CH688265A5 - Anschwemmfilter und Verfahren zum Betreiben eines Filters. - Google Patents

Description

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CH 688 265 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Anschwemmfilter und ein Verfahren zum Betreiben eines Anschwemmfilters.

Anschwemmfilter, insbesondere Kerzenfilter werden vor allem bei der Herstellung von Bier, anderen Getränken oder sonstigen flüssigen Lebensmitteln eingesetzt. Beim Anschwemmfilter werden Filterhilfsmittel im Unfiltratraum an Filterelemente, wie z.B. sogenannte Kerzen unter Flüssigkeitsdruck angeschwemmt, wobei eine Filterschicht aufgebaut wird. Die optimale Verteilung des Filterhilfsmittels im Unfiltratraum, speziell im oberen Teil, ist dabei von grosser Bedeutung. Von der gleichmässigen Verteilung des Filterhilfsmittels hängt der gleichmäs-sige Aufbau und die gleichmässige Dicke der Filterschichten auf den Filterelementen und damit die Wirksamkeit des Filters ab. Um eine gleichmässige Verteilung zu erreichen, sind ausgereifte Konstruktionen von Kerzenfiltern mit einer speziellen Einlaufverteilung ausgerüstet. Diese Einlaufverteilung sorgt für Turbulenzen in der Flüssigkeit im Unfiltratraum und damit für eine optimale Verwirbelung und Verteilung des Filterhilfsmittels.

Bei der Betrachtung der Gleichmässigkeit der Anschwemmung muss berücksichtigt werden, dass das verwendete Filterhilfsmittel meist aus einem Gemisch von Partikeln unterschiedlicher Grösse besteht. Die Gleichmässigkeit der Anschwemmung betrifft daher nicht nur die gleichmässige Verteilung der Menge an Filterhilfsmittel auf den Kerzen, die sich in einer überall gleichen Anschwemmdicke auf den Kerzen äussert, sondern auch die gleichmässige Verteilung von kleinen und grossen Filterhilfsmittel-Partikeln auf allen Teilen der Kerzen. Hierzu ist eine gewisse Mindest-Turbulenz in der Strömung notwendig, um sowohl kleine, als auch die grossen, zu rascherer Sedimentation neigenden Partikel des Filterhilfsmittels an alle Stellen der Kerzenoberfläche zu bringen.

Eine zu grosse Turbulenz stört auf der anderen Seite den Kuchenaufbau z.B. durch die an einzelnen Stellen auftretenden Abschwemmungen.

Die Anschwemmfiltration z.B. mit einem Kerzenfilter lässt sich in folgende Verfahrensschritte unterteilen:

- Voranschwemmung

- Filtration mit kontinuierlicher Dosage

- Trubaustrag und Reinigung.

In der Bier- oder Getränkefiltration wird die Voranschwemmung zum Aufbau der ersten filtrierenden Schicht in der Regel mit Wasser im Kreislauf aufgebracht. Nach der Voranschwemmung ist der Kerzenfilter also mit Wasser gefüllt. Dieses Wasser muss mit dem zu filternden Produkt verdrängt werden. Dabei entstehen Mischphasen (Wasser/Produkt), die zu einem erheblichen Produktverlust führen. Auch am Ende des Filtrationszyklus vor dem Trubaustrag und der Reinigung findet ein Verdrängungsvorgang statt, bei dem das Produkt mit Wasser aus dem Filter verdrängt wird. Auch dabei entstehen Mischphasen. Diese Mischphasen werden als Vorlauf respektive Nachlauf bezeichnet. Mischphasen werden meist unfiltratseitig bei der nächsten Filtration wieder zudosiert.

Aus dem DE-GM 9 417 638.8 ist ein Kerzenfilter mit einem kegelförmigen Einlaufverteiler bekannt, der als Düsenkopf auf einem Verteiler-Steigrohr befestigt ist. In diesem Düsenkopf sind Umlenkvorrichtungen vorgesehen, die das Unfiltrat durch einen Ringspalt in den Filterbehälter lenken. Ausserdem weist der Düsenkopf zusätzliche Durchtrittsöffnungen und Halbbohrungen auf, die eine zusätzlich vergleichmässigende Ausströmungskomponente ergeben und die vor allem für eine Entlüftung des Systems Verteiler-Steigrohr-Einsatzkörper sorgen sollen, so dass sich vor allem in der Anlaufphase keine Lufteinschlüsse im oberen Bereich, z.B. des Verteiler-Steigrohrs oberhalb der Verteilerbohrungen bilden können. Die Durchtrittsöffnungen liegen dabei in einer zweiten Ebene oberhalb des Ringspalts.

