DE4123143C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Filterung, einer Suspension nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift DE 36 14 668 A1 bekannt. Bei dem entsprechenden Filter werden die unterschiedlichen Verfahrenszonen zur Kuchenbildung, Kuchenwaschung und Kuchenentfeuchtung jeweils über ein getrenntes Rohr mit einem separaten Abscheider verbunden. Die einzelnen Abscheider können auf unterschiedliche Druckdifferenzen eingestellt werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 52 175 ein Steuerkopf an einem Zellendrehfilter bekannt, bei dem der gesamte Bereich einer Kuchenbildungszone in zwei Teilzonen zerlegt ist, die mit derselben Druckdifferenz beaufschlagt sind.

Bei diesen Filtern, z. B. dem Trommelfilter, ist das Filter­ medium in ein Suspensionsbad eingetaucht, wobei sich die Festkörper aus der Suspension durch Aufbringung einer Druckdifferenz zwischen Suspensions- und Filtratraum an dem Filtermedium anlagern.

Hierbei besteht das Problem, daß die Anlagerunsgeschwindig­ keit der Feststoffpartikel an dem Filterkuchen mit steigen­ der Filterkuchendicke abnimmt, weil an dem Filterkuchen selbst ein mit der Filterkuchendicke steigender Druckanteil abfällt.

Dieses Problem könnte man prinzipiell dadurch beheben, daß man von vorneherein eine sehr große Druckdifferenz an dem Filtermedium anlegt. Die Höhe der Druckdifferenz ist jedoch durch die mechanischen Eigenschaften des Filtermediums und des Trägers für das Filtermedium begrenzt und andererseits ist das Anlegen höherer Druckdifferenzen in der Anfangspha­ se der Filterkuchenbildung nicht erwünscht, weil dies zu inhomogenem Filterkuchen führen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, die eine schnelle Bildung eines homogenen Filterkuchens erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zu Beginn der Kuchenbildungsphase ein geringer Differenzdruck zwischen dem Suspensionsraum und dem Filtratraum einstellen. Auf diese Weise wird eine homogene, gleichmäßige Anlagerung der Feststoffpartikel an dem Filtermedium gewährleistet. Mit steigender Filterku­ chendicke kann dann der Differenzdruck zwischen Suspen­ sions- und Filtratraum erhöht werden, was ein Absenken der Kuchenbildungsrate verhindert und sogar eine schnellere An­ lagerung der Feststoffe an den Filterkuchen erlaubt. Dies ist mit steigender Filterkuchendicke möglich, weil der Fil­ terkuchen selbst eine gewisse mechanische Stabilität auf­ weist und da partielle Druckdifferenzen zwischen verschie­ denen Abschnitten des Filtermediums durch den Filterkuchen selbst ausgeglichen werden.

Selbstverständlich ist nicht nur die Bildung des Filterku­ chens mit unterschiedlichen Druckdifferenzen möglich, son­ dern auch die weitergehende Verfahrensführung. So kann z. B. eine Vorverdichtung des Filterkuchens mit einem anderen Differenzdruck durchgeführt werden als die Entfeuchtung des Filterkuchens.

Für die Realisierung unterschiedlicher Druckdifferenzen in einem Kuchenherstellungszyklus ist es notwendig, daß mehre­ re, voneinander getrennte Filtraträume in Bewegungsrichtung des Filtermediums hintereinander angeordnet sind.

Diese Filtraträume, z. B. Abscheidekammern, können stationär angeordnet sein oder sich zusammen mit dem Filtermedium bewegen.

Die folgenden Überlegungen hierzu werden zur Veranschauli­ chung anhand eines Trommelfilters erläutert, wobei jedoch klargestellt sein soll, daß die Konstruktionsprinzipien auch auf andere kontinuierliche Filter wie z. B. Bandfilter übertragbar sind.

Bei der Ausbildung von stationären Abscheidekammern sind diese in bestimmten Sektoren der Filtertrommel angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß in einem bestimmten Sek­ tor der Filtertrommel immer ein gewisser Druck herrscht. Das Filtermedium überstreicht nacheinander alle in der Fil­ tertrommel angeordneten Filtraträume, wodurch sich eine Ab­ folge von Druckdifferenzen ergibt, die der Druckdifferenz zwischen dem Suspensionsraum und dem in den jeweiligen Ab­ scheidekammern eingestellten Gegendruck ergibt.

Nach Bedarf wird der maximal zur Verfügung stehende Druck im Suspensionsraum eingestellt. Der entsprechende Gegen­ druck in einer Abscheidekammer wird dann über ein Regelven­ til eingestellt, das mit der Filtratkammer verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich Druckdifferenzen von Null bis zu dem im Suspensionsraum herrschenden Druck einstellen. Wenn der Filtratraum evakuiert wird, läßt sich sogar ein gegenüber dem Druck im Suspensionsraum um 0,8 bar erhöhter Differenzdruck einstellen.

Bei Realisierung dieses Prinzips der stationären Abscheide­ kammern ist es notwendig, daß das relativ zu den Abscheide­ kammern bewegte Filtermedium und/oder der Träger für das Filtermedium relativ dicht mit den Trennwänden der Kammern abschließt, da ansonsten an diesen Stellen ein Druckabfall oder ein Überdruck auftreten würde.

Dieses Problem entfällt, wenn sich die Abscheidekammern zu­ sammen mit dem Filtermedium bewegen. In diesem Falle sind sehr viele axial zur Achse des Trommelfilters angeordnete Abscheidekammern vorgesehen, die in der Art von länglichen Zellen auf der Unterseite des Filtermediums angeordnet sind. In diesen zellenförmigen Abscheidekammern wird nun nicht ein konstanter Druck eingestellt, sondern der Druck wird entsprechend der augenblicklichen Lage der Zelle in der Filtertrommel eingestellt. Zu diesem Zweck ist ein sta­ tionärer Regelmechanismus vorgesehen, der die Zuführungen zu den einzelnen Zellen überstreicht. Dieser Regelmechanis­ mus kann als Abdeckplatte ausgebildet sein, die unter Fe­ dervorspannung gegen die offenen Stirnseiten der Zuführung anliegt. Die Gaszuführungen bzw. Filtratabführungen der einzelnen Zellen sind daher an die Stirnseite der Filter­ trommel geführt. Die Vorspannung der Abdeckplatten gegen die Zuführungen wird in verschiedenen Sektoren der Filter­ trommel unterschiedlich eingestellt, so daß sich für ver­ schiedene Zyklen der Filterkuchenherstellung unterschiedli­ che Differenzdrücke einstellen lassen. Dieser Differenz­ druck wird wiederum als Differenzdruck zum Druck im Suspen­ sionsraum eingestellt.

Selbstverständlich ist es auch möglich den Regelmechanismus als Regelventil auszubilden, der die einzelnen Zellen mit einer externen Druckversorgung verbindet.

Da sich das Filtermedium relativ zu den Zellen nicht be­ wegt, ist die Abdichtung zwischen dem Filtermedium und den Zellenwänden nicht so aufwendig wie bei den stationären Ab­ scheidekammern. Dafür ist bei den mit dem Filtermedium ro­ tierenden Zellen ein aufwendigerer Regelmechanismus für die Einstellung unterschiedlicher Drücke in unterschiedlichen Sektoren des Trommelfilters erforderlich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in der Ku­ chenbildungsphase unterschiedliche Drücke eingestellt wer­ den. In der Kuchenbildungsphase durchläuft das Filtermedium ein Suspensionsbad. Insbesondere bei der Verwendung der mitrotierenden zellenförmigen Abscheidekammern kann hier mit feiner Auflösung ein ansteigender Differenzdruck einge­ stellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der sche­ matischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Trommelfilters mit sek­ toriell angeordneten Abscheidungskammern;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf einen Trommelfilter mit rotierenden, zellenförmigen Abscheidekammern;

Fig. 3 einen Schnitt III-III aus Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Trommelfilter 10 umfaßt eine Filtertrommel 12, die in einem Suspensionsbad 14 angeordnet ist. Die Filtertrommel 12 dreht sich in Richtung A, wobei innerhalb eines Drehzyklus (360°) ein weitgehend entfeuch­ teter Filterkuchen gebildet wird. Der Innenraum der Filter­ trommel 12 dient als Filtratraum und ist in verschiedene Sektoren 16 bis 30 unterteilt. Zwischen den Sektoren 16 bis 30 sind feste Wände angeordnet, die die Sektoren 16 bis 30 gasdicht voneinander abtrennen. Auf diese Weise können in den verschiedenen Sektoren unterschiedliche Drücke einge­ stellt werden.

Die Sektoren 16 bis 20 sind in der Kuchenbildungszone des Filterprozesses angeordnet. In dieser Zone überstreicht das auf der Mantelfläche 32 des Zylinders angeordnete Filterme­ dium das Suspensionsbad 14. Die Filtertrommel 12 ist in ei­ nem Druck- oder Suspensionsraum angeordnet, in dem ein fest vorgebbarer Druck, z. B. von 4 Atmosphären, eingestellt wer­ den kann. In den Filtratkammern 16 bis 20 werden nun unter­ schiedliche Gegendrücke eingestellt, so daß in den Sektoren 16 bis 20 die Kuchenbildung mit unterschiedlichem Diffe­ renzdruck erfolgt. Der Gegendruck wird z. B. im Filtratraum 16 auf 3,5 bar, im Filtratraum 18 auf 3,0 bar und im Fil­ tratraum 20 auf 2,0 bar eingestellt. Dadurch ergeben sich in diesen drei aufeinanderfolgenden Kuchenbildungsphasen Differenzdrücke von 0,5 bar, 1 bar und 2 bar zum Druck- oder Suspensionsraum außerhalb der Filtertrommel 12. Zu Be­ ginn der Kuchenbildungsphase erfolgt daher die Kuchenbil­ dung mit einem sehr geringen Differenzdruck von 0,5 bar, was den Aufbau eines sehr homogenen Kuchens zur Folge hat. Nach Überstreichen des Sektors 16 hat der auf dem Filterme­ dium gebildete Kuchen eine bestimmte Dicke. Beim Überstrei­ chen des dem Sektor 18 zugeordneten Filtratraums wird nun ein höherer Differenzdruck angelegt, was dazu führt, daß die Kuchenbildungsrate durch die erhöhte Filterkuchendicke nicht abgesenkt wird. Nachdem das Filtermedium den Sektor 18 überstrichen hat, wird der Differenzdruck am Ende der Kuchenbildungsphase beim Überstreichen des Sektors 20 noch einmal um 1 bar auf 2 bar erhöht.

Beim Überstreichen der Zone 22 wird auf den gebildeten Fil­ terkuchen eine Deckschicht zur Verringerung der Porosität zur Erhöhung des kapillaren Eintrittsdrucks für den nach­ folgenden Vorverdichtungsvorgang in der Zone 24 aufge­ bracht. In dem dem Sektor 24 zugeordneten Filtratraum wird ein Gegendruck von 1 bis 2 bar eingestellt, wodurch die Vorverdichtung des Filterkuchens mit einem Druck von 2 bis 3 bar erfolgt. In der Zone 26 wird ein Überdruck von 0 bar eingestellt oder sogar ein Vakuum angelegt, was zu einem Entfeuchtungs- oder Entsättigungsdifferenzdruck von 4 bis 4,8 bar führt, wenn im Suspensionsraum außerhalb der Fil­ tertrommel 12 ein Überdruck von 4,0 bar herrscht. Der Fil­ tratraum im Sektor 28 ist wie der Suspensionsraum auf einen Überdruck von 4 bar gehalten, um den Differenzdruck auf den Filterkuchen auf Null zu reduzieren. Nach Überlaufen des Sektors 28 wird der Filterkuchen mittels eines Schabers 34 von der Filtertrommel abgehoben. Der Sektor 30 stellt eine neutrale Zone dar, in der der Druck auf gleicher Höhe wie der Suspensionsdruck eingestellt wird.

Fig. 2 zeigt einen Trommelfilter ähnlich Fig. 1 mit dem Un­ terschied, daß hier viele zellenförmige Abscheidekammern 36 in der Filtertrommel 38 vorgesehen sind, die sich zusammen mit dem Filtermedium drehen.

Die Wirkungsweise dieses Trommelfilters 35 wird anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Die zellenförmigen Abscheidekammern 36 sind axial zur Drehachse der Filtertrommel 38 ausgerich­ tet. Jede zellenförmige Abscheidekammer 36, nachfolgend Zelle genannt, hat eine Zuführung 40, die in plane Rohr­ flansche 42 in der Stirnseite 44 der Filtertrommel 38 mündet. Diese planen Rohrflansche werden, wie in Fig. 3 dargestellt, in bestimmten Sektoren, ähnlich wie in Fig. 1, von Abdeckplatten 46 abgedeckt, die mittels einstellbarer Federn 48 gegen die planen Rohrflansche dicht anliegen. Durch die Federvorspannung kann in den Zellen 36 ein vor­ gebbarer Differenzdruck zum Suspensionsraum eingestellt werden. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Trommelfilter durchläuft hier jede Zelle alle Phasen der Filterkuchenherstellung. Das in den Zellen 36 angestaute Filtrat wird in Sektoren entleert, die den Zonen 28 und 30 aus Fig. 1 entsprechen. Diesen Sektoren sind keine Abdeckplatten 46 vor den Rohrflanschen angeord­ net, so daß das Filtrat unterstützt durch eine leichte Nei­ gung des Zellenbodens 50 durch die Zuführung 40 abfließen kann.

Es ist selbstverständlich auch möglich, in unterschiedli­ chen Sektoren entsprechend den in Fig. 1 dargestellten Sek­ toren 18 bis 30 stationäre Druckanschlüsse vorzusehen, die über die Rohrflansche 48 gleiten, die in diesem Fall vor­ zugsweise als Flanschring zu einer planen Anflanschfläche verbunden werden. Das die Mantelfläche der Filtertrommel 38 überspannende Filtermedium 52 wird von einem Träger 54 gehalten, der dem Differenzdruck zwischen Suspensionsraum und Filtratraum 36 standhält.

Claims (1)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Filterung einer Suspension, bei dem auf einem Filtermedium ein Filterkuchen durch Anlegen einer Druckdifferenz gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kuchenbildungszone während der Kuchenbildung die Druckdifferenz in Abhängigkeit von der wachsenden Filterkuchendicke sukzessive erhöht wird.