DE10003678C2 - Vorrichtung und Verfahren für die Tiefenfiltration - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Tiefenfiltration gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren für die Tiefenfiltration gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 18.

Lange Zeit war die sogenannte Massefiltration Stand der Technik für die Filtration von Flüssigkeiten wie z. B. Getränken.

Bei der Massefiltration wird die zu filtrierende Flüssigkeit durch eine etwa 6 cm dicke Filtermasse geleitet und dabei filtriert. Die Filtermasse bestand aus Baumwoll-Linters, der man meist 1% Asbest zugab, um eine verschärfte Filtration zu erreichen. Die Massefiltration wurde jedoch durch die Kieselgurfiltration abgelöst wegen dem großen Arbeitsaufwand und den damit verbundenen hohen Kosten:

• - nach jeder Filtration muss das Filter ausgepackt werden,
• - die Massekuchen müssen zerlegt, gewaschen und sterilisiert werden,
• - die Filtermasse muss in Filtermassekuchen gepresst werden und
• - das Filter muss wieder umständlich und arbeitsintensiv gepackt werden.

Die einfachere Arbeitsweise mit sogenannten Kieselguranschwemmfiltern führte dazu, dass die Massefilter allmählich verdrängt wurden.

Unter Anschwemmfilter versteht man Filtersysteme, bei denen das Produkt mit Hilfe von Filterhilfsmitteln wie z. B. Kieselgur, Perlite, Zellulose, die permanent zudosiert werden, filtriert wird.

Vor dem Produktstart wird eine Grundanschwemmung von Filterhilfsmitteln auf das Trägermaterial der Filterelemente aufgebracht. Diese Voranschwemmung (oft bestehend aus erster und zweiter Voranschwemmung) von 1-3 mm Dicke gewährleistet die Entfernung der Trubstoffe aus dem Produkt und die Zurückhaltung der permanent zudosierten Filterhilfsmittel. Im Laufe der Filtration nimmt die Dicke der Filterhilfsmittelschicht (Filterkuchen) aufgrund der Filterhilfsmitteldosagen zu. Die Filtration ist beendet, wenn der Raum zwischen den Filterelementen ausgefüllt ist oder der erlaubte Differenzdruck zwischen Filterein- und -ausgang erreicht wird.

In den zurückliegenden Jahren haben einige Filterhersteller versucht, die Kieselgur durch andere Filtermittel zu ersetzen. Der Grund dafür ist die immer schwieriger werdende Entsorgung der Kieselgur und die allmählich zur Neigung gehenden Kieselgurreserven. Ferner ist in jüngster Zeit die grobe Kieselgur wegen ihrer krebserzeugenden Eigenschaften ins Gerede gekommen.

Wenn allerdings andere Stoffe wie Faserstoffe, z. B. Zellulose oder Baumwolle, verwendet werden, gibt es Probleme mit der gleichmäßigen Ausbildung des Filterkuchens.

Die Versuche mit Zellulose, alleine oder im Gemisch mit anderen Filtermitteln, die Kieselgur zu ersetzen, sind bisher daran gescheitert, dass eine gleichmässige homogene Anschwemmung über die Filterfläche und ein erforderliches gleichmässiges Verfestigen des Filterkuchens über die gesamte Filterfläche bisher nicht gelungen ist. Schon geringste Einflüsse, wie unsaubere Schweißstellen, geringfügige Abweichungen in den Bohrungen usw., führten zu unkontrollierbaren Strömungen und als Folge daraus zu ungleichmäßigen Anschwemmungen der Filtermittel.

Daneben war auch das lockere Haufwerk der Filtermittel zu instabil. Schon geringe Druck- und Durchflussschwankungen führten zu Veränderungen des Filterkuchens.

Sobald irgendwo eine durchlässige Stelle im Filterkuchen auftritt, ist die Filtrationssicherheit nicht mehr gewährleistet. Da man gerade auch mit der Anschwemmfiltration in den Entkeimungsbereich vordringen möchte, muss gewährleistet sein, dass keine Risse, Dünnstellen oder sonstige Fehlstellen im Filterkuchen auftreten können. Anderenfalls wäre eine weitere Filtration notwendig, so dass weitere Filtrationsstufen vorgesehen sein müssten, was die Filtration erheblich verteuern würde.

Um diesem Problem zu begegnen, wurde versucht, die Filterpackung außerhalb der Filtervorrichtung herzustellen und diese dann in die Filtervorrichtung einzusetzen.

Aus der CH 635 518 A5 ist ein Filtrierverfahren und eine Filtriervorrichtung bekannt, die eine Filterkammer aufweist, die in zwei Teilkammern unterteilt ist. Das Filterhilfsmittel wird in einem ersten Verfahrensschritt bis zum Erreichen einer vorgegebenen Schichtdicke in die obere Teilkammer eingeleitet, die hierbei nicht vollständig gefüllt werden darf, damit auch das Unfiltrat noch in diese Teilkammer eingebracht werden kann. Ein Auspressen des Filterkuchens erfolgt erst nach der Filtration.

