DE2500990C3 - Verfahren zum Filtern von Medien und Spaltfilterkerze zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Filtern von Medien und Spaltfilterkerze zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausscheiden von Teilchen aus einem Medium mit Hilfe einer
Spaltfilterkerze, die aus einem auf einer Bodenplatte angeordneten schraubenlinienförmig gewundenen Profil
besteht, welches durch ein Zugorgan so auf eine bestimmte Vorspannung gehalten wird, daß zwischen
den einzelnen Profilwindungen Spalte einer bestimmten Breite verbleiben, die bei Umkehr der Strömungsrichtung
des Filtrats zwecks Rückspülung abgelagerter Teilchan vergrößert werden, und femer eine Spaltfilterkerze
zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der US-PS 21 33 004 ist eine Filterkerze zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bekannt Bei
dieser Filterkerze läßt sich die Spaltbreite zwischen den einzelnen Windungen weder während der normalen
Ström ungsrichtung des Filtrats noch bei dessen Umkehr
definiert begrenzen, da keine Mittel vorgesehen sind, die minimale oder die maximale Spaltbreite zwischen
Jen Windungen zu fixieren.
Zur gründlichen Entfernung aller abgelagerten Teilchen ist es jedoch notwendig, alle Windungen an der
Distanz vergrößerung voneinander teilnehmen zu lassen. so daß nicht während des Rückspulens einzelne
Windungen dicht aneinander anliegen bleiben, während andere Windungen zwischen sich relativ große Distan
zen entstehen lassen. Eine sichere Entfernung aller abgelagerten Teilchen ist beim Rückspulen der bekannten
Filterkerze in Ermangelung einer gleichmäßigen und definierten Spaltbreitenvergrößerung zwischen den
Windungen daher nicht zu gewährleister
Eine neben eintm Zugorgan mit Stützorganen
ausgestattete Filterkerze ist an sich aus der US-PS 34 87 931 bekannt. Die Stützorgane in dieser Filterkerze
dienen jedoch lediglich dazu, das schraubenlinienförmig gewundene Profil radial abzustützen. Soweit die
Stützorgane im Filterbetrieb eine Druckbelastung erfahren, ist zu befürchten, daß bei Umkehr der
Ström jngsrichtung zwecks Rückspülung abgelagerter Teilchen die Stützorgane auf Zug beansprucht werden,
so daß sie einer Wechselbelastung unterliegen, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden
werden soll. Es ist aber auch möglich, daß die Stützorgane in Ermangelung einer festen Verbindung
mit der Bodenplatte bei einem Druckstoß lediglich entlastet werden und «omit keinen Einfluß auf die
Spaltbreite der Windungen während des Rückspülvorganges nehmen. Da den Stützorganen der vorbekannten
Filterkerze eine gänzlich andere Funktion zukommt, läßt sich auch mit dieser Filterkerze die dem
erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegende Aufgabe nicht lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einem Verfahren nebst Vorrichtung zu dessen Durchführung
zum Ausscheiden von Teilchen aus einem Medium mit Hilfe einer Spaltfilterkerze zu gelangen, wobei während
des Druckstoßes zur Rückspülung eine gleichmäßige Vergrößerung der Spalte zwischen den einzelnen
Windungen sichergestellt werden.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungs
gemäß vorgeschlagen, daß bei Umkehr der Strömungsnehturig
gleichzeitig auf die Bodenplatte ein so bemestener Druckstoß ausgeübt wird, daß Stützorgane.
welche die aus dem Zugorgan resultierende Vorspannung des Profils begrenzen, entlastet werden, wobei die
Maximalbelastungen der Stutzorgane und des Zugorgans so aufeinander abgestimmt werden, daß sich durch
den Druckstoß die Spaltbreite zwischen den Windungen gleichmäßig um 5% vergrößert.
