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BESCHREIBUNG FLUIDFÜHRUNGSEINRICHTUNG FÜR VERFAHRENSTECHNISCHE MASCHINEN
MIT UMLAUFENDEM VERFAURENSRAUM Die Erfindung betrifft eine Fluidführungseinrichtung
für verfahrenstechnische Maschine mit umlaufendem Verfahrensraum, insbesondere für
Bandfilter, im wesentlichen bestehend aus einer Vielzahl band -förmig aneinandergereihter
umlaufender Zellen (Trog -band).
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Für die Durchführung verfahrenstechnisch er oder chemischer Prozesse
wie Filtration, Extraktion, Trocknung und andere werden meistens kontinuierlich
arbeitende Maschinen bevorzugt. Unter dieser Maschinen nehmen fließbandähnliche
Konstruktionen eine besondere Stellung ein. Breite und lange Bänder ermöglichen
bei einfacher Bauweise große Durchsätze und/oder Ver -weilzeiten und auf dem Rückweg
können die Elementar -verfahrensräume gereinigt oder neu aufbereitet werden.
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Der Vorteil der Fließbänder, deren fast beliebig große Baulänge, wird
dann zum Problem, wern Fluide ( Flüssigkeiten, Gase und pumpfähige Fluid-Feststoff
-gemische ) nicht unkontrolliert in einen Sumpf ab -tropfen oder in die Atmosphäre
abgegeben werden dürfeß (mehrstufikge Wäsche; Lösungsmittel) oder in@ @m@@@-differenz
längs des Fluidweges aufreechterhalten werden muß.
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Bekannte kontinuierliche Bandfilter bestchen im wesentlichen aus einer
Vielzahl gleicher mit einem endlosen bandförmigen Träger umlaufender Kammern oder
Rippen, in denen das Filtrat zur Mitte hinläuft und dort durch Löcher in einen Saugkasten
abgeführt wird.
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Der Übergang zwischen dem eeststehenden Saugkasten und dem bewegten
Tragband wird durch eine schienen -förmige Dichtfläche erreicht, auf der das Trogband
gleitet, Quellen: [1] [2] E3} L4 Es sind weiterhin kontinuierliche
Bandfilter bekannt, bei denen das Vakuum diskontinuierlich aufgesteuert wird. Während
des Vakuumtaktes zieht das Filterband den Saugkasten um etwa eine Kastenbreite mit.
Nach Absteuern der Druckdifferenz wird die Saugwanne schnell zurückgeholt und der
Filtriervorgang beginnt von neuem.
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In Umkehrung dieses Prinzips ist weiterhin ein Band -filter bekannt,
bei dem das Filterband taktförmig bewegt wird, während der Saugkasten ortsfest ist.
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Der schwerwiegende Nachteil des Bandfilters der zuerst beschriebenen
Art besteht darin, daß die für den gasdichten Abschluß erforderliche Dichtkraft
( sie entsteht durch das Gewicht des Trogbandes und die angelegte Druckdifferenz
) gleichzeitig eine Reibkraft hervorruft, die bei der Bewegung des Band -filters
ständig überwunden werden muß und Antriebs -energie kostet. Außerdem ist der Übergang
im Betrieb niemals vollständig dicht und die Gleitschiene unterliegt in besonderem
Maß dem Verschleiß. Reibungs-und verschleißarme Werkstoffpaarungen sind aber oft
nicht chemiebeständig und begrenzen deshalb das Ein -satzgebiet dieser Bandfilter
etwa auf neutrale wässrige oder ölige Filtrate, Die Nachteile dieser Konstruktion
werden bei dem Bandfilter mit reversierendem Saugkasten teilweise aufgehoben. Es
gibt weniger Reibung und der Saugkasten kann so beschaffen sein, daß auch lösungsmittel
-haltige Filtrate abgesaugt werden dürfen. Weil aber für ein reibungsarmes Zurückziehen
der Wanne beim
Rückwärtstakt der Saugkasten vollständig belüftet
werden muß, geht bereits aufgewandte Volumenänderungs -arbeit verloren. Außerdem
wird der Filtriervorgang vorzeitig abgebrochen und der Rückwärtstakt bedeutet eine
Totzeit, während der verfahrenstechnisch nichts geschieht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pluidführung
so auszubilden, daß die Fluide möglichst verlustfrei, also ohne Zwischenbelüftung
größerer Volumina, einem umlaufenden Verfahrensraum zugeführt und/oder abgezogen
werden können und daß die ver -schiedenen Fluide jeweils getrennt in weitgehend
geschlossenen Rohrsystemen strömen, die zur Vermei -dung von Reibungsverlusten nur
wenige, möglichst kleine gleitende Dichtflächen aufweisen sollen.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Maschine durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Für eine Filtratableitung eines Drehfilters ( vergleiche Fig. 1 und
Fig. 2 ) bedeutet dies, daJ2, wenn das Ventil (3) in der Bodenöffnung einer Filter
-zelle (2) geöffnet ist, das Filtrat aus der Zelle zunächst in die Ringleitung (1)
gelangt. Darin strömt das Filtrat auf dem jeweils kürzesten Weg zur Ueber -gabeeinrichtung
(4). Diese ist im einfachsten Fall ein mit der Ringleitung fest verbundener Schlauch,
dessen anderes Ende über eine einfache, nicht-steurnde gleitende Dichtung an die
feste das Filtrat aufnehmende Installation (5) angeschlossen ist. Durch Variation
der Ventilstellungen aller Ventile kann nun der Ab -fluß bestimmter Zellen geschaltet
werden. In der Praxis der Filtration bedeutet dies, daß die Ventile
de!rjenigen
Zellen geöffnet sind, die gerade die Filterzone passieren. Gegen Ende dieses Bereiches
werden die Ventile beim Passieren einer Schaltnocke oder durch eine geeignete Fernsteuerung
geschlossen und verbleiben in dieser Stellung, bis sie zu Beginn der Filterzone
durch eine entgegengesetzt wirkende Schaltnocke wieder geöffnet werden. Die Betätigung
der Ventile sollte möglichst berührungslos, etwa durch magnetische Wirkung erfolgen.
Außerdem sollten die Schaltgrenzen verstellbar sein, um die Ausdehnung der Filterzone
jederzeit, möglichst auch während des Betriebs verändern zu können. Wenn außer dem
Filtrat noch weitere Fluide getrennt abgezogen werden sollen, etwa für eine Gegenstromwäsche,
braucht man nur eine entsprechend höhere Anzahl von Ringsystemen parallel einzubauen
und die Schaltgrenzen der Ventile dieser Ringleitungen in jeweils unterschiedliche
Abschnitte der Filterzone zu legen. (Vergleiche Fig. 5 und Fig. 6 Die Bereiche I,II
und III können beispielsweise bedeuten : I - Kuchenbilden, II - Waschen, III - Trotz
kensaugen ). Man erkennt sofort, daß diese Anordnung sei;? anpassungsfähig ist,
und daß sich mit einer großen Anzahl von Zellen und Ventilen eine entsprechend feine
Bereichseinteilung erzielen läßt, wenn der damit verbundene Aufwand angemessen ist.
Das in Fig. 1 skizzierte Ausführungsbeispiel eines rotationssymmetrischen Drehfilters
( Trommelfilter, Scheiben -filter, Tellerfilter und andere ) und das Schema eines
Bandfilters ( Fig. 2 ) sehen zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung
zunächst nur einen Schlauch als Übergabeeinrichtung vor. Diese Lösung birgt den
Nachteil, daß sich die Filtratwege und Strömungawiderstände während des Betriebs
ständig ändern. Wenn dieser Effekt unerwünscht ist, wären als Abhilfe mehrere Verbindungsschläuche
zur Verkürzung
des mittleren Filtratweges ( und der Strömung -geschwindigkeit
) oder aber feststehende Übergabe -stellen denkbar, durch welche das Filtrat immer
an einer bestimmten Stelle abgesaugt werden könnte, Es bietet sich an, eine solche
Übergabestelle dort einzurichten, wo das Filtermittel ( -band ) zur weiteren Kuchenbehandlung
( Auspressen, Trocknen ) oder Reinigung vom Trogband entfernt umläuft.
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Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit einer solchen orts -festen Übergabestelle
abseits der Filterzone. Die Bodenöffnungen der Filterzellen lassen sich als Dichtflächen
ausbilden ( vgl. Einzelheit " 1? ) wenigstens zwei angepaßte Hohlstifte werden alter
-nierend an das Trogband herangeführt, um längs eines kurzen Wegstücks das Fluid
aus der Ringleitung abzu -saugen ( Vgl. Einzelheit ' Z " ). Mit gewissem Mehr -aufwand
läßt sich auch eine ortsfeste Übergabestelle im Bereich der Filterzone realisieren
( Vgl. Fig. 4 ).
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ur einen solchen Betrieb wären an der Innenseite des Trogbandes weitere
( möglichst selbstschließende ) Ventile erforderlich, die beim Passieren einer solchen
Zapfstelle von einer rotierenden oder reversierenden Glocke nach Art einer Melkmaschine
umschlossen würden ( Vgl. Fig. 4, Einzelheiten " Z und 1? y ).
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Nach Aufsteuern des Vakuums öffnet sich das Ventil zur Saugseite hin
und entläßt das Filtrat in die Zapfstelle.
