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Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von magnetisierbare
Partikel enthaltenden Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen, umfassend eine Einrichtung
zur mechanischen Abtrennung eines Flüssigkeitsanteils, die mit einem Magnetsystem
in Wirkverbindung steht, wobei diese Einrichtung wenigstens eine Wandung aufweist,
an welcher sich der Feststoffanteil als Folge des Trennvorganges anlagert.
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Als Feststoff-Flüssigkeits-Gemische, welche magnetisierbare Partikel
enthalten, kommen beispielsweise Magnetit- und Ferrosiliziumtrüben aus der chemischen
Industrie bzw. aus Sortierprozessen oder auch Betriebswässer von Stahlwalzwerken
in Betracht.
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Aus der US-PS 2,735,550 ist eine Filtrationsvorrichtung bekannt, bei
welcher der Filtrationsvorgang durch ein stationäres Magnetsystem unterstützt wird,
welches die
magnetisierbaren Partikel an die Wandung einer drehbar
gelagerten, als Filtermittel fungierenden Trommel zieht und hier festhält. Die Trommel
ist auf der dem Magnetsystem zugekehrten Seite mit einer Vielzahl einzelner, in
Umfangsrichtung aneinandergrenzender Druckkammern ausgerüstet, welche mit Vakuum
bzw. zur Reinigung des Filtermittels auch mit Druckluft beaufschlagt werden können.
Von Nachteil bei einer derartigen Vorrichtung ist, daß zwischen den Polschuhen des
Magnetsystems, welches ein Elektro- oder auch Permanentmagnetsystem sein kann und
der zu filtrierenden Trübe diese Druckkammern zwischengeschaltet sind, so daß sich
ein verhältnismäßig großer Abstand zu dem Raum ergibt, in dem das Magnetfeld wirken
soll. Hierdurch wird die Größe der magnetischen Kräfte innerhalb der zu filtrierenden
Trübe beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Fest-Flüssig-Trennung zu konzipieren, bei welcher ein Magnetsystem zur Unterstützung
des Trennvorganges herangezogen wird, wobei die oben aufgeführten Nachteile vermieden
werden und in wirtschaftlicher Weise eine möglichst vollständige Trennung gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Magnetsystem
wenigstens bereichsweise mit der Wandung der Einrichtung unmittelbar in Verbindung
steht oder mit geringstmöglichem Abstand zu dieser angeordnet ist. Auf diese Weise
wird der Abstand des Raumes, in dem das Magnetfeld wirken soll, von dem Magnetsystem
kleinstmöglich gehalten und eine größtmögliche Reichweite der magnetischen Kräfte
innerhalb des Gemisches erzielt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung das endlose Band
eines Bandfilters, unterhalb welchem das Magnetsystem stationär und mit geringstmöglichem
Abstand angeordnet ist. Dabei ist das Bandfilter entgegen seiner Förderrichtung
gegenüber der Horizontalen fallend angeordnet. Der Flüssigkeitsanteil des auf das
Band gelangenden Gemisches kann hierbei - der Schwerkraft folgend - entgegen der
Förderrichtung abfließen, wobei aufgrund der magnetischen Kräfte ein rasches Sedimentieren
des Feststoffanteils gewährleistet ist. Längs der Förderrichtung des Bandes kann
hierbei eine magnetische Zone getrennt von einer eigentlichen Filterzone angeordnet
sein. Der sedimentierte Feststoff wird hierbei in letzterer einer nahezu vollständigen
Entwässerung unterzogen, wobei der in der Filterzone zu entfernende Flüssigkeitsanteil
entsprechend dem, aufgrund der entgegen der Förderrichtung fallenden Anordnung des
Bandfilters
bereits abgeflossenen Flüssigkeitsanteil geringer ausfällt.
Es kommt aber auch eine räumliche Durchdringung beider Zonen in Betracht. In diesem
Fall wird die Saugwirkung einer Filterzone durch die magnetischen Kräfte unterstützt,
so daß die Filterleistung verbessert wird.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden,
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1: ein erfindungsgemäßes
Bandfilter mit einem Permanentmagnetsystem in Längsansicht; Fig. 2: eine weitere
Ausführung eines erfindungsgemäßen Bandfilters mit einem Permanentmagnetsystem in
Längsansicht; Fig. 3: ein erfindungsgemäßes Bandfilter mit einem Elektromagnetsystem
im Querschnitt; Fig. 4: einen Schnitt gemäß Linie IV - IV in Fig. 3; Fig. 5: ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trommelfilters mit einem Permanentmagnetsystem
im Querschnitt;
Fig; 6: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Trommelfilters mit einem Permanentmagnetsystem im Querschnitt; Fig. 7: einen Schnitt
gemäß Linie VII-VII in Fig. 6; Fig. 8: eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Trommelfilters mit einem Permanentmagnetsystem im Querschnitt; Fig. 1 zeigt ein
Bandfilter 1, dem über eine Aufgabestelle 2 für ein zu trennendes Feststoff- Flüssigkeits
Gemisch ein zu filterndes, magnetisierbare Partikel enthaltendes Stoffgemenge zugeführt
wird. Die Aufgabestelle 2 ist im vorliegenden Fall als Rinne ausgestaltet. Das Bandfilter
umfaßt ein endloses, über zwei Rollen 3 und 4 geführtes, als Filtermittel dienendes
Band 5, wobei der nicht dargestellte Antrieb der gesamten Anordnung über eine der
beiden Rollen 3 oder 4 erfolgt. Das Band 5 bildet hierbei die erfindungsgemäße Wandung
5', an welcher sich der Feststoffanteil als Folge des Trennvorganges anlagert.
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Die durch das Bandfilter 1 abgetrennte Flüssigkeit wird über ein Rohr
6 abgeführt. Eine Schurre oder Vibrationsrinne 7 dient der Ableitung des Filterkuchens.
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Unterhalb der Oberfläche des Bandfilters 1 ist erfindungsgemäß ein
Magnetsystem 8 angeordnet, welchem sich - in Förderrichtung 9 gesehen - ein Vakuumsystem
10 anschließt. Das Vakuumsystem 10 steht mit einem zeichnerisch nicht dargestellten
Vakuumerzeuger in Verbindung, wobei die als Folge des Filtriervorganges anfallende
Flüssigkeit mittels bekannter, ebenfalls zeichnerisch nicht dargestellter Vorrichtungen
abgetrennt und über eine gestrichelt gezeichnete Leitung 11 dem Abflußrohr 6 zugeführt
wird. Das Magnetsystem 8 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer
Reihe von sich parallel zur Oberfläche des Bandes 5 erstreckenden Stäben 12 aus
permanentmagnetischem Material, wobei in gleichmäßiger Folge ein Stab aus einem
permanentmagnetischen Material von einem solchen aus unmagnetischem Material abgelöst
wird. Es kommt aber auch eine Anordnung in Betracht, bei der lediglich Stäbe aus
permanentmagnetischem Material mit Abstand voneinander angeordnet sind. Alle Stäbe
12 sind - in Förderrichtung 9 gesehen - mit gleichem Abstand von der Ebene des Bandes
5 angeordnet. Das Magnetsystem kann im unteren Bereich von einer zeichnerisch nicht
dargestellten Rinne zum Auffangen und Abführen von das Band 5 durchdringender Flüssigkeit
ausgerüstet sein.
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Das Bandfilter 1 ist - entgegen seiner Förderrichtung 9 -fallend angeordnet.
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Bei einem Betrieb des erfindungsgemäßen Bandfilters gelangt das zu
filtrierende Stoffgemenge über die Aufgabestelle 2 auf das Band 5 und unterl#iegt
hier sofort der Wirkung des magnetischen Feldes der Stäbe 12, so daß der Feststoffanteil
in kürzester Zeit sedimentiert, während ein großer Teil der zusammen mit diesem
aufgebrachten Flüssigkeit ungehindert und durch die fallende Anordnung des Bandes
5 unterstützt in Richtung des Pfeiles 13 abfließen kann. Der auf dem Band 5 sedimentierte,
schon teilweise entwässerte Feststoff gelangt anschließend in den Bereich des Vakuumsystems
10, in welchem eine weitere Abtrennung von Flüssigkeit erfolgt. Die Dimensionierung
der Vakuumerzeugungseinrichtungen sowie der diese mit dem Bandfilter 1 verbindenden,
nicht dargestellten Rohrleitungen kann hierbei kleiner ausfallen, als bei einem
konventionellen Bandfilter ohne ein Magnetsystem, da bei dem erfindungsgemäßen Bandfilter
der in den Bereich des Vakuumsystems gelangende Filterkuchen einen wesentlich verringerten
Flüssigkeitsgehalt als das über die Aufgabestelle 2 geführte Stoffgemenge hat.
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Das in Figur 2 gezeigte Bandfilter entspricht dem in Fig.
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1 beschriebenen bis auf die Ausgestaltung des Magnetsystems, welches
mit 8' beziffert ist. Das Magnetsystem 8' umfaßt Stäbe, welche sich parallel zur
Querrichtung
des Bandes 5 eines Bandfilters 1' erstrecken, jedoch beginnend im Bereich 14 einen
in Förderrichtung 9 zunenmenden Abstand von der Oberfläche des Bandes 5 aufweisen.
Auf diese Weise nimmt die auf ein magnetisierbares Partikel des über das Band 5
geförderten Stoffgemenges einwirkende magnetische Kraft, welche dem Produkt aus
magnetischer Feldstärke und Feldgradient an den jeweiligen Ort proportional ist,
entsprechend dem zunehmenden Abstand der Stäbe 12 von dem Band 5 ab. Die auf dem
Band 5 sedimentierten Partikel erfahren so einen allmählichen, stetigen Ubergang
aus dem Einflußbereich des Magnetsystems heraus in einen weitgehend magnetfeld freien
Raum. Durch diese Maßnahme können die bei abruptem Ubergang und bei bestimmten Magnetfeldstärken
im Ubergangsbereich zwischen den Einflußbereichen des Magnetsystems und des Vakuumsystems
bei ungünstigen Bedingungen zu erwartenden Materialanstauungen, welche dadurch entstehen,
daß sich ein magnetisierbares Partikel dem Herausführen aus dem Magnetfeld widersetzt,
verhindert werden.
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Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Stäbe kann auch ein Magnetsystem
15 installiert sein, welches als elektromagnetisches System ausgestaltet ist, jedoch
grundsätzlich auch ein supraleitendes Magnetsystem sein kann. Ein solches elektromagnetisches
System zeigen
beispielhaft die Figuren 3 und 4 in seinen grundsätzlichen
Charakteristiken.
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In Fig. 3 bezeichnet 16 ein Band eines Bandfilters 1 " , auf dem sich
ein Filterkuchen 17 befindet. Das Band 16 und der Filterkuchen 17 sind im Querschnitt
dargestellt und bewegen sich senkrecht zur Zeichenebene durch den Luftspalt 18 eines
im übrigen geschlossenen magnetischen Kreises 18'. Das Band 16 bildet die erfindungsgemäße
Wandung 16', an welcher sich der Feststoffanteil als Folge des Trennvorganges anlagert.
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Der magnetische Kreis 18' besteht aus Polstücken 19 und 20, Jochen
21, sowie einem Spulenkern 22, welcher eine Erregerwicklung 23 trägt. Die Erregerwicklung
23 ist an eine zeichnerisch nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Von den
beiden Polstücken hat das obere Polstück 19 im Luftspalt 18 eine glatte Oberfläche,
während das untere Polstück 20 mit Querrillen 24 versehen ist. Letztere erzeugen
in ihrer unmittelbaren Umgebung eine starke Inhomogenität des magnetischen Feldes,
so daß die magnetisierbaren Partikel des zu filtrierenden Stoffgemenges unter der
Wirkung magnetischer Kräfte auf das Band 16 gezogen werden, so daß sich erfindungsgemäß
eine rasche Sedimentation ergibt.
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Ein längs des Förderweges des Bandes variables magnetisches Feld wie
in Fig. 2 kann bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 beispielsweise dadurch
erreicht werden, daß die Querrillen in Förderrichtung 25 zunehmende Abstände voneinander
aufweisen, so daß die Inhomogenität des magnetischen Feldes in dieser Richtung abnimmt
und damit zusammenhängend auch die auf ein Partikel wirkende Kraft.
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Dabei können die Querrillen auch durch beliebige, gleichmäßig oder
regellos auf der im Luftspalt 18 befindlichen Oberfläche des Pol stückes 20 angeordnete
Spitzen oder Erhebungen ergänzt bzw. auch ersetzt werden.
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Eine dem Magnetsystem 8' der Fig. 2 entsprechende Wirkung läßt sich
durch mehrere, längs des Bandes 16 in Förderrichtung 25 hintereinander angeordnete,
im wesentlichen gleichartige elektromagnetische Systeme, gemäß dem Prinzip der Fig.
3 dadurch erreichen, daß diese eine unterschiedliche magnetische Erregung erfahren,
derart, daß die auf dem Band 15 wirksame magnetische Kraft in Richtung des Pfeiles
25 abnimmt. Von besonderem Vorteil ist bei einer derartigen Ausgestaltung, daß der
Verlauf der magnetischen Feldstärke längs des Förderweges des Bandes 16 beliebig
stetig steuerbar ist, wobei als Grenzfall auch ein über die sich in Förderrichtung
25 des Bandes 16 erstreckende Länge des Einflußbereiches des
Magnetsystems
15 konstanter Betrag der magnetischen Kraft erzielbar ist.
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Fig. 5 zeigt ein zellenloses Trommelfilter 26 mit einem Magnetsystem
27. Das Trommelfilter besteht aus einer auf einer Hohlachse 28 drehbar gelagerten,
als Filtermittel dienenden, aus unmagnetischem Material bestehenden Trommel 29,
wobei die Hohlachse 28 die nicht dargestellten Stirnseiten der Trommel 29 durchdringt.
Die Trommel 29 wird im Betrieb durch einen zeichnerisch nicht dargestellten Antrieb
in Drehungen in Richtung des Pfeiles 30 versetzt und bildet bei diesem Ausführungsbeispiel
die erfindungsgemäße Wandung 29', an welcher sich der Feststoffanteil als Folge
des Trennvorganges anlagert. Die Hohlachse 28 ist an einen nicht dargestellten Vakuumerzeuger
angeschlossen und dient gleichzeitig mittels nicht dargestellter Einbauten der Abfuhr
der aufgrund des Filtrationsprozesses in den Innenraum der Trommel 29 eingesogenen
Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit gelangt über ein Tauchrohr 31 in die Hohlachse 28.
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Die Trommel 29 taucht etwa zur Hälfte in einen Trog 32 ein, dem gemäß
Pfeil 33 ein zu filtrierendes Stoffgemenge in solchen Mengen zugeführt wird, daß
dessen Niveau ungefähr konstant bleibt. Dies wird im Zusammenwirken mit einem Ausfluß
35 mit Regelorgan 36 erreicht.
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Der sich während des Filtriervorganges auf der Oberfläche der Trommel
21 ablagernde Filterkuchen wird durch einen Schaber 37 von dieser abgehoben und
über ein Förderband 38 abtransportiert.
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Im Bereich 39 im Innenraum der Trommel 29 befinden sich zeichnerisch
nicht dargestellte Einbauten zur Zuführung von Druckluft zur Unterstützung des Ablösevorganges
des FilterKuchens 36 von der Trommel 29 und zur Verhinderung des Einsaugens von
Falschluft.
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Das Magnetsystem 27 besteht aus einer Folge von Stäben 40, welche
sich in Achsrichtung der Trommel 29 erstrecken und wobei in regelmäßiger Folge jeweils
ein Stab aus permanentmagnetischem Material von einem solchen aus unmagnetischem
Material abgelöst wird. Alle Stäbe sind in geeigneter Weise aneinander und über
Halterungen 41 an der Hohlachse 28 befestigt.
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Das in den Figuren 6 und 7 gezeigte Ausführungsbeispiel eines zellenlosen
Trommelfilters 261' stimmt bis auf ein Magnetsystem 27' in Aufbau und Wirkungsweise
im wesentlichen mit dem unter Fig. 5 beschriebenen überein, so daß übereinstimmende
Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet worden sind.
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Das Magnetsystem 27' besteht aus über die Innenseite der Trommel 29
verteilten, sich axial erstreckenden Stäben 42 aus permanentmagnetischem Material,
welche auf ihrem der Trommel 29 zugekehrten Endbereich mit Spitzen ausgerüstet sind.
Die Stäbe 42 sind zueinander parallel verlaufend und mit Abstand voneinander angeordnet
und werden durch Stege 43, welche sich in Umfangsrichtung der Trommel 29 erstrecken
und aus unmagnetischem Material bestehen, gehalten. Die Stege 43 sind in geeigneter,
nicht näher dargestelltzr Weise an der Trommel 29 befestigt. Je nach der axialen
Erstreckung der Trommel 29 können mit Abstand voneinander angeordnet mehrere derartige
ringförmige Anordnungen 44 von Stegen 43 axial hintereinander angeordnet sein, wie
insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist.
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Bei dieser Ausgestaltung eines Trommelfilters findet somit bezogen
auf dessen Oberfläche keine räumliche Trennung zwischen den Einflußbereichen eines
Magnetsystems und eines Vakuumsystems statt. Die abzusaugende Flüssigkeit tritt
hierbei über die zwischen den Stegen 43 verbleibenden Zwischenräume 45 (Fig. 7)
in das Innere der Trommel 29.
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Fig. 8 schließlich zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zellenlosen
Trommelfilters 26 " , welches bis auf sein Magnetsystem 27 " in seinem wesentlichen
Aufbau und
seiner Wirkungsweise derjenigen gemäß Fig. 5 entspricht,
so daß ebenfalls wie bei Fig. 7 übereinstimmende Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet
worden sind.
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Das Magnetsystem 27 " besteht aus einer Reihe von Stäben 46 aus permanentmangnetischem
Material. welche im Querschnitt kreisringsegmentartig gestaltet sind und zusammen
einen Kreisringzylinder 47 bilden. Dabei wechselt in regelmäßiger Folge jeweils
ein Stab aus permanentmagnetischem Material mit einem solchen aus unmagnetischem
Material. Der Kreisringzylinder 47 wird auf einer zeichnerisch nicht dargestellten
Welle gehalten, welche drehbar gelagert ist. Der Kreisringzylinder 47 kann mit einem
eigenen Antrieb ausgerüstet sein - er kann jedoch auch reibschlüssig mit der Trommel
29 in Verbindung stehen und auf diese Weise eine dieser entsprechende Umfangsgeschwindigkeit
aufweisen. Durch die Ausgestaltung des Magnetsystema 27'' als umlaufender Kreiszylinder
47 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß das Magnetfeld -in Umfangsrichtung
der Trommel 29 gesehen - allmählich bis zu einem Maximum ansteigt und anschließend
wieder fällt.
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Auf diese Weise ergibt sich ein allmählicher Übergang zwischen einem
durch das Magnetfeld beeinflußten Bereich und einem magnetfeldfreien Bereich.
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Durch die erfindungsgemäße Unterstützung der auf der Grundlage von
Druckdifferenzen erfolgenden Filtration durch in gleicher Richtung wirkende magnetische
Kräfte wird der Entwässerungsvorgang erheblich beschleunigt und vervollständigt.
Die in den Figuren 5 bis 8 beschriebenen Magnetsysteme sind nicht auf permanentmagnetische
Systeme beschränkt, sondern können in analoger Weise auch durch elektromagnetische
bzw. supraleitende Magnetsysteme ersetzt werden. Von wesentlicher Bedeutung ist
in allen Fällen, daß die sich ergebenden magnetischen Kräfte in gleicher Richtung
wirken wie ein zur Filtrierentwässerung erforderlicher Druckgradient. Die erfindungsgemäßen
Maßnahmen können grundsätzlich bei beliebigen Filterbauarten Anwendung finden, so
z. B. auch bei Scheibenfiltern.
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