DE76103C - Verfahren und Apparat zur Herstellung von trockenen sterilen Filterkuchen aus Faserstoff - Google Patents

Description

KAISERLICHES /

PATENTAMT.

Zur Filtration von gas- und alkoholhaltigen Flüssigkeiten bedient man sich gegenwärtig fast ausschliefslich der Cellulose, entweder allein oder im Gemenge mit Holzstoff, Halbzeug aus Leinen oder Baumwollengeweben, Asbestfasern u. dergl. Derartige Mischungen werden in Wasser fein vertheilt und dann in den Filtrirapparaten selbst durch Ablaufenlassen des Wassers zu Schichten geformt, welche zwischen zwei Siebplatten oder dergleichen eingeschlossen werden. Ist die Filtrirfähigkeit der Schicht erschöpft, so wird die Filtermasse in einem Waschapparat mittest Wasser und Laugen gereinigt; sie kann dann von neuem verwendet werden. Obschon diese Filtrirmasse gegenüber sonstigen Filtrirmitteln, wie Thon, Kohle, Papier u. dergl., ganz erhebliche Vortheile besitzt, so sind mit ihrer Verwendung doch auch schwerwiegende Uebelstä'nde verbunden, deren Beseitigung Zweck des vorliegenden Verfahrens ist.

Zunächst ist es praktisch unmöglich, die Filtrirmasse bis zur beendeten Schichtbildung in vollkommen sterilem Zustand zu erhalten. Die feuchte Masse wird, selbst wenn sie auch durch Laugen sterilisirt war, in dem Zeitraum zwischen der Reinigung und Verwendung mit atmosphärischer Luft in Berührung kommen und behufs Einbringung in die Filtrirapparate mit Wasser zu einem Brei angerührt werden müssen, und hierbei, sowie durch das meist nicht völlig reine Wasser tritt, unbedingt eine Verunreinigung durch Bakterien u. dergl. ein, welche auf das Filtrat nachtheilig wirkt. Ein weiterer weit erheblicherer Uebelstand besteht darin, dafs die in dem Filtrirapparat gebildete Schicht eine grofse Menge Wasser enthält, welches sich mit dem Filtrat vermischt und daher den ersten Theil desselben mehr oder minder entwerthet. Wenn trotzdem dieser nicht unerhebliche wirthschaftliche Nachtheil bei Benutzung der fraglichen Apparate mit in Kauf genommen ist, so spricht dies nur für die sonstigen Vorzüge der Filtrirmasse aus Cellulose gegenüber den Filtrirkörpern aus Thon, Kieseiguhr u. dergl.

Zur Beseitigung dieser Uebelstände werden nach vorliegendem Verfahren vollkommen trockene, poröse, sterilisirte Filterkuchen in den erforderlichen Abmessungen so hergestellt, dafs sie ohne weitere Anfeuchtung und ohne . dafs sie Bakterien oder dergleichen aufnehmen, unmittelbar in die Filtrirapparate eingesetzt und verwendet werden können. Diese alsFiltrirschicht dienenden Kuchen können ferner infolge des eigenthümlichen Verfahrens ihrer Herstellung, nachdem sie erschöpft sind, ohne mechanische Zerkleinerungsapparate in Wasser wieder aufgelöst, gereinigt und von neuem zu trockenen, sterilen Kuchen geformt werden. Die bei der praktischen Ausbildung dieses Verfahrens hauptsächlich zu überwindende technische Schwierigkeit bestand darin, die Kuchen genügend porös zu machen. . Erfahrungsgemäfs mufs eine zum Filtriren dienende poröse Schicht aus Faserstoff eine gewisse Dicke, etwa 1 bis 3 cm, erhalten, um nicht nur mit Sicherheit alle auszuscheidenden Stoffe aufzunehmen,

