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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter zur Filtration von Fluiden, insbesondere von Bier. Zudem betrifft die Erfindung eine Filterschicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Am Ende des Reifungsprozesses weist Bier eine Vielzahl an Hefe- und Trübungspartikeln auf, die insbesondere zum Zwecke der Verbrauchererwartungen (z. B. Glanzfeinheit) und der Haltbarmachung durch eine Filtration zu entfernen sind. Hierzu wird das trübe Bier, d. h. das Unfiltrat, mittels einer Filtervorrichtung in ein blankes Filtrat und einen zurückbleibenden Filterrückstand (Filterkuchen) getrennt.
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Beispielsweise werden Anschwemmkerzenfilter für die Filtration des trüben Bieres verwendet. In dem Filterkessel des Anschwemmkerzenfilters befinden sich Filterkerzen, die beispielsweise hängend an einer Kopfplatte oder an einem Register befestigt sind. Die Filterkerzen besitzen im Allgemeinen einen Filterkörper, der zum Beispiel einen gewundenen Draht aufweist, wobei Spalte zwischen den Drahtwindungen als Durchlässe für das zu filtrierende Medium dienen. Der gewundene Draht ist entweder selbsttragend oder wird durch einen mit dem gewundenen Draht in Verbindung stehenden Träger gehalten. Zur Filtration werden dem zu filtrierenden Bier Filterhilfsmittel zugesetzt. Die Filterhilfsmittel werden bei Beginn des Filtervorganges an der Außenfläche des Filterkörpers angeschwemmt, so dass eine Anschwemmschicht bestehend aus einer Voranschwemmschicht und einer Sicherheitsschicht ausgebildet wird, die als Filterschicht dient. Während des Filtrationsvorganges wird dem zu filtrierenden Bier regelmäßig Filterhilfsmittel zudosiert, dies wird als laufende Dosage bezeichnet. Wichtigstes Filterhilfsmittel für die Filtration von Bier ist kalzinierte Kieselgur. Kalzinierte Kieselgur enthält jedoch Cristobalit. Das Einatmen von Cristobalit kann zur Staublunge führen. Auch ist Cristobalit in Staubform als krebserzeugender Stoff klassifiziert. Das Hantieren mit Kieselgurstaub muss daher unter Befolgung strenger und aufwändiger Sicherheitsmaßnahmen erfolgen. Zudem wird Kieselgur vor allem durch die Entsorgung zu einem relativ teuren Filterhilfsmittel, da der bei der Filtration entstehende Kieselgurschlamm als Sondermüll entsorgt werden muss.
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Andere Stoffe als Filterhilfsmittel werden in der
EP 1 243 302 B1 genannt. Insbesondere gab es Versuche, Zellulose als Filterhilfsmittel zu verwenden. In der
DE 10 2004 062 617 A1 wird eine handelsübliche natürliche Zellulosefaser beschrieben, die zur Filtration verwendet wurde. Die Form der eingesetzten Zellulose ist allerdings eine natürlich belassene lediglich gereinigte Faser. Die natürlichen Zellulosefasern sind üblicherweise flache Hohlfasern. Im trockenen Zustand sind diese Fasern bändchenförmig und teils verdrillt. Typische Fasern dieser Art sind z B. auch Baumwollfasern für den Textilbereich oder Zellstofffasern für die Papierherstellung. Die Klärwirkung und die Wirtschaftlichkeit dieser Zellulose waren jedoch nicht zufriedenstellend. Zudem konnte keine genügende Anpassungsfähigkeit an verschiedene Unfiltrate, insbesondere unterschiedliche Bierqualitäten, erreicht werden. Weiterhin wurde mit Crosspure, einer regenerierbaren Kombination aus Filterhilfsmittel und gerbstoffseitigem Stabilisierungsmittel, experimentiert. Neben einer sehr hohen Rüstzeit und schlechten Anpassfähigkeit an das Unfiltrat sind auch die hohen Kosten nachteilig.
