DE4023497A1 - Geschlossene und kontinuierlich arbeitende filterpresse - Google Patents

Geschlossene und kontinuierlich arbeitende filterpresse

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Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Filter­ presse.
Alle bekannten Filter, die mit Druck betrieben werden, arbei­ ten diskontinuierlich, zum Beispiel übliche Filterpressen, Blattfilter und Röhrenfilter. Sie haben folgende unvermeid­ bare Nachteile:
  • a) Um die abfiltrierten Filterkuchen aus dem Filter zu entnehmen, muß das Filter geöffnet werden, wodurch Lösungsmitteldampf ins Freie entweicht und ein entspre­ chender Geruch auftritt.
  • b) Die abgetrennten Filterkuchen, welche meistens mit rest­ licher Aufschlämmung vermischt sind, müssen von Hand beseitigt oder häufig an freier Luft mittels eines Trans­ portbandes abgeführt werden.
  • c) Es ist mindestens eine Arbeitskraft für diese Verfahrens­ weise nötig, selbst wenn es sich um eine weitgehend auto­ matische Vorrichtung handelt.
  • d) Es ist ein fachgerechtes Ausrichten des Filtermediums auf dem entsprechenden Rahmen nötig, um ein Ausfließen der Aufschlämmung zu vermeiden.
Eine Schraubenpresse arbeitet sehr gut kontinuierlich, hat aber den grundlegenden Nachteil, daß die Aufschlämmung filtriert und durch Vortreiben der Rückstandsteilchen gegen den perforierten Metallzylinder mit großdimensionierten Öffnungen, zum Beispiel Öffnungen von einem bis zu mehreren Millimetern, der gebildete Filterkuchen mit allen mechani­ schen Kräften verdichtet wird. Es ist dabei unvermeidbar, daß das die perforierte zylindrische Trommel passierende Filtrat beträchtliche Mengen fester Teilchen mitschleppt.
Darüber hinaus geschieht das Abführen des verdichteten Fil­ terkuchens durch die Verschlußplatte hindurch, was beim Betrieb unpraktisch ist und das Ausmaß der Filterkuchenver­ dichtung beeinträchtigt.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wurden Verbesserungen gemäß der US 44 64 253, der GB 21 19 670 und der JP 4 324/90 vorge­ schlagen. Die Anwendung dieses Verfahrens in kontinuierlicher Arbeitsweise über einen längeren Zeitraum, beispielsweise während sieben oder mehr aufeinanderfolgenden Tagen, auf Auf­ schlämmungen mit grobkörnigen, beispielsweise einen Durch­ messer von 30 µm aufweisenden harten Teilchen, wie im Falle einer Aufschlämmung von Aktivkohleteilchen, war erfolgreich. Es wurden dabei durch Abschaben des Filterkuchens eine kon­ stante Filterkuchendicke und eine konstante Filtriergeschwin­ digkeit aufrechterhalten.
Jedoch tritt bei viskosen Aufschlämmungen mit Feinteilchen, die einen Durchmesser von beispielsweise wenigen Mikrometern aufweisen, und bei weichen Teilchen, wie Teilchen aus Al(OH)3, bereits viel früher leicht ein Verstopfen des aufge­ bauten Filterkuchens ein als bei der vorgenannten Auf­ schlämmungsart. Dies erfordert dann ein Abschälen des Rück­ standskuchens und ein Reinigen des Filtermediums, bevor sich eine vollständige Verstopfung ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierlich arbeitende Filterpresse anzugeben, die ein geschlossenes System darstellt, in dem eine Folge von Verfahrensschritten der Entfernung eines Filterkuchens und des Waschens des Filtermediums mit hoher Wirksamkeit in kurzer Zeit automa­ tisch durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit einer geschlossenen und kontinuierlich arbeitenden Filterpresse, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
Eine Filterzone mit einem Filtermedium, einer Filtratsammel­ kammer und einer Aufnahmekammer für die Aufschlämmung und den Filterkuchen;
eine konische Filterkuchen-Verdichtungszone, die sich an ein Ende der Filterzone anschließt, wo eine rotierende Schraube den in der Filterzone abgestreiften und daraus abgezogenen, nach unten fallenden Filterkuchen zusammendrückt;
eine Austragszone für den Filterkuchen, die mit dem anderen Ende der Filterkuchen-Verdichtungszone verbunden ist und zum Abführen des in der Verdichtungszone gebildeten verdichteten Filterkuchens dient;
ein Ventil zum Öffnen und Schließen der Zufuhr der Auf­ schlämmung, das an der Zuführungsvorrichtung für die Auf­ schlämmung angeordnet ist;
eine Steuervorrichtung für den Austrag des Filterkuchens zum Erfassen des Verdichtungsgrades des Filterkuchens in der Ver­ dichtungszone sowie zum Öffnen oder Schließen der Filterku­ chen-Austragszone, um das Abführen des verdichteten Filterku­ chens zu steuern;
eine Rückwaschvorrichtung zum Ablösen des aufgebauten Filter­ kuchens und zum Waschen des Filtermediums;
eine Leitung und ein Ventil zum Entspannen der Aufschlämmung, um den Druck in der Filterkammer in kurzer Zeit herabzu­ setzen;
eine Vorrichtung zum Erfassen einer Verstopfung des Filter­ mediums, zum Beispiel zum Prüfen der Durchflußgeschwindigkeit des Filtrats und zum Messen der Druckdifferenz zwischen der Filterzone und der Filtratsammelkammer; und
eine Steuervorrichtung im Zusammenhang mit der vorgenannten Erfassungsvorrichtung zum Schließen der Aufschlämmungszufuhr, zum Einführen der Rückwaschflüssigkeit in die Filtratsammel­ kammer sowie zum Öffnen des Entspannungsventils zur Druck­ verringerung in der Filterzone mindestens einmal während der Rückwaschstufe, um dadurch das Filtermedium in sehr kurzer Zeit zu reinigen und gleichzeitig den abgelösten Filterkuchen in der Verdichtungszone zu sammeln.
