DE3330248A1

DE3330248A1 - Verfahren und vorrichtung zur restfeuchteerniedrigung an filtrationsapparaten

Info

Publication number: DE3330248A1
Application number: DE19833330248
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Schilp reinhold dr-Ing
Current assignee: Schilp reinhold dr-Ing
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1983-08-22
Publication date: 1985-03-14

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Restfeuchteerniedrigung
an Filtrationsapparaten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Vorrichtung zur Verringerung der Restfeuchte und zur Nachbehandlung des Feststoffkuchens in Filtrationsapparaten zur Fest-Flüssig-Trennung.
In vielen Bereichen der Aufbereitungs- und Verfahrenstechnik besteht in zunehmendem Maße die Aufgabe, feindisperse Suspensionen durch mechanische Entfeuchtungsverfahren auf möglichst niedrige Restfeuchten zu bringen. Die Gründe dafür sind beispielsweise: a) Die sehr kosten- und energieaufwendige thermische Nachbehandlung in einem nachgeschalteten Trockner zu reduzieren b) Ein Feuchtelimit zu erreichen, um z.B. bei Eisenerzen eine anschließende Pelletierung mit wenig Zuschlagstoffen zu ermöglichen oder z.B. einen deponiefähigen Feststoffkuchen zu erhalten c) Den Wassergehalt von Kraftwerkskohle zu senken und damit den Heizwert des Flotationskohlekonzentrates zu steigern.
Für derartige Entfeuchtungsaufgaben ist die Fest-Flüssig-Trennung durch kontinuierliche Vakuumfiltration beim derzeitigen Stand der Technik das am häufigsten eingesetzte Verfahren. Die erreichte Restfeuchte befriedigt jedoch die gestiegenen Anforderungen in Zusammenhang mit der Produktionsrate nicht immer.
Für die kontinuierliche Vakuumfiltration werden verschiedene, apparativ ausgereifte Bauarten als Trommel-, Scheiben-, Teller- oder Bandfilter seit Jahren zwar problemlos eingesetzt, obwohl deren erreichbare Restfeuchte relativ hoch liegt.
Deshalb werden in jüngster Zeit enorme Anstrengungen unternommen, um beispielsweise durch Druckfiltration oder kombinierte Vakuum-Druck-Filtration zu einer Verbesserung der Restfeuchte zu gelangen (Stahl W. u.a. Vortrag 112. AIME Jahrestreffen Atlanta 7.3.1983). Neben den sehr hohen Anlagekosten sind jedoch bei diesen Verfahren die Energiekosten wegen des sehr hohen Druckluftbedarfes sehr groß. Außerdem bestehen nichtgelöste Probleme bei der kontinuierlichen Ausschleusung des trockenen Feststoffkuchens sowie die Problematik sehr großer Druckbehälter bei Großanlagen in der Aufbereitungstechnik. Dort werden in einem Produktionsstrang oft mehrere hundert Quadratmeter Filterfläche benötigt, deren Uberwachung im Druckraum Probleme aufwirft.
Weitere Maßnahmen, die Restfeuchte im Filterkuchen zu reduzieren, werden z.B. durch Scheren des Filterkuchens zwischen 2 Preßbändern in den sogenannten Preßbandfiltern durchgeführt. Auch Trommelfilter werden zusätzlich mit preßbändern und Preßwalzen ausgerüstet, um den Kuchen weitergehend zu entfeuchten.
In Einzelfällen versucht man auch, bei der Vakuumfiltration durch chemische Zusätze die Oberflächenspannung des Filtrates herabzusetzen. Dem Zweck der Restfeuchteverringerung dienen auch Maßnahmen, die Viskosität des Filtrates zu verringern durch Erhöhen der Suspensionstemperatur oder durch Dampfaufgabe anstelle von Luft in der Trockensaugzone.
