DE3325203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit einem einen Reak­ tionsraum enthaltenden Behälter und Anschlüssen zum Einbrin­ gen und Ausbringen von verfahrenstechnischen und reinigenden Medien und zum Anschließen von Überwachungsgeräten, wobei im Behälterinnenraum eine selbstreinigende Filtereinrichtung mit einer Filterkammer und einem austauschbaren Filterkorb einschließlich eines Filters angeordnet ist, welche zuström­ seitig mit dem Einbringanschluß für das im Reaktor zu behan­ delnde Gut verbunden ist, um dieses vor dem Eintreten in den Reaktionsraum zu filtern, welche Filtereinrichtung eine me­ chanische Reinigungsvorrichtung mit den Filterkorb überstrei­ chenden Abstreifgliedern aufweist.

Bei der verfahrenstechnischen Behandlung fließförmiger Stof­ fe, bei welcher mindestens einmal eine Filtration durchge­ führt wird, ist bisher das Filtrieren in einem getrennten Ap­ parat erfolgt. Beispielsweise sind bei der industriellen Auf­ bereitung von wäßrigen Stoffen, wie beispielsweise Abwasser, mindestens zwei Apparate verwendet worden, beispielsweise mindestens ein mechanischer Filter und ein Mehrschichtenfil­ ter. Bei der Abwasseraufbereitung sind Grobfilter in Kombina­ tion mit einer Flockung und daran anschließend eine Reini­ gung in als getrennte Apparate eingesetzten Aktivkohle- oder Mehrschichten-Filtern verwendet worden. Weiter ist bei der Grob- und Feinfiltration ein kontinuierlich oder diskonti­ nuierlich arbeitender Grobfilter, mit oder ohne Selbstreini­ gungsmechanismus, zusammen mit einem davon getrennt vorhande­ nen Tiefenfilter, zum Beispiel Sand- oder Kiesfilter, verwen­ det worden. Bei Ionenaustauschvorgängen, insbesondere bei der Entfernung von Metallionen, sind Ionenaustauscher in Form von Grobfiltern getrennten Apparaten eingesetzt worden. Obiges sind nur einige Beispiele aus der Verfahrenstechnik, bei denen der Filter und die nachgeschaltete verfahrenstech­ nische Vorrichtung je einen getrennten Apparat bilden. Dies bedingt einen entsprechend großen Raumbedarf der Installa­ tion in einer jeweiligen Anlage, sowie vergleichsweise hohe Herstellungskosten der jeweils getrennten zwei Apparate.