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Es liegt somit der vorliegenden Erfindung eine Aufgabe dahingehend zugrunde, ein zu Kieselgur alternatives Filterhilfsmittel bereitzustellen, das ähnlich gute Filtriereigenschaften aufweist, jedoch gesundheitlich unbedenklich und kostengünstig herzustellen ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Filterhilfsmittel, das zellulosische Regeneratfasern umfasst, gelöst. Hierbei handelt es sich um Fasern, die aus natürlich vorkommender Zellulose über gezielte physikalische und chemische Modifikationsprozesse hergestellt werden und sich somit maßgeblich von den oben beschrieben natürlichen Zellulosefasern unterscheiden. Wie hier verwendet können mit dem Begriff „zellulosische Regeneratfasern“ Fasern bezeichnet sein, die bis auf Unreinheiten, beispielsweise geringste Mengen an Hemizellulosen und Restlignin, vollständig aus Zellulose bestehen. Somit können die zellulosische Regeneratfasern über 98 %, insbesondere über 99 % bzw. über 99,5 %, Zellulose, insbesondere α-Zellulose, enthalten. Insbesondere können die zellulosische Regeneratfasern Viskosefasern, Modalfasern oder Lyocell-Fasern sein.
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Die Viskosefasern können Fasern im Titerbereich von 0,1 bis 30 dtex und mit einer Länge von weniger als 20 mm umfassen.
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Insbesondere wird also ein Filterhilfsmittel bereitgestellt, das Regeneratfasern umfasst, die ausschließlich aus Viskose bestehen. Hier und im Weiteren umfasst der Begriff Filterhilfsmittel sowohl Hilfsmittel zum Filtrieren als auch Hilfsmittel zum Stabilisieren eines Fluids. Das Filterhilfsmittel kann weitere Materialien, beispielsweise weitere Fasern, umfassen oder vollständig aus den zellulosischen Regeneratfasern bestehen. Der Anteil der zellulosischen Regeneratfasern an dem Filterhilfsmittel kann 1 % bis 100 %, insbesondere 20 % bis 100 % und weiterhin inbesondere 50 % bis 100 % betragen. Für die Filtration bildet sich aus den angeschwemmten Fasern ein Filterkuchen mit einer sekundären Struktur aus den Fasern aus.
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Beispielsweise können die zellulosischen Regeneratfasern als Filterhilfsmittel für Anschwemmkerzenfilter, Anschwemmscheibenfilter, Anschwemmrahmenfilter oder Anschwemmplattenfilter zur Filtration oder Stabilisierung von Getränken, beispielsweise zur Bierfiltration oder -stabilisierung, verwendet werden. Die Platten, Scheiben, Kerzen oder Rahmen können dabei horizontal oder auch vertikal angeordnet sein. Zudem ist denkbar, dass die zellulosischen Regeneratfasern direkt in die Schichten bzw. Platten eingearbeitet werden, in diesem Fall ist der Filterkörper die Filterschicht, als Beispiel ist hierzu ein Schichtenfilter zu nennen. Neben Getränken, welche neben Bier z B. auch Säfte, Tee, Spirituosen oder Wein sein können, ist auch eine Filtration von (Speise-)Ölen denkbar.
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Wenn es sich um einen Anschwemmfilter handelt, dann ist mit der Filterschicht die Anschwemmschicht gemeint, sprich die Schicht, welche durch das Filterhilfsmittel an dem Filterkörper ausgebildet ist.
