DE2511195B2 - Verfahren zum filtrieren und filter zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum filtrieren und filter zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
20
40
45 Filter (A, B, C, ^verlassenden Flüssigkeiten und den
Feststoff in die gerade mit den Segmenten in Verbindung stehenden, zentral und entlang dem
Scheibenumfang angeordneten, radial gerichteten Öffnungen von den Auslässen (17,18,19) lenken.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein
Filter zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2.
In der DT-AS 12 11 599 ist ein in einem Gehäuse mit
Einlaß und Auslaß befindlicher selbstreinigender Flüssigkeitsfilter beschrieben, dessen Filtermedium aus
einer einlagigen Filterkernumwicklung aus Litzendraht besteht und bei dem zur Reinigung des Filtermediums
eine Windung der Umwicklung über eine Umlenkrolle und einen Abstreifer geführt ist, die im Bereich der
gesamten Filterkernbreite axial verschieblich sind. Der Abstreifer ist dabei so ausgebildet daß der im Bereich
der ab- und wiederauflaufenden Trumlage des Litzendrshtes
freigelegte Teil des Filterkerns überdeckt ist. Die Filtration erfolgt durch die Flüssigkeitsführung von
außerhalb der Filterkernumwicklung nach dem Innern des Filterkerns, wobei der sich außen abscheidende
Feststoff in die zugeführte, zu filtrierende Flüssigkeit zurückfällt und sich am Gehäuseboden absetzt.
Ein derartig aufgebautes Filter stellt für Filteraufgaben, denen die Filterwirksamkeit nur einer Litzendrahtlage
Genüge leistet, eine einfache Lösung dar. Mehrere Litzendrahtlagen sind wegen des Umlenkens einer
Windung der Filterkernumwicklung über den Abstreifer nicht möglich, so daß die Güte der Filtration weitgehend
von der Genauigkeit der Drahtführung, der Gleichmäßigkeit der Drahtstärke und von der Drahtstärke selbst
bestimmt wird, welche aus Festigkeitsgründen, bedingt durch die Zugspannung bei der Führung über die
Umlenkrolle und den Abstreifer, eine bestimmte Dicke nicht unterschreiten darf. Weiterhin ist durch die im
Bereich der ab- und wiederauflaufenden Trumlage des Litzendrahtes freigelegte und vom Abstreiferteil überdeckte
Stelle des Filterkerns keine geschlossene Filterkernumwicklung vorhanden, so daß eine Druckfiltration
vom Innern des Filterkerns nach außen mit einem brauchbaren Filtrationsergebnis nicht möglich ist.
Ein derartiges Flüssigkeitsfilter stellt somit auch keinen separaten Raum für den Filterkuchen zur Verfügung.
Aus der DT-PS 14 937 ist es bekannt, abwechselnd ein
Filtertuch auf zwei Trommeln zu wickeln, und das Filtertuch dabei über ein Preßwalzenpaar oder ein
Abstreifmesser zu führen, um die abgesetzten Stoffe und die aufgesaugte Flüssigkeit aus dem Filtertuch zu
entfernen. Durch den Filtertuchwickel der einen Trommel wird die zu filtrierende Flüssigkeit geleitet
während durch die andere Trommel mit dem schmutzigen Filtertuch Wasser zu dessen Reinigung gedrückt
wird.
