DE2102822C3 - Verfahren zum Herstellen von Filterelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Filterelementen, bei dem eine bestimmte Menge loses Filterma^rial in trockenem Zustand zu einem festen Körper von vorbestimmter Größe verdichtet wird.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen von Filtern (DT-OS 14 61 507) werden feine, insbesondere imprägnierte Fasern als Rohmaterial in trockenem Zustand in einem Raum von bestimmter Größe zusammengedrückt und einer Wärmehärtung unterworfen, wodurch ein starrer Körper hergestellt wird. Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Filterelemente weisen aber nicht die einheitliche und gleichmäßige Struktur auf, die erforderlich ist, um aus Flüssigkeiten außerordentlich kleine feste Teilchen zu entfernen, deren Größe im Bereich zwischen etwa 0,001 und etwa 0,000001 mm liegt

Eine solche Superfiltraiion, insbesondere eine Filtration, die es ermöglicht, sogar Bakterien aus Flüssigkeiten auszufiltrieren, ist bis jetzt nur in Laboratorien zu Untersuchungszwecken versucht worden. Filtriervorrichtungen, die eine solche Superfiltration in einem industriellen Maßstab ermöglichen, sind aber nicht bekanntgeworden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Filtermediums zur Superfiltration zu schaffen, das eine sehr dichte und gleichmäßige Packung aufweist und diese bei etwaiger Lagerung beibehält.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß als Filtermaterial quellfähiges Material aus feinen Fasern und/oder Pulverteilchen verwendet wird, das bei Berührung mit einer Flüssigkeit aufquillt und der aus ihm hergestellte feste Körper im verdichteten Zustand in eine reine Flüssigkeit, die hinsichtlich des Materials chemisch inaktiv ist, eingetauchst wird, wodurch ein Quellvorgang ausgelöst und das Material einem hohen Quelldruck ausgesetzt wird.

Durch das Eintauchen des aus quellfähigem Rohmaterial geformten, das Filterelement ergebenden Körpers in eine Flüssigkeit quellen die einzelnen Fasern oder Pulverteilchen durch Absorption der Flüssigkeit, so daß in dem Körper eine innere Spannung erzeugt wird. Infolgedessen werden die Fasern oder Pulverteilchen aus den dichter verpackten Teilen in die weniger dicht verpackten Teile verlagert, wodurch das Körperinnere gleichmäßig und einheitlich wird. Mit dieser Quellwirkung wird zugleich eine zusätzliche Verdichtung des Körperinneren erreicht, wodurch die Hohlräume und Porenöffnungen im Körper verkleinert und die Poren verengt werden. Auf diese Weise wird ein Filterelement gewonnen, das eine Feinfiltration der genannten Art auch in einem industriellen Maßstab ermöglicht.

Die Verwendung von feinkörnigem Pulver aus einem einzigen Materia! oder aus einem Gemisch aus mehreren Materialien ist bei der Herstellung von Filtermaterial an sich bekannt (OE-PS 2 69 175).

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung angegeben.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem verkürzten Längsschnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Filtermediums;

F i g. 2 ist ein vergrößerter Teil von F i g. 1, bei dem das in F i g. 1 gezeigte zentrale Rohr fortgelassen ist;

F i g. 3 ist ein Schnitt längs der Linie Ill-III in F i g. 2, in dem das zentrale Rohr ebenfalls nicht dargestellt ist;

F i g. 4 ist ein weiter vergrößerter senkrechter Teilschnitt durch das Filtermedium nach F i g. 1.

In den Figuren sind ähnliche Teile jeweils mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Figuren zeigen die Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filtermediums. Gemäß F i g. 1 umfaßt das Filtermedium drei Baueinheiten lla, 116 und lic, die alle in der gleichen Weise ausgebildet sind, wobei zwischen den Baueinheiten 1 la und lift sowie life und lic je ein Dichtungsring 112 bzw. 13 angeordnet ist. In der Mitte des Filtermediums ist ein zentral angeordnetes senkrechtes Rohr 14 vorgesehen, das zahlreiche

Öffnungen aufweist, und dessen unteres Ende mit einer Bodenplatte 15 verbunden ist, während sein oberes Ende durch eine Abdeckung 16 ragt, an der es befestigt ist. Die Baueinheiten lla, 11b und lic sind zwischen der Bodenplatte 15 und der Abdeckung 16 auf nicht dargestellte Weise miteinander verspannt.

