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Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen von zwei in
Schichten übereinanderliegenden, nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen von zwei in Schichten
übereinanderliegenden, nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten mit Hilfe eines
Vakuumbandfilters mit einem entlang einer muldenförmigen Bahn vorrückenden Filtermedium
sowie eine Vorrichtung an einem entlang einer muldenförmigen Bahn vorrückenden Filtermedium
eines Vakuumbandfilters zur Durchführung der beanspruchten Verfahren.
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Vakuumbandfilter sind beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2983383
bekannt. Diese besitzen einen von einem porösen Förderband getragenen Filterpapierstreifen,
welcher während des Filtrierens vorgerückt wird und auf dessen einem Ende das Gemisch
einer Flüssigkeit mit den abzutrennenden Feststoffen aufgegeben wird. Mit Hilfe
einer Vakuumeinrichtung wird die Flüssigkeit durch das Filterpapier und das poröse
Förderband gesaugt.
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Dabei wird das Filterpapier immer dann vorgerückt, wenn sich seine
Poren durch die abgetrennten Feststoffe verstopft haben und infolge hiervon der
Druck in der Vakuumeinrichtung unter dem porösen Förderband abnimmt. Bis zum Austragende
wird der auf dem Filterpapier angesammelte Filterkuchen durch Hindurchsaugen von
Luft nach dem Absaugen der Flüssigkeit getrocknet.
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Diese Vakuumbandfilter sind jedoch nicht geeignet, Feststoffe von
zwei in Schichten übereinanderliegenden, nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten
abzutrennen, da das Filterpapier nach dem Benetzen mit der Flüssigkeit der unteren
der beiden Schichten die andere Flüssigkeit nicht mehr hindurchläßt, so daß diese
unerwünschtermaßen mit den Feststoffen zusammen ausgetragen wird. Dieses Problem
tritt beispielsweise auf, wenn Feststoffe von Emulsionen abfiltriert werden sollen,
die zum gleichzeitigen Schmieren und Kühlen in der metallverarbeitenden Industrie,
wie beim Walzen von Stahlbändern, verwendet werden, die aus in Wasser dispergierten
Ölen bestehen und dazu neigen, einen Teil des Öls als oben schwimmende Schicht abzuscheiden.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 708 810 ist außerdem ein Bandfilter
mit einem entlang einer muldenförmigen Bahn vorrückenden Filtermedium bekannt. Jedoch
wird in diesem Gebrauchsmuster weder die Lösung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden
Problems angestrebt, Feststoffe von zwei Flüssigkeiten abzutrennen, die in Schichten
übereinander liegen und nicht miteinander mischbar sind, noch sind die aus dem Gebrauchsmuster
vorbekannten Filter hierzu geeignet, da auch bei diesen die Flüssigkeit der oberen
Schicht nicht durch das Filtermedium hindurchtreten könnte, wenn es von der Flüssigkeit
der unteren Schicht benetzt worden wäre.
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Schließlich beschreibt die französische Patentschrift 1 198 443 ein
Filter mit einem feststehenden Filtermedium, bei dem der abfiltrierte Feststoff
durch die Richtung der Zufuhrröhre für das zu filtrierende Gemisch in Richtung auf
eine Rutsche bewegt wird.
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Auch diese Filtervorrichtung ist nicht geeignet, das der Erfindung
zugrunde liegende Problem zu lösen.
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Aufgabe der Erfindung war es daher, Verfahren und Vorrichtungen zum
Abtrennen von Feststoffen von Flüssigkeiten, wie sie aus der USA.-Patentschrift
2983 383 bekannt sind, so zu verbessern, daß Feststoffe von zwei Flüssigkeiten,
die nicht miteinander mischbar sind und in Schichten übereinander liegen, abgetrennt
werden können, ohne daß die Flüssigkeit der oberen Schicht zusammen mit den abfiltrierten
Feststoffen, d. h. mit dem Filterkuchen, ausgetragen wird.
