BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Druckfilters gemäss der Definition im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf Mittel zu dessen Ausführung.
Druckfilter dieser Art dienen insbesondere der Trennung von filtrierbaren Suspensionen. Ziel des Bearbeitungsvorganges kann die Gewinnung der ausfiltrierten Flüssigkeit oder der festen Stoffe oder sogar beider Bestandteile sein.
Nach dem heutigen Stand der Technik haben sich im wesentlichen zwei Verfahrensarten zum Betrieb von Druckfiltern durchgesetzt.
Eine Ausführungsform benutzt eine Kombination aus einem eigentlichen Druckfilter und einem nachgeordneten separaten Trocknungsapparat, z. B. einem Schaufeltrockner.
Das Druckfilter besteht z. B. aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse mit einem Boden- und einem Deckelteil, in welchem Einlässe für das zu behandelnde Gut, für Spülgas oder Spülflüssigkeit sowie Auslässe für die abfiltrierte Flüssigkeit und die Filterkuchenmasse vorgesehen sind. Konzentrisch im Zylinder ist ein Rührkörper mit Rührschaufeln gelagert.
Im Druckfilter wird das Produkt vorfiltriert, gewaschen, anschliessend aufgeschlämmt, gemischt und endgültig filtriert. Zur Aufnahme des sich im Verlauf des Filtriervorganges absetzenden Filterkuchens ist im Bodenbereich des Gehäuses ein Filtermittelträger angeordnet. Der sich dort absetzende Filterkuchen wird anschliessend feucht ausgetragen und in den nachgeordneten Trocknungsapparat, in der Regel einen Schaufeltrockner, gefördert.
Der Schaufeltrockner besteht aus einem Druckbehälter, der als horizontal gelagerter Zylinder ausgebildet ist, und einem konzentrisch im Zylinder gelagerten Rührkörper mit Rührarmen und Rührschaufeln an deren Enden. Die Zylinderwand des Schaufeltrockners sowie die Rührkörper sind beheizt. Durch Drehen der Schaufeln wird der feuchte Filterkuchen gemischt und dann getrocknet.
Das Trocknen geschieht vorzugsweise unter Vakuum.
Während dieses Vorganges wird die Masse ständig von den Rührkörpern bewegt, wobei die Filterkuchenmasse nur ei nen Teil des Behältervolumens ausfüllt und die Rührpaddel des Rührkörpers im oberen Teil aus der Masse austreten, um anschliessend wieder einzutauchen. Bei zunehmender Verdickung des Produktes erhöht sich der Widerstand auf die Rührpaddel derart, dass insbesondere bei zähen Massen die Gefahr von Knollenbildung besteht, und dass schliesslich eines der Paddel beim erneuten Eintauchen in die Masse den Stillstand der Rührvorrichtung herbeiführt. Die Rührantriebe sind aus diesem Grund erheblich überdimensioniert, was für den Gesamtprozess einen erheblichen Mehrverbrauch an Energie zur Folge hat.
Die zweite Verfahrensart zum Betrieb von Druckfiltern vereinigt die beiden zuvor beschriebenen Teilschritte in einer einzigen Vorrichtung, die auch Filternutsche genannt wird.
Sie erlaubt insgesamt eine schonendere Produktbehandlung und eine flexiblere Steuerung des Prozesses. Einzelheiten einer Filternutsche sind beispielsweise in der CH-PS 441 230 beschrieben.
Die in das Gerät eingefüllte Suspension wird zunächst wie im zuvor beschriebenen Verfahren filtriert und dabei vorzugsweise unter Anwendung eines Druckgases gegen den Filterboden gepresst. Die dabei ausfallende Flüssigkeit wird unterhalb des Filterbodens gesammelt oder abgeführt. Der sich auf dem Filterboden abgesetzte Filterkuchen wird anschliessend in der Filternutsche selbst getrocknet. Dazu wird Wärme über Heizflächen im Gehäusemantel, im Boden und im Rührer eingeführt.
Eine wesentliche Rolle für den gezielten Prozessablauf spielen die Schaufelarme mit ihren im allgemeinen besonders ausgestalteten Schaufeln. So wird das Mischen des Filterkuchens durch die angetriebenen Schaufeln wirkungsvoll unterstützt. Schliesslich wird das Abschälen des verdichteten Filterkuchens durch die gleichen Schaufeln, vorzugsweise unter Umkehr der Drehrichtung, vorgenommen. Die beiden letztgenannten Vorgänge führen bei Durchlaufen einer zähen Phase der Masse zu ähnlichen Schwierigkeiten wie dies zuvor für den Schaufeltrockner beschrieben wurde.