Während bei der bekannten Filterkerze keine Mittel vorgesehen sind, die minimale oder die maximale
Spaltbreite zwischen den Windungen zu limitieren, bedient sich das anmeldungsgemäße Verfahren nicht
nur eines auf eine bestimmte Vorspannung gehaltenen Zugorgans, sondern benutzt mehrere Stützorgane,
welche die aus dem Zugorgan resultierende Vorspannung des Profils exakt begrenzen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt,
daß die Stützorgane aufgrund einer hohen Frequenz der Druckimpulse der reversierenden Strömung
nicht d'irch einen F.rmüdungsbruch zerstört
werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Stützorgane durch das Zugorgan ständig
unter Vorspannung gehalten, die zwar beim Druckstoß verringert wird, so daß die Stützorgane praktisch
entlastet sind, keinesfalls uabei aber einer Zugspannung
ausgesetzt werden. Die Entlastung der Stützorgane wird in Abstimmung der Belastung des Zugorgans so
begrenzt, daß eine geringe Druckbelastung der Stützorgane aufrechterhalten bleibt und das Zugorgan
nicht über seine Elastizitätsgrenzen beansprucht wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Druckstoß bestimmter Größe auf d\e Bodenplatte
■usgeübi, und zwar derart, daß die Stützorgar · von der
aus dem Zugorgan resultierenden Spannung des Profils entlastet werden, wobei die Beanspruchung der
Stüizorgane einerseits und des Zugorgans andererseits so aufeinander abgestimmt werden, daß Vergrößerungen
der Spaltbreite um 5% möglich sind, ohne daß ein Organ eine von Zug in Druck wechselnde Beanspru
chung erfährt. Die auftretenden Belastungen auf die einzelnen Organe werden dadurch in besonders
sinnvoller Weise verteilt, wobei eine gleichmäßige und exakt definierte Spaltbreite zwischen den Windungen
sowohl bei der normalen Strömungsrichtung des Filtrats wie auch während des Rückspül Vorgangs erzielt wird.
Nach einer Ausgestaltung des erfindune<.ccmäßen
Verfahrens ist der auf die Bodenplatte ausgeübte Druckstoß so bemessen, daß die Vergrößerung der
Spaltbreite zwischen den Windungen des Profils für maximal einige Zehntel von Sekunden aufrechterhalten
wird. Ein so 'lemessener Druckstoß ist für die gründliche
Entfernung aller auf dem Profil abgelagerten Teilchen ausreichend.
Zur Durchführung des Verfahrens läßt sich eine Spaltfilterkerze mit einem auf einer Bodenplatte
sitzenden, aus schraubenlinienförmige.i Windungen gebildeten Profil und einer dazu konzentrisch angeord
neten, das Profil vorspannenden Zugstange verwenden, wobei Mittel vorgesehen sind, die Filtration regelmäßig
zu unterbrechen, die Strömungsrichtung des Filtrats umzukehren und gleichzeitig einen Druckstoß auf die
Bodenplatte auszuüben.
Erfindurgsgemäß sind tii einer solchen Filterkerze in
regelmäßigem Abstand zur Symmetrieachse des Profils Stützstangen angeordnet, die unter einer aus der
Zugstange resultierenden Druckbelastung eine solche Dimension aufweisen, daß die Spalte zwischen den
einzelnen Windungen des Profils eine Breite von 20 μ nicht überschreiten.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zugstange so dimensioniert, daß die Elastizitätsgrenze
des Materials der Zugstange in Folge des durch die Mittel erzeugten Druckstoßes nicht überschritten wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Zugstange auf der Außenseite der Spaltfilterkerze
eine die Vorspannung bestimmende Feder zugeordnet ist.
noch vor, daß bei einem aus mehreren parallel angeordneten Spaltfilterkerzen bestehendem Filter die
Spaltfilurkerzen eine gemeinsame Bodenplatte aufweisen
und die Anzahl der Zugstangen gleich groß oder kleiner ist als die Anzah! der Spaltfilterkerzen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Filterkerze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
tu F i g. I einen Querschnitt einer Filterkerze,
F i g. 2 einen Querschnitt der Profile und
F i g. 3 eine Variante des Zugorgans.
In F i g. 1 bezeichnet 1 schraubenlinienförmig gewundene Profile, welche aus einem schraubenlinienförmig
F i g. 2 einen Querschnitt der Profile und
F i g. 3 eine Variante des Zugorgans.
