DE1645749B2 - Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem Behälter mit einem Einlaß, mit einem hohlen Verteilerboden und einem Auslaß, einer Filterstufe zwischen dem Einlaß und dem Innenraum des Behälters und einer Abscheidestufe zwischen dem Innenraum und dem Auslaß, welche in koaxialer Anordnung aus einem mit Öffnungen versehenen metallischen Hohlzylinder, einer hydrophoben Zwischenschicht und einem siebartigen Außenmantel besteht, wobei das eine Ende der Abscheidestufe geschlossen und das andere Ende mit dem Auslaß verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-PS 29 29 503 bekannt Bei der Reinigung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für Strahltriebwerke von Flugzeugen, werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Wasserfreiheit gestellt Üblicherweise geht man daher von einem zweistufigen Verfahren aus, wobei die Elemente der ersten und zweiten Stufe auswechselbar gestaltet sind (vgl. auch US-PS 31 82 800). Mit den bekannten Vorrichtungen wird ein Durchsatz von 2270 Liter pro Minute erreicht Eine weitere Steigerung des Durchsatzes führt zum Durchbrechen von Wassertröpfchen durch die entsprechenden Filterschichten urd damit zu unbedingt zu vermeidenden Betriebsstörungen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, «· solche Vorrichtungen so zu verbessern, daß ein höherer Durchsatz erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Größe der Öffnungen im Hohlzylinder vom Auslaßende in Richtung des entgegengesetzten Endes zunehmen, so "> daß sich über der gesamten Länge der Abscheidestufe eine im wesentlichen gleiche Durchströmgeschwindigkeii einsteüi.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bestehen die Öffnungen aus Löchern, deren Durchmesser von 0,22 cm bis 0,73 cm zunimmt

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung sind die öf tnungen Schlitze, die sich über die gesamte Länge des Hohlzylinders erstrecken und sich V-förmig zum Auslaß verengen.

Mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung kann man die Durchsatzgeschwindigkeit einer im übrigen völlig gleich konstruierten Vorrichtung von 2170 Liter pro Minute auf 3785 Liter pro Minute steigern. Dies entspricht einem Zuwachs von 67% gegenüber bekannten Vorrichtungen, was umso erstaunlicher ist, als dies sogar mit einer kleineren Zahl von kürzeren Abscheideelementen erreicht wird, so daß die Fläche an teuerer, kohlenwasserstoffpermeablen und hydrophoben Zwischenschicht um etwa 38% verringert wird. Der Wirkungsgrad des teueren Siebmaterials, gemessen in Liter pro Minute und dividiert durch die erforderliche Fläche in Quadratzentimeter steigt von 0,2 bei bekannten Vorrichtungen auf 0,55 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an, also um 175%.

Hinzu kommt, daß in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch das Bauvolumen der Abscheideelemente um etwa 41% verkleinert wird. Durch diese Volumenverminderung kann man die Baugrößc der gesamten Vorrichtung bei gleicher Leistung stark verringern. Dies ist gerade im Hinblick auf ihre Verwendung in mobilen Einheiten zur Flugzeugbetankung ein wesentlicher Vorteil.

Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung in F i g. 1 längs der Achse 2-2,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Abscheideelementes,

F i g. 4 eine Ausführungsform der mittleren Patrone des in F i g. 3 dargestellten Abscheideelementes,

Fig.5 einen Querschnitt durch die in Fig.4 dargestellte mittlere Patrone längs der Achse 5-5,

F i g. ο eine weitere Ausführungsform der mittleren Patrone,

F i g. 7 einen Querschnitt durch eine der in F i g. 6 dargestellten mittleren Patrone ähnliche Patrone,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform der mittleren Patrone, deren äußere Oberfläche mit einer Schraubenlinie aus porösem Filterpapier verkleidet ist, dessen Dichte sich längs der Länge der Patrone ändert und

Fig.9 eine andere Ausführungsform der mittleren Patrone.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche einen senkrecht stehenden zylindrischen Behälter 10 mit einem an seinem Boden angeordneten Zufluß 12 und Abfluß 14 aufweist. Der Behälter 10 weist oben einen Deckel 16 auf, welcher an dem Behälter mit einer Vielzahl von Klappschrauben 18 befestigt ist. Werden die Klappschrauben 18 geöffnet, dann kann der Deckel 16 durch eine Hebevorrichtung 20 gehoben und verschwenkt werden, wodurch der Zugang zu dem Behälterinneren frei wird. Im unteren Teil des Behälters 10 befindet sich ein Eingangsverteiler 22, in den der Zufluß 12 mündet und der eine Vielzahl von senkrechten Rohrstutzen 24 mit Außengewinde aufweist. Auf diese Rohrstutzen 24 mit Außengewinden sind mit dem Innengewinde ihrer Abschlußteile eine Vielzahl von senkrecht stehenden zylindrischen Filterpatronen 26 aufg