Die Unfiltrat-Zuführung durch einen Düsenkopf führt dabei zu einer ausgeprägten Strömung, die vor allem in der Anschwemmphase ungleichmässi-ge Anschwemmungen des Filterhilfsmittels zur Folge haben kann. Die zusätzlichen Durchtrittsöffnungen übernehmen nur einen sehr kleinen Teil von z.B. 10% oder weniger als 10% der Unfiltrat-Strö-mung und haben deshalb eine sehr begrenzte Wirkung. In der Filtrations-Phase kann die angeschwemmte Filterschicht in den Hauptströmungsbereichen wieder abgetragen werden. Ausserdem ist der Trubaustrag im Bereich des Steigrohrs und des Düsenkopfs nicht oder nur schwierig zu bewerkstelligen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also ohne grossen verfahrensmässigen oder apparativen Aufwand die Anschwemmung, die Filtrationsphase und den Trubaustrag eines derartigen Filters zu optimieren. Erfindungsgemäss wird dies durch einen Anschwemmfilter und ein Verfahren zum Betreiben eines Anschwemmfilters gemäss unabhängigen Patentansprüchen erreicht.

Dabei wird durch die Ablenkung des zu filternden Mediums an einem Verteilelement gleichmässige Verteilung und gleichmässiger Schichtaufbau gewährleistet. Der Ringspalt bewirkt unterschichtende Einleitung während die Durchlassöffnungen in verschiedenen Abständen vom Zufuhr-Rohr, das heisst auf verschiedenen Niveaus, eine Aufteilung in verschiedene Strömungsbahnen bewirken.

Die Anordnung des Verteilelementes im Abstand von der Öffnung des Zufuhr-Rohrs ermöglicht eine Steuerung der Turbulenzen in Abhängigkeit von der Menge und/oder dem Druck des zugeführten Mediums. Je höher dabei der Ausströmdruck des Unfil-trats ist, desto mehr Medium wird durch den Ringspalt mit im Vergleich zu den Durchlassöffnungen 12 weniger verwirbelter, unterschichtender Strömung gefördert.

Optimale Werte, vor allem für die Voranschwemmung, lassen sich durch praktische Versuche ermitteln.

Es hat sich dabei bewährt, wenn etwa 30% bis 60% des zu filternden Mediums durch den Ring-

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spalt und 70% bis 40% durch die Durchlassöffnungen geleitet wird. Da der Durchlasswiderstand der Durchlassöffnungen grösser ist als der Durchlasswiderstand des Durchlass-Spaltes, kann dieses Verhältnis z.B. während der Einlaufphase dadurch verändert werden, dass die Zufuhrmenge leicht reduziert wird.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Ker-zenfilteranordnung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines in Fig. 1 verwendeten Verteilelements in vergrösser-tem Massstab,

Fig. 3 und 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Verteilelements und

Fig. 5 ein weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Verteilelements mit den Merkmalen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Anschwemmfilter 1 mit in einem Filterkessel 2 angeordneten Filter-Kerzen 3.

Zum Einbringen des zu filternden Mediums, zum Zuführen und Anschwemmen von Filterhilfsmitteln, sowie zum Austrag von Trub ist ein Zufuhr-Rohr 4 vorgesehen, das an eine Zufuhr-Leitung 5 angeschlossen ist. In der Zufuhr-Leitung 5 ist ein Ventil 6 angeordnet, mit welchem die Zufuhr-Leitung abgesperrt werden kann, wenn z.B. ein Ventil 7 geöffnet wird, um Trub am Ende des Filtrationsprozesses über eine Abfuhr-Leitung 8 auszutragen. Mit dem Ventil 6 oder über Veränderung der Pumpenleistung, mit der das zu filternde Medium in die Zufuhrleitung 5 gefördert wird, lässt sich auch die Menge des zufliessenden Mediums steuern.

Der Öffnung des Zufuhr-Rohrs gegenüber ist im Filterkessel 2 ein Verteilelement 9 befestigt. Wie sich auch aus Fig. 2 ergibt, besteht das Verteilelement 9 aus einem zylindrischen Wandteil 10, das am oberen Ende durch einen Boden 11 verschlossen ist. Im Wandteil 10 sind auf drei verschiedenen Ebenen E1, E2 und E3 kreisförmig verteilte Durchlassöffnungen vorgesehen. Das Verteilelement 9 ist mittels Streben 13 am Filterkessel 2 befestigt. Zwischen dem Verteilelement 9 und der Wand des Filterkessels 2 verbleibt ein ringförmiger Durchlass-Spalt 14. Wenn also durch die Zufuhr-Leitung 5 und das Zufuhr-Rohr 4 Medium in den Filterkessel 2 gefördert wird, strömt es in das Verteilelement 9 und wird durch dieses gestaut. Ein Teil des Mediums tritt durch die Durchlassöffnungen 12 und strömt auf verschiedenen Bahnen im Filterkessel 2 zu den Filter-Kerzen 3. Der andere Teil des gestauten Mediums wird am Verteilelement 9 oder vor dem Verteilement 9 umgelenkt und durch den Durchlass-Spalt 14 zwischen dem Verteilelement 9 und der Wand des Filterkessels 2 geleitet.