Obwohl sich beide Verfahren und die zur Durchführung verwendeten Vorrichtungen in der Praxis grundsätzlich ausgezeichnet bewährt haben, ist der Wunsch aufgekommen, sie insbesondere hinsichtlich ihres Wirkungsgrades und einer besonders gleichmässigen Produktbehandlung weiter zu optimieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs genannten Art sowie die zu dessen Durchführung verwendete Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass sie mit merklich weniger Energie auskommen als bisher bekannte Verfahren und Vorrichtungen dieser Art und dass eine schonendere Produktbehandlung in nur geringfügig modifizierten Anlagen möglich ist, welche auch die schonende und gleichmässige Bearbeitung von empfindlichen Stoffen erlaubt, die bisher nicht oder nur unter erheblichen Schwierigkeiten und Risiken möglich war. Gerade bei den bevorzugten Anwendungsbereichen solcher Anlagen, nämlich in der Pharma-Produktion, soll das Risiko für die einwandfreie Behandlung der Stoffe aus Wirtschaftlichkeitsgründen so niedrig wie irgend möglich gehalten werden, da jede einzelne Charge in der Regel einen beträchtlichen Wert darstellt.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Patentansprüchen 1 und 6 definierten Merkmale gelöst.
Der Vorteil dieser Massnahmen liegt im wesentlichen darin, dass sich durch geeignete Prozesssteuerung in Verbindung mit gezielten konstruktiven Massnahmen die Antriebsleistung für die Rühreinrichtung wesentlich niedriger halten lässt als dies bisher erforderlich war. Als Folge davon ergibt sich eine zusätzliche Energieeinsparung, da die Heizleistung nun optimal und damit insgesamt sparsamer zugeführt wird.
Damit wird also der Gesamt-Energiebedarf der Anlage stark reduziert. Schliesslich lässt sich die Partikelgrösse des Produktes durch die spezielle Wahl der Rührersteuerung gezielt und produktspezifisch beeinflussen, wobei durch das gesteuerte Abschälen eines relativ festen Kuchens die Gefahr von Knollenbildungen praktisch beseitigt ist. Insgesamt wird dadurch eine gleichmässigere und schonendere Produktbehandlung erreicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Prinzip-Darstellung eines als Ausführungsbeispiel beschriebenen Druckfilters,
Fig. 2 die schematische Schnittdarstellung einer Schaufel,
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für die Hubeinstellung der Rühreinrichtung, und
Fig. 4 die schematische Darstellung einer besonders vorteilhaft ausgestalteten Schaufel.
Gemäss der Erkenntnis der vorliegenden Erfindung wird beim Verstreichen bzw. beim Mischen, Schälen und Trocknen der Filtermasse die kombinierte Rühreinrichtung geregelt betrieben, wobei der Hub dieser Vorrichtung gegenüber dem Filtergut bzw. dem Filterboden unter Führung einer aus einer Regelabweichung gewonnenen Stellgrösse variiert wird. Damit lässt sich die für die Rühr- bzw. Drehbewegung der Arme erforderliche Kraft besonders feinfühlig regeln und auf einen bestimmten Maximalwert begrenzen, so dass die Antriebsmotore nicht mehr wie bisher üblich aus Sicherheitsgründen überdimensioniert werden müssen, damit sie starken Belastungen durch den anwachsenden Rührwiderstand einer sich verfestigenden Filtermasse gewachsen sind.
Durch die Regelung, die sich besonders feinfühlig gestalten lässt, können auch kurzfristig auftretende Änderungen der Zähigkeit der Filtermasse schnell und zuverlässig durch Anheben oder Absenken der Schaufelarme ausgeglichen werden. Die gleiche Art der Regelung lässt sich beim Schälen des verdichteten Filterkuchens anwenden, so dass mit dem Schälvorgang ständig knapp unterhalb der obersten Belastungsgrenze des Antriebsmotors gearbeitet werden kann, wodurch sich eine optimierte Förderleistung ergibt.
Das in Figur 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel besteht aus einem druckdichten Gehäuse 1 mit einem kreisförmigen Gehäuseboden 2 und einer in der Mitte des Gehäusebodens angeordneten Öffnung 3, durch welche ein vertikal verschiebbares Austragrohr 3 von unten in das Gehäuseinnere ragt. Auf dem Gehäuseboden 2 ist ein Tragrost 4 mit einem in der Figur nicht näher dargestellten Filterträger vorgesehen. Auf dem Filterträger liegt der eigentliche Filter auf.
Unter dem Tragrost 4 befindet sich ein in der Figur nicht dargestellter Ablauf für die sich dort ansammelnde ausfiltrierte Flüssigkeit, die von dort nach aussen abgeführt wird.
Den oberen Abschluss des Gehäuses 1 bildet ein Deckelteil 8 mit einem zentral angeordneten abgedichteten Lager 9.
Durch das Lager 9 ist eine Hohlwelle 10 axial verschiebbar und um die zentrale Achse A - A drehbar geführt. Die Hohlwelle 10 steht mit einem entsprechenden Drehantrieb 11, z. B. mit einem Elektromotor oder mit einem Hydraulikantrieb, in Verbindung.
An ihrem unteren Ende geht die Hohlwelle 10 in einen kasten- oder rohrförmigen Rührbalken 12 über, welcher bezüglich des Gehäuses 1 bzw. des Gehäusebodens 2 radial angeordnet ist. Am Rührbalken 12 sind vertikal verlaufende Schaufelarme 13a bis 13f angebracht, welche an ihrem unteren Ende in Schaufeln 14a bis 14f übergehen. Die gesamte kombinierte Rühreinrichtung, bestehend aus der Hohlwelle 10, dem Rührbalken 12, den Schaufelarmen 13a- und den Schaufeln 14a- 14f, lässt sich vertikal längs der Gehäuseachse A - A absenken und anheben. Dazu ist ein gesteuerter Hubantrieb vorgesehen, z. B. zwei Hubzylinder 15 und 16, welche hydraulisch, elektrisch oder auf andere geeignete Art steuerbar angetrieben sind. Die Steuerung erfolgt gemäss der Erfindung auf später im einzelnen beschriebene Weise.
Die Hohlwelle 10 ist im bevorzugten Beispiel in ihrem oberen Teil mit Fluidanschlüssen 17 versehen, durch welche ein Heizmittel, z. B. Heissluft, Heisswasser oder ein anderes geeignetes Fluid, dem Rührbalken 12 und von dort den Schaufelarmen 1 3a -1 3f sowie den Schaufeln 1 4a -1 4f zugeleitet wird. Das Heizmittel fliesst dabei innerhalb dieses Systems in einem geschlossenen Kreislauf. An den Anschlüssen 17 wird sowohl heisses Fluid zugeführt als auch abgekühltes Fluid, welches den erwähnten Kreislauf durchlaufen hat, abgeführt. Eine zusätzliche Heizvorrichtung 18 ist an der Gehäusewand 1 vorgesehen. Auch im Bodenbereich des Filters kann eine weitere Heizvorrichtung vorgesehen sein.
Gemäss Fig. 2 weisen die Schaufeln 14 einen nach unten ausladenden Kasten 19 auf, welcher mit einem Schaufelboden 20 versehen ist, wobei der Schaufelboden gegenüber der Horizontalen um einen spitzen Winkel von wenigen Grad, z.B. um 5 bis 10 Grad, geneigt ist. Dadurch entsteht einerseits eine Schneidkante 21, welche in Bewegungsrichtung A wirkt, und andererseits eine durch den Schaufelboden 20 gebildete Verstreich- bzw. Andruckfläche, wenn die Schaufel in der entgegengesetzten Richtung B bewegt wird.
Die Schaufeln 13a - 13f sind derart am Rührbalken 12 angeordnet, dass sich bei Rotation der Rühreinrichtung eine vollständige Überdeckung der Bodenfläche des Filters durch die Schneiden 21 der Schaufeln 14a bis 14f ergibt. Ferner sind die Schaufeln derart angeordnet, dass bei Bewegung in Richtung A das abgetragene Material jeweils von einer Schaufel an die nächstfolgende innere Schaufel weitergegeben wird, bis es von der innersten Schaufel in die Öffnung des Austragrohrs 3 gefördert wird.
Beim Verdichten des eingefüllten Materials, wenn die Schaufeln 14a- 14f in entgegengesetzte Richtung, also in Richtung des Pfeils B, bewegt werden, wird die Hohlwelle 10 durch die ersten Antriebsmittel 11 kontinuierlich oder schrittweise abgesenkt.
Wie bereits erwähnt, wird die gesamte kombinierte Rühreinrichtung während des Trocknens der durchmischten Filtermasse beheizt. Unter dem Einfluss der Heizwirkung sowie der Bewegung der Schaufeln verdichtet sich das Material zunehmend. Je nach der Eigenschaft des Materials bzw. der durch die Beheizung bzw. die Bewegung ausgelösten Reaktionen kann die Filtermasse in einer bestimmten Reaktionsphase in einen Zustand grösserer Festigkeit oder Zähigkeit übergehen, so dass sich der auf die Schaufeln und die gesamte Rühreinrichtung ausgeübte Widerstand erheblich verändern kann.
Einer derartigen Widerstandsveränderung wurde bei bekannten Einrichtungen dieser Art dadurch begegnet, dass der Antriebsmotor 11 erheblich überdimensioniert wurde, denn bei den zu verarbeitenden aufwendig gewonnenen Produkten soll eine Unterbrechung im Bearbeitungsvorgang möglichst vermieden werden, da andernfalls die gewünschte Produktqualität nicht gewährleistet werden kann. Die hier beschriebene Vorrichtung reagiert jedoch erfindungsgemäss auf die oben erwähnten Anderungen des Rührwiderstandes durch geregeltes Anheben der gesamten Rühreinrichtung unter dem Einfluss der nun näher beschriebenen Regelungseinrichtung.
Die Rühreinrichtung kann unter dem Einfluss der Regelung vollständig aus der Filtermasse herausgehoben werden, sobald ein vorgegebener Rührwiderstands-Grenzwert überschritten wird, und anschliessend, immer noch unter Steuerung der Regelvorrichtung, wieder soweit in die Filtermasse eingetaucht werden, bis die Regelvorrichtung eine erneute Annäherung an den vorgegebenen Grenzwert feststellt. Die Regeleinrichtung kann aber auch derart ausgelegt sein, dass sie bei Überschreiten eines vorgegebenen Rührwiderstandes die Rührvorrichtung nur soweit aus der Filtermasse heraushebt, bis der Rührwiderstand auf einen Betrag unterhalb des zulässigen Grenzwertes absinkt. Einzelheiten der Regelung werden im folgenden anhand von Figur 3 näher erläutert.
An den Drehantriebsmotor 11 für die Rühreinrichtung ist ein Strom- oder Leistungsmesser 30 angeschlossen, dessen Messergebnis einem Prozessor 32 zugeführt wird. An den Prozessor ist ferner ein Grenzwertspeicher 34 zur Speicherung eines vorgegebenen Strom- oder Leistungs-Grenzwertes g angeschlossen. Ausserdem ist ein Zeitgeber 36 im Prozessor 32 integriert oder an diesen angeschlossen. Vom Prozessorausgang 38 wird eine im Prozessor abgeleitete Stellgrösse an einen Stellantrieb 40 gegeben, welcher die Strom- oder Leistungszufuhr für die Hubantriebe 15 und 16 entsprechend nachstellt.
Im Prozessor 32 wird aufgrund des vom Strom- oder Leistungsmesser 30 erhaltenen Mess-Signals fortlaufend überprüft, ob die vorgegebenen Grenzwerte, die im Grenzwertspeicher 34 abgespeichert sind, angenähert oder erreicht werden. Erreicht der Messwert einen Toleranzbereich, wird gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Zeitmessung in Gang gesetzt. Bleibt der Messwert über ein vorgegebenes Zeitintervall innerhalb des Toleranzbereichs, wird vom Prozessor ein Stellsignal an das Stellglied gegeben, worauf dieses die Hubzylinder 15, 16 kurzzeitig zum Hochfahren der Rühreinrichtung einschaltet. Wird jedoch vom Mess Signal der vorgegebene Grenzwert erreicht oder überschrit ten, wird vom Prozessor ein zweites Stellsignal abgegeben, worauf das Stellglied 40 auf die Hubzylinder derart einwirkt, dass diese eine grössere Aufwärtsbewegung ausführen.
Anschliessend liefert der Prozessor dritte Stellsignale an das Stellglied 40, wonach die Hubzylinder 15, 16 solange stufenweise abwärts bewegt werden, bis sich das Mess-Signal wieder dem oben erwähnten Toleranzbereich nähert. Findet über eine bestimmte Zeitspanne kein Erreichen des Toleranzbereiches statt, werden die Hubzylinder erneut nach unten bewegt.
Der Regelungsalgorithmus, welcher hier nur beispielsweise beschrieben wurde, bestimmt die Arbeitsweise des Pro zessors. Durch ein entsprechendes Programm lässt er sich einfach speichern bzw. in den Prozessor eingeben. Ausser dem lassen sich gewisse Regelparameter für unterschiedliche
Stoffe oder Chargen im voraus speichern und unmittelbar mit Prozessbeginn abrufen. Dadurch wird eine besonders materialgerechte Verarbeitung und eine grosse Flexibilität der Anlage gewährleistet.
Anstelle der hier als Beispiel beschriebenen Strom- bzw.
Leistungsmessung zur Herleitung einer Regelabweichung, welche dem Prozessor zur Ableitung der Stellgrösse dient, lassen sich auch andere geeignete Messwerte verarbeiten, welche einen Indikator für die Drehlast am Antriebselement der Rühreinrichtung, z.B. an der Hohlwelle 10, darstellen.
So sind beispielsweise Druck- oder Kraftmessdosen für die sen Zweck geeignet, welche an irgendeiner Stelle zwischen dem Drehmotor und der Rühreinrichtung anzubringen sind.
Unterstützt wird der beschriebene Regelvorgang durch die im folgenden anhand von Figur 4 näher beschriebene, im
Hinblick auf eine kontinuierliche Hubverstellung besonders zweckmässige Ausgestaltung der Schaufeln 14a - 14f. Wie praktische Versuche gezeigt haben, hat die Ausgestaltung der Schaufeln 14, insbesondere die Form ihrer Oberseiten, einen besonders gravierenden Einfluss auf den Wirkungsgrad der Rührvorrichtung.
Ausgehend von der in Richtung A wirkenden Schneidkante 50 an der Schaufel 14 ist die Oberseite 51 der Schaufel mit einem bis zu einem Rücken 52 ansteigenden Profil versehen, welches in Strömungsrichtung hinter dem Rücken 52 bis zu einem Punkt 53 sanft abfällt, wobei an dieser Stelle eine vertikale Abrisskante 54 vorgesehen ist. Das untere Ende der Abrisskante 54 liegt nur wenig über der Unterkante der Schneide 50, so dass sich für die Bodenfläche der Schaufel 14 ein sanfter Anstieg in Strömungsrichtung ergibt.
Bei Bewegung der Schaufel in Richtung A schmiegt sich die Strömung des Filtermaterials an die Oberseite gemäss der Strömungslinie 55 an, während die Strömung an der Schaufelunterseite 57 gemäss der Strömungslinie 56 anliegt. Oberseite und Unterseite der Schaufel sind derart optimiert, dass die Strömung auf der Oberseite und der Unterseite der Schaufel 14 bis zum Erreichen der Abrisskante 54 möglichst laminar verläuft.
Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, gemäss Fig. 4 das Verhältnis der wirksamen Schaufelhöhe H zur Schaufellänge L dahingehend zu optimieren, dass H:L < 1:3,5
Dadurch wird einerseits eine optimale Verteilung der von der gesamten Schaufeloberfläche abgegebenen Heizenergie erreicht und andererseits der Strömungswiderstand für die Rühreinrichtung besonders niedrig gehalten.
Durch die optimierte Abgabe der Heizenergie lässt sich eine von dem bisher gebräuchlichen Heizvorgang erheblich abweichende Beheizung der Filtermasse bei einem gesamthaft niedrigeren Energiebedarf erreichen. Durch gesteuerte Hubverstellung wird die Filtermasse erfindungsgemäss schichtweise stärker beheizt, so dass die Heizenergie an denjenigen Stellen der Filtermasse, an denen die Schaufeloberfläche in innigem Kontakt an der Filtermasse entlang strömt, effektiver als bei konventionellen Einrichtungen abgegeben wird. Während die Schaufelflächen durch gezielte Hubverstellung anschliessend die benachbarten Bereiche der Filtermasse beheizen, findet in den zuvor beheizten Schichten eine ausgleichende Wärmeverteilung innerhalb der Filtermasse statt.
Dies führt gesamthaft dazu, dass sich die Filtermasse schneller und trotzdem mit einem günstigeren Energieverbrauch aufheizen lässt als dies mit konventionellen Anlagen ohne gezielte Hubverstellung möglich ist.
Zur weiteren Unterstützung einer besonders effektiven Rührwirkung sind gemäss Fig. 4 die Schaufelarme 13 ebenfalls schaufelprofil-artig ausgebildet. Insbesondere sind sie mit einem Schaufelanstellwinkel versehen, der den Rücktransport von Filterkuchenmaterial vom mittleren Bereich nach aussen ermöglicht. Dadurch wird eine übermässige Anhäufung von Filtermaterial in der Mitte der Vorrichtung, die wesentlich über die Schaufelhöhe H hinausgeht, vermieden.
Material, das aus Kapazitätsgründen in der Mitte nicht unmittelbar ausgefördert werden kann, wird damit wieder gleichmässig über dem Boden verteilt. Hierdurch wird nochmals eine gleichmässige Belastung für den Drehantrieb der Rühreinrichtung unterstützt.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for operating a pressure filter as defined in the preamble of claim 1, and to means for carrying it out.
Pressure filters of this type are used in particular to separate filterable suspensions. The aim of the processing operation can be the extraction of the filtered liquid or the solid substances or even both components.
According to the current state of the art, two types of processes for operating pressure filters have become established.
One embodiment uses a combination of an actual pressure filter and a downstream separate drying apparatus, e.g. B. a paddle dryer.
The pressure filter consists e.g. B. from a substantially cylindrical housing with a bottom and a lid part, in which inlets for the material to be treated, for flushing gas or flushing liquid and outlets for the filtered liquid and the filter cake mass are provided. A stirring body with stirring blades is mounted concentrically in the cylinder.
The product is pre-filtered in the pressure filter, washed, then slurried, mixed and finally filtered. A filter medium carrier is arranged in the bottom area of the housing to accommodate the filter cake that settles in the course of the filtering process. The filter cake that settles there is then discharged moist and conveyed into the downstream drying apparatus, usually a paddle dryer.
The paddle dryer consists of a pressure vessel, which is designed as a horizontally mounted cylinder, and a stirring body, which is mounted concentrically in the cylinder, with stirring arms and stirring blades at their ends. The cylinder wall of the paddle dryer and the agitator are heated. The damp filter cake is mixed by rotating the blades and then dried.
Drying is preferably done under vacuum.
During this process, the mass is constantly moved by the stirring bodies, the filter cake mass only filling a portion of the container volume and the stirring paddles of the stirring body emerging from the mass in the upper part in order to subsequently immerse again. With increasing thickening of the product, the resistance to the stirring paddles increases in such a way that there is a risk of tuber formation, particularly in the case of viscous masses, and that finally one of the paddles brings the stirring device to a standstill when it is immersed again. For this reason, the agitator drives are considerably oversized, which results in a considerable increase in energy consumption for the overall process.
The second type of process for operating pressure filters combines the two sub-steps described above in a single device, which is also called a filter chute.
Overall, it permits gentler product handling and more flexible control of the process. Details of a filter chute are described for example in CH-PS 441 230.
The suspension filled into the device is first filtered as in the previously described method and is preferably pressed against the filter base using a compressed gas. The liquid that precipitates is collected or removed below the filter base. The filter cake deposited on the filter base is then dried in the filter funnel itself. For this purpose, heat is introduced via heating surfaces in the casing, in the bottom and in the stirrer.
The bucket arms with their generally specially designed buckets play an important role in the targeted process flow. The mixing of the filter cake is effectively supported by the driven blades. Finally, the compacted filter cake is peeled off using the same blades, preferably by reversing the direction of rotation. The latter two processes lead to similar difficulties when passing through a tough phase of the mass as was previously described for the paddle dryer.
Although both methods and the devices used to carry them out have proven themselves in practice to be excellent, there has been a desire to further optimize them, in particular with regard to their efficiency and particularly uniform product treatment.
The object of the present invention is therefore to improve the method of the type mentioned at the outset and the device used to carry it out in such a way that they manage with significantly less energy than previously known methods and devices of this type and that a gentler product treatment in only slightly modified plants is possible, which also allows the gentle and uniform processing of sensitive substances, which was previously not possible or only with considerable difficulties and risks. Especially in the preferred areas of application of such systems, namely in pharmaceutical production, the risk for the correct treatment of the substances should be kept as low as possible for reasons of economy, since each individual batch generally represents a considerable value.
According to the invention, this object is achieved by the features defined in patent claims 1 and 6.
The advantage of these measures is essentially that the drive power for the stirring device can be kept significantly lower than was previously required by means of suitable process control in conjunction with targeted constructive measures. As a result, there is an additional energy saving, since the heating power is now supplied optimally and thus more economically.
This means that the overall energy requirement of the system is greatly reduced. Finally, the particle size of the product can be specifically and product-specifically influenced by the special choice of the stirrer control, whereby the controlled peeling of a relatively firm cake practically eliminates the risk of tuber formation. Overall, this results in a more even and gentle product treatment.
The invention is explained in more detail below with the aid of preferred exemplary embodiments with the aid of the drawings. Show it:
1 shows the principle of a pressure filter described as an embodiment,
2 shows the schematic sectional illustration of a blade,
Fig. 3 shows the block diagram of a control device for the stroke adjustment of the stirring device, and
Fig. 4 shows the schematic representation of a particularly advantageously configured blade.
According to the knowledge of the present invention, the combined stirring device is operated in a controlled manner when spreading or mixing, peeling and drying the filter mass, the stroke of this device relative to the filter material or the filter base being varied under the control of a manipulated variable obtained from a control deviation. This enables the force required for the stirring or rotating movement of the arms to be regulated particularly sensitively and limited to a certain maximum value, so that the drive motors no longer have to be oversized for safety reasons, as was previously the case, so that they are subjected to heavy loads due to the increasing stirring resistance solidifying filter mass have grown.
Thanks to the control, which can be designed particularly sensitively, even short-term changes in the viscosity of the filter mass can be quickly and reliably compensated for by raising or lowering the blade arms. The same type of control can be used when peeling the compressed filter cake, so that the peeling process can be carried out constantly just below the highest load limit of the drive motor, which results in an optimized delivery rate.
The preferred exemplary embodiment shown in FIG. 1 consists of a pressure-tight housing 1 with a circular housing base 2 and an opening 3 arranged in the center of the housing base, through which a vertically displaceable discharge tube 3 projects into the interior of the housing from below. A supporting grate 4 with a filter support, not shown in the figure, is provided on the housing base 2. The actual filter rests on the filter carrier.
Under the supporting grate 4 there is a drain, not shown in the figure, for the filtered-out liquid that accumulates there and is discharged from there to the outside.
A cover part 8 with a centrally arranged sealed bearing 9 forms the upper end of the housing 1.
Through the bearing 9, a hollow shaft 10 is axially displaceable and rotatable about the central axis A - A. The hollow shaft 10 is with a corresponding rotary drive 11, for. B. with an electric motor or with a hydraulic drive, in connection.
At its lower end, the hollow shaft 10 merges into a box-shaped or tubular stirring bar 12, which is arranged radially with respect to the housing 1 or the housing base 2. Vertically extending paddle arms 13a to 13f are attached to the agitating beam 12, which at their lower end merge into blades 14a to 14f. The entire combined stirring device, consisting of the hollow shaft 10, the stirring bar 12, the blade arms 13a and the blades 14a-14f, can be lowered and raised vertically along the housing axis A - A. For this purpose, a controlled linear actuator is provided, e.g. B. two lifting cylinders 15 and 16, which are driven hydraulically, electrically or in another suitable manner controllable. The control is carried out according to the invention in a manner described in detail later.
The hollow shaft 10 is provided in the preferred example in its upper part with fluid connections 17 through which a heating medium, for. B. hot air, hot water or another suitable fluid, the stirring bar 12 and from there the blade arms 1 3a -1 3f and the blades 1 4a -1 4f is supplied. The heating medium flows in a closed circuit within this system. At the connections 17, both hot fluid is supplied and cooled fluid which has passed through the circuit mentioned is removed. An additional heating device 18 is provided on the housing wall 1. A further heating device can also be provided in the bottom region of the filter.
2, the blades 14 have a downwardly projecting box 19 which is provided with a blade base 20, the blade base being at an acute angle of a few degrees, e.g. by 5 to 10 degrees. This creates on the one hand a cutting edge 21, which acts in the direction of movement A, and on the other hand a wiping or pressing surface formed by the blade base 20 when the blade is moved in the opposite direction B.
The blades 13a-13f are arranged on the stirring bar 12 in such a way that when the stirring device rotates, the cutting surface 21 of the blades 14a to 14f completely covers the bottom surface of the filter. Furthermore, the blades are arranged in such a way that, when moving in direction A, the removed material is passed on from one blade to the next inner blade until it is conveyed into the opening of the discharge tube 3 by the innermost blade.
When the filled material is compacted when the blades 14a-14f are moved in the opposite direction, that is to say in the direction of the arrow B, the hollow shaft 10 is lowered continuously or stepwise by the first drive means 11.
As already mentioned, the entire combined stirring device is heated while the mixed filter mass is drying. The material is increasingly compacted under the influence of the heating effect and the movement of the blades. Depending on the property of the material or the reactions triggered by the heating or the movement, the filter mass can change into a state of greater strength or toughness in a certain reaction phase, so that the resistance exerted on the blades and the entire stirring device can change considerably .
Such a change in resistance was countered in known devices of this type in that the drive motor 11 was considerably oversized, because an interruption in the machining process should be avoided as far as possible in the case of the products obtained in a complex manner, since otherwise the desired product quality cannot be guaranteed. However, the device described here reacts according to the invention to the above-mentioned changes in stirring resistance by controlled lifting of the entire stirring device under the influence of the control device now described in more detail.
Under the influence of the control, the stirring device can be completely lifted out of the filter mass as soon as a predetermined stirring resistance limit value is exceeded, and then, still under control of the control device, immersed again in the filter mass until the control device approaches the filter again predetermined limit value. However, the control device can also be designed in such a way that, when a predetermined stirring resistance is exceeded, it only lifts the stirring device out of the filter mass until the stirring resistance drops to an amount below the permissible limit value. Details of the regulation are explained in more detail below with reference to FIG. 3.
A current or power meter 30 is connected to the rotary drive motor 11 for the stirring device, the measurement result of which is fed to a processor 32. A limit value memory 34 for storing a predetermined current or power limit value g is also connected to the processor. In addition, a timer 36 is integrated in the processor 32 or connected to it. From the processor output 38, a manipulated variable derived in the processor is sent to an actuator 40, which adjusts the current or power supply for the linear drives 15 and 16 accordingly.
The processor 32 continuously checks on the basis of the measurement signal received from the current or power meter 30 whether the predetermined limit values, which are stored in the limit value memory 34, are being approximated or reached. If the measured value reaches a tolerance range, a time measurement is started in accordance with a preferred exemplary embodiment. If the measured value remains within the tolerance range for a predetermined time interval, the processor sends an actuating signal to the actuator, whereupon the actuator briefly switches on the lifting cylinders 15, 16 to start up the stirring device. However, if the predetermined limit value is reached or exceeded by the measurement signal, the processor issues a second actuating signal, whereupon the actuator 40 acts on the lifting cylinders in such a way that they perform a larger upward movement.
The processor then delivers third actuating signals to the actuator 40, after which the lifting cylinders 15, 16 are gradually moved downwards until the measurement signal again approaches the tolerance range mentioned above. If the tolerance range is not reached over a certain period of time, the lifting cylinders are moved down again.
The control algorithm, which was only described here for example, determines the mode of operation of the processor. With an appropriate program, it can be easily saved or entered into the processor. In addition, certain control parameters can be set for different ones
Save substances or batches in advance and call them up right at the start of the process. This ensures a particularly material-appropriate processing and great flexibility of the system.
Instead of the current or
Power measurement to derive a control deviation, which is used by the processor to derive the manipulated variable, other suitable measured values can also be processed, which are an indicator of the rotational load on the drive element of the stirring device, e.g. on the hollow shaft 10.
For example, pressure or load cells are suitable for this purpose, which are to be attached anywhere between the rotary motor and the stirring device.
The control process described is supported by the control system described in more detail below with reference to FIG
With regard to a continuous stroke adjustment, particularly expedient configuration of the blades 14a-14f. As practical tests have shown, the design of the blades 14, in particular the shape of their upper sides, has a particularly serious influence on the efficiency of the stirring device.
Starting from the cutting edge 50 acting in the direction A on the blade 14, the top 51 of the blade is provided with a profile which rises up to a back 52, which gently drops in the direction of flow behind the back 52 to a point 53, at which point one vertical tear-off edge 54 is provided. The lower end of the tear-off edge 54 lies only slightly above the lower edge of the cutting edge 50, so that there is a gentle increase in the flow direction for the bottom surface of the blade 14.
When the blade moves in direction A, the flow of the filter material nestles against the top according to the flow line 55, while the flow lies against the bottom 57 of the blade according to the flow line 56. The top and bottom of the blade are optimized such that the flow on the top and bottom of the blade 14 is as laminar as possible until the tear-off edge 54 is reached.
It has proven particularly expedient to optimize the ratio of the effective blade height H to the blade length L such that H: L <1: 3.5
As a result, on the one hand an optimal distribution of the heating energy given off by the entire blade surface is achieved and on the other hand the flow resistance for the stirring device is kept particularly low.
Thanks to the optimized delivery of the heating energy, heating of the filter mass, which differs considerably from the previously used heating process, can be achieved with an overall lower energy requirement. According to the invention, the filter mass is heated more in layers by controlled stroke adjustment, so that the heating energy is more effectively released at those points of the filter mass where the blade surface flows along the filter mass in intimate contact than in conventional devices. While the blade surfaces then heat the adjacent areas of the filter mass by means of targeted stroke adjustment, a compensating heat distribution takes place within the filter mass in the previously heated layers.
Overall, this means that the filter mass can be heated up faster and yet with a lower energy consumption than is possible with conventional systems without a targeted stroke adjustment.
To further support a particularly effective stirring action, the blade arms 13 are also designed in the manner of a blade profile according to FIG. 4. In particular, they are provided with a scoop angle which enables filter cake material to be transported back from the central region to the outside. This avoids an excessive build-up of filter material in the middle of the device, which significantly exceeds the blade height H.
Material that cannot be transported directly in the middle due to capacity reasons is thus distributed evenly over the floor. This again supports a uniform load for the rotary drive of the stirring device.