DE2553099C2 - Filtrationsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtrationsverfahren, insbesondere für Ultrafiltration, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Aus der CH-PS 4 40 221 ist ein derartiges Filtrationsverfahren bekannt. Dabei strömt die zu filtrierende Flüssigkeit unter Druck in einem Filterkanal im wesentlichen parallel zu einer Eintrittsfläche eines Filters. Über der Eintrittsfläche wird ein Eintrittsdruckprofil mit einem stromabwärts abfallenden Druck erzeugt. An einer Austrittsfläche des Filters anfallendes Filtrat wird unter Aufrechterhaltung eines Gegendruckes auf die Austrittsfläche abgezogen. Ein Problem besteht dabei darin, daß über der Eintrittsfläche des Filters unterschiedliche Druckbelastungen bestehen, die zu einer Beschädigung des Filters führen können.

Die Gefahr einer Beschädigung des Filters ist in dem Fall besonders groß, wenn die Austrittsfläche des Filters verschlossen wird. Wenn dies geschieht, steigt der Druck auf der Filtratseite nämlich schnell auf einen Wert an, der im wesentlichen dem Durchschnittsdruck im Filterkanal entspricht. Da der Druck in dem Teil des Filterkanals, der sich neben der Austrittsfläche befindet, niedriger ist als der Durchschnittsdruck infolge des oben erwähnten Druckgefälles, entsteht gegenüber dem normalen Betriebszustand eine umgekehrte Druckdifferenz in dem Filterbereich, der der Austrittsfläche am nächsten liegt. Diese umgekehrte Druckdifferenz neigt dazu, diesen Bereich des Filters von seiner Abstützung abzuheben, wodurch das Filter ohne weiteres bersten oder in anderer Weise beschädigt werden kann.

Ein anderer Nachteil des sich verändernden Druckes in dem Filterkanal ist darin zu sehen, daß sich die Betriebsbedingungen im Filter entlang der ganzen Länge des Filters ändern. Dies bedeutet daß sich der Druck über einen großen Teil des Filterbereiches erheblich von einem optimalen Treibdruck unterscheidet

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es unmöglich scheint, die Filtratströmung durch Steuern des Treibdruckes konstant zu halten. Wenn der Treibdruck ein bestimmtes Niveau überschreitet, ist die Filtratströmung nämlich im wesentlichen unabhängig von dem Treibdruck unter normalen Betriebsbedingungen und es kann daher eine verringerte Filtratströmung infolge eines beginnenden Zusetzens des Filters nicht durch Erhöhen des Treibdruckes kompensiert werden. Da der Treibdruck sich entlang der Filteroberfläche verändert, ist es nämlich in der Praxis unmöglich, einen Treibdruck zu erhalten, der zumindest über einen größeren Teil des Filterbereiches unterhalb des erwähnten Niveaus liegt. Aus diesem Grunde kann bei der Ultrafiltration die Kapazität nicht gesteuert werden.
Außerdem ist eine Reinigung des Filters infolge des relativ hohen Druckes am Anfang des Filterkanales schwieriger. Der Grund hierfür liegt darin, daß in der Reinigungsflüssigkeit suspendierte Unreinheiten dazu neigen, sich im erwähnten Bereich des Filters abzusetzen, weil das Hindurchströmen von Flüssigkeit hier infolge des höheren Treibdruckes größer ist. Die Reinigungsflüssigkeit ist nämlich so beschaffen, daß sie ein wesentlich größeres Durchdringungsvermögen hat und ganz im Gegensatz zu der oben erwähnten Bedingung beim normalen Betrieb ist die Strömung durch das Filter beim Reinigen von dem Treibdruck abhängig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, das Filtrationsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß Beschädigungen des Filters vermieden werden, die durch eine unterschiedlichc Druckbelastung über seiner Eintrittsfläche bewirkt werden können und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses verbesserten Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs bereits erwähntes Filtrationsverfahren, das durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentan-Spruches 2 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß erreicht wird, daß der Treibdruck im gesamten Filter trotz der Tatsache konstant ist, daß das erwähnte Druckgefälle den Druck im Filterkanal veranlaßt, entlang des Filters abzunehmen.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 6 näher erläutert, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen. In allen Figuren bezeichnen dabei gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile.

