AT508753B1 - Drehfilter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehfilter, insbesondere Scheiben- bzw. Trommelfilter zur Entwässerung von Suspensionen, bei welchem auf einer angetriebenen Welle (1) mehrere jeweils eine Anzahl von Filtersegmenten (3) umfassende Filterscheiben angeordnet sind, die über Filtratrohre (2) zur Abführung des Filtrats bzw. Filtrat-Gasgemisches und zur Zuführung eines Druckluftrückstosses (10) verbunden sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratrohre (2) mindestens eine Trennplatte (13, 13') aufweisen. Dadurch lässt sich eine gleichmäßige Versorgung der Filtersegmente (3) mit Druckluftenergie erreichen.

Description

österreichisches Patentamt AT508 753 B1 2011-04-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Drehfilter, insbesondere Scheiben- bzw. Trommelfilter zur Entwässerung von Suspensionen, bei welchem auf einer angetriebenen Welle mehrere jeweils eine Anzahl von Filtersegmenten umfassende Filterscheiben angeordnet sind, die über Filtratrohre zur Abführung des Filtrats bzw. Filtrat-Gasgemisches und zur Zuführung eines Druckluft-rückstosses verbunden sind.

[0002] Drehfilter dienen dazu, aus einer zu filtrierenden Suspension Feststoffe von einer flüssigen Phase abzutrennen. Dieser Filtrationsprozess findet an Filtertüchern statt, die entweder auf eine Trommel oder eine Scheibe bzw. deren Segmenten aufgezogen sind. Die Trommel oder die Scheibe taucht dabei teilweise in die Suspension ein. Ein Differenzdruck zwischen dem Suspensionsraum und dem Innenraum der Scheibe bzw. der Trommel, d.h., dem Filtratraum wird eingestellt, wodurch es zu einer Filtration der Suspension kommt, jedoch nur bei jenen Trommel- oder Scheibensegmenten, die auch tatsächlich in die Suspension eintauchen. Während der Filtration baut sich ein Kuchen am Filtermedium auf, während die Flüssigkeit der Suspension (mit geringen Anteilen an Feststoffpartikeln) durch den Filterkuchen und das Filtermedium in den Filtratraum, das heißt in das Innere der Filtertrommel beziehungsweise der Scheibensegmente strömt. Durch die Rotation des Filters werden die Filterelemente nachfolgend aus dem Suspensionsraum herausgehoben; eine Kuchenwaschung kann erfolgen und ein anschließendes Entfeuchten des Filterkuchens erfolgt mittels Durchströmung, bevor der Kuchen vom Filtermedium abgenommen wird. Nach der Kuchenabnahme kann es zur Tuchreinigung kommen, bevor das Filterelement erneut in den Suspensionsraum eintaucht und der Vorgang der Filtration erneut beginnt. Diese rotierende Bewegung stellt einen kontinuierlichen Prozess auch hinsichtlich des Suspensionszulaufs und des Filtrat- und Feststoffaustrags dar, obwohl selbstverständlich die einzelnen Schritte wie Filtration, Kuchenwaschen, Trocknen und Kuchenabwurfsequenziell ablaufen.

[0003] Die Abnahme des Filterkuchens vom Filtermedium erfolgt beispielsweise mechanisch, indem sogenannte Schaberklingen mit einem definierten Abstand zum Filtermedium der Trommel oder der Scheibe des Filters angestellt werden.

[0004] Eine andere Methode zur Abnahme des Filterkuchens stellt die Druckluftstoß-Abreinigung dar. Dabei wird ein kurzzeitiger Druckluftpuls entgegen der ursprünglichen Strömungsrichtung des Filtrats aufgeben, wenn sich das Filtersegment nach der Kuchenentfeuchtung an der Kuchenabnahmeposition befindet. Die Trennung zwischen dem Bereich der Kuchenabnahme und dem der Filtrations- sowie der Kuchentrocknung erfolgt über die sogenannte Steuerscheibe. Bei der Druckluftstoß-Abreinigung hebt das Filtermedium zunächst gemeinsam mit dem Filterkuchen vom Filtersegment ab. Die Bewegung des Filtermediums erfährt entsprechend seiner Materialeigenschaften eine abrupte Reduktion der Beschleunigung, wodurch der Kuchen abgeworfen wird.

