CH653570A5 - Druckreaktor. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckreaktor mit einem einen Reaktionsraum enthaltenden Druckbehälter und Anschlüssen zum Einbringen und Ausbringen von verfahrenstechnischen und reinigenden Medien und zum Anschliessen von Überwachungsgeräten. Bei der verfahrenstechnischen Behandlung fliessförmiger Stoffe, bei welcher mindestens einmal eine Filtration durchgeführt wird, ist bisher das Filtrieren in einem getrennten Apparat erfolgt. Beispielsweise sind bei der industriellen Aufbereitung von wässrigen Stoffen, wie beispielsweise Abwasser, mindestens zwei Apparate verwendet worden, beispielsweise mindestens ein mechanischer Filter und ein Mehrschichtenfilter. Bei der Abwasser-aufbereitung sind Grobfilter in Kombination mit einer Flok-kung und daran anschliessend eine Reinigung in als getrennte Apparate eingesetzte Aktivkohle- oder Mehrschichten-Filtern verwendet worden. Weiter ist bei der Grob- und Feinfiltration ein kontinuierlich oder disrkontinuierlich arbeitender Grobfilter, mit oder ohne Selbstreinigungsmechanismus, zusammen mit einem davon getrennt vorhandenen Tiefenfilter, z. B. Sand- oder Kiesfilter verwendet worden. Bei Ionen-austauschvorgängen, insbesondere bei der Entfernung von Metallionen sind Ionenaustauscher in Form von Grobfiltern getrennten Apparaten eingesetzt worden. Obiges sind nur einige Beispiele aus der Verfahrenstechnik, bei denen der Filter und die nachgeschaltete verfahrenstechnische Vorrichtung je ein getrennter Apparat bilden. Dies bedingt einen entsprechend grossen Raumbedarf der Installation in einer jeweiligen Anlage sowie vergleichsweise hohe Herstellungskosten der jeweils getrennten zwei Apparaten.
Ziel der Erfindung ist nun, die angeführten Nachteile zu beheben und einen Apparat zu zeigen, mit welchem mehrere physikalische bzw. physikalisch-chemische Vorgänge in einem einzigen Apparat durchgeführt werden können.
Der erfindungsgemässe Druckreaktor ist dadurch gekennzeichnet, dass im Druckbehälter-Innenraum eine selbstreinigende Filtereinrichtung mit einer Filterkammer und einem austauschbaren Filterkorb einschliesslich eines Filters angeordnet ist, welche zuströmseitig mit dem Einbringanschluss für das im Druckreaktor zu behandelnde Gut verbunden ist, um dieses, vor dem Eintreten in den Reaktionsraum zu filtern, welche Filtereinrichtung eine mechanische Reinigungsvorrichtung mit den Filterkorb überstreichenden Abstreifgliedern aufweist, einen Sammeltrichter für den abgestreiften Filterkuchen aufweist, an welchem ein Fallrohr zum Austragen des abgestreiften Filterkuchens aus dem Druckbehälter anschliesst, welche Filterkammer einerends unmittelbar und andererends über das Fallrohr fest mit dem Druckbehälter verbunden ist.
Mittels Ausführungen dieses Apparates kann beispielsweise eine Grob- und Feinfiltration, eine Filtration und Adsorption, eine Filtration und Ionenaustausch, eine Filtration und Strippen, und eine Filtration und Oxidation/Reduktion in homogener wie auch in heterogener Phase durchgeführt werden.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Druckreaktor, und
Fig. 2 eine Seitenansicht des in der Fig. 1 dargestellten Durckreaktors.
