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Scheibenfiltergerät für die Ultrafiltration
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Scheibenfiltergerät für die Ultrafiltration
mit in axialem Abstand voneinander angeordneten, auf einem gemeinsamen Filtratsammelrohr
abgedichtet geführten, hohlen Filterscheiben koaxial innerhalb eines druckfesten
Filtergehäuses, das einen im wesentlichen zylindrischen Gehäusemantel sowie einen
über eine Speiseleitung an einen Vorratsbehälter für die zu behandelnde Flüssigkeit
angeschlossenen Zulaufkanal, einen Abströmkanal für das Konzentrat, eine in den
Vorratsbehälter zurückführende, mit einem Druckregulierventil versehene Uberströmleitung
und einen an den Hohlraum des Filtratsammelrohres angeschlossenen Filtratablaufkanal
aufweist.
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Derartige Ultrafilter verwendet man zur Reinigung, Konzentration oder
Trennung von Suspensionen oder Emulsionen. Die für solche Filtrationsvorgänge als
semipermeable Membranen mit sehr feinen Poren ausgebildeten Filtermittel behalten
ihre
Funktionsfähigkeit im praktischen Betrieb nur eine gewisse
Zeit, bis der Durchflußwiderstand der Poren durch Verstopfen auf ein untragbares
Maß angestiegen ist.
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In der einschlägigen Industrie sind Maßnahmen bekannt, um die Funktionsdauer
der Membranen zu erhöhen. Hierzu gehört die Erzeugung einer turbulenten Strömung
in Nähe der Membranen, um das Absetzen von die Poren verstopfenden Stoffen zu verhindern
oder doch wenigstens zu verzögern. Bei einem bekannten Filter (DT-OS 21 46 867)
sind die Filterscheiben rotierbar auf einem als Drehwelle ausgebildeten Abströmkanal
angeordnet. Im Bereich zwischen den Filterscheiben sind umlenkende Einbauten zur
Erzeugung einer Turbulenz zwischen den Filterscheiben vorgesehen. Das zu filtrierende
Medium wird durch einen parallel zur Achse des Filtergehäuses in eine Stirnseite
einmündenden Zuströmkanal eingespeist und das Konzentrat aus einem an der gegenüberliegenden
Stirnseite ausmündenden Abströmkanal abgeführt, wobei eine Kreislaufführung vorgesehen
ist.
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Nachteilig ist bei der bekannten Konstruktion der durch den Drehantrieb
verursachte erhöhte Aufwand. Die sichere Abdichtung zwischen dem sich drehenden
Filtratsammelrohr und dem feststehenden Filtergehäuse erfordert besondere Maßnahmen.
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Die im Kreislauf angeordnete Umwälzpumpe muß eine erhebliche Leistungsfähigkeit
aufweisen, weil sie nicht nur für ausreichende Strömungsmenge, sondern auch für
genügenden Druck im Filtergehäuse zu sorgen hat, damit die gewünschte Filterung
zustande kommt.
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Zur Verlängerung der Funktionsdauer der Membranen ist es in der Praxis
außerdem bekannt, die Membranen von Zeit zu Zeit mit einem Spülmittel zu waschen.
Von dieser Maßnahme macht man insbesondere dann Gebrauch, wenn man öl von Wasser
abscheiden will und das Öl schließlich die feinen Poren der Membranen verstopft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den baulichen Aufwand und die für den
Betrieb aufzubringende Energie in der Ultrafiltration eingesetzter Scheibenfiltergeräte
zu verringern.
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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Filterscheiben
feststehend angeordnet sind und der Abströmkanal tangential aus dem Filtergehäuse
nahe seiner einen Stirnseite ausmündet und über eine Rückführleitung, die eine Umwälzpumpe
enthält, an einen im gleichen Drehsinn tangential in das Filtergehäuse nahe seiner
anderen Stirnseite einmündenden Zuströmkanal angeschlossen ist, und daß die Speiseleitung
eine Dosierpumpe aufweist, deren Fördermenge gleich oder nur geringfügig größer
der maximalen Filtratmenge ist.
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Nunmehr sind in dem Filtergehäuse keine beweglichen Teile mehr angeordnet.
Ein Drehantrieb mit entsprechend aufwendiger Lagerung und Abdichtung der drehenden
Teile, deren Unwucht zudem nicht beliebig groß sein kann, ist nicht mehr notwendig.
Die in gleichem Drehsinn tangential angeordneten Abström- und Zuströmkanäle verursachen
nur wenig Strömungswiderstand, so daß die Umwälzpumpe mit entsptechend niedriger
Leistung ausgestattet sein kann. Die Dosierpumpe muß zwar gegen den Druck im Filtergehäuse
fördern. Sie hat aber nur einen geringen Anteil der Menge, beispielsweise nur 1
,~ der Liefermenge der Umwälzpumpe zu fördern.