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Experimente haben gezeigt, das mithilfe von zellulosischen Regeneratfasern, insbesondere Viskosefasern, eine effiziente Bierfiltration möglich ist, wobei die zellulosischen Regeneratfasern insbesondere anstelle von Kieselgur zur Filtration mithilfe herkömmlicher Anschwemmfilter verwendet werden können. Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass Viskosefasern eine gute Filtrierung von Bier verschiedener Arten erlauben. Die Verwendung von Zellulose ist kostengünstig und gesundheitlich unbedenklich. Außerdem haben zellulosische Regeneratfasern den Vorteil, dass sie hinsichtlich ihrer Form, ihres Querschnitts und ihrer Länge sowie Porengröße beliebig variiert werden können, und so neben einem hohen Klärgrad eine hohe Anpassungsfähigkeit an das jeweilige zu filtrierende Bier bzw. die Bierart bereitgestellt werden kann. Jahrgangsbedingte Schwankungen der Qualität von Rohstoffen und daraus hergestelltem Bier können so leicht ausgeglichen werden. Die Entsorgung des Filterkuchens kann unbedenklich als normaler Hausmüll erfolgen.
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Es ist jedoch prinzipiell auch möglich, dass das Filterhilfsmittel nicht nur zellulosische Regeneratfasern umfasst, sondern beispielsweise auch einen gewissen Anteil an Kieselgur aufweist.
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Es wird zudem ein Verfahren zum Filtrieren oder Stabilisieren eines Fluids (z. B. ein trübes, sprich unfiltriertes Bier oder mit anderen Worten ein Unfiltrat) mit den Schritten des Bereitstellens eines Anschwemmfilters, Anschwemmens von zellulosischen Regeneratfasern als Filterhilfsmittel an ein Filtermittel (einen Filterkörper) des Anschwemmfilters zum Bilden einer Anschwemmfilterschicht und Leiten des Fluids durch die gebildete Anschwemmfilterschicht bereitgestellt. Bei dem Fluid kann es sich um trübes oder nicht stabilisiertes Bier, um Wein oder Fruchtsaft (z B. Apfelsaft) handeln. Die zellulosischen Regeneratfasern können wie oben beschrieben beschaffen sein. Das Filtrieren des Fluids (z. B. trübes Bier) kann ein Versetzen des Fluids mit zellulosischen Regeneratfasern umfassen. Während des Vorgangs der Filtration kann die Dosage angepasst werden.
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Weiterhin werden Filterschichten oder Filterplatten mit zellulosischen Regeneratfasern zur Verwendung in Kerzen-, Schichten-, Rahmen- oder Plattenfiltern, die keine Anschwemmfilter sind, zum Filtrieren von Getränken, wie Bier, bereitgestellt. Die zellulosischen Regeneratfasern können wie oben beschrieben beschaffen sein. Die Filterschicht kann in Form eines Kissens, einer Kerze, einer Platte oder eines Kuchens mit einer fluiddurchlässigen Hülle, in der sich die zellulosischen Regeneratfasern befinden, ausgebildet sein. Die zellulosischen Regeneratfasern können insbesondere locker im Kissen oder in Platten angeordnet sein, also nicht durch ein Bindemittel miteinander verbunden.
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Ebenso wird ein entsprechender Kerzen-, Schichten-, Rahmen- oder Plattenfilter mit einer Mehrzahl von diesen Filterschichten bzw. -platten bereitgestellt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei der Filterschichten unterschiedliche (beispielsweise in Art, Form, Größe, Porengröße, etc.) zellulosischen Regeneratfasern aufweisen. Beispielsweise kann eine erste Filterschicht hydrophobe und eine zweite Filterschicht, die der ersten Filterschicht benachbart ist, hydrophile zellulosischen Regeneratfasern aufweisen. Insbesondere können abwechselnd hydrophile und hydrophobe zellulosische Regeneratfasern aufweisende Filterschichten vorgesehen sein. Gemäß einer Weiterbildung ist eine Anzahl (eine oder mehrere) von ersten Filterschichten mit zellulosischen Regeneratfasern zum Ausfiltern von Partikeln einer ersten durchschnittlichen Größe ausgebildet, während eine Anzahl (eine oder mehrere) von zweiten Filterschichten mit zellulosischen Regeneratfasern zum Ausfiltern von Partikeln einer zweiten durchschnittlichen Größe, die von der ersten durchschnittlichen Größe verschieden ist, ausgebildet ist. Die Kombination von hydrophilen und hydrophoben Schichten soll zudem eine Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit durch die Schichten ermöglichen, um optimierte Filtrationsergebnisse erreichen zu können.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verwendung von zellulosischen Regeneratfasern als Filterhilfsmittel in einem Anschwemmfilter bzw. als Filterschichten in einem Schichtenfilter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind in der Erfindung eingeschlossen.
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1 zeigt einen Anschwemmkerzenfilter, in dem das erfindungsgemäße Filterhilfsmittel eingesetzt werden kann.
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2 zeigt einen horizontalen Filter für Filterschichten aus zellulosischen Regeneratfasern.
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In 1 wird ein Anschwemmkerzenfilter 1 gezeigt, in dem das erfindungsgemäße Filterhilfsmittel mit zellulosischen Regeneratfasern eingesetzt werden kann. Der Anschwemmfilter 1 umfasst einen Filterkessel 12, der einen Unfiltratraum 5 aufweist. Filterkerzen 10 sind als Filtermittel vertikal in dem Unfiltratraum 5 angeordnet. Die im Wesentlichen hohlzylindrischen Filterkerzen 10 weisen ein nicht näher gezeigtes hohlzylinderförmiges Filterelement mit entsprechenden Fluiddurchlässen auf. Das Filterelement kann beispielsweise aus einem spiralförmig gewundenen Draht bestehen.
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Der Filterkessel 12 weist weiter einen Zulauf 2 für das Unfiltrat auf, wobei die Menge des Unfiltrats, beispielsweise über ein Regelventil 9 eingestellt werden kann. Weiter weist der Filterkessel einen Ablauf 4 für einen Teil des Unfiltrats aus dem Unfiltratraum 5 auf. Der Ablauf 4 für das Unfiltrat ist mengenmäßig über eine entsprechende Einrichtung, hier z. B. das Regelventil 7, regulierbar. Der Ablauf 4 kann insbesondere mithilfe einer nicht dargestellten Bypass-Leitung mit dem Zulauf 2 für das Unfiltrat verbunden sein.
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Die Filterkerzen 10 münden in ein Register 13, über welches das Filtrat aus den Filterkerzen 10 abgeleitet werden kann. Dabei werden die Filterelementabläufe der Filterkerzen 10 über Rohrsysteme zusammengefasst und separat abgeführt. Das Register 13 stellt somit den Ablauf 3 für das Filtrat zur Verfügung, wobei die Ablaufmenge über eine Einrichtung, wie z. B. das Regelventil 8 eingestellt werden kann.
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Im Betrieb des Anschwemmfilters 1 wird Unfiltrat über den Zulauf 2 in den Unfiltratraum 5 eingeleitet, wobei dem Unfiltrat ein Filterhilfsmittel mit zellulosischen Regeneratfasern, beispielsweise Viskosefasern, zugesetzt wurde. Die Anschwemmschicht 11 an der Oberfläche der Filterkerzen 10 wird vor der Filtration erzeugt und wird während der Filtration durch Zugabe von Filterhilfsmittel permanent aufrecht erhalten. Vor der eigentlichen Filtration bzw. Stabilisierung kann die Grundanschwemmung auch insbesondere mit entgastem Wasser oder filtriertem Bier zum Aufbau einer Voranschwemmschicht erfolgen. Dadurch, dass mit Hilfe des Ablaufs 4 eine definierte Unfiltratströmung in Richtung des Ablaufs 4 erzeugt wird, wie durch die Pfeile dargestellt ist, wird eine gleichmäßige Anschwemmung des Filterhilfsmittels mit zellulosischen Regeneratfasern erreicht. Natürlich können auch mehrere Abläufe über den Umfang verteilt vorhanden sein, die dann beispielsweise in eine gemeinsame Sammelleitung münden. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Strömung weiter verbessert.
