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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filterpressensystem mit mehreren Filterplatten.
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Solche Filterpressensysteme sind in mannigfaltigen Ausführungsformen bekannt, in der Regel werden mehrere Filterplatten in einer Filterpresse oder in einem Filterturm zusammengespannt, so dass zwischen den einzelnen Filterplatten jeweils eine Kammer, auch Filterkammer genannt, gebildet werden.
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Solche Filterpressen werden insbesondere im industriellen Bereich zur Trennung von festen und von flüssigen Bestandteilen eines zu filtrierenden Mediums verwendet. Der Einsatzbereich solcher Filterpressensysteme ist mannigfaltig, insbesondere werden solche Filterpressensysteme in der Lebensmittelindustrie oder auch in der Chemieindustrie, aber auch in anderen Bereichen, eingesetzt.
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Üblicherweise wird bei solchen Filterpressensystemen über einen Einlauf- und/oder Auslaufbereich eine Suspension in eine Kammer oder Filterkammer gedrückt, die Suspension wird dann üblicherweise durch ein auf der Membran und/oder auf einer Kammerplatte aufliegendes Filtertuch gefiltert, wobei die Feststoffe durch das Filtertuch in der Kammer beziehungsweise Filterkammer zurückgehalten werden, so dass ein sogenannter Filterkuchen entsteht. Das von den Festkörpern befreite Filtrat wird dabei aus dem System herausgeleitet.
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Die Membranen können beispielsweise mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, so dass sie sich von einem Randbereich der Kammer beziehungsweise Filterkammer in diese Filterkammer und auf einander zu erstrecken, so dass der Filterkuchen zusammengepresst und damit Feuchtigkeit entzogen wird. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass Filterpressen in unterschiedlichen Ausführungsformen und mit unterschiedlichen Varianten herstellbar sind.
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Die
WO 2017/059956 A1 offenbart eine Filterpresse zur Fest-Flüssig-Trennung von Suspensionen mit mehreren plattenförmigen Filterelementen, wobei eine solche Filterpresse ferner einen elektromagnetisch arbeitenden Sensor zum Bestimmen der Dielektrizitätskonstante umfasst. Ein solcher elektromagnetisch arbeitender Sensor umfasst zwei voneinander beabstandete Leiterelektroden, die durch die Presswand von dem Kuchenraum beabstandet sind, wobei der Sensor mit einer Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines Wassergehaltswerts und/oder eines Leitfähigkeitswerts verbunden ist.
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Die Dokumente
US 2017/0217763 A1 und
US 2004/0188331 A1 betreffen im Hinblick auf andere Anwendungen allgemein Filterelemente zur Filtration.
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Solche Filterpressensysteme, wie sie oben beschrieben und beispielsweise in der oben genannten
WO 2017/059956 A1 erläutert sind, sind hohen Belastungen ausgesetzt, so dass auch die Lebensdauer solcher Filterpressensysteme und insbesondere der Filterplatten begrenzt ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Filterpressensystem zur Verfügung zu stellen, das zuverlässig arbeitet und bei dem möglichst auch die durchschnittliche Lebensdauer der Komponenten hochgehalten wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Filterpressensystem gemäß Anspruch 1 gelöst, die Ansprüche 2 bis 13 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filterpressensystem. Die Erfindung betrifft auch eine Filterplatte gemäß Anspruch 14, die Ansprüche 15 und 16 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Filterplatte nach Anspruch 14.
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Gemäß der Erfindung umfasst das Filterpressensystem mehrere Filterplatten, die so ausgebildet sind, dass sie im Betriebszustand mindestens zwei Kammern, auch Filterkammern genannt, bilden. Die einzelnen Filterplatten werden dabei typischerweise gestapelt, wobei bevorzugt eine größere Anzahl von Filterplatten gestapelt werden, so dass mehrere Kammern beziehungsweise Filterkammern in einem Filterpressensystem entstehen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Filterpressensystem mindestens einen Sensor für jede Kammer, bevorzugt einen Drucksensor, der so angeordnet und ausgebildet ist, dass er, direkt oder indirekt, einen in einer, zugehörigen oder zugeordneten, Kammer vorherrschenden Druck oder eine aus diesem Druck resultierende Kraft oder eine aus diesem Druck resultierende Verformung messen oder ermitteln kann.