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Nach der Erfindung besteht die Lösung darin, daß die Flüssigkeit
der oberen Schicht mit einem Luftstrom in Richtung auf das nachrückende frische
Filtermedium mit einem kleinen spitzen Winkel zur
Oberfläche der
Flüssigkeiten-geblasen5 dann durch das frische Filtermedium gesaugt und mit Luft
vollständig aus dem Filtermedium ausgespült wird, bevor dieses beim weiteren Vorrücken
mit der Flüssigkeit der unteren Schicht in Berührung kommt.
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Bei Yorhandensein,einer Vakuumpumpe verwendet man zweckmäßigerweise
die aus der Vak'üüiil'pumpe des Vakuumbandfilters austretende Luft für' den- -aufgeblasenen
Luftstrom.
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Bei diesem Verfahren wird die Flüssigkeit der oberen Schicht, wie
beispielsweise abgeschiedenes Öl aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion, welche als Kühlmittel
bei Stahlwalzwerken benutzt wurde und abzutrennende Teilch-eii von Metall und Metalloxyd
enthält, mit Hilfe der Luft auf das frische Filtermedium geblasen, bevor dieses
in die Flüssigkeit der unteren Schicht eintaucht. Auf diese Weise wird das frische
Filtermedium zuerst von der Flüssigkeit der oberen Schicht benetzt und läßt diese
vollständig hindurchtreten. Nachströmende Luft sorgt dann dafür, daß die durch das
Filtermedium hindurchgetretene Flüssigkeit der oberen--Schicht aus dem Filtermedium
völlig ausgespült ist, bevor das Filtermedium von der Flüssigkeit der unteren Schicht,
in dem gewählten Beispiel also der Emulsion, benetzt wird und diese hindurchtreten
läßt. Somit wirkt das Filtermedium nacheinander wie zwei getrennte Filter, zuerst
für die Flüssigkeit der oberen Schicht, d. h. in dem gewählten Beispiel das abgetrennte
Öl, und danach für die Flüssigkeit der unteren Schicht, d. h. in dem gewählten Beispiel
für.die Emulsion. So erreicht man eine völlige Abtrennung der beiden Flüssigkeiten,
des abgeschiedenen Öls und der Emulsion, von den als Filterkuchen auf dem Filtermedium
zurückbleibenden Feststoffen. Das abgesaugte Gemisch von abgetrenntem Öl und Emulsion
wird zweckmäßigerweise wieder der Verwendung als Kühlmittel od. dgl. zugeleitet.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Filtermediums mindestens eine unter Druck
stehende Luftleitung mit in Richtung auf das nachrückende frische Filtermedium ausgerichteten
Düsen vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise ist eine in Längsrichtung des Filtermediums
verlaufende, vom Luftförderer, insbesondere der Vakuumpumpe, kommende Luftleitung
mit mehreren Zweigleitungen verbunden, an deren freien Enden sich Düsen befinden.
Das Filtermedium liegt in bekannter Weise auf einem endlosen Förderband aus flexibel
aneinander angelenkten Abschnitten auf.
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Die Erfindung ist nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Vakuumbandfilter mit der Vorrichtung
nach der Erfindung in Seitenansicht, F i g. 2 einen Querschnitt der gleichen Anlage
entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und F i g. 3 einen Querschnitt der gleichen Anlage
entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.
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Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfindung besitzt
das Filter Seitenplatten 5 und 6 mit einer querverlaufenden Bodenwand 7 und geneigten
Wänden 8 und 9, die einen Auffangbehälter 10 bilden. Der Auffaugbehälter 10 ist
oben von einer Stützplatte 11 mit einer Reihe von Löchern 12 bedeckt, durch die
Flüssigkeit in den Auffangbehälter ablaufen - kann. Die Stützplatte 11 besitzt
zwei
geneigte Enden 13 und 14 und einen horizontalen Abschnitt 15 zwischen den geneigten
Enden.