Aus der DE 32 34 560 A1 ist eine solche Filtervorrichtung bekannt, die einen Druckbehälter aufweist, auf dem eine vertikale Zentralachse vorgesehen ist, auf der die zwischen den Filterträgern gehaltenen Filterpackungen angeordnet und unter eine Druckspannung gesetzt sind. Die Filterträger sind als nach oben offene Hohlkegel ausgebildet, wobei jedem Filterträger eine obere und untere Filterpackung zugeordnet ist, die mit Druck zusammengepresst sind. Die Filterpackungen bestehen jeweils aus einer Trübe durchlässigen, aber Filtermittel undurchlässigen Hülle, die ein körniges Filtermittel umschliesst. Zwischen den Filterträgern und den Filterpackungen sind Kanäle zum Zuführen der Trübe und zum Abführen des Filtrats vorgesehen. Die Filterpackungen werden außerhalb der Vorrichtung formstabil vorgefertigt und dann eingesetzt. Dies erfordert unter Umständen ein Bindemittel, was vor der Inbetriebnahme herausgelöst werden muss.

Um auf Bindemittel verzichten zu können, werden in der DE 41 20 971 A1 die Filter auf den Filterträgern direkt hergestellt und zusammen mit den Filterträgern in die Filterstation eingesetzt. Als Filterträger werden Metallschalen verwendet. Aber auch bei dieser Ausführungsform werden die Filter ausserhalb der Vorrichtung gefertigt.

Um eine solche Vorfertigung der Filterelemente zu umgehen und trotzdem Risse im Filterkuchen zu vermeiden, wurde in der DE 196 37 981 C1 vorgeschlagen, die Suspension mittels einer Suspensionspumpe im wesentlichen unter stetig ansteigendem Druck in eine von einem Filtergewebe und einer diesem gegenüberliegenden Membranbegrenzung zwischen zwei benachbarten Filterplatten angeordnete Filterkammer einzubringen. Dabei wird nach dem Aufbau einer bestimmten Dicke eines sich vor dem Filtergewebe aufbauenden Filterkuchens und bei Erreichen eines bestimmten Drucks der Suspension der Filterkuchen durch Beaufschlagung der abgewandten Seite der Membran mit einem unter Druck stehenden Fluid mittels einer Nachpresspumpe nachverdichtet. Um die Filtrationsgeschwindigkeit steigern zu können und die Gefahr von Rissbildungen im Filterkuchen sowie die Gefahr eines daraus resultierenden Trüblaufs zu vermindern, wird vorgeschlagen, die Suspensionspumpe erst dann abzuschalten oder in ihrer Drehzahl herunterzufahren, wenn der von der Nachpresspumpe über das Fluid und die Membran auf den Filterkuchen ausgeübte Druck gleich dem Druck der Suspension ist. Bei diesem Verfahren besteht allerdings das Problem, dass der Kuchen sich nicht gleichmässig verteilt. Aufgrund der Strömungsverhältnisse wird der Kuchen im Eintrittsbereich zu stark verdichtet und an anderen Stellen ist der Kuchen nicht so dicht, dass die geforderte Filtrationssicherheit vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine Vorrichtung für die Tiefenfiltration, mit der insbesondere auch mit faserförmigen Materialien ein filtrationssicherer Filterkuchen erzeugt werden kann. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Filtervorrichtung für die Tiefenfiltration mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Filtratplatten, zwischen denen jeweils eine Unfiltratplatte angeordnet ist, wobei zwischen Filtratplatte und Unfiltratplatte jeweils eine Filtrationskammer vorgesehen ist und die Filtrat- und Unfiltratplatten gegeneinander abgedichtet und gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, mit mindestens einem Filtrat- und Unfiltratkanal, die sich durch die Filtrat- und Unfiltratplatten erstrecken, und mit einem sich parallel zum Filtratkanal und Unfiltratkanal erstreckenden Anschwemmkanal, der über jeweils mindestens einen Verbindungskanal mit der jeweiligen Filtrationskammer verbunden ist, wobei die Verbindungskanäle bei einem vorgegebenen Abstand der Filtrat- und Unfiltratplatten verschließbar sind.

Über den Anschwemmkanal wird die Suspension drucklos den Filtrationskammern zugeführt. Nach dem vollständigen Befüllen der Filtrationskammern wird durch gegenseitiges Verschieben der Filtrat- und Unfiltratplatten die Suspension entwässert. Ein starkes Verpressen der Filterhilfsmittel zwischen den Filtrat- und den Unfiltratelementen findet nicht statt, so dass der sich aus dem Filtermittel ausbildende Filterkuchen nach wie vor entsprechend locker bleibt, damit eine optimale Tiefenfiltration stattfinden kann. Es wird ein gleichmässiger Filterkuchen ausgebildet, der keine Risse aufweist und somit die erforderliche Filtrationssicherheit gewährleistet.

Vorzugsweise weist die Unfiltratplatte ein Anschwemmrohr auf, von dem der Verbindungskanal zu der Filtrationskammer abzweigt. Mindestens ein Verbindungskanal ist im Rahmen der Unfiltratplatte angeordnet.

Der Rahmen der Unfiltratplatte ist vorzugsweise beidseitig verbreitert, so dass auf jeder Seite ein Verbindungskanal für die Zuführung des Filtermittels zu den beiden angrenzenden Filtrationskammern vorgesehen werden kann.

