DE2720178B1 - Verfahren und Vorrichtung zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum diskontinuierlichen Filtern von SuspensionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen durch von außen
wirkenden Preßdruck in einer diesen erzeugenden Preßkammer od. dgl. sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen durch von außen wirkenden
Preßdruck in einer diesen erzeugenden Preßkammer aus wenigstens teilweise in veränderlichem Abstand
zueinander vorgesenen Preßflächen od. dgl.
Aus der Deutschen Patentschrift 1 89 827 sind Filterpressen bekannt, bei denen die zwischen Filtertüchern
eingeschlossene Suspension durch Membranen, die von außen unter hydraulischen oder pneumatischen
Druck gesetzt werden, ausgepreßt wird. Das in eine Filterkammer eingefüllte Suspensionsvolumen verbleibt
dort bis zum Ende des Filtrationsvorganges.
Für eine gewünschte hohe Durchsatzleistung ist es erforderlich, eine Vielzahl von derartigen Filterkammern
parallel zu schalten, was zu erheblichem apparativem Aufbau führt und außerdem einen hohen
Energieverbrauch zur Folge hat für die Druckerhöhung in dem großen — aus der Summe der Einzelvolumina
zusammengesetzten — Gesamtvolumen hinter den Membranen. Eine Beeinflussung der Filtrationsgeschwindigkeit
ist lediglich über die Druckerhöhung möglich, wobei die Strukturviskosität und Thixotropic
der zu entwässernden Suspensionen bei fast allen technisch wichtigen Substanzen nur eine sehr langsame
Drucksteigerung zulassen, woraus sich die geringe Kapazität ergibt.
Ähnliche Nachteile haften der Filterpresse nach der US-PS 13 08 943 an, die wechselweise hintereinandergeschaltete
Druckkissen und Filtersäche besitzt, deren Entleerung zeilraubend und schwierig bleibt. Darüber
COPY
hinaus hat sich gezeigt, daß für besonders zähe Schlämme das Bearbeiten in solchen Filterkammern
auch dann zu keinem ausreichenden Entwässerungsgrad führt, wenn der Schlamm mehrere solche Filterkammern
hintereinander durchwandert.
Bei einer in der DE-AS 20 24 797 beschriebenen Vorrichtung zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen
durch von außen wirkenden Preßdruck laufen zwischen einander paarweise zugeordneten,
vertikal hängenden Filterplatten, von denen jede zweite konkav ausgeformt ist, zwei endlose Filtertücher. Hier
bedarf es eines großen mechanischen Aufwandes, um verhältnismäßig geringe Entwässerungsergebnisse zu
erzielen.
Nach der DE-AS 17 86 274 ist auch versucht worden,'15
durch gegenseitiges Bewegen der Teilchen des Filterkuchens die Kapillaren zu öffnen und so den Feuchtigkeitsgehalt
des Filterkuchens zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein billiges und einfaches Filtrationsverfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche bei großer Durchsatzleistung durch Beachtung der für
jede Suspension charakteristischen Entwässerungseigenschaften einen hohen Trockengehalt im Preßkuchen
erzeugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt zum einen ein Verfahren, bei dem nach dem Pressen der Suspension in
der Preßkammer und vor Eintritt des entstehenden Preßkuchens in wenigstens eine folgende Preßkammer
die Struktur des Preßkuchens durch Scherkräfte verändert wird, zum anderen ist die zur Durchführung
dieses Verfahrens vorgesehene erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch zumindest zwei hintereinandergeschaltete
Preßkammern sowie durch wenigstens zwei diesen gemeinsame, zwischen sich die Suspension aufnehmende bewegte Filtermedien —
beispielsweise Filtertücher —, welche etwa parallel zu den Preßflächen verlaufen und zwischen den Preßkammern
über eine gekrümmte Fläche geführt sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens bzw. der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben;
die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Preßvorrichtung im schematisierten Querschnitt;
F i g. 2 ein Schaubild zur Verdeutlichung des Preßvorganges.
In der Ausführungsform einer Preßvorrichtung Pder
F i g. 1 sind drei — jeweils aus einer starren Preßplatte 1 sowie einer beweglichen Preßplatte 2 gebildete
Preßkammern 3, 4, 5 so angeordnet, daß sie querschnittlich etwa ein U bilden. Jede der beweglichen
Preßplatten 2 ist über einen Stempel 6 mit einem Kolben 7 in einer Zylinderkammer 8 verbunden, welche
über Hydraulikleitungen 9, 10 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden kann, um die bewegliche Preßplatte
2 zur Veränderung des Preßplattenabstandes a in Pfeilrichtung ζ zu bewegen.
Auf den einander zugekehrten Seiten sind die Preßplatten 1 und 2 mit Rillen 11 versehen. Die seitliche
Abdichtung der vom Spalt 12 zwischen den Preßplatten 1, 2 gebildeten Preßkammer erfolgt durch an den
Spaltenden vorgesehene Dichtelemente 13; die an den Kopfseiten 15 der Preßplatten 1, 2 angeordneten
Abdichtungen sind elastische Wülste 14.
Durch den Spalt 12 zwischen den Preßplatten sind zwei Filtertücher 20, 21 geführt, welche zwischen
jeweils zwei benachbarten Preßkammern 3, 4 bzw. 4, 5 um Umlenktrommeln 22 des Radius r in einem
Umschlingungswinkel w von beispielsweise 90° gelegt sind. Mit 23 sind zusätzliche Umlenkrollen für die
Filtertücher oder Siebbahnen bezeichnet.
Eine zu entwässernde Suspension R wird im Bereich einer von den Filtertüchern 20, 21 gebildeten, sich zu
den Preßplatten 1, 2 hin verjüngenden Einlaufrinne 24 aufgegeben, wenn der Abstand a zwischen den
Preßplatten 1,2 verhältnismäßig groß ist. Anschließend erfolgt das Zufahren der Preßkammer 3 über den
Kolben 7, der auch den für den Filtervorgang erforderlichen Preßdruck in der Kammer 12 erzeugt.
Selbstverständlich kann der Schließ- und Preßdruck auch auf andere Weise gewonnen werden, beispielsweise
durch direkt mit der Hydraulikflüssigkeit oder mit Preßluft beaufschlagte elastische oder starre Membranen,
mechanisch betätigte Kniehebel usw. Ebenso ist es den jeweiligen Gegebenenheiten überlassen, die Abdichtung
jeder Filterkammer 12 durch in die Filtertücher 20, 21 eingearbeitete elastische Wülste, durch
Umfalten der Filtertücher an den Rändern oder in ähnlicher Weise zu lösen.
Nach dem Zufahren der Preßkammer 12 wird durch Druckerhöhung hinter dem Kolben 7 die Suspension R
unter Preßdruck gesetzt, wobei Filtrat durch die Filtertücher 1, 2 ausgepreßt wird und in den Rillen 11
der Preßplatten 1,2 abläuft. Der beste Erfolg wird dabei mit einem so gesteuerten Druckanstieg erreicht, daß der
aus der Suspension R entstehende Preßkuchen R\ stets mit dem Maximaldruck beaufschlagt wird, dem er im
jeweils vorliegenden Entwässerungszustand gerade noch standhält, ohne in oder gar durch die Maschen des
Filtertuches gedrückt zu werden.
Sobald der Filtratanfall sich verringert, wird durch Umsteuern des Hydraulikdruckes auf die Zugseite 30
des Kolbens 7 die Preßkammer 12 geöffnet und anschließend der zwischen den Filtertüchern 20, 21
befindliche Preßkuchen R\ aus der Preßkammer 12 in die nachfolgende Preßkammer 12λ transportiert Hierbei
umfahren die Filtertücher 20, 21 mit dem zwischen ihnen liegenden Preßkuchen R\ die Umlenkwalze 22,
wodurch infolge der unterschiedlichen Biegeradien die Filtertücher 20 und 21 eine relative Parallelverschiebung
erfahren, die in dem dazwischen befindlichen Preßkuchen R\ eine Scherkraft erzeugt; diese löst eine
Strukturänderung im Preßkuchen R\ aus. Die Scherkräfte können auch durch Antrieb der beiden Filtertücher
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit erzielt werden. Eine Verstärkung der Relativbewegung erfolgt durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte mehrfache Umlenkung der Filtertücher 20,21.
In der zweiten Preßkammer 12a wiederholt sich der vorstehend beschriebene Filtrationsvorgang, wobei im
allgemeinen höhere Preßdrücke anwendbar sind als Folge der in der Preßkammer 12 erzielten Vorentwässerung.
Wegen der Strukturänderung durch die Scherkräfte steigt der Filtratanfall zu Beginn des zweiten
Preßvorgangs wieder steil an. Nach Ende des Filtrationstaktes wird die Preßkammer 12* durch entsprechende
Betätigung des zugehörigen Hydraulikkolbens 7 geöffnet und der Preßkuchen R\ mittels der Filtertücher
20, 21 um die nächste Umlenkwalze 22 in die folgende Preßkammer 12„ transportiert, wo der Kolben 7 für das
Schließen der Preßkammer 12„ und die weitere Filtration sorgt.
Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel drei
Obwohl im beschriebenen Ausführungsbeispiel drei
Preßkammern 12, 12/, und 12„ vorgesehen sind, ist die
Vorrichtung grundsätzlich mit einer beliebigen Anzahl von Preßkammern herstellbar. Nach Beendigung der
Filtrationstakte in der letzten Preßkammer 12„ wird der
zwischen den Filtertüchern 20 und 21 befindliche Preßkuchen R\ über die endwärtige Umlenkrolle 26
geführt, die gleichzeitig Antriebswalze für den Transport des Filtertuches 21 ist. Hierbei wird der
Preßkuchen /?i aufgelockert und mit Schabern 27 von
dem Filtertuch 21 gelöst. Das andere Filtertuch 20 wird synchron oder mit Differenzgeschwindigkeit über eine
Antriebswalze 28 angetrieben; beide antreibenden Walzen 26 und 28 sind über ein Zahnradpaar 29 treibend
mit einem Motor M verbunden.
Die Filtertücher 20,21 kehren über die Umlenkrollen 23 im Takt der Filtervorgänge zum Einlauftrichter 24
zurück, wobei sie jeweils eine Waschvorrichtung 31 durchlaufen.
Unter Umständen notwendig werdende Spann- und Geradführungsvorrichtungen für die Filtertücher 20,21
sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung vernachlässigt; ebensowenig wird der
Profilstahlrahmen, der die gesamte Vorrichtung P trägt dargestellt.
Selbstverständlich sind auch andere als die dargestellte
Ausführungsform möglich, beispielsweise in paralleler Anordnung der Preßkammern 12. Hierbei könnte die
Kraft für den Schließ- und Preßvorgang in sämtlichen Preßkammern 12 aus nur einem Hydraulikzylinder 8
bezogen werden, dessen Kolben 7 mit allen beweglichen Preßplatten 2 über entsprechende Federelemente
verbunden wäre; die in den einzelnen Preßkammern 12 erforderlichen Preßdrücke können individuell eingestellt
werden.
In F i g. 2 ist über der Preßzeit ρ die abgepreßte Filtratmenge R aufgetragen. Der zeitliche Anfall an
ausgepreßtem Filtrat ist qualitativ durch die Kurve s dargestellt unter der Annahme, daß zum beliebigen
Zeitpunkt der Maximaldruck aufgebracht wird, den der Preßkuchen R\ in jedem Augenblick gerade noch
verträgt, ohne als Folge der Strukturviskosität durch das Filtergewebe 20, 21 gepreßt zu werden. Dieser
Kurvenverlauf ist charakteristisch für alle Preßfilter. Aus ihm wird ersichtlich, daß ein unerwünschter hoher
Entwässerungsgrad erst nach langer Preßzeit erreicht werden kann.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Entwässerungsverfahrens wird der Preßvorgang in der ersten
Preßkammer 12 nach einer Zeit U abgebrochen, sobald sich die Filtratkurve s abzuflachen beginnt; der
entstehende Preßkuchen R\ wird aus der ersten Preßkammer 12 in die nachfolgende Preßkammer 12/,
transportiert, wobei er gleichzeitig durch die eingeleiteten Scherkräfte in der Zeit t2 aufgelockert und in seiner
Struktur so verändert wird, daß der Filtratanfall in der zweiten Preßkammer wieder ein erheblich steileren
Kurvenverlauf zeigt. Im Schaubild nach F i g. 2 ist die Verweildauer in der zweiten Preßkammer 12A mit f3
bezeichnet, jene in der dritten Preßkammer 12„ mit fe;
zwischen den beiden letztgenannten Preßkammern 12„ und 12„ findet sich die Zeit des zweiten Schervorganges
U- Es ist erkennbar, daß auch der zweite Preßvorgang abgebrochen wird, sobald sich die Filtratkurve b
abflacht. Der Vorgang ist beliebig oft wiederholbar, bis der gewünschte Entwässerungsgrad erreicht ist Dabei
