DE2141221A1 - Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung - Google Patents
Nebenstrom- bzw. Beipaß-FiltervorrichtungInfo
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Description
Nebenstrom- bzw». Beipaß-Filtervorrichtung
Die Erfindung betrifft allgemein Filter und im besonderen eine Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung, sowie ein Verfahren
zur Gewinnung einer gefilterten Probe aus einem Prozeßstrom oder dergleichen.
Ein Orunderfordern!s für sämtliche analytischen Instrumente
steht darin, daß die zu untersuchende Probe vor dem Eintritt in das Analyseinstrument in geeigneter Welse vorbehandelt sein
muß. Sin Haupterfordernis dieser Konditionierung der Probe besteht
In der Entfernung von Feststoffteilchen wie beispielsweise Rost, Eisensulfid, Katalysatorstaub und dergleichen, um
ein Verstopfen der Probenleitungen und eine Beschädigung des Instruments zu vermelden.
Die bisher in Verbindung mit analytischen Instrumenten vertrendeten
Nebenstrom- bzw. Beipaßfliter besaßen allgemein ein© g@»
ringe Wasohwirkung in dem Sinn©9 daß dl® in d@n Filt#rvorriohtung@n
angeordneten Filterelemente keiner ausreichend turbulen
ten via buh wirkung ausgebt st warsn. Dies hat zur Folge, daß dia
Filterelemente wegen der Verstopfung dureh in d©m Proz@ßgtrom
enthaltene Teilchen, die einen übermäßigen Druckabfall in dem
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2141 22.Ί
Strömungssystem verursachte« ständig ausgewechselt und erneuert
werden mußten.
In der US-Patentschrift 3 459 307 ist eine Nebenstrora-Beipaß-Filtervorrichtung beschrieben« bei welcher der Prozeßstrom
tangential in die Zylinderkammer der Filtervorrichtung eingeführt wird, wodurch in dem Strom innerhalb der Kammer eine
Strömungeturbulenz zum Zweck einer Selbstreinigung des darin
vorgesehenen FiIterelements erzeugt wird.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Nebenstrom-Beipaß-Filtervorrichtung dieser Art zugrunde, bei welcher eine
andersartige Turbulenzströmung innerhalb der Filtervorrichtung erzeugt wird, welche eine mindestens ebenso wirksame, wenn
nicht sogar bessere Selbstreinigung des in der Filtervorrichtung enthaltenen FiIt er elements gewährleistet wie bei der bekannten Filtervorrichtung. Bei der bekannten Nebenstrom- bzw.
Belpafl-Fil testvorrichtung nach der US-Patent schrift 3 459 307
muß ferner eine Probenleitung von der Filterkappe abgenommen werden, wenn das Innere der Filtervorrichtung zum Auswechseln
des Filterelements zugänglich gemacht werden soll. Dies bedingt eine erhebliche Verzögerung und Unbequemlichkeit für
den Benutzen durch die Erfindung soll daher gleichzeitig eine Filtervorrichtung geschaffen werden, bei welcher keinerlei Anschlußleitungen von der Filterkappe beim Abnehmen der Filterkappe entfernt zu werden brauchen.
Die Erfindung betrifft somit eine Nebenstrom - bzw. Beipaß-Filtervorrichtung zur Gewinnung einer gefilterten Probe aus
einem Prozeßstrom, mit einem eine Kammer umschließenden Gehäuse, welches Eintritts- und Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten eines ProzeSstroms durch die Kammer aufweist, mit einem
benachbart der einen Seite der Kammer angeordneten Filter, derart, daß der .Prozeßstrom über die eine Oberfläche des
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Filters strömt, sowie mit einem die andere Seit® des Filters mit dem Raum außerhalb des Gehäuses verbindenden Filterkanal
in dem Gehäuse. Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Eintrittsöffnung für den Prozeßstrom bezüglich der Kammer
so angeordnet ist, daß der durch die Eintrittsöffnung in die Kammer eintretende Prozeßstrom Innerhalb der Kammer eine
sich im wesentlichen symmetrisch aufzweigende Strömungsverteilung annimmt.
Die Erfindung betrifft auoh ein Verfahren zur Gewinnung einer gefilterten Probe eines Strömungsmittels aus einem Prozeßstrom,
bei welchem der Prozeßstrom über die ein® Seite eines
Filters geleitet wird und ein Teil des Proz©ßstroms auf die gegenüberliegende andere Seite des Filters hindurchtreten
kann. Erfindungsgemäß 1st dabei vorgesehen*daß der Prozeßstrom
gemäß einer im wesentlichen symmetrisch aufgezeigten Ströraungsverteilung über die ©ine Seite dee Filters geleitet
wird.
Im folgenden werden Ausführung©b@ispi©l© ύ®τ Erfindung anhand
der Zeichnung beschriebe in diesQS0 zeigern
Fig. 1 In Draufsicht ein Nebenstrom- .bzw. Beipaß^Filter-
aggregat gemäß einer Ausftihrungsform der Erfindung
Fig. 2 eine Schnittansioht gemäß Linie 2-2 in Fig. 1 Fig. 5 eine Sohnlttansicht gemäß Linlt 3-3 in Fig. 1
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Innenseite der für das in
Fig. 1 gezeigte Aggregat verwendeten Filterkappe, Fig. 5 eine Sehnittansicht gemäß Linie 5-5 in Fig. 2 zur
Veranschaulichung der durch di© erfindungsgemäße Ausbildung erzielten symmetrischen Aufteilung der
Strömungsverteilung in dem Filteraggregat.
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Das als ganzes mit 10 bezeichnete Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filteraggregat
gemäß der Erfindung weist ein zylindrisches Gehäuse 12 auf« das In zwei gesonderte Teile, nämlichen einen
Filterkörper 14 und eine Filterkappe 16, unterteilt ist.
Die beiden, Teile werden an gegenseitigen Anlageflächen 18, 20 mittels mehrerer Schraubbolzen 22 zusammengehalten.
In dem Filterkörper 14 ist eine an der Oberseite 18 offene
zylindrische Kammer 24 vorgesehen. De^ Boden der Kammer 24
bildet eine eben© Stirnwandung 26. Bieg© Wandung 1st im wo·
sentliohen parallel d©r gegenüberliegenden Stirnwandung 28
der Kammer, welche von der Innenfläche der Filterkapp© l6 ge
bildet wird» An dem Filterkörper l4 ist an seinem inneren
Umfang eine axial verlaufende Ringschult@r 30 vorgesehen,
die sich in Richtung der Filterkappe 16 erstreckt, jedoch
kurz vor der Stirnwandung 28 endet. Zwischen dem Filterkörper 14 und der Kappe 16 ist ein flaches kreisförmiges Filter
element 34 angeordnet. Wie ersichtlich liegt das Filterelement
34 im ganzen parallel zu den Stirnwandungen 26 und 28
der Kammer 2k.
In der Wandung des Filterkörpers 14 sind Ein- und kanäle 40 bzw. 42 vorgesehen, welche ©ine Verbindung zwischen
der zylindrischen Innenwandung 44 der Kappe 24 und dem Raum außerhalb des Gehäuses herstellen. Mit dem Eintrittskanal
1st ein© Eintritts- oder Zufuhrleitung 46 zur Zufuhr einer Prozeßsfcrömung in die Kammer 24 verbunden? entsprechend ist
mit d«m Austrittskanal 42 eine Austrittsleitung 47 zum Austritt
des Prozeßstroms aus der Kammer verbunden. Wie aus Fig. ersichtlich, besitzt der Austrittskanal 42 einen größeren Querschnitt
als der Eintrittekanal 40, um die Bildung eines Rtickstaudrucks
in dem Gehäuse 12 zu vermelden.
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Wie am beaten aus Pig. 2 ersichtlich, wird die Fläch© 20 an
der Filtarkapps 16 von einem ringförmigen Vorsprung 48 gebildet,
d©2» sich von der Innenwandung 28 der Filt©rkappe in axialer
Riohtung erstreckt. Die zylindrisch© Innenwandung 49 dieses Vorsprungs
ist gegenüber der sylindrisehen Außenfläche 50 d@r
Schulter 30 an dem FilterkSrper 14 radial naoh auß@n v®rs©tzt,
derart, daß zwischen ihnen ©in ringförmiger RauBi sur Aufnahme
eines elastomeren Dichtungsrings 52 g@bi3d©fc wird. Di© Dicke
des Dichtungsrings 52 ist größer als die axial© LSng© dar
'Schult©*» 30 an dem Filtarkörper l4j daher konant bei d@r Befestigung
der Filterkappe 16 mittels d©r Sohraubbolzen 22 an {
dem Filterkörper 14 der Dichtungsring 52 in dlehtsQhlleß@nd#
Anlage gegen das Filterelement und fixiert dlüses in a©ln@r
Lage innerhalb des Gehäuses. Gleichzeitig verhindert d@r Dichtungsring
52 zuverlässig ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12 zwischen den aneinanderliegenden Flächen 18 und 20
des Filterkörpers und der Filterkapp©.
