DE2511195C3 - Verfahren zum Filtrieren und Filter zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Filtrieren und Filter zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 Ferner betrifft die Erfindung ein
Filter zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des A nspruchs 2.
In der DE-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 Litzendrahtes 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 DE-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 Piltertüchern liegen in der Feinporigkeit des Gewebes und in den Anpassungsmöglichkeiten an die verschiedensten Verfahrensbedingungen,
z. B. durch die entsprechende Wahl der Faserstärke, des Faserprofils und der Webart des Tuchs.
Die Einsatzmöglichkeilen dieses Filtermittels sind jedoch begrenzt. Bei der Abtrennung des Feststoffes aus
einer Flüssigkeit, der sic h als Filterkuchen auf dem Tuch absetzt, kommt es besonders bei sehr kleinen Feststoff-
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teilchen, ζ. B. bei der Produktion von Farbstoffen,
schnell zu Verstopfungen der Poren im Gewebe. Diese Verstopfungen sind weder mit Abstreifmesser noch
mittels Durchspülen des Filtertucbwickels 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 Filterlüchern 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 angefiiteri 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 einselzbar 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 geeignet. 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 μιτι, vorzugsweise
zwischen 50 und 80 μπί. Je nach Filti ationsaufgabe
werden 1 bis 100 Lagen, für die meisten Anwendungen jedoch 5 bis 20 Lagen gewickelt. Das Faden profil ist
vorzugsweise rund und die Fadenoberfläche möglichst glatt. Für Feinstfilterung sind mullifile 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
Kohlenstoffasern möglich.
in 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
1Ί 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 Abstreifen zur Reinigung
.'ο des Fadens.
Koaxial zum Tragkörper 3 ist ein Rohr 4 mit etwa 3-bis 5fach kleinerem Durchmesser als ;»;r des Hohlraumes
des Tragkörpers angeordnet. An ei-"er Stirnseite
sind Tragkörper 3 und Rohr 4 mit einer runden
>i Stirnplatte 2 verschweißt An der anderen Seite tritt das
Rohr 4 durch die abnehmbare Stirnfläche 6 und i;,t dort mit einen Gewinde versehen, über dessen Verschraubung
8 die Stirnfläche 6 an den Tragkörper 3 gepreßt wird. Das Ende des aus der Stirnfläche 6 tretenden
i'i 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
i) Halbschalen geschraubt, deren Wandstärke sich nach
der gewünschten Stärke des bei Druckfiltration innen am Wickel 10 sich abscheidenden Filierkuchens 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 en'fernt
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,
■r, 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-
vi 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
r> die Vprf.ihrensschritte 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 Filterku-
Mi chenreste am Faden dient, angeordnet. Werden einzelne
Verfahrensschritte «.usammengefaßt, kann die Filtereinheit
auch aus weniger Filtern bestehen. Die hier
beschriebene ist jedoch die zweckmäßigste, unc1 zwar
die kleinste. Für größere Filtrierleistungen werden den
hi 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
25 Π 195
Filtern (A, B. C. D) m Segmente geteilt. Um die Scheibe
12 ist zum Auffangen der Flüssigkeiten ein Gehäuse 16 in Form eines feststehenden Blech- oder Kunststoffkragen«,
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 (Fig. 3) und der Fadenführung 14 mit dem Tragkörper 13 dessen Wickelantrieb
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 25 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 Steuerkop fcs. 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 abgesaugii.