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Das nicht über den Ablauf 4 ausgeleitete Unfiltrat tritt durch die Fluiddurchlässe der Filterkerzen 10 in die Filterkerzen ein und wird gefiltert. Es gelangt dann durch die Filterkerzen 10 nach oben in ein Register 13, von wo es dann über den Ablauf 3 abfließen kann. Alternativ zu einem Register wäre auch eine Zuführung in einen Filtratraum denkbar, von wo es dann dem Ablauf 3 zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß werden zellulosische Regeneratfasern als Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter verwendet. Diese zellulosischen Regeneratfasern bestehen mit Ausnahme von geringfügigen Verunreinigungen aus Zellulose. Die zellulosischen Regeneratfasern können mit Ausnahme von Verunreinigungen aus α-, β- und γ-Zellulose bestehen. Sie können hierbei im Wesentlichen oder ausschließlich mit Ausnahme von Verunreinigungen aus α-Zellulose bestehen. Die zellulosischen Regeneratfasern sind von natürlichen Zellstofffasern und Zellulosefasern zu unterscheiden. Letztere weisen typischerweise Zellulose als Hauptbestandteil auf, sind aber nicht mit zellulosischen Regeneratfasern gleichzusetzen. Zellstoff, als technischer Begriff verwendet, besteht vielmehr neben Zellulose noch aus Restlignin und Polyosen (und ggf. weiteren organischen Stoffen). Die zellulosischen Regeneratfasern können hingegen zu über 98 %, insbesondere zu über 99 % aus α-Zellulose bestehen. Zudem werden Regeneratfasern durch gezielte Modifikation natürlicher Rohstoffe erzeugt.
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Die zellulosischen Regeneratfasern lassen sich insbesondere in Viskosefasern, Modalfasern und Lyocell-Fasern unterscheiden und können in unterschiedlichen Durchmessern, Längen, Querschnittsformen und Oberflächenstrukturen, in staubartiger, körniger Form oder Granulatform bereitgestellt werden. Die Viskosefasern können durch bekannte Viskoseverfahren gesponnen worden sein. Die Modalfasern weisen eine höhere Festigkeit verglichen mit Viskosefasern auf. Lyocell-Fasern werden durch einen Spinnprozess gewonnen, bei dem Zellstoff in N-Methylmorpholin-N-Oxid (NMMO) aufgelöst wird. Beispielsweise haben Versuche mit Viskosefasern gezeigt, dass diese Fasern zur Bierfiltration sehr geeignet sind.
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Die besondere Abgrenzung von Viskosefasern zu natürlichen Zellulosefasern ist wie folgt beschreibbar: Viskosefasern bestehen, wie natürliche Zellulosefasern zu 100 % aus Zellulose. Viskosefasern werden aus speziellen Zellstoffen (d. h. Zellstofffasern) hergestellt. Hierzu wird die Zellulose des Zellstoffs durch einen chemischen Prozess (Xanthogenat-Verfahren) in eine in Natronlauge lösliche Form überführt. Die gelöste Zellulose wird schließlich durch definierte Düsen (Spinnlöcher bzw. -kanäle) in ein Fällbad ausgesponnen. Es entsteht je Düsenloch ein endloser Zellulosefaden, der anschließend gestreckt, gewaschen, nachbehandelt, geschnitten und bei Bedarf getrocknet werden kann. Dadurch bestehen folgende Steuerungsmöglichkeiten der Fasereigenschaften direkt im Spinnprozess:
- (1) Definierte Einstellung des Faserdurchmessers.
- (2) Definierte Einstellung der Faserlänge.
- (3) Definierte Einstellung verschiedener Querschnittsformen.
- (4) Definierte Einstellung der Oberflächenstruktur.
