DE29614439U1

DE29614439U1 - Anordnung zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einer Querstrommembran

Info

Publication number: DE29614439U1
Application number: DE29614439U
Authority: DE
Original assignee: Filtrox Werk AG
Current assignee: Filtrox Werk AG
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2006-08-21

Description

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PFI027de/08.08.96

Filtrox-Werk AG, 9001 St. Gallen

Anordnung zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einer Quer strommembran

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einer Querstrommembran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 s*i4»e4ft»'<#e9^iHpe«^^
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Aus DE-C-44 04 808 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung extrem kurzer Rückspülimpulse in intervallmässiger Abfolge auf das Permeat oder Filtrat einer Querstrom-Mikrofiltration bekannt. Die Vorrichtung weist einen Filterkörper mit einem Querstrom-Mikrofilter und einen Druckimpulsgeber in der wegführenden Permeatleitung auf. Dem vertikal angeordneten Querstrom-Mikrofilter wird über eine Zulaufleitung von der Oberseite her Unfiltrat zugeführt, welches an der Unterseite von einer Ablaufleitung abgeführt wird. Der sich mit Partikeln anreichernde sogenannte Retentatstrom wird über eine Umlaufpumpe in einem Kreislauf ständig durch den Mikrofilter geführt. Der Impulsgeber weist einen zylindrischen Permeatraum auf, der durch eine schlauchförmig ausgebildete bewegliche Trennwand von einem Druckmittelraum getrennt ist. Die bewegliche Trennwand ist zwischen zwei Stützrohren angeordnet, die als Hubbegrenzer fungieren. Der Querstrom-Mikrofilter soll durch kurze Rückspülimpulse in der Permeatleitung kontinuierlich von aufkonzentriertem Retentat gereinigt werden. Es wird nicht beschrieben, ob dieses Retentat aus dem mit der Umlaufpumpe gebildeten Kreislauf entfernt wird. Um eine gleichbleibende Filtrierleistung zu erhalten, müssen die Rückflussimpulse bei höherer Konzentration des Retentats in stets kürzeren Zeitintervallen durchgeführt werden. Durch die Begrenzung des Arbeitshubs der beweglichen Trennwand ist der Druck jedes Rückflussimpulses auf einen vorbestimmten Wert eingeschränkt.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorgenannten Art anzugeben, bei welchem eine Reinigung der Querstrommembran auch bei grösseren Verunreinigungen verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 OTd*^^-f^J*4iⁱF*'¥e^!^ &Agr;@#^3«^&igr;@^9@«&igr;$». gelöst.

Die Erfindung lehrt also vor allem, dass der erzeugte Druckimpuls in eine ruckartige Bewegungsumkehr der Partikel der zu reinigenden Flüssigkeit innerhalb der Membranporen umgewandelt werden kann, wenn die Flüssigkeit im Retentatskreislauf ausreichend schnell zurückgedrängt wird. Damit wird Gegendruck vermieden und der Reinigungseffekt erheblich verbessert. Durch die etwa gleichzeitige Expansion im Retentatskreislauf, wird der Druck auf der Retentatseite der Querstrommembran kurzzeitig gesenkt, so dass die ruckartige Bewegungsumkehr auf der Filtratseite in der Filtratsammelleitung tatsächlich ein impulsartiges Zurückströmen durch die Poren der Querstrommembran bis in den Retentatskreislauf ergibt. Damit ist gewährleistet, dass die Querstrommembran auch bei höherer Konzentration des Retentats auf der Retentatseite zuverlässig gereinigt wird. Als Expansionsgefäss ist ein zusätzlicher Raum in der Rückflussleitung vorgesehen, der im Moment des Rückflussimpulses die Rückflussleitung vergrössert. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Expansionsgefäss mit einer schlauchförmigen beweglichen Trennwand, die zwischen zwei Stützrohren angeordnet ist und das ähnlich wie der Impulsgeber ausgebildet ist.

Das Expansionsgefäss kann jedoch auch mit einem Expansionsventil ausgebildet sein, welches auf den Druckimpuls des Impulsgebers öffnet oder durch ein Steuer- oder Regelgerät geöffnet wird.