Die Aufteilung des durch das Zufuhr-Rohr 4 einströmenden Mediums auf die Durchlassöffnungen 12 und den Durchlassspalt 14 folgt den strömungsmechanischen Gesetzen.

Zum Trubaustrag nach Beendigung des Filtrationszyklus wird das Ventil 6 geschlossen, das Ventil 7 geöffnet und der Inhalt des Filterkessels 2 zusammen mit dem an den Filter-Kerzen 3 angelagerten Filterkuchen lässt sich durch den Durchlass-Spalt 14 und durch die Abfuhr-Leitung 8 austragen.

Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes Verteilelement mit hundertzwanzig Durchlassöffnungen 12, die in sechs Ebenen E1 bis E6 kreisförmig verteilt sind. Der Innendurchmesser DN des zylindrischen Verteilelements beträgt 100 mm, der jeder Durchlassöffnung 12 10 mm. Die Länge C des Verteilelements beträgt 288 mm. Der Abstand I der Ebene E6 zur unteren Öffnung des Verteilelements 12 beträgt 128 mm. Der Abstand zwischen den Lochreihen der einzelnen Ebenen E1 bis E2 beträgt jeweils 28 mm. Die Breite X des schematisch angedeuteten Durchlass-Spalts 14 beträgt 10 mm. Daraus ergibt sich eine Durchtrittsfläche von etwa 34 cm2, während die Summe der Durchlassfläche aller Durchlassöffnungen 12 etwa 94 cm? beträgt. Da der Strömungswiderstand der vielen einzelnen Durchlassöffnungen 12 grösser ist als der Strömungswiderstand des Durchlass-Spalts 14 verändert sich mit zunehmendem Druck bzw. zunehmender Strömungsgeschwindigkeit der Anteil des durch den Durchlass-Spalt 14 strömenden Mediums.

Fig. 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem das Verteilelement 9 als konisch zulaufendes Rohr ausgebildet ist. Dadurch wird der Strömungsverlauf leicht geändert, weil einerseits das von der Zufuhr-Leitung 5 angelieferte Medium unter verbesserten Strömungsbedingungen in die Durchlassöffnungen 12 gelenkt wird und weil anderseits durch die konische Neigung der Oberfläche des Verteilelements 9 der Abstrahl-Winkel des austretenden Mediums zu veränderter Strömung im Filterkessel 2 führt. Durch Veränderung der Durchflussmenge durch das Ventil 6 lässt sich ausserdem der Anteil der durch den Durchlass-Spalt 14 fliessenden Menge verändern.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung optimale Anpassung der Strömungsverhältnisse an die Form des Filterkessels und den Aufbau der Filter-Kerzen eines Anschwemmfilters, um die für das Füllen, das Anschwemmen des Filterhilfsmittels und die Filtrierung optimalen Verhältnisse zu schaffen.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Anschwemmfilter, mit einem Filterkessel (2), der in seinem unteren Bereich ein Zufuhr-Rohr (4) für die Zufuhr des zu filternden Mediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand von der Öffnung des Zufuhr-Rohrs (4) ein Verteilelernent (9) derart angeordnet ist, dass es den^aus der Öffnung austretenden Medium-Strahl staut, 'dass das Verteilelement (9) über seine Oberfläche verteilte Durchlassöffnungen (12) aufweist und dass im Bereich zwischen dem Verteilelement (9) und der Öffnung des Zufuhr-Rohrs (4) bzw. der Wand des Filterkessels (2) ein Durchlass-Spalt (14) vorgesehen ist.

2. Anschwemmfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilelement (9) ein Rohr ist.

3. Anschwemmfilter nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, dass das Verteilelement (9) ein zylindrisches Rohr ist.

4. Anschwemmfilter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (12) in wenigstens zwei Ebenen (E1 bis E6) mit verschiedenen Abständen von der Öffnung des Zufuhr-Rohrs (4) angeordnet sind.

5. Anschwemmfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zufuhr-Rohr (4) zugewandte Öffnung des Verteilelements (9) grösser ist, als die Öffnung des Zufuhr-Rohrs (4).

6. Verfahren zum Betreiben eines Anschwemmfilters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu filternde Medium vom Zufuhr-Rohr (4) in solcher Menge und/oder mit solchem Druck in das Verteilelement (9) abgegeben wird, dass ein Teil des Mediums durch die Durchlassöffnungen (12) geleitet wird und dass ein anderer Teil umgelenkt und durch den Durchlass-Spalt (14) gepresst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass 30% bis 60% des zu filternden Mediums durch den Ringspalt und 70% bis 40% durch die Durchlassöffnungen geleitet wird.

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