DE102009034720B4 - Vorrichtung zum Filtern von Fluid-Feststoff-Gemischen - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Filtern von Fluid-Feststoff-Gemischen (10), vorzugsweise Suspensionen, mit einem entlang einer Achse (1) sich erstreckenden zumindest teilweisen zylindrischen Gehäuse (2), in dem Filterelemente (23) angeordnet sind, deren Filterflächen (24) vom Fluid-Feststoff-Gemisch (10) überströmt sind, und mit einem in das Gehäuse (2) mündenden Einlauf (11, 11') mit dem das Gehäuse (2) mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch (10) beschickbar ist und mit einem ersten aus dem Gehäuse (2) mündenden Auslauf für das Retentat und mit einem zweiten Auslauf (32) für den Abzug des Filtrats (33), dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (11, 11') einen tangential verlaufenden Einströmspalt (12, 12') umfasst, der sich über die axiale Länge des Gehäuses (2) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern von Fluid-Feststoff-Gemischen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Der Einsatzbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich über das gesamte Gebiet der Membranfiltration und deckt somit sowohl die Mikro-, als auch Ultra-, als auch Nanofiltration ab. Sogar im Bereich der Umkehrosmose ist die Umsetzung der Erfindung möglich.
  • Das Grundprinzip der Filtration besteht darin, das zu filtrierende Fluid-Feststoff-Gemisch an einer Filterfläche vorbei zu führen, deren Öffnungen bzw. Poren so auf das Fluid-Feststoff-Gemisch abgestimmt sind, dass zumindest eine Komponente aus dem Gemisch die Filterfläche ungehindert durchströmen kann, während die übrigen Komponenten von der Filterfläche zurückgehalten werden. Triebkraft für die Durchströmung der Filterfläche ist die Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor der Filterfläche und dem Bereich dahinter.
  • Bei der statischen Filtration wird das zu filtrierende Fluid-Feststoff-Gemisch unter Druck in den Filterbereich vor der Filterfläche geführt, von wo es infolge des Transmembrandrucks als Permeat den Filter passiert. Dabei sammeln sich größere Partikel auf der Filterfläche an und bilden einen Filterkuchen. Dieser Vorgang wird auch als Deckschichtbildung oder Verblockung bezeichnet. Die Folge ist eine verminderte Filterleistung, die zwar in einem gewissen Rahmen durch eine Erhöhung des Transmembrandrucks ausgeglichen werden kann. Der maximal aufbringbare Druck ist allerdings von der Art des zu filtrierenden Gemisches sowie der mechanischen Festigkeit des Filters begrenzt.
  • Sinkt die Filterleistung infolge Deckschichtbildung unter einen bestimmten Grenzwert, müssen statische Filter in regelmäßigen Intervallen durch Rückspülung und/oder Säuberung der Filterflächen von Verblockungen befreit werden. Das wirkt sich infolge der Unterbrechung des Filtrationsbetriebs nachteilig aus und treibt die Betriebskosten durch den damit verbundenen Wartungsaufwand in die Höhe.
  • Um die Verblockungsneigung zu verringern, ist als Cross-Flow-Filtration auch schon bekannt, auf der Druckseite eine Überströmung parallel zu den Filterflächen zu erzeugen. Dabei wirken parallel zu den Filterflächen gerichtete Scherkräfte, die die an den Filterflächen anhaftenden Partikel ganz oder wenigstens teilweise loslösen. Der Vorteil der Cross-Flow-Filtration liegt vor allem in den längeren Standzeiten der Filterelemente. Als Nachteil erweisen sich jedoch die großen Volumina des Fluid-Feststoff-Gemisches, die zur Erzeugung der Überströmung im Kreislauf gepumpt werden müssen und so einen hohen Energiebedarf verursachen.