Bekannt ist eine Vorrichtung zum Filtern von Flüssigkeiten und anderen fließfähigen Medien (US-PS 24 08 741). Die be­ kannte Filtervorrichtung enthält als insbesondere wichtiges Bauglied ein schraubenlinienförmiges Blatt, das frei drehbar ist und dazu dient, Material, das von der Innenseite der Wand des Filterkorbes der Filtervorrichtung vorsteht, abzu­ scheren. Das Blatt ist aus einem Blechstreifen hergestellt und kann auch ein Gußstück sein. Das Blatt wird von der Strö­ mung des Mediums angetrieben. Das Blatt ist weiter so gela­ gert, daß es sich seitlich und axial bewegen läßt. Der Zweck dieser Filtervorrichtung liegt darin, Fremdstoffe, wie im Wasser mitgetragene grobe Gegenstände, aus diesem zu entfer­ nen. Bekannt ist weiter eine Filtervorrichtung (DE-OS 20 43 845), mit der sich Wasser schnell reinigen läßt. Diese Filtervorrichtung enthält eine rotierende Siebtrommel. In dieser werden Feststoffe durch Zentrifugalkräfte vom Wasser abgetrennt. Die Siebtrommel ist über einem Trichter aufgehan­ gen, der einerseits zum Entfernen der ausgesonderten Fest­ stoffe dient und andererseits einen Auslaß für das Rückspül­ wasser und einen Einlaß für das Rohwasser bildet. Bekannt ist weiter eine Vorrichtung (GB-PS 10 26 856) zur Filtration von kommunalem Abwasser und auch von Wasser für industrielle Anwendungen. Zuerst wird das koagulierte bzw. Feststoffe ent­ haltende Wasser unter Druck gesetzt und durch eine Schlamm­ zone geführt. Dabei wirkt die Schlammdecke als Vorfilter. Das in der Schlammzone geklärte Wasser, das noch geringe Feststoffanteile aufweist, wird anschließend über ein Kies­ filter geleitet und fein filtriert. Die Vorrichtung umfaßt somit ein Gehäuse, das in verschiedene Abschnitte unterteilt ist, nämlich einen Flockungsabschnitt, einen Schlammab­ schnitt, einen Klärabschnitt, einen Expansionsabschnitt und einen Kiesfilterabschnitt. Hindurch wird unter Druck stehen­ des Wasser geleitet.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zu schaffen, in dem meh­ rere physikalische bzw. physikalisch-chemische Vorgänge bei kleinem Raumbedarf dieses Reaktors durchgeführt werden kön­ nen. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einem Reak­ tor der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung da­ durch, daß die Filtereinrichtung einen Sammeltrichter für den abgestreiften Filterkuchen aufweist, an welchem sich ein Fallrohr zum Austragen des abgestreiften Filterkuchens aus dem Behälter anschließt, welche Filterkammer am einen Ende unmittelbar und am anderen Ende über das Fallrohr fest mit dem Behälter verbunden ist, daß ein Düsenboden innerhalb des Behälters angeordnet ist, der zur gleichmäßigen Verteilung eines eingebrachten Reinigungsmediums zum Rückspülen dient, und daß ein eine Reaktionsstrecke bildendes Rohrbündel mit der Außenseite des Behälters verbunden ist und daß der Aus­ laß des durch die Rohrbündel gebildeten Rohrreaktors mit dem Einbringanschluß des Behälters verbunden ist. Die gewünschte gedrungene Bauart ergibt sich mit dieser Konstruktion unter anderem dadurch, daß die Filtereinrichtung an ihrem oberen Ende unmittelbar und an ihrem unteren Ende über das Fallrohr fest mit dem Behälter verbunden ist. Dadurch bildet die Fil­ tereinrichtung mit dem Filterrohr auch einen tragenden Teil des Behälters. Dabei ergibt sich von selbst, daß die Filter­ einrichtung nicht getrennt von dem Reaktionsbehälter angeord­ net und lediglich über Rohrleitungen mit diesem verbunden ist, sondern sich in ihm selbst befindet. Der Boden des Be­ hälters bildet einen Düsenboden und dient zur Rückspülung. Raumsparend ist weiter, daß das eine Reaktionsstrecke bilden­ de Rohrbündel auf dem Behälter sitzt und mit dessen Außensei­ te verbunden ist. Die Praxis hat gezeigt, daß die im Behäl­ terinnenraum ablaufenden Filter- und Reaktionsvorgänge sich gegenseitig weder beeinflussen noch stören.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Filterkammer mit dem austauschbaren Filterkorb einschließ­ lich des Filters rotationssymmetrisch ist, daß auf den Behäl­ ter ein Motor aufgesetzt ist, der mit einer die Filterkammer axial durchsetzenden, die Abstreifglieder tragenden Tragwel­ le antriebsverbunden ist, welche Abstreifglieder über Arme mit der Tragwelle verbundene Abstreifbürsten aufweisen, die derart geneigt zur Filterkammerachse verlaufen, daß abge­ streifte Filterkuchenmassen gegen den Sammeltrichter geför­ dert werden, und daß das Fallrohr einen aus dem Behälter her­ ausragenden Endabschnitt aufweist, der mit einem zum periodi­ schen Austragen der abgestreiften Filterkuchenmasse in ein darunter angeordnetes Schlammbecken bestimmten Absperrventil ausgerüstet ist.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Druckreaktor, und

Fig. 2 eine Seitenansicht des in der Fig. 1 dar­ gestellten Druckreaktors.