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Erfindungsgemäß ist das Filterpressensystem so ausgebildet, dass es mit einem Überwachungssystem verbindbar ist, wobei das Filterpressensystem so ausgebildet ist, dass die Messergebnisse des Sensors oder der Sensoren an das Überwachungssystem übermittelt werden können. Bevorzugt umfasst das Filterpressensystem auch ein solches Überwachungssystem.
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Das erfindungsgemäße Filterpressensystem hat den Vorteil, dass auf relativ einfache und kostengünstige Weise die Lebensdauer solcher Filterpressensysteme deutlich erhöht werden kann, ohne grundsätzlich die Struktur und die Materialien der verwendeten Bauteile, insbesondere der verwendeten Filterplatten, zu ändern.
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Bei der Filtration mit solchen Filterpressensystemen werden die Filterplatten nämlich häufig durch nicht ganz einheitliche Betriebsbedingungen in den einzelnen Kammern beeinflusst, die auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen sind, beispielsweise auf ein Verstopfen oder auf ein teilweise Verstopfen von Suspensionszuläufen, oder auch durch Unterschiede bei den verwendeten Filtertüchern, was gegebenenfalls auch durch falsche Bedienung oder den Einsatz von unterschiedlichen Filtertüchern hervorgerufen wird. Weitere Ursachen können beispielsweise verschmutzte Filterflächen darstellen oder auch eine versehentliche Überfüllung der Kammer bei Verwendung von Membranfilterplatten.
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Dies kann zu teilweise deutlich unterschiedlichen Drücken in den jeweiligen Kammern oder Filterkammern führen, und die dadurch entstehenden Differenzdrücke führen zu teilweise starken Belastungen der Filterplatten, was die Lebensdauer einschränken kann oder auch direkt zu Plattenbrüchen führen kann.
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Beim Filterpressensystem gemäß der vorliegenden Erfindung können mittels der Sensoren diese Situationen rechtzeitig erkannt werden, so dass der Betrieb beispielsweise gestoppt oder unterbrochen werden kann oder aber der Betrieb des Filterpressensystems mit geänderten Betriebsparametern fortgesetzt werden kann, die beispielsweise insgesamt zu geringen Drücken und damit geringen Belastungen der Filterplatten führen. Alternativ oder zusätzlich können auch entsprechende Informationen an das Bedienpersonal gegebenen werden, beispielsweise durch optische und/oder akustische Anzeigen oder Warnsignale, so dass die entsprechenden Parameter geprüft und gegebenenfalls Störfaktoren beseitigt werden können.
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Dadurch können insbesondere Plattenbrüche vermieden werden, auch können zu einem früheren Zeitpunkt höhere Belastungen, die die Lebensdauer der einzelnen Filterplatten beschränken, vermieden werden.
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Insgesamt wird daher ein Filterpressensystem zur Verfügung gestellt, dass eine deutlich erhöhte Lebensdauer aufweisen kann, ohne dass die Filterplatten selbst in ihrer Konstruktion geändert werden müssten oder, auf sehr kostspielige Weise, noch stabiler hergestellt werden.
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Ein Filterpressensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher einen gleichmäßigen Betrieb sicherstellen und damit die Belastung des Filterpressensystems insgesamt senken, die Lebensdauer erhöhen und damit die Gesamtkosten merklich senken.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Filterpressensystem sowohl Membranplatten als auch Kammerplatten, wobei diese Membranplatten und die Kammerplatten bei einer bevorzugten Ausführungsform jeweils abwechselnd angeordnet sind.
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Bevorzugt umfasst ein Filterpressensystem mehrere Kammerplatten und mehrere Membranplatten, die aufeinander gestapelt werden, wobei sich eine Membranplatte jeweils mit einer Kammerplatte abwechselt. Die Anzahl der Membranplatten und der Kammerplatten ist hierbei nicht beschränkt. Auch die Anordnung oder Stapelrichtung ist nicht eingeschränkt, insbesondere können die Filterplatten in vertikaler oder in horizontaler Richtung gestapelt bzw. angeordnet werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist nur jede zweite Filterplatte in einem solchen Filterpressensystem jeweils mindestens einen Sensor, bevorzugt mindestens zwei Sensoren, auf, wobei bevorzugt Drucksensoren verwendet werden, wobei in einem System, bei dem sowohl Membranplatten als auch Kammerplatten abwechselnd angeordnet sind, bevorzugt nur die Kammerplatten jeweils mit mindestens zwei Sensoren versehen sind.
