DE3830157A1 - Querstrom-filtermodul fuer die behandlung von fluessigkeiten und gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Querstrom-Filtermodule für die Behandlung von Flüssigkeiten und Gasen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Querstrom-Filtermodule werden für die Aufkonzentrierung von Suspensionen und Lösungen verwendet; bei diesen Anwendungsfällen kann sowohl das Konzentrat als auch das Filtrat oder beides das gewünschte Produkt darstellen.

Derartige Querstrom-Filtervorrichtungen sind aus der Membranfiltration bekannt (DE 30 05 408 A1; DE 31 27 548 A1; DE 35 46 091 A1).

In der Membranfiltration (Umkehrosmose, Ultrafiltration und teilweise Mikrofiltration) werden z. B. Spiral- und Faltenmodule aber auch flach ausgeführte Filterzellen mit unterschiedlichen Abstandshaltern, meist Gewebe, auf der Roh- und Reinseite verwendet. Durch diese, im Rohfluidkanal eingebauten Gewebelagen, ist die Querstromfiltration nur von der Hauptströmungsrichtung des zu behandelnden Fluides im Modul gegeben; der Selbstreinigungseffekt auf der Membranoberfläche, hervorgerufen durch die Schergeschwindigkeit der Querströmung, ist hier von untergeordneter Bedeutung. Der Einsatz dieser Modulbauformen ist deshalb bei Anwesenheit von Feststoffpartikeln im Rohfluid in den meisten Fällen nicht empfehlenswert.

Die Rohr- und Kapillarmembranmodule werden als reine Querstromfilter betrieben, mit der Möglichkeit, entsprechend den Verfahrensbedingungen durch die Fluidgeschwindigkeit die Ablagerungsschicht auf der Membranoberfläche zu minimieren und durch diesen Selbstreinigungseffekt den Druckanstieg während der Filtration zu verzögern. Der Aufbau dieser Module ist, ähnlich einem Wärmetauscher, in zwei Rohrplatten und dem dazwischenliegenden Rohr- oder Kapillarmembranbündel gegliedert. Der Einsatz handelsüblicher Gewebe oder Vliese ist bei diesen Modulformen von der Fertigung her nicht sinnvoll, da bei kleinen Rohrdurchmessern die Längsnaht im Vergleich zur aktiven Filteroberfläche eine große Fläche abdeckt.

Das unter DE 35 46 091 A1 beschriebene Querstrom-Mikrofilter kommt vom Anwendungsbereich dem erfindungsgemäßen Querstrom-Filtermodul am nächsten; jedoch wird hier die Mikrofiltration über Membranen mit schlitzförmigen Poren beschrieben, die fest mit den Gehäuseplatten verbunden sind, wodurch weder Abstandshalter im Strömungskanal noch Drainagevorrichtungen notwendig sind. Die Verwendung von handelsüblichen Filtermitteln mit reiner Oberflächenfiltration ist nicht Gegenstand dieser zitierten Anmeldung.

Außerhalb des Anwendungsbereiches der Membranfiltertechnik ist eine ähnliche modulartige Bauweise, bei der sich Strömungskanäle, bestehend aus Filtermitteln und Abstandshalter, und Drainagevorrichtungen abwechseln, nur noch bei den Filterpressen bekannt; deren Nachteile sind die Baugröße, die aufwendige Konstruktion und die nicht praktikable reine Querstromfiltration.

Im Bereich der Filtration mit Hilfe von Geweben, Vliesen und ähnlichen Filtermitteln sind keine Filtermodule bekannt, die in der angegebenen Sandwich-Bauweise sowohl für die Querstromfiltration als auch für die Dead-end-Filtration eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filtermodul zur Behandlung von Fluiden in der Art zu schaffen, daß dieser neben einer hohen Filtermittelflächendichte mit allen verfügbaren Filtermaterialien ausgestattet und sowohl im Querstrom als auch im Dead-end-Verfahren betrieben werden kann.

Neben allen verfügbaren Filtermitteln soll der Modul insbesondere mit allen handelsüblichen Filtergeweben ausgestattet werden können.

Als Anwendungen sollen Trennungen und Klassierungen sowohl bei geringen als auch bei hohen Konzentrationen im Rohfluid möglich sein, wobei die abgetrennte Komponente, das verbleibende Konzentrat oder beides als Produkt gewünscht ist.

Die gute Reinigbarkeit des eingebauten Filtermittels im manuellen oder automatischen Rückspülverfahren soll als wesentliche Eigenschaft Berücksichtigung finden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, indem Filtermittel abwechselnd mit Abstandshaltern und Drainagevorrichtungen zu einem sandwichartigen Querstrom-Filtermodul lösbar oder unlösbar zusammengefügt werden. Dadurch wird das Rohfluid in definierten Kanälen an den beidseitig angrenzenden Filtermitteln vorbeigeführt und es wird dadurch die Querstromfiltration mit annähernd gleichen Verfahrensbedingungen in allen Rohfluidströmungskanälen realisiert. Das Filtrat wird durch die zwischen zwei Filterkanälen befindlichen Drainagevorrichtung senkrecht zur Hauptstromrichtung des zu behandelnden Fluides im Modul abgeführt.

Die Dimensionierung des Querstrom-Filtermoduls kann sowohl durch konstruktive Vorgaben (z. B. Abmessungen und Anzahl der Kanäle etc.), als auch durch verfahrenstechnische Betriebsdaten (z. B. Druckdifferenz am Filtermittel, Durchflußleistung etc.) den entsprechenden Erfordernissen der jeweiligen Anwendung angepaßt werden.