Vorzugsweise zweigt der Verbindungskanal unter einem Winkel ungleich 90° von dem Anschwemmrohr ab. Schräg angeordnete Verbindungskanäle erlauben eine Herstellung von schmalen Filtrationskammern, so dass nach dem Zusammenfahren der Filtrat- bzw. Unfiltratplatten eine Filterkuchendicke von beispielsweise 3 bis 4 cm erreicht wird. Mit derart dicken Filterkuchen lässt sich eine entsprechend hohe Filterflächenbelastung von z. B. 10 hl/m²/h erzielen. Wenn die Verbindungskanäle unter einem Winkel von 90° von dem Anschwemmkanal abzweigen, würde dies breitere Kammern bedeuten und die Filterkuchenstärke wäre entsprechend größer. Welche Filterkuchenstärke eingestellt wird, hängt von der Filtrationsaufgabe ab.

Auch die Filtratplatte weist vorzugsweise ein beabstandet zum Rahmen angeordnetes Anschwemmrohr auf, das dichtend in den Anschwemmrohren der jeweils benachbarten Unfiltratplatte geführt ist. Durch die gegenseitige Führung der Anschwemmrohre wird das Verschieben von Filtratplatte und Unfiltratplatte erleichtert.

Jede Filtrat- und Unfiltratplatte weist vorzugsweise ein erstes und zweites Stützgewebe sowie darauf angeordnet beidseitig jeweils ein Tressegewebe auf. Die Gewebe können beispielsweise aus Edelstahl bestehen.

Der Rahmen der Filtratplatte ist vorzugsweise beidseitig gegenüber dem Tressegewebe verbreitert und dieser verbreiterte Rahmen untergreift den ebenfalls verbreiterten Rahmen der jeweils benachbarten Unfiltratplatte. Hierbei sind Dichtmittel vorgesehen, so dass eine insgesamt dichte Anordnung geschaffen wird.

Das Anschwemmrohr der Filtratplatte ist über einen Steg beabstandet zu der Außenseite des Rahmens der Filtratplatte angeordnet.

Vorzugweise ist zwischen dem Rahmen und dem Anschwemmrohr beidseitig des Steges der Filtratplatte jeweils ein Zwischenraum vorgesehen, in den der Abschnitt der benachbarten Unfiltratplatte eingreift, in dem sich der Anschwemmverbindungskanal der Unfiltratplatte befindet. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Anschwemmkanal beim Zusammenschieben der Platten bei einem vorgegebenen Abstand durch die Filtratplatte verschlossen wird.

Das Anschwemmrohr der Filtratplatte trägt vorzugsweise an beiden Enden an der Außenseite jeweils mindestens einen Dichtring.

Vorteilhafterweise ist auch am Rand des Rahmens der Filtratplatte an der Außenseite jeweils mindestens ein Dichtring angeordnet.

Sowohl die Unfiltrat- als auch die Filtratplatten sind über eine Gelenkkette miteinander verbunden, die gewährleistet, dass die Filtrat- bzw. Unfiltratplatten sowohl beim Öffnen als auch beim Zufahren immer äquidistant angeordnet sind.

Vorzugsweise sind an der Gelenkkette mehrere Positionierelemente angeordnet, die mit einem mit Aussparungen versehenen Rechen in der Anschwemmposition der Platten zusammenwirken. Dadurch wird in der Anschwemmposition eine Stabilisierung der im Abstand zueinander gehaltenen Unfiltrat- und Filtratplatten gewährleistet.

Vorzugsweise ist auf dem Tressegewebe der Filtrat- und/oder der Unfiltratplatte mindestens ein Aufreisselement angeordnet. Vorzugsweise bestehen die Aufreisselemente aus Ankern, die in den Filterkuchen eingreifen und beim Öffnen der Filtervorrichtung den Filterkuchen aufreißen, so dass nur noch ein Abspülen der Filterplatten erforderlich ist.

Die Filtrationsanlage weist mindestens eine Filtervorrichtung auf, die an eine Auffang- und Fördereinrichtung für verbrauchtes Filtermittel angeordnet ist. Diese Auffang- und Fördereinrichtung ist mit einer Regenerationseinrichtung zur Aufbereitung des verbrauchten Filtermittels verbunden. Die Regenerationseinrichtung ist wiederum direkt oder indirekt über einen Vorratstank an die Filtervorrichtungen angeschlossen. Es wird somit ein geschlossener Kreislauf geschaffen, der vollautomatisch arbeitet.

Das Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten mittels der Tiefenfiltration sieht vor, dass die Suspension aus einer Suspensionsflüssigkeit und Filtermitteln drucklos in die Filtrationskammern eingeleitet wird, bis diese vollständig gefüllt sind. Die Suspension wird anschliessend noch vor Beginn der Filtration mechanisch unter Herausdrücken überschüssiger Flüssigkeit zur Bildung des Filterkuchens durch Verringern des Volumens der Filtrationskammer flächig verdichtet. Es wird dadurch eine schonende Ausbildung des Filterkuchens gewährleistet, der keinerlei Risse aufweist.

Vorzugsweise wird eine dünne Suspension, d. h. mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 30%, eingesetzt.

