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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen der festen von der flüssigen Phase von Suspensionen, die sich bei Ausführung eines chemischen Verfahrens gebildet haben.
In der Industrie ist es oft notwendig, die Phasen der mit irgend einem chemischen Verfahren gewonnenen Suspensionen zu trennen. Gemäss den gegenwärtigen Einrichtungen erfolgt das Trennen in zwei Schritten. Die Suspension gelangt zuerst in einer Kläranlage, worauf der mit einem Niederschlag angereicherte Rückstand auf einem Filter, z. B. einem Trommelfilter oder einer andern, unter Druck stehenden Filteranlage, filtriert wird.
Ein besonderes Problem bedeutet das Trennen der Phasen von Suspensionen in der Zuckerindustrie. Das Trennen der in einer Zuckerfabrik aus kalkiger Brühe mit Reinigungsverfahren gewonnenen Suspension erfordert nämlich kostspielige Kläranlagen von grossem Volumen. Das Absetzen geht langsam, in etwa 20 bis 40 min, vor sich, was Zuckerverlust und die Verfärbung der Brühe zur Folge hat. Wegen des niedrigen Verdichtungsanteils der Kläranlage ist zum Filtrieren des Rückstandes eine grosse Filterfläche nötig, was sowohl mit Rücksicht auf die Investitions-, als auch auf die Inbetriebhaltungskosten teuer ist.
Die Erkenntnis dieser Nachteile der Kläranlage hat in den letzten Jahren zur Entwicklung der schlammverdichtenden Filter geführt. Zahlreiche Filtertypen wurden ausgebildet, z. B. Beutelfilter und keramische Filter, in denen die Aufenthaltsdauer der Brühe auf einen Bruchteil des Aufenthaltes in der Kläranlage gesunken, der Schlammverdichtungsanteil hingegen gestiegen ist. Diese Filtertypen haben jedoch den Nachteil, dass die Beseitigung des sich an der Filterfläche angesetzten Schlammes nur schwer zu erreichen ist und/oder einen besonderen Mechanismus (einen Kratzer) benötigt, oder aber es muss die Beseitigung des Schlammes mit dem sogenannten Rückspülverfahren-d. h. durch das Strömenlassen der Brühe in entgegengesetzter Richtung-erreicht werden.
Dabei ist auch das Entleeren des Filters langwierig (es nimmt 20 sec bis 1 bis 2 min in Anspruch), was die nutzbare Betriebszeit des Filters nachteilig beeinflusst. Die meisten Beutelfilter ergeben kein sauberes Filtrat, was ein Nachfiltrieren notwendig macht oder zur Folge hat, dass das Filtrat nach dem Einschalten des Filters einige Minuten lang in das Filter rückgeleitet werden muss. Die erwähnten Nachteile der bekannten Filter sind in erster Linie strukturellen Ursachen zuzuschreiben.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Filtrieren der mittels eines chemischen Verfahrens gewonnenen Suspensionen-ebenso wie auch beim Absetzen-derjenige Widerstand als hindernder Faktor wirkt, der in höherem Mass von den sich in der Suspension auftretenden elektrokinetischen Erscheinungen, in geringerem Masse von der Viskosität der Flüssigkeit abhängig ist, woraus folgt, dass in einer Vorrichtung, in der die Ladung der Körper vermindert werden kann, die Filtrierbarkeit der Suspensionen und die Beschleunigung ihres Absetzens wesentlich gesteigert werden können.
Es ist nämlich bekannt, dass in der Aussenschicht der mit einer chemischen Reaktion gewonnenen Niederschlagkörner eine statische Ladung herrscht, wodurch sich in der Diffusionsschicht um die Körner ebenfalls eine elektrische Ladung ausbildet. Aus der gleichen Natur der Körner ergibt sich, dass auch die Ladungen gleich sind und ihre Grösse in der schlammigen Brühe der Zuckerfabrik sogar 20 mV erreicht.
Die von der elektrischen Ladung der Körner auf das Filtrieren-sowie auf das Absetzen-ausgeübte negative Wirkung wird weder durch die herkömmlichen Kläranlagen, noch durch die bisher entwickelten schlammverdichtenden Filter beseitigt.
Es sind zwar mit einem Drehsystem arbeitende Filterapparate bekannt, bei denen der Wirkungsgrad des Filtrierens von der durch Einwirkung des Filterraumes zustande gebrachten Zentrifugalkraft gesteigert wird, aber die zentrifugale Kraftwirkung wird bei diesen Filterapparaten nicht vor dem Filtriervorgang zum Verringern der elektrischen Ladung der zu filtrierenden Stoffkörner, sondern in dem Filterapparat zum Steigern des Innendruckes des Filterraumes und damit zum Verbessern der Filtrierleistung verwendet.