In den Figuren ist der Druckbehälter mit der Be­ zugsziffer 1 bezeichnet. Dieser Druckbehälter kann aus verschiedenen Werkstoffen, z. B. aus metallischen Werkstof­ fen oder aus Kunststoff hergestellt sein. Eine beispiel­ hafte Ausführung ist für einen Innendruck von 0,6 MPa (6 bar) ausgelegt und weist bei einem Durchmesser von 1000 mm ein Innenvolumen von 2000 Liter auf. Der Druckbe­ hälter 1 weist zwei in bekannter Weise mit einem Blind­ flansch ausgerüstete Mannlöcher 3 und 4 auf. In der ge­ zeigten Form als aufrechtstehender Kreiszylinder ist der Druckbehälter 1 mit Tragstützen 5 versehen. Neben der in der Fig. 1 rechts gelegenen Stütze 5 ist eine Platte 6 an­ geordnet, welche zum Tragen nicht gezeigter Ventile, Hähne, Überwachungsinstrumente usw. dient. Beim unteren Bereich des Druckbehälter-Innenraumes 2 ist ein Düsenboden 7 ein­ gesetzt, der Düsen 8 trägt. Im oberen Abschnitt des Behäl­ ter-Innenraumes 2 ist eine Filterkammer 9 einschließlich eines Filterkorbes 10 und eines Filters 11 vorhanden. Ein Sammeltrichter 12 schließt am unteren Ende des Filterkor­ bes 10 an, welcher Sammeltrichter 12 mit einem Fallrohr 13 verbunden ist, das senkrecht verlaufend aus dem Druck­ behälter-Innenraum 2 hinausführt und unten mit einem Ab­ sperr- bzw. Entleerungsventil 14 abgeschlossen ist. Die Filterkammer 9 ist grundsätzlich aus einem zylindrischen Lochblech gebildet, das in der gezeigten Ausführung bei­ spielsweise 4 mm dick ist. Sie weist oben einen Flansch 28 auf, an welchem ein Motor 19 angeflanscht ist. Zwischen dem Motor 19 und dem Flansch 28 ist mit der Bezugsziffer 20 ein Be- und Entlüftungsabschnitt angedeutet. Hier be­ findet sich im Bedarfsfall auch ein Geschwindigkeitsän­ derungsgetriebe.

Der Filterkorb 10 ist in der vorliegenden Aus­ führung in bekannter Weise aus einem zylindrischen Loch­ blech-Trägersieb hergestellt und darüber ist ein feines Metallgewebe gezogen. Abhängig vom vorgesehenen Filtra­ tionseinsatz weist das Metallgewebe unterschiedliche ha­ schenweiten auf. Dabei ist der Filterkorb auswechselbar angeordnet.

Der Motor 19 treibt direkt oder über ein Getriebe eine in die Filterkammer 9 hineinragende Tragwelle 16 an. Von dieser Tragwelle 16 stehen Arme 17 ab, die jeweils eine Abstreifbürste 18 tragen. Je nach beabsichtigtem Einsatz können anstelle der Abstreifbürsten 18 andere, rakelartig arbeitende Schabglieder vorhanden sein. Die Abstreifbürsten 18 (bzw. Abschabglieder) liegen an der Innenseite des Filters an. Es sind vier Arme 17 und ent­ sprechend vier Abstreifbürsten 18 vorhanden. Die Arme 17 sind um jeweils 90° versetzt zueinander angeordnet. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß in dieser Ausführung vier Abstreifbürsten 18 vorhanden sind. Diese sind ent­ sprechend der Innenfläche des Filters bogenförmig ausge­ bildet und schließen jeweils mit der Senkrechten zur Tragwelle 16 einen Winkel von 24° ein und sind derart im bezug auf die Drehrichtung der Tragwelle 16 angeordnet, daß ein kontinuierliches Abstreifen des Filterkuchens vom Filter, d. h. vom Siebgewebe stattfindet und der Filterku­ chen kontinuierlich nach unten gegen den Sammeltrichter 12 und somit in das Fallrohr 13 gefördert wird, welches als Filterschlamm-Sammelrohr dient.

Weiter ist der Druckbehälter 1 mit einem Anschlußstutzen 21 für das ausströmende Rückspülwasser ausgerüstet, welches durch die Düsen 8 zugeführt wird. Der Stutzen 22 ist zur Zufuhr eines gasförmigen Reinigungsmediums be­ stimmt. Ein kleiner Anschlußstutzen 29 dient zur Aufnahme von Sicherheitsarmaturen, beispielsweise Druckwächter, Sicherheitsventil, Manometer oder ein Be- und Entlüftungs­ ventil, welche Armaturen abhängig vom jeweiligen Einsatz vorhanden sind. Ein weiterer kleiner Stutzen 27 dient zur Einführung von Niveau-Meßgeräten im Falle einer Automati­ sierung des Rückspülvorganges. Die Bezugsziffer 25 bezeich­ net grundsätzlich den Einlauf zum Druckbehälter, welcher Einlauf in der gezeigten Ausführung ein Überstromrohr 25 bildet, wie weiter unten noch erklärt sein wird. Schließlich bezeichnet die Bezugsziffer 30 den Auslauf des Druck­ behälters 1.

In der gezeigten Ausführung ist dem Druckreaktor 1 mit dem selbstreinigenden Feinfilter eine Reaktions­ strecke vorgeschaltet, wie in der Fig. 2 angedeutet ist. Diese Reaktionsstrecke ist ein Rohrreaktor 23, der unten mit einem Zuströmrohr 24 ausgerüstet ist und oben über das Überstromrohr 25 mit dem Druckbehälter 1 verbunden ist. Das Rohrbündel ist gemäß der gezeichneten Ausführung senkrecht an der Außenseite des Druckbehälters 1 angeord­ net.

Nachfolgend wird allgemein die Betriebsweise des Druckreaktors beschrieben. Das verfahrenstechnisch zu be­ handelnde Medium, dem gegebenenfalls zur Durchführung einer chemischen Umsetzung ein oder mehrere Reaktionskom­ ponenten zugesetzt worden sind, tritt durch das Zuström­ rohr 24 in das untere Ende des Rohrreaktors 23 ein. Im Rohrreaktor 23 findet bei ausreichender Verweilzeit die gewünschte Umsetzung statt. Nach dem Austritt aus dem Rohrreaktor 23 strömen die Reaktionsprodukte durch das Überströmtohr 25 und von hier in die Filterkammer 9 ein, in welcher die festen Bestandteile des Reaktionsgemisches ausgefiltert werden. Diese Feststoffe, die am siebförmi­ gen Filter 11 zurückgehalten werden, werden durch die sich drehenden Abstreifbürsten 18 kontinuierlich abgestreift und aufgrund der oben beschriebenen geneigten Anordnung derselben gegen den Sammeltrichter 12 und somit in das Fallrohr 13 ausgetragen. Das nun von den Feststoffen be­ freite Reaktionsmedium tritt durch den Filter 11 hindurch und aus diesem in den Druckbehälterinnenraum 2 und strömt hier durch eine dem vorgegebenen Verfahren entsprechende aktive Masse, an welcher ein physikalisch-chemischer Prozeß stattfindet. Danach tritt das Reaktionsmedium durch den Düsenboden 7, der beim unteren Ende des Druckbehälters 1 eingeschweißt ist aus und verläßt den Druckbehälter 1 durch den Auslauf 30. Der im Fallrohr 13 angesammelte Fest­ stoff wird durch ein periodisches Öffnen des Absperr- bzw. Entleerungsventiles 14 beim unteren Ende des Fallrohres 13 ausgetragen. Unter diesem Ventil 14 ist ein Schlamm­ becken 15 angeordnet, welches gegebenenfalls noch mit einem Feinfilter 31, beispielsweise einem Gazegewebe aus­ gerüstet ist. Das für die automatische Regeneration einer jeweiligen verbrauchten aktiven Masse erforderliche Reini­ gungsmedium tritt beim Rückspülen durch den Stutzen 30 in den unteren Abschnitt des Druckbehälters 1 ein und wird durch die Düsen 8 gleichmäßig über den gesamten Quer­ schnitt des Druckbehälters 1 verteilt. Das nach dem Durch­ strömen der aktiven Masse beladene Reinigungsmedium tritt durch den Stutzen 21 aus dem Druckbehälter 1 auf. Die zum Rückspülen notwendigen Anlageteile sind herkömmlicher Art und allgemein bekannt und aus diesem Grund wird nicht nä­ her auf diese eingegangen.