Die erfindungsgemäße Filterpresse stellt ein kontinuierliches bifunktionelles Filter dar, das unter Druck mit der Auf­ schlämmung beschickt werden kann, den auf dem Filtermedium aufgebauten Filterkuchen abstreift, verdichtet und abführt. Automatisch wird die Filterpresse gewaschen und das Filter­ medium gereinigt. Gleichzeitig wird der Filterkuchen in ver­ dichtetem Zustand gewonnen. Diese Stufen laufen in kurzer Zeit in einem geschlossenen System ab.
Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptabschnitt einer ersten Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 2 eine systematische Darstellung der ersten Ausfüh­ rungsform der Filterpresse;
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm von Steuervorrichtungen für die Filterpresse;
Fig. 4 ein Laufzeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebs verschiedener Elemente der Filterpresse;
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Hauptabschnitts einer zweiten Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 6-A und 6-B jeweils einen Querschnitt der Filterzone der Filterpresse gemäß Fig. 5;
Fig. 7 einen Längsschnitt des wesentlichen Abschnitts einer dritten Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 8 einen Längsschnitt des wesentlichen Abschnitts einer vierten Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 9 einen Längsschnitt des Hauptabschnitts einer fünften Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 10 einen Längsschnitt des Hauptabschnitts einer sechsten Ausführungsform der Filterpresse;
Fig. 11 einen Querschnitt der Filterzone der Filterpresse gemäß Fig. 10; und
Fig. 12 eine Darstellung eines Filtermediums, das in der Filterzone der Filterpresse gemäß Fig. 9 oder 10 angeord­ net ist.
Die erfindungsgemäße Filterpresse besteht im wesentlichen aus einer Filterzone und einer Filterkuchen-Verdichtungszone. In der Filterzone findet nur das Filtrieren der Aufschlämmung und in der Verdichtungszone nur das Verdichten eines in der Filterzone gebildeten und dann abgeschälten Filterkuchens statt.
Die zu filtrierende Aufschlämmung wird unter Druck in die Filterzone bzw. Filterkammer eingespeist. Das Filtrat strömt durch eine Filterkuchenschicht und ein Filtermedium in eine Filtratsammelkammer, während die feste Komponente auf der Filterkuchenschicht abgefangen wird und sich dort anhäuft, wobei die Dicke der Filterkuchenschicht allmählich zunimmt. Die Dicke des Filterkuchens wird während der Filtration durch Abstreifen des zunehmenden Filterkuchens mittels rotierender Flügel oder ähnlichem konstant gehalten. Dadurch wird verhin­ dert, daß die Filtrationsgeschwindigkeit abnimmt. Gleichzei­ tig wird der abgestreifte Filterkuchen in der Filterkuchen- Verdichtungszone gesammelt.
Die Filterkuchen-Verdichtungszone umfaßt eine bekannte Ver­ dichtungsvorrichtung, zum Beispiel eine Schraube, und weist einen Aufbau mit einer Verjüngung auf. In dieser Verdich­ tungszone wird keine Filtration durchgeführt, sondern es wird dort nur der Filterkuchen in Richtung auf das Filterkuchen- Austragsventil gedrückt sowie die abgepreßte Flüssigkeit zur Filterkammer zurückgeführt.
Das Ausmaß der Filterkuchenverdichtung (der Feststoffgehalt des Filterkuchens) kann gemessen werden. Dies geschieht bei­ spielsweise durch Erfassen des Drehmoments oder des auf die Kompressionsschnecke aufgegebenen Drucks. Falls der Dreh­ momentwert einen bestimmten erwarteten Wert überschreitet, wird das Ventil in der Filterkuchen-Austragszone geöffnet. Wenn der Drehmomentwert unter einen gewissen Standardwert sinkt, wird dieses Ventil geschlossen.
Selbst bei einer Filtriervorrichtung der vorgenannten Art dringen während einer langen Betriebszeit feine Teilchen der festen Komponente in den Filterkuchen oder das Filtermedium ein, so daß die Filtriergeschwindigkeit allmählich abnimmt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden ein Ablösen des Filterkuchens und ein Waschen des Filtermediums mittels Vor­ richtungen vorgenommen, die in der nachfolgend geschilderten Weise arbeiten.
Zuerst wird die Zufuhr der Aufschlämmung unterbrochen und eine Rückwaschflüssigkeit oder ein entsprechendes Fluid wird unter Druck, zum Beispiel mit einem Druck von etwa 1 bis 3 bar (1 bis 3 kg/cm2), in die Filtratkammer eingespeist. Dabei wird der gesamte Druck in der Filterzone auf diesen Wert gebracht.
