DE9010071U1 - Filterstapel für den Einbau in einer nach dem Crossflow-Prinzip betreibbaren Filtervorrichtung für Fluide - Google Patents
Filterstapel für den Einbau in einer nach dem Crossflow-Prinzip betreibbaren Filtervorrichtung für FluideInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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Description
Eii.*>au in einer n?r\i dem Crossflow-
PrLmLp betr*»ibbaren FÜ^rvc=.-richtung für Fluide
Die Erfindung betrifft einen Filterstapel für den Einbau in
eine nach dem Crossflow-PrinzIp betreibbaren Filtervor-
""> richtung für Fluide nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches,
wie sie z.B. durch die DE-OS 33 41 262 bekannt ist. Das darin beschriebene stapeiförmige Trennelement aus
geschichteten Zuschnitten, zwischen zwei Endplatten ist bezüglich seiner Strömungeführung noch verbesserungswürdig,
wenn es darum geht, einen möglichst geringen Druckabfall zwischen Retentateingang und Retentatausgang zu erreichen,
ohne daß dies zu Lasten der Filtrationsleistung geht.
Gerade bei der Filtration von Flüssigkeiten mit hohen CO2-Gehalt wie Bier, stark CO2-haltigen Fruchtsäften und
dergleichen ist zur Vermeidung einer C02-Entgasung aus der
Flüssigkeit ein gewisser Druck auf der Filtratseite erforderlich.
Dies bedingt ein höheres Druckniveau auf der Retentatseite um die Filtration überhaupt zu ermöglichen,
d.h. das gesamte FiItrationeeystem muß nach außen druckstabil
sein.
Aufgrund der relativ kleinen Durchbrechungen in dem stapelfcrmigen
Trennelement nach DB-OS 33 41 262, wird eine ausreichende Überströmung der Membran durch den starken
Druckabfall zwischen Retent«1: ;^;gang und Retentatausgang
behindert; dies hat unter Umständen einen schnellen Aufbau einer Deckschicht und damit sinkende Filtrationsleistungen
zur Folge, insbesondere aber neigen die Anströmöffnungen zur Verblockung bei Medien mit hohem Feststoff- bzw. Partikelanteil,
wie z.B. Fruchtsäfte und auch bei dar FiI-tration von hochvi^kosen Flüssigkeiten wie Milch und Molke.
Es ist auch bekannt (DE-GM 87 00 793), glockenförmige Filterelemente
aus Keramik axial mit Abstand um einen davon gebildeten Hohlkern in einem umgehenden Druckgehäuse zu
stapeln, und die zwischen den glockenförmigen Filterelementen auf der Außen- und Innenseite gebildeten Spalte in
Richtung der Mantellinien nach dem Crossflow-Prinzip zu überströmen. Der Filtratabzug erfolgt aus kranzförmigen
Hohlräumen der Keramikkörper. Aufgrund der besonderen Formgebung
ist die Herstellung auf feste bzw. formstabile Materialien beschränkt und sehr kompliziert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine Filtervorrichtung der
eingangs genannten Bauart, insbesondere zur Filtration von Medien mit hohem Feststoff- bzw. Partikelanteil zu
schaffen, die mit höherem Betriebsdruck betrieben werden kann und bei der der Druckabfall innerhalb der Strömungswege relativ gering ist unö Lei dem der Einsatz verschie-
denartiger Trennmedien nach dem gleichen Abdichtunvfsprir.zip
der einzelnen Elemente möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch
angegebenen Merlanale gelöst. Vorteilhafte Weifcerbildungen
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zusammenfassend besteht die Erfindung aus einem Filtergehäuse
mit Filterstapel bzw. einem Filterstapel zur best
immungsgemäfien Verwendung in einem Filtergehäuse mit nachstehenden Merkma1en.
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Bei einer nach dem Crossflow-Prinzip betreibbaren Filtervorrichtung
für Fluide mit einem von zwei Endplatten, von denen mindestens eine Fluidanschlüsse aufweist, in Dichtlage
gehaltenen Filterstapel aus runden Flachfilterelementen und alternierend angeordneten, kongruenten, drainierenden
Stützelementen, ist die die Fluidanschlüsse aufweisende Endplatte Teil eines den Filterstapel umschließenden
Gehäuses und die periphere Anströmung des Filterstapele erfolgt über einen Gehäuseringraum. Der
Filterstapel ist etwa in Durchmesserrichtung von einem schlitzartigen Schacht zur Fluidführung des Retentats
durchsetzt, der in der die Fluidanschlüsse aufweisenden Endplatte mündet. Im diametralen Endbereich der von dem
schiltzartigen Schacht nicht erfaßten Stapelfläche ist
mindestens ein Permeatschacht zur Abführung des Permeate
aus der Ebene der Filterelemente angeordnet, wobei die Permeatschächte in der Endplatte mit Anschlüssen münden.