sondern auch genügend lange filtrirfähig zu bleiben. So zeigte sich z. B., dafs das Verfahren zur Herstellung von Tafeln aus Filtrirmasse zum Zweck des bequemen Versandes derselben absolut ungeeignet für die Herstellung von Filterkuchen zum Filtriren ist. Ganz abgesehen davon, dafs jene Tafeln nicht die Form besitzen, um unmittelbar in den Filtrirapparat eingelegt zu werden, vielmehr lediglich dazu bestimmt sind, in Wasser mechanisch gelöst und in der bekannten, eingangs geschilderten Weise in den Apparaten zu feuchten Kuchen umgebildet zu werden, sind dieselben viel zu dicht, um in den gebräuchlichen Apparaten als Filtermittel benutzbar zu sein. Man hat daher auch bisher noch nicht daran gedacht oder versucht bezw. es sind keine Versuche oder Vorschläge bekannt geworden, unmittelbar mit trockenen, in die Filtrirapparate einsetzbaren Filterkuchen zu arbeiten, weil man es wohl nicht für ausführbar hielt, vollkommen trockene Kuchen herzustellen, die so porös sind, dafs sie bei einer Dicke von 20 mm z. B. noch mit geringem Druck durchlässig und gleichzeitig filtrationsfä'hig sind. Jene bisher in den Handel gebrachten Tafeln aus Filtermasse sind aus feuchter Masse auf meist ca. 50 pCt. Trockengehalt geprefst, in freier Luft getrocknet, haben bei der Trocknung viele Bakterien etc. in sich aufgenommen und ertheilen deshalb dem Filtrat einen unangenehmen Geschmack, wie dies z. B. bei Anwendung von Papier oder getrockneten Filtersäcken als Filtermittel der Fall ist. Die Trocknung mit erhitzter Luft bewirkt aber die Sterilisirung und den Fortfall jedes unangenehmen Geschmackes, den Trocknung feuchter Stoffe in freier Luft bewirkt.

Behufs Erzielung genügend poröser und elastischer, trockener Filterkuchen zur unmittelbaren Einlegung in den Apparat wird nun nach vorliegendem Verfahren nur gerade so viel Wasser mechanisch aus der Filtrirmasse bei deren Formung in einem entsprechend eingerichteten Apparat entfernt, als nothwendig ist, um dem Kuchen einen genügenden Halt zu geben. Das in dem Kuchen verbleibende Wasser wird dann lediglich durch Verdunstung und scharfe Trocknung mittelst erhitzter sterilisirter Luft entfernt. Es hat sich ergeben, dafs, wenn die Kuchen mechanisch so weit verdichtet waren, dafs sie noch etwa 80 pCt. Wasser enthielten, sie genügend porös ' und elastisch werden und sich nach dem Trocknen mittelst erhitzter Luft für die Filtration wie feucht, eingelegte Filterschichten, also ohne Anwendung höheren Druckes im Filtrirapparat verwenden lassen.

Wollte man die Kuchen durch mechanischen Druck etwa so weit verdichten, dafs sie wie die bekannten Tafeln aus Filtrirmasse noch 50 pCt. Wasser enthalten, so würden sie nach der Trocknung so dicht werden, dafs man zwei bis drei Atmosphären Ueberdruck anwenden müfste, um die Flüssigkeit durch das Filter zu treiben. Es bedarf keiner weiteren Auseinandersetzung, dafs solche Filterkuchen vollkommen unverwerthbar wären, da sie eine sachgemäfse Filtration nicht ermöglichen. Sie enthalten auch erheblich mehr Wasser, trotz ihrer Trocknung, da die zu weit getriebene mechanische Entwässerung die nachherige Trocknung erschwert. Da die zur Trocknung verwendete Luft so stark erhitzt werden kann, dafs sie als vollkommen sterilisirt anzusehen ist, so folgt, dafs die Filterschicht frei von Bakterien u. dergl. ist, und bei sorgsamer, von der Luft abgeschlossener Aufbewahrung auch dauernd sterilisirt bleibt, da trockener Stoff Inficirungen nicht in dem Mafse wie der feuchte Stoff ausgesetzt ist. Ebensowenig tritt eine Verdünnung des Filtrats mit Wasser bei Benutzung solcher trockener Filterkuchen nicht ein, was ein grofser wirthschaftlicher Vortheil ist.

