DE2141221B2 - Nebenstrom bzw Beipaß Filtervor richtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung zur Gewinnung einer gefilterten Probe aus einem Prozeßstrom mit einem eine zylindrische Kammer umschließenden Gehäuse, welches Eintritts- und Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten eines Prozeßstroms durch die Kammer aufweist, die in der Zylindermantellläche der Kammer angeordnet sind und im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen mit einem benachbart der einen Seite der Kammer und im wesentlichen parallel zu der genannten Ebene 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.

Ein Grunderfordernis für sämtliche analytischen Instrumente besteht darin, daß die zu untersuchende Probe vor dem Eintritt in das Analyseinstrument in geeigneter Weise vorbehandelt sein muß. Ein Haupterfordernis dieser Konditionierung der Probe besteht in der Entfernung von Feststoffteilchen wie beispielsweise Rost, Eisensulfid, Katalysatorstaub u. dgl., um ein Verstopfen der Probenleitungen und eine Beschädigung des Instruments zu vermeiden.

Die bisher in Verbindung mit analytischen Instrumenten verwendeten Nebenstrom- bzw. Beipaßfilter besaßen allgemein eine geringe Waschwirkung in dem Sinne, daß die in den Filtervorrichtungen angeordneten Filterelemente keiner ausreichend turbulenten Waschwirkung ausgesetzt waren. Dies hat zur Folge, daß die Filterelemente wegen der Verstopfung durch in dem Prozeßstrom enthaltene Teilchen, die einen übermäßigen Druckabfall in dem Strömungssystem verursachte, ständig ausgewechselt und erneuert werden mußten.

Aus der USA.-Patentschrift 3 399 972 is: eine Entsalzungskammer bekannt, bestehend aus einem länglichen Raum mit parallelen Seitenwänden und einander gegenüberliegenden Ein- und Austrittsötfnungen. Die Aufgabe, eine Turbulenzströmung zu erzeugen, um eine Selbstreinigungswirkung zu erzielen, tritt bei dieser im wesentlichen einen Ionenaustauscher bildenden Vorrichtung nicht auf. Die Flüssigkeit strömt hier geradl'nig durch die Entsalzungskimme r.

nine solche Selbstreinigungswirkung soll und kann auch nicht durch die aus der USA.-Patentschrift 3 133 132 bekannte Vorrichtung zum Trennen \on Wasser und Salinelösungen erzielt werden. Die durch die Eintrittsöffnung in den Zellenbehälter strömende Flüssigkeit nimmt eine im wesentlichen senkrecht angeordnete kreisförmige Strömungsverteilung an. wobei bich innerhalb des unteren Umfanges de> Behälters Toträume ergeben.

In der USA.-Patentschrift 3 459 307 ist eine Nebenstrom-Bcipaß-Filtervorrichtung beschrieben, bei welcher der Prozeßstn m tangential in die Zylinderkammer der Filtervorrichtung eingeführt wird, wodurch in dem Strom innerhalb der Kammer eine Strömungsturbulenz zum Zweck einer Selbstreinigung des darin vorgesehenen Filterelements erzeugt wird. Außerdem müssen bei dieser Filtervorrichtung die Anschlußleitungen beim Auswechseln des Filterelements teilweise entfernt werden, wodurch unerwünschte Betriebsunterbrechungen hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung einer Nebenstrom-Beipaß-Filtervorrichtung dieser Art zugrunde, bei welcher eine wirksamere Turbulenzstrüniung innerhalb der Filtervorrichtung erzeugt wird, wodurch eine bessere Selbstreinigung des in der Filtervorrichtung enthaltenen Filterelements gewährleistet ist. Außerdem soll gleichzeitig eine Filtervorrichtung geschaffen werden, bei welcher keinerlei Anschlußleitungen von der Filterkappe beim Abnehmen der Filterkappe entfernt zu werden brauchen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind und daß die Eintrittsöffnung im wesentlichen auf die Mitte der zylindrischen Kammer gerichtet ist, so daß der durch die Eintrittsöffnung in die Kammer eintretende Prozeßstrom innerhalb der Kammer eine allgemein symmetrisch aufzweigende Strömungsverteilung annimmt und über die eine Oberfläche des Filters fließt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 in Draufsicht ein Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filteraggregat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Schnittansicht gemäß Linie 2-2 in Fig.l,

F i g. 3 eine Schnittansicht gemäß Linie 3-3 in Fig.l,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Innenseite der für das in F i g. 1 gezeigte Aggregat verwendeten Filterkappe,

Fig. 5 eine Sc inittansicht gemäß Linie ?-5 in F i g. 2 zur Yeranichaulichung der durch die erfipdungsgemuße Ausbildung erzielten symmetrischen Aufteilung der St:ömungsverteilung in dem Filteraggregat.