[0005] Um eine Rückbefeuchtung des Filterkuchens durch den in den Filtratraum eingeleiteten Druckluftstoß zu vermeiden, ist dafür Sorge zu tragen, dass sich zum Zeitpunkt des Einleitens des Druckluftpulses kein beziehungsweise möglichst wenig Filtrat im Filtratraum befindet. Dies wird dadurch erreicht, dass der Filtratraum möglichst klein gehalten wird, was sich bei kleinen Filtern einfach realisieren lässt. Eine andere Möglichkeit kann durch getrennte Leitungen für das Filtrat aus dem Filtratraum sowie für den Druckluftpuls erfolgen. Diese Trennung der Leitungen ist allerdings konstruktiv aufwändiger und vor allem bei Scheibenfiltern geometrisch unvorteilhaft als eine Verwendung einer gemeinsamen Filtrationsabfuhr- und Druckluftpulszuleitung.

[0006] Eine gemeinsame Leitung erfordert, dass nicht nur die Filtersegmente (Scheibensegmente oder Trommelsegmente) vom Filtrat weitgehend entleert sind, sondern auch noch die sogenannten Filtratrohre. Mit zunehmender Anzahl an Filterscheiben oder Trommellänge werden jedoch auch die Filtratrohre bis zum Austritt immer länger, wodurch sich allein über die Zeiten für die Entleerung der Filtersegmente zusammen mit den Filtratrohren eine maximal sinnvolle Anzahl an Filterscheiben bzw. eine maximale Trommellänge ergibt. Die Filtrations- 1/9 österreichisches Patentamt AT508 753 B1 2011-04-15 und Trocknungsgeschwindigkeiten hängen von den Eigenschaften der Suspension und den Betriebsbedingungen während des Filtrations-, Wasch- und Trocknungsvorgangs ab, vor allem von den Druckdifferenzen, der Rotationsgeschwindigkeit der Trommel oder der Scheibe, dem Trocknungsmedium, dem Filtermedium, der Segmentierung des Filters und der relevanten Winkelbereiche für die diversen Vorgänge. Daraus resultiert auch die abzuführende Filtrat- bzw. Waschwassermenge. Die konstruktive Gestaltung der Filtersegmente, der Filtratrohre sowie der Verbindungen zwischen den Filtersegmenten und den Filtratrohren sind dabei hinsichtlich Volumina und Durchmesser so gestaltet, dass das Abfließen des Filtrats gegenüber der Filtration, dem Waschen oder Trocknen nicht den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt darstellt.

[0007] Um das Ableiten des Filtrats zu beschleunigen, wurden diverse konstruktive Maßnahmen vorgesehen. So wurde z.B. der Anschluss des Filtersegmentes zum Filtratrohr vom Durchmesser so groß gewählt, dass es im Filtersegment zu keinem maßgeblichen Rückstau von Filtrat in das Filtersegment kommt. Der Querschnitt des Fiitratrohres wurde möglichst groß gewählt, wobei sich bei Scheibenfiltern ein trapezförmiges Filtratrohr anbietet. Diese Filtratrohre können auch am äußeren Umfang der Filterwelle angeordnet sein.

[0008] Ein derartiges Drehfilter ist z.B. aus der DE 42 05 755 A1 bekannt. Hier werden zur gleichmäßigen Druckaufteilung des Druckluftrückstosses in den Filtratrohren querschnittsverengende Einbauten bzw. Filtratrohre mit einem sich verjüngenden Querschnitt vorgeschlagen.

[0009] Dies führt bei längeren Drehfiltern, z.B. bei Scheibenfiltern mit mehreren Filterscheiben jedoch nicht zum Erfolg. Die vom Steuerkopf entfernt letzten Filterscheiben erhalten einen geringeren Druckluftimpuls und es erfolgt somit eine schlechtere Abreinigung des Filtermediums, was zu einer Reduktion der Filtrationsleistung führt.

[0010] Ziel der Erfindung ist es daher ein Drehfilter zu schaffen, bei dem der Druckimpuls gleichmäßig auf die einzelnen Filterscheiben aufgeteilt wird.