Unter Einsatz beispielsweise einer Folgeschaltung wird für eine kurze Zeit, beispielsweise während einer Sekunde, ein sehr kleines Entspannungsventil an der Oberseite der Filter­ zone geöffnet, damit eine sehr kleine Menge der Aufschlämmung in der Filterzone entweicht und der Druck darin auf Null sinkt.
Die vorgenannte Rückwaschstufe wird mindestens einmal, im allgemeinen etwa fünf- bis zehnmal, während eines Zeitraums von wenigen Minuten durchgeführt, wodurch der aufgebaute Fil­ terkuchen abgelöst wird. Durch eine Druckspülung durch das Filtermedium hindurch wird auch das Filtermedium gereinigt.
Ein Zusetzen oder Verstopfen des Filterkuchens oder des Fil­ termediums wird als
  • 1. Zunahme der Filtrierzeit,
  • 2. Abnahme der Durchflußgeschwindigkeit des Filtrats pro Zeiteinheit oder
  • 3. Druckdifferenz zwischen der Filterzone und der Filtrat­ sammelkammer
erfaßt.
Wenn auf irgendeine solche Weise eine Verstopfung festge­ stellt wird, wechselt man vom Filterbetrieb zum Rückwasch­ betrieb.
Erfindungsgemäß wird von einer Erfassungsvorrichtung ein die Verstopfung anzeigendes Signal aufgenommen und dann wird die vorgenannte Rückwaschstufe gestartet.
Wenn die auf dem Filtermedium gebildete Filterkuchenschicht während des Spülens von der Oberfläche des Filtermediums abgelöst wird, wird dieser abgelöste Kuchen in die Filter­ kuchen-Verdichtungszone überführt bzw. er fällt in diese Zone. Dort wird er verdichtet. Ferner wird die während des Waschens nach außen abgeführte Aufschlämmung in die Vorrich­ tung, welche die Aufschlämmung unter Druck einspeist, oder in den Vorratstank der Aufschlämmung zurückgeführt. Dadurch kann in dem geschlossenen Kreislauf das Filtrieren kontinuierlich durchgeführt werden.
Nach dem vollständigen Waschen des Filtermediums wird das Entspannungsventil für die Aufschlämmung geschlossen und die Filtratsammelkammer wird mit dem Filtratgewinnungstank ver­ bunden. Anschließend wird das Ventil zur Einspeisung der Auf­ schlämmung geöffnet und die Druckfiltration sowie das Verdichten des Filterkuchens werden erneut gestartet.
Die jeweiligen Verfahrensschritte werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 erläutert den Hauptabschnitt einer ersten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Filterpresse. Sie weist einen Druckbehälter 1 mit einer Filterzone 2 und einer Filter­ kuchen-Verdichtungszone 3 auf. Die Filterzone 2 hat eine säulenartige und die Verdichtungszone 3 eine kegelstumpf­ artige Form. In der Filterzone 2 befinden sich ein Filter­ medium 4, eine an einer Seite des Filtermediums 4 angeordnete Filtratsammelkammer 5 und eine an der anderen Seite des Fil­ termediums 4 angeordnete Aufnahmekammer 6 für die Auf­ schlämmung und den Filterkuchen. Auf der Oberfläche des Fil­ termediums 4 wird eine Filterkuchenschicht 7 gebildet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 liegt das Filtermedium als eine Schicht mit zylindrischer Form vor, wobei die Aufnahme­ kammer 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen an der Innenseite dieses Filtermediums 4 und die Filtratsammelkammer 5 an der Außenseite des Filtermediums 4 angeordnet sind. Die Anordnung des Filtermediums 4, der Aufnahmekammer 6 für die Aufschlämmung und der Filtratsammelkammer 5 ist nicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschränkt. Das Filtermedium 4 kann auch in Form von zwei, drei oder mehreren Schichten vor­ liegen, um die Filterfläche zu vergrößern. Selbstverständlich kann das Filtrieren auch von der Außenseite des Filter­ mediums 4 her erfolgen.
Die Filterkuchen-Verdichtungszone 3 befindet sich unterhalb der Filterzone 2. Der Innenraum 8 der Verdichtungszone 3 steht mit der Aufnahmekammer 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen in Verbindung. Das untere Ende der Verdichtungs­ zone 3 ist über ein Filterkuchen-Austragsventil 9 mit einer Austragszone für verdichteten Filterkuchen verbunden.
Eine Antriebswelle 11 ist durch die Mitte der Filterzone 2 und die Mitte der Filterkuchen-Verdichtungszone 3 hindurch angeordnet. In dem der Filterzone 2 entsprechenden Abschnitt ist an der Antriebswelle 11 ein Abstreifer 12 zum Abstreifen des Filterkuchens befestigt. In dem der Verdichtungszone 3 entsprechenden Abschnitt ist die Antriebswelle 11 mit einer Schraube oder Schnecke 13 zum Verdichten des Filterkuchens ausgerüstet.
Über dem Druckbehälter 1 befindet sich eine Verlängerung 14, die beispielsweise einen Antriebsmotor 15 und ein Reduktions­ getriebe 16 trägt.
Da der Verdichtungsgrad des in der Verdichtungszone 3 gebil­ deten verdichteten Filterkuchens, d.h. der Feststoffgehalt des Kuchens, in fast paralleler Beziehung zu dem auf die Antriebswelle 11 übertragenen Drehmoment steht, ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Steuervorrichtung, d.h. eine Drehmomentsteuerung 17, vorgesehen, um das Filterkuchen- Austragsventil 9 zu steuern und damit für eine automatische Steuerung der Abgabe des verdichteten Filterkuchens zu sorgen.
An der Aufnahmekammer 6 für die Aufschlämmung und den Filter­ kuchen sind eine Aufschlämmungszuleitung 18 zum Einspeisen der Aufschlämmung sowie eine Aufschlämmungsentspannungslei­ tung 19 zur Entlastung der Aufschlämmung während der Rück­ waschstufe vorgesehen. Die Filtratsammelkammer 5 ist mit einer Filtratableitung 20 zum Abführen von Filtrat während der Filtrierstufe sowie eine Zuleitung 21 für Rückwasch­ flüssigkeit für deren Zuführung während der Rückwaschstufe eingerichtet.
Fig. 2 erläutert das Verfahrensdiagramm der erfindungsgemäßen Filterpresse. Die Aufschlämmungszuleitung 18 ist über ein Ventil CV-1 und eine Pumpe P-1 mit einem Aufschlämmungslager­ tank 22 verbunden, um die Aufschlämmung unter Druck einzu­ speisen. Die Filtratableitung 20 steht über ein Ventil C-2 mit einem Filtrattank 23 in Verbindung. Die Zuleitung 21 für die Rückwaschflüssigkeit, welche an die Filtratsammelkammer 5 angeschlossen ist, befindet sich über ein Ventil CV-3 und eine Waschflüssigkeitspumpe P-2 mit einem Lagertank 24 für Rückwaschflüssigkeit in Verbindung, um die Waschflüssigkeit unter Druck einspeisen zu können. Die Aufschlämmungsent­ spannungsleitung 19, welche an die Aufnahmekammer 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen angeschlossen ist, steht über ein Ventil CV-4 mit dem Aufschlämmungslagertank 22 in Verbindung. Ein Filterkuchen-Austragsventil CV-5 in Fig. 2 entspricht dem Ventil 9 in Fig. 1. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird das Zusetzen bzw. Verstopfen des Filter­ mediums 4 durch Messen der Druckdifferenz zwischen der Auf­ nahmekammer 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen und der Filtratsammelkammer 5 erfaßt, beispielsweise mit einem Druckdifferenzerfassungselement DPS.
In Fig. 3 ist in Form eines elektrischen Stromkreises ein Beispiel einer Folgeschaltung der in Fig. 2 gezeigten Elemente dargestellt, und zwar auf der Basis des Laufzeitdia­ gramms gemäß Fig. 4. In Fig. 3 bedeuten S1 einen Betriebsein­ schalter und S2 einen Betriebsausschalter sowie TrC die Dreh­ momentsteuerung 17 gemäß Fig. 1. Ferner steuert gemäß Fig. 3 ein Zähler CNT die Anzahl der Rückwaschvorgänge am Filter­ medium 4. Bei den Steuersignalen gemäß Fig. 4 bedeutet das den Ventilen CV-1 bis CV-5 zugeordnete Symbol "O" jeweils "offen" und jedes Symbol "C" jeweils "geschlossen".
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 werden nachfolgend die einzelnen Verfahrensschritte beschrieben.
1. Filtrationsstufe
Wenn der Betriebseinschalter S1 betätigt wird, wird ein Antriebsmotor M (15) in Betrieb gesetzt und dreht die Antriebswelle 11. Ein Relais Ry1 wird angesprochen, um das Zuleitungsventil CV-1 für die Zuführung der Aufschlämmung sowie das Filtratableitungsventil CV-2 zu öffnen sowie die Aufschlämmungspumpe P-1 anzutreiben. Gemäß Fig. 1 wird die zu filtrierende Aufschlämmung unter Druck in die Aufnahme­ kamner 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen einge­ speist, und der Feststoff in der Aufschlämmung wird als Fil­ terkuchenschicht 7 auf dem Filtermedium 4 abgetrennt. Gleich­ zeitig läuft die Flüssigkeit in der Aufschlämmung durch das Filtermedium 4, gelangt in die Filtratsammelkammer 5 und wird über das Ventil CV-2 in den Filtrattank 23 abgezogen.
Wenn die Dicke der Filterkuchenschicht 7 auf dem Filter­ medium 4 über einen vorgegebenen Wert hinaus zunimmt, wird die Filterkuchenschicht 7 durch den Abstreifer 12 abge­ streift, in die Filterkuchen-Verdichtungszone 3 fallenge­ lassen und mittels der Schnecke 13 verdichtet. Wenn das Ausmaß der Verdichtung, d.h. die Feststoffkonzentration, des verdichteten Filterkuchens über einem vorgegebenen Wert liegt, wird die Drehmomentsteuerung TrC durch die Zunahme des Drehmoments der Antriebswelle 11 angesprochen, um das Filter­ kuchen-Austragsventil CV-5 zu öffnen. Dadurch wird der Kuchen mit dem vorbestimmten Verdichtungsgrad durch die Austrags­ zone 10 hindurch ausgetragen. Auf diese Weise verläuft diese Verfahrensstufe kontinuierlich.