Die Vorrichtung zur Ultrafiltration nach F i g. 1 weist einen Filterkanal 1 und einen Filtratkanal 2 auf, die durch ein Filter 3 voneinander getrennt sind. Die zu filtrierende Flüssigkeit tritt in den Filterkanal 1 über eine Einlaßleitung 4 und eine Pumpe 5 ein und wird über die Auslaßleitung 6 abgeführt. Letztere ist mit der Einlaßleitung 4 über eine Rückführleitung 7 verbunden.
Durch die Pumpe 5 wird eine geeignete Strömungs-

geschwindigkeit in dem Filterkanal 1 aufrechterhalten, wodurch ein zu schnelles Zusetzen des Filters vermieden wird, wobei ein Teil der gefilterten Flüssigkeit über die Rückführleitung 7 an die Pumpe 5 zurückgeführt wird, um wieder durch den Filterkanal 1 liindurchzutreten.

Das durch das Filter 3 tretende Fiitrat wird über eine Auslaßleitung 8 abgeführt, die mit einem Ventil 9 versehen ist. Vermittels einer Rückführleitung 10 und eirer Pumpe 11 wird ein Teil des Filtrates wieder durch den Filtratkanal 2 hindurchgeführt. Eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit wird dadurch in dem Filtratkanal 2 aufrechterhalten, daß ein Druckgefälle von der gleichen Größe wie in dem Filterkanal 1 erhalten wird. Der Filtratkanal 2 besitzt vorzugsweise einen größeren hydraulischen Widerstand als der Filterkanal 1, weshalb die Kapazitätsanforderung an die Pumpe 11 verringert wird.

Da das Druckgefälle in beiden Kanälen i und 2 das gleiche ist. ist der Treibdruck am Filter 3 im gesamten Filterbereich konstant. Dadurch wird es möglich, einen Treibdruck anzuwenden, der unterhalb des erwähnten Niveaus liegt, über dem die Filtratsströmung von dem Treibdruck unabhängig ist. Dies wiederum ermöglicht es der Filtratströmung durch den sich ändernden Treibdruck gesteuert zu werden, wodurch die Filtratströmung konstant gehalten werden kann, falls dies gewünscht wird. Auf diese Weise kann ein sukzessives Zusetzen des Filters 3, das die Strömung durch dieses Filter 3 zu verringern neigt, kompensiert werden, indem der Treibdruck sukzessiv auf das oben erwähnte Niveau angehoben wird. Der Treibdruck kann verändert werden, indem die Kapazität der Pumpe 5 gesteuert wird oder indem die Filtratströmung durch das Ventil 9 auf einen gewünschten Wert gedrosselt wird. Wenn es nicht möglich ist, eine konstante Filtratströmung durch Erhöhen der Kapazität der Pumpe oder durch Verringerung der Drosselung der Filtratströmung durch das Ventil 9 (was anzeigt, daß das erwähnte Niveau überschritten worden ist) weiter aufrechtzuerhalten, muß der Betrieb unterbrochen und das Filter 3 gereinigt werden.

Da der Treibdruck im gesamten Filterbereich konstant ist, entsteht keine Gefahr von Beschädigungen oder anormalen Belastungen des Filters 3 für den Fall, daß das Ventil 9 völlig geschlossen werden sollte. Außerdem sind die Betriebsbedingungen im gesamten Filterbereich die gleichen, was es ermöglicht, einen optimalen Treibdruck zu verwenden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß es möglich wird, einen höheren Anfangsdruck in dem Filterkanal 1 zu verwenden, ohne den Treibdruck in dem Teil des Filters 3 neben dem Einlaß in nicht akzeptabler Weise ansteigen zu lassen. Nebenbei wird eine wirksame Reinigung erleichtert, indem der Treibdruck auf einem optimalen niedrigen Niveau im gesamten Filterbereich beim Reinigen gehalten werden kann, was ein gleichmäßiges Reinigen des gesamten Filters 3 sicherstellt.

In F i g. 2 ist der Filtratkanal mit Hilfe einer Anzahl von Trennwandungen 15 in eine Reihe von Kammern 16 unterteilt, die jeweils mit einer Sammelleitung 17 ver- t>o bunden sind. In der letzteren wird eine Strömung mit einem geeigneten Druckgefälle mit Hilfe der Pumpe 11 aufrechterhalten. In diesem Fall wird der Druck in jeder der Kammern 16 im wesentlichen gleich dem Druck in demjenigen Punkt der Sammelleitung 17 sein, mit dem t» die jeweilige Kammer verbunden ist. Dadurch wird ein allmählich abnehmender Druck auf der Fihratseite des Killers 3 erhalten.

F i g. 3 zeigt ein Filtersvstem mit drei Filtereinheiten gemäß Fig. 1, die in Serie geschaltet sind. Um einen ausreichenden Treibdruck an dem letzten Filter 3c der Serie zu erhalten, muß ein verhältnismäßig hoher Anfangsdruck in dem ersten Filterkanal la am Einlaß von der Pumpe 5 aufrechterhalten werden. Da dieser Druck durch den Druck in den Filtratkanälen 2a — c kompensiert wird, kann der Treibdrack -dennoch in allen drei Filtern 3a — ckonstant gehalten werden.