Nachfolgend werden nun einige Einsatzbeispiele des Druckreaktors im einzelnen erläutert.

1) Flockung, Filtration und Adsorption

Die zu reinigende Flüssigkeit strömt durch die Leitung 33 zur Förderpumpe 32, welche dem Zuströmrohr 24 unmittelbar vorgeschaltet ist. Ein Flockungsmittel wird durch die Leitung 34 der zu reinigenden Flüssigkeit 33 bei einer Stelle vor der Förderpumpe 32 zudosiert und wird darauf in der Reaktionsstrecke, dem Rohrreaktor 23, homo­ genisiert. Darauf findet das Überströmen durch das Überströmrohr 25 in die Filterkammer 9 und somit in den Druck­ behälter 1 statt. Im Filter 11 werden die entstandenen Feststoffe abgetrennt. Das Filtrat strömt aus dem Filter­ korb 10 hinaus und in den Druckbehälter-Innenraum 2 und durch ein hier angeordnetes Adsorptionsmittel.

Zu bemerken ist, daß gemäß dem Stand der Technik das Flockungsmittel der zu reinigenden Flüssigkeit in einem ersten Apparat, nämlich einem Reaktionsbehälter, zu­ gegeben worden ist, wobei eine gewisse Verweilzeit beach­ tet werden mußte. Aus diesem Reaktionsgefäß ist dann das Gemisch über eine Pumpe durch einen Grobfilter, einem zweiten Apparat, gepumpt worden, in dem die Feststoffe ab­ getrennt wurden. Darauf wurde das Filtrat einem dritten Apparat zugeführt, der mit dem oben genannten Adsorptions­ mittel gefüllt war. Dieser bisher drei Apparate benötigen­ de Vorgang wird bei der erfindungsgemäßen Einführung in lediglich einem gedrängten Apparat durchgeführt.

2) Flockung, Filtration und Ionenaustausch

Die einzelnen Verfahrensschritte sind hier diesel­ ben wie oben beschrieben. Anstelle eines Adsorptionsmittels befindet sich jedoch im Druckbehälter-Innenraum 2 ein Ionentauscherharz. Das durch den selbstreinigenden Filter 11 von den Feststoffen befreite Filtrat strömt vom Filter 11 unmittelbar durch das Ionenaustauschharz.

3) Flockung, Grobfiltration und Tiefenfiltration

Die Folge der einzelnen Verfahrensschritte ist dieselbe wie oben beschrieben. Im Druckbehälter-Innenraum 2 ist bzw. sind ein oder mehrere Filterbetten angeordnet, die als Fein- bzw. Mehrschichtenfilter dienen. Nach der Flockung im Rohrreaktor 23 und der Grobfiltration im Fil­ ter 11 strömt das Filtrat durch die Filterbetten und tritt tiefenfiltriert durch den Auslauf 30 aus dem Druck­ behälterinnenraum 2 aus.

4) Flockung, Filtration und Oxidation

Dazu ist im Druckbehälter-Innenraum 2 eine Kataly­ satormasse angeordnet. Im Rohrreaktor 23 erfolgt die Aus­ flockung und darauf erfolgt im Filter 11 die Feinfiltration. Nach dem Durchtritt durch den Filter 11 strömt das Filtrat unmittelbar durch die Katalysator-Masse, in welcher die Oxidationsreaktion stattfindet.

Gemäß des Standes der Technik sind bisher die genannten Verfahrensschritte jeweils einzeln, in einem ge­ trennten Apparat durchgeführt worden. Bei dem gemäß des Erfindungsgedankens ausgebildeten Druckreaktor können nun die verschiedenen Verfahrensschritte mittels lediglich eines Apparates durchgeführt werden, welches sowohl hin­ sichtlich der Einbaukosten als auch der Wartungskosten be­ deutend günstiger als bis anhin möglich war, ist.

Claims (2)

1. Reaktor mit einem einen Reaktionsraum enthaltenden Behäl­ ter und Anschlüssen zum Einbringen und Ausbringen von ver­ fahrenstechnischen und reinigenden Medien und zum An­ schließen von Überwachungsgeräten, wobei im Behälterinnen­ raum eine selbstreinigende Filtereinrichtung mit einer Filterkammer und einem austauschbaren Filterkorb ein­ schließlich eines Filters angeordnet ist, welche zuström­ seitig mit dem Einbringanschluß für das im Reaktor zu be­ handelnde Gut verbunden ist, um dieses vor dem Eintreten in den Reaktionsraum zu filtern, welche Filtereinrichtung eine mechanische Reinigungsvorrichtung mit den Filterkorb überstreichenden Abstreifgliedern aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Filtereinrichtung einen Sammeltrich­ ter (12) für den abgestreiften Filterkuchen aufweist, an welchem sich ein Fallrohr (13) zum Austragen des abge­ streiften Filterkuchens aus dem Behälter (1) anschließt, welche Filterkammer am einen Ende unmittelbar und am ande­ ren Ende über das Fallrohr (13) fest mit dem Behälter (1) verbunden ist, daß ein Düsenboden (7) innerhalb des Behäl­ ters (1) angeordnet ist, der zur gleichmäßigen Verteilung eines eingebrachten Reinigungsmediums zum Rückspülen dient, und daß ein eine Reaktionsstrecke bildendes Rohr­ bündel (23) mit der Außenseite des Behälters (1) verbun­ den ist und daß der Auslaß des durch die Rohrbündel gebil­ deten Rohrreaktors mit dem Einbringanschluß (25) des Be­ hälters (1) verbunden ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammer (9) mit dem austauschbaren Filterkorb (10) einschließlich des Filters (11) rotationssymmetrisch ist, daß auf den Behälter (1) ein Motor (19) aufgesetzt ist, der mit einer die Filterkammer (9) axial durchsetzenden, die Abstreifglieder (18) tragenden Tragwelle (16) an­ triebsverbunden ist, welche Abstreifglieder (18) über Ar­ me (17) mit der Tragwelle (16) verbundene Abstreifbürsten (18) aufweisen, die derart geneigt zur Filterkammerachse verlaufen, daß abgestreifte Filterkuchenmassen gegen den Sammeltrichter (12) gefördert werden, und daß das Fall­ rohr (13) einen aus dem Behälter (1) herausragenden Endab­ schnitt aufweist, der mit einem zum periodischen Austra­ gen der abgestreiften Filterkuchenmasse in ein darunter angeordnetes Schlammbecken (15) bestimmten Absperrventil (14) ausgerüstet ist.