Durch die Dampfaufgabe wird jedoch dem kälteren Filterkuchen durch Kondensation des Dampfes wieder Feuchtigkeit zugeführt und so ein Großteil der Verbesserung aus der geringeren Viskosität wieder zunichte gemacht. Außerdem verteuern diese Maßnahmen durch die hohen Aufheizkosten der gesamten Suspensionsmenge den Trennprozeß ganz erheblich, da einerseits die Filtratmengenströme meist sehr groß sind und andererseits die wirksamen Druckdifferenzen durch das angelegte Vakuum bei steigenden Dampfdrücken der Suspension drastisch reduziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Restfeuchte des Feststoffkuchens in gebräuchlichen Vakuum- oder Druckfiltern zu verringern, dessen Eigenschaften durch zusätzliche Konditionierung in gewünschter Weise zu verbessern bei minimalem zusätzlichen Aufwand im Hinblick auf Anlage- und Betriebskosten sowie unter Vermeidung der Nachteile der obenerwähnten gebräuchlichen Maßnahmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Trockensaugzone des kontinuierlich oder intermittierend betriebenen Vakuum oder Druckfilters durch den Filterkuchen anstelle von kalter Luft oder Dampf Heißluft oder heiße Brenngase gesaugt werden, welche gezielt diesen Verfahrensabschnitt des Filtrationsprozesses zugeführt werden.
Dabei ist es nicht notwendig, die gesamte Fläche der Trockensaugzone mit Heißluft oder Brenngasen zu beaufschlagen. In der Zone, in welcher der Flüssigkeitsspiegel wie ein flüssiger Kolben durch den Kuchen hindurchwandert, in der Waschzone oder zu Beginn der Trockensaugzone ist es noch nicht erforderlich, Heißgas durch den Filterkuchen zu saugen. Erst wenn die rein mechanische Flüssigkeitsentfeuchtung keine nennenswerte Restfeuchteverringerung mehr bringt, ist die Viskositätsverringerung der Restflüssigkeit und die thermische Nachtrocknung der restlichen Kapillarflüssigkeit energetisch sinnvoll angebracht. Das Verhältnis der Blase- oder Saugzeiten zwischen Kaltluft und Heißgas läßt sich je nach Produktanforderung verändern. Es kann das Heißluftdurchsaugen auch einer Beaufschlagung mit Dampf nachgeschaltet werden. Auch ein mehrfaches Durchsaugen mit Heiß- und Kaltluft ist möglich.
Ebenso ist bei thermisch unempfindlichen Produkten ein abschnittweises direktes Beaufschlagen des Filterkuchens mit Brennerflammen in der Trockensaugzone denkbar. Das Filter tuch mit dem darauf haftenden Kuchen kann während des Heißsaugens auf der Filter-Stützkonstruktion verbleiben oder über spezielle Heißsaugzonen oder Saugwalzen geführt werden.
Es können Teilflächen oder die gesamten Trockensaugzonen mit Heißgas beaufschlagt werden.
Es können Heißgase verschiedener Temperatur und Zusammensetzung nacheinander zur Anwendung kommen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einem geringen baulichen Mehraufwand gegenüber handelsüblichen Filterapparaten eine in vielen Fällen entscheidende weitere Restfeuchteabsenkung ermöglicht wird, ohne gleich eine Trocknungsanlage der Filtration nachschalten zu müssen.
Auch ein Nachrüsten bereits bestehender Filteranlagen ist ohne Schwierigkeiten möglich. Ebenso können auch größte Trommel-, Scheiben-, Teller- und Bandfilteranlagen mit Heißgasbetrieb ausgerüstet werden. Die direkte Nachtrocknung des Filterkuchens läßt sich bei Vakuum-Druck-, kombinierten Druck-Vakuum-Filtern und bei Filterzentrifugen durchführen. Auch für Hochleistungsfilter mit sehr dünnen Kuchenstärken ist die Nachtrocknung durch Heißgas geeignet.