[0011] Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Filtratrohre mindestens eine Trennplatte aufweisen. Dadurch wird die Druckpulsenergie bereits am Drucklufteintritt in das Filtratrohr in zwei oder mehrere Bereiche aufgetrennt und zwar so, dass die jeweils zu versorgenden Filtersegmente möglichst gleichmäßig mit Druckluftenergie versorgt sind.

[0012] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennplatte im Filtratrohr zum Auslauf hin geneigt angeordnet ist. So kann in einfacher Weise ein Gefälle zum Auslauf des Filtrats hin erreicht werden, wodurch das ausströmende Filtrat besser ablaufen kann.

[0013] Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatte den Querschnitt des Fiitratrohres gleichmäßig teilt. Durch die gleichmäßige Aufteilung kann auch eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der einzelnen Filtersegmente sowie ein gleichmäßiges Abführen des Filtrates erzielt werden.

[0014] Vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn sich das Filtratrohr zu seinem Ende hin verjüngt. Damit wird im äußeren Bereich ein geneigter Kanal gebildet, der ein Gefälle zum Austritt des Filtrates ergibt.

[0015] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filtratrohr bzw. der im Filtratrohr durch die Trennplatte gebildete Kanal über die Rohrverbindung zwischen Filtersegment und Filtratrohr hinaus verlängert ist, wobei eine Sacköffnung entsteht. Dadurch kann eine Rückbefeuchtung durch noch im Filtratrohr befindliches Filtrat reduziert werden.

[0016] Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennplatten im Filtratrohr vorgesehen sind, wobei die dadurch gebildeten Kanäle jeweils mit der gleichen Anzahl von Filtersegmenten in Verbindung stehen, wobei vorteilhafterweise die Trennplatten den Querschnitt des Fiitratrohres gleichmäßig aufteilen. Damit lassen sich mehrere Filtratsegmente gleichzeitig verbinden, aber auch in anderen Ausführungen einzelne Filtratsegmente anschließen. 2/9 österreichisches Patentamt AT508 753B1 2011-04-15 [0017] Wenn die Filtratrohre außen am Umfang der Filterwelle angeordnet sind, ist eine besonders günstige Montage bzw. Wartung möglich.

[0018] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei [0019] Fig. 1 eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Filtratrohres in einem Scheibenfilter [0020] Fig. 2 ein Filtratrohr nach dem Stand der Technik, [0021] Fig. 3 eine Variante der Erfindung, und [0022] Fig. 4 eine weitere Variante der Erfindung darstellt.

[0023] Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Scheibenfilters mit einer Filterwelle 1, einem beispielhaft darauf angeordneten Filtratrohr 2 mit an diesem angeordneten Filtersegmenten 3. Hier ist zum besseren Verständnis nur ein Filtratrohr mit drei Filtersegmenten dargestellt, wobei eine vollständige Bestückung z.B. 20 Filtratrohre mit jeweils bis zu 15 Segmenten aufweisen kann. Am Ende der Filterwelle 1 befindet sich ein sogenannter Steuerkopf 4, mit dem die Entwässerung gesteuert werden kann. Hierbei rotiert die Filterwelle 1, so dass jedes Filtratrohr 2 zyklisch an jeder Position des Steuerkopfes vorbeikommt. So kann durch Leitungen 5, 6 Filtrat 7, 8 abfließen, wobei durch das angelegte Vakuum (oder den im Filterraum herrschenden Überdruck) die Flüssigkeit aus der zu entwässernden Suspension durch das Filtersegment 3 in das Filtratrohr 2 geführt und durch den Steuerkopf 4 über die Leitungen 5, 6 als Filtrat 7, 8 abgeleitet wird. Zum Kuchenabwurf wird anschließend über eine Leitung 9 ein Druckluftrückstoss 10 eingebracht, durch den das Filtermaterial (über dem Filtersegment 3 angebrachte Filtermedium) aufgebläht wird und das entfeuchtete Filtergut als Feststoff vom Filtermedium abgeworfen wird.