Behufs Herstellung solcher Filterkuchen wird trockener Filterstoff mit etwa der 40 fachen Menge Wasser in einem geeigneten Apparat zu einem gleichmäfsigen Brei angerührt. Zur Formung der Kuchen dient der in der Zeichnung im Grundrifs, Fig. 1, und in den Verticalschnitten nach A-B und C-D, Fig. 2 und 3, dargestellte Apparat. Derselbe ist zweckmäfsig behufs Ersparung besonderer Abmefsvorrichtungen so eingerichtet, dafs die Form, in welcher der Kuchen gebildet wird, eine bestimmte Menge des gleichförmigen Breies aufnehmen kann, so dafs also die Form gleichzeitig als Mefsgefä'fs dient; ferner ist Vorsorge getragen, dafs der Kuchen nur bis zu einem bestimmten Grad mechanisch entwässert werden kann. Beides ist unbedingt nöthig, um die Entwässerung auf mechanischem Wege nur so weit zu treiben, dafs der durch Hitze getrocknete Kuchen genügend porös verbleibt.

Die Form selbst besteht aus ~ einem mit losem Siebboden α versehenen Ring b, dessen Form dem Querschnitt des Filtrirapparar.es entspricht (rund, viereckig oder dergleichen). Der Ring b wird mittelst geeigneter Vorrichtungen, beispielsweise Schrauben d unter Einschaltung einer Dichtung e oberhalb einer Vertiefung / des Arbeitstisches g befestigt, die mit einer durch Ventil oder Hahn h absperrbaren Abflufsleitung / versehen ist. Die Höhe des Ringes b ist so gewählt, dafs derselbe genau die zur Bildung des Kuchens erforderliche Menge des Breies fafst. Der Brei wird bei geschlossenem Ventil h in die Form gebracht. Nach Füllung derselben öffnet man das· Ventil h durch Abwärtsbewegung des Hebels m und läfst das Wasser aus dem Brei abfliefsen.

Unter der Einwirkung des Fallrohres / senkt sich dann der Flüssigkeitsspiegel so tief, dafs in dem Ring b sich ein weicher Kuchen bildet. Um die mechanische Entwässerung noch weiter zu treiben, wird eine Siebplatte ο, Fig. 3, auf den so gebildeten Kuchen gelegt und der Ring b mit seinem Inhalt unter die Druckplatte ρ gebracht, die mittelst des Hebels r nach abwärts bewegt werden kann. Diese Platte ist mit einem Rand s oder mit Anschlägen derart versehen, dafs der Rand oder die Anschläge den Rand des Ringes b treffen, sobald der Kuchen genügend zusammengeprefst ist. Auf diese Weise wird nicht nur jede nachtheilige Verdichtung des Filterkuchens vermieden, sondern auch auf mechanischem Wege vollkommene Gleichmäfsigkeit der Filterkuchen in Bezug auf Gröfse und Porosität erzielt, so dafs man bezüglich dieser gewünschten Eigenschaften der Kuchen" nicht von der Geschicklichkeit oder Willkür des Arbeiters abhängig ist. Der auf diese Weise · gebildete feuchte Filterkuchen wird mittelst der Platte t durch Abwärtsbewegung des Hebels ν aus dem Ring b herausgehoben. und in einem geeigneten Trockenapparat mittelst heifser Luft getrocknet und sterilisirt. Die Fig. 4 und 5 zeigen beispielsweise einen solchen Apparat, in welchem der feuchte Kuchen i in geneigter Lage auf Horden ruht. ^-