Neben dem Eingangsverteiler 22 ist ein Abflußrohr 28 angeordnet, an welches sich der Abfluß 14 anschließt. Ein aufrecht stehendes zylindrisches Abscheideelement ist mit Hilfe eines Zugankers 32, der sich durch ein am offenen Ende des Abflußrohre:. 28 angebrachtes Speichenkreuz 34 und durch das hohle Innere des Abscheideelementes 30 erstreckt und an seinem oberen Ende eine Mutter 36 aufweist, mit dem Abflußrohr 28 so verbunden, daß beide in Verbindung stehen. Die Mutter 36 preßt eine Abschlußplatte 38 gegen eine Dichtung am oberen Ende des Abscheideelementes 30 und erzeugt auf diese Weise einen flüssigkeitsdichten Abschluß. Dichtungen befinden sich auch zwischen dem unteren Ende des Abscheideelementes 30 und dem oberen Ende des Abschlußrohres 28.

Die Filterpatronen 26 sind vorgeformt und bestehen gewöhnlich aus einem Rohr oder Zylinder aus Fiberglas, welches von einem Harzbindemittel zusammengehalten wird. Der Fiberglaszylinder wird an seinem oberen Ende mit einem geschlossenen Abschlußteil aus Kunststoff und an seinem unteren Ende mit einem hohlen Abschlußteil mit Innengewinde abgedeckt

Ein typisches Abscheideelement 30 (F i g. 3) besteht aus einem Außenmantel 42 aus siebartigem Material mit einer Maschenfeinheit zwischen 100 und 600 und ist mit einem wasserabweisendem Material, wie z. B. einem Fluorkohlenwasserstoff-Kunststoff, ausgekleidet Die äußere Oberfläche des Außenmantels 42 steht mit dem Inneren des Behälters 10 in Verbindung. Innerhalb des Außenmantels 42 des ausgekleideten siebartigen Materials befindet sich eine zweite Schicht 44 aus siebartigem Material, das gewöhnlich eine größere Maschengröße als das siebartige Material des Außenmantels 42 aufweist. Die Schicht 44 dient bei dem Abscheideelement dazu, fehlerhaftem Arbeiten des Außenmantels 42 zu begegnen. Innerhalb der Schicht 44 befindet sich im Abstand von dieser ein perforierter metallischer Hohlzylinder 46 mit einer Vielzahl von Löchern 48 auf seiner gesamten Oberfläche. Die Größe der Löcher 48 ist von einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser der Löcher in der Nähe des unteren Endes des Hohlzylinders bis zu einem größeren Durchmesser der Löcher in der Nähe des oberen Endes abgestuft. Bei einem 87,8 cm langem Abscheideelement von 15,85 cm Durchmesser waren die Löcher 48 von einem kleinen Durchmesser von 0,22 cm bis zu einem großen Durchmesser von 0,73 cm abgestuft. Die Innenfläche des perforierten Hohlzylinders 46 steht mit dem Abfluß 14 in Verbindung.

Die entgegengesetzten Seiten des Abscheideelements sind mit runden Abschlußkappen 50 und 72 versehen, welche an den jeweiligen Endkanten des Außenmantels 42, der Schicht 44 und des Hohlzyünders 46 befestigt sind. Die nach außen weisenden Enden der Abschlußkappen 50 und 72 sind mit Ringdichtungen 74 versehen, von denen nur eine in F i g. 3 eingezeichnet ist.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung wird die zu reinigende Flüssigkeit, die gewöhnlich eine Emulsion aus einem Kohlenwasserstoff-Treibstoff und Wasser ist, durch den Zufluß 12 eingeleitet, gelangt von dort in den Eingangsverteiler 22 und sodann in das Innere der Filterpatronen 26. Beim Durchströmen durch das Fasergeflecht der Patronen 26 werden bestimmte Verunreinigungen der Flüssigkeit zurückgehalten und wird die Emulsion getrennt, wobei das Wasser sich zu kleinen Wassertröpfchen zusammenlagert Diese kleinen Wassertröpfchen haben das Bestreben, unter dem Einfluß der Schwerkraft auf den Boden des Behälters 10 zu fließen und werden dort durch eine Vorrichtung ausgetragen, welche nicht eingezeichnet ist Nach dem Durchströmen der Patronen 26 wird die Flüssigkeit in d?s Innere des Behälters 10 geleitet und gelangt von dort in das Abscheideelement 30. Der siebartige Mantel 42, welcher im wesentlichen für flüssige Kohlenwasserstoffe durchlässig und für Wasser undurchlässig ist, läßt die gereinigte und nicht mehr wasserhaltige Flüssigkeit hindurchtreten, wobei diejenigen Wassertropfen, die

ιυ noch nicht auf den Boden des Behälters 10 gesunken sind und von der Flüssigkeitsströmung bis zu dem siebartigen Mantel 42 des Abscheideelementes 30 getragen worden sind, zurückgehalten werden. Die wasserfreie und gereinigte Flüssigkeit tritt durch die Schicht 44 hindurch, passiert die Löcher in dem Hohlzylinder 46 und gelangt dann durch das Abflußrohr 28 in den Abfluß 14.