[0024] Fig. 2 zeigt ein Filtratrohr 2 nach dem Stand der Technik. Es ist hier die Richtung des Druckluftrückstosses 10 und die unterschiedliche Stärke des Druckstosses 11, 1T, 11", 1T", 11IV beim Austritt in die einzelnen Filtersegmente gezeigt (hier sind die Öffnungen 12 im Filtratrohr 2 dargestellt, die mit den Filtersegmenten verbunden sind. Wenn sich noch Filtrat zum Zeitpunkt der Aufgabe des Druckluftpulses in den Filtratrohren 2 befindet, besteht die Möglichkeit, dass die Druckluft das Filtrat teilweise aufnimmt und bis in den bereits entfeuchteten Filterkuchen mitnimmt, was damit zu einer Rückbefeuchtung des Filterkuchens führt.

[0025] Fig. 3 zeigt nun eine erfindungsgemäße Variante eines Filtratrohres 2. Hier ist deutlich eine Trennplatte 13 erkennbar, die den Luftstrom des Druckluftrückstosses 10 entsprechend auf die Öffnungen 12 zur Zufuhr in die einzelnen Filtersegmente 3 (hier nicht dargestellt) aufteilt. Dadurch wird eine Vergleichmäßigung der Druckluftpulsenergie über die Länge des Filtratrohres 2 erzielt, indem eine geneigte, plane Trennplatte 13 in das Filtratrohr 2 eingesetzt wird. Somit wird die Energie des Druckluftpulses 10 bereits am Druckluft-Eintritt 14 (= Filtrataustritt aus dem Filtratrohr) in das Filtratrohr 2 in zwei oder mehrere Bereiche 15, 15' aufgetrennt und zwar derartig, dass die jeweils zu versorgenden Filterelemente 3 (nicht dargestellt) möglichst gleichförmig mit Druckluftenergie aber jedenfalls über der Mindestenergie versorgt sind. Die Druckluftausströmung 11, 11', 11", 11'", 11IV beim Austritt in die einzelnen Filtersegmente zeigt hier einen deutlich höheren Impuls für die Ströme 11", 1T" und 11IV. Die Kanalteilung 15, 15' des Fiitratrohres 2 führt zu einer größeren benetzbaren Oberfläche sowie zu kleineren Strömungsquerschnitten und damit hätte man annehmen können, dass der Filtratabtransport verlangsamt und sich zum Zeitpunkt der Aufgabe des Druckluftpulses 10 mehr Filtrat im Filtratrohr 2 befinden würde, als bei der Situation ohne Kanalteilung. Demnach wäre mit einer höheren Rückbefeuchtung des Filterkuchens und damit mit einer höheren Kuchenfeuchte im Feststoffprodukt zu rechnen gewesen. Daher war es überraschend zu sehen, dass diese Kanalteilung keine nachteiligen Auswirkungen auf die Kuchenfeuchte hat. Um diese Rückbefeuchtung durch Filtrat, welches sich bereits in den Filtratrohren 2, befindet zu vermindern, kann das Filtratrohr 2 über die Rohrverbindung zwischen Filterelement 3 und Filtratrohr 2 hinaus verlängert werden und es entsteht damit eine Sacköffnung. In diese Sacköffnung kann das Filtrat bedingt durch die höhere Dichte als Gas bevorzugt hineinfließen, während sich der gleichzeitig voranschreitende Druckluftpuls in die verschiedenen Filterelemente 3 verteilt. Um letztlich den Filterkuchen erfolgreich vom Filtermedium abwerfen zu können, ist eine Mindestenergie des Druckluftpulses 11, 3/9 österreichisches Patentamt AT508 753 B1 2011-04-15 11', 11", 11"', 11IV in jedem Filterelement zu gewährleisten. Wird mehr Energie wie mindestens notwendig bereitgestellt, dann bedeutet dies einerseits eine Vergeudung von Energie in Form von Druckluftmenge und Druckenergie, aber auch eine Überbeanspruchung des Filtermediums während des Abreinigens, was zu erhöhtem Filtermediumverschleiß führt. Wird jedoch zu wenig Abwurfenergie bereitgestellt, kann der Kuchen nur teilweise (im schlechtesten Fall gar nicht) abgeworfen werden und die Durchsatzleitung sinkt. Daher ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Druckluftpulses von der Versorgungsleitung in die verschiedenen Filterelemente 3 anzustreben. Dies gelingt entweder durch separate Anspeisungen der Filterelemente 3 aus einem Versorgungstank oder durch eine signifikante Erhöhung des Widerstands zwischen Versorgungsleitung und der Filterelemente 3. Dem Vorsehen derartiger Widerstände durch zum Beispiel kleiner Versorgungsöffnungen steht allerdings die Forderung eines möglichst ungehinderten Abfließens des Filtrats aus den Filterelementen 3 entgegen.

