DE4431214A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Filterleistung von Filtrationsmaterialien - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Filterleistung von FiltrationsmaterialienInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zum Bestimmen der Fil
terleistung von Filtrationsmaterialien.
In der Industriepraxis stellt sich häufig die Aufgabe zu untersuchen, mit welchem Filter
Fluide, die durch Schmutz, Krater, Stippen, Gelteilchen u.ä. verunreinigt sind, in der
Produktion gefiltert werden können. Ein geeigneter Filter muß neben der ausrei
chenden Trennung auch einen hohen Fluiddurchsatz zulassen und darf zudem nicht
zu schnell verstopfen. Bisher sind solche Tests arbeits-, zeit- und kostenaufwendig,
da sie im Technikumsmaßstab durchgeführt werden müssen. Insbesondere im Be
reich der Lackindustrie bereiten die Filtrationsversuche Probleme. Hier werden die je
weiligen Tests mit ca. 25 Litern Lack über eine Filterfläche von 0,051 m² durchgeführt.
Die Durchführung derartiger Versuche inklusive Aufbau, Filtration, Reinigung und Ab
prüfung dauern derzeit bis zu zwei Tagen, wenn die Wirksamkeit von beispielsweise
nur vier verschiedenen Beutelfiltern getestet werden soll.
Um den derzeit bestehenden hohen Arbeits- und Materialaufwand für diese Versuche
zu verhindern und zugleich Ergebnisse zu erhalten, die eine Übertragung vom La
bormaßstab auf großtechnische Verfahren erlauben, war es demgemäß die Aufgabe
der Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen der Filterleistung von
Filtrationsmaterialien zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
- a) die Vorrichtung aus einer Filtertestkammer besteht,
- b) die Filtertestkammer in Form von zwei geraden Kegeln oder zwei regelmäßi gen Pyramiden ausgestaltet ist, die über ihre Grundflächenebenen miteinander verbunden sind,
- c) in der Verbindung der Grundflächenebenen eine Aufnahmevorrichtung für das Filtrationsmaterial angeordnet ist,
- d) an der einen Kegel- bzw. Pyramidenspitze der Zufluß für die zu filtrierende Flüssigkeit und
- e) an der anderen Kegel- bzw. Pyramidenspitze der Abfluß für das Filtrat ange bracht ist.
Grundsätzlich wird die Vorrichtung als vertikal stehendes Gefäß betrieben, d. h. die
Kegel- bzw. Pyramidenspitzen weisen in vertikaler Richtung nach oben bzw. nach
unten. Es ist aber prinzipiell möglich, die Vorrichtung in jeder beliebigen anderen Lage
zu betreiben.
Bei den genannten Kegeln handelt es sich vorzugsweise um Kreiskegel. Denkbar
sind jedoch auch eliptische Kegel oder andere Kegelformen.
Die genannten Pyramidenformen beziehen sich auf solche, deren Grundfläche ein re
gelmäßiges Vieleck bildet. Die betreffenden Grundflächen können demgemäß die
Form von Dreiecken, Quadraten, Sechsecken usw. haben.
Erfindungsgemäß ist es ebenso möglich, anstelle der genannten Kegel und Pyrami
den auch Kegel- und Pyramidenstümpfe einzusetzen. In diesem Falle ist die kleinere
Fläche des Stumpfes in der Position der vorgenannten Kegel- und Pyramidenspitzen
anzuordnen.
Erfindungsgemäß weisen die Kegel- und Pyramidenspitzen in entgegengesetzte
Richtungen. Beide Kegel bzw. Pyramiden können somit eine gemeinsame Grundflä
che aufweisen. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, die Grundflächen mit
Abstand zueinander anzuordnen. Die Verbindung zwischen den beiden Kegeln bzw.
Pyramiden wird in diesem Falle durch ein zylinderförmiges Zwischenstück hergestellt,
dessen Grundfläche der der Kegel bzw. Pyramiden entspricht.
In der Grundflächenebene der Kegel bzw. Pyramiden bzw. in dem zylinderförmigen
Zwischenstück wird erfindungsgemäß vorzugsweise eine flüssigkeitsdurchlässige
Platte angeordnet, auf die das zu testende Filtermaterial gelegt wird. Der hydraulische
Widerstand der Platte sollte so gering wie möglich sein. Im einfachsten Falle ist die
Platte zumindest teilweise mit Perforationen versehen.
Es ist jedoch auch möglich, das zu testende Filtermaterial auf jede andere Art zu be
festigen. Einzige Voraussetzung ist, daß die Durchströmungsgeschwindigkeit durch
das Filtermaterial nicht übermäßig gedrosselt wird. So kann beispielsweise das Fil
termaterial mittels an der Innenwand der Filtertestkammer angeordneter Klemmvor
richtungen befestigt werden.