Man hat festgestellt daß dann, wenn die in dem Hohlzylinder 46 befindlichen Löcher gleichen Durchmesser aufweisen, die Flüssigkeitsströmung längs des Abscheideelementes ungleichmäßig wurde und dadurch die Geschwindigkeit der Strömung in der Nähe des Abflusses einen extrem hohen Wert annahm, verglichen mit der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung durch das entgegengesetzte Ende des Abscheideelementes. Demzufolge war der Druckabfall an dem Abscheideelement 30 aufgrund der verschieden hohen Strömungsgeschwindigkeiten der durchtretenden Flüssigkeit längs seiner Höhe verschieden groß, wobei der Druckabfall am Boden des Abscheideelementes in der Nähe seiner Austrittsöffnung oberhalb des gewünschten Maximums lag. Hierdurch wurde das Wasser, das sich am Boden des Abscheideelementes angesammelt hatte, durch den Außenmantel 42 hindurchgedrückt und war in dem durch den Abfluß 14 strömenden Treibstoff enthalten, was ein fehlerhaftes Arbeiten der Anlage bedeutete. Man hat festgestellt, daß durch Veränderung des Strömungswiderstandes beim Durchströmen des Abscheideelementes 30 eine im wesentlichen gleichförmige Flüssigkeitsströmung erreicht werden kann, wobei der Druckabfall längs der gesamten Höhe der Trennwände auf einen im wesentlichen konstanten Wert eingestellt werden kann, und auf diese Weise der Durchtritt des enthaltenen Wassers durch die Trenn-

4^r> wände verhindert wird und der Wirkungsgrad und die Wirksamkeit eines Abscheideelementes vergrößert werden. Die Abstufung der lichten Weiten der in dem Hohlzylinder 46 befindlichen Löcher 48 bewirkt eine gleichmäßige Geschwindigkeit der durch den siebartigen Außenmantel 42 in das Innere des Hohlzylinders 46 hindurchtretenden und von dort in den Abfluß 14 gelangenden Flüssigkeit.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 hervorgeht, besteht das Abscheideelement 30 aus einem einzigen Stück. Die Fig.4, 5, 6, 7, 8 und 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Hohlzyünders zur Bewirkung einer im wesentlichen gleichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch da? Abscheideelement längs seiner gesamten Oberfläche, wobei der Hohlzylinder

'■'■■ mit dem Abflußrohr 28 einstückig ausgeführt ist

Die Fig.4 und 5 zeigen einen Hohlzylinder 46', welcher zum Beispiel durch Schweißen mit der oberen Kante des Abflußrohres 28 verbunden ist Der Hohlzylinder 46' besteht gewöhnlich aus Blech und

' ■ weist an seinem Umfang sich über seine ganze Länge erstreckende und im Abstand von einem Viertelkreis entfernt liegende V-förmige Schlitze 52 auf. Selbstverständlich weist das vollständige Abscheideelemcnt

ebenso, wie das in F i g. 3 dargestellte, dem Außenmantel 42 und der Schicht 44 entsprechende Schichten auf. Diese werden mittels eines, sich durch das Speichenkreuz 34 erstreckenden Zugankers und einer Abschlußplatte ähnlich der in F i g. 1 dargestellten in ihrer Lage ■> gehalten. Die durch die Schlitze 52 in dem Mantel des Hohlzylinders dargestellten öffnungen nehmen von dem Boden des Hohlzylinders zu seinem oberen Ende hin zu und bewirken eine im wesentlichen gleichförmige Flüssigkeitsströmung längs des Abscheideelementes. ι ο