Abgesehen also davon, dass in diesem mit einem Drehsystem arbeitenden Filterapparaten die Anwendung des zentrifugalen Kraftfeldes nicht die Verringerung der elektrischen Ladung des zu filtrierenden Stoffes und damit die Beseitigung der das Filtrieren hemmenden Wirkung der elektrischen Ladungen in den Stoffkömern bezweckt, weisen diese Filterapparate den Nachteil auf, dass sie infolge ihrer verhältnismässig grossen Drehzahl eine kompliziertere Ausführung haben, als die mit den erfindungsgemässen ortsfesten Filterelementen bzw. Filterraum versehenen Filterapparate, und demzufolge sind diese mit einem Drehsystem arbeitenden Filterapparate kostspieliger und weniger betriebssicher.
Zweck der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden sind und mit deren Hilfe die das Filtrieren bzw. das Absetzen hindernde elektrische Ladung der Körner vor dem Einführen derselben in den Filterraum in einem zentrifugalen Kraftfeld auf einen Bruchteil vermindert wird, wobei eine wiederholte Aufladung der Körner durch die Sicherung antistatischer Verhältnisse ausgeschlossen ist, die Filtrierbarkeit der Suspension bedeutend verbessert und gleichzeitig ihr Absetzen beschleunigt wird.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Trennen der festen und Flüssigkeitsphasen von Suspensionen, die sich bei Ausführung eines chemischen Verfahrens gebildet haben, gelöst, welche durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist : Die Vorrichtung besteht aus mindestens einer ein zentrifugales Kraftfeld erzeugenden Einrichtung, mindestens einem Filterapparat zur Schlammverdichtung und jeweils einer diese beiden Vorrichtungsbestandteile verbindenden Brühenleitung, wobei alle genannten Teile mit einer antistatischen Auskleidung, vorteilhaft aus Zelluloseazetat, versehen sind und
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wobei im zylinderförmigen Filterraum des Filterapparates in radialer Richtung verschiedene Abmessung aufweisende Filtertaschen längs der Innenfläche des Zylindermantel radial angeordnet sind,
und an dem Filterraum unten ein konischer Behälter angeschlossen ist, dessen unterer Durchlass in einen Sammelbehälter mündet, und dass zum Schliessen sowie zum öffnen des Durchlasses ein durch eine Automatik gesteuerter Verschluss vorgesehen ist, und zwecks Abführung des Filtrates und des Schlammes der Filterapparat mit Abflussrohrleitungen verbunden ist.
Zweckmässig wird die erfindungsgemässe Vorrichtung so ausgebildet, dass im Filterraum des Filterapparates die Filtertaschen der Innenfläche der Vorrichtungswand angepasst und so angeordnet sind, dass eine kürzere Filtertasche in der Mitte zwischen den in radialer Richtung längsten Filtertaschen angebracht ist und sich zwischen jeder längsten und jeder kürzeren Filtertasche je eine noch kürzere Filtertasche befindet, wobei die Filtertaschen so bemessen sind, dass sich die Filterfläche auch der längsten Tasche von dem in der Achse des Filterraumes befindlichen Träger im Abstand befindet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass zur Abführung des Filtrates aus dem Inneren der Filtertaschen eine Ausflussleitung vorgesehen ist, die in einen jeden Filterapparat umgebenden und mit einer das Filtrat weiterleitenden Rohrleitung verbundenen Ringkanal mündet, wogegen zum Entfernen des Schlammes aus dem Filterraum ein unten die Fortsetzung des Filterraumes bildender konischer Behälter vorgesehen ist, der in einen Sammelbehälter mündet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen, dass der zum Schliessen und öffnen des den Innenraum des konischen Behälters mit dem Innenraum des Sammelbehälters verbindenden Durchlasses dienende Verschluss aus einem pneumatischen Zylinder, einem in einen Kolbenschaft übergehenden Kolben,. einem damit gelenkig verbundenen mit einer Verschlusskappe versehenen Bügel besteht, wobei der Zylinder und der Bügel auf je einer feststehenden Welle gelagert sind und das eine Ende des Kolbenarmes und des Schwingarmes an derselben Drehwelle befestigt sind, und dass für die Steuerung des Verschlusses eine Automatik vorgesehen ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt den bisher bekannten, ähnlichen Zweck dienenden Vorrichtungen gegenüber den Vorteil, dass die Filtrierzeit kürzer wird, der Schlammverdichtungsanteil gehoben werden kann, und dass das Filtrat trübungsfrei ist. In der Zuckerindustrie z. B. verringert sich bei Anwendung der Erfindung die Aufenthaltsdauer im Filterapparat-der bisherigen Absetzperiode von 20 bis 40 min gegenüber-auf 1, 5 min und die Entleerung des Filters geht in Sekunden vor sich, der Schlammverdichtungsanteil kann von den bisherigen 6 g/l je nach den Erfordernissen auf 7 bis 14 g/l gehoben werden.
