DE3920097C2 - Vorrichtung zur Filtration von mit Partikeln belasteten Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Filtration von mit Partikeln belasteten Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie sie durch die US-PS 3 568 414 bekannt ist.

Derartige Filterpatronen werden häufig in der Getränkeindustrie bei der Filtration von mit Partikeln, Kolloiden und organischen Trubstoffen belasteten Fruchtsäften als Vorfiltrationselement eingesetzt, um die relativ groben Partikel in einer Vorfiltrationsstufe auszufiltern, um das daraus gewonnene Vorfiltrat in weiteren Klärstufen oder Filtrationsstufen mit empfindlicheren Filtermaterialien wie Membranfilter und Filterschichten klarzufiltern. Als eigentliche Filterelemente gelangen bei der Vorfiltration insbesondere feinmaschige Metall- oder Kunststoffgewebe oder Kunststoffgitter sowie Filtervliese und Membranfilter zur Anwendung, die selbsttragend oder auf einem Stützgerüst angeordnet sind. Der sich im Laufe der Zeit auf dem Filterelemente ablagernde Filterkuchen oder die meist schleimige Filterdeckschicht aus den zurückgehaltenen Partikeln muß dabei periodisch durch Rückspülung entgegen der Filtrationsrichtung oder durch mechanische Mittel wie Wischer oder dergleichen entfernt werden. Bei der Rückspülung mit Filtrat ist der gesamte Filtratraum mit Filtrat gefüllt und durch Druckbeaufschlagung soll der Filterkuchen von der gesamten Außenseite des Filterelementes durch Rückspülung entfernt werden. Dies erfolgt in der Praxis häufig aber nur partiell, da partiell abgelöste Deckschichten sofort Kurzschlußpfade für das nachströmende Spülmittel bilden und somit keine vollständige Reinigung und Entfernung der Filterdeckschicht möglich ist.

Die US-PS 35 68 414 offenbart eine Vorrichtung zur statischen Filtration von mit Partikeln belasteten Flüssigkeiten mit einer in einem Gehäuse angeordneten hohlen Filterpatrone, wobei die zu filtrierende Flüssigkeit n eine von der Filterpatrone abgetrennten Gehäusekammer einführbar und das Filtrat aus einer weiteren von der Filterpatrone abgetrennten in ihrem Innern liegenden Gehäusekammer ausführbar ist. Im Innern der Filterpatrone ist ein die Innenseite periodisch unter Druck mit Spülmittel versorgende und vom Spülmittel angetriebene Spüleinrichtung angeordnet. Die Spüleinrichtung besteht aus einem in der Achse der Filterpatrone befindlichen Schaft mit auf seinem Außenumfang sich erhebenden rechts- und linksdrehenden helixartig verlaufenden und an ihren Enden verbundenen Führungen, so daß ein kontinuierlicher Pfad entsteht, auf dem ein Spülkopf mit einer Düse für Spülmittel kontinuierlich zwangsläufig auf einer helixförmigen Bahn auf und ab läuft. Weitere im Innern der Filterpatrone untergebrachte Leit- und Führungselemente sollen den Bewegungsablauf des Spülkopfes stabilisieren. Das Spülmittel wird der Düse unter Druck von einem im oberen inneren Bereich der Filterpatrone liegenden Fluidmotor über einen elastischen Schlauch zugeführt, welcher die auf- und abwärts verlaufenden helixförmigen Drehbewegungen des Spülkopfes spiralfederartig folgt. Die unter Druck stehende Spülflüssigkeit wird über einen äußeren Einlaß, dem Fluidmotor, weiteren Vorrichtungen und dem flexiblen Schlauch der Düse des Spülkopfes zugeführt und so auf die Filter der Filterpatrone gerichtet, daß diese in umgekehrter Filtrationsrichtung durchströmt werden. Die auf dem Äußeren der Filterpatrone abgelagerten Partikel sollen dabei von der Oberfläche der Filterpatrone abgetrennt und in einer Ringkammer unterhalb der Filterpatrone gesammelt werden, von wo aus sie über einen Auslaß für Schmutzpartikel aus der Filtrationsvorrichtung abgeführt werden können. Nachteilig ist der aus vielen Bauteilen bestehende komplizierte Aufbau der Spüleinrichtung und ihre schwere Zugänglichkeit durch die vollständige Unterbringung im Innern der Filterpatrone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Vorrichtung zur Filtration für mit Partikeln belasteten Flüssigkeiten zu schaffen, bei der eine ein­ wandfreie Rückspülung bzw. Entfernung der auf dem Filter­ element sich absetzenden Filterdeckschicht bzw. Partikel­ deckschicht gewährleistet ist, ohne daß aufwendige Fremd­ antriebe für die Bewegung der Spülmitteldüse notwendig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Haupt­ anspruch angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind in dem Unteranspruch unter Schutz gestellt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Vertikal­ schnitt durch ein Gehäuse mit Filterpatrone und Spülein­ richtung.

