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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Filter
zum Eindicken von Fasern enthaltenden Lösungen oder anderen
Flüssigkeiten, die ein festes Material enthalten, wobei
der Filter eine Vielzahl von drehbaren Filterscheiben
enthält, die einen radial äußeren Umfang haben und in
Axialrichtung der Filterscheiben gegeneinander versetzt
sind, wobei die Filterscheiben weiterhin so ausgebildet
sind, daß sie teilweise in eine zu filternde Flüssigkeit
eintauchen und wobei jede Scheibe eine Vielzahl von
Filterabschnitten aufweist, die mit axialen
Filtratentladungsleitungen an den radial äußeren Umfängen der
Filterscheiben in Verbindung stehen, um Filtrat zu entfernen.
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Vorrichtungen dieser Art sind unter anderem aus der
SE-C-8305817-2 (entsprechend der EP-B1-0160069 und US-
A-4 634 529 bekannt und haben die gute Eigenschaft, eine
sehr große Filteroberfläche bei einem relativ kleinem Volumen
zu besitzen. Wenn es allerdings erreicht werden soll, eine
Fasern enthaltende Lösung einzudicken, d. h. den
Trockenkörperanteil von typischerweise 0,5% auf typischerweise
5% anzuheben, so stellt sich die Forderung nach einer
sehr hohen Kapazität, d. h. eines großen Filtratflusses
durch die Vorrichtung. Eine Möglichkeit, die Flußkapazität
zu erhöhen besteht darin, die Umdrehungsgeschwindigkeit
zu erhöhen. Allerdings führt eine hohe
Umdrehungsgeschwindigkeit dazu, daß die Filtersektoren keine Zeit
haben, von dem Filtrat entleert zu werden, bevor die Sektoren
die Stellung erreichen, in der der Filterkuchen zu entfernen
ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß der aufgebaute
Filterkuchen Zeit hat, zu dicht zu werden, um genügend
Luft hindurchzulassen, die das herausfließende Filtrat
ersetzt (sogenannter Flascheneffekt). Es kann daher
vorkommen, daß das Filtrat den auf dem Filtersektor
verbleibenden Filterkuchen naß macht oder daß das Filtrat
zusammen mit dem Filterkuchen abwärts in einen Sammelbehälter
für den Filterkuchen fließt. Dieser Nachteil wird
üblicherweise als Rücknässen oder "Rückwaschen" bezeichnet.
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Darüber hinaus sind die bekannten Apparate teuer in der
Herstellung, und zwar unter anderem deswegen, weil sie
ein Vakuumventil und eine Vakuumquelle benötigen, um eine
ausreichend große Druckdifferenz zwischen der Lösung und
der Filtratentladungsleitung herzustellen.
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Die DE-A-35 42 736 beschäftigt sich mit dem Problem, wie
man die Schaffung eines Vakuums innerhalb der Filtersektoren
vermeiden kann, indem Luft in die Filtersektoren eingelassen
wird. Allerdings ist der in diesem Dokument beschriebene
Filter kein Scheibenfilter, sondern ein Trommelfilter mit
einer großen, flüssigkeitsdichten Trommel, auf der die
Filtersektoren montiert sind. Zusätzlich sind eine
Einlaßleitung und ein Ventil zur Einstellung der in die
Trommel und die Filtersektoren einzulassenden Luftmenge
vorgesehen. Das Ventil ist lediglich zu bestimmten Momenten
geöffnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das "Flascheneffekt"-Problem
zu lösen und einen eingangs genannten Apparat zu schaffen,
der eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit erlaubt und dadurch
eine hohe Kapazität aufweist und weder eine externe
Vakuumquelle noch irgendwelche Steuerungseinrichtungen
braucht, die Luft in die Filtersektoren läßt, jedoch einfach
und kostengünstig herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird bei der Erfindung durch die in den
nachfolgenden Patentansprüchen beschriebenen Merkmale gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden in Zusammenhang mit der
Zeichnung erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 einen Querschnitt eines Verdickers mit einer Vielzahl von
ringförmig angeordneten Filtersektoren;
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Verdicker der Fig. 1;
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Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Filterrotors eines
Verdickers nach Fig. 1; und
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Fig. 4 ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Verdickers
nach der Erfindung.
