DE2723924B1 - Rueckstausieb und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückstausieb für Druckfiltrationsgeräte, ferner ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Unter dem Begriff »Druckfiltration« werden dabei im Rahmen der Erfindung auch filtrationsähnliche Verfahren, wie beispielsweise insbesondere die umgekehrte Osmose, verstanden.

Druckfiltrationsgeräte der in Rede stehenden Art sind gebräuchlicherweise zwei- oder mehrteilige Druckgefäße, die in einem Gehäuseoberteil mindestens einen Zulauf für die zu behandelnde Flüssigkeit und in einem Gehäuseunterteil mindestens einen Ablauf für das Permeat aufweisen. Die beiden druckdicht miteinander verbundenen Gehäuseteile sind durch eine meist horizontal angeordnete Filterunterstützungsplatte voneinander getrennt, auf der das Filter, in der Regel eine Membran, liegt. Üblicherweise ist das Filter mehrschichtig ausgebildet.

In geringer Entfernung über der Oberfläche des Filters ist bei den gebräuchlichen Druckfiltrationsgerä- eine netzartige Platte angeordnet, die als Rückstausieb bezeichnet wird. Das Rückstaubsieb hat die Aufgabe, bei Umkehr der auf die Membran einwirkenden Drücke, also beispielsweise bei Rückstau und/oder zuflußseitigem Druckabfall, ein das Filter beschädigendes Abheben, zumindest zu weites Abheben des Filters von der Filterunterstützung, zu verhindern.

Das Rückstausieb ist bei den gebräuchlichen Druckfiltrationsgeräten als Streckmetallsieb ausgebildet, das mit einer meist aus PTFE bestehenden Beschichtung überzogen ist. Diese Beschichtung verhindert ein Festkleben des Filters am Sieb und damit eine Beschädigung des Filters bzw. der Membran, insbesondere beim Autoklavieren. Die Beschichtung dient gleichzeitig als Korrosionsschutz.

Um zu vermeiden, daß der bei Druckfiltration der in Frage stehenden Art recht kräftige Zulaufstrahl direkt auf das Filter trifft und dieses beschädigt, ist bei den gebräuchlichen Geräten zwischen der Mündung der Zulaufleitung in den Druckraum des Druckfiltrationsgerätes und dem Rückstausieb eine gebräuchlicherweise als »Prallblech« bezeichnete Verteilerscheibe angeordnet. Dieses meist kreisrunde Prallblech ist im Durchmesser so klein wie möglich und gleichzeitig so groß wie nötig ausgebildet, um den Zulaufstrom radial verteilend zu brechen und dadurch die Membran oder das Filter zu schützen.

Bei den bekannten Druckfiltrationsgeräten dieser Art

ist das Prallblech über Stege oder Haltestifte entweder am Gehäuseoberteil des Druckfiltrationsgerätes oder direkt auf dem Rückstausieb angeschraubt oder angeschweißt.

Nachteilig an diesen bekannten Druckfiltrationsgeräten ist die Notwendigkeit, ein Prallblech vorzusehen. Das Prallblech ist ein zusätzliches Bauteil, das mit zusätzlichem Arbeitsaufwand eingebaut werden muß. Es ist weiterhin ein durch seine Mindestabstände fordernde Einbauweise sperriges Bauteil und ist schließlich ein Bauteil mehr, das gereinigt werden muß. Weiterhin erfordert die Anbringung des Prallblechs im Druckraum des Druckgefäßes die Ausbildung von Befestigungsstellen, seien dies nun Schweißstellen, Schraubverbindungen oder Nietverbindungen, die Ansatzpunkte für die Spaltkorrosion sind.

Versuche mit angefärbten und anderweitig markierten aufzubereitenden Modellflüssigkeiten haben überraschenderweise außerdem gezeigt, daß Prallbleche aller gebräuchlicher Größen keine gleichmäßige Verteilung des Zulaufs auf die freie Filteroberfläche herbeizuführen vermögen. Einerseits zeigen die Filter aller Durchmesser stets den meist im Mittelpunkt des runden Filters liegenden »Schatten« des Prallblechs, also einen unter dem Prallblech liegenden Bereich, der insbesondere bei Filtrationen kaum von der aufzubereitenden Flüssigkeit belastet ist. An diesen Bereich schließt sich konzentrisch nach radial auswärts ein Bereich mit bezogen auf die gesamte Arbeitsfläche des Filters weit überdurchschnittlicher Belastung an. Überraschenderweise schließt sich insbesondere bei größeren Filterdurchmessern an diesen überlasteten radial mittleren Bereich ein relativ breiter völlig ausgenutzter Bereich der Filterfläche an.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rückstausieb zu schaffen und so auszubilden, das den Aufbau und Betrieb *>5 eines Druckfiltrationsgerätes ohne Prallblech ermöglicht und gleichzeitig auch bei großen Filterdurchmessern eine homogene Verteilung des Zulaufs über die gesamte Arbeitsfläche des Filters gewährleistet.