  • Eine Weiterentwicklung bekannter Filtersysteme stellt die dynamische Filtration dar, bei der eine Überströmung der Filterflächen durch eine Bewegung des Filters gegenüber dem zu filtrierenden Gemisch erzielt wird. Dies kann beispielsweise durch Rotation von Filterelementen innerhalb des Filtergehäuses erreicht werden. Dadurch ist es möglich, mit geringem Transmembrandruck und geringer Pumpenleistung eine ausreichend starke Überströmung der Filterflächen zu schaffen, um diese weitgehend frei von Verblockung zu halten. Allerdings bedingt der rotierende Mechanismus eine aufwändige und damit teure Konstruktion der Filtervorrichtung. Zudem stellen die notwendigen und mit Druck beaufschlagten Dichtungen gegenüber bewegten Maschinenteilen eine latente Schwachstelle im konstruktiven System dar.
  • Eine demgegenüber erhebliche Verbesserung hinsichtlich der Betriebskosten und Betriebssicherheit sowie des notwendigen Energiebedarfs und der Filterleistung bringt die in der DE 10 2005 027 509 A1 beschriebene Filtervorrichtung. Dort wird der Effekt ausgenutzt, dass bei tangentialer Beschickung eines zylindrischen Filtergehäuses im umfangsnahen Bereich ein Primärwirbel entsteht, der im axialen Kernbereich in einen Sekundärwirbel übergeht. Der Sekundärwirbel besitzt eine gegenüber dem Primärwirbel entgegengesetzte axiale Fließkomponente und infolge des geringeren Strömungsradius eine größere Strömungsgeschwindigkeit. Eine Anordnung der Filterflächen in der daraus resultierenden Wirbelzone wirkt einer Verblockungsneigung der Filterflächen entgegen, so dass ohne Einsatz bewegter Teile wie bei der dynamischen Filtration und mit geringerem Druck als bei der konventionellen Cross-Flow-Filtration hohe Filterleistungen, das heißt hohe Fluxraten erreichbar sind. Dokument DE 10 2005 027 509 A1 , dessen Inhalt durch Bezugnahme als mit offenbart anzusehen ist, bildet für vorliegende Erfindung den nächstliegenden Stand der Technik.
  • Aus der EP 0 002 422 A1 ist eine Vorrichtung zur Querstromfiltration mit überströmbaren Flachfiltern bekannt, bei der ein parallel zum Filtratsammelrohr verlaufendes Einspeis- und ein Abflussrohr mit je einer Öffnung pro Filterelement dafür sorgen, dass die zu filtrierende Flüssigkeit tangential eingespeist wird. Dieses Einspeisrohr verläuft über die ganze axiale Länge des zylindrischen Filtrationsbehälters und weist Austrittsöffnungen in tangentialer Richtung auf.
  • Einen ähnlichen Aufbau zeigt die DD 114 205 A3 , bei der die tangentiale Dosierung der Suspension über einen Ringkanal und Einlauföffnungen je Filterebene erfolgt.
  • Aus der DE 103 05 320 B4 ist eine Filtervorrichtung bekannt, die über mehrere separate, über die Länge des zylindrischen Gehäuses verteilte, diskrete Tangentialzuführungen für die Suspension verfügt.
  • Weitere Filtervorrichtungen mit tangentialem Feedzulauf sind aus der DE 867 780 B , DE 10 2004 022 311 A1 und DE 10 2005 027 509 A1 bekannt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad bekannter Filtervorrichtungen weiter zu steigern.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Fluid-Feststoff-Gemisch nicht nur punktuell dem Filtergehäuse zuzuführen, sondern eine achsparallel zur Gehäuselängsachse verlaufende linienförmige Zuführung im Umfangsbereich des Gehäuses vorzusehen. Diese linienförmige Zuführung muss sich nicht notwendigerweise über die gesamte axiale Länge des Gehäuses erstrecken, was jedoch im Sinne einer möglichst wirkungsvollen Arbeitsweise wünschenswert ist.
  • Mit dieser Maßnahme stellt sich der Effekt ein, dass über die gesamte Länge des Einlaufs einheitliche Druckverhältnisse vorherrschen, die im umfangsnahen Bereich des Gehäuses zum Entstehen einer Wirbelströmung beitragen, die über die gesamte Gehäuselängserstreckung eine einheitliche Tangentialgeschwindigkeit besitzt. Die von der Strömung ausgeübte Reinigungskraft auf die Filterflächen ist somit über die gesamte Filterfläche einheitlich, mit dem Ergebnis, dass alle Filterflächen im Gehäuse in der Lage sind, das Fluid-Feststoff-Gemisch in gleich hohem Maße zu filtrieren.