2. Rückwaschstufe
Wenn das Zusetzen oder die Verstopfung des Filtermediums 4 ein bestimmtes Ausmaß erreicht hat, wird das Element DPS für das Erfassen der Druckdifferenz angesprochen und ein Relais Ry2 erregt, um das Ventil CV-1 der Aufschlämmungszu­ leitung und das Ventil CV-2 der Filtratableitung zu schließen, wobei auch der Antrieb der Aufschlämmungspumpe P-1 unterbrochen wird. Dementsprechend wird der Druck in der Auf­ nahmekammer 6 für die Aufschlämmung und den Filterkuchen auf atmosphären Druck vermindert. Gleichzeitig wird das Ventil CV-3 für die Zuleitung der Rückwaschflüssigkeit geöffnet und die Pumpe P-2 für die Rückwaschflüssigkeit in Betrieb gesetzt, wodurch die Rückwaschflüssigkeit unter Druck der Filtratsammelkammer 5 und dem Filtermedium 4 zugeführt wird. Wenn das Relais Ry2 eingeschaltet ist, wird außerdem in den Zeitschaltern T1 und T2 die Zeiterfassung gestartet sowie in dem Zähler CNT die Zählung begonnen. In diesem Fall wird der Sollwert des Zeitschalters T2 größer eingestellt als jener des Zeitschalters T1.
Nach dem Ablauf einer gewissen kurzen Zeit wird der Zeit­ schalter T1 geschlossen, um das Entspannungsventil CV-4 für die Aufschlämmung zu öffnen, wodurch sie über dieses Ventil in den Aufschlämmungslagertank abgeführt wird. Gleichzeitig wird die Waschflüssigkeit durch das Filtermedium 4 hindurch­ gespült, d.h. es wird rückgewaschen. Nach dem Ablauf einer weiteren kurzen Zeit wird der Zeitschalter T2 betätigt, um das Entspannungsventil CV-4 für die Aufschlämmung zu schließen. Gleichzeitig wird die Zeiterfassung der Zeitschal­ ter T1 und T2 in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, gestartet, wodurch die Verfahrensstufe des Hindurchspülens der Waschflüssigkeit ausgeführt wird. Diese Spülstufe wird eine vorbestimmte Anzahl (n) mal wiederholt.
Bei dieser Wiederholung der Spülstufe wird der Zähler CNT angesprochen und ein Relais Ry3 erregt, wobei das Relais Ry2 außer Strom gesetzt wird. Das Entspannungsventil CV-4 für die Aufschlämmung wird geschlossen und der Betrieb der Pumpe P-2 für die Waschflüssigkeit unterbrochen, während das Ventil CV-1 für die Aufschlämmungszuleitung und das Ventil CV-2 für die Filtratableitung geöffnet werden und die Aufschlämmungspumpe P-1 eingeschaltet wird, um wieder die oben unter Ziffer 1 genannte Filtrationsstufe durchzuführen.
Durch das Spülen mit Waschflüssigkeit wird der Filterkuchen 7 von dem Filtermedium 4 abgelöst, während die Drehung der Antriebswelle 11 fortgesetzt wird, wodurch der Filterkuchen in die Verdichtungszone 3 befördert und ein Verdichten des Filterkuchens sogar während der Waschstufe erreicht wird. Dies ist ein herausstechender Vorteil der Erfindung.
Bei den in der erfindungsgemäßen Filterpresse zu filtrieren­ den Aufschlämmungen kann es sich um verschiedene wäßrige oder auf organischen Lösungsmitteln basierende Aufschlämmungen handeln, die Teilchen aus verschiedenen anorganischen und organischen Stoffen enthalten. Die Korngröße der Feststoff­ teilchen in der Aufschlämmung ist nicht besonders begrenzt. Im allgemeinen können Aufschlämmungen mit Teilchen mit einer geringen Korngröße von 1 bis 5 µm oder bis zu mehreren hun­ dert µm in der Filterpresse behandelt werden. Auch die Kon­ zentration der Feststoffkomponente in der Aufschlämmung ist nicht besonders eingeschränkt. Im allgemeinen können Aufschlämmungen mit einem großen Bereich der Konzentration der Feststoffkomponente von 0,1 bis 50 Gew.-% verarbeitet werden. Im Falle des Abfiltrierens von Feinteilchen, die im allgemeinen schwer abzutrennen sind, kann der Zusatz eines Filtrierhilfsmittels, wie Diatomeenerde, zweckmäßig sein. Ein herausragender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Filterpresse das Verfahren in einem geschlossenen System abläuft. Deshalb ist die Filterpresse für das Filtrieren einer Aufschlämmung, die eine flüchtige oder giftige Kompo­ nente enthält, besonders nützlich.
Für das Filtermedium können gestrickte, gewirkte und fließ­ artige Textilmaterialien aus natürlichen Fasern, organischen synthetischen Fasern, anorganischen Fasern, wie Kohlen­ stoffasern und Keramikfasern, sowie Metallfasern oder poröse gesinterte Körper aus synthetischen Kunststoffteilchen und Metallteilchen eingesetzt werden. Diese Filtermedien können in Form einer einzigen Schicht oder eines mehrschichtigen Laminats verwendet werden.
Der auf die zu filtrierende Aufschlämmung auszuübende Druck hängt von der Art der Aufschlämmung und des Filtermediums ab. Vorzugsweise beträgt er etwa 1 bis 5 bar (1 bis 5 kg/cm2) Überdruck, insbesondere 2 bis 4 bar (2 bis 4 kg/cm2) Über­ druck.
Als Waschflüssigkeit für die Rückwaschstufe kann die gleiche Flüssigkeit wie jene in der Aufschlämmung, eine vom Filtrat verschiedene Flüssigkeit oder ein Teil des Filtrats benutzt werden. In manchen Fällen kann Wasserdampf oder ein anderes Gas zum Rückwaschen verwendet werden.
Im allgemeinen ist es bevorzugt, daß der auf die Wasch­ flüssigkeit ausgeübte Druck etwa 1 bis 2 bar (1 bis 2 kg/cm2) Überdruck beträgt. Ferner ist es bevorzugt, daß die Zeit (t1), während der die Entspannung der Aufschlämmung unter­ brochen wird, 1 bis 30 s und die Zeit (t2 minus t1) während der das Hindurchspülen der Waschflüssigkeit erfolgt, 1 bis 10 s betragen. Die Häufigkeit (n) des Hindurchspülens der Waschflüssigkeit hängt von der Klebrigkeit des Filterkuchens ab, beträgt aber vorzugsweise 1 bis 30.
Im Rahmen der Erfindung kann eine sehr hohe Verdichtung erreicht werden, wobei ein verdichteter Filterkuchen mit einer höheren Feststoffkozentration als bei den bekannten Filterpressen erhalten wird. Der verdichtete Filterkuchen wird in Strang- oder Stabform abgeführt. Wie oben erwähnt, erfolgt die Abgabe des verdichteten Filterkuchens während des Betriebs im wesentlichen kontinuierlich.
Die erfindungsgemäße Filterpresse kann in verschiedener Hinsicht unterschiedlich ausgebildet sein. Bevorzugte Beispiele solcher anderer Ausführungsformen werden nachfol­ gend beschrieben.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind in der Umfangsrich­ tung eines zylindrischen Filtermediums an der Innenwandober­ fläche der Filterzone 2 plattenartige gewellte Filtermedien 4 im Abstand angeordnet, die in radialer Richtung vorstehen. Bei Verwendung dieser Filtermedien kann die Filterfläche erhöht werden, wie in Fig. 6-A und 6-B dargestellt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist in der Filterzone 2 ein inneres zylindrisches Filtermedium 25 koaxial zu der Antriebswelle 11 angeordnet, und ein äußeres zylindrisches Filtermedium 26 ist in geringem Abstand von dem Gehäuse der Filterzone 2 vorgesehen. Weiterhin ist mindestens ein ring­ röhrenförmiges zylindrisches Filtermedium 27 zwischen dem inneren zylindrischen Filtermedium 25 und dem äußeren zylin­ drischen Filtermedium 26 ausgebildet. Dazwischen gibt es Abstreifer, um den Filterkuchen abzustreifen.
Die Filterpresse gemäß dieser Ausführungsform weist eine zylindrische Filterzone 2 und eine konische Filterkuchen-Ver­ dichtungszone 3 auf, wobei die Filterzone 2 vertikal angeord­ net ist und die Verdichtungszone 3 mit dem unteren Abschnitt der Filterzone 2 verbunden ist.
An der Antriebswelle 11 ist ein inneres zylindrisches Filter­ medium 25 angeordnet, das mit ihr drehbar ist. Das Filter­ medium 25 hat einen Innenraum 25a. Ein äußeres zylindrisches Filtermedium befindet sich auf einem perforierten Träger in geringem Abstand von der Innenwand der Filterzone 2. Zwischen dem Filtermedium 26 und der Innenwand der Filterzone 2 besteht ein Filtratsammelraum 26a. Gewünschtenfalls kann in dem Raum zwischen dem Filtermedium 25 und dem Filtermedium 26 ein ringröhrenförmiges Filtermedium 27 vorgesehen sein. Ein Innenraum 27a des Filtermediums 27 steht über einen Durchgang 28 mit dem Raum 26a in Verbindung.
Mit der Antriebswelle 11 ist eine Hohlwelle 30 verbunden, die mit einem Filterkuchen-Abstreifmesser ausgerüstet ist. Ein Antriebsmotor 15′ und ein Reduziergetriebe 16′ sind für den Antrieb dieser Hohlwelle 30 vorgesehen. Die Hohlwelle 30 wird unabhängig von der Antriebswelle 11 angetrieben, und zwar mit einer Drehzahl, die sich von jener der Antriebswelle 11 unterscheidet.
