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Filter für Perkolatoren zum Aufschluß cellulosehaltiger Ausgangsstoffe
Die Erfindung betrifft Filter für Perkolatoren zum Aufschluß cellulosehaltiger Ausgangsstoffe,
die aus einzelnen am unteren Konus eines solchen Perkolators auf Stegen angebrachten
Platten mit sich von innen nach außen erweiternden Löchern bestehen. Bei bekannten
Perkolatorfiltern betrug der Abstand dieser Löcher nur etwa höchstens 1 cm, während
ihr kleinster Durchmesser etwa 2 mm betrug. Da die konischen Mantelflächen im allgemeinen
unter 60° gegen die Horizontale geneigt sind, ergab sich dabei ein lichter Gesamtlochquerschnitt
von etwa 15 % des lichten Perkolatorquerschnitts. In anderen Fällen war noch ein
wesentlich größerer Gesamtlochquerschnitt in der Größenordnung von 100 bis 200%
des lichten Perkolatorquerschnitts gegeben, wenn ein Drahtsieb mit etwa 2 mm Maschenweite
auf einem gröberen Drahtsieb und einer kräftigen Siebplatte mit 10-mm-Löchern vorgesehen
war.
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Bei diesen Konstruktionen besteht die Gefahr, daß der in die Perkolatoren
von unten durch das Filter periodisch einströmende Aufheizdampf sich die am leichtesten
durchlässigen Stellen des Füllkuchens aussuchte und dort Strömungskanäle bildete,
die dann auch in umgekehrter Richtung von der perkolierten Extraktionsflüssigkeit
benutzt wurden. Ein gleichmäßiger Aufschluß war daher mit dieser Einrichtung nur
bedingt möglich.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten überraschend einfach
dadurch überwunden werden können, daß die konischen Löcher mit einem kleinsten Durchmesser
von 2 bis 5 mm, vorzugsweise 3 bis 4 mm, in solchen gleichmäßigen Abständen über
die gesamte Filterfläche verteilt sind, daß ihr Gesamtquerschnitt - jeweils an der
engsten Stelle der konischen Löcher gemessen - 0,2 bis 4 %, vorzugsweise 0,5 bis
1,5 %, des lichten Perkolatorquerschnitts umfaßt.
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Auf diese Weise wird der einströmende Dampf gezwungen, sämtliche Löcher
des Filters in Anspruch zu nehmen, weil diese dann den engsten Durchgangsquerschnitt
bilden, der einen wesentlich höheren Strömungswiderstand ergibt als die bisher mindestens
um etwa eine Zehnerpotenz zahlreicheren Löcher. Der durch die Löcher in den aufzuschließenden
Füllkuchen des Perkolators eindringende Dampf kann dabei von diesem jeweils ohne
Schwierigkeiten aufgenommen werden und verteilt sich außerordentlich gleichmäßig
auf den Gesamtquerschnitt des Füllkuchens. Es bildet sich, ausgehend von jedem Filterloch,
ein feines Kanalnetz, das nach Beendigung des Aufheizens durch Dampf von unten in
entsprechender Weise umgekehrt auch gleichmäßig von Perkolierflüssigkeit durchströmt
wird, die so ihren Weg durch die gleichen Filterplattenlöcher nach außen findet
und über eine entsprechend geregelte Drossel und/oder ein Kondenstöpfähnliches Schwimmerventil
gegebenenfalls unter Druck abgezogen wird.
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Da sowohl der Dampf als auch die Flüssigkeit die natürliche Tendenz
haben, jeweils den kürzesten Weg, also den Weg über den oberen Teil der konischen
Filterfläche, durch den Füllkuchen zu bevorzugen, ist es vorteilhaft, daß die gelochte
Filterfläche in mehrere gegeneinander abgedichtete Höhenabschnitte mit eigenen Anschlußstutzen
mit Regelventilen unterteilt ist.