  • In besonderem Maße kommt vorliegende Erfindung bei Filtervorrichtungen zum Tragen, wie sie in der DE 10 2005 027 509 A1 beschrieben sind, deren besondere Effizienz aus dem Zusammenwirken eines äußeren Primärwirbels und eines inneren Sekundärwirbels beruht. Durch Kombination einer solchen Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Einlauf wird erreicht, dass die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Primärwirbel und Sekundärwirbel über die gesamte axiale Länge der Vorrichtung im wesentlichen konstant bleibt, was zu einer über die Länge der Vorrichtung gleichmäßigen Ausbildung intensiver Turbulenzzonen an allen Filterflächen führt. Damit tragen alle Filterflächen gleichermaßen zu einer hohen Filtrationsleistung der Erfindung bei.
  • Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Einströmspalt durch ein zumindest im Bereich des Einlaufs spiralförmiges Gehäuse hergestellt ist, wobei die Gehäusewände eine tangentiale Überlappung aufweisen, was sich in zweierlei Hinsicht als vorteilhaft erweist. Zum einen kann der Einströmspalt durch Überlappung der Gehäusewände auf einfache Weise hergestellt werden. Zum anderen verhindert die spiralförmige Geometrie des Gehäuses Kollisionen der Zulaufströmung mit der Wirbelströmung im Gehäuse, so dass Druckverluste im Einlaufbereich nahezu eliminiert sind.
  • Zur gleichmäßigen Beschickung des Einströmspalts über seine gesamte axiale Länge dient in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein achsparallel verlaufendes Verteilerrohr mit ausreichend großem Strömungsquerschnitt. In einer einfachen Ausführungsform wird das Verteilerrohr nur von einem seiner Enden mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch beaufschlagt. Um Druckverluste bis zum anderen Ende des Verteilerrohrs auszugleichen, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, den Strömungswiderstand im Einströmspalt zur Kompensation der Druckverluste entsprechend zu reduzieren. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Maß der Überlappung und damit die tangentiale Länge des Einströmspalts im Bereich der Beaufschlagung des Verteilerrohrs maximal zu wählen und dann in Richtung des anderen Endes des Verteilerrohrs zu verringern.
  • Bei Ausführungsformen, die eine Beaufschlagung des Verteilerrohrs von dessen beiden Enden vorsehen, kann das Maß der Überlappung von einem maximalen Wert jeweils an den axialen Enden des Einströmspalts auf einen minimalen Wert auf mittlere Höhe des Einströmspalts abnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
  • 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der in
  • 2 dargestellten Linie I-I,
  • 2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie II-II,
  • 3 einen Teillängsschnitt durch die in 2 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie III-III,
  • 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 einen Teillängsschnitt durch die in 4 dargestellte Vorrichtung, und
  • 6 einen Querschnitt durch eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 1 bis 3 betreffen eine erste Ausführungsform der Erfindung, aus denen deren genauerer Aufbau ersichtlich ist. Man sieht eine Achse 1, entlang der ein Gehäuse 2 angeordnet ist, wobei die Gehäuselängsachse mit der Achse 1 zusammenfällt. Das Gehäuse 2 setzt sich im wesentlichen aus einem oberen zylindrischen Abschnitt 3 und einem kegelförmigen Abschnitt 4 zusammen. Der zylindrische Abschnitt 3 ist oben mittels eines Deckels 5 verschlossen, der im Bereich der Achse 1 eine konzentrische Öffnung 6 besitzt.
  • Die Öffnung 6 dient zur Durchführung eines zylindrischen Tauchrohres 7, das die Funktion einer Überlaufdüse ausübt. Durch geeignete Mittel, beispielsweise einem Gewinde, ist das Tauchrohr 7 in axialer Richtung gegenüber dem Deckel 5 verstellbar angeordnet. Der Abschnitt 4 des Gehäuses 2 verjüngt sich nach unten kegelförmig und besitzt in seinem Tiefpunkt einen rohrförmigen Feststoffabzug 8, in den ein Regulierorgan 9 integriert ist.
