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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren einer mit Teilchen verunreinigten Flüssigkeit bzw. einem mit Teilchen verunreinigten Gas, unter Verwendung von Filtersieben, wobei eine Seite der Filtersiebe sowohl mit dem Einlass des verunreinigten Mediums als auch mit einem Auslass für das Schwemmaterial und die andere Seite der Filtersiebe mit einem Auslass für die Abfuhr des gereinigten Mediums verbunden ist, und eine Verengung der Einlassräume die Flüssigkeitsgeschwindigkeit drosselt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Filtrierverfahrens.
Abgesehen von ausserordentlich komplizierten und kostspieligen Vorrichtungen ermöglichen es die bislang bekannten Filtrierverfahren nicht, in einem fluiden Medium suspendierte Teilchen bei praktisch konstanter Druckdifferenz kontinuierlich abzutrennen. Bei der überwiegenden Mehrheit der verwendeten Geräte ist man gezwungen, periodische Unterbrechungen vorzunehmen, um die Filteroberflächen zu reinigen, da ansonsten infolge des Anwachsens der darauf niedergeschlagenen Teilchen ein Durchgang des fluiden Mediums durch diese Filterflächen völlig verhindert würde.
Eine bekannte Anordnung zeigt fächerartig angeordnete Filtersiebe und Abführleitungen für die gereinigte Flüssigkeit. Es ist bei diesem Vorschlag jedoch nicht vorgesehen, das Schwemmgut abzuführen, so dass die Filter ständig gesäubert werden müssen. Infolge der Verlegung der Filterporen durch das Schwemmaterial nimmt auch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit laufend ab, so dass nicht wie wünschenswert eine Gleichmässigkeit des Flüssigkeitsstromes möglich ist.
Ein weiterer Vorschlag sieht wohl Auslässe für die gereinigte Flüssigkeit und für das Schwemmaterial vor, doch werden die Teilchen auf den Wänden der Siebtrommel nicht gleichmässig verteilt, so dass auch hier die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung auf den Kammerauslass kontinuierlich abnimmt. Ein gleichmässiger Teilchenkuchen auf den Siebrändern ist bei dieser Anordnung nicht zu erzielen.
Eine bekannte Konstruktion, die keilförmige Filterräume vorsieht, durch die eine Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt wird, ermöglicht gleichfalls kein Konstanthalten der Strömungsgeschwindigkeit in den Einlaufräumen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten der bislang bekannten Verfahren und Einrichtungen zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Einlaufräumen konstant gehalten wird, so dass nach einer Anlaufzeit, in der sich eine vorbestimmte Menge der Teilchen auf den Filtersieben abgesetzt und die Stärke des Teilchenkuchens ein Maximum erreicht hat, sich keine weiteren Teilchen an den Filtersieben ansetzen, sondern vom Rest der gleichmässig strömenden nicht gesiebten Flüssigkeit bzw. des nicht gesiebten Gases mitgespült und dem Auslass für das Schwemmaterial zugeführt werden.
Dank dieser Massnahmen werden die Teilchen bisweilen auch automatisch evakuiert, so dass damit eine Filtrierung möglich ist, die bei einer praktisch konstanten Druckdifferenz arbeitet.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter Einsatz eines mit Filtersieben ausgestatteten Hohlkörpers mit einem Einlass für das verunreinigte und Auslässen für das gereinigte Medium bzw. das abzuführende Schwemmaterial dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Hohlkörpers wie an sich bekannt vom Flüssigkeitseinlass zum Auslass für das abzuführende Schwemmaterial kontinuierlich abnimmt, wobei die im Hohlkörper eingesetzten Filtersiebe wechselweise wie gleichfalls bekannt in ihrem Querschnitt abnehmende vom Flüssigkeitseinlass zum Auslass führende Kanäle und anderseits in den Auslass für die gereinigte Flüssigkeit mündende Kanäle bilden.
Man erkennt in einfacher Weise, dass man auf diese Weise Filteranlagen mit grosser Kapazität realisieren kann, bei denen die notwendigen Bedingungen für ein gutes Funktionieren gegeben sind.
An Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte, teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Filtereinrichtung, Fi. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 3 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Filteranlage besteht im wesentlichen aus einem Hohlkörper in den ein oberer Einlass --2-- für die verunreinigte Flüssigkeit, ein seitlicher Auslass --3-- für die gereinigte Flüssigkeit und ein unterer Teilchenauslass --4-- münden. Dieser Hohlkörper umfasst zwei einander gegenüberliegende trapezförmige Seitenflächen--5--, so dass der Hohlkörperquerschnitt vom Flüssigkeitseinlass --2-- zum Teilchenauslass--4--hin kontinuierlich abnimmt.
