ geringen Druckverlust der es durchströmenden Dispersion verursacht,
selbst wenn die Rohdichte (auch Packungsdichte genannt) der Fasern im Nadelvlies
relativ hoch ist.
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Das Flächengewicht des Nadelvlieses kann vorzugsweise 2 600 bis 1500
g/m betragen. Bevorzugt kann es ferner gemäß Anspruch 6 ausgebildet sein. Zwei vorteilhafte
Anordnungen des Nadelvlieses sind in den Ansprüchen 7 und 8 beschvrieben. Es sind
natürlich auch sonstige Anordnungen möglich.
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Versuche mit einer Öl-in-Wasser-Dispersion erbrachten, daß der nach
einmaligem Durchströmen des Nadelvlieses in dem Wasser noch enthaltene dispergierte
Restölgehalt stets kleiner als 10 mg/#war.Die Versuchsbedingungen waren dabei: Das
Nadelvlies bestand zu 100% aus unpräparierten Polypropylenfasern.
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Feinheit der unpräparierten Polypropylenfasern: 7 dtex, 3 Rohdichte
des Nadelvlieses: 0,11 g/cm Flächengewicht des Nadelvlieses: 850 g/m2 Durchsatz
an Dispersion durch dieses Nadelvlies: 6,4 Kubikmeter pro Stunde und pro Quadratmeter
Nadelvlies.
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Diese Dispersion enthielt vor Durchströmen des Nadelvlieses 2 Gramm
bl pro Liter Wasser. Es war dafür gesorgt, daß das Öl im Wasser sehr gut dispergiert
und gleichmäßig verteilt war, indem einer die Dispersion dosierenden Exzenterschneckenpumpe
absichtlich eine Kreiselpumpe nachgeschaltet war, welche dafür sorgte, daß das Öl
im Wasser sehr gut dispergiert blieb, und die Kreiselpumpe pumpte diese Dispersion
sofort zum 0 Nadelvlies. Die Temperatur der Dispersion betrug 293 K.
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Nach Durchströmen des Nadelvlieses betrug der Restgehalt an noch dispergiertem
Öl im Wasser weniger als 7 Bei den bekannten Koaleszern wird dagegen gerne so gearbeitet,
daß die Dispersion vor dem Koaleszieren in einem Ruhebecken so lange gespeichert
wird, daß sich ein gewisser Teil des Öles schon zu größeren Tröpfchen vereinigt
hat, die auf die Oberfläche aufgeschwommen sind.
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Bei dem im Versuch erprobten erfindungsgemäßen Nadelvlies war dies
nicht erforderlich.
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In manchen Fällen kann das Nadelvlies außer den unpräparierten Polypropylenfasern
auch noch andere Fasern enthalten, bspw. zum Füllen, zum verstärkten Zusammenhalt
oder dergl. Jedoch ist es zweckmäßig, vorzusehen, daß in solchen Fällen mindestens
50 Gew.%, vorzugsweise mehr als 80% Gew. des Nadelvlieses als den unpräparierten
Polypropylenfasern besteht.
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Unter unpräparierten Polypropylenfasern ist verstanden, daß auf die
Oberfläche des Polypropylens der Polypropylenfasern keine Schichten anderer Stoffe
(Präparationen, Avivagen, Schmälzen, Antistatika oder dergl.) aufgebracht sind,
welche die grenzflächenaktiven Eigenschaften des Polypropylen nach außen ganz oder
überwiegend unterdrücken, d.h. nicht oder nur stark abgeschwächt nach außen zur
Wirkung kommen lassen.
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Bevorzugt werden also solche Polypropylenfasern verwendet, die nach
Verlassen der Spinndüsen nicht präpariert wurden, oder, falls sie für eine vorübergehende
Weiterverarbeitung bspw. mittels Antistatika präpariert wurden, von diesen Antistatika
oder dergl. wieder zumindest so weitgehend befreit wurden, daß die Grenzflächeneigenschaften
dieser Fasern durch die Grenzflächeneigenschaften des Polypropylens maßgebend bestimmt
werden.
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Je feiner die Fasern sind, d.h. je kleiner ihre in dtex (= Dezitex)
gemessene Nummer ist, umso größer ist ihre Oberfläche pro Gramm Gewicht und umso
stärker wirkt eine bestimmte Gewichtsmenge Nadelvlies koaleszierend.
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Es ist deshalb besonders vorteilhaft, sehr feine Fasen für das Nadelvlies
zu verwenden. Als besonders vorteilhaft haben sich unter den heutigen wirtschaftlichen
Herstellungsgesichtspunkten für unpräparierte Polypropylenfasern Faserfeinheiten
von 1,5 bis 7 dtex erwiesen. In vielen Fällen können jedoch mit Vorteil trotz der
höheren Kosten Fasern vorgesehen sein, deren Feinheit kleiner
als
1,5 dtex ist. Es kommen in manchen Fällen auch Fasern einer Feinheit von 7 bis 20
dtex in Frage.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Koaleszers dargestellt.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Schnittdarstellung einen
Koaleszer 10. Der Koaleszer 10 besteht aus einem in eine Rohrleitung 12 eingesetzten
ebenen Nadelvlies 15, welches sich über den gesamten Strömungsquerschnitt der Rohrleitung
12 rechtwinklig zur Rohrleitungslängsachse erstreckt und in Richtung des Pfeiles
A von der zu koaleszierenden Dispersion durchflossen wird. Das Nadelvlies 15 ist
nur dadurch gehalten, indem sein gesamter Umfangsrand 16 zwischen zwei miteinander
verschraubten Ringflanschen 17,18 eingespannt ist.
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Die Dispersion kann vorzugsweise eine Öl-in-Wasser-Dispersion sein,
doch kommen auch andere Dispersionen infrage, die in dispergierter Form feine Tröpfchen
einer organischen Flüssigkeit enthalten, welche durch die unpräparierten Polypropylenfasern
des Nadelvlieses ebenfalls koalesziert werden und deren Trägerflüssigkeit ein größeres
spezifisches Gewicht als die dispergierte, abzutrennende Flüssigkeit hat.
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Unmittelbar stromabwärts des Nadelvlieses 15 mündet die Rohrleitung
12 ins Becken 19, das obenseitig offen ist und aus dem die von dem dispergierten
Öl befreite Trägerflüssigkeit durch die Rohrleitung 12' abfließt.
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In dem Becken 19 ist der Flüssigkeitsstand stets höher als die in
es mündende Mündung der Rohrleitung 12, so daß die sich an der stromabwärtigen Stirnseite
22 des Nadelvlieses 15 ansammelnden, durch Koaleszieren von Öltröpfchen im Nadelvlies
15 gebildeten größeren Öltropfen in der Trägerflüssigkeit nach oben aufsteigen und
sich an der freien Oberfläche als Ölschicht 23 abscheiden, die auf beliebige Art
entfernt werden kann, bspw. von Zeit zu Zeit durch Absaugen.
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Das Nadelvlies 15 ist in seinem durchströmten Bereich an beiden Stirnseiten
frei, d.h. daß es nicht zwischen Gitter, Gewebebahnen oder sonstigen flüssigkeitsdurchlässigen
Elementen oder Körpern eingefügt zu werden braucht, da es genügend Eigenfestigkeit
aufweist, um durch die es durchströmende Dispersion nicht zerstört zu werden.
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Es versteht sich, daß das Nadelvlies an sich auch wie ein Filter für
in der Dispersion enthaltene Feststoffe wirkt, und es ist deshalb zweckmäßig, falls
die Dispersion Feststoffe enthalten kann, die sich am Nadelvlies abscheiden könnten,
dem Nadelvlies in nicht dargestellter Weise ein Feststoffilter oder ein Absetzbecken
für Feststoffe vorzuschalten.