F i g. 6 zeigt eine der in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ähnliche Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Hohlzylinder 46" fest mit der Oberkante des Abflußrohres 28 verbunden ist. Der Hohlzylinder 46" besteht hierbei aus Blech und weist eine Vielzahl von Schlitzen 54 auf, deren Länge und Breite vom unteren zum oberen Ende des Hohlzylinders hin zunimmt. Obwohl der Hohlzylinder 46" als fest verbunden mit der Oberkante des Abflußrohres 28 dargestellt ist, kann dieser mit dem Abscheideelement einstückig ausgeführt sein. Auch der durchbrochene Hohlzylinder 46" bewirkt eine im wesentlichen gleichförmige Flüssigkeitsströmung über die Höhe des Abscheideelementes hervor und bewirkt einen maximalen Wasserabscheideeffekt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 7 dargestellt, in welcher ein Hohlzylinder 46'" eine Vielzahl von tangential verlaufenden Schlitzen 56 aufweist, welche in Länge und Breite vom unteren zum oberen Ende des Hohlzylinders zunehmen. Diese tangential verlaufenden Schlitze 56 arbeiten in derselben Weise wie die öffnungen und Schlitze der in den Fig.3 bis 6 dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung und rufen zusätzlich eine in etwa tangential gerichtete Strömung der Flüssigkeit « durch das Trennelement zum Abflußrohr 28 hervor. Diese tangential verlaufenden Schlitze 56 können billig hergestellt werden, da ihre Breite nur von der Eindrucktiefe des sie hervorrufenden Werkzeuges abhängt.

Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Hohlzylinder 46"" des Abscheideelementes aus einer perforierten Metallbüchse 58 besteht, welche schraubenförmig mit Filterpapier 60 umwickelt ist. Die schraubenförmig gewickelte Filterpapierschicht 60 ist in der Nähe des unteren Endes oder der Ausflußöffnung des Abscheideelementes dichter und in Richtung auf das obere Ende der Büchse 58 zu allmählich dünner ausgebildet. Die Perforationen der Büchse 58 sind gewöhnlich gleich groß und können gleichmäßig längs der Oberfläche der Büchse verteilt sein. Die allmähliche Veränderung der Dichte kann bei der in Fig.8 gezeigten Ausführungsform dadurch erreicht werden, daß ein Filterpapier konstanter Porosität an eimern Ende mit geringerer Steigungshöhe der Schraubenlinie gewickelt wird als am anderen Ende. Andererseits könnte die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst werden, daß man Filterpapier mit sich über seine Länge allmählich verändernder Porosität verwendet.

Eine weitere Ausführungs'orm der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt, bei welcher an Stelle des Hohlzylinders eine Vielzahl von koaxialen aufrecht stehenden Rohrstutzen 62 angeordnet ist, deren Länge gemäß ihrer Anordnung mit wachsendem Durchmesser abnehmen. Wie bei den anderen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind auch bei den aufrecht stehenden Rohrstutzen 62 im Abstand voneinander äußere siebartige Schichten des Abscheideelementes oberhalb des Hohlzylinders angeordnet

Der siebartige Außenmantel 42 kann nicht nur, wie beschrieben, eine gleichmäßig zylindrische Form aufweisen, sondern er kann auch zur Vergrößerung seiner Oberfläche gefaltet sein und dadurch die Abscheidekapazität des Abscheideelementes 30 vergrößern. Jede Ausführungsform des Abscheideelements enthält Vorrichtungen, weilche flüssige Kohlenwasserstoffe passieren lassen, jedoch Wasser zurückhalten, und Vorrichtungen, die eine gleichmäßige Flüssigkeitsströmung durch das Abscheideelement längs seiner gesamten Oberfläche bewirken, während der Druckabfall der Flüssigkeit bei der Strömung durch das Abscheideelement im wesentlichen längs seiner gesamten Länge konstant gehalten wird und auf diese Weise ein wesentlich wirkungsvollerer Abscheider geschaffen wird.

Vorzugsweise haben die Abscheideelemente einen Außenmantel, dessen Länge sich zu seinem Durchmesser wie 1,5 : 1 verhält.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Ausfdterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem Behälter mit einem Einlaß, mit einein hohlen Verteilerboden und einem Auslaß, einer Fdterstufe zwischen dem Einlaß und dem Innenraum des Behälters und einer Abscheidestufe zwischen dem Innenraum und dem Auslaß, welche in koaxialer Anordnung aus einem mit Öffnungen versehenen metallischen Hohlzylinder, einer hydrophoben Zwischenschicht und einem siebartigen Außenmantel besteht, wobei das eine Ende der Abscheidestufe geschlossen und das andere Ende mit dem Auslaß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnungen im Hohlzylinder vom Auslaßende in Richtung des entgegengesetzten Endes zunehmen, so daß sich über der gesamten Länge der Abscheidestufe eine im wesentlichen gleiche Durch-Strömgeschwindigkeit einstellt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen Löcher sind, deren Durchmesser von 0,22 bis 0,73 cm zunimmt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen Schlitze sind, die sich über die gesamte Länge des Hohlzylinders erstrekken und sich V-förmig zum Auslaß zu verengen.