Jede der drei Baueinheiten des Filtermediums umfaßt ein gelochtes Rohr 17, ein unteres ringförmiges Tragteil 18 ifiit einem nach oben ragenden ringförmigen Ansatz 18a, der mit der Innenfläche des gelochten Rohrs 17 verschweißt ist, und mit einem ringförmigen äußeren Ansatz 18b, der nach oben ragt und das Filtermaterial 21 abgrenzt, ferner ein ringförmiges oberes Tragteil 19 mit einem inneren ringförmigen Ansatz 19a, der nach oben ragt und an der Außenfläche des gelochten Rohrs 17 mittels Nieten 20 befestigt ist, und mit einem äußeren ringförmigen Ansatz 19b, der nach unten ragt, und ebenfalls die Außenfläche des Filtermaterials 21 abgrenzt, sowie das schon erwähnte Filtermaterial 21, das zwischen dem unteren Tragteil 18 und dem oberen Tragteil 19 angeordnet ist und in Berührung mit der Außenfläche des gelochten Rohrs 17 steht.

Das Filtermaterial 21 besteht aus Baumwollfasern, Kunstfasern, Asbestwolle, Zellstoffpulver od. dgl., und bei dem Filtermaterial handelt es sich entweder um ein einziges Material oder um ein Gemisch aus mehreren Materialien; das in die dargestellte Form gebrachte Filtermaterial hat z. B. eine Dicke von 10 bis 30 mm, eine Porosität von 30 bis 70% und zahlreiche gleichmäßig verteilte Öffnungen oder Poren mit einem Durchmesscr von etwa 0,0001 bis etwa 0,005 mm.

Das Filtermaterial 21 wird wie folgt hergestellt: Als Rohmaterial verwendet man feine Fasern oder ein feines Pulver aus einem einzigen Material oder einem Gemisch aus Materialien, von denen jedes stark quillt, wenn es in eine Flüssigkeit eingetaucht wird. Als Beispiel sei ein Gemisch genannt, das in einem hinreichenden Ausmaß ausgelaugte Baumwollfasern mit einem Durchmesser von etwa 0,001 bis 0,002 mm und Chemiefasern mit einem Durchmesser von etwa 0,002 bis 0,003 mm in einem Mischungsverhältnis enthält, das dem Verwendungszweck des Filtermaterials angepaßt ist. Dieses Rohmaterial wird in einer solchen vorbestimmten Menge verwendet, daß sich die gewünschten Werte bezüglich der Packungsdichte, der Porosität, des Durchmessers der Poren u. dgl. ergeben, wenn die gewählte Materialmenge bis auf ein vorbestimmtes Volumen zusammengedrückt und dann in eine Flüssigkeit eingetaucht wird. Diese Menge des Rohmaterials wird dann in dem erwähnten vorbestimmten Ausmaß zusammengedrückt bzw. verdichtet, und der so aus dem Material geformte Körper wird auf das gelochte Rohr

17 aufgeschoben und zwischen der unteren Tragplatte

18 und der oberen Tragplatte 19 eingespannt. Hierauf wird der so festgelegte Körper genügend lange in eine Flüssigkeit eingetaucht, die beim Gebrauch des Filtermaterials nicht zu Störungen Anlaß gibt, z. B. in Wasser oder Bier, wenn das fertige Filter zum Filtrieren von Wasser oder Bier dienen soll, oder in ein Öl, wenn mit Hilfe des fertigen Filters ein öl mit ähnlichen Eigen- *o schäften filtriert werden soll.

Wenn der feste Körper aus dem Filtermaterial in die Flüssigkeit eingetaucht¹, wird, nehmen die feinen Fasern bzw. die Pulverteilchen Flüssigkeil auf, so daß sie quellen. Dieser Quellvorgang spielt sich in der erwähnten Weise in dem vorbestimmten abgeschlossenen Raum ab, so daß der auftretende Quelldruck auf das Filtermaterial wirkt: hierbei werden mechanische oder pbysikalische Unregelmäßigkeiten des aus dem Filtermaterial hergestellten gepreßten Körpers ausgeglichen, so daß de/ Körper gleichmäßige Eigenschaften erhält; hierbei erhält der geformte Körper eine hohe Packungsdichte und Härte, und außerdem werden die feinen Poren des Körpers noch erheblich verkleinert, wobei die Poren bei dem fertigen Körper nahezu gleichmäßig verteilt sind.

Als Flüssigkeit, in die der geformte Körper eingetaucht wird, wählt man natürlich eine Flüssigkeit, die die vorstehend genannten Wirkungen in einem hinreichenden Ausmaß hervorruft* Gegebenenfalls kann die Tränkungsflüssigkeit erwärmt werden, oder man kann ihr einen oberflächenaktiven Stoff beimischen. Außerdem muß die Tränkungsflüssigkeit vor ihrer Verwendung genügend gereinigt werden, um alle Bakterien zu beseitigen, wenn das fertige Filter dazu dienen soll, Bakterien aus der zu filtrierenden Flüssigkeit zurückzuhalten.