In das Innere des Filterkörpers--l--sind eine Mehrzahl von Filterplatten--6--vertikal in Abstand voneinander eingesetzt, derart, dass aufeinanderfolgend grössere und kleinere Abstände--7 bzw. 8--zwischen den einzelnen Platten bestehen. Die zwölf beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorhandenen Filterplatten sind gleichfalls trapezförmig und parallel zu den Seitenwänden --5-- des Filterkörpers angeordnet. Man erkennt darüber hinaus, dass die äussersten Filterplatten von den Seitenflächen --5-- um die Hälfte der Intervallabstände--7--entfernt sind, wobei der Grund dafür weiter unten noch näher erläutert werden soll.
Die freien Zwischenräume --7-- zwischen den Filterplatten --6-- sind auf der Seite des Flüssigkeitsauslasses-3-für die gereinigte Flüssigkeit durch dichte Wände abgeschlossen, während die freien
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stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Zonen sind durch die undurchlässigen Wände-9 und 10-sowie die Filterplatten --6-- voneinander getrennt.
Es versteht sich von selbst, dass eine derartige Filtereinrichtung noch durch die allgemein im Zusammenhang mit Filtereinrichtungen bekannten Zusatzgeräte vervollständigt werden muss, wie z. B. Ventilatoren, Kompressoren, Pumpen, Schütze, Manometer, Strömungsmessgeräte usw., die aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in den Zeichnungen nicht mit dargestellt worden sind.
Eine erfindungsgemässe Filteranlage funktioniert in folgender Weise :
Das flüssige oder gasförmige Medium, welches durch Feststoffteilchen verunreinigt ist, kommt am Einlass --2-- an und dringt anschliessend in die freien Räume-7-des Filterkörpers-l-ein. Der wesentliche Teil dieses fluiden Mediums durchquert die Filterwände --6-- und gelangt dadurch in die freien
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Da der Querschnitt des Filterkörpers konstant abnimmt und die Intervalle--7--, abgesehen vom ersten und letzten auf die Hälfte reduzierten Intervall, untereinander gleich gross sind, nimmt die Geschwindigkeit der Flüssigkeit vom Einlass--2--zum Teilchenauslass--4--hin konstant ab.
Die mittlere Geschwindigkeit bleibt jedoch trotzdem konstant, so dass nahezu alle, wenn nicht sogar alle Teilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, am Teilchenauslass-4-ankommen.
Auf diese Weise ermöglicht es eine statische Filtrieranlage gemäss der Erfindung kontinuierlich bei praktisch konstanter Druckdifferenz ein fluides Medium bei praktisch 100% igem Wirkungsgrad von den darin suspendierten Teilchen abzutrennen.
Man erkennt, dass die suspendierten Teilchen gleichlaufend mit einer stromaufwärtigen Trajektorie des fluiden Mediums mitgeführt werden, so dass selbst die kleinsten Teilchen trotz ihrer geringen Trägheit mitgenommen werden.
Selbstverständlich müssen zu diesem Zweck eine gewisse Anzahl von Bedingungen erfüllt sein. Insbesondere ist es notwendig, dass die Oberfläche der Filterwände so ausgebildet ist, dass die Frontalgeschwindigkeit der sie durchsetzenden Flüssigkeit, d. h. des Teils der durch diese Fläche abgezogenen gereinigten Flüssigkeit klein genug ist, damit die Reibungskraft der auf den Filterwänden abgeschiedenen Teilchen kleiner bleibt als die tangentiale Mitnahmekomponente der Flüssigkeit. Um darüber hinaus den Anteil der stromaufwärtig verbleibenden Flüssigkeit so klein wie möglich zu halten, ist es notwendig, den Querschnitt am Teilchenauslass--4--so klein wie möglich zu machen und die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit im stromaufwärtigen Bereich jedenfalls grösser zu machen, als man für die Mitnahme der Teilchen benötigt.
In Ausgestaltung der Erfindung könnte einer solchen erfmdungsgemässen Filtrieranlage eine Vorabtrenneinrichtung vorgeschaltet sein, um die besonders grossen Teilchen vor dem Eintritt in den
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zwischen den Filterplatten--6--vermieden wird.
Darüber hinaus kann selbstverständlich der durch den Teilchenauslass mit austretende geringe Teil der Flüssigkeit nach der totalen oder teilweisen Abtrennung der Teilchen zum Flüssigkeitseinlass-2-- zurückgeführt werden oder auch direkt in die Atmosphäre entlassen werden.
Nach Einsatz der sauberen, ungebrauchten Filterplatten steigt selbstverständlich der Druckabfall zwischen Flüssigkeitseinlass und Flüssigkeitsauslass zunächst mit einer sich allmählich verlangsamenden Geschwindigkeit auf einen bestimmten Endwert an, der dann der angesprochenen konstanten Druckdifferenz des Filters im eingeschwungenen Betriebszustand entspricht.
Während dieser Anlaufzeit bildet sich auf den porösen Filterplatten eine unter der Bezeichnung "Kuchen" bekannte Teilchenschicht, welche die Trennwirkung der Filterplatten vervollständigt. Gleichzeitig nehmen die anfangs vorhandenen Poren der Filterwand in ihrer Anzahl zu und gleichzeitig in ihrem Durchmesser ab.
Nachdem der Druckabfall des Filters seinen endgültigen konstanten Wert erreicht hat, besitzen die Filterporen des "Kuchens" einen Querschnitt, der kleiner ist als die kleinsten Teilchen, die normalerweise von der Flüssigkeit mitgeschleppt werden. Von diesem Moment an hat das Filter somit praktisch einen 100%igen Wirkungsgrad für alle normalerweise überhaupt vorkommenden Teilchen.
Selbstverständlich könnte man diesen vollständigen Wirkungsgrad auch dadurch sofort erreichen, dass man Filterplatten verwendet, deren Porenquerschnitt kleiner ist als die kleinsten vorkommenden Teilchenabmessungen, doch bedarf es auch in solchen Fällen zunächst der Bildung eines "Kuchens" zu Beginn des Filtriervorgangs. In gleicher Weise könnte man einen derartigen Teilchenkuchen mit geeigneter Granulation vorfabrizieren, ehe man die so gebildeten Filterplatten industriell in eine erfindungsgemässe Filtriereinrichtung einsetzt.
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Wenn aus irgendeinem beliebigen Grund der Druckabfall zufälligerweise im Betrieb zu gross wird, kann man zeitweilig die Flüssigkeitszufuhr im stromaufwärtigen Bereich erhöhen, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich entsprechend zu vergrössern. Durch diese Vergrösserung der Geschwindigkeit wird die Mitnahmekraft auf die suspendierten Teilchen grösser und führt entsprechend rasch zu einer Normalisierung der Verhältnisse, d. h. die Druckdifferenz stellt sich auf ihren Normalwert ein.
Diese zeitweise Erhöhung der Zufuhr und damit der Strömungsgeschwindigkeit kann darüber hinaus beliebig oft, je nach den gegebenen Erfordernissen, wiederholt werden.
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stromaufwärtigen Bereich des Filters im wesentlichen konstant und ausreichend gross, um die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen vom Flüssigkeitseinlass--2--zum Teilchenauslass-4--hin mitzuschleppen, während der gereinigte Teil der Flüssigkeit wie vorher im Flüssigkeitsauslass --3-- gesammelt und abgesaugt wird.
Die Filtereinrichtung nach Fig. 3 arbeitet exakt in gleicher Weise wie die Filtereinrichtung nach den Fig. 1 und 2. Man erkennt indessen, dass die Variante gemäss Fig. 3 sich besonders dazu eignet, Einheiten mit grosser Filterkapazität zu realisieren. Man kann nämlich mehrere derartige Elemente nach Fig. 3 so aneinanderreihen, dass man eine zylindrische Einheit erhält, welche in der Lage ist, eine grosse Menge an zu reinigender Flüssigkeit bzw. zu reinigendem Gas bei relativ kleinem Gesamtvolumen zu verarbeiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Filtrieren einer mit Teilchen verunreinigten Flüssigkeit bzw. einem mit Teilchen verunreinigten Gas, unter Verwendung von Filtersieben, wobei eine Seite der Filtersiebe sowohl mit dem Einlass des verunreinigten Mediums als auch mit einem Auslass für das Schwemmaterial und die andere Seite der Filtersiebe mit einem Auslass für die Abfuhr des gereinigten Mediums verbunden ist, und eine Verengung der
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Strömungsgeschwindigkeit in den Einlaufräumen konstant gehalten wird, so dass nach einer Anlaufzeit, in der sich eine vorbestimmte Menge der Teilchen auf den Filtersieben abgesetzt und die Stärke des Teilchenkuchens ein Maximum erreicht hat, sich keine weiteren Teilchen an den Filtersieben ansetzen, sondern vom Rest der gleichmässig strömenden nicht gesiebten Flüssigkeit bzw.
des nicht gesiebten Gases mitgespült und dem Auslass für das Schwemmaterial zugeführt werden.