DE2251171A1

DE2251171A1 - Filter

Info

Publication number: DE2251171A1
Application number: DE2251171A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Hochscherf; Ewald Klos; Klaus Dipl Ing Stoelting
Original assignee: Kalle GmbH and Co KG
Current assignee: Kalle GmbH and Co KG
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS4974175A; FR2203664B1; ES196456U; IL43435A0; NL7313865A; FR2203664A1; ES196456Y

Description

Filter

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filter, das auf dem Prinzip der Ultrafiltration zur Reinigung und/oder Konzentration und/oder Trennung von Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen und auch im Falle der Reversosmose eingesetzt werden kann.

Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Filtereinrichtung, die ein geschlossenes druckfestes Gehäuse mit Zu- und Ablauf für das zu behandelnde Medium, eine

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drehbar in dem Gehäuse gelagerte mit einer Rotiervorrichtung zum In-Rotation-Versetzen des Mediums versehene Welle und im Innern des Gehäuses zumindest eine Filterscheibe aufweist, die einen für das Piltrat durchlässigen Stützkörper hat, der mit zumindest einem aus dem Gehäuse herausführenden Kanal in Verbindung steht und derart mit zumindest einer semipermeablen Membran verschlossen ist, daß das zu filtrierende Medium nur durch die Membran zu dem Kanal gelangen kann.

Zur Trennung von Feststoffen von Lösungen wird im einfachsten Fall im technischen Maßstab die Filtration mittels Filterpressen durchgeführt. Diese seit langem bekannte Methode besitzt jedoch den erheblichen Nachteil, daß sie nur diskontinuierlich durchgeführt werden kann und in regelmäßigen Abständen der Filterkuchen von den Filtertüchern entfernt werden muß, wonach die Filtertücher für die nächste Filtration wieder gereinigt werden, Je nach zu filtrierendem Gut sind die Standzeiten der Filter oftmals nur sehr kurz, so daß die geschilderten zeitaufwendigen Operationen z.T. in sehr kurzen Abständen durchgeführt werden müssen.

Um die aufwendige Methode der Filtration über Filterpressen zu verbessern, wurden deshalb Anschwemmfilter entwickelt, wobei in mehr oder minder kurzen Abständen das Filter in Rotation versetzt und hierdurch der Filter-

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kuchen abgeschleudert wird. Durch diese Maßnahme wird eine gewisse Beschleunigung in der Filtration erreicht, ohne daß es jedoch zu einer kontinuierlichen Arbeitsweise führt.

In neuerer Zeit wurde für eine kontinuierliche Arbeitsweise deshalb ein Filter entwickelt, wobei runde Filtrationsscheiben abwechselnd feststehend und rotierend montiert sind. Die zu filtrierende Suspension wird dabei unter Druck kontinuierlich einem geschlossenen Filterraum zugeführt, wobei der Feststoffanteil auf den mit Geweben belegten Filterscheiben abgeschieden wird. Die Filtrate der stehenden Scheiben werden außerhalb des Filterraumes einer Sammelleitung zugeführt, während die Filtrate der rotierenden Scheiben über eine Hohlwelle abgeleitet werden. Der Filterkuchen wird in pastenförmigem Zustand ausgetragen.

Diese kontinuierlich arbeitende Vorrichtung besitzt gegenüber den zuerst'genannten Filtrationen bereits erhebliche Vorteile, ohne daß sie jedoch universell, z.B. auch für eine Abtrennung von niedermolekularen Anteilen, einsetzbar wäre. Wenn auch durch die Rotation bereits eine gewisse Turbulenz über den Filterscheiben erzeug+-· wir^, so ergeben

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sich doch Schwierigkeiten, da die turbulente Strömung durch die feststehenden glatten Filtrationsscheiben wenigstens teilweise in eine laminare Strömung fibergehen kann. Vor allem bei höheren Aufgabedrücken, z.B. im Bereich von 10 atü, können deswegen wieder Verstopfungen an den Filtergeweben eintreten.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein universell einsetzbares Filter zu schaffen, das auch für die Trennung von Lösungen mit niedermolekularen Anteilen geeignet ist bzw. unter Ausnutzung der Erscheinungen im Zusammenhang mit dem osmotischen Druck einsetzbar ist, das weiterhin in kontinuierlicher Arbeitsweise gefahren werden kann und das die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Filter der eingangs beschriebenen Art gelöst, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß in dem Gehäuse eine Einrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des zu filtrierenden Mediums auf der semipermeablen Membran vorgesehen ist.

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Unsere Zeichen Tag Blatt

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Es besteht ein Bedürfnis, die Qualität und die Menge des gelieferten Filtrats in einfacher Weise den einzelnen Filterschefeen zuordnen zu können. Aufgrund einer derartigen Zuordnung ist es nämlich möglich, den Zeitpunkt und den Umfang einer vorbeugenden Instandhaltung beispielsweise durch eine Erneuerung der semipermeablen Membran zu bestimmen.

Es besteht somit die zusätzliche Aufgabe, eine solche Filtereinrichtung im Rahmen der oben definierten Erfindung zu schaffen, daß in einfacher Weise die Qualität und/oder die Quantität des gelieferten Filtrats der einzelnen Filterscheibe kontrolliert werden kann.

Diese zusätzliche Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filterscheiben mit der Gehäusewand

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fest verbunden sind und daß die einzelnen Pilterscheiben mit mindestens einem nach außen führenden Kanal versehen sind, durch den das Piltrat der einzelnen Filterscheibe aus dem druckfesten Gehäuse herausgeführt werden kann. Bei dieser Konstruktion des Filters ist es ohne große Schwierigkeiten möglich, das Filtrat der einzelnen Filterscheibe separat zu untersuchen. Es kann damit das Absinken von Qualität und/oder Menge des Filtrats einer oder mehreren einzelnen Filterscheiben zugeordnet werden und diese können gezielt ersetzt bzw. mit einer neuen Membran belegt werden. Schließlich ist es auch in einfacher Weise möglich, einzelne Filterscheiben zu sperren, um so unter einer gewissen Ausbeute-Einbuße die Filterqualität bis zum Membranwechsel konstant zu halten. Für die Entnahme einer Probe des Filtrata ist keine Betriebsunterbrechung erforderlich.

Weitere Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung sind aus den Patentansprüchen und der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung ersichtlich.

In der Zeichnung ist im Schnitt in Seitenansicht eine

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Piltereinrichtung dargestellt. In einem druckfesten Gehäuse 1 sind die wesentlichen Elemente des Filters angeordnet, über einen Stutzen 2a wird das zu filtrierende Medium in das Gehäuse eingespeist und das filtrierte, aufkonzentrierte Medium wird über den Stutzen 2 abgeführt. Das druckdichte Gehäuse 1 weist außerdem Distanzringe la auf, die die dazwischen liegende Filterscheibe 5 in Aufnahmeringen 5a halten. Durch die strichpunktierte Linie 51 sollen Zuganker angedeutet sein, mit denen die Distanzringe la und die Führungsringe 5a für die Filterscheibe 5 mit Hilfe des oberen und unteren Gehäusedeckels zusammengepreßt werden.

In den Halteringen 5a für die Filterscheiben 5 sind je eine Ableitplatte 9 angeordnet, die nach außen führende, beispielsweise spiralförmige Rillen aufweist. Zu beiden Seiten der Platte 9 sind poröse, das Medium verteilende Platten 10 angebracht, auf deren Außenseite wiederum die verhältnismäßig dünnen, semipermeablen Membranen 11 angebracht sind. Jede Filterscheibe besteht also in diesem Beispiel aus einer Ableitplatte 9_a zwei zu beiden Seiten dieser Ableitplatte angeordneten das Filtrat verteilenden Platten 10 und je einer außen angeordneten semipermeablen Membran.

Grundsätzlich ist auch möglich mit einer einfacheren Form der FiIterscheiben zu arbeiten, nämlich mit einer solchen, ·

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bei der eine Ableitplatte fehlt und lediglich eine das Medium verteilende Platte 10 vorgesehen ist, auf deren beiden Seiten je eine semipermeable Membran 11 vorgesehen ist.

Gewünschtenfalls kann man auch mit Platten arbeiten, die eine semipermeable Membran nur auf einer Seite tragen.

An den Führungsringen 5a für die Pilterscheiben 5 ist an einer Seite jeweils ein Stutzen 6 vorgesehen, durch den das Piltrat aus dem druckfesten Gehäuse 1 nach außen abgeführt werden kann. Das heraustretende Piltrat ist durch Pfeile 6a angedeutet. Das Filtrat, das durch die Membran 11 hindurchgetreten, durch die Verteilerplatte 10 gelangt und über die Kanäle bzw. Rillen der Platte 9 und den Stutzen 6 aus dem druckfesten Gehäuse herausgetreten ist, kann somit an jedem der Stutzen 6 separat kontrolliert werden und es kann auf diese Weise festgestellt werden, ob und an welcher der Platten ein Piltrat geliefert wird, das den Anforderungen in mengenmäßiger Hinsicht oder bezüglich der Beschaffenheit nicht genügt. Zugleich kann eine Möglichkeit zum Absperren dieser Platte durch Schließen des Stutzens vorgesehen sein»

Im Inneren des Gehäuses ist eine Welle 3 drehbar gelagert, und über Dichtungen 4 aus dem Gehäuse herausgeführt. Diese

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Welle kann beispielsweise über eine Riemenscheibe 7 in rasche Rotation versetzt werden.

Zu jeder Seite der Filterscheiben 5 ist ein Scheibenrührer 20 angeordnet, der fest mit der Welle 3 verbunden ist. Die Befestigung des Scheibenrührers 20 an der Welle 3 kann beispielsweise mit Hilfe von Ringen 21 und nicht dagestellten Keilen erfolgen.

Um den Scheibenrührern eine noch größere Effizienz zu verleihen, d.h. um das Medium in eine noch*stärkere Kreisbewegung zu versetzen, sind an den Scheibenrührern 20 Stege 21 befestigt.

Zwischen den Scheibenrührern und den Filterplatten sind stegförmige Strömungsunterbrecher 8 angeordnet. Diese Strömungsunterbrecher sind im Abstand über den Filterscheiben angeordnet, damit das Medium auch zwischen diesen Strömungsbrechern und der Filterscheibe turbulent hindurchströmen kann. Bei dieser Ausbildung und Anordnung des Filters mit den beschriebenen Einrichtungen zur Erzeugung einer turbulenten Strömung auf der Membran wird eine hohe Effizienz der Filterleistung sichergestellt und vermieden, daß die Membran durch sich absetzende Rückstände verstopft und somit die Nutzungsdauer des Filters herabgesetzt würde.

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Zahlreiche Variationen dieses Grundgedankens sind denkbar. So können beispielsweise die Strömungsbrecher ähnlich wie bei Dampfturbinen als Leitschaufeln ausgebildet sein. Das Medium wird über diese Leitschaufeln an die Oberfläche der semipermeablen Membranen heranströmen lassen und die erforderliche Turbulenz bildet sich dabei aus.

Anstelle der Scheibenrührer können auch an der Welle angeordnete Rührarme verwendet werden. In diesem Falle erfolgt keine Zwangsförderung des zu filtrierenden Mediums in einer Quasi-Zickzack-Linie mehr sondern die Strömung ist insofern Undefiniert.

Mit derartigen Rührern läßt sich jedoch eine erhebliche Turbulenz erzeugen.

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Claims

Patent, ansprüche

1. Filtereinrichtung, die ein geschlossenes, druckfestes Gehäuse mit Zu- und Ablauf für das zu behandelnde Medium, eine drehbar in dem Gehäuse gelagerte mit einer Rotiervorrichtung zum InRotation-Verse tzen des Mediums versehene Welle und im Innern des Gehäuses zumindest eine Filterscheibe aufweist, die einen für das Filtrat durchlässigen Stützkörper hat, der mit zumindest einem aus dem Gehäuse herausführenden Kanal in Verbindung steht und derart mit zumindest einer semipermeablen Membran verschlossen ist, daß das zu filtrierende Medium nur durch die Membran zu dem Kanal gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine Einrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung des zu filtrierenden Mediums auf der semipermeablen Membran vorgesehen ist.

2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu der Filterscheibe (5) bzw. zu den Filterscheiben zumindest ein Strömungsbrecher (8) derart ausgebildet und in der Einrichtung angeordnet ist, daß er im Betrieb auf der semipermeablen Membran (11) eine turbulente Strömung des Mediums erzeugt.

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3. Piltereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe bzw. Filterscheiben und der bzw. die Strömungsbrecher so bezüglich des Gehäuses (1) und der Welle (3) angeordnet sind, daß beide durch eine Drehung der Welle (3) relativ zueinander gedreht werden.

H, Piltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheiben (5) in der Wand (la) des Gehäuses (1) befestigt sind und daß zumindest ein Kanal (6) von der durchlässigen Stützplatte der Filterscheibe durch die Wand aus dem Gehäuse (1) herausführt.

5. Piltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheiben (5) aus einer mit radialen Rillen ausgestatteten Ableitplatte, auf der zu beiden Seiten je eine durchlässige, das Filtrat verteilende Platte angeordnet ist, die wiederum auf der Außenseite mit der semipermeablen Membran belegt ist, besteht.

6. Piltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterplatte aus einer

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das Filtrat durchlässigen Stützplafete besteht, die zu beiden Seiten mit einer, semipermeablen Membran belegt ist.

7. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbrecher in einem Abstand von der Filterscheibe, angeordnet und mit dieser fest verbunden sind«

8. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbrecher als Leitschaufeln ausgebildet sind.

9. Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fest mit der Welle verbundene Scheibenrührer zwischen den Filterplatten angeordnet sind.

10. FiItereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenrührer mit gerad- oder schrägstehenden Stegen versehen sind.

11. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Welle jeweils zumindest ein Rührarm verbunden ist, der zwischen die Filterscheiben hereinragt.

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12. Piltereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührarme als Laufschaufeln ausgebildet sind.

13. Piltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbrecher bezüglich der Achse der Welle außermittig angeordnet sind.

14. Piltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbrecher echrägstehend angeordnet sind.

15. Piltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbrecher als ein spiralförmig von der Welle zur Gehäusewand verlaufendes Blech ausgebildet sind.

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