Die besonderen Vorteile von Filtertüchern liegen ir der Feinporigkeit des Gewebes und in den Anpassungs
möglichkeiten an die verschiedensten Verfahrensbedin gungen, z, B. durch die entsprechende Wahl de
Faserstärke, des Faserprofils und der Webart des Tuch; Die Einsatzmöglichkeiten dieses Filtermittels sini
jedoch begrenzt. Bei der Abtrennung des Feststoffes au einer Flüssigkeit, der sich als Filterkuchen auf dem Tucl
absetzt, kommt es besonders bei sehr kleinen Feststoff
teilchen, z.B. bei der Produktion von Farbstoffen, schnell zu Verstopfungen der Poren im Gewebe. Diese
Verstopfungen sind weder mit Abstreifmesser noch mittels Durchspülen des Filtertuchwickels mit Wasser
wirkungsvoll zu beseitigen, so daß letzlich auf die bei Geweben als Filtermedium bekannten, aufwendigen
Reinigungsmaßnahmen zurückgegriffen werden muß. Häufig ist der Ersatz durch ein neues Filtertuch
einfacher und schneller. Unwirtschaftlich sind jedoch beide Regenerierungsmaßnahmen. Ein weiterer Nachteil
bei Filtertüchern ist die geringe mechanische Widerstandsfähigkeit des Gewebes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wonach
eine definierte und homogene Filterkuchenbildung möglich ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2. Die Lösung
umfaßt weiterhin Ausgestaltungsformen, wie sie in den Unteransprüchen 3 bis 6 gekennzeichnet sind.
Das Verfahren ist unabhängig von unerwünschten, möglichen Sedimentationseffekten. Dadurch können
Filterkuchen mit gleichmäßiger Dicke angefiltert und eine gleichmäßige Auswaschung und Trocknung bis zu
einer homogenen Endfeuchte des Filterkuchens vorgenommen werden.
Der Vorteil des Filters besteht darin, daß durch das Vorhandensein eines weiteren antreibbaren Tragkörpers
der Faden nahezu zugspannungsfrei umgespult werden kann und dadurch in beliebiger Stärke und
Struktur einsetzbar ist. Ferner weist der Fadenwickel, der mehrlagig sein kann, während des Filtrierens keine
freigelegten Stellen auf und ist somit für die Druckfiltration vom Innern des Tragkörpers nach
außen geeigne'.. Es gibt daher keine unerwünschten und Undefinierten Feststoffablagerungen im Gehäuse; der
Filterkuchen kann im Innenraum des Tragkörpers zurückgehalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
F i g· 1 zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Filters. Ein oder mehrere Fäden 1 sind
auf einen Tragkörper 3 aus Metall oder Kunststoff gewickelt, der aus einem hohlen, käfigartigen Zylinder
besteht. Der Faden kann ungeordnet oder systematisch in beliebiger Dichte angeordnet sein. Der geordnete
Aufbau mit dichtester Wicklung ist bevorzugt, weil sie mit der kleinsten Fadenlänge auskommt und Feinstfiltration
ohne Trüblauf gestattet. Um einen möglichst druckfesten und stabilen Wickel 10 zu erhalten, ist dieser
vorzugsweise nach dem aus der Wickeltechnik bekannten Kreuzschlag aufgebaut. Es kann jedoch auch
zweckmäßig sein, mehrere Lagen 30 gleichzeitig oder nacheinander mit Fäden unterschiedlichen Durchmessers,
Profils und Oberfläche zu wickeln, wenn dadurch beispielsweise ein gewünschtes Eindringprofil des
Feststoffs erreicht werden soll.
Die Wickeldichte, d.h. der Abstand zwischen den Fäden liegt zwischen 10 und 200 μιη, vorzugsweise
zwischen 50 und 80 μπι. Je nach Filtrationsaufgabe werden 1 bis 100 Lagen, für die meisten Anwendungen
jedoch 5 bis 20 Lagen gewickelt. Das Fadenprofil ist vorzugsweise rund und die Fadenoberfläche möglichst
glatt. Für Feinstfilterung sind multifile Fäden, für optimale Reinigung des Filters monofile Fäden bevorzugt.