Durch die mögliche dichte Packung von Filtermitteln und Abstandshaltern einschließlich Drainagevorrichtungen wird eine hohe aktive Trennfläche realisiert, die mit der gefalteter Filterelemente vergleichbar ist, jedoch mit dem Unterschied, daß beim vorliegenden Querstrom-Filtermodul durch die Abstandshalter jeder Flächenabschnitt im Modul gleich aktiv ist, während durch die meist mehrlagige Faltung die zur Verfügung stehende aktive Filterfläche reduziert wird.

Die Reinigung der Filtermittel im Modul ist durch die definierten Abstände einfacher und effektiver zu bewerkstelligen als bei gefalteten Filterelementen.

Für die Verwendung in Filtersystemen mit manueller oder automatischer Rückspülung eignen sich diese Filtermodule insbesondere durch das Fehlen von Stützgeweben bei gleichzeitig hoher Stabilität durch die beidseitige Abstützung der Filtermittel über die Abstandshalter. Je nach Erfordernis kann die nicht abgestützte Filtermittelfläche so gewählt werden, daß z. B. durch Strömungsumkehr und der damit verbundenen, der Filtrationsrichtung entgegengerichteten Druckdifferenz die Filtermittelbewegung den Reinigungseffekt erhöht; dieser Vorgang kann pro Reinigungszyklus sowohl einmalig als auch pulsierend erfolgen. Die große Filterfläche im Querstrom-Filtermodul gestattet niedrige Filterflächenbelastungen. Dadurch ist nur ein geringer Differenzdruck als Triebkraft für die Lösung der Trennaufgabe notwendig; der erforderliche Rückspüldruck ist entsprechend niedrig, d. h. es ist eine schonende Rückspülreinigung der eingebauten Filtermittel möglich.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem im Filtergehäuse (7) integrierten Querstrom-Filtermodul (4) für eine Querstromfiltration dargestellt. Der Filtermodul (4) ist hier nur stilisiert dargestellt und wird von oben nach unten mit dem Rohfluid durchströmt, das über den Eintritt (9) in das Filtergehäuse gelangt; das Konzentrat wird durch den Austritt (6) aus dem Gehäuse (7) abgeleitet. Der Filtermodul (4) mit rechteckigem Querschnitt ist an seinen Enden mit Vorrichtungen (Endplatten 8) versehen, die es gestatten, den eckigen Modul (4) in das rohrförmige Filtergehäuse (7) zu integrieren.

Das quer zur Hauptströmungsachse des Filtermoduls (4) über die Drainagekanäle erhaltene Filtrat wird im mittleren Filtergehäuseteil gesammelt und über den vorgesehenen Filtrat-Austritt (5) abgezogen. Die Einstellung der Strömungsverhältnisse im Betrieb des Trennapparates kann durch Drosselventile oder eine regelbare Pumpenleistung erfolgen; die Rückspülung und damit Reinigung der Filterflächen kann über den Filtrat-Austritt (5) durch Anschluß eines entsprechenden Reinigungsfluides mit höherem Druckniveau als im Rohfluid vorliegt, kontinuierlich oder impulsartig bei gleichzeitiger Durchströmung des Moduls (4) mit Rohfluid erfolgen.

Claims (9)

1. Querstrom-Filtermodul für die Behandlung von Flüssigkeiten und Gasen, bestehend aus einer wechselweisen Anordnung von mindestens einem Filterkanal mit zwei beidseitig eingebauten Filtermitteln, deren Oberflächen parallel von dem zu reinigenden Fluid überströmt werden, und wenigstens einem Filtratsammelraum auf der, dem Filterkanal gegenüberliegenden Seite, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein flacher Filterkanal mit zwei gegenüberliegenden gleichen Filtermitteln (1), die durch Abstandshalter (2) voneinander getrennt sind, mit jeweils einer, beidseitig dem Filterkanal auf der Filtratseite angeordneten Drainagevorrichtung (3) zu einem Filterpaket lösbar oder unlösbar zusammengefügt sind (siehe Ausführungsbeispiel Fig. 1).

2. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterkanäle und Drainagevorrichtungen im Wechsel angeordnet sind.

3. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermittel alle Medien, die zur Oberflächenfiltration geeignet sind, insbesondere alle handelsüblichen Gewebe, eingesetzt werden.

4. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Querstromfiltration als auch die Dead-end-Filtration ohne Modulveränderung praktiziert werden kann.

5. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere die Reinigung des Querstrom- Filtermoduls bei gleichzeitiger Durchströmung mit dem Rohfluid ohne Betriebsunterbrechung durch Erzeugung eines entsprechenden Druckgefälles zwischen der Rein- und Rohseite möglich ist.

6. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die wechselweise Anordnung von Abstandshalter im Filterkanal und Drainagevorrichtung das dazwischen liegende Filtermaterial beidseitig abgestützt wird.

7. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter so ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den Filtermitteln von 0,5 bis 20,0 mm aufweist.

8. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel Filterfeinheiten von 0,1 bis 500 Mikron aufweisen.

9. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul an den Enden mit Vorrichtungen für den Einbau in Filtergehäuse mit rundem oder eckigem Querschnitt versehen ist (siehe Ausführungsbeispiel Fig. 2).