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Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren Zum Filtrieren von fließenden
Gemischen und Gasen bedient man sich poröser Stoffe, welche in Gehäuse, z. B. Trichter-
oder Filterpressen, Rohre usw. eingesetzt werden. Es gibt viele Ausführungsformen
von Filtriereinrichtungen. Bei allen beruht die separierende Wirkung auf dem Zurückschalten
der Feststoffe durch poröse Schichten. Dieses ist auch bei Beutelfiltern, Trommelfiltern
oder anderen Arten von Filtriervorrichtungen der Fall.
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Es ist bekannt, daß bei vielen Filtriervorgängen die Eintrittseite
des Filters, also der porösen Schicht, welche die feste Phase zurückhalten soll,
schon lange verstopft, ehe noch die- gesamte Dicke der Filterschicht mit dem zur
Verfügung stehenden porösen Material ausgenutzt oder, wie man sagt, erschöpft ist.
Dadurch geht ein großer Prozentsatz des in Filterplatten enthaltenen porösen Materials
verloren.
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Man wählt deshalb im allgemeinen die Filterschichten so dünn, daß
möglichst wenig ungenutztes poröses Material zurückbleibt, wenn die Seite der filtrieren
den Schicht erschöpft oder verstopft ist, an welcher das zu separierende Gemisch
in die Filterschicht eindringt.
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In vielen Fällen enthalten zu filtrierende oder zu separierende Gemische
Anteile oder Phasen, welche durch eine als brauchbar befunden Filterschicht nicht
zurückgehalten werden können, ehe sich auf der Filterschicht an der Eintrittseite
des flüssigen Gemisches nicht eine Schicht von bestimmter Stärke angeschwemmt hat.
Diese sogenannten Anschwemmfilter haben auch den Nachteil, daß sie eigentlich erst
die filtrierende Schicht selbst aufbauen müssen, während die vorhandene Filterschicht
der Filterpresse nur als Unterlage oder als Gerüst für die Anschwem mung dient.
Oft wählt man hier den Weg, daß man dem zu filtrierenden Gut gewisse Stoffe, z.
B. Faserstoffe oder Kieselgur, beimischt, um die Anschwemmung einer filtrierenden
Schicht zu beschleunigen und die Anschwemmungsschicht an sich locker zu erhalten,
damit dem zu filtrierenden Gut der Durchgang durch die Filterschicht nicht zu schnell
versperrt wird.
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Es sind auch schon Filter vorgeschlagen worden, bei denen zwischen
zwei Scheiben aus gelochtem Blech oder sonstigem widerstandsfähigem und durchlässigem
Material Filterleinwand so eingeklemmt ist, daß sie sich bis zu einem gewissen Grad
in der Stromrichtung krümmen kann. Die gegen die Strömung gerichtete Seite des Filters
höhlt sich und verursacht einen Druck und damit eine Verengung der Poren der Filterleinwand,
die sich auf dieser Seite befindet, wodurch selbsttätig die Feinheit der Filtrie-
rung
durch die Maschenverkleinerung erhöht wird.
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Nimmt man nun die Reinigung des Filters durch einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom
vor, der dem Strom der Filterung entgegengesetzt ist, so befindet sich die Filterseite,
die vorher die Unreinlichkeit zurückgehalten hat, in bezug auf den Reinigungsstrom
stromabwärts. Da sich der Filterkörper in der Stromrichtung durchbiegt, so wölbt
sich diese Seite normalerweise, die Poren vergrößern sich und die sie verstopfenden
Unreinlielikeiten werden zerstückelt, lösen sich ab und werden vom Reinigungsstrom
mitgenommen.
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Ähnliche bekannte Filter weisen eine poröse, weitgehendst elastische,
schaumartige Filterschicht auf, die sich klarseitig auf die Filtratplatte abstützt,
während ihr trubseitig ein Hohlraum dergestalt vorgelagert ist, daß sich die poröse
und elastische Schicht bei der Rückspülung aufblähen kann.