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Ein Filter nach der Erfindung enthält, ähnlich wie Filter
der eingangs genannten Art, einen Filterrotor mit einer
Vielzahl von ringförmigen Filterscheibenhaltern 1, die
axial hintereinander angeordnet sind und Filtratleitungen
2, die die Halter 1 axial verbinden. Fig. 1 zeigt einen
Querschnitt durch einen solchen Filterrotor, der im
Gegenuhrzeigersinn der Zeichnung drehbar ist und der eine
ringförmige Filterscheibe 3 trägt, die eine Vielzahl von
Filtersektoren 4 enthält. Das Innere jedes
Filtersektors 4 steht in Verbindung mit einer zugeordneten axialen
Filtratleitung 2, nämlich der bezogen auf die Drehrichtung
nächst folgenden Filtratleitung 2. Alle Filterscheiben
des Filters sind teilweise in die Flüssigkeit oder
Lösung 5, die verdickt (gefiltert) werden soll und die in
einem Behälter 6 untergebracht ist, eingetaucht. Der Behälter
6 ruht auf einem Fundament 7, 8. Durch eine Zentralöffnung
der Filterscheiben erstreckt sich ein Sammeltrog 9 für
festes Material, wie z. B. Zellulosefasern, die während
des Verdickens an den Filtersektoren abgelagert werden
und dazu gebracht werden, wahlweise, unter Zuhilfenahme
einer Düse 10, von den Filtersektoren abzufallen, wenn
diese sich oberhalb des Troges 9 befinden. Das Bezugszeichen
11 bezeichnet oszillierende Sprüheinrichtungen zum Abwaschen
von Partikeln von den Filtersektoren. 12 bezeichnet einen
Einlaß für die Lösung und 13 ein Gehäuse um den Rotor,
das zwei Inspektionsklappen 14 und 15 hat, von denen die
Klappe 15 in geöffneter Stellung abgebildet ist.
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In Fig. 2 ist abgebildet, wie der Rotor mit seinem einen
Ende mittels einer Antriebswelle 16 in einem von einem
Rotorgehäuse 17 gehaltenen Lager 18 gelagert ist. Ein
Antriebsmotor, Getriebe etc. ist mit 19 bezeichnet. Am
anderen, offenen Ende des Rotors, durch welches hindurch
der Sammeltrog eingesetzt wird, ist der Rotor durch einen
Tragring 20 begrenzt, der durch Gleitpolster 21, die an
dem Rotorgehäuse 17 montiert sind, gehalten ist und an
diesen gleitet.
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Soweit bis hierher beschrieben, entspricht das Filter nach
der Erfindung in allen wesentlichen Teilen einem bekannten
Filter entsprechend obigen Ausführungen. Allerdings sind
bei einem solchen Filter die axialen Filtratleitungen 2
im geschlossenen Ende des Rotors (rechts in Fig. 2) im
wesentlichen radial nach innen gerichtet und schließen
zur Mitte hin, die axial nach außen durch die Behälterwand
hindurch zu einem Saugkasten gerichtet ist, der mit einem
sogenannten barometrischen Schenkel oder einer anderen
Vakuumquelle verbunden ist. Bei Drehung des Rotors werden
die axialen Filtratleitungen und folglich die unterhalb
der Lösungsoberfläche abgesenkten Filtersektoren jeweils
einzeln zu einem Zeitpunkt in Verbindung mit der Saugbox
gebracht, um das Filtrat durch die Filtersektoren hindurch
zu den axialen Filtratleitungen und weiter in die Saugbox
zu saugen. Die Verbindung zu der Saugbox endet, wenn die
einer axialen Filtratleitung zugeordneten Filtersektoren
an einem gewissen Punkt oberhalb der Lösungsoberfläche
sind.
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Wenn es darum geht, mit relativ niedrigen Durchflußraten
(bis zu 15.000 l/min.) und niedrigen
Umdrehungsgeschwindigkeiten (0,2 - 0-,6 U/min.) zu filtern, ist das bekannte
Filter excellent. Mit steigendem Durchfluß - und
Umdrehungsraten - tritt unter anderem das auf, was
üblicherweise als "Flascheneffekt" bezeichnet wird, was
signifikant dafür ist, daß ein oberhalb der Lösungsoberfläche
angehobener Filtersektor nicht die Zeit hat, seinen
Filtratinhalt in die zugeordnete axiale Filtratleitung
zu entleeren während der Zeit, in der die Filtratleitung
an einem Pegel unter einem Teil des zugeordneten
Filtersektors liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß
die Luft nicht genug Zeit hat, in ausreichendem Maße in
den Filtersektor hineinzufließen, durch dessen
Filtereinrichtungen hindurch, z. B. ein Filtertuch mit einer darauf
abgeschiedenen Faserschicht und herausfließende Filtrat
zu ersetzen, wobei das Filtrat dann rückwärts durch die
Filtermittel hindurchfließt und den Filterkuchen rücknäßt.
Nach der Erfindung haben, zur Lösung dieses Problems, die
axialen Filtratleitungen eine direkte Verbindung zur
Atmosphäre. Genauer gesagt sind die Leitungen zur Atmosphäre
hin geöffnet, und zwar außerhalb des Lösungsbehälters.
Auf diese Weise kann Luft in die Filtratleitungen fließen,
sobald ihr gesamter Querschnitt nicht von ausfließendem
Filtrat besetzt ist oder nicht in der Nähe einer möglichen
Filtratfläche am Auslaß gelegen ist. Aus Fig. 2 ist zu
erkennen, wie dies in der Praxis erreicht werden kann.
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Eine kreisförmige, flüssigkeitsdichte Scheibe 22 ist
unverdrehbar an der Welle 16 befestigt. Die axialen
Filtratleitungen 2 sind an der Scheibe 22 nahe deren äußeren
Umfang befestigt und sind mit offenen Enden 2' zur
Antriebsseite der Scheibe hin geöffnet. Ein Dichtungsstreifen
23 der gegenüber der Scheibe 22 abdichtet, erstreckt sich
längs der Innenseite des Behälters 6 mindestens bis zum
maximalen Lösungspegel 5'. In dem dargestellten Beispiel
greift der Dichtungsstreifen mit einer Gleitdichtung in
einem ringförmigen, axial ausgerichteten Flansch 24 am
äußeren Umfang der Scheibe 22 ein. Die Scheibe 22 und der
Dichtungsstreifen 23 definieren so, das die Lösung
enthaltende Volumen des Behälters und bilden in der Praxis
eine sich drehende Behälterwand. Außerhalb dieser sich
drehenden Behälterwand 22 ist ein Auslaß 25 für das Filtrat
am Boden des Behälters 6 angeordnet oder außerhalb des
Behälters selbst. Im gesamten Verdicker herrscht somit
Atmosphärendruck, d. h. sowohl an der Lösungsoberfläche
innerhalb des Rotors als auch außerhalb der Scheibe 22
und am Auslaß 25.
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Aus obigem ist verständlich, daß bei Drehung des Rotors
eine statische Druckdifferenz zwischen der Lösung im Behälter
6 und dem Inneren der Filtersektoren 4 erzeugt wird, da
letztere über die offenen Enden der axialen Filtratleitungen
2 mit Atmosphäre in Verbindung stehen. Diese Druckdifferenz
geht von Null, wenn der Filtersektor in die Lösung
eingetaucht wird, über ein Maximum am Boden des Behälters
und zurück zu Null, wenn der Filtersektor oberhalb der
Lösungsoberfläche angeordnet ist.
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Die Druckdifferenz zwingt das Filtrat durch die Filtermittel
der Filtersektoren, wobei feste Partikel wie Zellulosefasern
dann auf den Filtermitteln abgelagert werden. Der sich
ändernde Unterdruck, der unabhängig von einer externen
konstanten Vakuumquelle ist, bringt den günstigen Effekt,
daß die Druckdifferenz zeitlich zuerst ansteigt mit der
sich vergrößernden Schicht fester Partikel auf den
Filtermitteln. Hierdurch wird der Durchfluß während der
ersten Hälfte der Zeitdauer, während der der Filtersektor
unter der Lösungsoberfläche angeordnet ist, im wesentlichen
auf einen konstanten Wert gehalten. Während des Restes
der Zeit sinkt die Druckdifferenz ab und damit der Durchfluß
durch die Filtermittel, was dem Filtrat die Möglichkeit
gibt, durch die axialen Filtratleitungen hindurch
abzufließen, während der Filtersektor oberhalb der
Lösungsoberfläche angehoben wird. Bei einem Verdicker nach
der vorliegenden Erfindung, kann dieses Ablaufen vollständig
ohne einen Luftaustausch durch die Filtermittel hindurch
stattfinden, da Austauschluft durch die axialen
Filtratleitungen 2 hindurch nachgespeist wird, die zur freien
(Umgebungs-) Luft geöffnet sind.
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Zum Regeln der statischen Druckdifferenz können Mittel
vorgesehen sein, die am Auslaß 25 den Filtratpegel verändern
z. B. ein Regelventil, das durch einen pegelfühlenden Wandler
gesteuert wird.
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Ein Filtersektor 4 hat normalerweise nur in dem Teil des
Sektors, der am nächsten zu der zugeordneten axialen
Filtratleitung 2 liegt, einen Auslaß zu dem
Filterscheibenhalter 1 und der Filterscheibenhalter hat nur eine
Verbindung mit dieser Filtratleitung. Um sicherzustellen,
da-ß die maximale Durchflußkapazität der axialen
Filtratleitung benützt wird, wird jetzt vorgeschlagen, daß
eine kleine wechselseitige Verbindung zwischen den axialen
Filtratleitungen 2 vorhanden ist. Dies wird in der Praxis
durch einen Filterscheibenhalter 1 erreicht, der längs
seines gesamten Umfanges als Filtratleitung dient und mit
allen axialen Filtratleitungen 2 in Verbindung steht. Dies
ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dementsprechend
werden die an unterster Stelle gelegenen Filtratleitungen
jedesmal mit abfließendem Filtrat gefüllt, während die
Filtersektoren 4 und die zugeordneten Filterleitungen 2,
die sich der Lösungsoberfläche nähern oder sich von ihr
entfernen, in der Lage sind, ihren Filtratinhalt direkt
zu einer Leitung weiterzuleiten, die auf niedrigerem Pegel
liegt. Durch dieses beschleunigte Entleeren der
durchflossenen axialen Filtratleitungen kann ein frühzeitiges
Zuführen von Ersatzluft durch die axialen Filtratleitungen
sichergestellt werden.
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Anstatt nur an einem Ende geöffnet zu sein, wie in Fig.
2 dargestellt, können die axialen Filtratleitungen 2 auch
an beiden Enden offen sein. Ein solches Ausführungsbeispiel
ist in Fig. 4 dargestellt.
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Der wesentliche Unterschied zwischen diesem
Ausführungsbeispiel und dem ersten liegt darin, daß beide Endwände 22
und 22' des Filterrotors rotierende Behälterwände bilden
müssen. Dementsprechend sind auch ein Dichtungsstreifen
23' und ein Flansch 24' zum Abdichten des anderen
Behälterendes vorgesehen-und auch ein Auslaß 25'. Wenn
der Lösungspegel in dem Behälter auf normalem Wert sein
soll, d. h. in der Nähe der oberen Kante des Sammeltroges
9, muß auch eine Dichtung rings um den Trog vorhanden sein.
In diesem Ausfürungsbeispiel ist eine mindestens teilweise
(d. h. zumindest unterhalb des Lösungspegels) kreisförmige
Platte 26 abdichtend und fest an dem Trog montiert, wobei
diese Platte an ihrem äußeren Umfang einen Dichtungsstreifen
27 trägt, ähnlich den Dichtungsstreifen 23 und 23'. Diese
Streifen sorgen für eine Dichtung gegenüber der Kante der
kreisförmigen Öffnung für den Sammeltrog 9, die in der
sich drehenden Behälterwand 22 ausgebildet ist.