Multifile Fäden erlauben aufgrund der normalerweise höheren Reißfestigkeit eine höhere Geschwindigkeit
beim Umspulen des Wickels. Das Verdrillen oder gar Flechten der Fäden ist dabei jedoch nur insoweit
zulässig, als diese beim Umspulen noch ausreichend gereinigt werden können. Als Materialien sind alle zu
Endlosfäden verarbeitbare Werkstoffe geeignet, insbe-■" > sondere die Kunststoffe Polypropylen, Polyäthylen,
Polyamid, Polyacrylnitril, Polyester und Polytetrafluoräthylen sowie Metalle. Für begrenzte Anwendungsfälle
sind auch Fäden aus Naturfasern und synthetischen Kohlenstoff asern möglich.
i" Der Faden 1, der mit dem Trägerkörper 3 entweder
fest oder mit Hilfe gebräuchlicher Klinkvorrichtungen lösbar verbunden ist, wird mittels einer in der
Magnetspulenwickeltechnik verwendeten Wickelvorrichtung auf den Tragkörper 3 gebracht. Das Ende des
i"i Fadens 1 ist an einem weiteren antreibbaren Tragkörper
13 oder am Tragkörper eines anderen Filters befestigt. Die öse 33 der Fadenführung 14 erfüllt beim
Abspulen des Fadenwickels 10 nach der Filtration den Zweck eines mechanischen Abstreifers zur Reinigung
.'(ι des Fadens.
Koaxial zum Tragkörper 3 ist ein Rohr 4 mit etwa 3-bis 5fach kleinerem Durchmesser als der des Hohlraumes
des Tragkörpers angeordnet. An einer Stirnseite sind Tragkörper 3 und Rohr 4 mit einer runden
r> Stirnplatte 2 verschweißt. An der anderen Seite tritt das Rohr 4 durch die abnehmbare Stirnfläche 6 und ist dort
mit einem Gewinde versehen,"-über dessen Verschraubung
8 die Stirnfläche 6 an den Tragkörper 3 gepreßt wird. Das Ende des aus der Stirnfläche 6 tretenden
jo Rohres 4 ist in bekannter Weise als Schlauchanschluß 7
profiliert, der die Leitungsöffnung darstellt. Auf den im Hohlraum des Tragkörpers 3 sich erstreckenden Teil
des Rohres 4 werden auf der gesamten Länge zwei, einen Zylinder 5 bildende, an dem Rohr 4 anliegende
jj Halbschalen geschraubt, deren Wandstärke sich nach der gewünschten Stärke des bei Druckfiltration innen
am Wickel 10 sich abscheidenden Filterkuchens richtet. Es ist jedoch auch möglich, über das Rohr 4 einen
Zylinder zu schieben, das dieser konzentrisch berührt. Soll dabei die Zuleitung vom Rohr 4 nicht entfernt
werden, muß dieses an seinem anderen Ende von der Stirnplatte lösbar und verschließbar sein. Im allgemeinen
wird der Hohlraum für Filterkuchenstärken zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise 8 bis 15 mm,
4j eingestellt, um ein gutes Waschen und Trocknen des
Filterkuchens zu erreichen. Zahlreiche radiale Bohrungen 9 durch Zylinder 5 und Rohr 4 sorgen für eine
möglichst gleichmäßige Verteilung der zulaufenden, zu filtrierenden Flüssigkeit oder des Gases der Waschflüs-
-,(I sigkeit und des Trockenblasgases auf die gesamte
Innenfläche des Filters.
Zum Aufbau einer, in F i g. 2 schematisch wiedergebenen, kontinuierlich arbeitenden Filtereinheit 11 ist
senkrecht auf einer drehbar gelagerten Scheibe 12 für γ, die Verfahrensschritte Filtrieren, Waschen, Trocknen
und Austragen des Filterkuchens mit Reinigen des Filters je ein Filter (A, B, C, D) mit dem zugehörigen
Tragkörper 13 und der Fadenführung 14 mit der öse 33 (Fig.3), die beim Abspulen als Abstreifer für Filterkuho
chenreste am Faden dient, angeordnet. Werden einzelne Verfahrensschritte zusammengefaßt, kann die Filtereinheit
auch aus weniger Filtern bestehen. Die hier beschriebene ist jedoch die zweckmäßigste, und zwar
die kleinste. Für größere Filtrierleistungen werden den bi oben angeführten Verfahrensschritten mehrere Filter
zugeordnet, so daß eine größere Filterfläche entsteht.
