DE2529614C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Rotations-Druckfiltration flüssiger Medien der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Im Sinne der vorliegenden Beschreibung wird unter "Filtration" jede beliebige Art von Filtration, speziell Siebfiltration und insbesondere Membranfiltration über die Mikrofiltration bis zur Ultrafiltration unter Einschluß der umgekehrten Osmose verstanden, wobei letztere der üblichen Terminologie und Betrachtungsweise entsprechend eigentlich keine Filtration mehr ist. Zum vereinfachten Sprachgebrauch soll jedoch im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter "Filtration" auch die umgekehrte Osmose und dementsprechend unter "Filter" eine RO-Membran und unter "Filtrat" ein Permeat verstanden werden, so daß also das "zu behandelnde Medium" auch eine echte Lösung sein kann.

Aus der US-PS 35 67 030 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose bekannt, bei der in einer drehbaren Trommel koaxial mindestens ein trommelförmiges Filter­ element in der Weise angeordnet ist, daß zwischen der Innenwand der Trommel und der Außenwand des Filterelementes ein schmaler Ringraum freigelassen ist. Dieser Ringraum wird über einen zentralen axialen Zulauf mit dem flüssigen zu behandelnden Medium versorgt und ist mit einem Ablauf für das Konzentrat verbunden, wobei das Filtrat über einen weiteren Ablauf aus der Trommel abführbar ist. Bei der Durchführung einer umgekehrten Osmose wird durch eine hydrostatische Druckdifferenz in Richtung des Zentrifugalkraftfeldes, verursacht durch verschieden große Öffnungsdurchmesser von axialem Zulauf und Ablauf des Konzentrates, eine Parallelstromkomponente, parallel zur Oberfläche des Filters erzeugt, so daß eine externe Pumpe zur Erzeugung des zur Durchführung der umgekehrten Osmose notwendigen Drucks und zur Erzeugung eines Förder­ drucks nicht mehr notwendig wird.

Bei dieser bekannten Vorrichtung kann bei kritisch zu trennenden Produkten diese Parallelstromkomponente nicht ausreichen, um ein Absetzen von feinen Teilchen und Schwebeteilchen auf der Filteroberfläche ganz zu verhindern. Dadurch kann nach einiger Zeit der Filter durch Zusetzen der Filterporen, insbesondere durch Adsorptionseffekte und Polarisationseffekte, unbrauchbar werden und muß dann ausgetauscht bzw. gereinigt werden, so daß ein real kontinuierlicher Betrieb nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß die Filtration wirklich kontinuierlich mit langen Standzeiten und mit verbesserter Durchflußleistung über längere Zeit hinweg auch bei kritisch zu trennen­ den Produkten durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Es wird eine zusätzliche Konzentratstromkompo­ nente parallel zur Oberfläche des Filters erzeugt, wozu ein hydrodynamischer Förderdruck im Ringspalt zwischen der Zentrifugentrommel und dem koaxialen trommelförmigen Filterelement dadurch erzeugt wird, daß die Trommel und das Filterelement gleichzeitig mit voneinander verschiedenen Drehfrequenzen beaufschlagt werden.

Die resultierende zusätzliche, wahrscheinlich durch Oberflächenwirbel hervorgerufene Parallelstrom­ komponente quer zur Filtrationsrichtung ist dabei so stark, daß es von vornherein nicht zu der gefürchteten Polarisation und infolgedessen zu einem Absetzen der Teilchen und einer adsorptiven Bindung auf der Filter­ oberfläche kommen kann. Auf diese Weise wird mit kon­ struktiv einfachen, preiswerten und betriebstechnisch unanfälligen Mitteln eine überraschende Verbesserung sowohl der auf die Flächeneinheit bezogenen Durchfluß­ leistung als auch der Zeitcharakteristik der Durchfluß­ leistung erhalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch angegeben. Dadurch ist es ins­ besondere möglich, klassierend oder, beispielsweise nach Molekulargewichten, fraktionierend zu trennen, ohne daß das Filterelement zeitlich nacheinander mit Membranen mit voneinander verschiedenen Trenngrenzen aus­ gerüstet zu werden braucht. Jedem einzelnen Filter ist zu diesem Zweck eine separate Filtratkammer mit separater Ableitung zugeordnet. Die unterschiedlich trennenden Filter sind dabei als in sich geschlossene Trommelflächen in Filtrationsrichtung hintereinanderliegend ausgebil­ det, also in Form koaxial ineinanderstehender trommel­ förmiger Filterelemente angeordnet.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß mit einem Rotations-Druckfilter in einem einzigen Trennverfahrens­ schritt fraktioniert werden kann. Ohne die unabhängige Relativdrehbarkeit der trommelförmigen Filterelemente würde zwischen den Filtern eine nur so wenig effektive, stark oberflächenlaminare Querstromkomponente entstehen, daß der Fraktionierungsvorgang bereits kurz nach dem Beginn der Filtration durch Polarisationseffekte und Porenverschluß zum Erliegen käme.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläu­ tert.

In der Figur ist im schematischen Axialschnitt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Rotations-Druckfiltration flüssiger Medien gezeigt. Das flüssige Medium ist beispielsweise eine kolloidale Lösung.

Die kolloidale Lösung A gelangt durch das Rohr 1 in die rotierende Rotations-Druckfiltrationsvorrichtung, und zwar axial zwischen den Tellern 2 und 3 hindurch. Die kolloidale Lösung verteilt sich anschließend an der inneren Oberfläche der Trommel 4. Parallel zu dieser Oberfläche und radial innerhalb dieser befindet sich das Filterelement 5. Das den Mantel des trommelförmigen Filterele­ mentes 5 bildende Filter ist eine Membran.

Die Lösung A gelangt von unten in den Spalt a und wird parallel zum Membranmantel mit einer Relativgeschwin­ digkeit transportiert. Dabei entspricht die Richtung des Transportvektors der Mantellinie, gegebenenfalls aber auch einer erzwungenen Schraubenlinie.

Die Durchflußgeschwindigkeit der Lösung A durch den Spalt a ist durch die Schichtdicke b der Lösung A und die durch diese aufgebrachte Zentrifugalkraft bestimmt. Dabei sind die tatsächlich wirkenden zentrifugalen Drücke als Funktion der Dosiergeschwindigkeit der Lösung A variabel einstellbar.

Die kontinuierliche Stofftrennung, beispielsweise also die kontinuierliche Konzentrierung oder Abtrennung nach Molekulargewichten erfolgt an der Membran. Die durch die Porengröße der Membran bestimmte niedermolekulare Phase, das Filtrat bzw. das Permeat B, treten von radial außen nach radial innen durch die Membran hindurch, und zwar infolge der zwischen den Schichtdicken der in dem Zentri­ fugalfeld befindlichen Lösung A, des Konzentrats C, sowie des von der Membran bereits abgetrennten Filtrats bzw. Permeats B zustandegekommenen Druckunterschiedes. Dabei ist in der Figur die Schichtdicke c des Konzentrats C. Die Schichtdicke des Permeats B ist, wie der Figur ent­ nommen werden kann, c - d. Diese Schichtdicke, die der Druckdifferenz über die Membran entspricht, ist mit Hilfe eines Greifers 7 einstellbar, der der Filtrat- bzw. Per­ meatentnahme dient. Die abgetrennte Phase fließt mit regelbarem Entnahmevolumenstrom durch die Öffnungen 10 ab. Das Konzentrat C fließt durch die Öffnungen 11 ab. Die Ein­ stellung der Feststoffkonzentration im Konzentrat C kann gewünschtenfalls auch durch eine partielle Rezirkulation erfolgen, wobei die Kontinuität des Trennverfahrens er­ halten bleibt. Die Überdimensionierung e der unteren Sperre 8 verhindert dabei, daß sich die kolloidale Lösung A mit dem Permeat B vermischen kann.

Im einzelnen darf die Schichtdicke der Lösung A nicht größer sein als die Summe der Abstände a + b + c. Andern­ falls käme es durch die umlaufenden, voneinander gleich­ mäßig weit entfernten Öffnungen zum Überlauf.

Das Rückspülen der Membran kann vor dem Abstellen der Vorrichtung durch Einspeisen von Spülflüssigkeit bis zur maximalen Schichtdicke f mit dem dadurch erzeugten Druck erfolgen. Nach dem Abstellen der Vorrichtung fließen sowohl das Konzentrat C als auch das Permeat B als auch die Lösung A als Ablauf (A) frei durch die Öffnungen 9 aus der Vorrichtung ab.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Rotations-Druck­ filtration flüssiger Medien bei der in einer dreh­ baren Trommel koaxial mindestens ein trommelförmiges Filterelement in der Weise angeordnet ist, daß zwischen der Innenwand der Trommel und der Außenwand des Filterelements ein schmaler Ringraum freigelassen ist, der über einen zentralen, axialen Zulauf mit dem flüssigen Medium versorgt wird, und der mit einem Ablauf für das Konzentrat verbunden ist, wobei das Filtrat über einen weiteren Ablauf aus der Trommel abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (5) und die Trommel (4) unabhängig voneinander um ihre gemeinsame Achse in gleicher Dreh­ richtung drehbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere voneinander getrennte Filterelemente mit verschiedenen Trenngrenzen koaxial ineinander angeordnet sind.