Die Erfindung beseitigt bei der Zuckererzeugung, in erster Linie durch die Verkürzung der Filtrierzeit, die bei den bekannten ähnlichen Vorrichtungen auftretenden technologischen Nachteile, wie die Zuckerdekomposition, Farbänderung, kolloidale Dissolution und die damit einhergehende Reinheitszahlverschlechterung. Die Erfindung ist auch vom Standpunkt der Zuckerbildung in der Melasse aus vorteilhaft.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird in ihren Einzelheiten an Hand eines Ausführungsbeispieles für Zuckerfabriken näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 das prinzipielle Schema einer die erfindungsgemässe Vorrichtung enthaltenden erfindungsgemässen Filtrieranlage in einer Zuckerfabrik ; Fig. 2 eine Variante der Anlage nach Fig. 1 ; Fig. 3 den Filterapparat der Anlage in Vorderansicht, teils in Schnitt ; Fig. 4 die Anordnung der Filterelemente des Apparates nach Fig. 3 in Draufsicht ; Fig. 5 bis 7 den Verschluss bzw. den Mechanismus des Verschlusses des unteren Schlammloches der Vorrichtung.
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über die Leitung--l--in das schlammverdichtende Filtrer--bund schliesslich in den zweiten Saturator - -dz --.
In der technologischen Kette gemäss Fig. 1 bildet das mit einer antistatischen, vorteilhaft aus Zelluloseazetat bestehenden Auskleidung versehene Aggregat--ai, l, bi bzw. a, 1, baden erfindungswesentlichen Teil der Anlage. Dieser Teil besteht in beiden Fällen aus einer ein zentrifugales Kraftfeld-aj, a --erzeugenden Einheit, aus einer Brühenleitung--l--und aus schlammverdichtenden Filtern--bi, b --. Der Unterschied zwischen den Aggregaten--ai, l, bi und a, 1, b--besteht bloss darin, dass bei dem ersten der Hydrozyklon
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Auskleidung versehener Teil--ag, l, bs--angeschlossen.
Es ist zweckmässig, dort, wo die Flüssigkeit konzentrierte feste Teilchen enthält, als ein zentrifugales Kraftfeld bildende Einheit --a1,a2, a2-- einen Hydrozyklon --a1-- oder einen Apparat ähnlicher Konstruktion zu verwenden ; wo hingegen die Menge der festen Teilchen in der Flüssigkeit schon verhältnismässig geringer geworden ist, dort ist es vorteilhaft z. B. eine Zentrifugalpumpe--a--anzuwenden. In beiden Fällen sind sowohl die Einheit--al,. a3--, als auch die Leitung--l--und das schlammverdichtende Filter - bi. b . bg- mit antistatischer Auskleidung-vorteilhaft aus Zelluloseazetat-versehen.
In Fig. 3 ist der in Fig. 1 und 2 mit--bi. b . bs,-- bezeichnete schlammverdichtende Filterapparat im
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Im Laufe der Zuckererzeugung arbeitet die nach dem Ausführungsbeispiel dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung wie folgt :
Gemäss dem an Fig. 1 dargestellten Anordnungsschema scheidet die feste Phase aus der schlammigen Brühe (Suspension), die aus dem ersten Saturationsapparat-di-in den mit antistatischer Auskleidung versehenen Hydrozyklon--al--der erfindungsgemässen Vorrichtung gelangt, in dem zufolge seiner Ausgestaltung eine turbulente Strömung erzeugenden zentrifugalen Kraftfeld zum Teil aus,
gleichzeitig vermindert sich die elektrische Ladung der Flüssigkeitsteilchen durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft und der turbulenten
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eingestelltem Masse geöffnete Ventil--2--mit der durch mit voller Linie gezeichnete Pfeile markierten Strömung gelangende Brühe im Laufe des Filtrierzyklus in den konischen Behalter--C--des Filterapparates einströmt. Von hier strömt die unter Druck stehende Flüssigkeit aufwärts in den Innen- (Filter-) raum des Filterkörpers --B--, das sie durch den mit dem Verschluss --6-- gesperrten Durchlass --74-- nicht in den Sammelbehälter --D-- gelangen kann.
Während die Flüssigkeit in dem Filterraum des Filterkörpers--B-- die Filterflächen der (gemäss Fig.4 angeordneten) Filtertaschen --3-- durchsetzt, scheidet der Schlamm (die feste Phase) auf den Filterflächen aus und das reine Filtrat strömt aus dem Inneren der Taschen über die Ausflussleitung-4-in den Ringkanal-5-, von wo das Filtrat über den Rohrstutzen --5a-- in den zweiten Saturationsapparat --d2-- gelangt.