Das Filtrat aus dem Filterinnenraun 25a strömt durch eine Öffnung 31 in einen ersten Filtratdurchgang 32 entlang der Achse der Antriebswelle 11 und wird dann durch einen zweiten Filtratdurchgang 32a nach außen abgegeben. Schließlich ist in Fig. 7 noch der abzuführende Filterkuchen 33 dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 weist die Filterpresse einen Verteiler 35 mit einer Mehrzahl an rohrförmigen Filter­ medien 34 auf. Die Filterkuchen-Verdichtungszone 3 ist mit einer konischen Form ausgebildet und steht mit dem unteren Abschnitt der zylindrischen Filterzone 2, die vertikal ange­ ordnet ist, in Verbindung. Eine Aufschlämmungszuleitung 18 und ein Entspannungsventil CV-4 für die Aufschlämmung befin­ den sich im oberen Bereich der Filterzone 2. Im unteren Bereich der Filterzone 2 befindet sich eine Filtratablei­ tung 20, die mit dem Verteiler 35 verbunden ist. Ein Filter­ kuchen-Austragsventil 9 ist unterhalb der Verdichtungszone 3 angeordnet.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist die Filterzone 2 zylindrisch ausgebildet und vertikal angeordnet. Die Filter­ kuchen-Verdichtungszone 3 hat eine konische Form und ist mit dem unteren Abschnitt der Filterzone 2 verbunden. Ein Vertei­ ler 35 mit einer Mehrzahl an davon gehaltenen kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Filtermedien 40 befindet sich in der Filterzone 2.
Bei der in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten Ausführungsform weist die Filterpresse eine zylindrische Gestalt auf und erstreckt sich seitlich. Die Filterkuchen-Verdichtungszone 3 ist mit einer sich verjüngenden Form ausgebildet und steht mit dem unteren Bereich der Filterzone 2 in Verbindung. Ein Verteiler 35 mit einer Mehrzahl von davon gehaltenen kreis­ förmigen, quadratischen oder rechteckigen Filtermedien 40 befindet sich in der Filterzone 2.
Die erfindungsgemäße Filterpresse weist eine Filterzone, die ausschließlich zur Filtration benutzt wird, und eine Filter­ kuchen-Verdichtungszone, die ausschließlich zum Verdichten des Filterkuchens dient, auf. Die Filterzone ist in eine Kammer für die Aufschlämmung und für das Halten des Filter­ kuchens sowie in eine Filtratsammelkammer aufgeteilt. In diese Filterpresse wird eine Aufschlämmung unter Druck einge­ speist, um die Filtration und die Verdichtung eines Filter­ kuchens sowie dessen Ablösung von der Filterfläche zu bewir­ ken, wobei das Zusetzen des Filtermediums in Form der Druck­ differenz zwischen der Aufnahmekammer für die Aufschlämmung und den Filterkuchen sowie der Filtratsammelkammer, der Abnahme der Fließgeschwindigkeit des Filtrats oder der Länge der Filtrierzeit erkannt wird. Aufgrund des Erkennens dieser Erscheinungen wird die Zufuhr der Aufschlämmung unterbrochen und eine Waschflüssigkeit wird unter Druck in die Filtrat­ sammelkammer eingeführt. Die Aufschlämmung wird intermittie­ rend entspannt, und die Waschflüssigkeit wird durch das Fil­ termedium hindurchgespült. Mit der erfindungsgemäßen Filter­ presse mit dem vorgenannten Aufbau werden folgende Vorteile erreicht:
  • 1. Eine Reihe von Filtrationsstufen, die Stufe der Filter­ kuchenabführung und die Stufe des Waschens des Filter­ mediums können mit wesentlich verringertem Zeitaufwand automatisch durchgeführt werden, wodurch die Filtration im wesentlichen kontinuierlich abläuft;
  • 2. Alle Stufen können in einem geschlossenen System durchge­ führt werden, wobei das Filtrieren und das Waschen durch alleinige Benutzung des Drucks der Aufschlämmung und des Drucks der Waschflüssigkeit erfolgen können und der Wechsel zwischen diesen beiden Stufen sehr rasch und automatisch geschehen kann;
  • 3. Durch ein intermittierendes Hindurchspülen der Wasch­ flüssigkeit wird in sehr kurzer Zeit unter Einsatz einer kleinen Menge der Waschflüssigkeit ein Waschen des Filtermediums erreicht;
  • 4. Das Verdichten des Filterkuchens erfolgt sogar während der Waschstufe, und der abgelöste Filterkuchen fällt automatisch nach unten und wird durch das Spülen mit der Waschflüssigkeit der Filterkuchen-Verdichtungszone zuge­ führt, d.h. das Verdichten des Filterkuchens und die Abgabe des verdichteten Kuchens werden während der Fil­ trationsstufe automatisch durchgeführt mit dem Ergebnis, daß die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit der Filter­ presse wesentlich erhöht wird;
  • 5. Wegen des oben unter Ziffer 2 genannten Vorteils besteht eine hohe Betriebssicherheit und es ergibt sich kein wesentliches Risiko für eine Umweltverschmutzung;
  • 6. Wegen der obengenannten Vorteile kann die Erfindung sehr gut zum kontinuierlichen Filtrieren einer Vielzahl von Aufschlämmungen benutzt werden, die sich in ihren Eigen­ schaften unterscheiden, wobei keine zusätzliche Arbeits­ kraft benötigt wird.