COPY

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Rückstausieb vor, das die im Patentanspruch 1 genannten kennzeichnenden Merkmale aufweist; ferner ein Verfahren zu dessen Herstellung, das die im Patentanspruch 5 genannten kennzeichnenden Merkmale aufweist.

Bei dem Rückstausieb der Erfindung ist selbst bei sehr flacher Bauweise des Druckfiltrationsgerätes und fast unmittelbar über der Oberfläche des Rückstausiebes liegender Zulauföffnung kein Prallblech erforderlich. Da das Rückstausieb im Auftreffbereich des Zulaufstromes nur wenige öffnungen mit relativ kleinen Durchmessern aufweist, ist der unter der Zulauföffnung liegende Filterbereich auch bei Dauerbetrieb vollkommen geschützt. Andererseits ist jedoch durch das Anbringen zumindest einiger öffnungen auch in dem dem Zulaufstrom gegenüberliegenden Bereich gewährleistet, daß auch die diesem Bereich unmittelbar gegenüberliegenden Bereiche der Arbeitsfläche des Filters voll wirksam sind und nicht einfach im »Schatten« eines Rückprallblechs liegen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß das Rückstausieb über seine ganze Fläche verteilt nur öffnungen mit sehr kleinem Durchmesser aufweist und daß der durch die öffnungen insgesamt zur Verfügung gestellte freie Durchlaufquerschnitt relativ zur Gesamtfläche des Rückstausiebes sehr klein ist, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 bis 2% der freien Arbeitsfläche des Rückstausiebes liegt. Dadurch erfolgt ein gewisser Rückstau der zu behandelnden Flüssigkeit auf dem Rückstausieb, der zu einer homogenen radialen Verteilung der zu behandelnden Flüssigkeit auf dem Rückstausieb und damit über das Filter führt. Durch die Wahl von öffnungen mit gleichen Durchmessern für das gesamte Rückstausieb wird die Herstellung des Siebes vereinfacht. Durch die gezielt ungleichförmige Verteilung dieser öffnungen auf die Arbeitsfläche des Rückstausiebes werden die im Druckfiltrationsgerät herrschenden Strömungsverhältnisse so kompensiert, daß das zu behandelnde Medium in praktisch homogener Verteilung auf die freie Filteroberfläche gelangt. Die höhere Flächendichte der öffnungen in dem unmittelbar an den Auftreffbereich angrenzenden umgebenden Nahbereich verhindert dabei, daß dieser Bereich nach Ablenkung des auftreffenden Zulaufstroms auf dem Rückstausieb radial überlaufen wird, so daß anteilsmäßig zu wenig aufzubereitendes Medium auf die unmittelbar darunter liegenden Filterflächen gelangt. In den peripheren Außenbereichen, in denen sich der an den Gehäusewandungen aufbauende Strömungsstaudruck stärker bemerkbar macht, kann die Flächendichte der öffnungen wieder verringert werden. Das Rückstausieb der Erfindung ermöglicht durch diese Kompensation der Strömungsverhältnisse im Druckraum des Druckfiltrationsgerätes ein Fortlassen des bei gebrauchliehen Geräten unerläßlichen Prallblechs und gewährleistet gleichzeitig darüber hinaus eine praktisch vollkommen homogene Verteilung der aufzubereitenden Flüssigkeit über die Arbeitsfläche des Filters. Insbesondere bei Filtern mit großen Arbeitsdurchmessern ist auf diese Weise eine volle Ausnutzung und Auslastung der zur Verfügung stehenden Filterfläche unter allen Umständen gewährleistet. Dies spielt insbesondere bei der Verwendung von Membranen, in denen praktisch keine Querkomponente der Filtratströmung wirksam ist, eine wesentliche Rolle.

Das Rückstausieb der Erfindung wird vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, der mit einer haftabweisenden Schutzschicht, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, überzogen ist. Die Öffnungen werden zur Vermeidung jeglicher Gratbildung vorzugsweise durch Photoätzen, Laserstrahlbohren oder Elektronenstrahlbohren hergestellt. Diese Techniken sind an sich bekannt und dem Fachmann geläufig. Dabei hat sich insbesondere das Ätzen unter Verwendung von Photolackmasken als hervorragendes Verfahren zur Herstellung der für die gebräuchlichen Siebdurchmesser etwa 0,5 bis 1,5 mm,

ι ο vorzugsweise etwa 1,0 mm, großen Öffnungen bewährt. Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt die einzige Fig. in Draufsicht ein Rückstausieb der Erfindung.

Das in der Figur dargestellte Rückstausieb ist kreisrund und mit Öffnungen versehen, von denen jede einzelne einen Durchmesser von 1 mm hat. Die durch die Gesamtheit aller Öffnungen zur Verfügung gestellte freie Durchtrittsfläche beträgt rd. 1,2% der gesamten im Druckfiltrationsgerät freiliegenden Oberfläche einer Seite des Rückstausiebes.

Die Verteilung der Öffnungen weist drei Bereiche auf, einen zentralen Bereich 1, in dem der Zulaufstrom auf das Rückstausieb auftrifft (»Auftreffbereich«), einen diesen unmittelbar umgebenden und umschließenden Bereich 2 (»Nahbereich«) und einen sich um diesen Nahbereich 2 herum bis zum Außenrand des Rückstausiebes erstreckenden Außenbereich 3.