öemäS einem Merkmal der Erfindung ist die Probenöffnung 54
des Gehäuses in der zylindrischen Wandung des Filtarkörpsrs
14 angeordnet. Mit der Probenöffnung ist ein@ Leitung 56 verbunden,
mittels welcher die gefilterte Probe ®inem (nleht dargestellten)
Instrument zur Analyse zugeführt wird. Die Proben- i
öffnung 54 ist über eine Bohrung 58 mit der Fläch© l8 des FiI-terkörpera
14 verbunden. DiQ Bohrung 58 1st mit einain Probenkanal
60 ausgerichtet, der sich von der Fläche 20 an dw Kappe
16 zur Mitte der Bodanflache einer kreisförmigen Ausnehmung
62 an der Innenstirnaeit© 28 der Filterkappa erstreckt» Dl©
MUndungsSffnung des Probankanals 60 an dar Fllsh® 20 ist von
dinar Ringnut 64 umgeben. In dieser Ringnut 1st @in Dichtungsring
ββ zur Abdichtung zwischen den gegeneinander anliegenden
Fl&Qhen 18 und 20 des Fllterkörpers 14 und d©r Pilterkapps l6
voi»gasehen, um Verluste durch Austrete der durch den Kanal 60,
dia Bohrung 58 und dia öffnung 54 sferösisndm Probenflüsslgkeit
zu vermelden. Man erkennt, daß da sowohl dl@ Eintritts!- und
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Austrittsleitungen 46, 4? für den Prozeßstrom wie auch die
Probenleitung 5δ sMmtlich mit dem Filterkörper 14 verbunden
sind, die Filterkappe 16 durch Lösen der Schrauben 22 rasch von dem Filterkörper abgenommen werden kann, ohne daß hierzu
irgendwelche Leitungsanschluss^ von dar Kappa abgenommen
werden müßten, Das Filterelement 34 in der Kappe 16 kann
daher rasch und in einfacher Waise ausgewechselt werden, ohne zeitraubendes und unbequemes Lösen von Leitungsanschluss sen
an der Kappe, wie dies bsi bekannten Nebenstrom- bzw. Beipaö-Filtem erforderlich 1st.
Wie aus den Figuren 1 und 5 der Zeichnung ersichtlich, sind die Schrauben 22 ungleichförmig um den Umfang des Gehäuses
12 vtrteilt, derart, daß die Kappe 16 nur in einer Lage auf
dem Filterkörper 14 befestigbar ist. In dieser Lage ist der Probenkanal 60 in der Kappe mit der Bohrung 58, welche mit
der Probenaustrittsöffnung 54 in dem Filterkörper 14 verbunden
1st, ausgerichtet. Hierdurch wird der Möglichkeit einer unrichtigen Anbringung der Filterkappe 16 an dem Filterkörper
14 vorgebeugt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Eintritts-Bffnung
40 in dem Filterkörper 14 allgemein in Richtung auf die Mitte der zylindrischen Kammer 24 gerichtet, wodurch eine
sich im wesentlichen symmetrisch gabelnde Strömungsverteilung des Proseßstroma in der Kammer erreicht wird, wie durch die
Ströamngsverteilungslinien in Fig. 5 angedeutet. Vorzugsweise
liegt dia Austrittsöffnung 42 In derselben Ebene wie die Eintrittsöffnung
40 und ist gegenüber dieser um etwa 1700 bis 180° versetzt. Daa Filterelement 34 liegt in einer Ebene, die
im ganzen gesehen parallel sur Ebene ist, in welcher die Eintritts-
und die Auetrittsöffnung 40 bzw» 42 liegen. Somit bildet sioh in dem an das Filterelement angrenzenden Teil eine
syramttrißohe Aufspaltung der Strömungsverteilung. Diese FlUs-
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sigkeitsetröraung bewirkt mit ihren entgegengesetzten Brehrichtungen
eine Scheuer- oder Reinigungswirkung an der Innenseite 68 des Filterelements. Es hat sich gezeigt, daß durch diese
Strömungsturbulenz des Prozeßstroms benachbart dem Filterelement
einer Ansammlung von Teiloh©n an dem Filterelement wirksara
vorgebeugt werden kann« Indem diese Teilchen weggespült
werden, bevor sie einen übermäßigen Druckabfall über dem Filterelement
hervorrufen können? hierdurch wird die Betriebslebensdauer
des Filterelemente ganz erheblich verlängert.
So hat eioh ergeben, daß to©im Hindurehleiten «eines gasförmigen (
Proseßstroras oder eines flüssigen Stroms ψοά Kohlenwasserstoffen
durch das Filteraggregat gemäß &©£>
Erfindung* wobei ein Filterelement mit einer Porengrö'ß© von weniger als 0s8 Mikron verwendet wurd®, das Filterelement fr©i@ Wassertröpfchen, dl® in dem
Strom vorhanden sein können, wirksam am Durchtritt hind©rt0
Die Wassertröpfchen gammeln sich an der Imi©sis®it@ 68 des Filterelemente
0 Dl© Turbulenz des Prozeßstroms innerhalb d@r Kammer
24 bewirkt ein© Abfuhr» dieg©? fp©i@m VJaas@rtröpfGh@n wi@
auch eine Entfernung d@i Hauptteils \mn F©ststofft@ilefo@ns
die an der Oberfläche d©s Filt©F©l@ffl©nts aitfprisstsi w©rd@n.
Wenn umgekehrt der Prozeßstrom Maiggf ist., so tjeröeia durch dag
Filter lediglich Fegtstofftelloh®^ aus deai Wasser zusüokgehal« i
ten, während das Wasser durchtrat©n kanna Die Flltervorrleh»
tung gemäß der Erfindung gewährleistet somit die wirksame Entfernung
sowohl von Wasserteilehen und Festatoffteilch@n aus
gasförmigen Strömen od©r flüssigen Kohlenwasserstoff»Strömen,
aus welchen eine Probe €ntnoram©R werden soll s sowie auah di®
Entfernung von Feststoffteilehen aug Waeser-ProzeßEtröüien, au®
welohen eine saubere flüssige Wasserprobe für Analysezwecke entnommen werden soll.
Zum Nachweis der Wirksamkeit der durch die erfindungsgemfiS
vorgesehene symmetrische Gabelung des Prozeßstroms erzielt«ß
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Selbstreinigung wurde eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung
der vorstehend beschriebenen Art in Parallelschaltung mit einem bekannten Nebenstrom- bzw. Beipaßfilter nach der eingangs
erwähnten US-Patentschrift 3 459 307 an einen gemeinsamen Vorrat von reinem, weißem Gasolin angeschlossen. In beiden FiI-tervorriohtungen wurden gleiche Millipore MF Filterelemente
von 0*5 Mikron Porendurchmesser verwendet. Das Gasolin wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1 Gramm pro Minute
durch die beiden Filtervorrichtungen geleitet, wobei aufeinanderfolgend in 5-Stunden-Intervallen die folgenden Stoffe
dem Gasolin zugesetzt wurden:
5 Gramm Arizona Straßenstaub 2 Gramm Talkpulver
2 Gramm Graphitpulver
3 Gramm Kalclumkarbonat (Kalk)
6 Gramm Natronkalk
Dabei ergab sich, daß die Zugabe dieser vorstehend erwähnten
Stoff· su dem Gasolin in keiner der beiden Filtervorrichtungen eine merkliche Änderung des Druckabfalls über der Filtervorrichtung zur Folge hatte. Dies zeigt, daß die in der erflndungegemäßen Vorrichtung erzeugte Turbulenzströmung hinsichtlich der Entfernung der vorstehend genannten Feststoffteilchen von den in den Filtervorrichtungen verwendeten Filtern ebenso wirksam ist wie die in der bekannten Filtervorrichtung sich ausbildende Strömung. Des weiteren wurden jeweils
an der Probenleitung Jeder Filtervorrichtung Proben abgenommen, wobei eine visuelle Untersuchung ergab, daß die Proben gleich
sauber waren, d.h. frei von jeglichen Feststoffteilchen.
Danach wurden dem weißen Gasolin 5 Gramm Molykote "G" MoS2-Paste, ein ölig-fettiges Material, zugesetzt, und das so versetzt· Oaeolin durch die beiden Filtervorrichtungen geleitet.
über «Ine Periode von 75 Minuten nahm der Druckabfall
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an der erflndungsgemfißen Filtervorrichtung von 1,7 psig auf
11*56 psig zu, während der Druckabfall an der bekannten Neben·»
strom- bzw, Beipaßfiltervorrichtung von 1,7 psig auf 17,1 psig anstieg. Der erhebliche Anstieg des Druckabfall über
der bekannten Vorrichtung zeigt, daß das Filterelement in dieser praktisch verstopft war. Daraus ergibt sich, daß bei Anwesenheit eines ölig-fettigen Materials in dem Prozeßstrom die
symmetrisch verzweigte Strömungsverteilung des Prozeßstroms
in der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung eine wesentlich
wirksamere Reinigungswirkung des Filterelementβ gewährleistet
wie in der bekannten Filtervorrichtung, in welcher der Prozeßstrom tangential zur Erzeugung einer Wirbelwirkung in die Filterkammer eingeleitet wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine verbesserte
Nebenstrom- bzw* Beipaßfiltervorrichtung geschaffen, die in Ihrem Aufbau einfach ist, zur Auswechslung des Filterelements
leicht auseinandernehmbar 1st, und bei der es über lange Betriebszeiten hin nicht zu einer Ansammlung von Feststoffteilchen an
dem Filterelement kommt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben, das selbstverständlich in mannigfachen Einzelheiten abgewandelt werden kann, ohne daß hierdurch
der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Claims (8)
1. Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung zur Gewinnung
einer gefilterten Probe aus einem Prozeßstrom, mit einem eine Kammer umschließenden Gehäuse, welches Eintritts- und
Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten eines Prozeßstroms duroh die Kammer aufweist, mit einem benachbart der einen
Seite der Kammer angeordneten Filter, derart, daß der Prozeßstrom über die eine Oberfläche des Filters strömt, sowie mit einem die andere Seite des Filters mit dem Raum
außerhalb des Gehäuses verbindenden Filterkanal in dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet , daß die
Eintrittsöffnung (40, 46) für den Prozeßstrom bezüglich der Kammer (24) so angeordnet ist, daß der durch die Eintrittsöffnung in die Kammer eintretende Prozeßstrom innerhalb der Kammer eine sich im wesentlichen symmetrisch aufzweigende Strömungsverteilung (Fig. 5) annimmt.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (40, 46) im wesentlichen auf die Mitte der Gehäusekammer (24) gerichtet
ist.
3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Filterkammer (24) zylindrisch auegebildet ist, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen (40, 42) an der zylindrischen Innenwandung (44)
der Kammer im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene münden und daß die Eintrittsöffnung (40, 46) im wesentlichen
auf die Mitte der zylindrischen Kammer gerichtet ist.
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4. Filtervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Eintritts- und die Austrittsöffnung (40 bzw. 42) gegeneinander in Umfangsriohtung etwa um 170° bis l80° versetzt sind.
5. Filtervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß
die Porengröße des Filters kleiner als 0,8 Mikron ist.
6. Filtervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
daß das Gehäuse (12) aus einem Gehäusekörper (14) und einer Filterkappe (16) besteht, die an miteinander zusammenwirkenden Flächen (l8, 20) aneinander liegen und lösbar miteinander verbunden sind (22), daß die Eintritts- und die
Austrittsöffnung (40 bzw. 42) für den Prozeßstrom in dem Gehäusekörper (14) vorgesehen sind und der Probenkanal (60,
58, Fig. 3) quer zu den aneinander anliegenden Flächen (18, 20) des Gehäusekörpers und der Filterkappe verläuft
und an der Außenseite des Gehäusekörpers mündet (bei 54, 56), derart, daß zum Abnehmen der Filterkappe (16) von dem Gehäusekörper (14) keine Leitungsanschlüsse an der Kappe gelöst zu werden brauchen.
7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Filter (34) durch die Befestigungsmittel (22) für die Befestigung der Filterkappe (16)
an dem Gehäusekörper (14) zwischen Gehäusekörper und Filterkappe eingespannt ist.
8. Filtervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen-,
den Ansprüche, dadurch gekennzei chnet, daß
die Gehäusekammer (24) zylindrisch mit ebenen, zueinander
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im wesentlichen parallelen Stirnseiten (26, 28) ausgebildet ist, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen (40, 42)
für den Prozeßstrom in der zylindrischen Seitenwandung (44) der Gehäusekammer in der Nähe der einen Stirnseite (26)
münden, wobei die Eintrittsöffnung (40, 46) im wesentlichen
auf die Mitte der Kammer gerichtet ist, daß das im wesentlichen ebene Filter (^4) in der Nähe der gegenüberliegenden Stirnseite (28, 62) und parallel zu dieser angeordnet ist, und daß der Probenkanal (60) an dieser gegenüberliegenden Stirnseite (62, Flg. 3) mündet/
Verfahren zur Gewinnung einer gefilterten Probe eines Strömungsmittels aus einem Prozeßstrom, bei welchem der Prozess trom über die eine Seite eines Filters geleitet wird
und ein Teil des Prozeßstroms auf die gegenüberliegende andere Seite des Filters hindurchtreten kann, dadurch
gekennzeichnet , daß der Prozeßstrom gemäß einer im wesentlichen symmetrisch aufgezwelgten Strömungsverteilung über die eine Seite des Filters geleitet wird.
209815/0929
Lee -β·
rseite
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| US7535570A | 1970-09-25 | 1970-09-25 |
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |