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Vorrichtung zum Brechen von Emulsionen und zum Abscheiden von in Flüssigkeiten
suspendierten Feststoffen im elektrischen Feld Bei dem Brechen von Emulsionen und
bei der Abscheidung von Feststoffen ist die Anwendung des elektrischen Feldes bekannt.
Hierfür bekannte Vorrichtungen besitzen Elektroden mit verschiedenartigen Formen.
So ist bekannt, Elektroden glockenartig auszugestalten oder eine konisch gestaltete
rohrförmige Elektrode vorzusehen, die in axialer Richtung durchflossen wird, wobei
in der Mitte eine sogenannte Zentralelektrode angeordnet sein kann. Dabei sind Leitflächen
vorgesehen, wodurch z. B. die Strömungsrichtung rechtwinklig verändert wird und
die Strömungsgeschwindigkeit sich verlangsamt, wodurch der Absetzvorgang erleichtert
werden soll. Weiter ist auch bekannt, in der Mitte eines zylindrischen Behälters
angeordnete plattenförmige Elektroden in Umfangsrichtung umfließen zu lassen. Bei
einer anderen Vorrichtung sind paarweise übereinanderstehende Elektrodengruppen
vorgesehen, die aus koaxialen, in Strömungsrichtung angeordneten Zylinderelektroden
bestehen, wobei die Elektrodengruppen eines Paares zur Bildung ringförmiger Durchflußbereiche
ineinandergeschachtelt sind. Die Elektrodengruppen sind dabei so geschaltet, daß
jede übernächste Elektrodengruppe auf gleichem Potential, also die Gruppen eines
Paares auf unterschiedlichem Potential liegen.
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Diesen genannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die Flüssigeit
im wesentlichen parallel zu den Elektrodenflächen fließt. Es ist aber auch bekannt,
perforierte Elektroden vorzusehen, so daß die Flüssigkeit durch die Elektroden hindurchfließen
kann. Eine solche bekannte Vorrichtung besitzt perforierte Elektroden in Form vertikaler
Zylinder, wobei zwischen der äußeren Zylinderelektrode und der Gefäßwandung ein
zusätzliches Feld besteht. Es ist auch bekannt, mehrere durchbrochene Elektroden
mit unterschiedlichem Potential übereinander anzuordnen. Die großen Isolationsschwierigkeiten
wurden bei diesen Vorrichtungen als nicht vermeidbares Übel in Kauf genommen.
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Es wurde gefunden, daß bei einer Vorrichtung zum Brechen von Emulsionen
und zum Abscheiden von in Flüssigkeit suspendierten Feststoffen, bei der die Flüssigkeit
durch ein zwischen einem geerdeten Metallbehälter und einer von dem Behälter isolierten
Innenelektrode erzeugtes elektrisches Feld geleitet wird, in einem wesentlichen
Ausmaß der Stromverbrauch gesenkt, die Leistung der Vorrichtung gesteigert und die
Reinheit der Flüssigkeit erhöht werden kann, wenn erfindungsgemäß die Innenelektrode
aus mehreren waagerecht in Abständen übereinander angeordneten, leitend miteinander
verbundenen, flüssigkeitsdurchlässigen, ebenen Schichten besteht,
etwa senkrecht
zu diesen Schichten von der Flüssigkeit durchströmt und an ein hohes Gleichstrompotential
angeschlossen ist.
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Der Betrieb einer solchen Vorrichtung läßt sich dadurch vervollkommnen,
daß die Elektroden zwischen geerdeten Gittern angeordnet sind. Es werden dadurch
innerhalb der Behandlungskammer von dem Elektrodenbereich getrennte Ruhezonen gebildet,
in welchen keine Turbulenz der Flüssigkeitsströmung auftritt. Ein erheblicher Vorteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß ein sofort verkaufsfähiges Produkt
gewonnen wird und keine großen Vorratsbehälter zum Absetzenlassen benötigt werden.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin
zu sehen, daß die Anzahl der Elektroden ohne praktische Schwierigkeit sehr groß
gewählt werden kann, um den Wirkungsgrad zu steigern; insbesondere bestehen keine
Schwierigkeiten hinsichtlich der Isolierung, da die Elektroden gleiches Potential
besitzen.
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Zur näheren Erläuterung der Vorrichtung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen; darin zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch
die Vorrichtung nach Fig. 1;
F i g. 3 und 4 sind gleiche Schnitte
einer etwas abgeänderten Ausführungsform.
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In F i g. 1 wird die aufzubereitende Flüssigkeit durch ein Rohrl2,
das über die volle Länge des Elektrodensystems verläuft und mit einer Reihe von
Öffnungen 13, die eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf die Länge des
Gefäßes gewährleisten, versehen ist, in die Kammer 11 eingeleitet. Die Flüssigkeit
strömt durch ein waagerechtes, geerdetes Gitter 14, dann über eine Anzahl von ebenen
Elektroden 15, die mit Zwischenräumen parallel zueinander angeordnet und mit einer
hohen Gleichspannung geladen sind und dann durch ein zweites paralleles geerdetes
Gitter 16 nach oben. Die von suspendierten Feststoffen freie Flüssigkeit gelangt
durch Öffnungen 17 in das Auslaßrohr, das ähnlich dem Einlaßrohr 12 ist, jedoch
einen größeren Durchmesser hat.