Die Öffnungen sind in der das Rückstausieb bildenden

3ü Lochplatte so angeordnet, daß sie jeweils auf Radien liegen, die untereinander gleiche Winkelabstände voneinander haben. Die Abstände der Öffnungen voneinander auf den Radien sind im Nahbereich 2 und im Außenbereich 3 gleich. Auch im Auftreffbereich 1 ist

der Abstand der auf den Radien liegenden Öffnungen voneinander gleich, jedoch ist dieser Radialabstand der Öffnungen voneinander um etwa 10 bis 40%, vorzugsweise 20 bis 30%, größer als der entsprechende radiale Einheitsabstand der Öffnungen voneinander im Nahbereich 2 und im Außenbereich 3. Der Winkelabstand der Öffnungen aufweisenden Radien beträgt im Auftreffbereich 1 von einem zum nächsten Radius 45° und im Nahbereich und Außenbereich 5°37'30", so daß also je Quadrant, jeweils den ersten und den letzten Radius eingerechnet, 17 mit Öffnungen besetzte Radien ausgebildet sind, von denen drei bis zum Mittelpunkt des Kreises reichen und die übrigen 14 lediglich bis zur Grenze zwischen dem Nahbereich 2 und dem Auftreffbereich 1 mit Öffnungen versehen sind.

Bei dieser Anordnung der untereinander gleich großen Öffnungen auf der freien Arbeitsfläche des Rückstausiebes wird in der aus der Figur erkenntlichen Weise ein relativ scharf abgegrenzter Auftreffbereich 1, ein diesen Bereich umgebender Nahbereich 2 mit wesentlich höherer Öffnungsdichte und ein diesen radial . außen umgebender Außenbereich 3 gebildet, in dem die Flächendichte der Öffnungen wiederum geringer als im Nahbereich 2, aber noch immer höher als im Auftreffbereich 1 ist. Die geringere Flächendichte der

Mi Öffnungen im Außenbereich 3 gegenüber dem Nahbereich 2 wird dabei trotz äquidistanter Anordnung der Öffnungen auf den Radien durch den zunehmend größer werdenden Umfangsabstand der Radien voneinander im Außenbereich 3 bewirkt.

Eine besonders günstige Verteilung der Öffnungen wird erzielt, wenn in der aus der Figur ersichtlichen Weise im Nahbereich 2 und im Außenbereich 3 die Folgen der Öffnungen auf jeweils einem Radius zur

Folge der öffnungen auf dem jeweils benachbarten Radius auf Lücke steht. Die öffnungen sind also auf äquidistanten konzentrischen Kreisen angeordnet, deren Abstand voneinander dem halben Abstand der öffnungen auf den Radien entspricht, wobei jeweils zwei auf dem Umfang eines dieser Kreise aufeinanderfolgende öffnungen nicht auf unmittelbar einander benachbarten Radien, sondern jeweils auf übernächsten Nachbarradien liegen. Dabei ist im vorstehenden unter »Flächendichte der öffnungen« die Anzahl der öffnungen je Flächeneinheit verstanden.

Mit Rückstausieben der in der Figur gezeigten Art kann die Filtrationsleistung insbesondere bei schwierigen Filtrationen und großen Filteroberflächen durch eine bessere und vollständigere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Filterfläche wesentlich erhöht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rückstausieb für Druckfiltrationsgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstausieb als Lochplatte mit sehr kleinen öffnungen ausgebildet ist, die untereinander gleich groß sind und in der Weise ungleichmäßig über die Lochplattenfläche verteilt sind, daß die Flächendichte der öffnungen (Anzahl der öffnungen pro Flächeneinheit) im Auftreffbereich (1) des Zulaufstroms wesentlich kleiner als im unmittelbar angrenzenden, den Auftreffbereich als Nahbereich (2) umschließenden Bereich der Lochplatte ist und daß die Flächendichte der öffnungen in dem diesen Nahbereich umschließenden Außenbereich (3) wieder kleiner, aber immer noch größer als im Auftreffbereich (1) ist.

2. Rückstausieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen, kreisrund sind und einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 1,5 mm aufweisen.

3. Rückstausieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche aller öffnungen etwa 1 bis 2% der gesamten im Druckfiltrationsgerät freiliegenden Oberfläche einer Seite des Rückstausiebes beträgt.

4. Rückstausieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendichte der öffnungen (Anzahl der öffnungen pro Flächeneinheit) im Auftreffbereich (1) etwa um den Faktor 2 bis 3 kleiner als die mittlere Flächendichte der öffnungen im Nahbereich (2) und Außenbereich (3) ist und daß der Nahbereich (2) allmählich und kontinuierlich in den Außenbereich (3) übergeht, so daß diese beiden Bereiche einen einheitlichen Bereich mit konstantem negativen Flächendichtegradienten bilden.

5. Verfahren zur Herstellung eines Rückstausiebes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen durch Photoätzen, Laserstrahlbohren oder Elektronenstrahlbohren hergestellt werden.