In der Ausführungsform nach der F i g. 4 ist die Pumpe zum Umwälzen des Filtrats weggelassen worden und der Filtratkanal 2 hat stattdessen eine Gestalt bekommen, bei der der Querschnitt mit der Strömungsrichtung zunimmt. Infolge dieser Gestalt des Filtratkanals 2 wird darin ein Druck erhalten, der in Richtung der Strömung abnimmt. Eine Bedingung für das ordnungsgemäße Funktionieren dieser Ausführungsform ist, daß eine vorgeschriebene Strömung in dem Filtratkanal 2 aufrechterhalten werden kann.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine flexible Membrane 20 aus beispielsweise Gummi unterhalb des Filters 3 vorgesehen ist, wobei der Filtratkanal 2 zwischen dieser Membrane 20 und dem Filter 3 ausgebildet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Filters 3 wird eine Strömung mit einem Druckgefälle in dem Kanal 21 aufrechterhalten, durch das ein Teil der durch die Pumpe 5 angelieferten Flüssigkeit über die Leitungen 22, 23 geleitet wird. Mit Hilfe von Drosselventilen 24 und 25, die in der Einlaßleitung 22 des Kanals 21 und in der Auslaßleitung des Filterkanals 1 vorgesehen sind, wird ein geeignetes Verhältnis zwischen den Strömungen, die durch die Kanäle 1 bzw. 21 hindurchtreten, aufrechterhalten, wodurch ein geeigneter Treibdruck am Filter 3 erhalten wird. Der Druck in dem Kanal 21 wird über die Membran 20 zu dem Filtratkanal 2 übertragen. Somit wird die Membran 20 sich selbst auf verschiedene Stellungen in Abhängigkeit von den auf beide Seiten wirkenden Druck einstellen, wodurch eine selbsttätige Steuerung der Abmessungen und der Gestalt des Filtratkanals 2 erhalten wird.

In Fig.6 ist schließlich eine vereinfachte Ausführungsform dargestellt, die allein dazu vorgesehen ist, den Treibdruck während des Reinigens der Membran niedrig zu hallen. Wie aus der F i g. 6 ersichtlich ist. ist der Filtratkanal 2 mit einer Einlaßleitung 4 über eine Leitung 30 verbunden, die mit einem Absperrventil 31 und einem Drosselventil 32 versehen ist. Während des Reinigens des Filters 3 ist das Ventil 31 geöffnet, wodurch ein Teil der Reinigungsflüssigkeit über die Leitung 30 in den Filtratkanal 2 geführt wird. Die Strömung und der Druck in dem Filterkanal 1 und in dem Filtratkanal 2 werden durch geeignete Einstellung des Drosselventils 32 und ein zusätzlichesDrosselver.til 33 beeinflußt, das in der Auslaßleitung 6 vorgesehen ist, wodurch ein geeigneter Treibdruck am Filter 3 erhalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Filtrationsverfahren, insbesondere für Ultrafiltration, bei dem eine zu filtrierende Flüssigkeit unter Druck veranlaßt wird, in einem Filterkanai im wesentlichen parallel zu einer Eintrittsfläche eines Filters zu strömen und dabei stromabwärts über der Eintrittsfläche ein Eintrittsdruckprofil mit einem stromabwärts fallenden Druck zu erzeugen, und bei dem an einer Austrittsfläche des Filters anfallendes Filtrat unter Aufrechterhaltung eines Gegendruckes auf die Austrittsfläche abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat veranlaßt wird, im Gleichstrom mit der zu filtrierenden Flüssigkeil parallel zur Austrittsseite des Filters (3) durch einen Filtratkanal (2) zu zirkulieren und dabei über der Austrittsfläche ein Gegendi uckprofil mit einer im gesamten Verlauf konstanten absoluten Druckdifferenz zum Eintrittsdruckprofil zu erzeugen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der ein Filterkanal (1) durch ein Filter (3) von einem Filtratkanal (2) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtratkanal (2) durch Trennwandungen (15) in eine Reihe von nebeneinanderliegenden Kammern (16) unterteilt ist und daß die Kammern (16) mit einer Sammelleitung (17) entlang deren Längserstreckung verbunden sind.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der ein Filterkanal (1) durch ein Filter (3) von einem Filtratkanal (2) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Filtratkanales (2) in der Strömungsrichtung zunimmt.