zeigt sich, daß eine bestimmte Filtratmenge R\ nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens in sehr viel kürzerer
Zeit T] abgepreßt werden kann als im normalen
Preßverfahren, bzw. daß bei gleicher Gesamtpreßzeit T2
eine erheblich größere Filtratmenge Q2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Verfahren zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen durch von außen wirkenden Preßdruck
in einer diesen erzeugenden Preßkammer od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Pressen der Suspension (R) in der Preßkammer (12) und vor Eintritt des entstehenden
Preßkuchens (Ri) in wenigstens eine folgende Preßkammer (12λ bzw. 12„) die Struktur des
Preßkuchens durch Scherkräfte verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der entstehende Preßkuchen (Ri) zwischen den Preßkammern (12) gekrümmt und
wenigstens teilweise zerrissen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkuchen (R\) zwischen den
Preßkammern (12) nach zwei Seiten hin, d. h. gegensinnig, gekrümmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in einer
Preßzone gegenüber der voraufgehenden Preßzone zunimmt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Preßdruck in einer Preßkammer (12„ bzw. 12λ) stärker als in der vorhergehenden Preßkammer (12a
bzw. 12) ausgeübt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Preßdruck in den Preßkammern (12) geregelt wird.
7. Vorrichtung zum diskontinuierlichen Filtern von Suspensionen durch von außen wirkenden
Preßdruck in einer diesen erzeugenden Preßkammer aus wenigstens teilweise in veränderlichem Abstand
zueinander vorgesehenen Preßflächen od. dgl., gekennzeichnet durch zumindest zwei hintereinandergeschaltete
Preßkammern (12) sowie durch wenigstens zwei diesen gemeinsame, zwischen sich die
Suspension (7?,} aufnehmende bewegte Filtermedien,
beispielsweise Filtertücher (20, 21), welche etwa parallel zu den Preßflächen (1, 2) verlaufen und
zwischen den Preßkammern über eine gekrümmte Fläche (22) geführt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche durch die
Umfangswandung einer Umlenktrommel (22) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenktrommel (22) wenigstens so
eine weitere Umlenktrommel nachgeschaltet ist und die Filtertücher (20, 21) die Umlenkwalze querschnittlich
etwa mäanderförmig teilweise umschlingen.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als
Preßflächen der Preßkammer (12) eine feststehende sowie eine gegenüber dieser abstandsveränderliche
Preßplatte (1 bzw. 2) dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch so
gekennzeichnet, daß die bewegbare Preßplatte (2) mit mechanischen Druckorganen verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Preßplatte (2)
mit einem hydraulisch oder pneumatisch betätigten 6S
Preßzylinder (7,8) od. dgl. verbunden ist.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als
wenigstens eine Preßfläche der Preßkammer (12) eine Membrane oder eine entsprechend elastische
Fläche (In,, 2m) dient, die unter Einfluß eines
Spannmediums, insbesondere von Druckluft, zeitweilig in ihrer Form veränderlich ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch endlose
Filtermedien (20, 21) oder Bänder, welche gegebenenfalls mit unterschiedlicher Geschwindigkeit antreibbar
ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filtermedien (20,21) über Umlenkrollen (23) od. dgl. gelegt sind und vor der ersten Preßkammer (12)
einen Einlauftrichter (24) od. dgl. bilden.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch eine
U-förmige Anordnung der einzelnen Preßkammern (12) zueinander.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als
seitliche Dichtungen für die Preßkammern (12) zwischen die Filterbänder Rahmen eingesetzt sind,
welche den entstehenden Preßkuchen (Rt) zonenweise
begrenzen.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filtermedien (20, 21) in Laufrichtung vor der ersten Preßkammer (12) wenigstens eine Waschvorrichtung
(31) durchlaufen.
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