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Ist eine Kammerplatte zwischen zwei Membranplatten angeordnet, umfasst diese Kammerplatte bevorzugt zwei Sensoren, bevorzugt zwei Drucksensoren, jeweils einen Sensor auf jeder Seite, so dass jeder der Sensoren den Druck in einer Kammer auf jeder Seite der Kammerplatte messen kann.
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Ein besonderer Vorteil dieses Systems liegt auch darin, dass zwischen den Filterplatten, insbesondere den Kammerplatten, die mit einem oder bevorzugt zwei Sensoren ausgebildet sind, Filterplatten, insbesondere Membranplatten, eingesetzt werden können, die keinen Sensor aufweisen und diesen auch aufgrund der zusätzlich im System eingesetzten erfindungsgemäßen Filterplatten, insbesondere Kammerplatten, nicht benötigen.
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Das Vorsehen der Sensoren ausschließlich in den Kammerplatten ist auch deshalb von Vorteil, weil die Lebensdauer der Membranplatten, aufgrund der beweglichen Membran, typischerweise geringer ist als die Lebensdauer der Kammerplatten, so dass die Sensoren an den langlebigeren Elementen angebracht sind, was einen zusätzliche Kostenvorteil bietet.
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Die Sensoren können auf unterschiedliche Weise realisiert werden, gemäß einer besonderen Ausführungsform umfasst mindestens ein Sensor einen Kraftübertrager, der Kraft an einem Element des Filterpressensystems, beispielsweise einem Filtertuch, messen kann, wobei dann über diese gemessenen Kräfte die Drücke in der jeweiligen Kammer berechnet werden können, bevorzugt durch das Überwachungssystem des erfindungsgemäßen Filterpressensystems. Dabei wird, bei einer bevorzugten Ausführungsform, die resultierende Kraft, die durch den Druck in der Filtrationskammer hervorgerufen wird, von der Filtrationskammer mittels eines elektrischen oder eines hydraulischen oder eines mechanischen Systems, insbesondere an die Außenseite der Filterplatte, übertragen und mittels eines Überwachungssystems, das bevorzugt Teil des Filterpressensystems ist, ausgewertet. Unter einer elektrischen Übertragung eines Drucks in der Kammer ist auch eine Übertragung von Signalen zu verstehen, die Informationen über die gemessenen oder ermittelten Drücke enthalten oder diese repräsentieren.
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Bei der Ausführung mit einem hydraulischen System sind Membranen in die Kammerplatte oder zusätzliche Membranen in eine Membranplatte eingebracht. Dabei wird ein Druck von der Filtrationskammer über die Membranen auf ein hydraulisches System oder ein mechanisches System übertragen und kann über eine Überwachungseinheit ausgewertet werden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform umfasst das Überwachungssystem, das bevorzugt ein Teil des Filterpressensystems ist bzw. mit dem Filterpressensystem kombiniert oder in dieses integriert ist, ein Steuersystem, das so ausgebildet ist, dass in den Fällen, in denen die Messergebnisse von mindestens zwei Sensoren auf einen Differenzdruck in zwei Kammern schließen lassen, der einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Betrieb des Filterpressensystems automatisch gestoppt oder unterbrochen oder mit geänderten Betriebsparametern fortgesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Überwachungssystem ein Alarmsignal an das Bedienpersonal ausgibt, das insbesondere optisch oder akustisch ausgegeben werden kann, sodass das Bedienpersonal entscheiden kann, ob bestimmte Maßnahmen eingeleitet werden müssen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Filterplatte für ein Filterpressensystem, wie es oben beschrieben ist, wobei die Filterplatte mindestens einen Sensor, bevorzugt mindestens zwei Sensoren, aufweist, der oder die so angeordnet und ausgebildet ist oder sind, dass bei einem betriebsbestimmten Einsatz der Filterplatte in einem Filterpressensystem ein Druck in einer an der Filterplatte angrenzenden Kammer gemessen bzw. qualitativ wiedergeben werden kann.
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Die nachfolgenden Figuren zeigen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Filterpressensystems und einer erfindungsgemäßen Filterplatte:
- 1 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Filterpressensystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit mehreren Filterplatten mit Sensoren zur Messung oder Ermittlung der in einer Kammer oder in mehreren Kammern vorherrschenden Drücke,
- 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform eines Filterpressensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zur hydraulischen Übertragung eines in einer Kammer vorherrschenden Druckes, und
- 3 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Filterpressensystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit mehreren Filterplatten mit Sensoren zur Messung oder Ermittlung der in einer Kammer oder in mehreren Kammern vorherrschenden Drücke.
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1 zeigt einen Teil-Querschnitt von mehreren Filterplatten in einem erfindungsgemäßen Filterpressensystem 10. Wie in 1 ersichtlich, umfasst das Filterpressensystem 10 sowohl Membranplatten MP als auch Kammerplatten KP, die abwechselnd angeordnet sind, wobei 1 einen Ausschnitt des Filterpressensystems 10 mit drei Membranplatten MP und zwei Kammerplatten KP zeigt.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfassen nur die Kammerplatten KP Drucksensoren 20, wobei jede Kammerplatte KP mit jeweils zwei Drucksensoren 20 versehen ist, die auf jeder Seite und damit auf gegenüberliegenden Seiten der Kammerplatte KP angeordnet sind.
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Zwischen jeweils einer Kammerplatte KP und einer Membranplatte MP entstehen daher Kammern oder auch Filterkammern, insbesondere die Kammern 100 und 200, die zwischen der mittleren Membranplatte MP und den jeweils auf beiden Seiten angeordneten Kammerplatten KP entstehen.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterpressensystems 10 umfassen die Sensoren Kraftaufnehmer, die eine Kraft messen können, die durch die in den Kammern 100 und 200 herrschenden Drücke auf die Sensoren 20 ausgeübt werden, siehe die Drücke F1, F2, F3, F4, F5, F6, die schematisch in 1 dargestellt sind.
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Der, in der 1 links gezeigten Kammerplatte KP auf der wiederum in 1 rechten Seite angeordnete, Sensor 20 misst einen Druck P1 in der Kammer 100, während der, in der 1 rechts gezeigten Kammerplatte KP und auf der in 1 linken Seite angeordnete, Sensor 20 einen Druck P2 in der Kammer 200 misst. Der Druck P1 wirkt natürlich auch auf die in der 1 mittig gezeigte Membranplatte MP von links, während der Druck P2 auf die in 1 mittig angeordnete Membranplatte MP von der rechten Seite wirkt. Zusätzliche Sensoren an der Membranplatte sind daher zwar möglich, bei dieser Ausführungsform jedoch nicht vorgesehen.
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Es soll an dieser Stelle angemerkt werden, dass in der 1 der Übersichtlichkeit halber keine Filtertücher dargestellt sind. Diese können auf mannigfaltiger Art und Weise dem System vorgesehen sein, insbesondere können die Filtertücher so angeordnet sein, dass sie die Sensoren 20 abdecken, bevorzugt vollständig abdecken.
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Entsteht nun zwischen den Kammern 100 und 200 ein Differenzdruck P1-P2, führt dies zu Belastungen der Membranplatte MP, was insgesamt die Lebensdauer verkürzen wird, möglicherweise sogar zu einem Plattenbruch führen kann.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform ist daher so ausgebildet, dass in dem Falle, dass der Differenzdruck P 1-P2 einen vorbestimmten Wert, insbesondere einen mechanischen Grenzwert, überschreitet, der Betrieb des Filterpressensystems automatisch gestoppt oder unterbrochen oder mit geänderten Betriebsparametern fortgesetzt wird, so dass eine zu hohe Belastung oder eine mögliche Beschädigung, insbesondere einen Plattenbruch, vermieden wird. Ein solcher Grenzwert kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn ein vorgegebener Wert oder ein vorgegebenes Ausmaß einer Verformung einer Platte eintritt. Insbesondere wäre es auch möglich, statt einer Unterbrechung oder einem Stoppen des Betriebssystems den Betrieb mit einer verminderten Leistung weiterzuführen, um zu starke Belastungen zu vermeiden, gleichzeitig aber den Betrieb nicht vollständig zu unterbrechen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform werden die in der Filtrationskammer vorherrschenden Drücke bzw. die aus den Drücken resultierenden Kräfte über ein hydraulisches oder ein mechanisches System von einer Filtrationskammer auf eine Plattenaußenseite übertragen. Besonders bevorzugt wird dabei in eine Filtrationskammer eine Membrane eingebaut, ferner wird bevorzugt über ein Kanalsystem, welches mit einer Flüssigkeit oder einem fluiden Medium gefüllt ist, ein Druck auf einen Druckaufnehmer auf der Plattenaußenseite übertragen. Anstelle des Kanalsystems kann der vorherrschende Druck beziehungsweise die resultierende Kraft alternativ über ein mechanisches System auf die Plattenaußenseite übertragen werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, Informations- und/oder Warnsignale an das Bedienpersonal abzugeben. Dies können insbesondere optische Anzeigen und/oder akustische Signale sein.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind, wie oben bereits erläutert, die Filtertücher nicht dargestellt. Die Filtertücher werden bevorzugt direkt auf den der Kammer zugewandten Seite der Filterplatten positioniert. Bei einer solchen Ausführungsform decken daher die Filtertücher die Sensoren 20 ab. Dies hat den Vorteil, dass die Sensoren 20 besonders geschützt sind.
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2 zeigt schematisch Teile eines erfindungsgemäßen Filterpressensystems 10, wobei ein Teil einer Platte dargestellt ist, bei der es sich entweder um eine Membranplatte MP oder eine Kammerplatte KP handeln kann. Die Membranplatte MP oder die Kammerplatte KP umfasst eine zusätzliche Membran 310, auf die ein Druck einer Kammer 100 oder einer Kammer 200 wirkt.
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Bei dieser Ausführungsform umfasst die Membranplatte MP oder die Kammerplatte KP einen Kanal 320 (lediglich schematisch gezeigt), der mit einem Fluid gefüllt ist, so dass der Druck aus der Kammer 100 oder der Kammer 200, der auf die Membran 310 wirkt, auf das in dem Kanal 320 befindliche Fluid wirkt, wobei das Fluid wiederum diesen Druck an Sensoren weitergibt, die in einem Überwachungssystem 400, ebenfalls nur schematisch dargestellt, angeordnet sind.
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Dadurch kann der Druck in der Kammer 100 oder der Kammer 200 bestimmt werden, so dass diese Werte entweder nur angezeigt oder angegeben werden können oder aber direkt für die Steuerung des Filterpressensystems genutzt werden können.
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3 zeigt einen Teil-Querschnitt von mehreren Filterplatten in einem erfindungsgemäßen Filterpressensystem 10. Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst das Filterpressensystem 10 sowohl Membranplatten MP als auch Kammerplatten KP, die abwechselnd angeordnet sind. Die in 3 gezeigte Ausführungsform ist diesbezüglich der in 1 gezeigten Ausführungsform sehr ähnlich, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind auch die Filtertücher 30 dargestellt, die sowohl auf den Kammerplatten KP als auch auf den Membranplatten MP angeordnet sind. Wie sehr gut in 3 ersichtlich ist, sind die Filtertücher 30 bei dieser Ausführungsform jedoch so angeordnet, dass sie die Sensoren 20 nicht abdecken. Die Druckermittlung oder die Druckmessung erfolgt bei dieser Ausführungsform durch Druckaufnehmer in den einzelnen Kammern, die gleichsam vor den Filtertüchern positioniert sind, d.h. insbesondere nicht, wie oben beschrieben, von einem oder mehreren Filtertüchern abgedeckt sind. Natürlich ist es auch möglich, dass ein oder mehrere Filtertücher Öffnungen oder Ausnehmungen umfassen, die den oder die Sensoren 20 vollständig oder teilweise freilassen bzw. nicht abdecken. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die Sensoren 20 nicht durch andere Elemente, hier die Filtertücher 30, abgedeckt sind, was eine präzisere und genauere Messung der Sensoren 20 ermöglicht.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung wesentlich sein.