Claims (6)

1. Geschlossene und kontinuierlich arbeitende Filterpresse, gekennzeichnet durch
eine Filterzone (2) mit einer Filtratsammelkammer (5) und einer Aufnahmekammer (6) für eine Aufschlämmung und einen Filterkuchen, die auf beiden Seiten eines Filtermediums (4) angeordnet sind,
eine Filterkuchen-Verdichtungszone (3), die mit der Auf­ nahmekammer (6) für die Aufschlämmung und den Filter­ kuchen in Verbindung steht und in welcher der aus der Aufnahmekammer (6) fallende Filterkuchen verdichtet wird,
eine Austragszone (10) für verdichteten Filterkuchen, die mit dem Ende der Filterkuchen-Verdichtungszone (3) in Verbindung steht,
eine Steuervorrichtung für den Filterkuchenaustrag für das Erfassen des Ausmaßes der Verdichtung des Filter­ kuchens in der Verdichtungszone (3) und für das Austragen des Filterkuchens, der das vorbestimmte Ausmaß der Verdichtung aufweist, durch Öffnen und Schließen eines Steuerventils (9, CV-5) für den Filterkuchenaustrag,
eine geschlossene Welle (11) mit einem Antriebsmotor (15), wobei sich die Welle (11) von der Filterzone (2) bis zur Filterkuchen-Verdichtungszone (3) erstreckt und in der Filterzone (2) Abstreifer (12) und in der Verdich­ tungszone (3) Verdichtungsflügel (13) aufweist,
eine Anzeige- und Steuervorrichtung für den Wechsel zwischen dem Filterbetrieb und dem Rückwaschbetrieb der Filterpresse, wobei ein Verstopfen des Filtermediums (4) im Laufe der Filtration erfaßt wird,
eine Vorrichtung (18, CV-1) zum Zuführen einer unter Druck zu filtrierenden Aufschlämmung in die Aufnahme­ kammer (6) für die Aufschlämmung und den Filterkuchen,
eine Vorrichtung zum Zuführen einer Rückwaschflüssigkeit unter Druck in die Filtratsammelkammer (5),
eine Vorrichtung zum Umschalten zwischen dem Filtrat­ auslaßventil (CV-2) und dem Einlaßventil (CV-3) für die Rückwaschflüssigkeit an der Filtratsammelkammer (5),
eine Vorrichtung (19, CV-4) für eine rasche Druckabnahme in der Aufnahmekammer (6) für die Aufschlämmung durch Ablassen einer sehr kleinen Menge der Aufschlämmung durch ein Entspannungsventil (CV-4),
eine Rückwaschvorrichtung zum Druckspülen, wobei die Aufnahmekammer (6) für die Aufschlämmung abwechselnd mindestens einmal durch Einpressen von Rückwasch­ flüssigkeit unter Druck gesetzt und durch Ablassen einer sehr kleinen Menge der Aufschlämmung durch ein kleines Entspannungsventil (CV-4) entspannt wird, um den Filter­ kuchen von dem Filtermedium (4) abzuschälen, und
ein Gesamtsteuersystem zum automatischen und kontinuier­ lichen Durchführen aller Filtrationsschritte, der Filter­ kuchenverdichtung, des Austrags des verdichteten Filter­ kuchens, und des Rückwaschens des Filtermediums (4) in einem geschlossenen System.
2. Filterpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium (4) eine gewellte oder gezackte Ober­ fläche aufweist.
3. Filterpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit multikonzentrischen zylindrischen Filtermedien (25, 26) ausgerüstet ist und
  • a. ein äußeres zylindrisches Filtermedium (26) neben dem Filtratbehälter angeordnet ist,
  • b. eine innere zylindrische Filterkammer (25a) sich um eine perforierte Welle (30) herum befindet, wobei das Filtrat durch das zugehörige Filtermedium an der Außenoberfläche der Kammer (25a) hindurch in die Kammer (25a) eintritt und durch Öffnungen (31) der perforierten Welle (30) nach oben strömt,
  • c. ein ringröhrenförmiges zylindrisches Filter (27) zwi­ schen dem unter a) genannten äußeren zylindrischen Filtermediun (26) und der unter b) angegebenen inne­ ren zylindrischen Filterkammer (25a) vorgesehen ist sowie ein äußeres und ein inneres Filtermedium auf­ weist sowie das Filtrat innerhalb des Filters hält und in den Filtratbehälter neben dem Gehäuse einführt, und
  • d. Flügel zum Abstreifen des zurückgebliebenen Filter­ kuchens von den unter a), b) und c) genannten Filter­ medien an der Welle befestigt sind und in den Räumen zwischen diesen Filtermedien rotieren.
4. Filterpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden von vertikalen rohrförmigen Filtermedien (34) mit einem oberen und einem unteren Verteiler (35) ver­ bunden sind, die das Filtrat durch die vertikalen rohrförmigen Filtermedien (34) aufnehmen und es an die Außenseite des Filterbehälters abgeben.
5. Filterpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrfache Schichten von kreisförmigen oder rechteckigen Filtermedien mit einem Verteiler (35) verbunden sind, worin das durch jedes Filtermedium hindurchtretende Fil­ trat für den Transport zur Außenseite des Filterbehälters gesammelt wird.
6. Filterpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Filterzone (2) ein Filtermedium (4) angeordnet ist, das nicht den Filtermedien (4) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 entspricht.
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