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Diese Anordnung von Einlaß- und Auslaßrohren sorgt dafür, daß die
Strömung der Flüssigkeit senkrecht zu den Elektroden verläuft und über das Gefäß
11 gleichmäßig verteilt ist. Geerdete Gitter 20 begrenzen die Aufbereitungszone
der Vorrichtung und können, wenn gewünscht, von den Abschlußwänden der Kammer gebildet
werden. Die Abscheidung der in der Flüssigkeit suspendierten Feststoffe geschieht
zwischen den in gleichem Abstand voneinander befindlichen parallelen ebenen Elektroden
15, die alle gleiches Gleichspannungspotential besitzen. Die Wirksamkeit der Reinigung
beruht darauf, daß alle Tropfen fremder Flüssigkeiten, die in der aufzubereitenden
Flüssigkeit suspendiert sind, koagulieren und, wenn sie eine geeignete Größe erreicht
haben, unter dem Einfluß der Schwerkraft auf den Boden der Kammer fallen. Zusätzlich
wirkt sich die turbulente Strömung der Flüssigkeit zwischen den Elektroden 15 vorteilhaft
aus.
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Die Elektroden 15 sollen im wesentlichen eben sein und möglichst
genau parallel zueinander angeordnet sein; Vorsprünge sollen vermieden werden. Die
Elektroden können aus Drahtgeflecht, Gittern, perforierten Platten od. dgl. bestehen.
Das Material der Elektroden sollte mit Rücksicht auf die korrodierenden Eigenschaften
der aufzubereitenden Flüssigkeit gewählt sein.
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Die Anzahl der Elektroden 15 innerhalb der Kammer wird im wesentlichen
durch den geforderten Reinheitsgrad und die aufzubereitende Flüssigkeitsmenge bestimmt;
als Minimum sind zwei Elektroden vorzusehen.
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Das Potential der Elektroden 15 hängt von deren gegenseitigem Abstand
ab; für jeden Abstand gibt es einen optimalen Spannungsbereich. Der Zwischenraum
zwischen den Elektroden 15 und gegenüber den in der Nähe befindlichen geerdeten
Körpern wird von der Betriebsspannung bestimmt und sollte gerade ausreichend sein,
um eine Bogenentladung durch die Flüssigkeit zu geerdeten Teilen der Vorrichtung
zu verhindern. Bei zu großem Zwischenraum kann Flüssigkeit ohne ausreichende Einwirkung
am Elektro den system vorbeifließen.
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Die Elektroden 15 erhalten ihre Gleichspannung von einer Hochspannungsquelle.
Die Spannung hängt von dem aufzubereitenden Material, dem Abstand der Elektroden
usw. ab und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 kV.
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Das geerdete Gitter 14 ist kein notwendiger Teil der Vorrichtung,
da der Koagulierungsprozeß nur
von den Hochspannungselektroden 15 verursacht wird
und auch ohne Gitter 14 vonstatten geht. Das Gitter erfüllt jedoch eine wesentliche
Aufgabe dadurch, daß unterhalb des Gitters eine elektrisch tote Zone 22 entsteht,
in der vom elektrischen Feld der Elektroden 15 keine Bewegung der Flüssigkeit hervorgerufen
wird. Hierdurch wird das Absetzen der abgeschiedenen Feststoffe unterstützt, und
es wird verhindert, daß die abgeschiedenen Feststoffe sich wieder mit der aufzubereitenden
Flüssigkeit vermischen.
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Das geerdete Gitter 16 hat ebenfalls mit dem Koagulierungsprozeß
nichts zu tun, sondern erfüllt eine ähnliche Aufgabe wie das Gitterl4, indem es
eine elektrisch tote Zone 23 oberhalb der Elektroden erzeugt. Diese tote Zone 23
verhindert die Überführung großer koagulierter Tropfen in das Auslaßrohr, was durch
die turbulente Strömung in der Flüssigkeit verursacht werden könnte.
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Der Abstand der geerdeten Gitter 14 und 16 von den Hochspannungselektroden
15 wird von dem Potential dieser Elektroden bestimmt und soll gerade ausreichen,
um Funkenbildung zu verhindern. Beide Gitter 14 und 16 können aus ähnlichem Material
wie die Hochspannungselektroden 15 hergestellt sein und sollten praktisch frei von
Vorsprüngen auf den den Elektroden zugewandten Seiten sein.
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Die Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 3 und 4 ist im wesentlichen
gleich der bereits beschriebenen Vorrichtung. In diesem Fall ist jedoch der Aufbereitungsraum
mittels geerdeter Längs- und Querplatten 24 und 25 in eine Anzahl von Teilkammern
aufgeteilt. Jede Teilkammer enthält eine Gruppe von parallelen Elektroden 15' und
bildet somit eine vollständige Einheit. Alle diese Einheiten liegen parallel zueinander.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Elektroden 15' eine vergleichsweise
kleine Fläche haben; es ist deshalb einfacher, die erforderliche Steifigkeit zu
gewährleisten. Es gibt eine Mindestgröße für diese Einheiten, wenn eine optimale
Wirksamkeit erreicht werden soll.
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Die geerdeten Gitter 14' und 16' und die Bleche 20' sind entsprechend
F i g. 1 ausgebildet und angeordnet.
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In einer Vorrichtung der beschriebenen Art können viele Flüssigkeiten,
besonders Kohlenwasserstoff-Öle, bei normaler Temperatur behandelt werden; bei sehr
zähen Flüssigkeiten wird es jedoch erforderlich sein, die Temperatur etwas zu erhöhen,
um die Viskosität herunterzusetzen.
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Die Vorrichtungen können auch für die Abscheidung suspendierter Feststoffe,
deren spezifisches Gewicht höher ist als derjenige der Flüssigkeit, verwendet werden.
Hat der suspendierte Feststoff ein kleineres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit,
ist es erforderlich, das ganze Gefäß und die Strömungsrichtung umzukehren.