Um eine Deformirung des sehr feuchten Kuchens bei dessen Entfernung aus der Form (dem Ring b) zu vermeiden, empfiehlt es sich, an Stelle eines einzigen Siebbodens α eine starke gelochte Platte und darüber ein dünneres, mit gröfseren Durchlochungen versehenes Blech in den Ring b einzulegen. Beide Platten oder Bleche werden zusammen mit dem entwässerten Kuchen aus der Form mittelst der Platte t, Fig. 3,. ausgestofsen, und man fährt nun mit einem falzbeinartigen Instrument zwischen die beiden gelochten Platten, hebt so die dünnere Platte mit dem feuchten Filterkuchen ab, ohne den letzteren mit den Fingern zu berühren, bringt den Kuchen mittelst der Platte auf die Horde und dann in den Trockenkasten. Da der Kuchen aufser durch, die Horde durch die dünne Platte gestützt wird, so behält derselbe bei dieser Handhabung vollkommen seine Form bei. Die auf diese Weise hergestellten trockenen sterilisirten Filterkuchen müssen natürlich in dem Filtrirapparat ebenso wie die nach dem gewöhnlichen Verfahren hergestellten Filterschichten zwischen Siebplatten eingespannt werden, da sie sonst infolge ihrer Lockerheit nach der Tränkung mit der zu filtrirenden Flüssigkeit zerfallen bezw. nicht den nöthigen Widerstand leisten würden.

Um an dem Umfang der Kuchen eine zuverlässige Dichtung zu erreichen, empfiehlt es sich, einen Dichtungsring 11, Fig. 6, aus Gummi von U-förmigem Querschnitt anzuwenden, der um den Rand des fertigen Kuchens gelegt wird. Die beiden Schenkel des Ringes und der Rücken desselben sind so bemessen, dafs beim Anziehen des Deckels (Fig. 7) des Filtrirapparates der Gummiring u durch die Siebböden zusammengeprefst wird. Hierbei wird auch der Filterkuchen an seinem Rand zusammengeprefst, wie Fig. 7 deutlich erkennen läfst, während der stärker gehaltene Rücken des Dichtungsringes aufquillt und den Raum um den Kuchen herum völlig ausfüllt. Auf diese Weise werden gleichzeitig kleine Abweichungen in der Form des Gehäuses des Filtrirapparates, die besonders leicht bei kupfernen Trommeln eintreten können, ausgeglichen, und es findet am Rand des Kuchens eine ganz zuverlässige Dichtung statt, die noch besonders dadurch begünstigt wird, dafs die Filterkuchen bei der Tränkung mit der zu filtrirenden Flüssigkeit aufquellen. Es hat sich gezeigt, dafs bei dieser Verwendung des Gummis die dichtende Wirkung desselben erheblich zuverlässiger ist, als wenn man wie bisher die Siebböden mit Gummiringen von flachem oder U-förmigem Querschnitt bekleidet, denn die Ringe drücken sich beim Zusammenpressen der feuchten Masse einfach in dieselbe ein. Die trockenen Kuchen gewähren indessen bei genügender Stärke und Weichheit des Gummis demselben so viel Widerstand, dafs, wenn sie sich auch zusammenpressen, der Gummiring doch viel besser abdichtet als bei der feuchten Masse. Es wird also auf diese Weise gegenüber dem alten Verfahren eine erhebliche Verbesserung erzielt, denn bei den alten Filtern mit feucht eingesetzter Masse bildeten sich gerade an den Rändern im Verlauf des Filtrirens leicht Kanäle, welche die Wirkung des Filtrirens erheblich beeinträchtigten. Dieser Nachtheil kann bei der neuen Abdichtungsweise nicht eintreten, die Flüssigkeit wird vielmehr gezwungen, unter allen Umständen durch die Filterkuchen zu filtriren.

Dieselbe Dichtungsweise mit U-förmigen, die Ränder der Kuchen umgebenden Dichtungsringen läfst sich auch verwenden, wenn man für gröfsere Filterapparate den Filterkuchen aus einzelnen Theilen oder Segmenten beliebiger Form herstellt. Fig. 8 und 9 zeigen z. B., wie auf dem Siebboden \ eines solchen Apparates ein Kreuz w befestigt ist, das vier Felder bildet, welche mit einzelnen, von Dichtungsringen u umgebenen Filterkuchen in Form von Quadranten ausgefüllt werden. Die zur Formung dieser Kuchen erforderlichen Ringe u müssen natürlich entsprechend gestaltet sein. Das Gleiche gilt für die übrigen Theile des in Fig. ι bis 3 dargestellten Apparates.