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--2-- offen,Durchlass --74-- zwischen dem konischen Behälter --C-- und dem Sammelbehälter --D-- schliesst, befindet sich dagegen in Schliessstellung.
Der im Laufe des Filtrierzyklus sich auf der äusseren Filterfläche der Filtertaschen --3-- abgesetzte Schlamm sammelt sich zwar im Innenraum des Filterkörpers--B-und, von der Filterfläche herunterfallend, in dem konischen Behälter--C--an, aber durch die in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemässe Anordnung der Filtertaschen-3--, wird der Filtrierzyklus verlängert, da infolge der in radialer Richtung verschiedenen Länge der Filtertaschen --3-- genügend Raum für den Schlamm zur Verfügung steht.
Der Filtrierzyklus ist z. B. auf Zeit oder auf Brühenmenge einstellbar, dementsprechend wird das Einlassventil --2-- durch die Automatik geschlossen und der Verschluss --6-- geöffnet. Beim Öffnen des Verschlusses --6-- fällt der sich an den Filterflächen abgesetzte und zum Teil schon in den konischen Behälter --C-- hinuntergefallene Schlamm-in der Richtung der an Fig. 4 mit gestrichelter Linie bezeichneten Pfeile-durch die öffnung --9-- hindurch in den Sammelbehälter --D--, von wo der Schlamm über die Leitung--7--zum Trommelfilter--c--gelangt. Der Verschluss --6-- gibt den Durchlass --74-- so rasch frei, dass der im Innenraum des Filterapparates befindliche Schlamm in einigen Sekunden zur Gänze in den Sammelbehälter --D-- stürzt.
Der Sturzimpuls des Schlammes ist so gross, dass der abfallende Schlamm den an den Filterflächen abgesetzten Schlamm mitreisst, wobei der Nutzeffekt dieses Vorganges auch durch den Umstand erhöht wird, dass im Innenraum des Apparates infolge der schnellen Entleerung ein Vakuum entsteht, das zur Folge hat, dass die Filtertaschen --3-- sich durch Einwirkung der über die Ausflussleitung --4-zuströmenden Luft aufblähen. Von den aufgeblähten Filterflächen fällt dann auch der Schlamm herab, der gegebenenfalls noch auf den Filterflächen verblieben ist.
Nach Beendigung der Entleerung wird der Durchlass --74-- durch die Automatik mit Hilfe des Verschlusses --6-- geschlossen, das Einlassventil-2-geöffnet und der Filtrierzyklus beginnt von neuem.
Der Verschluss --6-- wird von der Automatik mit Hilfe des pneumatischen Zylinders --63-- und des sich darin bewegenden Kolbens sowie des Kolbenschaftes --68-- betätigt. In Fig. 5 befindet sich der Kolben in
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Zeitrelais gesteuerte Pneumatik gemäss Fig. 6 den Kolben und damit den Kolbenschaft --68-- heraus, vom letzteren wird mit Hilfe des Schwingzapfens --67-- der auf der Welle --64-- befestigte Kolbenarm --61-- mit der Welle --64-- zusammen verdreht. Mit der Welle --64-- zusammen verdreht sich auch der auf der Welle--64--befestigte Schwingarm--69--und nimmt aus der in Fig. 5 dargestellten Lage den Bolzen--70--in die in Fig. 6 veranschaulichte Stellung mit.
Der nach oben schwingende Bolzen--70-nimmt das angeschlossene Ende der Zugstange --71-- mit. Infolge der Verschiebung wird von andern Ende
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und das Entleeren des Apparates beginnt.
Nach Beendigung der Entleerung setzt die Automatik die Pneumatik wieder in Betrieb, diese zieht den
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--6-- mitFig. 5 dargestellte Lage zurück, und der Durchlass --74-- wird durch den Deckel --73-- geschlossen. Nach diesem Vorgang beginnt der Filtrierzyklus von neuem.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Trennen der festen von der flüssigen Phase von Suspensionen, die sich bei Ausführung
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Teile mit einer antistatischen Auskleidung, vorteilhaft aus Zelluloseazetat, versehen sind, und wobei im zylinderförmigen Filterraum (B) des Filterapparates in radialer Richtung verschiedene Abmessung aufweisende Filtertaschen (3a, 3b, 3c) längs der Innenfläche des Zylindermantel radial angeordnet sind, und an dem Filterraum (b) unten ein konischer Behälter (c) angeschlossen ist, dessen unterer Durchlass (74) in einen Sammelbehälter (D) mündet, und dass zum Schliessen sowie zum öffnen des Durchlasses (74) ein durch eine Automatik gesteuerter Verschluss (6) vorgesehen ist, und zwecks Abführung des Filtrates und des Schlammes der Filterapparat mit Abflussrohrleitungen (4,5, 7) verbunden ist.
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