An dem Zufluß zur Filtertestkammer wird vorzugsweise ein Flüssigkeitsvorlagebehäl
ter angeordnet. Dieser kann mit der Filtrationskammer fest verbunden sein oder auch
abnehmbar gestaltet sein.
Der Flüssigkeitsvorlagebehälter ist in seinem unteren Bereich vorzugsweise in Form
eines geraden Kegels oder einer regelmäßigen Pyramide konstruiert, in deren Spitze
der Abfluß zur Filtertestkammer angeordnet ist. Im übrigen kann der Vorlagebehälter
zylinderförmig gebaut sein. Wichtig für die Auslegung des Vorlagebehälters ist, daß
dieser druckfest gestaltet ist, da erfindungsgemäß das Fluid vorzugsweise unter
Druck in die Vorrichtung gegeben wird.
Der Vorlagebehälter und die Filtertestkammer sollen ein Volumen von zusammen
300-600 ml aufweisen. Bevorzugt werden 400-500 ml.
Die zur Verfügung stehende Filterfläche liegt bei 0,0005-0,001 m², vorzugsweise bei
0,0006-0,0008 m². Ganz besonders bevorzugt werden 0,0007 m².
Zur Durchführung des Testverfahrens wird das Filtrationsmaterial in die erfindungs
gemäße Vorrichtung eingesetzt. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird durch den Zufluß
hineingegeben, durch das Filtrationsmaterial hindurchgeleitet und über den Abfluß
abgeführt.
Bei diesem Verfahren wird vorzugsweise die Flüssigkeit von dem Vorlagenbehälter in
die Filtertestkammer gegeben. Der zugeführte Überdruck liegt bei 0,1-2 bar, vor
zugsweise 0,1-0,5 bar.
Das aus der Filtertestkammer abfließende Filtrat wird in einem Probensammelgefäß
aufgefangen. Dies ist auf einer Waage angeordnet. Mit Hilfe des Meßergebnisses läßt
sich die Durchflußgeschwindigkeit bzw. die Filterleistung L errechnen:
L (kg/h) = vL · 3,6/x F
wobei vL = ermittelter Fluidsatz in g/s,
X = Filterfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung in m²,
F = Filterfläche im Produktionsmaßstab in m² ist.
X = Filterfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung in m²,
F = Filterfläche im Produktionsmaßstab in m² ist.
Die Fluidmenge, nach deren Filtration der Filter im Produktionsmaß verstopft, kann
mit Hilfe folgender Gleichung abgeschätzt werden:
M(kg)=m/X F · 1000
wobei m die durchgesetzte Fluidmenge in g ist, nach der der Filter beim erfin
dungsgemäßen Verfahren verstopft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das mit ihrer Hilfe durchgeführte Verfahren
finden vor allen Dingen für die Bestimmung der Filterleistung von Filtrationsmaterialien
Verwendung, die für Hochviskose-Flüssigkeiten eingesetzt werden. Insbesondere
sind sie für die Verwendung in der Lackindustrie geeignet. Hier haben sie sich vor al
lem für die Feststellung der Filterleistung von Beutel- oder Schichtenfiltern bewährt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem erheblich geringeren Zeit- und
Materialaufwand durchgeführt werden, als dies bisher der Fall war. So können bei
spielsweise mit zwei Litern Lack fünf Filterbeutel oder Schichtenfilter innerhalb von
1 1/2 Stunden inklusive der Gehäusereinigung getestet werden. Nach dem Stand der
Technik waren hierfür zwei Tage erforderlich.
Neben der mit dem jeweiligen Filter erzielbaren Produktsauberkeit gibt die neuent
wickelte Methode Auskunft sowohl über den in der Produktion zu erwartenden Lack
durchsatz als auch über die voraussichtliche Filterstandzeit, deren Vorhersage bisher
nicht möglich war. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich also überra
schend Vorhersagen für den großtechnischen Maßstab aufgrund von Laborversuchen
machen.
Die Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß sie sich sehr gut reinigen läßt. Sie ist
beliebig oft einsetzbar. Ferner wird sehr wenig Testmaterial, d. h. Fluid und
Filtrationsmaterial verbraucht.
Durch die Gehäuseform entsteht ein vorteilhaftes Strömungsprofil, das die Vorrich
tung insbesondere für Hochviskose-Produkte geeignet macht. Durch die Form wird
weiterhin erreicht, daß eine gleichmäßige Belastung der Filterfläche eintritt.
Bisherige Versuche haben darüber hinaus gezeigt, daß Ausschnitte von Filtern aller
bisher bekannten Hersteller getestet werden können.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrie
ben:
Fig. 1 zeigt den Versuchsaufbau einer Testanlage.
Fig. 2 zeigt in der Detailskizze Vorlagebehälter und Filtertestkammer.
In den Lackvorlagebehälter von ca. 500 m³ Inhalt wird das Fluid gegeben. In seinem
oberen Bereich ist der Behälter 10 zylinderförmig und in seinem unteren Bereich ke
gelstumpfförmig ausgebildet. In der Kegelspitze 12 befindet sich die Abflußvorrichtung
13. Diese ist auf der Zuflußvorrichtung 7 in der Spitze 4 des Kreiskegels 2 der Filter
testkammer 1 angeordnet. Unterhalb der Grundfläche des Kegels 2 befindet sich ein
zylinderförmiger Abschnitt 19, in den das Filtrationsmaterial 14 eingesetzt wird. Dort
wird es mittels der Klemmvorrichtungen 18 befestigt und auf das Lochblech 9 gelegt.
Die unter einem Überdruck von 0,1 - etwa 0,5 bar in den Vorlagebehälter gegebene
Flüssigkeit gelangt in die Filtertestkammer 1 und wird dort vom kegelförmigen Teil 2 in
den kegelförmigen Teil 3 geleitet. Über den Abfluß 8 in der Kegelspitze 5 wird das Fil
trat in den Becher 15 geleitet. Dieser befindet sich auf der Waage 16.
Mittels des Rechners 17 wird anhand der von der Waage wiedergegebenen Meßer
gebnisse die Filterleistung ermittelt.
Neben den beschriebenen Vorrichtungen enthält die erfindungsgemäße Anlage ins
besondere noch die Einrichtungen 20, 21, 22 und 23 zur Regulierung des Druckes in
dem Vorlagebehälter. Dies geschieht mittels der Luftdruckdrosselstation 20, des Ven
tils 21, des Entlüftungsventils 22 und des Reglers 23.
Es wurde eine Vorrichtung mit einer wirksamen Filterfläche von 7,1 cm² angefertigt.
Auf das Lochblech 9 wurden die Filterproben 14 mit einem Durchmesser von 37 mm
aufgelegt.
Vor der Versuchsdurchführung wurden 400 ml einer zu untersuchenden Lackprobe in
den Vorlagebehälter 10 eingefüllt. Der Behälter 10 wurde verschlossen und bei Be
ginn des Versuches über die Luftdruckdrosselstation 20, den Hahn 21 und den Regler
22 mit Druckluft beaufschlagt.
Der Lack durchfloß nach dem Öffnen des Hahnes 21 die Filtrationsschicht und trat als
Filtrat in den Probensammler 15. Die Durchflußgeschwindigkeit des Lackes wurde
mittels der an die Waage 16 gekoppelten EDV-Anlage 17 erfaßt.
Der mit dem getesteten Beutelfilter erzielte Sauberkeitsgrad der Lackprobe konnte
anschließend mit Hilfe der Siebanalyse oder anhand eines Glasaufgusses ermittelt
werden. Mit der gemessenen Durchflußgeschwindigkeit ist die spezifische Filterlei
stung berechenbar:
L (kg/h) = vL (g/s) · 3,6/0,00071 · F.
Im Falle des Verstopfens des Filters ließ sich auch die Standzeit des Produktionsfil
ters vorherberechnen:
M (kg) = m(g)/0,71 · F (m²).
Für den Versuch wurde als repräsentativer Lack sowohl künstlich mit Normschutz
(Typ Klein) verunreinigter FD-72-2001 (Tabelle 1) als auch nicht zusätzlich ver
schmutzter Lack (Tabelle 2) eingesetzt. Der Lack FD-72-2001 ist unter dieser Num
mer über die BASF Lack + Farben AG zu erhalten. Er besteht zu 13% aus Gelb- und
Rotpigmenten, zu 53% aus Kunstharzlösungen, zu 18% aus Melaminharzlösungen,
zu 3% aus Batanol, zu 2% aus Xylol und zu 11% aus verschiedenen Additiven. Mit
diesem Lack wurden bei gleichem Differenzdruck und bei gleicher Lacktemperatur
Versuche mit der erfindungsgemäßen Methode und mit der im Technikumsmaßstab
installierten Beutelfilterstation durchgeführt.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen im Vergleich die Ergebnisse der Versuche mit der erfin
dungsgemäßen Vorgehensweise und im Technikumsmaßstab. Man erkennt, daß die
spezifische Filterleistung mit einer Genauigkeit von etwa 20% vorhergesagt werden
konnte, wenn im Großmaßstab etwa der gleiche Differenzdruck und die gleiche Tem
peratur wie im Laborversuch vorliegen. Da dies in der Produktion in der Regel nicht
der Fall ist, wird bei der Filtration dort wegen des enormen Einflusses der Temperatur
auf die Viskosität (Tabelle 1) eine unterschiedliche Filterleistung im Vergleich zum
Vorhergesagten sich ergeben. Die Genauigkeit der getroffenen Vorhersage genügt
jedoch den Anforderungen der Praxis.
Tabelle 1 zeigt weiterhin, daß auch die nach der Filtration zu erwartende Lacksauber
keit gut prognostiziert werden kann. Die Bestimmung der Sauberkeit des Siebanalyse
zeigt, daß sich nach Filtration mit der Schnellmethode und nach der Filtration im
Großmaßstab das gleiche Schmutzbild ergibt.
Claims (26)
1. Vorrichtung zum Bestimmen der Filterleistung von Filtrationsmaterialien,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Vorrichtung aus einer Filtertestkammer (1) besteht,
- b) die Filtertestkammer (1) in Form von zwei geraden Kegeln oder zwei regelmäßigen Pyramiden (2, 3), ausgestaltet ist, die über ihre Grund flächenebenen (6a, b) miteinander verbunden sind,
- c) in der Verbindung (6) der Grundflächenebenen (6a, b) eine Aufnahme vorrichtung (9) für das Filtrationsmaterial angeordnet ist,
- d) an der einen Kegel- bzw. Pyramidenspitze (4) der Zufluß (7) für die zu filtrierende Flüssigkeit und
- e) an der anderen Kegel- bzw. Pyramidenspitze (5) der Abfluß (8) für das Filtrat angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundflächenebene (6)
eine flüssigkeitsdurchlässige Platte (9) angeordnet ist, auf die das Filtrations
material gelegt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (9) mindestens teilweise
perforiert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrationsmaterial (14) mittels
an der Innenwand der Filtertestkammer (1) angeordneter Klemmvorrichtungen
(18) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zufluß (7) zur Filtertest
kammer (1) ein Flüssigkeitsvorlagebehälter (10) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsvorlagebehälter
(10) abnehmbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsvorlagebehälter
(10) zumindest teilweise in Form eines geraden Kegels oder einer regelmäßi
gen Pyramide (11) ausgestaltet ist, in deren Spitze (12) der Abfluß (13) zur
Filtertestkammer angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlagebehälter (10) und die
Filtertestkammer (1) ein Volumen von zusammen 300-600 ml aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen 400-500 ml be
trägt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9
dadurch gekennzeichnet, daß sie druckfest ausgestaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Filtrationsmaterials
(14) 0,005-0,001 m² beträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche 0,0006-0,0008 m²
beträgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche 0,0007 m²beträgt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (6) der Grund
flächen (6a, b) ein zylinderförmiges Zwischenstück ist, dessen Grundflächen
paßgenau den Grundflächen (6a, b) entspricht.
5. Verfahren zum Bestimmen der Filterleistung von Filtrationsmaterialien für Flüs
sigkeiten
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) das zu testende Filtermaterial (14) in der Grundflächenebene (6) einer in Form von zwei geraden Kegeln oder zwei regelmäßigen Pyramiden (2, 3), deren Spitzen (4, 5) in entgegengesetzte Richtungen weisen, ausgestalteten Filterkammer (1) angebracht,
- b) die zu filtrierende Flüssigkeit durch einen Zufluß (7) in der einen Kegel- bzw. Pyramidenspitze (4) gegeben,
- c) die Flüssigkeit durch das Filtrationsmaterial (14) hindurchgeleitet und
- d) das Filtrat über den Abfluß (8) in der anderen Kegel- bzw. Pyramiden spitze (5) abgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15
dadurch gekennzeichnet, daß das zu testende Filtrationsmate
rial mittels einer an der Innenwand der Filtertestkammer (1) angeordneten
Klemmvorrichtung (18) befestigt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15
dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrationsmaterial (14) auf
einer in der Grundflächenebene (6) angeordneten flüssigkeitsdurchlässigen
Platte (9) aufgebracht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17
dadurch gekennzeichnet, daß die zu testende Flüssigkeit in eine
Flüssigkeitsvorlage (10) und anschließend in die Filtertestkammer (1) gegeben
wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-18
dadurch gekennzeichnet, daß es unter Druck durchgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19
dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck 0,1-2 bar beträgt.
21. Verfahren nach Anspruch 20
dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck 0,1-0,5 bar be
trägt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-21
dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat in ein Probensammel
gefäß (15) gegeben wird, der auf einer Waage (16) angeordnet ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-22
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit
mittels eines an die Waage (16) gekoppelten Rechners (17) ermittelt wird.
24. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14 für die Bestim
mung der Filterleistung von Filtrationsmaterial für hochviskose Flüssigkeiten.
25. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14 für die Bestim
mung der Filterleistung von Filtrationsmaterial für Lacke.
26. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14 für das Be
stimmen der Filterleistung von Beutel- oder Schichtenfiltern.
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DE19944431214 DE4431214A1 (de) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Filterleistung von Filtrationsmaterialien |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BASF COATINGS AG, 48165 MUENSTER, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |