DE4123144C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfeuchtung eines Filterkuchens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrie­ benen Art ist aus dem Artikel "FILTER CAKE DEWATERING BY PERMEATION OF NON-NEWTONIAN FLUIDS AND BY USE OF "DIFFICULT TO FILTER" SLURRIES"", veröffentlicht in "PROCEEDING Part I", Vol. 8, des 4. Welt-Filter-Kongresses, der vom 22.-25. April 1986 in Ostende, Belgien stattgefunden hat, be­ kannt.

Zur Durchführung einer kontinuierlichen Preßfiltration ist es aus dieser Druckschrift bekannt, auf dem Filterkuchen eine dünne Deckschicht aus Bentonit aufzubringen, die bei der Entfeuchtung des Filterkuchens als mechanischer Kolben wirkt, der den Filterkuchen mit Druck beaufschlagt. Die Bentonit-Deckschicht stellt auf dem Filterkuchen einen Fremdstoff dar, der nicht in allen Anwendungsfällen verwen­ det werden kann.

Weiterhin sind aus der DE 32 45 231 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern von feinkörnigem Schlamm bekannt, mit dem Ziel, den Durchschlag von Feinteilchen durch ein Sieb (Setztuch) möglichst zu verhindern. Um den Durchschlag von feinen Partikeln durch das Sieb zu vermei­ den oder zumindest zu vermindern, wird das aus feinen Par­ tikeln bestehende Material, welches entfeuchtet werden soll, mit einer Schicht aus gröberen Partikeln unterlegt. Beide Schichten werden dann durch Gas-Differenzdruck ent­ feuchtet. Die beiden Schichten bestehen aus Feststoffen mit starren Teilchen, so daß der Filterkuchen inkompressibel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine besonders effiziente Entfeuchtung eines Filterkuchens mit geringem kapillarem Eintrittsdruck unter geringem apparati­ vem Aufwand in der Weise ermöglicht, daß eine Rißbildung im Filterkuchen möglichst weitgehend verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale ge­ löst.

Die Deckschicht kann z. B. in einem Sprühnebel aufgesprüht oder in einem weiteren Tauchbad aufgeschichtet werden. Die Deckschicht mit der feinen Porosität ließe sich auch durch Aufschäumen der Suspension auf den Filterkuchen anlagern.

Der Suspensionsstrom wird z. B. in einem Trenn- oder Klas­ siergerät geteilt. Dies kann beispielsweise dadurch gesche­ hen, daß der Suspensionsstrom einem Trenn- oder Klassier­ gerät zugeführt wird, dessen Überlauf für die Deckschicht und dessen Unterlauf für den Filterkuchen verwendet wird. Zur Steigerung der Kuchenbildungsrate kann z. B. dem Teil­ strom im Unterlauf ein Flockungsmittel beigesetzt werden, während dem Teilstrom im Überlauf ein Eindickungsmittel zu­ gesetzt wird, das die Viskosität erhöht und verhindert, daß die aufgebrachte Suspension vor einer Schichtbildung von dem Filterkuchen herunterläuft.

Das Zusetzen eines Flockungsmittels und/oder die Klassie­ rung der Suspension bewirken, daß der Teilstrom im Unter­ lauf nach der Kuchenbildung relativ grobporig ist und damit einen niedrigen kapillaren Eintrittsdruck, jedoch eine hohe Kuchenbildungsrate aufweist. Demgegenüber ist der Teilstrom im Überlauf sehr feinkörnig und bildet auf dem Filterkuchen eine Schicht, deren Porengrößenverteilung zu niedrigeren Porenradien hin verschoben ist. Diese Schicht hat demnach einen sehr viel größeren kapillaren Eintrittsdruck als der Filterkuchen selbst.

Daher kann auf den Filterkuchen ein sehr viel größerer Preß- oder Entfeuchtungsdruck aufgebracht werden, als es der kapillare Eintrittsdruck des Filterkuchens zulassen würde. Durch den höheren Preßdruck wird der Filterkuchen besser vorverdichtet und kann daher ohne Rißbildung bis zu einer geringeren Restfeuchte entfeuchtet werden.

Dieses Verfahren läßt sich auch bei der Herstellung von un­ terteilten Filterkuchen mittels Matrix-Filtertüchern ver­ wenden. Bei diesen Matrix-Filtertüchern ist das Filtermedi­ um von undurchlässigen Stegen unterteilt. Der Filterkuchen ist im Bereich dieser Stege in seiner Dicke stark redu­ ziert, wenn nicht sogar unterbrochen. Während eine Ent­ feuchtung dieser Filterkuchen mit Preßband annähernd un­ möglich war, können derartige dickenvariable Filterkuchen nun auch mit höherem Druck entfeuchtet werden.

Für die Deckschicht wird eine geringe Menge von weniger als etwa 5% der Suspension benötigt. Dieser Teil wird vor der Flockung aus der Zulaufleitung abgezweigt und an der Stelle des aus der Suspension auftauchenden Filterkuchens auf des­ sen Oberfläche gleichmäßig aufgegeben. Die Suspension für die Deckschicht kann hierbei zersprüht, zerstäubt, getropft oder aufgeregnet werden. Die Suspension wird auf der Ober­ fläche des Filterkuchens angesaugt und bildet eine dünne Feststoffschicht auf dem eigentlichen Filterkuchen. Da die­ ses Material sehr fein und nicht geflockt ist, ist es sehr viel dichter als der Filterkuchen selbst und hat damit ei­ nen sehr viel höheren kapillaren Eintrittsdruck. Diese Schicht bleibt aufgrund ihres ständigen Feuchtigkeitsgehal­ tes plastisch und kann wegen der immer aufrechterhaltenen Sättigung der Verformung des darunter liegenden Kuchens folgen.

Es gibt eine Zahl möglicher Varianten, wie die zu zersprü­ hende Suspension besser aufbereitet werden könnte, um eine weitgehend luftundurchlässige Beschichtung oder "Lackie­ rung" des Filterkuchens zu erreichen. Eine zu dünnflüssige Suspension müßte in diesem Sinne eingedickt werden. Dies könnte z. B. durch Aufkonzentrierung der entsprechenden Sus­ pension realisiert werden.

Viele Filterkuchen sind selbst nach der Komprimierung bzw. Entsättigung durch Luftdurchblasen noch thixotrop. Durch kräftiges Scheren lassen sich solche Filterkuchen wieder zu einer Paste verflüssigen. Diese könnte mit oder ohne Ver­ dünnung mit der Suspension für die Deckschicht zersprüht werden. Bei Verwendung eines Trenn- oder Klassiergeräts verwendet man den Feinanteil des Feststoffes entsprechend der Kornverteilung, um die Deckschicht zu erzeugen. Wenn man den Preß- oder Entfeuchtungsdruck noch weiter steigern möchte, um den Auspreßeffekt zu verbessern, kann es sein, daß die feinere Kornverteilung der Deckschicht nicht zur gewünschten Erhöhung des kapillaren Eintrittdrucks aus­ reicht. In diesem Fall müßte der vorklassierte Teilstrom nochmal in einer Feinstmühle weiter zerkleinert werden, was eine entsprechende Verringerung der Porengröße und demzu­ folge eine Erhöhung des kapillaren Eintrittsdrucks mit sich bringen würde.

Um eine gute Vorverdichtung des Filterkuchens zu erhalten, wird der Kompressionsdruck für die Vorverdichtung des Ku­ chens höher als der kapillare Eintrittsdruck des Filterku­ chens, aber niedriger als der kapillare Eintrittsdruck der Deckschicht eingestellt. Nach erfolgter Vorverdichtung wird der Filterkuchen durch eine Gasbeaufschlagung mit ei­ nem Druck entfeuchtet, der über dem kapillaren Eintritts­ druck der Deckschicht liegt. Der vorverdichtete Filterku­ chen wird dann von dem Gas durch- und damit trockengebla­ sen. Technisch wird dies bei einem Trommeldruckfilter in der Weise realisiert, daß man in verschiedenen Winkelberei­ chen des Filters unterschiedliche Druckdifferenzen an den Filterkuchen anlegt.

Da der Gasdruck im Kessel für alle Bereiche der Kuchenbil­ dung, d. h. der Kompressionsphase und Entfeuchtungsphase der­ selbe ist, kann die Abstufung dadurch geschehen, daß ein Gegendruck in den verschiedenen, den einzelnen Phasen zu­ geordneten Abscheidern getrennt aufgebaut wird. Die Druck­ regulierung kann hierbei über Regelventile erfolgen.

