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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filtration eines verunreinigten Fluids in einem
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Beschicken einer Filtervorrichtung mit Filtermaterial sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Herstellung von cellulosischen Formkörpern nach dem Viskoseverfahren wird Zellstoff in
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xanthogenat werden nach Formgebung durch Fällung in einem Fällbad die gewünschten cellulosischen Formkörper, wie Fasern, Folien oder Platten erhalten.
Die abgepresste Alkalilauge wird wiederum zur Alkalisierung eingesetzt. Aus dem Pressvorgang werden Alkalicelluloseteilchen mitgeschleppt. Diese Teilchen unterliegen einem zeitlich fortschreitenden hydrolytischen Abbau, d. h. die Celluloseketten werden verkürzt.
Die Alkalicelluloseteilchen verbleiben unkontrolliert im Alkalilaugekreislauf und gelangen nach unbestimmter Aufenthaltsdauer und somit unbestimmtem Abbau in die weiteren Verfahrensstufen. Die bereits mehr oder weniger stark abgebauten Celluloseketten sind, als Teil der sogenannten Nullfaserfraktion, mitverantwortlich für z. B. Filtrationsstörungen in den
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zu entfernen und diese Teilchen möglichst rasch wieder in den Prozess rückführen zu können.
Mit herkömmlichen Filtern ist dies nur ungenügend bzw. unter hohem Aufwand möglich.
Ähnliche Kreisläufe, bei denen ein Ausgangsmaterial mit einem Fluid im Kreislauf behandelt wird, finden sich auch bei der Herstellung von Celluloseacetaten und Celluloseethern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine ausreichende und einfache Entfernung der mitgeschleppten Teilchen und eine rasche Rückführung in den Prozess ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Filtration eines verunreinigten Fluids in einem Verfahren zur Behandlung von Materialien, insbesondere von natürlichen oder künstlichen Polymeren gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte, dass (a) ein Ausgangsmaterial mit einem Fluid in einer ersten Bearbeitungsstufe behandelt wird und somit ein behandeltes Material gebildet wird, (b) wonach das Fluid nach dieser ersten Bearbeitungsstufe zumindest teilweise vom behandelten Material abgetrelmt wird, wobei das abgetrennte Fluid mit dem behandelten Material verunreinigt wird, (c) wonach das abgetrennte Fluid filtriert wird, wobei das Filtermaterial und das
Ausgangsmaterial aus der gleichen chemischen Grundsubstanz aufgebaut sind und (d) das belegte Filtermaterial zumindest teilweise als Ausgangsmaterial in Schritt (a) eingesetzt wird.
Ein geeignetes Filtermaterial bildet dabei Zellstoff. Zellstoff kommt in Plattenform zur Weiterverarbeitung. Diese Zellstoffplatten können direkt als Filtermaterial eingesetzt werden.
Auch aus üblichen Zellstoffrollen können die Filtermaterialien hergestellt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher besonders geeignet in Verfahren zur Behandlung von Materialien, bei denen Zellstoff als Ausgangsmaterial verwendet wird und somit dieser Zellstoff auch als Filtermaterial eingesetzt wird.
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Herstellung von cellulosischen Formkörpern nach dem Viskoseverfahren. Hier wird als Fluid Alkalilauge, insbesondere Natronlauge eingesetzt.
Weitere mögliche Verfahren sind die Herstellung von Celluloseacetaten und Celluloseethern.
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Als Fluid im erfindungsgemässen Verfahren kann Alkalilauge, insbesondere Natronlauge eingesetzt werden. Weitere mögliche Fluide sind Essigsäure und Schwefelsäure.
Bevorzugt kann das erfindungsgemässe Verfahren in der Alkalisierung von Zellstoff zur Herstellung cellulosischer Formkörper eingesetzt werden.
Geeignete Filtrationsvorrichtungen für das erfindungsgemässe Verfahren sind Filterpressen, Trommelfilter und Bandfilter.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist ein Verfahren zur Filtration
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folgenden Schritte, dass (a) Zellstoff mit Alkalilauge, insbesondere Natronlauge behandelt wird und somit
Alkalicellullose gebildet wird, (b) wonach überschüssige Alkalilauge von der Alkalicellulose, insbesondere mittels
Pressen abgetrennt wird, wobei die Alkalilauge mit Alkalicellulose verunreinigt wird, (c) wonach die abgetrennte Alkalicellulose filtriert wird, wobei Zellstoff als Filtermaterial eingesetzt wird und (d) das mit der abgetrennten Alkalicellulose belegte Filtermaterial zumindest teilweise in
Schritt (a) eingesetzt wird.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren ist es auch möglich, die abgetrennte Alkalicellulose weitgehend vollständig in den Prozess zurückzuführen. In diesem Fall ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das mit der abgetrennten Alkalicellulose belegte Filtermaterial von Schritt (d) weitgehend vollständig in Schritt (a) eingesetzt wird.
Eine weitere Aufgabe ist es ein Verfahren zum Beschicken einer Filtervorrichtung mit Filter-
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Das erfindungsgemässe Verfahren zum Beschicken einer Filtrationsvorrichtung mit Filtermaterial ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte : 1) Entnahme von Filtermaterial von einem Filtermaterialvorrat, 2) Zuführung des Filtermaterials zu einer Vorrichtung zur Positionierung des Filter- materials,
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4) Filtration eines verunreinigten Fluids bis zur vorgegebenen Kapazität des Filter- materials, 5) Entfernung und Abführung des gebrauchten Filtermaterials.
Die Feststellung des Erreichens der vorgegebenen Kapazität des Filtermaterials, d. h. das Filtrationsende, erfolgt vorzugsweise durch die Druckdifferenz zwischen Zu- und Ablauf des Fluids.
Die Verfahrensschritte 1 bis 5 des erfindungsgemässen Verfahrens werden vorzugsweise vollautomatisch gesteuert.
In vielen Fällen ist es notwendig, dass ein Filtrationsverfahren kontinuierlich durchgeführt wird und der Fluidstrom beim Filterwechsel nicht unterbrochen werden soll. Dies kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren derart erfolgen, dass zwei Filtrationsvorrichtungen vorgesehen sind. Während eine erste Filtrationsvorrichtung im Filtrierbetrieb arbeitet, wird eine zweite Filtrationsvorrichtung mit neuem Filtermaterial beschickt. Ist die Kapazität der ersten Filtrationsvorrichtung erreicht, wird der Fluidstrom in die zweite, neu beschickte Filtrationsvorrichtung umgelenkt und hier filtriert, während nun die erste Filtrationsvorrichtung neu beschickt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Beschicken einer Filtrationsvorrichtung mit Filtermaterial eignet sich besonders in einem Verfahren zur Behandlung von Materialien, bei dem
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der gleichen chemischen Grundsubstanz aufgebaut sind und das gebrauchte Filtennaterial zumindest teilweise als Ausgangsmaterial eingesetzt wird.
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Herstellung von cellulosischen Formkörpern, insbesondere nach dem Viskoseprozess, wobei als Filtermaterial Zellstoff eingesetzt und das gebrauchte Filtermaterial in einen Prozessschritt, insbesondere der Alkalisierung des Viskoseprozesses, zurückgeführt werden kann.
Die erfindungsgemässe Anlage zum Beschicken einer Filtervorrichtung mit Filtermaterial weist im wesentlichen folgende Komponenten auf : i) eine Vorrichtung zur Bereitstellung des Filtermaterials, welche das Filtermaterial einem
Filtermaterialvorrat entnimmt und einer Vorrichtung zur Positionierung des
Filtermaterials zuführt, ii) eine Vorrichtung zur Positionierung des Filtermaterials, welche das Filtermaterial in eine Filtrationsvorrichtung einbringt, iii) eine oder mehrere Filtrationsvorrichtungen, die mit wechselbaren Filtennaterialien aus- gestattet sind,
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Geeignete Filtrationsvorrichtungen sind solche, die nach dem Prinzip von Filterpressen, insbesondere Rahmenfilterpressen arbeiten.
Derartige Rahmenfilterpressen bestehen aus einer oder mehreren Filterplatten mit einer Stützvorrichtung für das Filtermaterial, einem oder mehreren Filterrahmen, welche zwischen den Filterplatten liegen, jeweils einer Endplatte, einer Vorrichtung zum Öffnen und Schliessen sowie zur Positionierung des Filterplatten/Rahmenpaketes, Vorrichtungen zum Zuführen der zu filtrierenden Flüssigkeit, Vorrichtungen zum Abführen des Filtrates, zum Austragen und Weiterleiten des Rückstandes und Steuereinrichtungen.
Zur Reinigung der Filterplatten, Filterrahmen und der Stützvorrichtungen können Reini- gungsvorrichtungen, z. B. Düsen zur Zuführung von Flüssigkeiten oder Bürsten vorgesehen werden.
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Als Filterplatten/Rahmenpaket wird eine Einheit bestehend aus einer Filterplatte, einem Filtenl1aterial und einem Filterrahmen verstanden.
Üblicherweise ist das Filtermaterial an der Filterplatte fixiert und kann im Bedarfsfall nur durch Entnahme der gesamten Filterplatte gewechselt werden.