Das als Ganzes mit 10 bezeichnete Xebenstrom- bzw. Beipaß-Filteraggregat gemäß der Erfindung weist ein zylindrisches üehäuse 12 auf. das in zwei «esonderte Teile, nämlich einen Fiiterkörper 14 und eine Filterkappe 16. unterteilt ist. Die beiden Teile werden an gegenseitigen Anlageflächen 18. 20 mittels mehrerer Schraubt olzen 22 zusammengehalten.

Tn dem Filterkö-pcr 14 ist eine an der Oberseite 18 offene zylindrische Kammer 24 orsesehen. Der Boden der Kammer .14 bildet eine ebene Stirnwandung 26. Diese Wandung ist im wesentlichen parallel der gegenüberliegenden Stirnwandung 28 der Kammer, welche von der Innenfläche der Filterkappe 16 gebildet wird. An dem Filterkörper 14 ist an seinem inneren Umfang eine axial verlaufende Ringschulter 30 vorgesehen, die sich in Richtung der Hlterkappe 16 erstreckt, jedoch kurz vor der Stirn\vai:dung 28 endet. Zwischen dem Filterkörper 14 und der Kappe 16 ist ein flaches kreisförmiges Filterelement 34 angeordnet. Wie ersichtlich liegt das Filterelement 34 im ganzen parallel zu den Stirnwandungen 26 und 28 der Kammer 24.

In der Wandung de? Filterkörpers 14 sind Ein- und Austrittskani.le 40 bzw. 42 vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen der zylindrischen Inr.enwandung 44 der Kammer 24 und dem Raum außerhalb des Gehäuses herstellen. Mit dem Eintrittskanal 40 ist eine Eintritts- oder Zufuhrleitung 46 zur Zufuhr einer Prozeßströmung in die Kammer 24 verbunden: entsprechend ist mit dem Austrittskanal 42 eine Austrittsleitung 47 zum Austritt des Prozeßstroms aus der Kammer verbunden. Wie aus Fig. 2 ersichtlicii. besitzt der Austrr.tskanal 42 einen größeren Querschnitt als der Eintrittskanal 40. um die Bildung eines Rückstaudrucks in dem Gehäuse 12 zu vermeiden.

Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich, wird die Fläche ?.O an der Filterkappe 16 von einem ringförmigen Vorsprung 48 gebildet, der sich von der Innenwandung 28 der Filterkappe in axialer Richtung eistreckt. Die zylindrische Innenwandung 49 dieses Vorsprungs ist gegenüber der zylindrischen Außenfläche 50 der Schulter 30 an dem Filterkörper 14 radial nach außen versetzt, derart, daß zwischen ihnen ein ringförmiger Raum zur Aufnahme eines elastomeren Dichtungsrings 52 gebildet wird. Die Dicke des Dichtungsrings 52 ist größer als die axiale Länge der Schulter30 an dem Filterkörper 14: daher kommt bei der Befestigung der Filterkappe 16 mittels der Schraubbolzen 22 an dem Filterkörper 14 der Dichtungsring 52 in dichtschließende Anlage gegen das Filterelement und fixiert dieses in seiner Lage innerhalb des Gehäuses. Gleichzeitig verhindert der Dichtungsring 52 zuverlässig ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12 zwischen den aneinanderliegenden Flächen 18 und 20 des Filterkörpers und der Filterkappe.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Probenöffnung 54 des Gehäuses in der zylindrischen Wandung des Filterkörpers 14 angeordnet. Mit der Probenöffnung ist e'-ic Leitung 56 verbunden, mittels welcher die gefilterte Probe einem (nicht dargestellten") Instrument zur Analyse zugeführt wird. Die Probenöffnung 54 ist über eine Bohrung 58 mit der Fläch«? 18 des Filterkörpers 14 verbunden. Die Bohrung 58 ist mit einem Probenkanal 60 ausgerichtet, der sich von der Fläche 20 an der Kappe 16 zur Mitte der Bodenfläche einer kreisförmigen Ausnehmung 62 an der Innenstirnseite 28 der Filterkappe erstreckt. Die Mündungsöffnung des Probenkanals 60 an der Fläche 20 ist son einer Rincnut 64 umgeben. In dieser Ringnut ist ein Dichtungsring 66 zur Abdichtung