In F i g. 1 bezeichnet 1 schraubenlinienförmig gewundene Profile, welche aus einem schraubenlinienförmig
ι s gewundenen profilierten Draht bestehen. Der Abstand
zwischen den Profilen beträgt z. B. 7 μ. Die Profile 1 sind
fest mit Stützstangen 2 verbunden, von denen eine in der Figur dargestellt ist In der Regel beträgt der Abstand
zwischen den Stützstangen etwa 15 mm. Das Spaltfilter
2» ist an der unteren Seite mittels einer Bodenplatte 3
abgeschlossen und an der oberen Seite mit einer Anschlußarmatur 4 verbunden, die u. eine Verschlußplatte
5 geschraubt ist. Das Spaltfilter 1 wird mit Hilfe einer vorgespannten zentralen Zugstange 6 verspannt,
2"> die an der oK"ren Seite mit einer Spannmutter 7 mit
Sicherung 8 u. sehen ist und an der unteren Seite fes;
mit einti unter der Bodenplatte 3 befestigten Stützplatte
9 verbunden ist Die zentrale Zugstange, δ muß so
bemessen werden, daß während des DrucKstoßes bei
«ι der verlangten Zugspannung die Dehnungsgrenze des
Materials nicht überschritten wird. Auch ist für die Zugstange 6 eine solche Form erwünscht daß Brüche
durch Ermüdung infolge der sehr häufigen Druckstöße kaum auftreten.
i'i Fig.2 zeigt einen Querschnitt der Profile des
Spaltfilters. Diese Profile verlaufen nach der Innenseite
des Filters vorzug veise einigermaßen spitzförmig, wodurch vor den Spalten eine gewisse Vorverteilung
de·» Mediums stattfindet. Die Flüssigkeit läßt sich dadurch während des Dnirkstoßes leichter durch die
Spalten treiben, wodurch sich der Filterkuchen 10 besser löst.
F- i g. 3 zeigt eine Variante des Zugorgans. Im
wesentlichen wird die Zugstange 6 beibehalten, aber
■f> unter der Spannmutter 8 wurde eine Feder artgebracht.
Die erforderliche Spannung wird hier durch die Feder zustande gebracht, im dargestellten Falle durch
Tellerfedern Ii.
vs ren zu können, muß der Druckstoß schnell aufgebaut
werden und darf höchstens einige Zehntel von Sekunden dauern. Selbstvcüiandhch ist dies nur dann
möglich, wenn der Widerstand des Filters ausreichend
grotl ist, während selbstverständlich auch die Spaltbrei-
« ti kitin sein muß. In der Regel wird ein Druckstoß von
mindestens 3 bar benötigt, um das verlangte Ergebnis zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung:
zum Durchrühren des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung wird durch eine Spaltfilterkerze
gekennzeichnet, deren öffnungen zwischen den Profilen
nicht größer als etwa 20 μ sind, wobei diese Profile zumindest an drei Stellen mit etwa pzraitel zur
Symmetrieachse angebrachten Stutzstangen verbunden
*5 sind,, die ganze aus den verbundenen Profilen bestehende
Konstruktion wfhrend der Filtration mit Hilfe eines Zugorgans auf Vorspannung gehalten wird und Mittel
vorgesehen oind, die Filtration regelmäßig zu unterbre-
chen, die Strömungsrichtung des Filtrats umzukehren
und gleichzeitig einen Druckstoß auf den Boden der Filterkerze auszuüben, wobei die Vorspannung so groß
ist, daß die Stützstangen während des Druckstoßes nahezu entspannt sind.
Das Medium kann sowohl eine Flüssigkeit wie ein Gas sein. Die abzutrennenden Teilchen können bei dtm
oben beschriebenen Filter in der Größenordnung von I bis 10 μ liegen. Wenn das Medium eine nicht
komprimierbare Flüssigkeit ist, kann der Druckstoß über die Flüssigkeit einen Druck auf den Boden ausüben.
Wenn man ein mit Teilchen beladenes Gas filtriert, kann
es infolge der Komprimierbarkeit des Gases erforderlich
sein, den Druckstoß mit mechanischen Mitteln zu fordern. Dazu kann man während der Umkehrung der
Strömungsrichtung des Mediums im Filter mit mechanischen Mitteln von außen her einen kurzen Druck auf die
in F ι g. 3 angegebenen Tellerfedern ausüben.
Zu bemerken ist noch, daß mit der erfindungsgemä-I3en
Vorrichtung bessere Ergebnisse erzielt werden können als mit den bisher bekannten Vorrichtungen.