Vorzugsweise werden Fasermaterialien als Filtermittel verwendet. Hierzu sind geeignet: mikrofeine Zellulose, mikrokristalline Zellulose, nass aufgemahlene Zellulose in unterschiedlichen Mahlgraden, diverse Zellulosetypen, d. h. kurz- oder langfasrige Zellstoffe, Linters, Polyolefinpulpfasern, Aramidfasern oder Fibrets. Es können auch konfektionierte regenerierbare Filtermittel vorgesehen sein, wobei als filtrationsverbessernde Massnahmen auch jeweils die Zugabe von Kieselgur in unterschiedlichen Anteilen möglich ist. Die Zusammensetzung der Filtermittel ist abhängig von der Filtrierbarkeit, der Viskosität, der Temperatur und der Vorklärung der zu filtrierenden Flüssigkeit.

Vorzugsweise wird die zu filtrierende Flüssigkeit vor der Tiefenfiltration vorgeklärt, was beispielsweise mit Hilfe von Separatoren oder durch Selbstklärung, z. B. nach der Schönung oder durch lange Lager- und Reifezeiten, insbesondere bei Bier, möglich ist. Bei Bier sollte die Trübung des Unfiltrates < 2 ebc Trübungseinheiten betragen, bevor die Tiefenfiltration durchgeführt wird.

Das verbrauchte Filtermittel kann nach der Filtration regeneriert werden. Die Regeneration kann ausserhalb der Filtervorrichtung durchgeführt werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, das verbrauchte Filtermittel mit einer Lauge zu versetzen und das versetzte Filtermittel in die Filtervorrichtung einzuleiten und dort die Lauge auszuspülen und eine Neutralisation durchzuführen. Diese Neutralisation kann mit CO₂ oder einer Säure erfolgen.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a die Draufsicht auf eine Filtratplatte,

Fig. 1b vergrößerte Ausschnitte der in der Fig. 1a gezeigten Filtratplatte,

Fig. 2 vergrößerte Ausschnitte einer Unfiltratplatte in Draufsicht,

Fig. 3a zwei Unfiltrat- und eine Filtratplatte längs des Schnittes A-A der in Fig. 1b und 2 gezeigten Platten vor dem Zusammenbau,

Fig. 3b die in der Fig. 3a gezeigten Platten nach dem Zusammenbau,

Fig. 3c die in der Fig. 3a gezeigten Platten im vollständig zusammengeschobenen Zustand,

Fig. 4a die in der Fig. 3a gezeigten Platten längs des Schnittes B-B,

Fig. 4b die in der Fig. 4a gezeigten Platten nach dem vollständigen Zusammenschieben,

Fig. 5a-c Außenansichten der Filtervorrichtung in geöffneter Stellung, in der Anschwemmphase und in der Filtrationsphase,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Filtrationsanlage mit Regenerationseinrichtung.

In der Fig. 1a ist eine Filtratplatte 10 dargestellt, die einen kreisförmigen Rahmen 11 aufweist, in dem ein erstes Stützgewebe 12, ein zweites Stützgewebe 13 und ein Tressegewebe 14 angeordnet sind (s. Fig. 3a). Auf der linken und der rechten Seite weist der Rahmen 11 jeweils eine Haltenase 28a, b auf, mit der die Filtratplatte auf zwei Auflagebalken 1a, b eines nicht dargestellten Filtergestells verschiebbar aufliegt.

An der Oberseite des Rahmens 11 befindet sich ein Steg 15a, der ein Filtratrohr 17a, ein Anschwemmrohr 26 und ein Entlüftungsrohr 18b trägt. Die genannten Rohre sind Bestandteile des sich durch dieses Filterelement erstreckenden Filtratkanals 3a, Anschwemmkanals 4 bzw. Entlüftungskanals 2b.

An der Unterseite des Rahmens 11 befindet sich ein weiterer Steg 15b, der ein Unfiltratrohr 18a und ein Drainagerohr 17b trägt. Diese beiden Rohre sind Bestandteile des Unfiltratkanals 2a und des Drainagekanals 3b. Sämtliche Rohre sind senkrecht zur Ebene der Filtratplatte 10 angeordnet.

Der mit 2b bezeichnete Kanal dient zur Entlüftung der Unfiltratseite und der mit 3b bezeichnete Kanal dient als Drainage der Filtratseite beim Befüllen der Filtrationskammer 5 mit Filtermitteln, was im Zusammenhang mit den Fig. 4a, 4b erläutert wird. Die Kanäle 2b und 3b werden durch zwei Ventile in den angeschlossenen Rohrleitungen möglichst dicht an der Filtervorrichtung zentral geöffnet bzw. geschlossen.

In der Fig. 1b sind die Rohre 17a, 17b, 18a, 18b und 26 vergrößert dargestellt, wobei außerdem die Schnittlinien A-A und B-B eingezeichnet sind, die für die nachfolgenden Figuren von Bedeutung sind.