ίο zwischen den gegeneinander anliegenden Flächen 18 und 20 des Filterkörpers 14 und der Filierkappe 16 vorgesehen, um Verluste durch Austreten der durch den Kanal 60. die Bohrung 58 und die Öffnung 54 strömenden Probenflüssigkeit zu vermeiden. Man erkennt daß da sowohl die Eintritts- und Austrittsleitungen 46. 47 für den Prozeßstrom wie auch die Probenleitung 56 sämtlich mit dem Filterkörper 14 verbunden sind, die Filterkappe 16 durch Loser», der Schrauben 22 rasch von derr Filterkörper abgenommen werden kann, ohne daß h:2rzu irgendwelche Leitungsanschlüsse von der Kappe abgenommen werden müßten. Das Filterelement 34 in der Kappe 16 kann daher rasch und in einfacher Weise ausgewechselt wf "den. ohne zeitraubendes und unbequemes Lösen von Leitungsanschlüssen an der Kappe, wie dies bei bekannten Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtern erforderlich ist.

Wie aus den F i g. 1 und 5 uer Zeichnung ersichtlich, sind die Schrauben 22 ungleichförmig um den Umfang des Gehäuses 12 verteilt, derart, daß die Kappe 16 nur in einer Lage auf dem Filtt'körper 14 befestigbar ist. In dieser Lage ist der Probenkanal 60 in der Kappe mit der Bohrung 58. welche mit der ProbeniiustritisöfTnung 54 in dem Filterkörper 14 verbunden ist, ausgerichtet. Hierdurch wird der Möglichkeit einer unrichtigen Anbringung der Filterkappc 16 an dem Filterkörper 14 vorgebeugt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Eintrittsöffnung 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 Prozeßstroms in der Kammer erreicht wird, wie durch die Strömungsverteilungslinien in Fig. 5 angedeutet. Vorzugsweise liegt die Austrittsöffnung 42 in derselben Ebene wie die F.intrittsöffnung 40 und ist gegenüber dieser um etwa 170 bis 180 versetzt. Das Filterelement 34 liegt in einer Ebene, die im ganzen gesehen parallel zur Ebene ist. in welcher die Eintritts- und die Austrittsöffnung 40 bzw. 42 liegen. Somit bildet sich in dem an das Filterelement angrenzenden Teil eine symmetrische Aufspaltung der Strömup.gsverteilung. Diese Flüssigkeitsströmung bewirkt mit ihren entgegengesetzten Drehrichtungen 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 Teilchen an dem Filterelement wirksam vorgebeugt werden kann, indem diese Teilchen weggespült werden, bevor sie einen übermäßigen Druckabfall über dem Filterelement hervorrufen können; hierdurch wird die Betriebslebensdauer des Filterelements ganz erheblich verlängert.

So hat sich ergeben, daß beim Hindurchleiten eines gasförmigen Prozeßstroms oder eines flüssigen Stroms von Kohlenwasserstoffen durch das Filteraggregat gemäß der Erfindung, wobei ein Filterelement mit einer