Die zusätzlichen Anlagekosten sind, verglichen mit den Mehrkosten bei der Druckfiltration relativ gering. Auch die Betriebskosten für die Heißgaserzeugung sind vergleichsweise niedrig, da für das Filter mit Zusatztrockeneinrichtung nur die durchgesaugte Gasmenge aufgeheizt werden muß, die am Ende der Trockensaugperiode eingesaugt wird. Der Heißgasbedarf ist gering und beträgt nur einen Teil der durchgesaugten Kaltgasmenge. Zur Erzielung der Restfeuchte-Erniedrigung muß nur ein sehr geringer Teil der Filtratmenge aufgeheizt werden, nämlich die im Filterkuchen befindliche Kapillar feuchtigkeit. Das Temperaturniveau des vorher abgesaugten Filtrates bleibt unverändert niedrig. Auch die Enthalpie des Wärmeträgers Heißgas ist nach dem Durchströmen des feuchten Filterkuchens niedrig, so daß die Verluste durch Abwärme gering sind. Das Einschalten einer Wärmerückgewinnungsanlage oder ein Umluftbetrieb wäre prinzipiell möglich, ist aber wegen der niedrigen Abgastemperatur meist nicht lohnend. Da ein Filterapparat teilweise dieselben Funktionen wie ein Konvektionstrockner aufweist, wie beispielsweise die Feststofftransporteinrichtung, das Durchsaugen von Gas, die gleichmäßige Feststoffverteilung auf der Oberfläche und den Feststoffaustrag, brauchen diese Funktionen bei einem Filter mit Nachtrocknung nicht doppelt ausgeführt werden. Weiterhin entfällt die bei Konvektionstrocknern übliche Staubbelastung der Abluft, da der Filterkuchen als Abscheider wirkt. Die Feststoff-Ausschleusung ist im Gegensatz zu Druckfiltern zugänglich und die Kuchenabnahme ist in üblicher Weise möglich. Das Filter benötigt keine besonderen Stützkonstruktionen für das Filtertuch im Vergleich zur Filtration mit Preßwalzen. Das Filtertuch kann in üblicher Weise kontinuierlich gewaschen werden, eine thermische Schädigung ist nicht zu befürchten, da das Heißgas durch die Feuchtigkeitsaufnahme auf Kühlgrenztemperatur abgekühlt wird. Als Heißgas können auch Kesselabgase verwendet werden. Durch selbstinertisierende Brennergase ist im Gegensatz zum Betrieb mit Luft ein Ex-Schutz möglich. Für Betrieb mit Lösungsmitteln sind gasdichte Ausführungen sowie die Rückgewinnung der Lösungsmittel auch bei der Heißgas-Nachtrocknung des Filterkuchens möglich. Es sind keine Filtratzusätze zur Verringerung der Grenzflächenspannung erforderlich. Durch das durchströmende Heißgas wird die Viskosität der Restflüssigkeit im Filterkuchen verringert.
Die sonst sehr schwer zu entfernende Kapillarfeuchtigkeit wird durch die Feuchtigkeitsaufnahme des Heißgases teilweise aufgetrocknet. Das durchströmende Heißgas besitzt also nicht nur die Funktion des Leerblasens der Kapillaren wie bei Kaltluft. Durch die niedrige Filtrattemperatur bleibt das erreichbare Vakuum wie beim Kaltbetrieb voll erhalten.
über die Heißgastemperatur läßt sich u.a. die Intensität der Nachtrocknung steuern. Solange die Nachtrocknung des Filterkuchens im Bereich des ersten Trocknungsabschnittes oberflächenfeuchter Produkte stattfindet, ist auch bei thermisch empfindlichen Produkten keine Schädigung zu erwarten. Durch langanhaltende Beaufschlagung mit Heißgas hoher Temperatur lassen sich jedoch auch gezielt Produktveränderungen durch pyrolitische Zersetzung oder Änderungen der chemischen Produkteigenschaften herbeiführen bzw. eine Nachhärtung des Feststoffes durch Gase oder Flüssigkeiten wie beispielsweise bei der Pelletisierung. Dies hat bei Erzen normalerweise eine Verringerung der hierfür nötigen Zuschlagsstoffe zur Folge. Gegenüber der Nachtrocknung mit Heißdampf wird dem Filterkuchen keine Kondensationsfeuchtigkeit zugeführt. Die Restfeuchte-Erniedrigung liegt in ähnlichen Größenordnungen wie bei der Druckfiltration mit mäßigen Drücken, wie die Meßergebnisse zeigen.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In Fig. 1 ist schematisch ein Vakuum-Trommelfilter dargestellt mit dem Trog 1, der Suspension 2, der Trommeloberfläche mit dem Filtertuch 3, der Waschvorrichtung 4, der Schaberabnahme 5.