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Bei den beiden zuletzt genannten Filterarten werden also durch zeitweilige
Biegebeanspruchung einer verhältnismäßig dünnen Filterplatte auf einer Seite derselben
die Poren erweitert, und zwar lediglich zu dem Zweck, um die in den Poren dieser
Seite abgelagerten Feststoffe loszulösen und dadurch den Filterkörper zu reinigen.
Wenn nach durchgeführter Reinigung die Biegebeanspruchung aufgehoben wird, hat der
Filterkörper wieder seine ursprüngliche Porenweite, die sich jedoch im Lauf der
Zeit durch die sich auf der Trubseite des Filters absetzenden Feststoffe wieder
verringert. Daraus ist ersichtlich, daß derartige
Filter nach mehr
oder weniger kurzen Zeitintervallen eine Reinigung erfordern, wobei jedesmal die
Stromrichtung umgekehrt, d. h. der Filtriervorgang unterbrochen werden muß.
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Schließlich sind Flüssigkeitsfilter mit einem rohrförmigen Filterkörper
bekanntgeworden, der aus mehreren übereinander angeordneten Scheiben aus porösem
Material und mit einem mittleren Loch gebildet ist, wobei die Ringscheiben vor ihrer
Anordnung im Filter am äußeren und am inneren Rand verschiedene Dicke haben und
im Filter vorzugsweise mit Hilfe eines durchgehenden Bolzens und von ebenen Spannplatten
so zusammengedrückt sind, daß sie auf dem größeren Teil ihres Querschnitts eine
gleichmäßige Dicke aufweisen; dabei ist der nicht bzw. am wenigsten zusammengedrückte
Scheibenteil die Rohflüssigkeitsseite. Bei einem solchen Filter ist also die Weite
der Poren dort am größten, wo die schmutzige Flüssigkeit in den Filterkörper eintritt,
und nimmt gegen den Teil der Filterscheiben, an dem die Flüssigkeit austritt, gleichmäßig
ab. Auf diese Weise kann zwar der gefilterte Schmutz im Filterkörper gleichmäßig
verteilt und das Filtermaterial besser ausgenutzt werden, jedoch nicht in dem Sinn,
daß selbst während der Filtration die Porenweite der Filterschicht je nach Bedarf
verändert werden kann.
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Der zuletzt genannte technische Fortschritt kann durch die Erfindung
verwirklicht werden. Diese betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von wenigstens
eine elastische, poröse Filterschicht durchströmenden Medien, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die bei Beginn der Filtration durch mechanisches Zusammendrücken verringerte
Porenweite der elastischen Filterschicht während der Filtration durch mechanische
Entlastung nach Bedarf erweitert wird.
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Zum Ausüben dieses Verfahrens dient eine aus einem Gehäuse und mindestens
einer darin zwischen zwei parallelen Wänden angeordneten elastischen, porösen Filterschicht
bestehende Vorrichtung, bei der erfindungsgemäß der gegenseitige Abstand der quer
zur Strömungsrichtung des zu filternden Mediums angeordneten, durchlöcherten Wände
von außen verstell- bzw. einstellbar ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Vorrichtung besteht aus einem mindestens eine Filterschicht aufnehmenden Rohr beliebigen
Querschnitts, dessen vorzugsweise deckelartig ausgebildeten, außen mit einem Zufluß
bzw. Abfluß für das Medium und innen mit einer durchlöcherten Querwand versehenen
Abschlußteile in axialer Richtung relativ gegeneinander verschiebbar sind.
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Dabei können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Abschlußteile
mittels eines ihre relative axiale Verschiebung ermöglichenden Gewindes miteinander
verschraubt sein.
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Bei Anordnung mehrerer Filterschichten können zwischen diesen axial
verschiebbare, durchlöcherte Querwände eingelegt sein.