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Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die bewegliche Trennwand als Doppelkolben in einem Zylinder als Expansionsgefäss vorgesehen ist. Mittels eines Dreiwegeventils kann das Druckmedium den Doppelkolben entweder zur Expansion (Reinigungszustand) oder zur Kompression (normaler Filtrationszustand) des Zylinderraumes bewegen.

In der Praxis hat sich besonders bewährt, wenn das als Zylinder mit dem Doppelkolben ausgebildete Expansionsgefäss an der selben Druckmediumleitung wie der Impulsgeber angeschlossen ist, um eine zeitgleiche Richtungsumkehr auf der Filtratseite und auf der Retentatseite der Querstrommembran zu bewirken.

Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 ein Kreislaufschema zur Filtration und Reinigung der Querstrommembran eines Mikrofilters, und

Fig. 2 das Expansionsgefäss als Zylinder mit Doppelkolben.

In Figur 1 ist ein Schaltschema einer Filteranordnung 1 dargestellt. Eine Querstrommembran 2 ist auf der Filtratseite 3 mit einer Filtratsammelleitung 4 verbunden, über welche das Filtrat F mittels eines Ablaufventils 5 abgezogen wird und an welcher ferner ein Impulsgeber 6 angeschlossen ist, der über ein Dreiwegeventil 7 mit einem Druckmedium P₁ (Druckluft) beaufschlagt oder mit der Atmosphäre A verbunden werden kann. Der Impulsgeber 6 weist einen Gummischlauch auf, welcher von zwei perforierten konzentrischen Stützrohren begrenzt wird, wie beispielsweise in den Figuren 3 und 4 der DE-C-44 04 ausführlich dargestellt und beschrieben ist. Wenn somit der

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Impulsgeber 6 mit dem Druckmedium P₁ beaufschlagt wird, weist dieser das kleinstmögliche Volumen auf. Andererseits wird das grössere Volumen erhalten, wenn das Dreiwegeventil 7 mit der Atmosphäre A verbunden ist. Auf der Retentatseite 8 ist die Querstrommembran 2 über eine Rückführleitung 9 und eine Umlaufpumpe 10 mit ihrer Eingangsseite 11 zu einem Kreislauf geschlossen. An dieser Rückführleitung 9 ist ein Expansionsgefäss 12 mit einem Expansions-Raum 12b vorgesehen, der über ein Dreiwegeventil 13 ebenfalls mit einem Druckmedium P₂ beaufschlagt oder mit der Atmosphäre A oder mit einer Unterdruckquelle verbunden werden kann. Zur Volumenvergrösserung wird der Expansionsraum 12b durch Verringerung" des Innendruckes verkleinert, wodurch sich das Volumen eines Unfiltrat-Raums 30 impulsartig vergrössert. Das Expansionsgefäss 12 ist hier gleich ausgebildet wie der Impulsgeber 6, d.h. es weist ebenfalls einen Gummischlauch bzw. eine Gummi-Membran 12a als bewegliche Trennwand zwischen zwei perforierten konzentrischen Stützrohren auf wie beispielsweise in den Figuren 3 und 4 der DE-C-44 04 808 dargestellt und beschrieben ist. Somit lässt sich das Expansionsgefäss 12 ebenfalls zwischen einem grösseren und einem kleineren Volumen einstellen. Das Unfiltrat U wird über eine Zuführleitung 14 von einer Pumpe 15 in die Rückführleitung 9 eingespeist. Zur Abführung des bei der Filtrierung angesammelte Retentats R ist in der Rückführleitung 9 eine Abzweigung 16 mit einem Absperrventil 17 vorgesehen.

In Figur 2 ist eine besondere Ausführung des Expansionsgefäss 12 gezeigt, bei welcher in der Rückführleitung 9 ein Zylinder 18 mit zwei Kolben 19 und 20 vorgesehen ist, die durch eine Verbindungsstange 21 fest miteinander verbunden sind und so eine Art Doppelkolben bilden. In der Zylinderwand ist zwischen den beiden Kolben 19 und 20 eine Druckleitung 22 angeordnet, die über ein Dreiwegeventil 23 an einer nicht dargestellten Druckluftquelle angeschlossen werden kann. Eine weitere Druckleitung 24 ist über das Dreiwegeventil 23 mit

