DE2723924C2 - Rückstausieb und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Rückstausieb und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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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 gebräuchhcherweise 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 mehrschiclv
tig ausgebildet
In geringer Entfernung über der Oberfläche des Filters ist bei den gebräuchlichen Druckfiltralionsgerä'
ten eine netzartige Platte angeordnet, die als Rückstau-
sieb bezeichnet wird. Das Ruckstaubsieb 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 rech: kräftige Zulaufstrahl direkt
auf das Filter trifft und dieses beschädigt, ist bei den gebräuchlichen Geräten zwischen der Mündung der
Zulaufieitung in den Druckraum des Druckfiltrationsgerätes
und dem Rückstausieb eine gebräuchlicherweise als »Prallblech« bezeichnete Verteilerscheibe angeordnet
Dieses meist kreisrunde Prallblech ist iin 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 dzs Druckfiltrationsgerätes oder direkt auf dem Rückstausieb angeschraubt oder
angeschweißt.
Nachteilig an diesen bekannten Druckfiltrationsgeräten ist die Notwendigkeit, ein Prallblech vorzusehen.
Das Praiibiech 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 markier- *' ten 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 Durchmes-■>··
ser 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 diese!: 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 eines Druckfiltrationsgerätes ohne Prallblech ermöglicht
und gleichzeitig auch bei großen Filterdurchmes' sern eine homogene Verteilung des Zulaufs über die
gesamte Arbeitsfläche des Filters gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Rückstausieb vor, das die im Patentanspruch I
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 RDckstausiebes
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 isl jedoch durch das Anbringen
zumindest einiger Öffnungen auch in dem dem Zulaufstrom gegenüberliegenden Bereich gewährleistet,
daß auch tiie diesem Bereich unmittelbar gegenüberliegenden
Bereiche der Arbeitsfläche des Filters voll wirksam sind und nicht einfach im »Schatten« eines
Rückpraüblechs liegen
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, ruß das
Rückstausieb über seine ganze Fläche verteilt niir 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 Fiächendichte der öffnungen in dem unmittelbar
an den Auftreffbereich angrenzenden umgebenden Nahbereich verhindert dabei, daß dieser Bereich nach
Ablenkung des auftreffenden Zulaufstroms auf dem Rückstausieh radial überlaufen wird, !>o daß anteilsmäßig
zu wenig aufzubereitendes Medium auf die unmittelbar darunter liegenden Filterflächen gelangt. In
den peripheren Außenbereichen, in denen sich der an den Gehäusewandungen "ufbauende Strömungsstaudruck
stärker bemerkbar macht, kann die Flächendichte der öffnungen wieder verengert werden. Das Rückstausieb
der Erfindung ermöglicht durch diese Kompensation der Strömungsverhältnisse im Druckraum des
Druckfiltrationsgerätes ein Fortlassen des bei gebräuchlichen Geräten unerläßlichen Prallblechs und gewährleiste!
gleichzeitig ^arüber 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 Gralbildung 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,
ίο 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 Offnungen 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 Druckfilirationsgerät 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 (»AuHreffbereich«), einen
2Ί diesen unmittelbar umgebenden und umschließenden Bereich i: (»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
Lochplatte so angeordnet, daß sie jeweils auf Radien liegen, die untereinander gleiche Winkelabstände
voneinander haben. Die Abstände der öffnungen voneinander auf den Radien sind >m Nahbereich 2 und
im Außenbereich 3 gleich. Auch im Aultreffbereich 1 ist
π 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 Nahbe-
4» reich 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°37'3O", so daß also je
Quadrant, jeweils den ersten und den letzter. Radius
4") eingerechnet, 17 mit Öffnungen bese'.zte Rr.dien
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.
■50 Bei dieser Anordnung der untereinander gleich
großen öffnungen aaf 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
v, wesentlich höherer Öffnungsdichte und ein diesen radial außen umgebender Außenbereich 3 gebildet, in dem die
Flächendichte der Öffnungen wiederum geringer als im Nahbereich 2, aoer noch immer höher als im
Auftreffbereich 1 ist Die geringere Flächendichte der
w) öffnungen im Außenbereich 3 gegenüber dem Nahbereieh
2 wird dabei trotz äquidistanter Anordnung der öffnungen auf den Radien durch den zunehmend größer
werdenden Umfangsabstand der Radien voneinander im Außenbereich 3 bewirkt
6« Eine besonders günstige Verteilung der Öffnungen
wird erzielt, wenn in der aus der Figur ersichtlichen Weise im Nahbefeich 2 und im Außenbereich λ die
Folgen der Öffnungen auf jeweils einem Radius zur
Folge der öffnungen auf dem jeweils benachbarten Radius auf Lücke sieht. Die Öffnungen sind also auf
äquidistahlen konzentrischen Kreisen angeordnet, deren
Absland voneinander dem halben Abstand der Öffnungen auf den Radien entspricht, wobei jeweils
zwei auf dem Umfang eines dieser Kreise aufeinanderfolgende Öffnungen iiichi au? unmittelbar einander
benachbarten Radien, sondern jeweils auf übernächsten Nachbarradien liegen. Dabei ist im vorstehenden unter
»Flächendichle 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 Fiherfläche wesentlich erhöht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
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. Rückstausseb 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 d_r N'ahbereich (2) allmählich und
kontinuierlich in den AuP^nberc'jh (3) übergeht, so daß diese beiden Bereirhe einen einheitlichen
Bereich mit konstantem negative*", 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.
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