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Um ausreichend turbulente Strömung auch im mittleren Bereich des Filtergehäuses
zu erhalten, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß am Innenumfang
des Gehäusemantels die zu behandelnde Flüssigkeit radial nach innen ablenkende Leitvorrichtungen
angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist die Speiseleitung zwischen Vorratsbehälter und Dosierpumpe
über ein Umschaltventil an einen Spülmittelbehälter anschließbar. Das ergibt im
Gegensatz zu den bekannten
Vorrichtungen, bei denen das Spülmittel
in den von der Umwälzpumpe bewegten großen Kreislauf eingebracht wird, kleinere
und entsprechend billigere Umschaltventile.
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Ein weiterer Vorschlag befaßt sich mit einem Scheibenfiltergerät,
das zur Bewältigung größerer Mengen mehrere Filtergehäuse aufweist. Der Vorschlag
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung eine die Umwälzpumpe aufweisende
Ringleitung bildet, die die Filtergehäuse in Reihenschaltung miteinander verbindet,
wobei jeweils der Abströmkanal des einen Filtergehäuses an den Zuströmkanal des
nächsten Filtergehäuses angeschlossen ist. Diese Ausgestaltung ergibt eine gedrängte
und übersichtliche, vor allem auch kostensparende Bauweise.
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Bei einem Scheibenfiltergerät mit mehreren vertikalachsig in gleicher
Höhe nebeneinander vorgesehenen Filtergehäusen ist eine besonders kompakte Bauweise
mit kurzen Ringleitungsstücken dadurch erreicht, daß die Abströmkanäle der nacheinander
durch die Ringleitung verbundenen Filtergehäuse abwechselnd nahe der oberen Stirnseite
und der unteren Stirnseite der Filtergehäuse und die Zuströmkanäle Jeweils nahe
der gegenUberliegenden Stirnseite der Filtergehäuse angeordnet sind.
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Bei dem Betrieb eines Scheibenfiltergeräts mit mehreren Filtergehäusen
läßt sich nicht vermeiden, daß die Membranen ungleich verstopfen und dadurch eine
ungleiche Filterleistung entsteht.
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Um darüber hinaus gegen einen Betrieb des Scheibenfiltergeräts mit
unsachgemäßen oder versehentlich vergessenen Membranen wie auch gegen ungewollte
Kurzschlüsse durch Zerstörung von Membranen gesichert zu sein, ist nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung Jeder Filtratablaufkanal mit einer Kontrollvorrichtung für
die Menge und Reinheit des Filtrats sowie mit einem Absperrventil versehen. Man
kann also die Wirksamkeit
Jedes Filters ständig überprüfen und notfalls
die Filtratleitung absperren.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt Figur 1 ein Scheibenfiltergerät mit mehreren Filtergehäusen,
teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht, Figur 2 das Scheibenfiltergerät der
Figur 1 in Draufsicht.
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Als Ausführungsbeispiel ist ein Scheibenfiltergerät zur Trennung einer
Kühlemulsion beschrieben, wie sie beispielsweise in der spanabhebenden Fertigung
anfällt. Wenn man das hierbei benutzte Wasser wieder verwenden oder in die Kanalisation
ableiten will, so muß es vorher von den Ölbestandteilen getrennt werden.
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Das Scheibenfiltergerät hat mehrere topfförmige Filtergehäuse 1 mit
im wesentlichen zylindrischem Gehäusemantel 2 und abnehmbarem Gehäusedeckel 3. Auf
einem Filtratsammelrohr 4 sind in axialem Abstand hohle Filterscheiben 5 koaxial
innerhalb des Filtergehäuses 1 abgedichtet geführt. Bei dem in der Zeichnung rechts
dargestellten Filtergehäuse 1 mündet in die untere Stirnseite 6 ein Zulaufkanal
7, der über eine Speiseleitung 8 an einen Vorratsbehälter 9 für die Kühlemulsion
10 angeschlossen ist. Der Abströmkanal 11 mündet bei den beiden äußeren Filtergehäusen
nahe der oberen Stirnseite 12, bei dem mittleren Filtergehäuse nahe der unteren
Stirnseite 6 aus dem Filtergehäuse aus. Eine Überströmleitung 15 enthält ein Druckregulierventil
16 und führt von dem rechten Filtergehäuse in den Vorratsbehälter 9 zurück. Von
dem Hohlraum eines Jeden Filtratsammelrohres 4 führt ein an eine Filtratleitung
17 angeschlossener Filtratablaufkanal 16 zu einem Filtratbehälter 19.
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Die Filterscheiben 5 sind in dem Filtergehäuse 1 feststehend angeordnet.
Die Abströmkanäle 11 münden jeweils tangential aus den Filtergehäusen 1 nahe ihrer
einen Stirnseite aus, und zwar bei den beiden äußeren Filtergehäusen nahe deren
oberer Stirnseite 12, bei dem mittleren Filtergehäuse nahe der unteren Stirnseite
6. Sie sind über eine Rückführleitung 20, die eine Umwälzpumpe 21 enthält und beim
Ausführungsbeispiel als Ringleitung 22 ausgebildet ist, an im gleichen Drehsinn
tangential in die Filtergehäuse nahe ihrer anderen Stirnseite einmündenden Zuströmkanäle
25 angeschlossen. Die in das rechte Filtergehäuse einmündende Speiseleitung 8 enthält
eine Dosierpumpe 26, die so ausgelegt ist, daß sie nur geringfügig mehr fördert
als die maximal anfallende Filtratmenge.