Das so hergestellte Filtermaterial wird unter Luftabschluß in der gleichen Flüssigkeit wie die Tränkungsflüssigkeit oder in einer Gasatmosphäre gelagert, damit es im feuchten Zustand bleibt. Im vorliegenden Fall wird das Filtermaterial 21, das aus organischen Stoffen besteht, bei denen die Gefahr der Fäulnis oder einer sonstigen Verschlechterung der Qualität besteht, unter Luftabschluß in einem nach außen abgedichteten Raum gelagert, in dem keine Bakterien vorhanden sind.

Wie erwähnt, wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Filtermaterials die Qualität des aus dem Filtermaterial geformten Körpers dadurch bestimmt, daß das Material in einem fest abgegrenzten Raum zum Quellen gebracht wird, und daß die Plastizität des Filtermaterials ausgenutzt wird, so daß der auftretende Quelldruck auf das Filtermaterial wirkt und es in einen plastischen Zustand überführt, wodurch mechanische oder physikalische örtliche Ungleichmäßigkeiten, die sich bei dem vorangehenden Verdichtungsvorgang ausgebildet haben, sehr weitgehend beseitigt werden, so daß der geformte Körper eine hohe Packungsdichte und Härte erhält, und daß außerdem die feinen Poren des noch nicht mit der Flüssigkeit getränkten Körpers enger werden, so daß das Filtermaterial schließlich außerordentlich feine und nahezu gleichmäßig verteilte Poren aufweist. Wenn man die Art der erwähnten feinen Fasern bzw. des Pulvers und den Durchmesser und die Länge der Fasern bzw. die Korngröße des Pulvers entsprechend den Bedingungen wählt, unter denen die Feiniiltration durchgeführt werden soll, d.h., im Hinblick auf die Art der zu filtrierenden Flüssigkeit, die Art und die Korngröße sowie die Konzentration der in der Flüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen, den zu erreichenden Reinigungsgrad, die erforderliche Leistung des Filters u. dgl., ist es durch die Verwendung des erwähnten Rohmaterials in einer geeigneten Menge entsprechend den Filtrationsbedingungen und durch das Verdichten der Materialmenge in einem fest abgegrenzten Raum mit einer den Filtrationsbedingungen angepaßten Größe möglich, ein gleichmäßiges Filtermaterial herzustellen, das den Filtrationsbedingungen oder dem Verwendungszweck angepaßt ist. Der wichtigste Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie es ermöglicht, ein Filtermaterial für eine Fein- oder Superfiltration auf sehr einfache und wirtschaftliche Weise herzustellen, so daß sich eine solche Feinfiltration jetzt auch im industriellen Maßstab durchführen läßt. Ferner kann man eine genaue Klassifizierung des Filtermaterials, die sich bei

den bekannten Filtermaterialien nur schwer erreichen läßt, leicht in der Weise durchführen, daß man die Absorptionsgeschwindigkeit und die absorbierte Menge der Tränkungsflüssigkeit abschätzt; hierin besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Filterelementen, bei dem eine bestimmte Menge loses Filtermaterial in trockenem Zustand zu einem festen Körper von vorbestimmter Größe verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial quellfähiges Material aus feinen Fasern und/oder Pulverteilchen verwendet wird, das bei Berührung mit einer Flüssigkeit aufquillt und der aus ihm hergestellte feste Körper im verdichteten Zustand in eine reine Flüssigkeit, die hinsichtlich des Materials chemisch inaktiv ist, eingetaucht wird, wodurch ein Queüvorgang ausgelöst und das Material einem hohen Quelldruck ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermaterial Baumwolle, Kunstfasern, Asbestwofle oder ein Zellstoffpulver oder ein Gemisch aus diesen Stoffen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial vor seiner Verwendung ausgelaugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Tauchflüssigkeit die gleiche Flüssigkeit verwendet wird, die mit Hilfe der herzustellenden Filterelemente filtriert werden soll.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß die Tauchflüssigkeit nach Bedarf erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchflüssigkeit nach Bedarf ein oberflächenaktiver Stoff beigemischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchflüssigkeit vor ihrer Verwendung in einem solchen Ausmaß gereinigt wird, daß in ihr keine Bakterien mehr vorhanden sind.

8. Verfahren zum Lagern eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Filterelements, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement in einer Flüssigkeit gelagert wird, die der für den Quellvorgang verwendeten Flüssigkeit entspricht.

9. Verfahren zum Lagern eines nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Filterelements, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement unter Luftabschluß in einem Gas bakterienfrei gelagert wird.