- (5) Additivierung der Spinnmasse, so dass Additive homogen über den Querschnitt der Faser eingelagert werden können.
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Diese fünf Steuerungsmöglichkeiten sind bei natürlichen Zellulosefasern nicht möglich. Somit können Viskosefasern aus dem natürlichen Makromolekül („Polymer“) Zellulose extrem vielfältig maßgeschneidert und funktionalisiert werden.
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Beispiele hierfür sind die Viskosefasern der Firma Kelheim Fibres GmbH:
- • Viskosefaser-Danufil („rund“),
- • Viskosefaser-Viloft („flach“),
- • Viskosefaser-Galaxy („trilobal“),
- • Viskosefaser-Bellini („flach, glatte Oberfläche“)
- • Viskosefaser-Bramante („hohl“)
- • Viskosefaser-Poseidon („funktionalisierte Rundfaser: Ionenaustauscherfaser“)
- • Viskosefaser- Umberto („buchstabenförmig“)
- • Viskosefaser-Olea („hydrophob“)
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Filterhilfsmittel mit zellulosischen Regeneratfasern können auch für Anschwemmfilter verwendet werden, in denen Anschwemmschichten an gitterförmigen Filterböden gebildet werden. Ein Anschwemmfilter kann eine Mehrzahl an Gitterböden als Filtermittel umfassen, deren Gitteröffnungen unterschiedlich dimensioniert sein können. So können einige Gitterböden einer eher groben Filtration und andere Filterböden einer eher feinen Filtration mithilfe des Filterhilfsmittels dienen. Damit kann individuell die Filterwirkung eingestellt werden und besser an das jeweilige Unfiltrat angepasst werden (vgl. Filtration von Wasser durch Erdschichten).
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Ein Schichtenfilter 100 mit Filterschichten 110, 110’ mit zellulosischen Regeneratfasern ist in 2 gezeigt. Der Schichtenfilter 100 arbeitet nicht nach dem Anschwemmprinzip. Er umfasst ein Filtergestell 120 und Halterungen 130 für die Filterschichten 110, 110’. Im Betrieb wird der Schichtenfilter 100, wie durch den Pfeil angedeutet, von einem Unfiltrat, beispielsweise Bier, durchströmt. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die Filterschichten 110, 110’ in Form von Filterkissen ausgebildet. Die Filterkissen enthalten die zellulosischen Regeneratfasern Fasern ohne Bindemittel in einer fluiddurchlässigen Hülle. In dem gezeigten Beispiel sind abwechselnd Kissen mit verschiedenen zellulosischen Regeneratfasern, beispielsweise verschiedenen Viskosefasern, gezeigt. So können hydrophobe 110 und hydrophile 110’ Filterschichten abwechselnd vorgesehen sein. Alternativ könnte man auch Filterplatten verwenden. Ebenfalls ist es möglich den Unfiltratfluss umzukehren, sprich von unten nach oben zu führen.
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Die zellulosischen Regeneratfasern können in staubartiger, körniger Form oder Granulatform bereitgestellt werden. Außerdem können sie auch in bereits gequollenem Zustand bevorratet werden, so dass sie von einem Vorratstank aus direkt in den Anschwemmbereich eingeleitet werden, wenn der Filter nach dem Anschwemmprinzip betrieben wird. In einem alternativen Beispiel sind die Filterschichten in Form gepresster Filterplatten vorgesehen.
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Filterschichten, die beispielsweise in Kissenform auf Filterplatten aufgebracht sind, können mittels eines automatischen Wechselsystems (Handlingroboter) im verbrauchten Zustand mit frischen Filterschichten ausgetauscht und entsorgt werden. Hierdurch entfällt das manuelle Säubern der Böden und es können schnellere Wechselzeiten gegenüber herkömmlichen Filteraufbauten mit losem Filterhilfsmittel ohne Einsatz von Personal erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1243302 B1 [0004]
- DE 102004062617 A1 [0004]