Das Filtergehäuse ist gebildet durch eine Grundplatte 1 mit mehreren Anschlüssen 11, 12, 21 für Flüssigkeit, durch den zylindrischen Gehäusemantel 2 mit einem Fluidanschluß 13 und dem Gehäusedeckel 1'. Zwischen Gehäusedeckel 1' und Grundplatte 1 ist die Filterpatrone 3, 4 so angeordnet, daß Flüssigkeit nur durch das siebförmige Filtergewebe 4 und den als Lochblech ausgebildeten Stützkörper 3 dringen kann. Die netzartigen Durchlässe des Stützkörpers 3 sind in der Zeichnung in der Innenansicht nur angedeutet und sind in Praxis selbstverständlich über den ganzen Umfang ange­ ordnet. Rotationssymmetrisch zu der zylinderförmigen Filterpatrone 3, 4 mit Gehäuse 1, 1', 2 ist die eigentliche Spüleinrichtung 5-10, 14-20 angeordnet und besteht aus einem Spülmittelrohr 6, an dessen freien Ende ein Rotor 5 mit angeformter Spülmitteldüse 5' drehbar gelagert ist. Das Spülmittelrohr 6 ist Teil eines Kolben-Zylinder­ aggregates 7-9. Das Bauteil 7 bildet dabei ein Dichtungs­ element und Führungselement für das Spülmittelrohr 6. Am unteren Ende des Spülmittelrohres 6 weist dieses einen Kolben 8 auf, der mittels der Dichtung 8' im Zylinder 9 geführt ist und diesen in zwei Zylinderkammern 9', 9'' unterteilt, die jeweils über die Anschlüsse 16 bzw. 15 mit Spülmittel versorgbar sind.

Das Spülmittelrohr 6 weist im Bereich der Zylinderkam­ mer 9'' oberhalb des Kolbens 8 mehrere Anströmbohrungen 17 und im Bereich der Zylinderkammer 9' ein Rückschlagven­ til 10 auf. Die maximale Vertikalbewegung des Spülmittel­ rohres 6 bzw. des Kolbens 8 nach oben wird durch einen Anschlag 18 begrenzt und nach unten durch den Zylinder­ boden. Die Anschlüsse 16, 15 für das Spülmittel sind über Leitungen und Drei-Wege-Ventil 14, ein Hauptventil 19 an eine nicht dargestellte Spülmittelquelle angeschlossen. Über ein Entleerungsventil 22 läßt sich der Zylinder­ raum 9' entleeren. Im Deckel 1' des Gehäuses ist ein Druckschalter 20 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen. Die zu filtrierende Flüssigkeit, beispielsweise Fruchtsaft, strömt über den Produkteinlaß 12 in die Gehäusekammer 1'' und verläßt diese als Konzentrat durch den Auslaß 13. Die filtrierte Flüssigkeit durchdringt die Filterpatrone 3, 4 und verläßt die Filtratkammer 4' durch den Filtratauslaß 11. Durch den sich langsam aufbauenden Filterkuchen auf dem Filtergewebe 4, welches z. B. eine Maschenweite von 50-40 µm hat, steigt der Durchflußwiderstand und damit der Druck in der Gehäusekammer 1'' an. Bei Erreichen eines Grenzwertes schaltet der Druckschalter 20 die Spüleinrich­ tung 5-10, 14-20 ein. Zunächst wird die Zufuhr des zu fil­ trierenden Produktes in die Gehäusekammer 1'' unterbrochen, die Filtratkammer 4' über den Filtratauslaß 11 entleert, der Konzentratauslaß 13 nach Entleerung der Gehäusekammer 1'' geschlossen und der Auslaß 21 für den Filterkuchen­ austrag geöffnet. Bei geschlossenem Entleerungsventil 22 erfolgt eine Beaufschlagung des Kolbens 8 über den Spülmitteleinlaß 16 bzw. die Gehäusekammer 9', wobei das Kugel-Rückschlagventil 10 die Öffnung des Spülmittelrohres 6 im Kolben 8 verschließt. Der Kolben 8 und damit das Spülmittelrohr 6 mit der rotierenden Spülmitteldüse 5' fährt in die oberste Stellung bis der Kolben 8 gegen den Anschlag 18 stößt.

Durch Umschalten des Drei-Wege-Ventils 14 und Beaufschlagen der Zylinderkammer 9'' über den Anschluß 15 wird Spül­ mittel in die Zylinderkammer 9'' und durch die Anström­ bohrungen 17 in das Spülmittelrohr 6 gedrückt und über den Fluiddruck und die besonders geformte Spülmitteldüse 5' am Rotor 5 erfolgt eine rotierende Spülmittelverteilung über den Innenraum der entleerten Filtratkammer 4', wobei das Spülmittel den Filterkuchen auf dem Filtergewebe 4 ablöst.

Indem über das Entleerungsventil 22 langsam eine Druck­ entlastung und Entleerung der Zylinderkammer 9' erfolgt, sinkt der Kolben 8 mit Spülrohr 6 langsam nach unten, so daß nach und nach die Spülmitteldüse 5' den gesamten Patronenmantel überstreicht und den Filterkuchen abbaut. Der abgebaute Filterkuchen wird durch den Filterkuchen­ austrag 21 entfernt, separiert und dem Kreislauf ent­ zogen.

Nach Beendigung dieses Spülvorganges erfolgt wieder ein Füllen der Fluidkammer 1'' mit der zu behandelnden Flüssig­ keit und eine notwendige Entlüftung des Filtersystems, wobei die gesamte Steuerung und Regelungstechnik vorzugs­ weise durch eine programmgesteuerte Regeleinrichtung erfolgt.

Wird als Spülmittel z. B. Druckluft oder für besondere Anwendungsfälle ein Inertgas verwendet, so erfolgt prak­ tisch keine Konsistenzänderung des Filterkuchens.

Wird bei der Flüssigkeitsfiltration als Spülmittel Flüssigkeit benutzt, so kann dies eine spezielle Spül­ flüssigkeit sein, wenn der Filterkuchen beispielsweise verworfen wird.

Es bietet sich jedoch auch an, als Spülmittel Filtrat zu verwenden. Die dafür benötigten Mengen sind relativ gering und das vom Filterkuchen bei der Rückspülung aufgenommene Filtrat kann bedarfsweise in einer separaten Filterstufe aus dem Filterkuchen wieder zurückgewonnen werden.

Die dargestellte Ausführung ist schematisch dargestellt. Es versteht sich, daß der Abstand der Spülmitteldüse 5' von dem zu reinigenden Patronenmantel 3, 4 den unterschiedlichen Bedürfnissen angepaßt werden kann.

Es ist auch möglich, die Aufwärtsbewegung des Kugel-Rück­ schlagventils 10 durch einen Stift 23 zu begrenzen, so daß bei entsprechender Ventilsteuerung auch eine schnelle Auf- und Abwärtsbewegung des Spülrohres 6 möglich ist.

Werden als Filterelement mikroporöse Membranen mit einer Porengröße kleiner als 0,2 µm verwendet, so sind diese zweckmäßig auf der Innenseite der Filterpatrone auf einem Stützgerüst 3 oder 4 angeordnet und die Filtration erfolgt von der Kammer 4' in die Kammer 1'', wobei der Anschluß 24 den Einlaß und 11 den Auslaß bilden. Bevorzugt werden dabei Membrane, die eine möglichst niedrige Adsorption haben.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Filtration von mit Partikeln belasteten Flüssigkeiten, mit einer in einem Gehäuse vertikal angeordneten, hohlen Filterpatrone, wobei die zu filtrierende Flüssigkeit in eine von der Filterpatrone abgetrennten Gehäusekammer ein- und ausführbar und das Filtrat aus einer weiteren von der Filterpatrone abgetrennten Gehäusekammer ausführbar und im Innern der Filterpatrone ein deren Innenseite periodisch mit unter Druck stehendem Spülmittel versorgende und von diesem rotierend angetriebene, vertikal bewegbare, innerhalb der abzuspülenden Patronenlänge im Boden (1) bzw. Deckel (1') des umgebenden Gehäuses (1, 1', 2) geführte, von außen mit Spülmittel versorgbare sowie eine rotierende Spüldüse aufweisende Spüleinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüleinrichtung (5-10, 14-20) aus einem Spülmittelrohr (6) gebildet und dieses an seinem freien Ende mit der Spüldüse ausgestattet ist, wobei beide zusammen vom Spülmittel bewegt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülmittelrohr (6) Bestandteil eines hydraulischen oder pneumatischen Kolben-Zylinderaggregates (7-9) ist und der Vertikalantrieb des Spülmittelrohres (6) mit Spülmitteldüse (5') durch in zwei Kammern (9,', 9'') des Kolben-Zylinderaggregates (7-9) eingespeiste Spülmittel gebildet ist, welches über eine Spülmittelquelle und Ventilsteuerung (10-20) in das Kolben-Zylinderaggregat (7-9) und in das Spülrohr (6) mit Spülmitteldüse (5') periodisch einspeisbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filterpatrone (3, 4) als Filterelement ein feinmaschiges Gitter (4) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filterpatrone (3, 4) als Filterelement ein mikroporöses Membranfilter aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filterpatrone (3, 4) als Filterelement einen feinporigen Sinterkörper aufweist.