Durch die Versuche hat sich gezeigt, dafs man selbst bei 1 bis 2 cm starken Filterkuchen

die Porosität derselben doch so grofs wählen kann, dafs beim Filtriren gashaltiger Flüssigkeiten, wie z. B. Bier, die störende Gasausscheidung infolge zu grofsen Drückunterschiedes vor und hinter der Filterschicht fast ganz vermieden wird. Beim Einsetzen feuchter Filtermasse kommt es häufig bei nicht sorgfältiger Bedienung vor, dafs die Filterschicht zu dicht wird. Der Ueberdruck zum Durchleiten der Flüssigkeit mufs dann so grofs sein, dafs der starke Druckabfall eine erhebliche Ausscheidung von Gas herbeiführt, die sich durch Schäumen bemerkbar macht. Durch das vorliegende Verfahren hat man es ganz in der Hand, diesen Nachtheil vollkommen und mit Sicherheit zu vermeiden.

Bei der Anwendung derartiger dicker, aber lockerer, hochporöser Filterkuchen ergiebt die in Fig. 6 und 7 dargestellte Anordnungsweise des Dichtungsringes 11 indessen den Uebelstand, dafs die Ränder des Filterkuchens beim Zusammenpressen zu viel nachgeben und die Abdichtung durch den Gummiring unvollkommen wird. In solchen Fällen ist es vorzuziehen, den Ring ti, wie die Fig. 10 bis 12 zeigen, über die dünnen Siebböden χ greifen zu lassen, welche den Filterkuchen zwischen sich fassen. Diese Siebe halten dann den ■ Kuchen so fest umspannt und umschlossen, dafs einerseits die erstrebte Abdichtung des Gummis an den Rändern im vollsten Umfang erzielt wird, andererseits die Flachseiten des Kuchens i beständig in derjenigen Verdichtung gehalten werden, welche bis zur Ausnutzung und Erschöpfung der Kuchen die vollkommenste Filtration zu erreichen gestattet. Auch in der Handhabung erweist sich diese Dichtungsart insofern bequemer, als man die Kuchen mit Sieben und Dichtung als Ganzes in den Apparat einlegen kann.

Die Dicke des trockenen, porösen Filterkuchens ist bei dessen Herstellung so zu bemessen, dafs der Kuchen nach erfolgtem Einlegen keine weitere Verdichtung erleidet und so seine Porosität und leichte Durchlässigkeit mit geringer Druckbeanspruchung bewahrt bleibt, während an den abdichtenden Rändern eine kräftige Verdichtung erzielt und der Kuchen hier von der Flüssigkeit nicht aufgeweicht oder in seiner Form verändert werden kann.

Auch bei der Herstellung der Filterfläche aus einzelnen Theilen kann die gleiche Dichtungsart Verwendung finden, wie die Fig. 13 und 14 zeigen. Wie die Fig. 15 bis 17 erkennen lassen, können die Stege w der starken Siebböden \ und demgemäfs die einzelnen Felder der Filterfläche auch andere Gestalt, als in Fig. 14 gezeigt, erhalten. Die dargestellten Fälle sollen eben nur als Beispiele dienen, wie eine runde, viereckige oder anders gestaltete Filterfläche durch Stege w, welche Sterne, Gitter oder dergleichen bilden, in Felder getheilt werden kann.

Die Höhe dieser Stege n> wird zweckmäfsiger etwas niedriger gewählt als die Dicke des Kuchens i, Fig. 13.

Ist der Filtrirapparat etwa nach Patent Nr. 60617 aus einzelnen Mantelringen mit daran sitzenden Siebböden zusammengesetzt, so können diese gewissermafsen eine Schale bildenden Mantelringe unmittelbar an Stelle des Formringes b mit Siebboden α. als Form benutzt werden.

Man setzt dieselben dann einfach in den Apparat (Fig. 1 bis 3) ein, benutzt gebotenenfalls einen Aufsetzring, um den Inhalt des Ringes so grofs zu gestalten, dafs der Kuchen die nöthige Stärke erhält, und trocknet dann den mechanisch, wie beschrieben, entwässerten Filterkuchen direct in der Schale, indem man denselben in den Trockenapparat bringt. Auch ganze Filtertrommeln nach Patent Nr. 44040 lassen sich leicht so abändern, dafs sie in derselben Weise zur Formung der Kuchen benutzt werden können, und das Verfahren läfst sich demnach leicht auf alle in Gebrauch befindlichen Filtrirapparate anwenden.

Ist die Filtrirfähigkeit der Kuchen erschöpft, so bringt man dieselben wieder in Wasser; sich selbst überlassen, zerfallen die Kuchen dann infolge ihrer Porosität, so dafs sie wieder gereinigt und von neuem verwendet werden können.

Ganz besonders vortheilhaft erweisen sich solche trockenen Filterkuchen bei Anwendung von zwei Filterschichten, von denen die erste gewissermafsen zum Vorfiltriren, die zweite zum Nachfiltriren dient. Wird feuchte Masse nach dem alten Verfahren in den Filtrirapparat eingelegt, so ist es nicht möglich, eine Schicht für sich auszuwechseln, also beispielsweise die stets früher erschöpfte Schicht zum Vorfiltriren besonders einzusetzen, denn hierbei würde das Wasser des frisch eingetragenen Breies sich mit der noch in der benutzten Schicht enthaltenen Flüssigkeit vermengen und letztere verloren gehen. Dieser Uebelstand fällt ganz fort bei Anwendung der beschriebenen trockenen Filterkuchen. Hier kann man zu jeder Zeit den als Vorfilter dienenden Kuchen auswechseln, ohne dafs der andere Kuchen aus dem Filter herausgenommen zu werden braucht.

Derartige poröse Filterkuchen können sowohl für verticale, als auch für horizontale Filtrirapparate jeder Construction verwendet werden.

Der zur Herstellung des Kuchens dienende Faserstoff kann aus Cellulose, Holzstoff, Halbzeug aus Leinen, Baumwolle oder dergleichen oder aus Mischungen dieser Stoffe mit einander, gebotenenfalls unter Zusatz von Kohle, Asbest oder dergleichen bestehen.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:
   Verfahren zur Herstellung trockener sterilisirter, poröser und in Wasser wieder lösbarer Filterkuchen aus Faserstoff für Filtrirapparate, dadurch gekennzeichnet, dafs man eine abgemessene Menge der mit Wasser zu einem Brei angerührten Filtermasse in einer dem Filtrirapparat entsprechenden Form oder in einer Filterschale unmittelbar mechanisch nur so weit entwässert, dafs der Kuchen den nöthigen Zusammenhang erhält, den so erhaltenen Kuchen mittelst heifser Luft trocknet und sterilisirt und zur unmittelbaren Benutzung in Filtrirapparaten geeignet macht.
   Apparat zur Herstellung von entwässerten, zur Trocknung mittelst heifser Luft geeigneten Filterkuchen, gekennzeichnet durch einen Ring (b) mit losem Siebboden (a), der, über eine mit absperrbarem Ablaufrohr (I) versehene Vertiefung (f) gebracht, den raschen Ablauf des Wassers aus der Masse ermöglicht, eine Druckplatte (p) mit Rand oder Anschlägen (s), welche das Zusammenpressen des feuchten Kuchens nur bis zu einem gewissen Grade ermöglicht, und. eine Platte (t) zum Herausheben des entwässerten Kuchens aus dem Ring (b).

   3. Die Abdichtung der trockenen Filterkuchen an ihren Rändern zwischen den Siebplatten mittelst eines Gummiringes von U-förmigem Querschnitt, der um den Rand des Filterkuchens gelegt wird und beim Schliefsen des Apparates den Rand des Kuchens zusammenprefst und den Raum aufserhalb des Randes dicht ausfüllt.

   4. Die Abänderung der zu 3. angegebenen Abdichtung der trockenen Filterkuchen oder deren Theile an ihren Rändern, darin bebestehend, dafs die Schenkel der Gummiringe von U-förmigem Querschnitt auch die dünnen Siebboden (x) zu beiden Seiten des Filterkuchens (i) umfassen (Fig. 10 bis 14), zu dem Zweck, ein nachtheiliges Zusammenpressen der Ränder des Kuchens zu vermeiden.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.