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der Rückwand des Zylinders 18 verbunden. Somit lässt sich der Kolben 19 nach links zur Verringerung des Unfiltrat-Raumes (kleines Volumen) oder nach rechts zu einer Vergrösserung des Unfiltrat-Raumes 25 (grosses Volumen) bewegen. Zur Begrenzung der Kolbenbewegung können nicht dargestellte Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnung ist nun folgendermassen:

Das Expansionsgefäss 12 wird beim normalen Filtriervorgang durch das Druckmedium P₂ auf das kleinstmögliche Volumen gehalten. Andererseits ist der Impulsgeber 6 mit der Atmosphäre A verbunden, so dass dieser das grösstmögliche Volumen einnimmt. Zur Reinigung der QuerStrommembran 2 wird nun ein Druckstoss P₁ auf den Impulsgeber 6 und damit auf das Filtrat F in der Filtratsammelleitung 4 gegeben, wozu das Dreiwegeventil 7 umgeschaltet wird. Gleichzeitig wird auch das Dreiwegeventil 13 des Expansionsgefäss 12 umgeschaltet, so dass in der Rückführleitung 9 eine impulsartige Expansion stattfindet. Damit wird eine Art Unterdruck in auf der Retentatseite 8 der Querstrommembran 2 erzeugt, so dass das Filtrat F in die Gegenrichtung durch die Poren der Querstrommembran 2 gepresst wird und diese wirksam gereinigt werden.

Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn die Steuerung der Dreiwegeventile 7 und 13 gekoppelt sind, so dass eine zeitgleiche Umschaltung gewährleistet ist. Wenn etwa dieselben Bedingungen für den Impulsgeber 5 und das Expansionsgefäss 12 vorherrschen, sind die beiden Dreiwegeventile 7 und 13 mit Vorteil an derselben Druckmediumquelle angeschlossen. Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn nach dem Reinigungsvorgang der Anschluss A des Dreiwegeventils 13 mit dem am Druckmedium P₁ angeschlossenen Anschluss des Dreiwegeventils 7 verbunden wird, um die sonst auftretende ruckartige Entlastung der schlauchförmigen Trennwand des Impulsgebers 5 zu

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verringern. Dadurch wird verhindert, dass Trubteilchen in die Poren der QuerStrommembran 2 hineingedrückt werden, welche sich beim Reinigungsvorgang nicht mehr daraus entfernen lassen. Durch diese Verbindung zwischen den beiden Dreiwegeventilen 7 und 13 lässt sich ausserdem der Verbrauch an Druckmedium (Luft) verringern.

Falls nur sehr kurze Druckimpulse auf die Filtratsammelleitung 4 ausgeübt werden, kann anstelle der vorgenannten ausführungen auch ein Expansionsventil zwischen dem Expansionsgefäss und der Rückführleitung 9 vorgesehen sein. Die dort angesammelte Flüssigkeit kann dann mittels einer Pumpe in regelmässigen Zeitintervallen wieder in die Rückführleitung befördert werden.

Claims

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Ansprüche

Anordnung (1) zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einer Querstrommembran (2) , deren Ausgang durch eine Rückführleitung (9) mit ihrer Eingangsseite (11) verbunden ist, einer mit der Querstrommembran (2) verbundenen Filtratsammelleitung (4) zum Abführen des Filtrats (F), und einer Vorrichtung (6) zur Erzeugung wenigstens eines Druckimpulses in der Filtratsammelleitung (4) zur Fliessrichtungsumkehr in der Querstrommembran (2) und zum Lösen von darauf abgelagerten Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückführleitung (9)-ein Expansionsgefäss (12) vorgesehen ist zur impulsartigen Volumen-Vergrösserung in der Rückführleitung (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsgefäss (12) eine bewegliche Trennwand (12b, 19) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Trennwand (12b) derart elastisch eingespannt ist, dass sie entsprechend dem auf die Querstrommembran (2) ausgeübten Druckimpuls gedehnt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen Expansionsgefäss (12) und Rückführleitung (9) ein Expansionsventil vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsgefäss (12) einen Zylinder (18) mit einem Doppelkolben (19, 20) aufweist, der durch Rieh-

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tungsumkehr des beaufschlagten Druckmedium hin- und herbewegbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelkolben (19, 20) zeitgleich mit dem Druckimpuls bewegbar ist, um das Zylindervolumen des Expansionsgefässes (12) zu vergrössern.