Die vertikal gestellte Scheibe 12 ist durch radial angebrachte Seitenwände 15 zwischen den einzelnen
Filtern (A. B, C, D)\n Segmente geteilt. Um die Scheibe
12 ist zum Auffangen der Flüssigkeiten ein Gehäuse 16 in Form eines feststehenden Blech- oder Kunststoffkragens
angebracht, dessen Abflußkanäle 17 und 19 jeweils einem Segment gegenüberstehen, wobei die beiden
Leitflächen 20 der Abflußkanäle 17 und 19, die die von den Seitenwänden 15 abfließenden Flüssigkeiten in die
Abflußkanäle 17 und 19 leiten, so angebracht sind, daß sie mit ihren zur Abdichtung vorgesehenen Gummilippen
22 unterhalb der Seitenwand 15 den Scheibenrand berühren. Zwischen diesen beiden Leitflächen 20 wird
der Auffangbereich mit dem Auffangschacht 18 für den im nach unten geöffneten Segment anfallenden
Filterkuchen gebildet. Aus dem Zentrum der Scheibe 12 führt eine feststehende Rinne 21, deren öffnung so
bemessen ist, daß von den Seitenwänden 15 des darüberstehenden Segments die Waschflüssigkeit in die
Rinne 21 ablaufen kann.
Im Bereich des dem Auffangschacht 18 gegenüberliegenden
Segments ist vor dem Filter (F i g. 3) und der Fadenführung 14 mit dem Tragkörper 13 dessen
Antrieb 25 angeordnet. Die als Hohlwelle 26 ausgebildete und axial aus dem Filter tretende Verlängerung des
Rohres 4 und die Achsen des Tragkörpers 13 und des Fadenführungsmechanismus 14 werden durch Drehung
der Scheibe 12 in diese Lage mit dem Wickelantrieb 15 über Reibräder oder Zahnräder 27 in Kontakt gebracht.
Die Verlängerung 26 des Rohres 4 des Filters dient gleichzeitig als dessen Zuleitung und ist über ein in der
Fachpraxis als Rotationsdichtkopf bekanntes Verbindungsteil, das den Übergang zwischen diesem und dem
nicht drehbaren Zuleitungsabschnitt 29 herstellt, mit
dem, mit der Scheibe 12 fest verbundenen Teil eines zentral hinter der Scheibe 12 angeordneten Steuerkopfes,
der aus einem Dreiwegehahn bekannter Ausführung mit zueinander bewegten Kammern besteht, verbunden.
Dies und die ebenso ausgeführten Zuleitungen 29 der übrigen Filter werden durch die hohle Achse der
Scheibe 12 dem Steuerkopf zugeführt. Auf diese Weise werden den einzelnen Zuleitungen mittels der schrittweisen
Drehbewegung der Scheibe 12 nacheinander die zu filtrierende Flüssigkeit, die Waschflüssigkeit und das
Trockenblasgas zugeführt.
Im Falle des Einsatzes der Filtereinheit zum Abscheiden von Feststoffen aus Gasen, die nicht in die
Umgebung entweichen dürfen, wird die gesamte Filtereinheit in ein gasdichtes Gehäuse gebracht und das
aus dem Filter austretende Gas gegebenenfalls abgesaugt.
Das Filter aus dem oben beschriebenen Tragkörper 3 und dem Fadenwickel 10 kann sowohl für Druck- als
auch für Vakuumfiltration verwendet werden. Für diese Art der Filtration wird das Filter mit seiner gesamten
Oberfläche in das Filtergut getaucht. Durch Anlegen des Vakuums am koaxial zum Tragkörper 3 angeordneten
Rohr 4 wird die zu filtrierende Flüssigkeit von außen durch den Fadenwickel 10 gesaugt, so daß der
Filterkuchen außen am Wickel 10 abgeschieden wird. Zur Gewinnung des Filterkuchens und Regenerierung
des Filters genügt es, die oberen, maximal 4 Lagen des Wickels 10 abzuspulen. Durch den nur teilweisen
Abbauf des Fadenwickels 10 ist es möglich, das Vakuum in Inneren des Filters wahrend der Filterkuchengewinnung
und Filterregencrierung aufrechtzuerhalten. Um das Verstopfen des Filters durch mit der Zeit in die
tieferen Lagen des Wickels 10 eindringende Filterkuchenteilchen zu vermeiden, braucht der Fadenwickel 10
erst nach einer vom Eindringgrad des Filterkuchens abhängenden Anzahl von Filtrierläufen ganz umgespult
■) werden.
Im folgenden ist die Wirkungsweise der vorbeschriebenen
Filtereinheit für Druckfiltration am Verfahrensablauf des Filters A erläutert:
Über den Steuerkopf und die Zuleitungen 26, 28, 29
ίο wird durch Rohr 4 mit Zylinder 5 und die radialen
Bohrungen 9 die zu filtrierende Flüssigkeit den Hohlraum 23 des Tragkörpers 3 gedrückt. Im
allgemeinen wird ein Druck zwischen 0,5 und 20 atü, vorzugsweise 1 bis 5 atü, eingestellt. Unter dem Druck
ι i durchdringt die als Mutterlauge bezeichnete Flüssigkeit
den Fadenwickel 10, während in bekannter Weise die an den ersten Wicklungen sich festsetzenden Filterkuchenteilchen
eine sogenannte Filterhilfsschicht bilden. Der Filterkuchen bleibt im Hohlraum 23 des Tragkörpers 3
:<i zurück; die Mutterlauge läuft über den Abflußkanal 17
ab. Nach beendeter Filtration wird die Scheibe 12 in die nächste Verfahrensposition gedreht. Das Segment des
Filters A steht jetzt über der Rinne 21, in die auf dem gleichen Weg wie die zu filtrierende Flüssigkeit die zum
.'-> Waschen des Filterkuchens durch das Filter A geleitete
Flüssigkeit fließt. Als Waschflüssigkeit kann je nach Filterkuchenart Wasser oder ein Lösungsmittel verwendet
werden. Häufig benutzt man das Lösungsmittel, das in der Mutterlauge enthalten ist. Nach einem weiteren
in Drehschritt wird zum Trocknen des Filterkuchens durch
das Filter A Gas, häufig Luft oder Stickstoff, geblasen, das zusammen mit der Restflüssigkeit über den
Abflußkanal 19 die Filtereinheit verläßt. Nach beendeter Trockenblasung steht das Segment des Filters .4
Γι nach einem weiteren Drehschritt über dem Auffangschacht
18 zur Gewinnung des Filierkuchens. Der mit dem Filter A, dem Tragkörper 13 und dem Fadenführungsmechanismus
14 in Eingriff gelangte Antrieb 25 spult den Fadenwickel 10 zum Tragkörper 13, wobei die
·»» öse 33 der Fadenführung 14 als Abstreifer zur
Reinigung des Fadens dient. Am Ende des Abspulens ist der Filterkuchen freigelegt und fällt durch die Rotation
des Filters unterstützt aus diesem in den Auffangschacht 18. Der Filterkuchen kann jedoch auch herausgeblasen
·»■"' oder gespült oder durch Vibration entfernt werden.
Nach Zurückspulen des Fadens auf den Tragkörper 3 ist das Filter A für einen neuen Filtervorgang einsatzbereit
Durch den anschließenden Drehschritt der Scheibe 12 gelangt das Segment des Filters A wieder in die
■">" Anfangsposition des Verfahrens. Auf diese Weise
werden durch die Gesamtheit der Filter A, B, C, D die geschilderten Verfahrensschritte gleichzeitig durchlau
fen.
