DE2157680A1

DE2157680A1 - Verfahren und Vorrichtung zum FiI tneren eines mit Teilchen verunreinigten fluiden Mediums

Info

Publication number: DE2157680A1
Application number: DE19712157680
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Bourdale, Lucien Rene Justin, Arpajon, Essone (Frankreich)
Priority date: 1970-11-23
Filing date: 1971-11-20
Publication date: 1972-06-15
Also published as: CA939618A; FR2115500A5; SE389970B; IT942912B; BE775596A; GB1366153A; US3741892A

Description

luoien Ren6 Justin Bourdale, 30, Avenue Aristide Briand, Arpajon (Essone)/!Frankreich

"Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren eines mit Seilchen verunreinigten fluiden Mediums"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren eines mit Teilchen verunreinigten fluiden Mediums, d.h. einer Flüssigkeit oder eines Gases, wo-"bei dieses im Folgenden lediglich an Hand einer Flüssigkeit beschrieben werden soll. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem beidseitig wenigstens einer Filterfläche ein mit einem Flüssigkeitseinlaß kommunizierender Raum für die Zufuhrung

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der verunreinigter] Flüssigkeit, "bzw. ein mit einem Flüssigkeitsauslaß kommunizierender Raum für die Abführung der gereinigten Flüssigkeit besteht, wobei die im wesentlichen parallel zur Filterfläche verlaufende Strömung in dem ersteren stromaufwärtigen Raum einen Teil der Flüssigkeit in Strömungsrichtung unter Mitnahme der Teilchen auf einen Teilchenauslaß abzweigt und dieser Teil in Strömungsrichtung vom Flüssigkeitseinlaß zum Teilchenauslaß konstant abnimmt, während dec andere Teil der Flüssigkeit gereinigt, größtenteils in den stromabwärtigen Raum gelangt. Darüberhinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Filtrierverfahrens.

Abgesehen von außerordentlich komplizierten und kostspieligen Vorrichtungen ermöglichen es die bislang bekannten Filtrierverfahren nicht, in einem fluiden Medium suspendierte Teilchen bei praktisch konstanter Druckdifferenz kontinuierlich abzutrennen. Bei der überwiegenden Mehrheit der verwendeten Geräte ist man gezwungen, periodische Unterbrechungen vorzunehmen, um die Filteroberflächen zu reinigen, da ansonsten infolge des Anwachsens der darauf niedergeschlagenen Teilchen ein Durchgang des fluiden Mediums durch diese Filterflächen völlig verhindert würde.

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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten der "bislang bekannten Verfahren und Einrichtungen zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im stromaufwärtigeη Raum praktisch konstant gehalten wird, damit die dadurch hervorgerufene Reibung an den Filterwänden die Dicke des sich auf den Filterwänden abscheidenden Teilchenkuchens begrenzt und damit die Druckdifferenz (Druckabfall) der Flüssigkeit über die Filterwand hinweg auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

Dank dieser Maßnahmen werden die Teilchen bisweilen auch automatisch evakuiert, so daß damit eine Filtrierung möglich ist, die bei einer praktisch konstanten Druckdifferenz arbeitet.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Hohlkörper, in den ein oberer Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit, ein seitlicher Flüssigkeitsauslaß für die gereinigte Flüssigkeit und ein unterer Teilchenauslaß münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperquerschnitt vom Flüssigkeitseinlaß zum Teilchenauslaß hin kontinuierlich abnimmt und mit einer Folge von Filter-

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wänden versehen ist, die abwechselnd einerseits in ihrem Querschnitt abnehmende, vom Flüssigkeitseinlaß zum !Deilchenauslaß führende, Kanäle und andererseits die stromabwärtige Zone für die gereinigte Flüssigkeit darstellende Kanäle bilden.

Man erkennt in einfacher Weise, daß man auf diese Weise Eilteranlagen mit großer Kapazität realisieren kann, bei denen die notwendigen Bedingungen für ein gutes Funktionieren gegeben sind.

Anhand der in den Figuren der Zeichnung schematisch darge^· stellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte, teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung,

Figur 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 1 und

Figur 3 eine perspektivische,teilweise aufgebrochene, Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Filteranlage besteht im wesentlichen aus einem Hohlkörper 1, in den ein oberer Einlaß 2 für die verunreinigte Flüssigkeit, ein seitlicher Auslaß 3 für die gereinigte Flüssigkeit und ein unterer Teilchenauslaß 4 münden. Dieser Hohlkörper umfaßt zwei einander gegenüberliegende trapezförmige Seitenflächen 5» so daß der Hohlkörperquerschnitt vom Flüssigkeitseinlaß 2 zum Teilchenauslaß 4 hin kontinuierlich abnimmt .

In das Innere des Filterkörpers 1 sind eine Mehrzahl von Filterplatten 6 vertikal in Abstand voneinander eingesetzt, derart, daß aufeinanderfolgend größere und kleinere Abstände 7 bzw. 8 zwischen den einzelnen Platten bestehen. Die zwölf beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorhandenen Filterplatten sind gleichfalls trapezförmig und parallel zu den Seitenwänden 5 des Filterkörpers angeordnet. Man erkennt darüberhinaus, daß die äußersten Filterplatten von den Seitenflächen 5 um die Hälfte der Intervallabstände 7 beabstandet sind, wobei der Grund dafür weiter unten noch näher erläutert werden soll.

Die freien Zwischenräume 7 zwischen den Filterplatten 6 sind auf der Seite des Flüssigkeitsauslasses 3 für die gereinigte Flüssigkeit durch dichte Wände 9 abgeschlossen,

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während die freien Zwischenräume 8 zum Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit hin durch abgedichtete Wände 10 abgeschlossen sind. Auf diese Weise erhält man eine stromaufwärtige Zone,umfaasend den Flüssigkeitseinlaß 2, die freien Zwischenräume 7 und den Teilchenaualaß 4, sowie eine stromabwärtige Zone, umfassend die Zwischenräume 8 und den Flüssigkeitsauslaß 3. Diese beiden stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigeη Zonen sind durch die undurchlässigen abgedichteten Wände 9 und 10 sowie die Filterplatten 6 voneinander getrennt.

Es versteht sich von selbst, daß eine derartige Filtereinrichtung noch durch die allgemein im Zusammenhang mit FiI-tereinrichtungen bekannten Zusatzgeräte vervollständigt werden muß, wie z.B. Ventilatoren, Kompressoren, Pumpen, Schütze, Manometer, Strömungsmeßgeräte usw., die aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in den Figuren nicht mit dargestellt worden sind.

Eine erfindungsgemäße Filteranlage funktioniert in folgender Weise:

Das flüssige oder gasförmige Medium, welches durch Feststoffteilchen verunreinigt ist, kommt am Einlaß 2 an und dringt anschließend in die freien Räume 7 des Filterkörpers 1 ein. Der wesentliche Teil dieses fluiden Mediums

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durchquert die Filterwände 6 und gelangt dadurch in die freien Zwischenräume 8, von wo aus er gereinigt zum Flüssigkeitsauslaß 3 gelangt, in dem gegenüber dem Flüssigkeitseinlaß 2 ein erster Unterdruck besteht. Der restliche Teil des fluiden Mediums setzt seinen Weg durch die Zwischenräume 7 parallel zu den Filterplatteη 6 fort und tritt durch den Teilchenauslaß 4 aus, an dem ein zweiter Unterdruck gegenüber dem Flüssigkeitseinlaß 2 besteht.

Da der Querschnitt des Filterkörpers konstant abnimmt und die Intervalle 7» abgesehen vom ersten und letzten auf die Hälfte reduzierten Intervall, untereinander gleich groß sind, nimmt die Flüssigkeit vom Einlaß 2 zum Teilchenauslaß 4 hin konstant ab. Die mittlere Geschwindigkeit bleibt jedoch trotzdem konstant, so daß nahezu alle, wenn nicht sogar alle, Teilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, am Teilchenauslaß 2 ankommen.

Auf diese Weise ermöglicht es eine statische Filtrieranlage gemäß der vorliegenden Erfindung kontinuierlich bei , praktisch konstanter Druckdifferenz ein fluides Medium bei praktisch 100 #-igem Wirkungsgrad von den darin suspendierten Teilchen abzutrennen.

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Mao erkennt, daß die suspendierten Teilchen gleichlaufend mit einer stromaufwartigeη Trajektorie des fluiden Mediums mitgeführt werden, so daß selbst die kleinsten Teilchen trotz ihrer geringen Trägheit mitgenommen werden.

Selbstverständlich müssen zu diesem Zweck eine gewisse Anzahl von Bedingungen erfüllt sein. Insbesondere ist es notwendig, daß die Oberfläche der Filterwände so ausgebildet ist, daß die Frontalgeschwindigkeit der sie durchsetzenden Flüssigkeit, d.h. des Teils der durch diese Fläche abgezogenen gereinigten Flüssigkeit kleingenug ist, damit die Reibungskraft der auf den Filterwänden abgeschiedenen Teilchen kleiner bleibt als die tangentiale Mitnahmekompnente der Flüssigkeit. Um darüberhinaus den Anteil der stromaufwärtig verbleibenden Flüssigkeit so klein wie möglich zu halten, ist es notwendig, den Querschnitt am Teilchenauslaß 4 so klein wie möglich zu machen und die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit im stromaufwärtigen Bereich jedenfalls größer zu machen, als es für die Mitnahme der Teilchen notwendig ist.

In Ausgestaltung der Erfindung könnte einer solchen erfindungsgemäßen Filtrieranlage eine Vorabtrenneinrichtung vorgeschaltet sein, um die besonders großen Teilchen vor dem Eintritt in den Flüssigkeitseinlaß 2 abzutrennen _f damit die Gefahr eines Verstopfens der freien Zwischenräume 7

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zwischen den leiterplatten 6 vermieden wird.

Darüberhinaus kann selbstverständlich der durch den Teilchenauslaß mit austretende geringe Seil der Flüssigkeit nach der totalen oder teilweisen Abtrennung der Teilchen zum Flüssigkeitseinlaß 2 zurückgeführt werden oder auch direkt in die Atmosphäre entlassen werden.

Nach Einsatz der sauberen, ungebräuhten Filterplatten steigt selbstverständlich der Druckabfall zwischen Flüssigkeitseinlaß und Flüssigkeitsauslaß zunächst mit einer sioh allmählich verlangsamenden Geschwindigkeit auf einen bestimmten Endwert an, der dann der angesprochenen konstanten Druckdifferenz des Filters im eingesohwungenen Betriebszustand entspricht.

Während dieser Anlaufzeit bildet sich auf den porösen Filterplatten eine unter dem Namen "Kuchen" bekannte Teilchenschicht, welche die Trennwirkung der Filterplatten vervollständigt. Gleichzeitig nehmen die anfangs vorhandenen Poren der Filterwand in ihrer Anzahl zu und gleichzeitig in ihrem durchmesser ab.

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Nachdem der Druckabfall des Filters seinen endgültigen konstanten Wert erreicht hat, besitzen die Filterporen des
"Kuchens¹¹ einen Querschnitt, der kleiner ist als die
kleinsten Teilchen, die normalerweise von der Flüssigkeit mitgeschleppt werden. Von diesem Moment an hat der Filter somit praktisch einen 100 #-igen Wirkungsgrad für alle
normalerweise überhaupt vorkommendenTeilohen.

Selbstverständlich könnte man diesen vollständigen Wirkungsgrad auch dadurch sofort erreichen, daß man Filterplatten verwendet, deren Porenquerschnitt kleiner ist als die kleinsten vorkommenden Teilchenabmessungen, doch bedarf es auch in solchen Fällen zunächst der Bildung eines "Kuchens" zu Beginn des Filtriervorgangs. In gleicher Weise könnte man einen derartigen leilchenkuchen mit geeigneter Granulation vorfabrizieren, ehe man die so gebildeten Filterplatten industriell in eine erfindungsgemäße Filtriereinrichtung einsetzt.

Wenn aus irgendeinem beliebigen Grund der Druckabfall zufälligerweise im Betrieb zu groß wird, kann man mit Vorteil zeitweilig die Flüssigkeitszufuhr im stromauf wärtigeη Bereich erhöhen, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich entsprechend zu vergrößeren. Durch diese
Vergrößerung der Geschwindigkeit wird die Mitnahmekraft

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aui" die suspendierten Teilchen größer und führt entsprechend rasch zu einer Normalisierung der Verhältnisse, d.h. die Druckdifferenz stellt sich auf ihren Normalwert ein. Diese zeitweise Erhöhung der Zufuhr und damit der Strömungsgeschwindigkeit kann darüberhinaus "beliebig oft, _t1e nach den gegebenen Erfordernissen, wiederholt werden.

Bei dem in Fi^ir 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Flüssigkeitsauslaß 3 für iie .rereinigte flüssigkeit an einer der trapezförmigen Seitenflächen des Filters 1 vorgesehen. Die leiterplatten 6, die dabei Rechteckform aufweisen, sind, senkrecht zu diesen trapezförmigen Seitenflächen gerichtet, flächenföriijig angeordnet, derart, daß die Intervalle 7 vom Flüssigkeitseinlaß 2 sum Teilchenauslaß 4 in ihrer Ausdehnung ab-, nehmen. Auf diese Waise bleibt die Strömungsgeschwindigkeit im stromaufwärtigen Bereich des Filters im wesent- ( liehen konstant und ausreichend groß, um die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen vom Flüssigkeitseinlaß 2 zum Teilehenauslaß 4 hin mitzuschleppen, während der gereinigte Teil der Flüssigkeit wie vorher im Flüssigkeitsauslaß 3 gesammelt und abgesaugt wird.

Die Filtereinrichtung nach Figur 3 arbeitet exakt in gleicher Weise wie die Filtereinrichtung naoh aeo Fi.;;·:■·■ 1 und 2. Man erkennt indessen, daß die Variante :>~*;?ä!i

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Figur 3 sich besonders dazu eignet, Einheiten mit großer Filterkapazität zu realisieren. Man kann nämlich mehrere derartige Elemente nach Figur 3 so aneinanderreihen, daß man eine zylindrische Einheit erhält, welche in der Lage ist, eine große Menge an zu reinigender Flüssigkeit bzw. zu reinigendem Gas bei relativ kleinem Gesamtvolumen zu verarbeiten.

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Claims

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- 15 Patentansprüche;

M.JVerfahren zum Filtrieren eines mit Teilchen verunreinigten fluiden Mediums (Flüssigkeit oder Gas) bei praktisch konstanter Druckdifferenz, bei dem beiseitig wenigstens einer Filterfläche ein mit einem Flüssigkeitseinlaß kommunizierender Raum für die Zuführung der verunreinigten Flüssigkeit, bzw. ein mit einem Flüssigkeitsauslaß kommunizierender Raum für die Abführung der gereinigten Flüssigkeit besteht, wobei die im wesentlichen parallel zur Filterfläche verlaufende Strömung Im ersteren, stromaufwärtigen Raum einen Teil der Flüssigkeit in Strömungsrichtung unter Mitnahme der Teilchen auf einen Teilchenauslaß abzweigt,und dieser .. Teil in Strömungsrichtung vom Flüssigkeitseinlaß zum Teilchenauslaß konstant abnimmt, während der andere Teil der Flüssigkeit gereinigt, größtenteils in den stromabwärtigen Raum gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im stromaufwärtigen Raum praktisch konstant gehalten wird, damit die dadurch hervorgerufene Reibung an den Filterwänden die Dicke des sich auf den Filterwänden abscheidenden Teilchenkuchens begrenzt und damit die Druckdifferenz (Druckabfall) der Flüssigkeit über die Filterwand hinweg auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Hohlkörper (1), in den ein oberer Flüssigkeitseinlaß (2) für die verunreinigte Flüssigkeit, ein seitlicher Flüssigkeitsauslaß (3) für die gereinigte Flüssigkeit und ein unterer Teilchenauslaß (4) münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperquerschnitt vom Flüssigkeitseinlaß (2) zum Teilchenauslaß (4) hin kontinuierlich abnimmt und mit einer Folge von Filterwänden (6) versehen ist, die abwechselnd einerseits in ihrem Querschnitt abnehmende, vom Flüssigkeitseinlaß zum leilchenauslaß führende, Kanäle (7) und andererseits in die stromabwärtige Zone (3) für die gereinigte Flüssigkeit einmündende Kanäle (8) bilden.

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