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In Jedem Filtergehäuse sind am Innenumfang des Gehäusemantels 2 drei
Leitvorrichtungen 30 angeordnet, die die Kühlemulsion radial nach innen ablenken.
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Zwischen Vorratsbehälter 9 und Dosierpumpe 26 ist die Speiseleitung
8 mit einem Umschaltventil 32 versehen, über das sie an einen Spülmittelbehälter
33 angeschlossen werden kann.
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Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, verbindet die Ringleitung
22 die Filtergehäuse 1 in Reihenschaltung miteinander. Dabei ist Jeweils der Abströmkanal
11 des einen Filtergehäuses 1 an den Zuströmkanal 25 des nächsten Filtergehäuses
1 angeschlossen.
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Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind die Filtergehäuse vertikalachsig
in gleicher Höhe nebeneinander vorgesehen. Die Abströmkanäle 11 und die Zuströmkanäle
25 sind abwechselnd nahe der oberen Stirnseite 12 und der unteren Stirnseite 6 der
Filtergehäuse angeordnet, so daß dem Abströmkanal 11 des rechten Filtergehäuses
1 der Zuströmkanal 25 des mittleren Filtergehäuses
2 und dessen
AbstrdiWanal 11 der Zuströmkanal 25 des linken FlIterghWu* 1 unmittelbar gegenüberstehen.
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Jeder Filtratablaufkansl 16 ist lit einer Kontrollvorrichtung 40 versehen,
über die Menge und Reinheit des Filtrats Jederzeit überprüft werden können. Außerdem
enthält Jeder Filtratablaufkanal 16 ein Absperrventil 41.
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Im praktischen Betrieb wird die Kühlemulsion von der Dosierpumpe 26
aus dem Vorratibehälter 9 über die Speiseleitung 8 und den Zulaufkanal 7 in das
rechte Filtergehäuse 1 gedrückt.
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Die Umwälzpumpe 21 fördert die Kühlemulsion über die Ringleitung 22
von einem Filtergehäuse zum andern, wobei Ein-und Austritt über Zuströmkanäle 25
und Abströmkanäle 11 Jeweils tangential erfolgt. Die in Jedem Filtergehäuse vorgesehenen
Leitvorrichtungen 30 lenken die Kühlemulsion radial nach innen ab und sorgen dafür,
daß auch im mittleren Bereich des Filtergehäuses ausreichend turbulente Strömung
vorhanden ist und sich möglichst wenig des abzutrennenden Öles auf den Membranen
festsetzt. Bei geöffneten Absperrventilen 41 wird das abfiltrierte Reinwasser über
den Filtratablaui 16 und die Filtratleitung 17 in den Filtratbehälter 19 abgelassen.
Dabei erdglichen die Kontrollvorrichtungen 40, Reinheit und Menge des Filtrats itindlg
zu überprüfen. Sollte das anfallende Filtrat aus einem Filtergehäuse 1 nicht der
geforderten Re inheit entsprechen, so kann~das zugehörige Absperrventil 41 geschlossen
werden, ohne daß der Betrieb des Scheibenfiltergeräts ansonsten unterbrochen würde.
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Um zu verhindern, daß die Konzentration der Kühlemulsion in dem Vorratsbehälter
9 immer mehr ansteigt, ist eine schwimmende Absaugvorrichtung 50 vorgesehen, über
die die obere Schicht, also das aufschwimmende Öl 34, abgesaugt und mittels einer
Förderpumpe 51 über die Förderleitung 52 in einen Ölbehälter 53 gepumpt werden kann.
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Aus dem Filtratbehälter 19 kann das Reinwasser uber eine Leitung 54
in den Abasserkanal oder zur Wiederverwendung abgezweigt werden. Die Mühlemulsion
kann dos VorratsbehSlter 9 durch ein. Rohrleitung 55 zugeführt werden.
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Wenn die Kontrollvorrichtungen 4Q signalisieren, daß die Filtratmenge
cii vorgegebenes Maß unterschreitet, so wird die Speiseleitung 8 über das Umschaltventil
32 mit dom SpUljittelbehälter 33 verbunden, um die Membranen von abgesetztem Öl
und sonstigen Verunreinigungen freizuwaschen. Dabei innen Je nach Spülmittel die
Absperrventile 41 offen bleiben oder geschlossen sein.
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Di. Überströmleitung 15 dient in Verbindung mit dem Druck regulierventil
16 lediglich dazu, einen bestimmten Druck in den Filtergehäusen 1 herzustellen und
die durch die Dosierpumpe 26 geförderte überschüssige Kühlemulsion in den Vorratsbehälter
9 zurückzulassen.
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Schließlich ist in der Ringleitung 22 ein weiteres Umschaltventil
57 angeordnet, das die Entleerung der Filtergehäuse 1 in den Vorratsbehälter 9 oder
in einen besonderen Behälter ermöglicht.