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Ein endloses Förderband 16 bewegt sich um den Auffangbehälter 10
-und besitzt einen- oberen Abschnitt 16 a oberhalb der Stützplatte 11 zwischen den
Kettenrädern 17 und 18. Ein Endabschnitt 16 b des Förderbandes 1,6 erstreckt sich
von dem Kettenrad 17 in der Nähe der Wand 8 des Auffangbehälters 10 abwärts und
um ein Kettenrad 19. Von dem Kettenradl9 aus besitzt das Förderband einen horizontalen
Rücklaufabschnitt 16 c unter dem Aufnahmebehälter und läuft um das Kettenrad 20
mit einem Endabschnitt 16 d herum zurück, welcher sich in der Nähe der Wand 9 des
Auffangbehälters nach oben erstreckt. Das Förderband 16 besitzt die Form einer Reihe
von querverlaufenden Spiraldrähten 21, die Ineinander eingreifen und so. ein kontinuierliches
Band bilden. Durch diese Spiraldrähte verlaufen Stäbe22, deren Enden sich über die
Spiraldrähte hinaus erstrecken und an Laufrollen 23 und 24 befestigt sind. Die Laufrollen
23 und 24 laufen in Gleisen 25 und 26, die in den Seitenplatten 5 und 6 ausgebildet
sind und dem Umriß der gelochten Stützplatte 11 folgen.
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Die Kettenräder 17, 18,19 und 20 liegen jeweils auf beiden Seiten
der Vorrichtung, und die Kettenräder 17 sind Antriebsmittel, bei denen Zähne mit
aufeinanderfolgenden Stäben 22 des Förderbandes 16 ineinandergreifen. Wie in Fig.3
gezeigt, sind die Kettenräder 17 auf einer Welle 29 montiert, die ein nach außen
über die Seitenplatte 6 hinausragendes Ende besitzt, auf dem ein Kettenrad 30 angebracht
ist. Ein Motor 31 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 32 verbunden, das wiederum
ein Kettenrad 33 trägt.
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Die Kettenräder 30 und 33 sind mit Hilfe einer Antriebskette34 miteinander
verbunden. Die Arbeitsweise des Förderbandes 16 wird durch einen justierbaren Vakuumschalter
35 reguliert (s. F i g. 3), der den Druck in dem Auffangbehälter 10 abtastet und
eine nicht gezeigte Kupplung betätigt, um in an sich bekannter Weise das Förderband
bei einer bestinnnten Druckdifferenz vorzurücken oder anzuhalten.
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Oberhalb des Auffangbehälters 10 und des Förderbandes 16 befindet
sich ein Flüssigkeitsverteiler 36 (s. F i g. 1) zum Abbremsen der Geschwindigkeit
der ankommenden zu filtrierenden Flüssigkeiten und zur Abgabe dieser Flüssigkeiten
an das Vakuumbandfilter. Verbunden mit der Seitenplatte 6 findet sich eine Austragleitung
37 für das Filtrat. Der Flüssigkeitsverteiler 36 und die Austragleitung 37 sind
Teile eines Flüssigkeitskreislaufs einer nicht gezeigten Pumpe für die Rückführung
einer Flüssigkeit.
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Das auflaufende Filtermedium 40 ist in F i g. 1 als ein Papier- oder
Gewebestreifen gezeigt, das von - einer-Walze 41 an der in F i g. 1 dargestellten
rechten Seite der Maschine abgezogen wird. Das Filtermedium 40 liegt auf dem Förderband
16 und wird mit diesem vorgerückt. Das ablaufende Filtermedium 40 und der Filterkuchen
werden in einen Aufnahmebehälter 42 ausgetragen. Dichtstreifen 43 und 44 (s. F i
g. 2) aus biegsamem Material liegen an den Seitenplatten 5 und 6 an, um die Verbindungsstellen
dazwischen abzudichten.