Das Filter aus dein 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 30 des Wickels 10 abzuspulen. Durch den nur teilweisen
Abbauf des Fadenwickels 10 ist es möglich, das Vakuum in Inneren des Filters während der Filterkuchengewinnung und Filterregenerierung aufrechtzuerhalten. Um
das Verstopfen des Filters durch mit der Zeit in die 'ieferen Lagen des Wickels 10 eindringende Filterkuchenteilchon
zu vermeiden, braucht der Fadenwickel 10 erst nach einer vom F.indringgrad 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 wird durch Rohr 4 mit Zylinder 5 und die radialen
Bohrungen 9 die zu filtrierende Flüssigkeit den Hohlraum 2} des Tragkörpers 3 gedruckt. Im
allgemeinen wird ein Druck zwischen 0.5 und 20atü. vorzugsweise I bis 5 atü. eingestellt. Unter dem Druck
durchdringt die als Mutterlauge bezeichnete Flüssigkeit den Fadenwickel 10, während in bekannter Weise die an
den ersten Wicklungen sich festsetzenden Filterkuchentetlchen eine sogenannte Filterhilfsschicht bilden. Der
Filterkuchen bleibt im Hohlraum 23 des Tragkörpers 3 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 j.?tzt 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 Filterkuchcnart Wasser oder ein Lösungsmittel verwendet
werden. Häufig benutzt man das Lösungsmittel, das in der Mutterlauge enthalten ist. Nach einem weiteren
Drehschritt wird zum Trocknen des hilterkuchens durch das Filter A Gas. häufig Luft oder Stickstoff, geblasen,
das zusammen mi; der Restflüssigkeit über den Abflußkanal 19 die Filtereinheit verläßt. Nach beendeter
Trockenblasung steht das Segment des Filters A nach einem weiteren Drehschritt über dem Auffangschacht
18 zur Gewinnung des Filterkuchens. 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 Hie
Anfangsposition des Verfahrens. Auf diese Weise werden durch die Gesamtheit der Filter A, B, C, D die
geschilderten Verfahrensschritte gleichzeitig durchlaufen.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Filtereinheit aus parallelgeschalteten, erfindungsgemäßen Filtern aufgebaut werden, bei der der Filtrationsprozeß in vorbeschriebener Art und Weise diskontinuierlich abläuft Filteranlagen dieses Aufbaus bilden eine
große Filterfläche.
Probeläufe an einem Versuchsaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben ergeben, daß die Filtrationsleistung beim Probelauf etwa um den Faktor 10
höher war als bei herkömmlichen Filtern, bei mindestens gleicher Qualität der Abtrennung der Flüssigkeit
vom Feststoff und vollautomatischem Betrieb.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Filtrieren von Feststoffteilchen aus Flüssigkeit oder Gas, wonach die Flüssigkeit
oder das Gas durch einen Fadenwickel hindurchge- ">
leitet und zur Reinigung" der Faden von dem Fadenwickel abgespult, abgestreift, umgelenkt und
wieder zurückgespult wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu filtrierende Flüssigkeit oder das Gas vom Inneren des Fadenwickels durch diesen iu
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 mit in einem Gehäuse antreibbaren Tragkörper für einen Fadenwickel, der aus einem an
beiden Stirnseiten mit Stirnplatten abgeschlossenen und zumindest an einer Stirnseite mit einer
LeitungsöffBüflg und Durchgängen versehenen
Hohlzylinder besteht, der mit einem Faden wickel als
Filtermedium versehen ist, wobei neben dem Fadenwickel eine parallel zur Achse des Tragkör- "
pers 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 an.'reibbai.n Tragkörper (13)
festgelegt sind und daß d:e Fadenführung (14) und »'·
der Abstreifer (33) zwischen de; beiden Tragkörpern (3, 13) angeordnet sind, das Gehäuse (16)
drucklos mit Auslässen (17, 18, 19, 21) für Filterkuchen, Filtrat, Waschflüssigkeit und Trockengas
ausgeführt ist. 4"
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 w
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) r>
> 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)
zugeordnist sind und mit dem Umspulantrieb (25) ho über einen Steuerkopf und Kupplungsmittel (27)
durch Relativbewegung zwischen dem Träger und dem Gehäuse lösbar in Eingriff stehen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filter (A, B, C, D) auf einer <v>
drehbaren Scheibe als Träger (12), durch Segmente bildende Seitenwände (15) voneinander getrennt,
angeordnet sind, wobei die Seitenwände (15) die das Filter (A, B1C, D) 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 Auslassen (21 und 17, 18, 19)
lenken.
Priority Applications (7)
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