In den Figuren ist der Druckbehälter mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Dieser Druckbehälter kann aus verschiedenen Werkstoffen, z.B. aus metallischen Werkstoffen oder aus Kunststoff hergestellt sein. Eine beispielhafte Ausführung ist für einen Innendruck von 0,6 MPa (6 bar) ausgelegt und weist bei einem Durchmesser von 1000 mm ein Innen Volumen von 2000 Liter auf. Der Druckbehälter 1 weist zwei in bekannter Weise mit einem Blindflansch ausgerüstete Mannlöcher 3 und 4 auf. In der gezeigten Form als aufrechtstehender Kreiszylinder ist der Druckbehälter 1 mit Tragstützen 5 versehen. Neben der in der Fig. 1 rechts gelegenen Stütze 5 ist eine Platte 6 angeordnet, welche zum Tragen nicht gezeigter Ventile, Hähne, Überwachungsinstrumente usw. dient. Beim unteren Bereich des Druckbehälter-Innenraumes 2 ist ein Düsenboden 7 eingesetzt, der Düsen 8 trägt. Im oberen Abschnitt des Behälter-Innenraumes 2 ist eine Filterkammer 9 einschliesslich eines Filterkorbes 10 und eines Filters 11 vorhanden. Ein Sammeltrichter 12 schliesst am unteren Ende des Filterkorbes 10 an, welcher Sammeltricher 12 mit einem Fallrohr 13 verbunden ist, das senkrecht verlaufend aus dem Druckbehälter-Innenraum 2 hinausführt und unten mit einem Absperr- bzw. Entleerungsventil 14 abgeschlossen ist. Die Filterkammer 9 ist grundsätzlich aus einem zylindrischen Lochblech gebildet, das in der gezeigten Ausführung beispielsweise 4 mm dick ist. Sie weist oben einen Flansch 28 auf, an welchem ein Motor 19 angeflanscht ist. Zwischen dem Motor 19 und dem Flansch 28 ist mit der Bezugsziffer 20 ein Be- und Entlüftungsabschnitt angedeutet. Hier befin5
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det sich im Bedarfsfall auch ein Geschwindigkeitsänderungs-getriebe.
Der Filterkorb 10 ist in der vorliegenden Ausführung in bekannter Weise aus einem zylindrischen Lochblech-Trägersieb hergestellt und darüber ist ein feines Metallgewebe gezogen. Abhängig vom vorgesehenen Filtrationseinsatz weist das Metallgewebe unterschiedliche Maschenweiten auf. Dabei ist der Filterkorb auswechselbar angeordnet.
Der Motor 10 treibt direkt oder über ein Getriebe eine in die Filterkammer 9 hineinragende Tragwelle 16 an. Von dieser Tragwelle 16 stehen Arme 17 ab, die jeweils eine Abstreifbürste 18 tragen. Je nach beabsichtigtem Einsatz können anstelle der Abstreifbürsten 18 andere, rakelartig arbeitende Schabglieder vorhanden sein. Die Abstreifbürsten 18 (bzw. Abschabglieder) liegen an der Innenseite des Filters an. Es sind vier Arme 17 und entsprechend vier Abstreifbürsten 18 vorhanden. Die Arme 17 sind um jeweils 90° versetzt zueinander angeordnet. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass in dieser Ausführung vier Abstreifbürsten 18 vorhanden sind. Diese sind entsprechend der Innenfläche des Filters bogenförmig ausgebildet und schliessen jeweils mit der Senkrechten zur Trag welle 16 einen Winkel von 24° ein und sind derart im bezug auf die Drehrichtung der Tragwelle 16 angeordnet, dass ein kontinuierliches Abstreifen des Filterkuchens vom Filter, d.h. vom Siebgewebe stattfindet und der Filterkuchen kontinuierlich nach unten gegen den Sammeltricher 12 und somit in das Fallrohr 13 gefördert wird, welches asl Filterschlamm-Sammelrohr dient.
Weiter ist der Druckbehälter 1 mit einem Anschlussstutzen 21 für das ausströmende Rückspülwasser ausgerüstet, welches durch die Düsen 8 zugeführt wird. Der Stutzen 22 ist zur Zufuhr eines gasförmigen Reinigungsmediums bestimmt. Ein kleiner Anschlussstutzen 29 dient zur Aufnahme von Sicherheitsarmaturen, beispielsweise Druckwächter, Sicherheitsventil, Manometer oder ein Be- und Entlüftungsventil, welche Armaturen abhängig vom jeweiligen Einsatz vorhanden sind. Ein weiterer kleiner Stutzen 27 dient zur Einführung von Niveau-Messgeräten im Falle einer Automatisierung des Rückspülvorganges. Die Bezugsziffer 25 bezeichnet grundsätzlich den Einlauf zum Druckbehälter, welcher Einlauf in der gezeigten Ausführung ein Überstromrohr 25 bildet, wie weiter unten noch erklärt sein wird. Schliesslich bezeichnet die Bezugsziffer 30 den Auslauf des Druckbehälters 1.
In der gezeigten Ausführung ist dem Druckreaktor 1 mit dem selbstreinigenden Feinfilter eine Reaktionsstrecke vorgeschaltet, wie in der Fig. 2 angedeutet ist. Diese Reaktionsstrecke ist ein Rohrreaktor 23, der unten mit einem Zuströmrohr 24 ausgerüstet ist und oben über das Überstromrohr 25 mit dem Druckbehälter 1 verbunden ist. Das Rohrbündel ist gemäss der gezeichneten Ausführung senkrecht an der Aussenseite des Druckbehälters 1 angeordnet.