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Eine Vakuumpumpe 45 ist mit dem Auffangbehälter 10 über eine Leitung
46 verbunden und wird von einem Motor 31 über den Riemen 56 und Riemenscheiben 57
und 58 angetrieben. Die
Vakuumpumpe45 ist mit einem Leitungssystem47
mit einer horizontalen Luftleitung 48, die sich in Längsrichtung des Filtermediums
nahe einer Seite erstreckt, und einer Vielzahl von daran hängenden Zweigleitungen
49, 50 und 51 verbunden. In Abstand angebrachte Kopfstücke 52, 53 und 54 erstrecken
sich horizontal von den unteren Enden der Zweigleitungen 49, 50 und 51 quer zu der
Oberfläche des Förderbandes 16. Jedes der Kopfstücke 52, 53 und 54 besitzt eine
Reihe von Düsen 55 zur Lenkung von Luftstrahlen quer und in einem kleinen spitzen
Winkel zur Oberfläche der Flüssigkeit P auf dem Filtermedium. Die Kopfstücke 52,
53 und 54 können drehbar einzustellen sein, um den erwünschten Winkel der Düsen
55 zu erhalten.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen, um beispielsweise
eine Emulsion zu filtrieren, die zum Kühlen, Schmieren und Ausspülen von Walzen
und der ausgewalzten Platte in einer Walzenstraße verwendet wird: Die Vakuumpumpe
45 zieht Luft aus dem Raum unterhalb des Förderbandes 16 und des Filtermediums 40
ab, um den Raum in dem Auffangbehälter 10 oberhalb eines darin befindlichen Flüssigkeitsspiegels
zu evakuieren. Gleichzeitig läßt eine nicht gezeigte Pumpe die Kühlmittelemulsion
von der Filteranlage auf das Werkstück und dann zurück zu dem Flüssigkeitsverteiler
36 zirkulieren.
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Die Emulsion wird durch das Filtermedium 40 und das Förderband 16
hindurchgesaugt und gelangt durch die gelochte Stützplatte 11 in den Auffangbehälter
10. Wenn die Dicke des Filterkuchens anwächst, wächst auch der Widerstand gegen
ein Durchfließen der Emulsion durch das Filter, und es sinkt der Druck in dem Auffangbehälter
10. Bei einem vorbestimmten Druck in dem Auffangbehälter 10 schließt sich der Vakuumschalter
35 und betätigt eine Schaltkupplung, um das Arbeiten des Antriebs-Kettenrades 17
einzuleiten, das Förderband 16 vorzurücken und einen frischen Abschnitt des Filtermediums
40 auf das rechte Ende des Förderbandes 16 zu ziehen. Dieser frische Abschnitt vermindert
dann den Widerstand gegen das Durchfließen, und der Schalter 35 öffnet sich nun,
um das Antriebs-Kettenrad 17 anzuhalten. Dieses Starten und Anhalten des Kettenrades
17 rückt das Förderband 16 und das Filtermedium 40 darauf intermittierend vor.
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Die untere Schicht der Emulsion wird schnell filtriert, und das Filtrat
kann aus dem Auffangbehälterl0 durch die Austragleitung37 abgezogen werden.
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Während dieses gesamten an sich bekannten Vorganges wird gemäß der
Erfindung die aus dem Auffangbehälter durch Leitung 46 und Vakuumpumpe 45 evakuierte
Luft unter Druck durch die Leitungen 47 und die Zweigleitungen 49, 50 und 51 sowie
durch die Düsen 55 in spitzem Winkel auf die Oberfläche der Flüssigkeit aufgeblasen.
Aus der Emulsion abgeschiedenes Öl, das als zweite Flüssigkeitsschicht auf der Emulsion
schwimmt, wird so gegen das geneigte Ende 13 des Vakuumbandfilters gedrückt und
gelangt auf den Abschnitt frischen Filtermediums 40, bevor dieses in die Emulsion
eintritt. Dieser reine Abschnitt des Filterbandes 40 wird mit dem auf der
Emulsion
abgeschiedenen Öl benetzt und läßt das Öl unter dem Vakuum in den AuffangbehälterlO
treten. Da im Regelfall nur eine begrenzte Ölmenge auf der Emulsion schwimmt und
so eine relativ große Luftmenge durch die Poren des Filtermediums gesaugt wird,
wird dieses von allem Öl freigespült, bevor es in die Emulsion eintaucht. Die filtrierte
Emulsion und das filtrierte Öl gelangen in den Auffangbehälter 10 und bilden dort
das Filtrat, welches durch die Austragleitung 37 abläuft und infolge der Mischwirkung
der Pumpe und des Strömens durch die Kühlmittelleitung wieder in der Emulsion dispergiert
wird.