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Filtrattrennung und Kontinuität bleiben gewä rleistet, wenn aus jedem
Ringrohr an wenigstens zwei Stellen alternierend abgesaugt wird. Die Ausführungsbeispiele
im Sinne der Figuren 1 und 2 beziehen sich auf die zur Zeit häufigen Vakuumdrehfilter,
doch eignet sich die erfindungsgemäße Einrichtung ebenso zur Filtrat -ableitung
in Druckfiltern oder Kombinationen aus biitioi ( hyperbare Vakuumfiltration ). Einfache
Druckfilter sind im wesentlichen baugl eicl mit VakuumSilt;ern,
nul
daß sie nicht an der freien Atmosphäre, sondern in eic Druckhehälter betrieben werden
und alle Stofl- und Energieströme ein- bzw. ausgeschleust werden müssen. Weil sowohl
die Leckverluste und die Reibkräfte herkömmlicher Filter im Druckbetrieb erheblich
zunehmen als auch die Volumenänderungs -arbeit zur Zwischenhelüftung mit dem Druck
wächst, bietet sich die erfindungsgemäße Fluidführungs -einrichtung auch und gerade
für die Druckfiltration an. Die steigenden Anforderungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit
eines Filtrierverfahrens und des Umweltschutzes lassen die Druckfiltration zunehmende
Bedeutung gewinnen, denn derVakuumfiltration nl sind wegen der Kapillarität des
Filterkuchens bei sehr feindispersen Suspensionen grundsätzlich physikalische Grenzen
gesetzt, die bereits heute beispielsweise von Flotationskonzentraten oder Klär -schlämmen
gekennzeichnet werden.
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Am Beispiel einer bekannten Ausführung eines umlaufen -den Druckfilters
[6] , das wie eine kontinuierliche Kanimerfilterpresse arbeitet, sei beschrieben,
daß die erfindungsgemäße Rohrleitungsanordnung auch als Suspensions- und Fluidzufuhrsystem
geeignet ist.
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Hierzu sind die oben am Beispiel der einfacher zu erläuternden Filtratableiung
offenbarten Einrichtungen sinngemäß umgekehrt auszugestalten und zu benutzen ( z.B.
wäre die Übergabeeinrichtung nach Fig. 4, Einz.elEleit " Y " entsprechend zu modifizieren,
etwa nach Art einer Steck-Kupplung ; im übrigen sei auf die Sachkenntnis des Fachmanns
verwiesen ). Dieses Druck filter besteht im wesentlichen aus zwei gleich -artigerl
Trogbändern, die im Bereich der Filtrations -strecke zusammen mit einem bandförmigen
Filtermittel aufeinander gepreßt werden können ( etwa durch Rollen ).
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Durch die erfindungsgemäße Fluidführungseinrichtung
ließen
sich bei diesem Druckfilter Suspension, Wa''h -flüssigkeiten und Gase getrennt nach
Filtrations -abschnitt , Volumenstrom, Konzentration, Druck, ( Temperatur ) und
anderen Parametern den einzelnen Zellen zuführen und auf der anderen Seite des Filter
-mittels ebenso individuell als Urfiltrat, Waschlaugen und Abluft ( -gas ) absaugen
( Vgl. Fig. 5 und Fig. 6 ).
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Eine solche Anordnung ist darüberhinaus im weitesten Sinne als kontinuierlich
bewegter Verfahrensraum geeignet, dem Stoffströme zugeführt und nach einer Behandlung
oder Umsetzung wieder zu einer festen Installation geführt werden müssen. ig. 7
zeigt abschließend einen Schnitt durch ein Trogband mit Ringleitungen, Ventilen
und Bodenöffnungen ( dargestellt für zwei getrennt zu führende Fluide ). Die Rohr
-leitungen im Bereich der Übergabe einrichtung sind in Fig. 7 nicht ausgeführt,
weil von der Trag- und/ oder Preßkonstruktion für das Trogband abhängt, in welcher
Weise die umlaufenden Sciiuche zur Installation geführt werden. Wenn die Trogbänder
von zwei Seiten her unterstützt sind, wird man die Schläuche in der Mitte ansetzen,
soll das Trogband hingegen in voller Breitc aufliegen, müssen die Schläuche seitlich
fierausge -führt werden. Bei ortsfesten Übergabeeinrichtungen entfällt diese Problematik.
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QUELLEN [1] Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical technology 3. Ausgabe
Band 10 Seite 320 Abb. 18 John Wiley & sons, Inc. 1980 [?] Heinrich Schubert
Mechanische Verfahrenstechnik II Seite 101 VEB Deutscher Verlag für Grundstoff -industrie,
Leipzig 1979 [3] Hans Rumpf Mechanische Verfahrenstechnik Seite 108 Abb. 72 Monografie
aus Winnacker-Küchler Chemische Technologie Band 7, 3. Auflage Carl Hanser Verlag,
München 1975 [4] H. Douglas, M. Considine Chemical sind process technology encyclopedia
Seite 501 McGraw - Ilill, Inne. 1974 [5] PANNEVIS-Vakuumbandfilter, ausgestellt
auf der "ACHEMA '82" in Frankfurt; auch: Deutsche Offenlegungsschrift 27 54 386
[6] Deutsche Auslege schrift 12 54 596