Durch radiale Linien sind die Zonen für die verschiedenen Funktionen, die kontinuierlich durchlaufen werden, dargestellt. In Zone 6 wird der Filterkuchen anfiltriert, in Zone 7 gewaschen, in Zone 8 mit Kaltluft trockengesaugt, in Zone 9 mit Heißluft oder Heißgas nachgetrocknet, in Zone 10 wird der Filterkuchen durch Druckluftrückstoß abgesprengt, innerhalb der Zone 11 wird der trockene Filterkuchen abgenommen. Die Kaltluft 12 wird aus der Umgebung angesaugt, während die Heißluft 13 der Trockenhaube 14 über einen Kanal 15 gezielt zugeführt wird. Die Trockenhaube 14 kann am Einlauf 16, am Auslauf 17 sowie an beiden Seiten durch elastische Abdichtungen 18 den Heißluftraum 19 von der Kaltluftumgebung 20 abtrennen. Die Trockenhaube 14 kann sich aber auch über die gesamte Oberfläche erstrecken und mit dem Trog 1 ein geschlossenes Gehäuse bilden, das für die verschiedenen Funktionen unterteilt ist.
In Fig. 2 ist eine Version ähnlich der in Fig. 1 dargestellt mit den gleichen Positionen 1 bis 12 wie in Fig. 1.
In Zone 9 wird jedoch mit Brennern 21, deren Flammen 22 direkt auf den Filterkuchen auf dem Filtertuch 3 gerichtet sind, der Filterkuchen nachgetrocknet und evtl. zusätzlich konditioniert. Die Verbrennungsgase werden durch den Filterkuchen hindurchgesaugt und nehmen dabei Feuchtigkeit auf. Die Brenner 21 können sich auch unter einer Trockenhaube 14 befinden. Durch den Steuerkopf können die Gase aus Zone 9 auch getrennt von den Gasen aus Zone 8 abgesaugt werden, ebenso wie in Fig. 1. Zur Feststoffbehandlung können auch spezielle Gase 23 durch den Filterkuchen gesaugt werden.
In Fig. 3 ist ein Scheibenfilter schematisch von der Seite dargestellt. Die Positionen 1 bis 12 sind ähnlich wie in Fig. 1 und Fig. 2. Der Filterkuchen befindet sich auf der Vorder- und Rückseite der aus einzelnen Zellen 25 bestehenden Scheiben 26. In der Zone 9 wird mit heißen Gasen nachgetrocknet. Die Scheiben können jeweils einzeln mit einer Trockenhaube 14 ausgerüstet sein, es können jedoch auch mehrere Filter scheiben 26 sich unter einer Trockenhaube befinden. Ebenso können wie in Fig. 1 dargestellt, die Zonen abgedichtet und unterteilt sein. Ähnlich wie in Fig. 2 ist eine direkte Befeuerung durch Brenner oder eine Konditionierung des Filterkuchens durch spezielle Gase oder Flüssigkeiten möglich.

Claims

Patentansprüche: 0 Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Restfeuchte und zur Nachbehandlung des Feststoffkuchens in Filtrationsapparaten zur Fest-Flüssig-Trennung, die kontinuierlich oder absatzweise mit Vakuum oder Uberdruck betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trockensaugzone ganz oder teilweise durch den Filterkuchen anstelle von kalter Luft oder Dampf, Heißluft oder heiße Brenngase gesaugt werden, die in diesen Zonen erzeugt oder diesen gezielt zugeführt werden.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffkuchen vor seinem Abwurf mit speziellen Gasen oder durch direkte Befeuerung behandelt wird.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenhauben abgedichtet und/ oder unterteilt sind.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchsaugen kalter und heißer Gase nacheinander oder wechselweise erfolgt.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen mit dem Filtertuch während der Heißgasbehandlung über spezielle Saugwalzen oder Stützkonstruktionen geführt werden.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Heißgasbehandlung Heißgase verschiedener Temperatur und/oder Zusammensetzung zur Anwendung kommen.
7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß handelsübliche Filterbauarten mit einer Station zur Heißgasbehandlung nachgerüstet werden.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterapparat mit Heißgas- oder Brennerausrüstung gasdicht oder druckfest gekapselt ist.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des durchgesaugten Heißgases zur Steuerung und Regelung der Behandlung verwendet wird.
10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgase im Umluftbetrieb gefahren werden.
11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heißgase Abgase aus anderen Prozessen verwendet werden.