  • Zur Beschickung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Fluid-Feststoff-Gemisch 10 besitzt das Gehäuse 2 einen Einlauf 11, der im wesentlichen aus einem Einströmspalt 12 besteht, der sich über die gesamte axiale Länge des zylindrischen Gehäuseabschnitts 3 erstreckt und das Fluid-Feststoff-Gemisch 10 tangential in das Innere des Gehäuses 2 einleitet.
  • Ferner umfasst der Einlauf 11 ein achsparalleles Verteilerrohr 13 größeren Durchmessers, das zur Speisung des Einströmspalts 12 entlang seiner Mantellinie eine durchgehende Öffnung aufweist, über welche das Verteilerrohr 13 an den Einströmspalt 13 (2) angeschlossen ist. Im Verteilerrohr 13 erfolgt somit die axiale Zuführung des Fluid-Feststoff-Gemisches 10, das im Verteilerrohr 13 eine tangentiale Umlenkung in Richtung des Einströmspalts 12 erfährt und im weiteren in das Innere des Gehäuses 2 gelangt.
  • Wie vor allem aus 2 ersichtlich, ist zur Bildung des Einströmspalts 12 der zylindrische Gehäuseabschnitt 3 spiralförmig bezüglich der Achse 1 ausgebildet, das heißt der radiale Abstand der Gehäusewand zur Achse 1 nimmt in Umfangsrichtung kontinuierlich ab. Dadurch, dass sich die Gehäusewand über mehr als 360° erstreckt, überlappen sich die äußere Gehäusewand 14 und innere Gehäusewand 15 um ein Maß L (3), das der Länge des Einströmspalts 12 entspricht. Die innere Gehäusewand 15 endet mit der Kante 16, der radiale Abstand der äußeren Gehäusewand 14 zur inneren Gehäusewand 15 bestimmt die Breite des Einströmspalts 12.
  • Das Maß der Überlappung L definiert somit die Länge des Einströmspalts 12. Die Überlappung L kann dabei vom bezogen auf die Einströmrichtung im Verteilerrohr 13 ersten axialen Ende 18 des Einströmspalts 12 zum axial gegenüberliegenden zweiten Ende 19 kontinuierlich sein, das heißt der Einströmspalt 12 besitzt über seine axiale Erstreckung eine einheitliche Länge.
  • Im vorliegenden Beispiel ist jedoch ein Verlauf der Kante 16 entsprechend 3 realisiert. Man sieht eine maximale Überlappung 1 im Bereich des ersten Endes 18 des Einströmspalts 12 mit in Richtung des zweiten Endes 19 linear abnehmendem Verlauf, beispielsweise derart, dass die Länge des Einströmspalts 12 am zweiten Ende 19 nur noch halb so groß ist wie die Überlappung im Bereich des ersten Endes 18.
  • Der Verlauf der Kante 16 muss nicht linear sein, sondern kann ebenso progressiv oder degressiv abnehmen. Ziel einer sich ändernden Spaltlänge ist es, Druckverluste im Verteilerrohr 13 zwischen dem ersten Ende 18 und zweiten Ende 19 durch eine kürzere Spaltlänge zu kompensieren, so dass das Fluid-Feststoff-Gemisch 10 über die gesamte axiale Länge des Einlaufs 11 mit einheitlicher Geschwindigkeit in das Gehäuse 2 strömt.
  • Der zylindrische Gehäuseabschnitt 3 dient zur Aufnahme einer Filtereinheit 22, die im wesentlichen eine Vielzahl ringscheibenförmiger Filterelemente 23 umfasst. Die Filterelemente 23 bestehen im wesentlichen aus einer doppelwandig ausgebildeten Ringscheibe, die im Inneren einen Filtratraum 26 beherbergt. Zumindest eine Seite, bevorzugterweise sowohl die Ober- als auch Unterseite der Filterelemente 23 sind permeabel und bilden somit Filterflächen 24 aus. Im Zentrum der Filterelemente 23 sieht man eine zentrale kreisförmige Öffnung 25. Dadurch weist jedes ringscheibenförmige Filterelement 23 einen äußeren Rand 27 und einen inneren Rand 28 auf, welche den Filtratraum 26 in radialer Richtung abdichten und begrenzen. Die Filterelemente 23 besitzen ferner drei exzentrisch in den Filterflächen 24 angeordnete Öffnungen 29, welche das Filterelement 23 durchdringen und zu deren Rand hin der Filtratraum 26 offen ist.
  • Eine Vielzahl solcher Filterelemente 23 ist zu einem Filterpaket zusammengefasst und in das Gehäuse 2 eingesetzt. Dabei nehmen die Filterelemente 23 eine koaxial zur Achse 1 liegende Position ein, bei der sie unter Einhaltung eines radialen Abstandes zur inneren Wandung des Gehäuses 2 planparallel und in gegenseitigem axialem Abstand übereinander liegen. Die Fixierung der Filterelemente 23 im Gehäuse 2 in dieser Position geschieht über stabförmige Halter 30, die sich innerhalb der exzentrischen Öffnungen 29 durch alle Filterelemente 23 bis über den Deckel 5 des Gehäuses 2 hinaus erstrecken.
  • Der radiale Wandabstand der Filterelemente 23 zum Gehäuse 2 ist unter anderem vom Durchmesser der Filterelemente 23 und dem Volumendurchsatz der Vorrichtung abhängig. Ohne sich darauf einzuschränken, hat sich im Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein radialer Abstand im Bereich von 5 mm bis 30 mm bewährt, vorzugsweise von etwa 15 mm.
  • Zwischen den einzelnen Filterelementen 23 sowie dem obersten Filterelement 23 und dem Deckel 5 sind die exzentrischen Öffnungen 29 umlaufende Abstandshalter 31 zwischengeschaltet, die gleichzeitig eine abdichtende Funktion gegenüber den Filterelementen 23 ausüben. Auf diese Weise entsteht im Bereich der exzentrischen Öffnungen 29 mit der Achse 1 achsparallele Filtratkanäle 32, gebildet von den Abstandshaltern 31 und den Öffnungen 29 in den Filterelementen 23. Die Filtratkanäle 32 münden im Bereich des Deckels 5 aus dem Gehäuse 2 und leiten das Filtrat (Pfeil 33) in einen nicht weiter dargestellten Sammelbehälter.
  • Wie aus 1 ersichtlich, ist das Tauchrohr 7 so weit in das Gehäuse 2 axial eingeschoben, dass das untere Ende des Tauchrohrs 7 mit der Oberseite des obersten Filterelements 23 bündig abschließt. Dadurch kann das Fluid-Feststoff-Gemisch 10 nicht direkt vom Einlauf 11 in die vom Tauchrohr 7 gebildete Oberlaufdüse gelangen.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erklärt sich wie folgt. Über den Einlauf 11, das heißt das Verteilerrohr 13 und den Einströmspalt 12, wird das Gehäuse 2 über die gesamte axiale Länge des zylindrischen Gehäuseabschnitts 3 einheitlich mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch 10 beaufschlagt. Durch die tangentiale Einströmrichtung in das Gehäuseinnere wird dabei im umfangsnahen Bereich des Gehäuses 2 eine zirkulierende Strömung initiiert, die im weiteren als Primärwirbel bezeichnet wird. Der Primärwirbel besitzt aufgrund der Längserstreckung des Einlaufs 11 über den zylindrischen Gehäuseabschnitt 3 eine über diesen Längsabschnitt einheitliche tangentiale Bewegungskomponente.
  • Hingegen bildet sich im Kernbereich um die Achse 1 ein Sekundärwirbel mit im Vergleich zum Primärwirbel gleichbleibendem Drehsinn, jedoch höherer Geschwindigkeit und einer axialen Bewegungskomponente, die zu einer Wirbelströmung innerhalb der zentrischen Öffnungen 15 in Richtung der Überlaufdüse in Form des Tauchrohrs 7 führt, die als aufkonzentriertes Fluid-Feststoff-Gemisch 36 das Gehäuse 2 verlässt. Primärwirbel und Sekundärwirbel stellen somit Potentialwirbel mit unterschiedlichen tangentialen und axialen Strömungsgeschwindigkeiten dar, was zur Ausbildung von Turbulenzzonen führt.
  • Schwerere, im Fluid-Feststoff-Gemisch 10 enthaltene Partikel werden infolge der im Primärwirbel vorherrschenden Zentrifugalkräfte radial nach außen getragen, wo sie an der Innenwandung des Gehäuses 2 langsam nach unten absinken und in den kegelförmigen Gehäuseabschnitt 4 gelangen. Über den Feststoffabzug 8 werden diese Feststoffpartikel kontinuierlich oder zyklisch aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfernt. Leichtere Partikelteilchen können in den Sekundärwirbel gelangen, mit dem sie das Gehäuse 2 über das Tauchrohr 7 wieder verlassen. Ein Teil dieser Partikel wird aber infolge der im Sekundärwirbel vorherrschenden Zentrifugalkräfte in den Hohlraum zwischen den einzelnen Filterelementen 13 nach außen getragen und gelangt dabei in den Bereich des Primärwirbels. Die damit einhergehende radiale Beschleunigung der Partikel genügt, damit auch diese bis zur Innenwandung des Gehäuses 2 gelangen, wo sie schwerkraftbedingt nach unten in den Feststoffabzug 8 sinken.
  • Infolge des Drucks, mit dem das Fluid-Feststoff-Gemisch 10 in das Gehäuse 2 eingeleitet wird, entsteht ein Druckgefälle gegenüber den Filtraträumen 26 der Filterelemente 23. Dieses Druckgefälle, auch als Transmembrandruck bezeichnet, bewirkt ein Eindringen des Filtrats 33 über die Filterflächen 24 in den Filtratraum 26, wo es aber die Filtratkanäle 32 aus dem Gehäuse 2 geführt wird. Der damit einhergehenden Neigung zur Deckschichtbildung auf den Filterflächen 24 wird durch die hochturbulenten Strömungsverhältnisse im Übergangsbereich zwischen dem Primärwirbel und Sekundärwirbel entgegen gewirkt. Die dabei auftretenden Scherkräfte lösen Partikel von den Filterflächen 24. Unterstützt wird dieser Effekt von den im Sekundärwirbel mitgeführten Feststoffpartikeln, die, wie oben beschrieben, fliehkraftbedingt radial nach außen getragen werden.
  • Die 4 und 5 zeigen eine Weiterbildung der in den 1 bis 3 beschriebenen Erfindung. Aus diesem Grund werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet und es wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf das dort Gesagte verwiesen.
  • Im Unterschied zu der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Weiterbildung gemäß 4 ein Gehäuse 2 mit nur zylindrischem Abschnitt 3 auf. Das Gehäuse 2 ist liegend angeordnet, also mit horizontaler Achse 1, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Der Zufluss zum Verteilerrohr 13 erfolgt nicht nur auf einer Seite, sondern sowohl am ersten Ende 18 des Einströmspalts 12 als auch zweiten Ende 19. Dadurch werden Druckverluste im Verteilerrohr 13 reduziert.
  • Den sich daraus ergebenden spezifischen Druckverhältnissen wird durch eine Ausbildung des Einlaufs 10 mit einem Einströmspalt 12' Rechnung getragen, bei dem die maximale Überlappung und damit maximale Spaltlänge sowohl am ersten Ende 18 als auch zweiten Ende 19 vorhanden ist und auf einen minimalen Wert auf halber Gehäuselänge zurück geht. Ein dementsprechender Verlauf der Kante 16 der inneren Wand 15 ist in 5 dargestellt.
  • Ein solcher Einlauf 11' kann beispielsweise mit einer Vorrichtung wie unter den 1 bis 3 beschrieben, also mit nur einer axialen Überlaufdüse zum Abzug des aufkonzentrierten Fluid-Feststoff-Gemischs, kombiniert sein. Die in 4 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist jedoch mit einem zweiten Tauchrohr 7' im Bereich des zweiten Endes 19 versehen, um eine zweite Überlaufdüse zu schaffen, so dass das aufkonzentrierte Gemisch an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses 2 abgezogen werden kann.