In der Fig. 2 ist eine der Fig. 1b entsprechende Darstellung einer Unfiltratplatte 40 zu sehen. Die Unfiltratplatte 40 besitzt ebenfalls einen kreisförmigen Rahmen 41, der ebenfalls ein erstes Stützgewebe 42, ein zweites Stützgewebe 43 sowie ein Tressegewebe 44 trägt. An der Oberseite des Rahmens 11 ist ein Ansatz 45a angeformt, in dem sich ebenfalls Rohre befinden. Es handelt sich um das Filtratrohr 47a, das Anschwemmrohr 49 und das Unfiltratrohr 48b. Auch diese Rohre sind Bestandteile der dazugehörigen Filtrat- und Unfiltratkanäle 3a, 2b und des Anschwemmkanals 4.

Am unteren Ende des Rahmens 41 ist ein weiterer Ansatz 45 vorgesehen, in dem sich ein Unfiltratrohr 48a und ein Filtratrohr 47b befindet. Hierzu gehören der Unfiltratkanal 2a und der Filtratkanal 3b. Sämtliche Rohre sind senkrecht zur Ebene der Unfiltratplatte 40 angeordnet.

In der Fig. 3a sind die zuvor beschriebenen Unfiltrat- und Filtratplatten im Schnitt längs der Linie A-A dargestellt. Die Fig. 3a zeigt drei dieser Platten vor dem Zusammenbau als Teil einer Filtervorrichtung, in der eine Vielzahl von Filtrat- und Unfiltratplatten nebeneinander angeordnet sind.

In der Mitte befindet sich eine Filtratplatte 10 mit dem kreisförmigen Rahmen 11, der in der Mitte das erste Stützgewebe 12 trägt, das beidseitig von einem zweiten Stützgewebe 13 begrenzt wird, auf dem jeweils ein Tressegewebe 14 aufliegt. Als erstes Stützgewebe 12 wird ein starkes Drahtgewebe verwendet, das dem Druck beim Zusammenfahren der Filterelemente standhält. Das zweite Stützgewebe 13 dient der Stabilisierung des Tressegewebes 14, das zum Zurückhalten des Filtermittels benötigt wird und eine Maschenweite von 70 bis 100 µm aufweist. Alle Gewebe sind aus Edelstahl und mit den Rahmen verschweißt.

Auf dem Tressegewebe 14 sind Aufreißelemente in Form von Ankern 90 angebracht, die sich senkrecht von der Oberfläche des Tressegewebes in die Filtrationskammer 5 erstrecken. Nach Ausbildung des Filterkuchens in der Filtrationskammer 5 ragen diese Anker 90 in den Filterkuchen und reißen diesen auf, wenn die Platten 10, 40 auseinandergefahren werden. Dadurch wird das Ablösen und Herunterfallen des verbrauchten Filtermittelkuchens erleichtert. In den nachfolgenden Figuren wurden die Anker 90 weggelassen.

Der Rahmen 11 ist gegenüber den diversen Geweben beidseitig verbreitert und trägt an seinem Rand auf der Außenseite jeweils einen Dichtring 20a, 20b. An der Oberseite erstreckt sich vom Rahmen 11 der Steg 15a nach oben, an dem das Filtratrohr 17a angeformt ist. Im Steg 15a befindet sich der Filtratverbindungskanal 16, durch den das im ersten Stützgewebe 12 gesammelte Filtrat in den Filtratkanal 3a gelangen kann. Das Filtratrohr 17a ist in der hier gezeigten Darstellung etwas länger als der Rahmen 11 breit ist. Insofern steht das Filtratrohr 17a gegenüber dem Rahmen 11 beidseitig vor. An den beiden Enden des Filtratrohres 17a sind an der Außenseite zwei Dichtringe 22a und 22b angeordnet.

An der Unterseite erstreckt sich vom Rahmen 11 der Steg 15b, an dem das Unfiltratrohr 18a angeordnet ist. Auch das Unfiltratrohr 18a ist länger als der Rahmen 11 breit ist, wobei sich die Längen von Filtratrohr 17a und Unfiltratrohr 18a entsprechen. Auch das Unfiltratrohr 18a trägt an seinen beiden Enden an der Aussenseite jeweils einen Dichtring 21a, b.

Benachbart zu der Filtratplatte 10 sind zwei Unfiltratplatten 40 angeordnet, die jeweils einen Rahmen 41 aufweisen, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Rahmens 11 der Filtratplatte 10 entspricht. Der Rahmen 41 trägt die Gewebe 42, 43, 44 und steht gegenüber diesen ebenfalls beidseitig vor.

Am Rahmen 41 ist oben der Ansatz 45a angeformt, der das Filtratrohr 47a aufweist, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Filtratrohres 17a der Filtratplatte 10 entspricht. Am unteren Ende des Rahmens 41 ist der Ansatz 45b angeformt, der das Unfiltratrohr 48a aufweist. Der Innendurchmesser des Unfiltratrohres 48a entspricht dem Außendurchmesser des Unfiltratrohres 18a der Filtratplatte 10. Zwischen den Platten 40 und 10 bzw. 10 und 40 wird die Filtrationskammer 5 gebildet.

In der Fig. 3b sind die zuvor beschriebenen Platten im zusammengesteckten Zustand dargestellt. Hierbei übergreifen die Rahmen 41 den Rahmen 11 der Filtratplatte 10, wobei die Dichtringe 20a, 20b mit den Innenflächen 51 der Rahmen 41 zusammenwirken. Da die Rahmen 41 gleichzeitig in die Zwischenräume 24a, b und 25a, b der Filtratplatte 10 eingreifen, werden das Filtratrohr 17a und das Unfiltratrohr 18a gleichzeitig in die entsprechenden Rohre der benachbarten Unfiltratplatten eingeschoben, so dass die Dichtringe 22a, b und 21a, b mit den Innenflächen der Rohre 47a, 48a in Eingriff gelangen und somit einen dichten Filtratkanal 3a bzw. Unfiltratkanal 2a bilden. In den Unfiltratplatten 40 befinden sich Verbindungskanäle 46, die von dem Unfiltratkanal 2a abzweigen und im Bereich des ersten Stützgewebes 42 münden.

In der Fig. 3c sind die drei Platten 10, 40 vollständig ineinandergeschoben, so dass die Filtrationskammern 5 ihr minimales Volumen aufweisen.

In der Fig. 4a ist der Schnitt längs der Linie B-B gemäß den Fig. 1b und 2 dargestellt, wobei die drei Platten 10 und 40 bereits teilweise ineinandergeschoben sind. Die Filtratplatte 10 trägt an ihrem oberen Steg 15a das Anschwemmrohr 26, dessen Länge größer ist als die Breite des Rahmens 11 und somit gegenüber dem Rahmen 11 beidseitig vorsteht. An den beiden Enden des Anschwemmrohrs 26 sind an der Außenseite Dichtringe 27a, b angeordnet.

Die Unfiltratplatten 40 besitzen im Rahmen jeweils zwei schräg angeordnete Verbindungskanäle 50, die die Filtrationskammer 5 mit dem Anschwemmrohr 49 verbinden, der sich im Ansatz 45a der beiden Unfiltratplatten 40 befindet. Beim Zusammenstecken der Platten greift das Anschwemmrohr 26 in die Anschwemmrohre 49 ein, wobei die Dichtringe 27a, b mit der Innenseite der Anschwemmrohre 49 abdichtend zusammenwirken.

In der hier gezeigten Darstellung sind die Platten nur ein geringes Stück ineinandergeschoben, so dass die Verbindungskanäle 50 noch frei sind. Dies ist die Stellung, in der die Suspension durch den Anschwemmkanal 4 geleitet und den einzelnen Filtrationskammern 5 durch die Verbindungskanäle 50 zugeführt wird.

Wenn die Filtrationskammern 5 vollständig mit der Suspension aufgefüllt sind, werden die Platten weiter zusammengeschoben, wie dies in der Fig. 4b dargestellt ist, wobei auch gleichzeitig die Verbindungskanäle 50 verschlossen werden. An der Oberseite übergreift das Anschwemmrohr 26 die Öffnung des Verbindungskanals 50 und an der Unterseite wird der Verbindungskanal 50 durch die Außenseite des Rahmens 11 der Filtratplatte 10 verschlossen.

Die Funktionsweise dieser Filtrat- und Unfiltratplatten ist wie folgt:
In der in Fig. 4a gezeigten Stellung wird zunächst die Suspension drucklos in die Filtrationskammern durch die noch geöffneten Verbindungskanäle 50 aus Filtermittel und Wasser eingeleitet. Das Filtermittel wird in den Filtrationskammern 5 zurückgehalten, während die Suspensionsflüssigkeit über die Kanäle 2a und 3b abfließt. Wenn die Kammern 5 vollständig mit der dünnflüssigen Suspension gefüllt sind, werden durch weiteres Zusammenschieben der Platten 10, 40 die Kanäle 50 verschlossen, und gleichzeitig die sich in den Filtrationskammern 5 befindlichen Filterhilfsmittel werden komprimiert, bis die in Fig. 4b gezeigte Anordnung erreicht ist. Die hierbei austretende Flüssigkeit strömt durch die Gewebe 44, 43, 42 der Unfiltratplatten 40 nach innen und fliesst über den Unfiltratverbindungskanal 46 in die Kanäle 2a und 3b. Je weiter die Platten 10, 40 zusammengeschoben werden, desto stärker werden die Filterhilfsmittel komprimiert. Der Filterkuchen ist so weit komprimiert, dass die Sterilisation und die Filtration begonnen werden können. Die mechanische, flächige Verpressung des Filterkuchens weist keinerlei Risse oder Fehlstellen auf, so dass die erforderliche Filtrationssicherheit gewährleistet ist. Die Sterilisation wird mit heißem Wasser durchgeführt, woran sich eine Spülung mit entgastem Wasser anschließt. Anschließend wird über den Unfiltratkanal 2a den Unfiltratplatten 40 Unfiltrat zugeführt. Der Unfiltratkanal erfüllt somit die Aufgabe des Abzugs überschüssigen Wassers aus der Suspension und der Zuführung von Unfiltrat, das über die Unfiltratverbindungskanäle den ersten Stützgeweben 42 zugeführt wird. Von dort strömt das Unfiltrat durch die Gewebe 43 und 44 und durch den in der Filtrationskammer 5 gebildeten Filterkuchen. Das erhaltene Filtrat strömt anschliessend durch die Gewebe 14,13 und 12 in die Filtratplatte 10 und wird über den Filtratverbindungskanal 16 und den Filtratkanal 3a abgeführt.

In der Fig. 5a ist die Außenansicht einer Filtervorrichtung 80 dargestellt, die vier Filtratplatten 10 und drei Unfiltratplatten 40 aufweist. Das Plattenpaket ist an den Enden mittels Endplatten 6a und 6b abgeschlossen. Sämtliche Platten hängen mittels ihrer Haltenasen 28a auf den Auflagebalken, von denen nur der Auflagebalken 1a zu sehen ist. Diese Auflagebalken 1a, b sind an einem Gestell 8 befestigt, das auf dem Boden steht. Zusätzlich ist eine Spindel 7 mit einem Handrad 9 vorgesehen, mit der die Platten 10, 40, 6a, 6b auseinander- und zusammengefahren werden können.

Um immer eine äquidistante Anordnung zu gewährleisten, sind sämtliche Platten 10, 40, 6a, 6b an der Außenseite über eine Gelenkkette 60 miteinander verbunden. Die Kette ist an den Gelenkpunkten 62 mit den Platten verbunden, wobei zwischen jeweils zwei Gelenkpunkten 62 zwei Kettenglieder 61 angeordnet sind, die wiederum über Gelenkpunkte 63 miteinander verbunden sind. Ferner ist in jedem Gelenkpunkt 62 ein stabförmiges Positionierelement 64 angeordnet, das sich senkrecht zur Kettenachse erstreckt. Wenn die Platten, wie in der Fig. 5b gezeigt ist, soweit zusammengefahren werden, dass die Anschwemmphase vorgenommen werden kann, ist es erforderlich, dass die Platten ihren vorgegebenen Abstand zueinander beibehalten. Durch die Befüllung der Filtrationskammern 5 kann eine Verschiebung der Platten zueinander erfolgen. Um dies zu verhindern, ist an der Außenseite ein um die Längsachse der Filtervorrichtung 80 verschwenkbarer Rechen 70 angeordnet, der äquidistante Aussparungen 71 aufweist. Dieser Rechen wird verschwenkt, so dass die stabförmigen Positionierelemente 64 in die Aussparungen 71 des Rechens 70 eingreifen.

Um die Filtervorrichtung 80 nach der Anschwemmphase in die Filtrationsposition zu bringen, wird der Rechen 70 wieder von der Gelenkkette 60 gelöst und in seine Ausgangsstellung zurückgebracht. Die Filterplatten können dann vollständig zusammengeschoben werden.

In der Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Filtrationsanlage mit zwei Filtervorrichtungen 80 dargestellt. Unterhalb jeder Filtervorrichtung 80 befindet sich eine Auffangwanne 81 mit einer Förderschnecke 82. Wenn die Filtervorrichtungen nach Beendigung des Filtrationsvorganges geöffnet werden, fallen die Filterkuchen nach unten in die Auffangwanne 81 und werden mittels der Förderschnecke 82 abtransportiert. Über die erste und zweite Filtermasseleitung 90a, 90b wird das belastete Filtermittel der dritten Filtermasseleitung 91 zugeführt und in den Regenerationsbehälter 83 überführt. In diesem Behälter 83 befindet sich ein Rührer 85, der das Filtermittel mit Reinigungsmitteln aus einem weiteren Behälter 86 vermischt und aufbereitet. Als Reinigungsmittel werden unter anderem Natronlauge, heißes bzw. kaltes Wasser eingesetzt. Das so aufbereitete Filtermittel wird über die Regenerationsleitung 42 einem Vorratstank 84 zugeführt, der über die Zuführleitungen 93,94a und 94b die Filtervorrichtungen 80 speist. In der ersten Zuführleitung 93 ist hierfür eine Kreisel-Pumpe 95 vorgesehen. Die Anlage arbeitet vollautomatisch, so dass nur eine Bedienungsperson zur Überwachung der Anlage erforderlich ist.

Bezugszeichen

1

a, b Auflagebalken

2

a Unfiltratkanal

2

b Entlüftungskanal

3

a Filtratkanal

3

b Drainagekanal

4

Anschwemmkanal

5

Filtrationskammer

6

a, b Endplatte

7

Spindel

8

Gestell

9

Handrad

10

Filtratplatte

11

Rahmen

12

erstes Stützgewebe

13

zweites Stützgewebe

14

Tressegewebe

15

a, b Steg

16

Filtratverbindungskanal

17

a Filtratrohr

17

b Drainagerohr

18

a Unfiltratrohr

18

b Entlüftungsrohr

19

Aussenfläche

20

a, b Dichtungsring

21

a, b Dichtungsring

22

a, b Dichtungsring

23

a, b Dichtungsring

24

a, b oberer Zwischenraum

25

a, b unterer Zwischenraum

26

Anschwemmrohr

27

a, b Dichtungsring

28

a, b Haltenase

40

Unfiltratplatte

41

Rahmen

42

erstes Stützgewebe

43

zweites Stützgewebe

44

Tressegewebe

45

a, b Ansatz

46

Unfiltratverbindungskanal

47

a, b Filtratrohr

48

a, b Unfiltratrohr

49

Anschwemmrohr

50

Anschwemmverbindungskanal

51

Innenfläche

60

Gelenkkette

61

Kettenglied

62

Anlenkpunkt

63

Anlenkpunkt

64

Positionierelement

70

Rechen

71

Aussparung

80

Filtervorrichtung

81

Auffangwanne

82

Förderschnecke

83

Regenerationsbehälter

84

Vorratstank

85

Rührer

86

Behälter für Reinigungsmittel

90

Anker

90

a erste Filtermasseleitung

90

b zweite Filtermasseleitung

91

dritte Filtermasseleitung

92

Regenerationsleitung

93

erste Zuführleitung

94

a zweite Zuführleitung

94

b dritte Zuführleitung

95

Pumpe

Claims (22)

1. Filtervorrichtung für die Tiefenfiltration
mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Filtratplatten (10), zwischen denen jeweils eine Unfiltratplatte (40) angeordnet ist, wobei zwischen Filtratplatte (10) und Unfiltratplatte (40) jeweils eine Filtrationskammer (5) vorgesehen ist und die Filtrat- und Unfiltratplatten (10, 40) gegeneinander abgedichtet und gegeneinander verschiebbar angeordnet sind,
mit mindestens einem Filtrat- und Unfiltratkanal (2a, 3a), die sich durch die Filtrat- und Unfiltratplatten (10, 40) erstrecken, und
mit einem sich parallel zum Filtratkanal (3a, b) und Unfiltratkanal (2a, b) erstreckenden Anschwemmkanal (4), der über jeweils mindestens einen Verbindungskanal (50) mit der jeweiligen Filtrationskammer (5) verbunden ist, wobei die Verbindungskanäle (50) bei einem vorgegebenen Abstand der Filtrat- und Unfiltratplatten (10, 40) verschließbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unfiltratplatte (40) ein Anschwemmrohr (49) aufweist, von dem der Verbindungskanal (50) abzweigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungskanal (50) im Rahmen (41) der Unfiltratplatte (40) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (41) beidseitig verbreitert ist und dass auf jeder Seite ein Verbindungskanal (50) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (50) mit einem Winkel ungleich 90° von dem Anschwemmrohr (49) abzweigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtratplatte (10) ein beabstandet zum Rahmen (11) angeordnetes Anschwemmrohr (26) aufweist, das dichtend in den Anschwemmrohren (49) der jeweils benachbarten Unfiltratplatte (40) geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrat- und Unfiltratplatten erste und zweite Stützgewebe (12, 13, 42, 43) sowie darauf angeordnet beidseitig jeweils ein Tressegewebe (14, 44) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (11) der Filtratplatte (10) beidseitig gegenüber dem Tressegewebe (14) verbreitert ist und den verbreiterten Rahmen (41) der jeweiligen benachbarten Unfiltratplatte (40) dichtend untergreift.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschwemmrohr (26) der Filtratplatte (10) über einen Steg (15a) beabstandet zu der Aussenseite des Rahmens (11) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rahmen (11) und Anschwemmrohr (26) beidseitig des Stegs (15a) der Filtratplatte (10) jeweils ein Zwischenraum (24a, b) gebildet ist, in den der Abschnitt der benachbarten Unfiltratplatte (40) eingreift, in dem sich der Anschwemmverbindungskanal (50) befindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschwemmrohr (26) der Filtratplatte (10) an beiden Enden an der Aussenseite jeweils mindestens einen Dichtring (27a, b) trägt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand des Rahmens (11) der Filtratplatte (10) an der Aussenseite jeweils mindestens ein Dichtring (20a, b) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10, 40) über eine Gelenkkette (60) miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gelenkkette (60) Positionierelemente (64) angeordnet sind, die mit einem mit Aussparungen (71) versehenen Rechen (70) in der Ausschwemmposition der Platten (10, 40) zusammenwirken.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Tressegewebe (14) Aufreißelemente angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreißelemente aus Ankern (90) bestehen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Filtervorrichtung (80) eine Auffang- und Fördereinrichtung (81, 82) für verbrauchte Filtermittel angeordnet ist,
dass die Auffang- und Fördereinrichtung (81, 82) mit einer Regenerationseinrichtung (83, 85, 86) zur Aufbereitung des verbrauchten Filtermittels verbunden ist, und
dass die Regenerationseinrichtung (83, 85, 86) direkt oder indirekt über einen Vorratstank (84) an die Filtervorrichtung (80) angeschlossen ist.

18. Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten mittels Tiefenfiltration, bei dem in einer Filtrationskammer zur Herstellung eines Filterkuchens eine Anschwemmung mittels einer Filtermittel aufweisenden Suspension durchgeführt wird und anschließend das Unfiltrat durch den Filterkuchen filtriert wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Suspension drucklos in die Filtrationskammer eingeleitet wird, bis diese vollständig gefüllt ist, und
dass die Suspension anschließend noch vor Beginn der Filtration mechanisch unter Herausdrücken überschüssiger Flüssigkeit zur Bildung des Filterkuchens durch Verringern des Volumens der Filtrationskammer flächig verdichtet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 30% verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Filtermittel nach der Filtration regeneriert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration außerhalb der Filtervorrichtung durchgeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Filtermittel mit einer Lauge versetzt wird, dass das versetzte Filtermittel in die Filtervorrichtung eingeleitet und dass dort die Lauge ausgespült und eine Neutralisation durchgeführt wird.