[0026] In Fig. 4 ist eine Variante eines erfindungsgemäßen Filtratrohres 2 dargestellt, bei dem zwei Trennflächen 13, 13' vorgesehen sind, die das Filtratrohr in Bereiche 15, 15' und 15" teilen. Hier ist deutlich zu sehen, dass der Duckluftimpuls 11" und 11IV nahezu dem Impuls 11 entspricht, d.h. praktisch keine Druckenergieverluste zu bemerken sind. Dadurch wird eine noch bessere Vergleichmäßigung der Energie des Druckluftrückstosses 10 erreicht. Auch hier wird der Querschnitt 14 des Filtratrohres durch die Trennplatten 13, 13' gleichmäßig geteilt.

[0027] Beispielsweise wird bei einem (Druck-) Scheibenfilter, der aus sechs Filterscheiben 3 aufgebaut ist, das Filtratrohr 2 in zwei Segmente durch eine plane geneigte Platte 13 geteilt. Dabei werden die ersten drei Scheiben 3 von dem außenliegenden Kanal 15 mit Druckluft versorgt, während der innenliegende Kanal 15' die weiter entfernt liegenden drei Scheiben 3 mit Druckluft versorgt. Die beiden Filtratrohrsegmente dienen gleichzeitig für die jeweilige Filtratabfuhr aus den entsprechenden Scheiben. Die Eintrittsquerschnittsflächen wurden bei den beiden Segmenten jeweils gleich gehalten. Bei jeweils gleicher Suspension und gleichen Betriebsbedingungen konnte bei vergleichbarem Betriebsmittelverbrauch an Druckluft der Durchsatz um 10% erhöht werden und gleichzeitig ein unverändert niedriger Trockengehalt des Produkts erzielt werden. 4/9

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT508 753 B1 2011-04-15 Patentansprüche 1. Drehfilter, insbesondere Scheiben- bzw. Trommelfilter zur Entwässerung von Suspensionen, bei welchem auf einer angetriebenen Welle (1) mehrere jeweils eine Anzahl von Filtersegmenten (3) umfassende Filterscheiben angeordnet sind, die über Filtratrohre (2) zur Abführung des Filtrats bzw. Filtrat-Gasgemisches und zur Zuführung eines Druckluftrück-stosses (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratrohre (2) mindestens eine Trennplatte (13,13') aufweisen.
2. 2. Drehfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Trennplatte (13, 13') im Filtratrohr (2) zum Auslauf hin geneigt angeordnet ist.
3. 3. Drehfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatte (13, 13') den Querschnitt (14) des Filtratrohres (2) gleichmäßig teilt.
4. 4. Drehfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Filtratrohr (2) zu seinem Ende hin verjüngt.
5. 5. Drehfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtratrohr (2) bzw. der im Filtratrohr (2) durch die Trennplatte (13, 13') gebildete Kanal (15, 15', 15") über die Rohrverbindung zwischen Filtersegment (3) und Filtratrohr (2) hinaus verlängert ist, wobei eine Sacköffnung entsteht.
6. 6. Drehfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennplatten (13, 13') im Filtratrohr (2) vorgesehen sind, wobei die dadurch gebildeten Kanäle (15, 15', 15") jeweils mit der gleichen Anzahl von Filtersegmenten (3) in Verbindung stehen, wobei vorteilhafterweise die Trennplatten (13, 13') den Querschnitt (14) des Filtratrohres (2) gleichmäßig aufteilen.
7. 7. Drehfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratrohre (2) außen am Umfang der Filterwelle (1) angeordnet sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/9