  • Ferner weist die in 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung eine Rückführung des aufkonzentrierten Fluid-Feststoff-Gemischs 36 aus den Überlaufdüsen in den Einlauf 10' vor. Zu diesem Zweck sind die Tauchrohre 7, 7' jeweils über eine Leitung 37 mit dem Einlauf 10' verbunden. Eine in diesen Kreislauf zwischengeschaltete Pumpe 38 sorgt für den notwendigen Druck zur Beschickung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zum Ausgleich des Verlustes an dem Fluid-Feststoff-Gemischs durch die Menge des abgezogenen Filtrats 33 ist eine weitere Leitung 39 an die Leitung 37 angeschlossen, über die neues zu filtrierendes Fluid-Feststoff-Gemisch von der Pumpe 40 in den Kreislauf und damit den Einlauf 10' gepumpt wird.
  • 6 zeigt schließlich eine Ausführungsform der Erfindung, die auch mit den zuvor erwähnten Ausführungsformen kombiniert werden kann. Vor allem bei Gehäusen 2 mit größerem Durchmesser können zwei oder mehr erfindungsgemäße Einläufe 11 gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilt vorgesehen sein, um die äußere Wirbelströmung durch ausreichende Zufuhr von Fluid-Feststoff-Gemisch 10 zu stützen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch solche Vorrichtungen, bei denen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen untereinander kombiniert sind. Beispielsweise kann die unter 4 beschriebene Kreisströmung des Fluid-Feststoff-Gemischs auch bei der Ausführungsform entsprechend den 1 bis 3 verwirklicht sein.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Filtern von Fluid-Feststoff-Gemischen (10), vorzugsweise Suspensionen, mit einem entlang einer Achse (1) sich erstreckenden zumindest teilweisen zylindrischen Gehäuse (2), in dem Filterelemente (23) angeordnet sind, deren Filterflächen (24) vom Fluid-Feststoff-Gemisch (10) überströmt sind, und mit einem in das Gehäuse (2) mündenden Einlauf (11, 11') mit dem das Gehäuse (2) mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch (10) beschickbar ist und mit einem ersten aus dem Gehäuse (2) mündenden Auslauf für das Retentat und mit einem zweiten Auslauf (32) für den Abzug des Filtrats (33), dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (11, 11') einen tangential verlaufenden Einströmspalt (12, 12') umfasst, der sich über die axiale Länge des Gehäuses (2) erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Querschnitt zumindest im Bereich des Einströmspalts (12, 12'), vorzugsweise über den gesamten Umfang, spiralförmig ausgebildet ist und der Einströmspalt (12, 12') durch tangentiale Überlappung L der Gehäusewand (14, 15) gebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Überlappung L über die gesamte axiale Länge des Einströmspalts (12, 12') konstant ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Überlappung L ausgehend vom ersten stirnseitigen Ende (18) des Gehäuses (2) in Richtung des gegenüberliegenden zweiten stirnseitigen Endes (19) des Gehäuses (2) abnimmt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Überlappung L ausgehend von beiden stirnseitigen Enden (18, 19) des Gehäuses (2) zur Mitte abnimmt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Überlappung L 150 mm, vorzugsweise 60 mm beträgt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Überlappung L 20 mm beträgt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite des Einströmspalts (12, 12') maximal 20 mm beträgt, vorzugsweise 8 mm.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einströmspalt (12, 12') zur Beschickung mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch (10) unmittelbar ein axial verlaufendes Verteilerrohr (13) vorgeschaltet ist, aus dem der Einströmspalt (12, 12') über seine gesamte axiale Länge gespeist wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerrohr (13) von einem Ende oder beiden Enden mit dem Fluid-Feststoff-Gemisch (10) beaufschlagt ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an einem stirnseitigen Ende oder beiden stirnseitigen Enden einen zur Achse (1) koaxialen Auslauf (7) für das aufkonzentrierte Retentat (36) besitzt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterflächen (24) der Filterelemente (23) unter Einhaltung eines radialen Abstandes um die Achse (1) angeordnet sind, so dass sich ein freier axialer Kernbereich ergibt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterflächen (24) der Filterelemente (23) in Radialebenen zur Achse (1) angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (23) ringscheibenförmige Gestalt besitzen, koaxial zur Achse (1) und planparallel mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.
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