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So kann jeder Höhenabschnitt für sich durch Einbau entsprechender
Drosselventile hinsichtlich seiner Beaufschlagung eingeregelt werden. Darüber hinaus
ist es zweckmäßig, zur Unterstützung einer gleichmäßigen Verteilung der Zu- und
Abflußmedien auf die gesamte Ringfläche eines Höhenabschnittes, daß die gelochte
Filterfläche in mehrere Vertikalabschnitte mit eigenen Anschlußstutzen unterteilt
ist.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der den Filter tragende untere Teil
des Perkolators mit abgerundetem, vorzugsweise kugeligem Übergang einen Konus von
vorzugsweise etwa 60° bildet, der unten in eine Entleerungsöffnung ausläuft, die
während des Perkolationsvorgangs verschließbar ist, eine Anordnung, die für die
bisherige Gestaltung des freien Filterquerschnitts an sich schon bekannt war.
Zweckmäßig
sind die Filterabschnittanschlußstutzen je eines Höhenabschnitts dabei zusammengefaßt
mit je einem Regelventil für Dampfeinlaß und Perkolierflüssigkeitsauslaß verbunden.
Zur gleichmäßigen Verteilung der Medien auf die einzelnen Ringabschnitte eines Höhenabschnitts
können noch Drosseln starr und/oder einstellbar in die einzelnen Abzweigleitungen
zu -den Anschlußstutzen eingebaut sein.
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Zum Ausgleich der an sich bekannten Randgängigkeit der durch einen
Perkolatorfüllkuchen strömenden Medien ist es vorteilhaft, daß der oberste - an
den zylindrischen Perkolatormantel anschließende -ringförmige Teil des konischen
Filters keine Löcher trägt.
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Im gleichen Sinn kann es zweckmäßig sein, zur besseren Aufhetzung
des Füllkuchenkerns innerhalb des unteren Entleerungsstutzens am unteren Teil des
Perkolatorkonus in an. sieh bekannter Weise eine besondere Zusatzdampfverteilung
anzuordnen.
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Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung eines Perkolatorfilters
und seine Funktion soll nunmehr an Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen zweischichtig ausgemauerten
Perkolator mit Filter und Entleerungsklappe; F i g. 2 ist ein in F" i g. 1 mit A
bezeichneter Ausschnitt aus dem Perkolatorfilter in vergrößertem Maßstab; F i g.
3 ist ein Schnitt durch F i g. 2 nach der Linie 111-III.
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Die Filterplatten 1 mit den Löchern 1' liegen auf Stegen 2, die auf
den Unterlagesteinen 3 angebracht sind. Die Steinlage 3 liegt ihrerseits auf der
Steinlage 3' und diese wiederum auf dem Stahlmantel 4 des Perkolatorkonus. Die Verlegung
erfolgt mittels Spezialkitten, die gegenüber den beim Perkolationsvorgang anzuwendenden
Chemikalien (Säuren oder/ und Alkalien) beständig sind.
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Zwischen den °Stegen 2 ergeben sich kanalartige Hohlräume 5, die mit
den am Umfang gleichmäßig verteilten Anschlußstutzen 6 am oberen Teil und 7 am unteren
Teil des Filters verbunden sind. Die beiden Filterteile (Höhenabschnitte) sind durch
einen horizontalen Ring von Steinen 8 voneinander getrennt.
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Die Stutzen 6 sind mittels der Krümmer 9 an die Ringleitung 10, die
Stutzen 7 mittels der Krümmer 11 an die Ringleitung 12 angeschlossen. Die Ringleitung
12 besitzt eine Abzweigleitung 13 für Flüssigkeit, in die die Abzweigleitung 14
von der Ringleitung 10 über ein Ventil 15 einmündet. Die Leitung 13 ist dann anschließend
mit einem Flüssigkeitsablaufregler 16 ausgerüstet. Die Ringleitungen 10 und 12 besitzen
ferner Dampfanschlußleitungen 17 und 18 mit Regelventilen 19 und 20, die vorzugsweise
mit Rückschlagkegeln ausgerüstet sind, um keine Perkolierflüssigkeit in die Dampfleitungen
eindringen zu lassen. In der Hauptdampfanschlußleitung 17 ist noch ein gemeinsames
Absperr- und Regelventil 21 eingebaut.
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Von der Hauptdampfanschlußleitung 17 zweigt ferner eine Leitung 22
mit Regelventil 23 zu dem Anschlußstutzen 24 der Entleerungsvorrichtung 25 ab, die
mit einem konischen Dämpfeinsatz 26 mit Dampfverteilungslöchern 26' versehen ist.
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Der Klappdeckel 27 der Entleerungsvorrichtung 25 dient zur Entleerung
des Perkolators unter Druck nach Beendigung des Perkolationsprozesses. Der Prozeßrückstand,
z. B. der Ligninkuchen bei der Holzverzuckerung nach Scholler, wird dabei durch
plötzliche Dampfentwicklung aus dem anhaftenden Wasser zerrissen und im Entspannungsdampf
suspendiert innerhalb etwa einer halben Minute ausgetragen, um in einem Zyklon (nicht
gezeichnet) abgeschieden zu werden. Der Perkolator steht dann nach Schließen des
Klappdeckels 27 für die Perkolation einer frischen Spänefüllung zur Verfügung.
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Bei Perkolatoren, deren Stahlmantel nicht keramisch ausgekleidet und
gegebenenfalls mit Edelstahl oder Kupfer od. dgl. plattiert ist, wird der Filtereinbau
in analoger Weise aus einem entsprechenden Metallblech hergestellt; d. h., entsprechend
gelochte Metallbleche werden auf Metallstegen befestigt, die ihrerseits am gegebenenfalls
plattierten Stahlmantel des Perkolatorkonus befestigt sind und die Dampf-und Flüssigkeitsverteilung
von und zu den entsprechend angeordneten Anschlußstutzen gestatten.
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Die Funktion dieser Filtereinrichtung beim Perkolationsprozeß ist
dabei folgende: Die Perkolatorfüllung wird durch Dampf aus der Leitung 17 bei entsprechender
Einstellung der Ventile 21, 19, 20 und 23 aufgeheizt und anschließend von oben mittels
eines Flüssigkeitsschubes, der gegebenenfalls Aufschlüßchemikalien (z. B. Säure
oder Alkalien) enthält und/oder Waschlösung darstellt, ausgewaschen.
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Der Dampf wird dabei durch die beschriebene Filterkonstruktion gleichmäßig
auf den Kuchenquerschnitt verteilt.
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Bei einem Perkolator von etwa 3 m Durchmesser bzw. 7 m2 lichtem Querschnitt
sind beispielsweise auf einer etwa 60° geneigten Filterkonusfläche von insgesamt
etwa 13,7 m2 etwa 8000 Löcher von 3 mm Durchmesser im mittleren Abstand von etwa
4 cm - oben eine schmale Ringfläche ohne Löcher lassend - entsprechend einem Gesamtlochquerschnitt
von 0,056 m2 bzw. 0,8 % des Perkolatorquerschnitts angeordnet.
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Die von oben nach unten durch den Füllkuchen strömende Flüssigkeit
mit gegenüber dem Dampf tieferer Temperatur gelangt durch die im Füllkuchen mittels
der Filtersieblöcher gleichmäßig verteilten feinen Dampfkanäle und das Filtersieb
- den Füllkuchen gleichmäßig auswaschend - sowie durch die Anschlußleitungen mit
Ablaufregler 16 in Vorratsgefäße zur weiteren Verwendung. Dampfeinblasen von unten
und Flüssigkeitsschübe von oben wiederholen sich dabei mehrfach bis zum gewünschten
Füllkuchenaufschluß.