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Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten,
insbesondere zur Entfernung von Geruchsstoffen in Abwässern.
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Bei vielen Produktionsverfahren fallen Prozeßflüssigkeiten an, die
schädliche Stoffe enthalten, die aus der Flüssigkeit wegen ihrer Giftigkeit, oft
auch allein ihres Geruches wegen, entfernt werden müssen, ehe die Flüssigkeit weiterverwendet
oder als Abwasser abgegeben werden kann. Solche aus Abwässern zu entfernenden Substanzen
sind beispielsweise chlorierte Kohlenwasserstoffe. In vielen Fällen sind die Mengen
der schädlichen Stoffe im Vergleich zur Flüssigkeitsmenge verschwindend klein.
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Wenn chemische Reaktionen zur Ausscheidung dieser Stoffe nicht in
Frage kommen, weil durch die Reagenzien die Flüssigkeit erneut belastet wird, werden
die unerwünschten Stoffe aus der Flüssigkeit im wesentlichen durch Destillation
oder durch Begasung entfernt. Beide Verfahren sind durch einen hohen Aufwand gekennzeichnet.
Wenn die zu reinigenden Flüssigkeitsmengen sehr groß sind, ist im ersten Falle eine
große Wärmemenge,
im zweiten Falle eine große Luftmenge nötig, weil
die Menge des zu entfernenden Stoffes je Volumeneinheit in der Gasphase über der
Flüssigkeit nur einen Bruchteil von der Flüssigkeit beträgt. Bei einer Reinigung
einer Flüssigkeit nach dem zweiten Verfahren wird in der Regel mit Luft begast.
Die Luft kann aber nach der Begasung auch nicht in die freie Atmosphäre abgelassen
werden, da der unerwünschte Stoff aus der flüssigen Phase sonst auch zu Umweltbelastungen
führt. Diese Luft muß weiter behandelt werden, häufig ist eine Verbrennung oder
Wäsche erforderlich. Erschwerend kommt das Sammeln und Transportieren der großen
Gasmengen hinzu.
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Aufgabe war es daher, nach Verbesserungen zu suchen, um den Aufwand
bei der Reinigung von Flüssigkeiten zu senken. Das Verfahren sollte insbesondere
zur Entfernung von Geruchsstoffen aus Abwässern geeignet sein, wobei wegen der großen
anfallenden Mengen den Energiekosten besondere Bedeutung zukam.
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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit in einem zu
Begasungszwecken geeigneten Apparat mit einem eingeleiteten Gas in innigen Kontakt
kommt, wobei das Kennzeichen der Erfindung darin besteht, daß im Apparat ein Druck
unter 1 bar aufrechterhalten wird.
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Als Apparat, der für Begasungszwecke geeignet ist, kommt hauptsächlich
eine mit Füllkörpern gefüllte Kolonne oder eine Glockenbodenkolonne in Frage; Flüssigkeits-
und Gastrom sind einander entgegengesetzt.
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Damit soll jedoch nicht gesagt sein, daß der innige Kontakt zwischen
Gas und Flüssigkeit nur in Rieseltürmen erreicht werden kann. Es kann ausreichend
sein, wenn in einem Behälter bei vermindertem Druck die Flüssigkeit geschlagen oder
versprüht wird.
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Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die
Reduzierung der nachzureinigenden Gasmasse. Es hat sich gezeigt, daß sich relativ
schnell (im Sekundenbereich) näherungsweise ein stationärer Zustand einstellt. Bei
Abwässern haben sich innerhalb weniger Sekunden die Geruchsstoffe näherungsweise
entsprechend den thermodynamischen Daten auf Flüssigkeits- und Gasphase verteilt.
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Ein besonders bevorzugter Druckbereich liegt zwischen 50 und 250 mbar.
Als Pumpen sind Dampfstrahlpumpen gut geeignet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zur Entfernung
von Geruchsstoffen aus Abwässern.
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Die Aufnahmefähigkeit des Waschgases für die aus der Flüssigkeit zu
entfernenden Stoffe hängt nicht davon ab, wie das Gas zusammengesetzt ist. Das erfindungsgemäße
Verfahren läßt sich daher auch oft in andere Prozesse vorteilhaft einbinden, bei
denen Gasmassen anfallen, die ohnehin verbrannt werden müssen, was zu einer weiteren
Kostensenkung führen kann.
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An einer Pilotanlage ist das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.
Das Schema ist in einer Zeichnung dargestellt.
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Der Waschsäule 1, einem 500 mm langen Glasrohr, das mit verschiedenen
Füllkörpern gefüllt werden und auch gegen eine Glockenbodenkolonne aus Glas mit
drei, fünf oder auch acht Böden ausgetauscht werden kann, wird das beladene Abwasser
bei 2 über das Ventil 3 und einen Mengenmesser 4 zugeführt. Die gewünschte Temperatur
T3 kann über einen beheizten oder gekühlten Wärmetauscher 5 eingestellt werden.