Porengröße von weniger als 0,8 Mikron verwendet wurde, das Filterelement freie Wassertröpfchen, die in dem Strom vorhanden sein können, wirksam am Durchtritt hindert. Die Wassertröpfchen sammeln sich an der Innenseite 68 des Filterelements. Die Turbulenz des Prozeßstroms innerhalb der Kammer 24 bewirkt eine Abfuhr dieser freien Wassertröpfchen wie auch eine Entfernung des Hauptteils von Feststoffteilchen, die an der Oberfläche des Filterelements mitgerissen werden. Wenn umgekehrt der Prozeßstrom Wasser ist, so werden durch das Filter lediglich Feststoffteilchen aus dem Wasser zurückgehalten, während das Wasser durchtreten kann. Die Filtervorrichtung gemäß der Erfindung gewährleistet somit die wirksame Entfernung sowohl von Wasserteilchen und Feststoffteilchen aus gasförmigen Strömen oder flüssigen Kohlenwasserstoff-Strömen, aus welchen eine Probe entnommen werden soll, sowie auch die Entfernung von Feststoffteilchen aus Wasser-Prozeßströmen, aus welchen eine saubere flüssige Wasserprobe für Analysezwecke entnommen werden soll.

Zum Nachweis der Wirksamkeit der durch die erfindungsgemäß vorgesehene symmetrische Gabelung des Prozeßstroms erzielten Selbstreinigung wurde eine crfindungsgemäße Filtervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art in Parallelschaltung mit einem bekannten Nebenstrom- bzw. Beipaßfilter nach der eingangs erwähnten USA.-Patentschrift 3 459 307 verwendet und mit reinem, weißem Gasolin beschickt. In beiden Filtervorrichtungen wurden gleiche Filterelen-, sn te 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-lntervallen die folgenden Stoffe dem Gasolin zugesetzt wurden:

5 Gramm Arizona Straßenstaub
2 Gramm Talkpulver

2 Gramm Graphitpulver

3 Gramm Kalciumkarbonat (Kalk)

6 Gramm Natronkalk

Dabei ergab sich, daß die Zugabe dieser vorstehend erwähnten Stoffe zu dem Gasolin in keiner der beiden Filtervorrichtungen eine merkliche Änderung des Druckabfalls über der Filtervorrichtung zur Folge hatte. Dies zeigt, daß die in der erfiiidungsgemäßcn Vorrichtung erzeugte Turbulenzströmung hinsichtlich der Entfernung der vorstehend genannten Feststoffteilchen von den in den Filtervorrichtungen verwendeten Filtern ebenso wirksam ist ν ic die in der

ίο 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 F'eststoffteilchen.

Danach wurden dem weißen Gasolin 5 Gramm Molykote »G« MoS₂-Pastc, ein ölig-fettiges Material, zugesetzt, und das so versetzte Gasolin durch die beiden Filtervorrichtungen geleitet. Über eine Periode von 75 Minuten nahm der Druckabfall an der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung von 0,12 at auf 0,81 at zu, während der Druckabfall an der bekannten Nebenstrom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung von 0,12 al auf 1,7 at anstieg. Der erhebliche Anstieg des Drucka! fills 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 Filtcrelements 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. Beipaß-Filtervorrichtung geschaffen, die in ihrem Aufbau einfach ist, zui Auswechslung des Filterelements leicht auseinandernehmbar ist und bei der es über lange Betriebszeitcr hin nicht zu einer Ansammlung von Feststoffteilchei an dem Filterelement kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Neber.strom- bzw. Beipaß-Filtervorrichtung zur Gewinnung einer gefilterten Probe aus einen*. Prozeßstrom mit einem eine zylindrische Kammer umschließenden Gehäuse, welches Eintritts- und Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten eines Prozeßstroms durch die Kammer aufweist, die in der Zylindermantelfläche der Kammer angeordnet sind und im wesentlichen in der gleichen Ebene ic liegen mit einem benachbart der einen Seite der Kammer und im wesentlichen parallel zu der genannten Ebene 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 (4{/) und die Austrittsöffnung (42) im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind und daß die Eintrittsöffnung (40) im wesentlichen auf die Mitte der zylindrischen Kammer (24) gerichtet ist, so daß der durch die Eintrittsöffnung (40) in die Kammer (24) eintretende Prozeßstrom innerhalb der Kammer eine allgemein symmetrisch aufzweigende Strömungsverteilung annimmt und über die eine Oberfläche (68) des Filters (34) fließt.

2. Filtervorri hiung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrinsöffnung (40) und die Austrittsöffnung (42) gegeneinander in Umfanasrichtuna etwa um 170 bis W versetzt sind.