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Zweckmäßig können zwischen den axial verschieblichen Querwänden federnde
Mittel eingebaut sein, die im Sinn der Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes
der Querwände wirksam sind.
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In besonders vorteilhafter Weise können diese federnden Mittel in
die Filterschicht eingebettet sein.
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Gemäß der Erfindung kann die Dicke der Filterschicht nach Bedarf
selbst während des Filtriervorganges reguliert und damit die Porenweite der Filter-
schicht
der jeweiligen Struktur des Mediums, dem Druck desselben, der Strömungsgeschwindigkeit,
der Temperatur usw. angepaßt werden. Wenn man nämlich die Filterschicht bei Beginn
des Filtriervorganges so weit zusammenpreßt, daß die Porenweite gerade dem Filtrierzweck
entspricht, so kann von Anfang an der benötigte Filtrationsgrad erreicht werden.
Die zusammengepreßte Filterschicht ersetzt damit infolge ihrer Veränderlichkeit
den Anschwemmfilter. Während bei Anschwemmfiltern oft schnell eine Verstopfung der
angeschwerninten Schicht eintritt, wodurch das dahinterliegende Filtermaterial nicht
mehr ausgenutzt wird, kann bei der erfindungsgemäßen elastischen Filterschicht durch
Lösung und Erweiterung des Gehäuses eine Ausdehnung der Filterschicht an sich und
damit eine Erweiterung der Poren der Filterschicht vorgenommen werden. Auf die erfindungsgemäße
Weise hat man es in der Hand, nicht nur mit einem gleichen Filtriermaterial Gemische
verschiedenartiger Struktur und Viskosität zu filtrieren, sondern auch während des
Filtriervorganges die Porenweite dem Bedarf entsprechend zu verstellen.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Filtriervorrichtung dargestellt.
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Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform besteht aus einem kreisrunden
Rohr 8, das an seinem unteren Ende mit einem Abfluß 3 für das filtrierte Medium
versehen ist. Auf seiner Außenseite weist das Rohr 8 ein Gewinde 4 auf, mittels
dessen der mit einem trichterförmigen Zufluß 1 für das zu filtrierende Medium versehene
.Abschlußteil 2 aufschraubbar ist.
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Durch mehr oder weniger starkes Zusammenschrauben der Teile 2, 8 kann
der gegenseitige Abstand der die Filterschicht 7 zwischen sich einschließenden,
quer zur Strömungsrichtung des zu filternden Mediums angeordneten, durchlöcherten
Wände 5, 6 verändert werden.
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Man kann beispielsweise durch Zusammenschrauben der Teile2, 8 das
elastische Filtermaterial 7 so stark zusammenpressen, daß seine Poren vollkommen
verschlossen werden und der Durchfluß des Mediums durch die Vorrichtung ganz verhindert
wird. Wenn man nun durch Aufschrauben des Gewindes 4 den gegenseitigen Abstand der
durchlöcherten Querwände5, 6 allmählich vergrößert, so dehnt sich das elastische
Filtermaterial 7 aus, wobei sich dessen Poren vergrößern, so daß schließlich das
zu filtrierende Medium vom trichterförmigen Zufluß 1 aus in Richtung des Pfeiles
das Filtermaterial 7 durchdringen und in den Abfluß 3 gelangen kann, den es in Richtung
des Pfeiles durchströmt. Je nach dem Grade der Erschöpfung der Filtermasse, d. h.
der Verstopfung der Poren, kann durch weiteres Aufschrauben des Gewindes4 dem Filtermaterial
die Möglichkeit gegeben werden, sich weiter auszudehnen und so neuen Durchgang für
weiteres zu filtrierendes Medium zu schaffen.
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Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Filterpresse. Als Gehäuse
dient ein Rohr 8, welches an beiden Stirnseiten deckelartig ausgebildete Abschlußteile
9, 10 aufweist. Der Abschlußteil 9 ist mittels einer Schraubenspindel 12 axial verschiebbar,
während der Abschlußteil 10 am rohrförmigen Gehäuse 8 abnehmbar befestigt ist. Der
Abschlußteil 9 trägt den Zufluß 14, in welchen das zu filtrierende Medium in Pfeilrichtung
A hineingepreßt wird. Am Abschlußteill0 befindet sich der Abfluß 17, aus dem das
gefilterte
Medium in Pfeilrichtung B austritt. Im rohrförmigen
Gehäuse 8 ist eine Anzahl durchlöcherter Querwände 11 axial verschiebbar angeordnet.
Zwischen den einzelnen durchlöcherten Querwänden 11 befinden sich elastische Filterschichten
7. Mittels der Schraubenspindel 12 kann der Abschlußteil 9 innerhalb des rohrförmigen
Gehäuses 8 in axialer Richtung gegen den AbschlußteillO verschoben werden. Dadurch
werden die durchlöcherten Querwände zus ammengeschoben und die elastischen Filterschichten
7 zusammengepreßt. Das rohrförmige Gehäuse 8 der Filterpresse ist in bekannter Weise
mit Entlüftungs-Ablaß- und Probehähnen 13 versehen.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Zufluß 14 am Abschlußteil 9 angebracht.
Er könnte jedoch ebenso am Abschlußteil 10 sitzen, und der Abfluß 17 könnte am Abschlußteil
9 angebracht sein.
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Wenn man durch den Zufluß 14 ein zu filtrierendes Medium einführt,
gelangt es zunächst in die Kammer 15. Von dieser Kammer gelangt es verteilt durch
die zunächst liegende durchlöcherte Querwand 11 in die erste Filterschicht 7. Nachdem
das Filtrat die erste Filterschicht 7 passiert hat, gelangt es durch die nächste
durchlöcherte Querwandll in die nächste Filterschicht 7 usw. bis zur letzten durchlöcherten
Querwand 11, von welcher es in die durch den Abschlußteil 10 gebildete Kammer 16
tritt und durch den Abflußl7 ausläuft.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann das Filtermaterial 7 durch Eindrehen
der Schraubenspindel 12 bis zur völligen Undurchlässigkeit zusammengepreßt werden,
und ebenso kann man es durch Ausdrehen der Schraubenspindell2 zunehmend entlasten,
bis die größte Porenweite erreicht bzw. das letzte Filtermaterial erschöpft ist.
Die beispielsweise in Fig. 2 dargestellte Filterpresse kann ebenso in jeder anderen
bekannten Bauweise ausgeführt werden, solange das elastische Filtermaterial entsprechend
dem Erfindungsgedanken, wie vorstehend beschrieben, zusammengepreßt bzw. gelockert
werden kann.
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So können beispielsweise die durchlöcherten Querwände, welche das
elastische Filtermaterial zusammenpressen, sowohl aus Drahtgewebe als auch aus gelochten
Platten bestehen. Sie können auch jede andere, die erfindungsgemäße Funktion ermöglichende
Struktur oder Form aufweisen. Beispielsweise können sie an ihrer Oberfläche mit
Rillen oder andersartigen Vorsprüngen versehen sein, um den Austritt des Mediums
aus den Löchern in das elastische Filtermaterial zu begünstigen. Sie können auch
uneben gebogen, z. B. bombiert, ausgeführt sein, um der elastischen Filtermasse
eine andere als ebene Form während der Filtration im eingespannten Zustand zu geben.
Beispielsweise können auch zwei konische Platten mit gewissem Abstand voneinander
koaxial ineinandersitzen und das Filtermaterial zwischen sich eingespannt halten,
wobei dann beispielsweise die Zusam-
menpressung oder die Lockerung der elastischen
Filtermasse durch gegenseitige axiale Annäherung oder Entfernung der konischen Plattenkörbe
erfolgt.