Ein entsprechender Wärmetauscher 6 sorgt für die Einstellung der gewünschten Temperatur
T1 des am unteren Ende der Waschsäule bei 7 eintretenden
Waschgases,
dessen Menge über das Ventil 8 geregelt und über den Mengenmesser 9 gemessen wird.
Das aus der Waschsäule ablaufende gereinigte Wasser wird in einem Fußgefäß 10 gesammelt
und über das standgeregelte Ventil 11 und den Mengenmesser 12 abgeführt. Zur Förderung
dient eine Flüssigkeitspumpe 13. Das Waschgas wird über die Gaspumpe 14 entweder
über den Mengenmesser 15 als beladenes Abgas bei 16 abgeführt oder als Teilstrom
über das druckgeregelte Ventil 17 wieder vor die Pumpe geleitet, um den durch Einstellung
der Druckregelung 18 gewählten Betriebsdruck der Versuchsanlage aufrecht zu erhalten.
Vor und hinter der Waschsäule 1 sind Probenahme-Möglichkeiten zur Prüfung der Wirksamkeit
der Versuchsanlage bei den verschiedenen Betriebsbedingungen.
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Mit dieser Pilotanlage läßt sich zeigen, daß ein einmaliger Durchgang
des beladenen Abwassers und der Begasungsluft ausreicht.
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Mit dieser Pilotanlage wurde beladenes Abwasser gereinigt.
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Es enthielt Chloropren, 1,2-Dichloräthan Toluol und Vinylcyclohexen,
typische Produkte in den Abwässern bei der Kautschukherstellungb Bei einem Betriebsdruck
der Anlage von 200 mbar und bei einer Betriebstemperatur von 250C sind die Restgehalte
nach der Reinigung: Chloropren 6 %, 1,2-Dichloräthan 62 %, Toluol 15 %, Vinylcyclohexen
7 %.
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Für 1 m3 Abwasser werden 1,42 m3 Gas (Luft) unter Normalbedingungen
benötigt. Durch Verlängerung der Austausch-Säule oder/und Vergrößerung der Gasmenge
läßt sich natürlich der Reinigungsgrad weiter verbessern.
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Wird in der Anlage ein Betriebsdruck von 73 mbar aufrecht erhalten,
betragen die Restgehalte: Chloropren 6 %, 1,2-Dichloräthan 37 %, Toluol 8 %, Vinylcyclohexen
4 %. Für 1 m3 Abwasser werden nur Q,49 m3 Luft unter Normalbedingungen benötigt
Dagegen betragen die Restgehalte bei einem Betriebsdruck von 1020 mbar (Vergleichsbeispiel):
12 % Chloropren, 64 % 1,2-Dichloräthan, 11 % Toluol, 19 % Vinylcyclohexen. Für 3
1 m3 Abwasser werden 7,43 m3 Luft unter Normalbedingungen benötigt.
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In dem aus der Waschsäule austretenden Gas sind die aus der Flüssigkeit
zu entfernenden Stoffe angereichert. Natürlich enthält dieses Gas auch Wasserdampf
entsprechend dem Dampfdruck bei der Betriebstemperatur. Bei der erforderlichen Begasung
des Wassers ist die Zeit für den Stoffaustausch außerordentlich gering und für die
Auslegung des Reaktionsbehälters bedeutungslos.
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Beim Komprimieren des Gases muß natürlich neben der Kompressionswärme
auch die Kondensationswärme des Wasserdampfes abgeführt werden. Der wirtschaftliche
Gesamtaufwand dieses Verfahrens ist bei gleichem Reinigungserfolg durch die wesentlich
kleiner anfallenden Gasmengen trotzdem erheblich geringer als bei einer Begasung
unter Normal- oder sogar Überdruck.
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Die notwendige Luftmenge ist von der Zusammensetzung der zu reinigenden
Flüssigkeit, der Anfangskonzentration und dem gewünschten Reinigungsgrad abhängig.
Es sind Vorversuche notwendig, um die erforderliche Gasmenge für einen bestimmten
Reinigungsgrad festlegen zu können.
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Diese Versuche können bei Normaldruck durchgeführt werden.
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Die erforderliche Gasmenge für die Betriebsapparatur errechnet sich
dann einfach im Verhältnis des gewählten Betriebsdruckes zum Normaldruck.
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Zweckmäßigerweise stellt man für einige typische Verunreinigungen
Kurvenblätter auf, in denen die Gleichgewichtszustände zwischen beladener Flüssigkeit
und Begasungsluft bei verschiedenen Konzentrationen in der Flüssigkeit aufgetragen
sind. Damit lassen sich dann bei der Temperatur des Abwassers im Reaktionsbehälter
die Dampfdrücke und daraus die Austauschverhältnisse in der Luft ablesen. So ist
es einfach möglich, für einen bestimmten Entgasungsgrad die Begasungsbedingungen
festzustellen.
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L e e r s e i t e