DE3830157C2 - - Google Patents

Description

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

Ein derartiger Filtermodul ist durch DE 32 22 786 A 1 bekannt. Die vorveröffentlichten Anmeldungen DE 30 05 408 A 1, DE 31 27 548 A 1 und DE 35 46 091 A 1 zeigen ebenfalls Querstrom-Filtermodule.

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.

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 dazwischen liegenden Rohr- oder Kapillarmembranbündel gegliedert. Der Einsatz handelsüblicher Gewebe oder Vlies 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.

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 oder 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 zu schaffen, mit dem Trennungen und Klassierungen sowohl bei geringen als auch bei hohen Konzentrationen im Rohfluid möglich sind, wobei eine gute Reinigbarkeit des eingebauten Filtermittels im manuellen oder automatischen Rückspülverfahren gewährleistet sein soll.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen 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 befindliche 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 beiseitige 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 entgegen gerichteten 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. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querstrom-Filtermodul mit rechteckigem Querschnitt und zwei Rohfluid-Strömungskanälen (Querstrombetrieb),

Fig. 2 eine Gesamtlösung mit einem Filtergehäuse und einem darin integrierten Querstrom-Filtermodul für eine Trennaufgabe nach dem Querstromverfahren.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Querstrom-Filtermodul dargestellt, bei dem die gegenüber liegenden flachen Filtermittel (1) auf der Rohfluidseite durch Abstandshalter (2) und auf der Reinfluidseite durch Drainagevorrichtungen (3) fixiert sind.

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 (4)

1. Querstrom-Filtermodul für die Behandlung von Fluiden, bestehend aus einer wechselweisen Anordnung von mindestens einem Filterkanal mit zwei beidseitig eingebauten Filtermitteln, deren Oberflächen parallel von dem zu reinigenden Fuid überströmt werden, und wenigstens einem Filtratsammelraum auf der, jedem Filterkanal gegenüberliegenden Seite, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermittel ein flaches, zur Oberflächenfiltration geeignetes Gewebe oder Vlies mit einer Filterfeinheit von 0,1 bis 500 µm, ohne zusätzliche Stützlage auf der dem Filterkanal zugewandten Seite vorgesehen ist, und daß jeweils zwei gegenüberliegende gleiche Filtermittel (1) durch Abstandshalter (2) voneinander getrennt sind, wobei die in jedem Filterkanal angeordneten Abstandshalter (2) Kanäle zum Vorbeiführen des zu reinigenden Fluids an den beidseitig angrenzenden Filtermitteln bilden, während die in jedem Filtratsammelraum angeordneten Abstandshalter (3) Drainagekanäle für das Filtrat bilden, und wobei das jeweils zwischen zwei Abstandshaltern (2) und (3) liegende Gewebe oder Vlies beidseitig abgestützt wird.

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

3. Querstrom-Filtermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter so ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den Filtermitteln von 0,5 bis 20,0 mm beträgt.

4. Querstrom-Filtermodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul an den Enden mit Vorrichtungen für den Einbau in ein Filtergehäuse mit rundem oder eckigem Querschnitt versehen ist.