Nachfolgend wird allgemein die Betriebsweise des Druckreaktors beschrieben. Das verfahrenstechnisch zu behandelnde Medium, dem gegebenenfalls zur Durchführung einer chemischen Umsetzung ein oder mehrere Reaktionskomponenten zugesetzt worden sind, tritt durch das Zuströmrohr 24 in das untere Ende des Rohrreaktors 23 ein. Im Rohrreaktor 23 findet bei ausreichender Verweilzeit die gewünschte Umsetzung statt. Nach dem Austritt aus dem Rohrreaktor 23 strömen die Reaktionsprodukte durch das Überströmrohr 25 und von hier in die Filterkammer 9 ein, in welcher die festen Bestandteile des Reaktionsgemisches ausgefiltert werden. Diese Feststoffe, die am siebförmigen Filter 11 zurückgehalten werden, werden durch die sich drehenden Abstreifbürsten 18 kontinuierlich abgestreift und aufgrund der oben beschriebenen geneigten Anordnung derselben gegen den Sammeltrichter 12 und somit in das Fallrohr 13 ausgetragen. Das nun von den Feststoffen befreite Reaktionsmedium tritt durch den Filter 11 hindurch und aus diesem in den Druckbehälterinnenraum 2 und strömt hier durch eine dem vorgegebenen Verfahren entsprechende aktive Masse, an welcher ein physikalisch-chemischer Prozess stattfindet. Danach tritt das Reaktionsmedium durch den Düsenboden 7, der beim unteren Ende des Druckbehälters 1 einge-schweisst ist aus und verlässt den Druckbehälter 1 durch den Auslauf 30. Der im Fallrohr 13 angesammelte Feststoff wird durch ein periodisches Öffnen des Absperr- bzw. Entlee-rungsventiles 14 beim unteren Ende des Fallrohres 13 ausgetragen. Unter diesem Ventil 14 ist ein Schlammbecken 15 angeordnet, welches gegebenenfalls noch mit einem Feinfilter 31, beispielsweise einem Gazegewebe ausgerüstet ist. Das für die automatische Regeneration einer jeweiligen verbrauchten aktiven Masse erforderliche Reinigungsmedium tritt beim Rückspülen durch den Stutzen 30 in den unteren Abschnitt des Druckbehälters 1 ein und wird durch die Düsen 8 gleich-mässig über den gesamten Querschnitt des Druckbehälters 1 verteilt. Das nach dem Durchströmen der aktiven Masse be-ladene Reinigungsmedium tritt durch den Stutzen 21 aus dem Druckbehälter 1 auf. Die zum Rückspülen notwendigen Anlageteile sind herkömmlicher Art und allgemein bekannt und aus diesem Grund wird nicht näher auf diese eingegangen.
Nachfolgend werden nun einige Einsatzbeispiele des Druckreaktors im einzelnen erläutert.
1) Flockung, Filtration und Adsorption
Die zu reinigende Flüssigkeit strömt durch die Leitung 33 zur Förderpumpe 32, welche dem Zuströmrohr 24 unmittelbar vorgeschaltet ist. Ein Flockungsmittel wird durch die Leitung 34 der zu reinigenden Flüssigkeit 33 bei einer Stelle vor der Förderpumpe 32 zudosiert und wird darauf in der Reaktionsstrecke, dem Rohrreaktor 23, homogenisiert. Darauf findet das Überströmen durch das Überströmrohr 25 in die Filterkammer 9 und somit in den Druckbehälter 1 statt. Im Filter 11 werden die entstandenen Feststoffe abgetrennt. Das Filtrat strömt aus dem Filterkorb 10 hinaus und in den Druckbehälter-Innenraum 2 und durch ein hier angeordnetes Adsorptionsmittel.
Zu bemerken ist, dass gemäss dem Stand der Technik das Flockungsmittel der zu reinigenden Flüssigkeit in einem ersten Apparat, nämlich einem Reaktionsbehälter, zugegeben worden ist, wobei eine gewisse Verweilzeit beachtet werden musste. Aus diesem Reaktionsgefass ist dann das Gemisch über eine Pumpe durch einen Grobfilter, einem zweiten Apparat, gepumpt worden, in dem die Feststoffe abgetrennt wurden. Darauf wurde das Filtrat einem dritten Apparat zugeführt, der mit dem oben genannten Adsorptionsmittel gefüllt war. Dieser bisher drei Apparate benötigende Vorgang wird bei der erfindungsgemässen Einführung in lediglich einem gedrängten Apparat durchgeführt.
2) Flockung, Filtration und Ionenaustausch
Die einzelnen Verfahrensschritte sind hier dieselben wie oben beschrieben. Anstelle eines Adsorptionsmittels befindet sich jedoch im Druckbehälter-Innenraum 2 ein Ionentau-scherharz. Das durch den selbstreinigenden Filter 11 von den Feststoffen befreite Filtrat strömt vom Filter 11 unmittelbar durch das Ionenaustauschharz.
3) Flockung, Grobfiltration und Tiefenfiltration
Die Folge der einzelnen Verfahrensschritte ist dieselbe wie oben beschrieben. Im Druckbehälter-Innenraum 2 ist bzw. sind ein oder mehrere Filterbetten angeordnet, die als Fein- bzw. Mehrschichtenfilter dienen. Nach der Flockung
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im Rohrreaktor 23 und der Grobfiltration in Filter 11 strömt das Filtrat durch die Filterbetten und tritt tiefenfiltriert durch den Auslauf 30 aus dem Druckbehälterinnen-raum 2 aus.
4) Flockung, Filtration und Oxidation
Dazu ist im Druckbehälter-Innenraum 2 eine Katalysatormasse angeordnet. Im Rohrreaktor 23 erfolgt die Ausflockung und darauf erfolgt im Filter 11 die Feinfiltration. Nach dem Durchtritt durch den Filter 11 strömt das Filtrat unmittelbar durch die Katalysator-Masse, in welcher die Oxidationsreaktion stattfindet.
Gemäss des Standes der Technik sind bisher die genannten Verfahrensschritte jeweils einzeln, in einem getrennten Apparat durchgeführt worden. Bei dem gemäss des Erfindungsgedankens ausgebildeten Druckreaktor können nun die verschiedenen Verfahrensschritte mittels lediglich eines Apparates durchgeführt werden, welches sowohl hinsichtlich der Einbaukosten als auch der Wartungskosten bedeutend günstiger als bis anhin möglich war, ist.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Druckreaktor mit einem einen Reaktionsraum enthaltenden Druckbehälter und Anschlüssen zum Einbringen und Ausbringen von verfahrenstechnischen und reinigenden Medien und zum Anschliessen von Überwachungsgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckbehälterinnenraum eine selbstreinigende Filtereinrichtung mit einer Filterkammer und einem austauschbaren Filterkorb einschliesslich eines Filters angeordnet ist, welche zuströmseitig mit dem Ein-bringanschluss für das im Druckreaktor zu behandelnde Gut verbunden ist, um dieses vor dem Eintreten in den Reaktionsraum zu filtern, welche Filtereinrichtung eine mechanische Reinigungsvorrichtung mit den Filterkorb überstreichenden Abstreifgliedern aufweist, einen Sammeltrichter für den abgestreiften Filterkuchen aufweist, an welchem ein Fallrohr zum Austragen des abgestreiften Filterkuchens aus dem Druckbehälter anschliesst, welche Filterkammer einer-ends unmittelbar und andererends über das Fallrohr fest mit dem Druckbehälter verbunden ist.
2. Druckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer mit dem austauschbaren Filterkorb einschliesslich des Filters rotationssymmetrisch ist,
dass auf dem Druckbehälter ein Motor aufgesetzt ist, der mit einer die Filterkammer axial durchsetzenden, die Abstreifglieder tragenden Tragwelle antriebsverbunden ist, welche Abstreifglieder über Arme mit der Tragwelle verbundene Abstreifbürsten aufweisen, die derart geneigt zur Filterkam-meraxe verlaufen, dass abgestreifte Filterkuchenmassen gegen den Sammeltrichter gefördert werden, und dass das Fallrohr einen aus dem Druckbehälter hinausragenden Endabschnitt aufweist, der mit einem zum periodischen Austragen der abgestreiften Filterkuchenmasse in ein darunter angeordnetes Schlammbecken bestimmten Absperrventil ausgerüstet ist.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Druckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Reaktionsstrecke bildendes Rohrbündel mit der Aussenseite des Druckbehälters verbunden ist, und dass der Auslass des durch die Rohrbündel gebildeten Rohrreaktors mit dem Einbringanschluss des Druckbehälters verbunden ist.
4. Druckreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsenboden innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist, der zur gleichmässigen Verteilung eines eingebrachten Reinigungsmediums zum Rückspulen dient.
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