In einer anderen Ausführungsform kann eint v>
Filtereinheit aus parallclgeschalteten, erfindungsgemä Ben Filtern aufgebaut werden, bei der der Filtrations
prozeß in vorbeschriebener Art und Weise diskontinu ierlich abläuft. Filteranlagen dieses Aufbaus bilden cim
große Filterfläche.
i'i> Probeläufe an einem Versuchsaufbau der erfindungs
gemäßen Vorrichtung haben ergeben, daß die Filtra tionsleistung beim Probelauf etwa um den Faktor 1
höher war als bei herkömmlichen Filtern, bei mindc sicns gleicher Qualität der Abtrennung der Fliissigkc
ι-1 vom Feststoff und vollautomatischem Betrieb.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
- Patentansprüche:25-1. Verfahren zum Filtrieren von Fe .ffteilchen aus Flüssigkeit oder Gas, wonach cL· Flüssigkeit oder das Gas durch einen Fadenwickel hindurchgeleitet und zur Reinigung der Faden von dem Fadenwickel abgespult, abgestreift, umgelenkt und wieder zurückgespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu filtrierende Flüssigkeil oder das Gas vom Inneren des Fadenwickels durch diesen hindurch nach außen geführt, der gesamte Fadenwickel nach der Filtration abgespult, der in seinem Inneren anfiltrierte Filterkuchen beim Abspulen der letzten Wickellage ausgeschleudert und anschließend der Faden wieder zu einem Fadenwickel zurückgespult wird.
- 2. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 einem in einem Gehäuse antreibbaren Tragkörper für einen Fadenwickel, der aus einem an beiden Stirnseiten mit Stirnplatten abgeschlossenen und zumindest an einer Stirnseite mit einer Leitungsöffnung und Durchgängen versehenen Hohlzylinder besteht, der mit einem Fadenwickel als Filtermedium versehen ist, wobei neben dem Fadenwickel eine parallel zur Achse des Tragkörpers verschiebbare Fadenführung und ein Abstreifer für den Faden vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (3) käfigartig ausgebildet ist, die Leitungsöffnung (7) die Zuleitung darstellt, der Fadenwickel (10) aus mehreren geschlossenen Lagen (30) eines oder mehrerer Fäden (1) beliebiger Stärke besteht, der oder die Fäden (1) mit einem Ende am Tragkörper (3) und mit dem anderen Ende an einem weiteren antreibbaren Tragkörper (13) festgelegt sind und daß die Fadenführung (14) und der Abstreifer (33) zwischen den beiden Tragkörpern (3, 13) angeordnet sind, das Gehäuse (16) drucklos mit Auslässen (17, 18, 19, 21) für Filterkuchen, Filtrat, Waschflüssigkeit und Trockengas ausgeführt ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Tragkörper (3) zwischen dessen Stirnplatten (2, 6) ein perforiertes Rohr (4) beliebigen Durchmessers angeordnet ist, das zumindest an einem Ende an eine Zuleitung anschließbar ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Rohr (4) zur Vorgabe des Feststoff aufnehmenden Volumens im Hohlraum (23) des Tragkörpers (3) in dessen Länge von einem auswechselbaren und perforierten Zylinder (5) umgeben ist, wobei sich die Perforation von Rohr (4) und Zylinder (5) deckt.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Filter (A, B, C, D) mit Umspul- und Reinigungsvorrichtung (14,33) auf einem Träger (12) angeordnet ist, wobei die einzelnen Filter (A-D) den in dem Gehäuse (16) angebrachten Zu- und Ableitungen (17, 18, 19, 21) zugeordnet sind und mit dem Umspulantrieb (25) über Steuerköpfe und Kupplungsmittel (27) durch Relativbewegung zwischen beiden Trägern lösbar in Eingriff stehen.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (A, B, C, D) auf 'einer drehbaren Scheibe als Träger (12), durch Segmente bildende Seitenwände (15) voneinander getrennt, angeordnet sind, wobei die Seitenwände (15) die dasi<>
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