Sollte in diesen Filtern ein kurzer Druckstoß auftreten, so werden die öffnungen zwischen den Profilen gewiß
nicht an allen Stellen größer werden, da die ringförmi
gen Profile nicht fest miteinander verbunden sind,
sondern durch Scheiben locker voneinander getrennt sind. Dagegen werden bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung durch den Druckstoß die Stützstangen selbst nicht oder fast nicht auf Druck beansprucht, so
daß keine Materialermüdung auftreten kann und folglich immer eine gleiche Spaltbreite gewährleistet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Spaltfilterker/e
mit einem Durchmesser von 70 mm und einer Länge von 600 mm benutzt. Die Zahl der im Querschnitt
I χ t mm großen .Stützstangen beträgt 16, die Zahl der
Spalten 540. Die Spannung in der Zugstange beträgt etwa 200 kg (10 kg/mm'). Die Spaltöffnung beträgt 7 μ
in spannungsfreiem Zustand und 6.5 μ in gespanntem Zustand. Durch Ausübung eines Druckstoßes während
etwa 0,06 see werden die Spaltöffnungen auf 7 μ erweitert. Mn diesem Filter wird ein Katalysator mit
einer Teilchengröße /wischen I μ und 8 μ. der von einem Tcilstmm eines Reaktors stammt, aus einem
saueren wässerigen Medium filtriert Alle 30 Minuten wird ein Druckstoß ausgeübt, und der aus Katalysatorteilchen
bestehende Filterkuchen kann immer wieder in Umlauf gebracht werden. Die Filtration erfolgt bei einer
konstanten Leistung von IUU i/h. je Druckstoß wird 1 Liter Filtrat zurückgespult.
Die Vorspannung kann auch mit außerhalb des Filters angebrachten Mitteln zustande gebracht werden. Dies
ist vorzugsweise der Fall, wenn eine Reihe Filterker/en
parallel aufgestellt wird. Eine gemeine.-me Bodenplatte
und eine verringerte Anzahl von Zugorganen reichen dann aus.
Claims (6)
1. Verfahren zum Ausscheiden von Teilchen aus einem Medium mit Hilfe einer Spaltfilterkerze, die
aus einem auf einer Bodenplatte angeordneten schraubenlinienförmig gewundenen Profil besteht,
welches durch ein Zugorgan so auf eine bestimmte Vorspannung gehalten wird, daß zwischen den
einzelnen Profilwindungen Spalte einer bestimmten Breite verbleiben, die bei Umkehr der Strömungsrichtung des Filtrats zwecks Rückspülung abgelagerter
Teilchen vergrößert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umkehr der Strömungsrichtung gleichzeitig auf die Bodenplatte ein so
bemessener Druckstoß ausgeübt wird, daß Stützorgane, welche die aus dem Zugorgan resultierende
Vorspannung des Profils begrenzen, entlastet werden, wobei die maximalen Belastungen der
Stützorgane und des Zugorgans so aufeinander tbgestimmt werden, daß sich durch den Druckstoß
die Spaltbrcue zwischen den Windungen gleichmä-Sig
um 5% vergrößert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennteichnet, daß der auf die Bodenplatte ausgeübte
Druckstoß so bemessen ist, daß die Vergrößerung 4er Spaltbreite zwischen den Windungen des Profils
lür maximal einige Zehntelsekunden aufrechterhallen wird.
3. Spaltfilterkerze zur Durchführung des Verfahlens nacl. Anspruch 1 mit einem auf einer
Bodenplatte sitzenden, aus schraubenlinienförmigen Windungen gebildeten Profil und einer dazu
konzentrisch angeordneten, das Profil vorspannenden Zugstange, wobei Mittet vorgesehen sind, die
Filtration regelmäßig zu unterbrechen, die Ströfnungsrichtung
des Filtrats umzukehren und gleichseitig einen Druckstoß auf die Bodenplatte auszuüben,
dadurch gekennzeichnet, daß in regelmäßigem Abstand zur Symmetrieachse des Profils (1)
Stützstangen (2) angeordnet sind, die unter einer aus Her Zugstange (6) resultierenden Druckbelastung
Cine solche Dimension aufweisen, daß die Spalte twischen den einzelnen Windungen des Profils (1)
Cine Breite von 20 μ nicht überschreiten.
4. Spaltfilterkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (6) so dimensioniert
ist. daß die Elastizitätsgrenze des Materials der Zugstange (6) infolge des durch die Mittel erzeugten
Druckstoßes nicht überschritten wird.
5. Spaltfilterkerze nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugstange (6) auf
tier Außenseite der Spaltfilterkerze eine die Vorspannung bestimmende Feder (11) zugeordnet
ist.
6. Filter aus mehreren parallel zueinander bngeordneten Spaltfilterkerzen nach einem oder
mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spaltfilterkerzen eine gemeinsame bodenplatte (3) aufweisen und die Anzahl der
fcugstengen (6) gleich groß oder kleiner ist als die
Anzahl der Spaltfilterkerzen.
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