Es ist auf diese Weise auch möglich, innerhalb der Kuchen­ bildungsphase unterschiedliche Druckdifferenzen zwischen Suspensionsraum und Filtratraum einzustellen. Vorzugsweise wird man bei Beginn der Kuchenbildung eine geringere Druck­ differenz anlegen, um ein Blockieren des Filtertuchs bzw. einem Kollabieren der ersten Kuchenschicht entgegenzuwir­ ken. Später können die darauf filtrierten Schichten mit höheren Druckdifferenzen gebildet werden.

In diesem Sinne ist es also vorteilhaft, jede Zone für die Kuchenbildung, die Deckschichtaufbringung, die Kompression und die Entfeuchtung mit mindestens einem, vorzugsweise mehreren eigenen Abscheidern zu versehen.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Trommelfilter zur Her­ stellung eines Filterkuchens mit einer Deckschicht;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Trommelfilters aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Anordnung für die Suspensionszuführung zu den Trommelfiltern nach den Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 bis 7 weitere Ausführungsformen von Suspensionszuführun­ gen gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Trommelfilter 10 mit einer zylindrischen Filtertrommel 12, die teilweise in ein Suspensionsbad 14 eingetaucht ist. Das Suspensionsbad 14 ist an eine Suspen­ sionszuführung 16 angeschlossen. In Drehrichtung A der Fil­ tertrommel 12 ist dem Suspensionsbad 14 eine Berieselungs­ anlage 18 nachgeordnet, die an eine zweite Suspensionszu­ führung 20 angeschlossen ist. Der weitgehend entfeuchtete Filterkuchen wird mittels eines Schabers oder Deflektors 22 von der Filtertrommel 12 entnommen.

Der Trommelfilter 10 arbeitet kontinuierlich, wobei in be­ stimmten Sektoren 24 bis 38 der Filtertrommel 12 bestimmte Verfahrensschritte durchgeführt werden.

In den Sektoren 24 bis 28 wird ein Filterkuchen auf dem die Mantelfläche überspannenden Filtermedium der Filtertrommel 12 gebildet. Diese Kuchenbildungsphase wird in drei Ab­ schnitte 24 bis 28 unterteilt, in denen eine Kuchenbildung mit unterschiedlichem Differenzdruck erfolgt. Die Mantel­ fläche der Filtertrommel 12 ist durch ein Filtermedium ge­ bildet. An der Außenfläche dieses Filtermediums liegt ein konstanter Druck von 4 bar an. Auf der Innenseite des Fil­ termediums herrscht im Sektor 24 ein Druck von 3,5 bar, im Sektor 26 ein Druck von 3,0 bar und im Sektor 28 ein Druck von 2,0 bar. Hierdurch erfolgt eine Kuchenbildung an dem Filtermedium mit einem steigenden Differenzdruck von 0,5 bis 2 bar. Auf diese Weise hat sich in Drehrichtung A der Filtertrommel 12 am Ende des Sektors 28 ein Filterkuchen gebildet, dessen kapillarer Eintrittsdruck aufgrund der Korngrößenverteilung der Suspension im Suspensionsbad 14 und aufgrund der Zusetzung eines Flockungsmittels relativ gering ist.

Um in den nachfolgenden Verdichtungs- und Entfeuchtungs­ zyklen mit höheren Drücken arbeiten zu können, wird in dem Sektor 30 eine zweite Suspension mittels der Berieselungs­ anlage 18 gleichmäßig auf die Oberfläche des Filterkuchens aufgetragen. Diese zweite Suspension bildet auf dem Filter­ kuchen eine zweite Schicht mit einem höheren kapillaren Eintrittsdruck, so daß die Aufbringung höherer Drücke von 2 bis 3 bar in der nachfolgenden Kompressionszone 32 möglich ist. Am Ende der Kompressionszone 32 ist der Filterkuchen so gut vorverdichtet, daß beim Durchblasen des Kuchens in der nachfolgenden Entfeuchtungs- oder Entsättigungszone 34 keine Trocknungsrisse im Filterkuchen auftreten. In der Entfeuchtungs- bzw. Entsättigungszone 34 liegt der volle Differenzdruck von 4 bar an dem Filterkuchen an. Wenn auf der Innenseite des Filtermediums ein Vakuum angelegt wird, läßt sich der Differenzdruck sogar auf 4,8 bar erhöhen.

Die Suspension für die Deckschicht kann vorzugsweise in ih­ rer Korn- bzw. Porengrößenverteilung so eingestellt werden, daß sie eine Deckschicht bildet, deren kapillarer Ein­ trittsdruck zwischen dem Differenzdruck für die Vorverdich­ tung und dem Differenzdruck in der Entfeuchtungszone liegt.

Im letzten Sektor 36 wird der Filterkuchen belüftet, um me­ chanische Spannungen abzubauen. Am Ende des Sektors 36 wird der Filterkuchen von einem Schaber oder Deflektor 22 von der Mantelfläche der Filtertrommel 12 abgelöst.

Der Sektor 38 stellt hinsichtlich der Filterkuchenherstel­ lung eine neutrale Zone dar.

Fig. 2 zeigt einen Trommelfilter 40, bei dem im Gegensatz zum Trommelfilter 10 aus Fig. 1 zwei in Drehrichtung A hin­ tereinander geschaltete Suspensionsbäder 42, 44 vorgesehen sind.

Die Aufbringung der Deckschicht mit einer feineren Porosi­ tät wird demnach nicht durch eine Besprühung oder Beriese­ lung wie in Fig. 1, sondern durch eine Aufschichtung im Suspensionsbad 44 erzielt. Die Suspensionsbäder 42, 44 sind nicht notwendigerweise, aber vorzugsweise durch eine Ab­ dichtleiste 46 voneinander getrennt, damit sich die Sus­ pensionen nicht vermischen, was die Funktion der Deck­ schicht stark vermindern würde.

In den Fig. 3 bis 7 ist dargestellt, wie die Suspensionszu­ führung für den Filterkuchen 16 und die Deckschicht 20 aus­ gebildet sein kann.

In Fig. 3 wird ein Suspensionsstrom 50 in zwei Teilströme 52, 54 unterteilt. Der erste Teilstrom 52 wird über ein Re­ gelventil 56 eingestellt und dient als Suspensionszufüh­ rung 20 für die auf den Filterkuchen aufzubringende Deck­ schicht. Der zweite Teilstrom 54 wird einem Rührbehälter 60 zugeführt und mit einem Flockungsmittel 62 versetzt. Durch die Zugabe des Flockungsmittels wird ein besonders poröser Filterkuchen mit einer stark erhöhten Kuchenbildungsrate aufgebaut. Ein derartiger Filterkuchen hat einen sehr nied­ rigen kapillaren Eintrittsdruck, weshalb der Filterkuchen dann auch von der Deckschicht mit einem hohen kapillaren Eintrittsdruck überschichtet wird. Die Mischung von zweitem Teilstrom 54 mit dem Flockungsmittel 62 wird über ein Re­ gelventil 64 geführt und dient als Zuführung 16 für das Suspensionsbad 14 oder 42.

Bei dieser in Fig. 3 dargestellten Suspensionszuführung und auch bei den nachfolgend dargestellten Suspensionszuführun­ gen liegt ein großer Vorteil darin, daß die Deckschicht aus dem gleichen Material wie der Filterkuchen selbst besteht, also keine Fremdstoffe in den Filterkuchen eingeführt wer­ den. In allen Fällen wird ein Suspensionsstrom unterteilt, wobei die beiden Teilströme durch eine unterschiedliche Be­ handlung so verändert werden, daß sie Schichten mit unter­ schiedlicher Porosität bilden.

Zu Fig. 3 identische Teile werden mit identischen Bezugs­ zeichen versehen.

In Fig. 4 wird von einem Suspensionsstrom 50 über eine Pum­ pe 66 ein Teilstrom 68 abgezweigt, der einem Hydrozyklon 70 zugeführt wird. In dem Hydrozyklon 70 erfolgt eine Trennung der Suspension nach Korngröße, wobei der Grobanteil durch den Unterlauf 72 dem Suspensionsstrom 50 zugeführt wird. Der Überlauf 74 mit dem Feinanteil wird über eine Pumpe 56 der Berieselungsanlage 18 oder dem Suspensionsbad 44 der Trommelfilter 10 bzw. 40 zugeleitet. Dem Suspensionsstrom 50 wird in dem Mischer 60 ein Flockungsmittel 62 zugesetzt. Das Gemisch von Suspensionsstrom 50 und Flockungsmittel 62 wird wiederum dem Suspensionsbad 14 oder 42 zugeführt. Durch das Zusetzen des Flockungsmittels und durch die Zu­ mischung des Unterlaufs 72 des Hydrozyklons wird ein grob­ poriger Filterkuchen erzeugt, der einer Verstopfung des Filtermediums entgegenwirkt und eine hohe Kuchenbildungsra­ te aufweist.

In Fig. 5 wird der gesamte Suspensionsstrom 50 dem Hydrozy­ klon 70 zugeführt. Der Überlauf wird wiederum über eine Pumpe 56 eingestellt und dient als Zuführung 20 für das Suspensionsbad 44 oder die Berieselungsanlage 18.

Der Unterlauf 72 wird mit einem Flockungsmittel 62 ver­ sehen und dient als Suspensionszuführung 16 für die Filter­ kuchenbildung.

Fig. 6 unterscheidet sich von Fig. 5 darin, daß dem Unter­ lauf 72 des Hydrozyklons kein Flockungsmittel beigemengt wird. Der im Überlauf 74 vorhandene Feinanteil des Sus­ pensionsstroms 50 wird in einer Mühle 76 feingemahlen und über ein Regelventil 76 der Berieselungsanlage 18 oder dem Suspensionsbad 44 zugeführt.

Fig. 7 zeigt eine technisch sehr einfach zu realisierende Möglichkeit zur Gewinnung von Suspensionen, die zu unter­ schiedlich porösen Schichten führen. Der Suspensionsstrom 50 wird hier in einen ersten und zweiten Teilstrom 52, 54 aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom über eine Pumpe 56 einer Mühle 76 zugeführt wird. Dort wird die Porengröße der Feststoffe in der Suspension verringert, was schließlich bei der Filterkuchenherstellung zu einer Schicht mit einer feineren Porosität, also mit einem höheren kapillaren Ein­ trittsdruck, führt. Der zweite Teilstrom 54 dient ohne Wei­ terbehandlung als Suspensionszuführung 16 für das Suspen­ sionsbad 14 bzw. 42.

Die Berieselungseinrichtung 18 aus Fig. 1 ist vorzugsweise mit einer Haube überdeckt, damit die Suspension für die Deckschicht nicht die Suspension für den Filterkuchen und anderer Einrichtungen des Trommelfilters 10 verschmutzt.

Das Verfahren eignet sich sowohl für kontinuierliche als auch für diskontinuierliche Filter, z. B. Drucknutschen und Kerzenfilter. Ebenso kann das Deckschichtverfahren auch bei Zentrifugen angewendet werden, bei denen der Zentrifugalbe­ schleunigung ein Gasdifferenzdruck überlagert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Entfeuchtung eines Filterkuchens auf einem Filtermedium im Wege der kontiniuierlichen Preßfiltration, bei dem auf den Filterkuchen eine Deckschicht, deren Dicke wesentlich geringer ist als die Dicke des Filterkuchens und deren kapillarer Ein­ trittsdruck höher ist als der kapillare Eintritts­ druck des Filterkuchens, aufgebracht und dann mit einem Preßdruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß für die Deckschicht das gleiche Material wie für den Filterkuchen verwendet wird,
• b) daß der Filterkuchen mit der Deckschicht zunächst mit einem Vorverdichtungsdruck verdichtet wird,
• c) daß der Filterkuchen anschließend mit einem Ent­ feuchtungsdruck entfeuchtet wird,
• d) daß der Vorverdichtungsdruck niedriger als der kapillare Eintrittsdruck der Deckschicht einge­ stellt wird und
• e) daß der Entfeuchtungsdruck höher als der kapillare Eintrittsdruck der Deckschicht einge­ stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Suspension mit einem aus dem Filterkuchenmaterial gebildeten Feinschlamm herge­ stellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterkuchenmaterial ein Flockungsmittel bei­ gemengt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht auf den Filterkuchen aufgesprüht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einem Suspensionsbad auf den Filterkuchen aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension einem Trenn- oder Klassiergerät zugeführt wird und daß der Überlauf für die Bildung der Deckschicht und der Unterlauf für die Bildung des Filterkuchens verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Überlauf befindliche Teilstrom eingedickt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Überlauf befindlichen Teilstrom ein Zusatz­ mittel zur Beeinflussung des rheologischen Verhaltens beigegeben wird.