Rahmenfilterpressen, bei denen das Filtermaterial nicht an den Filterplatten fixiert ist, sondern beim Schliessen nur zwischen Filterplatte und Filterrahmen eingeklemmt wird, sind bevorzugt, wobei hier Filtermaterial in Plattform, z. B. Zellstoffplatten, eingesetzt werden kann Die Entnahme von gebrauchtem Filtermaterial und Einbringen von neuem Filtermaterial ist leicht möglich. Beim Öffnen der Filtrationsvorrichtung fällt das Filtermaterial durch Eigengewicht nach unten oder kann durch Einwirkung eines Hilfsmittels. z. B. durch Spülen mit Wasser, entnommen werden. Neues Filtermaterial kann dann in den Spalt zwischen Filterplatte und Filterrahmen eingelegt werden. Beim Schliessen der Filtrationsvorrichtung wird das Filtermaterial dazwischen eingeklemmt.
Eine geeignete Filtrationsvorrichtung enthält 2 bis 100 Filterplatten/Rahmenpakete, vorzugsweise 20 bis 80 Filterplatten/Rahmenpakete, besonders bevorzugt 20 bis 40 Filter- p latten/Rahmenpakete.
Eine Vorrichtung zur Positionierung des Filtermaterials, geeignet für Filtrationsvorrichtungen, die nach dem Prinzip von Rahmenfilterpressen arbeitet, besteht aus einem Stetigförderer, z. B.
Förderband oder Gliedbandförderer mit Befestigungseinrichtungen, z. B. Klemmen für die Filtermaterialien. Die Anzahl und Anordnung der Befestigungseinrichtungen, d. h. die Klemmpositionen, sind der Filtrationseinrichtung angepasst. Die einzelnen Filtermaterialblätter werden von der Vorrichtung zur Bereitstellung des Filtermaterials in eine Position gebracht, in der sie von den Klemmen aufgenommen werden können. Das Förderband wird jeweils um eine Position weitergeführt, bis alle vorgesehenen Klemmpositionen belegt sind und die Filtermaterialblätter über den vorgesehenen Spalten der Filtrationsvorrichtung positioniert sind. Das Förderband wird abgesenkt und somit gelangen die Filtermaterialblätter zwischen Filterrahmen und Filterplatte. Die Filterpresse wird geschlossen, die Klemmen gelöst und das Förderband in die Aufnahmeposition gehoben.
Die Hebung und
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Senkung des Förderbandes kann mit herkömmlichen elektrischen und/oder hydraulischen Mitteln erfolgen. Zur Klemmung der Filtermaterialblätter können elektrisch, hydraulisch oder mechanisch gesteuerte Klemmen verwendet werden.
Weitere mögliche Vorrichtungen zur Positionierung des Filtermaterials sind Roboterarme.
Eine Vorrichtung zur Bereitstellung des Filtermaterials besteht aus einem Filtennaterialstapel und einer Entnahme- und Zuführeinrichtung. Der Filtermaterialstapel kann beispielsweise in Form eines Behältnisses ausgeführt sein, in dem die entsprechende Anzahl von Filtermaterialblättern gelagert ist. Mittels der Entnahme- und Zuführeinrichtung wird ein Filtermaterialblatt dem Filtermaterialstapel entnommen und in eine Position gebracht, von der es von der Vorrichtung zur Positionierung des Filtermaterials aufgenommen werden kann.
Es kann eine Überwachungseinheit vorgesehen werden, die gewährleistet, dass jeweils nur ein Blatt entnommen und transportiert wird. Ferner kann eine Prüfvorrichtung vorgesehen werden, welche die Qualität des Filtermaterials feststellen und gegebenenfalls ausscheiden kann.
In kontinuierlichen chemischen Prozessen, bei denen Filtrationen notwendig sind, werden zumeist zwei oder mehrere Filteranlagen parallel eingesetzt, wobei durch zumindest eine Filtrationsanlage das zu filtrierende Fluid geführt wird, während die weiteren Filtrationsanlagen gereinigt oder regeneriert werden. Dies kann vorteilhafterweise auch mit
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Zwei oder mehrere stationäre Filtrationsvorrichtungen können mit einer beweglichen Vorrichtung zur Positionierung des Filtermaterials und einer beweglichen Vorrichtung zur Bereitstellung des Filtermaterials beschickt werden.
In einer Anlage mit zwei Filtrationsvorrichtungen kann in der ersten Filtrationsvorrichtung das verunreinigte Fluid filtriert werden,
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Die erfindungsgemässe Anlage zur Filtration eines verunreinigten Fluids ist besonders geeignet zur Anwendung in einem Verfahren zur Herstellung cellulosischer Formkörper, insbesondere im Viskoseprozess.
Die Anlage zur Filtration eines Fluids und das Verfahren zum Betreiben der Anlage wird anhand der nachstehenden Beschreibung und der Figuren 1 und 2 näher erläutert : In Fig. 1 ist die Anlage zur Filtration eines Fluids dargestellt, bestehend aus einer Filtrationsvorrichtung (1), einer Vorrichtung zur Bereitstellung der Filtennaterialien (2) und einer Vorrichtung zum automatischen Wechseln der Filtermaterialien (3). Die Filtrationsvorrichtung ist im geöffneten Zustand zur Aufnahme neuen Filtermaterials dargestellt.
Die Filtrationsvorrichtung (1) besteht aus ein oder mehreren Filterplatten/Rahmenpaketen (4), einer Endplatte (5), einer, vorzugsweise hydraulischen, Vorrichtung (6) zum Öffnen und Schliessen sowie zur Positionierung des Filterplatten/Rahmenpaketes. Vorrichtungen (nicht dargestellt) zum Zuführen der zu filtrierenden Flüssigkeit, Vorrichtungen (nicht dargestellt) zum Abführen des Filtrates, Vorrichtungen zum Austragen und Weiterleiten des gebrauchten Filtermaterials und Steuereinrichtungen (nicht dargestellt). In Fig. 1 befindet sich der Zulauf des zu filtrierenden Fluids oberhalb, der Ablauf des Filtrates unterhalb der Filterplatten/Rahmenpakete. Die Pfeile geben die Flussrichtung an.
Fig. 2 stellt ein Filterplatten/Rahmenpaket dar, bestehend aus einer Filterplatte (7a) mit einer StÜtzvorrichtung (8) für das Filtermaterial, einem Filterrahmen (9) und dem Filtermaterial (10), welches zwischen dem Rahmen (9) und den Filterplatten (7a) und (7b) eingebracht ist. Die Flussrichtung des zu filtrierenden Fluids ist durch Pfeile dargestellt. Die Filterplatte (7b) ist Teil des anschliessenden Filterplatten/Rahmenpaketes.
Zur Beschickung der Filtrationsvorrichtung (1) wird von der Vorrichtung zur Bereitstellung des Filtermaterials (2) von einem Filtermaterialstapel (11) jeweils ein Filtermaterialblatt mittels eines an einer Hebevorrichtung (12) befindlichen drehbaren Greifarmes (13a, 13b) aufgenommen. Das Bezugszeichen (13a) zeigt den Greifarm in horizontaler Lage bei der Ent-
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zeigt den Greifarm in der Position, von der das Filtermaterialblatt (10) von der Klemme (14) aufgenommen werden kann.
Die Vorrichtung zum Positionieren von Filtermaterial (3), bestehend aus einem umlaufenden Förderband (15), an dem die gewünschte Anzahl an Klemmen (14) angebracht ist, wird in Fig. l mit Filtermaterialblättern (10) in der entsprechenden Anzahl bestückt und über der Filtrationsvorrichtung positioniert gezeigt.
Die Filtrationsvorrichtung (1) befindet sich im geöffneten Zustand zur Aufnahme neuen Filtermaterials (10). Zwischen den einzelnen Platten und Rahmen wird ein bestimmter Abstand positioniert. Durch Absenken der Vorrichtung mittels einer Hubvonichtung (16a, 16b) wird das Filtermaterial zwischen den Rahmen/Platten positioniert, die hydraulische Einrichtung (6) fügt die Filterplatten und Filterrahmen aneinander und presst das Filtermaterial zwischen den Platten und Rahmen, bis über die am Umfang der Platten befindlichen Dichtflächen (nicht dargestellt) ein Dichtschluss zwischen Innenbereich und Aussenbereich der Filtereinrichtung erreicht ist. Diese Position wird fixiert. Das Filtermaterial ist somit zwischen Filterplatte und Filterrahmen eingeklemmt.
Über, vorzugsweise flexible, Zulaufeinrichtungen (17), wird das zu filtrierende Fluid in die Filtereinrichtung gefördert und nach Durchgang durch das Filtermaterial über, vorzugsweise flexible, Austragseinrichtungen (18) in gereinigtem Zustand abgeführt. Die Feststellung des Endpunktes der Filtration wird vorzugsweise über Druckmesseinrichtungen bestimmt, wobei nach Erreichen eines bestimmten Differenzdruckes zwischen Zu- und Ablauf die Zufuhr gestoppt und die Filtereinrichtung geöffnet wird. Das gebrauchte Filtermaterial wird entweder durch Eigengewicht oder durch Einwirkung eines Hilfsmediums. z. B.
Spülen mit Wasser, nach unten abgeführt und gelangt in eine unterhalb der Filtrationsvorrichtung befindliche
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Im Viskoseprozess wird das gebrauchte Filtermaterial, Zellstoffplatten und die gereinigte Alkalilauge in die Alkalisierung zurückgeführt. Die am Filtermaterial abgeschiedene Alkalicellulose wird somit rasch aus dem Alkalilaugekreislauf ausgeschleust und ebenso rasch wieder der Weiterverarbeitung zugeführt, sodass der Cellulosekettenabbau hintangehalten werden kann.