Die das partikelbelastete Fluid führenden Stützelemente sind durch Überströmplatten mit beidseitig angeordneten,
quer zum schlitzartigen Schacht verlaufenden Überströmkanälen gebildet und jeweils zwei Filterzuschnitte sind
unter drainierender Beanstandung mittels eines Drainagevlieses
oder Gittere zwischen jeweils zwei Oberströmplatten zur Führung des Retentats und des Permeate angeordnet. Da
die Summe der Anströmquerschnitte in der schlitzförmigen Durchbrechung etwa gleich der der äußeren Anströaquerschnitte
im äußeren Retentatraum sind, ist auch problemlos eine Feedumkehr ohne Druckerhöhung im inneren Retentatschacht
vorzunehmen, möglich. Durch die Filtervorrichtung lassen sich preisgünstig partikelgängige, mit hohen Feststoff
anteilen behafteteten Flüssigkeiten filtrieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in
der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine
Filtervorrichtung für Fluide, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Überströmplatte,
der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Drackverteilungsmaske,
Fig. 5 eine Draufsicht auf das mehrschichtige Filterelement,
Linie 6-6 in Fig. 5,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Filterelement nach
Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Filterelement nach
der Linie 7-7 In Fig. 5 und Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Filterstapele
etwa nach der Übersichtszeichnung gemäß Fig. l. bzw. nach den Schnittlinien 3-3 und 7-7.
Die Filtervorrichtung gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem glockenförmigen Gehäuseoberteil 1, einem damit
über Spannelemente mit Dichtungen lösbar verbundenen Gehäuseunterteil 2, welches bevorzugt die Fluidanschlüsse 3,
4,5 aufweist. Das Gehäuse 1,2 wird über eine Fluidpumpe 6 mit Flüssigkeit über den Anschluß 4 versorgt und diese
überströmt bevorzugt von außen nach innen den im Gehäuse 1,2 im Retentatraum 11 angeordnete Filterstapel 32. Das
aufkonzentrierte Retentat verläßt durch den zentralen Retentatraum 30 über den Anschluß 3 den Filterstapel 32
und das Gehäuse 1,2. Das die Filterelemente 41 durchdringende Permeat verlädt den Filterstapel 32 durch die
Permeatschächte 31 und den Permeatauslaß 5 in der unteren Endplatte 2. Ein im Gehäuseunterteil 2 angeordneter Kingraum
2' verbindet alle in den Zeichnungen angegebenen Permeatdurchlässe
bzw. Permeatschächte 31 mit dem Permeat-
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auelaß 5. Der gesamte Filterstapel 32 wird durch eine
Druckplatte 9 als obere Endplatte und einem mit der unteren Endplatte 2 verbundenen Spannbolzen 7 mit Mutter 8 auf
Dichtlage gehalten. Die Mutter 8 kann auch durch einen Spanntrieb gemäß DE-OS 37 80 733 ersetzt sein, welcher
Expansionskräfte des Filterstapels 32 kompensiert. Über dem Anschluß 24 ist das Gehäuse 1,2 entlüftbar.
In Fig. 2 bis 8 sind die verschiedenen Einzelelemente dargestellt. Bezogen auf eine gemäß Fig. l von oben beginnende
Schichtenfolge besteht diese aus einer überströmplatte 38 nach Fig. 2,3 welche eine zentrale schlitzförmige
Durchbrechung 30,30* und mehrere über den umfang im Endbereich dieser Durchbrechung 30,30* angeordnete Durchbrechungen
31 für das Permeat aufweist.
Die Durchbrechungen 31 sind durch ebene Plattenkränze 38*
als Pressdichtung eingefaßt.
glatten Oberfläche ausgestatteten Überströmplatte 38 ist
ein Filterelement gemäß Fig. 5 bis 7 angeordnet, dessen Lochbild bezüglich der Durchbrechungen 30,30*,31 mit dem
der Überströmplatte 38 übereinstimmt. Dieses Filterelement 41 besteht aus einem oberen und unteren Flachfilterzuschnitt
36 und einem sandwichartig dazwischen liegenden, drainierenden Vlies 37 oder einem Gewebe, deren periphere
Ränder einschließlich im Bereich der zentralen schlitzförmigen Durchbrechung 30 durch Verschweißung oder Klebung als
Dichtung 33 leckdicht verbunden sind. Bedarfsweise ist zwischen
drainierender Stützschicht 37 in Form eines Vlieses oder Gewebes und Flachfilterzuschnitten 36 beidseitig eine
Druckverteilungemaske 34 angeordnet, die sicherstellt, daß das Permeat in der Ebene der drainierenden Stützschicht 37
ungehindert in die Durchbrechungen 31 zur Permeatabführung
fließen kann, wie in Fig. 5 schematisch angedeutet. Die
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Druckverteilungemaske weist eine mit den Durchbrechungen &Pgr;
des Filterelementes 41 deckungsgleiche Ausnehmung 31 mit eines Mittelsteg 35 auf. Die Druckverteilungsmaske 34 ist
zweckmäßig in der Dichtung 33 des Filteralementes 41
unverschieblich fixiert. Die Durchbrechungen 31 können auch
durch mehrere kreisrunde Lochungen gebildet sein.
Auf dieses Filterelement 41 folgt wieder eine Oberströmplatte 38 usw., wie in Fig. 1 bzw. 8 angedeutet.
Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, liegen die quer zu der schlitzförmigen zentralen Durchbrechung 30 verlaufenden
ÜberStrömungskanäle 39 nach außen hin auf einer Ebene,
haben jedoch unterschiedliche Tiefe, Breite und Länge.
Die sich aufgrund der Plattengeometrie und der gewählten
schlitzartigen zentralen Durchbrechung 30 ergebenden unterschiedlichen Längen der Überströmkanal 39 für das Reter tat
können durch fortlaufende Querschnitteverengung der Überströmkanäle 39 vom größten Durchmesse?: ausgehend zur
Peripherie hin (Verkürzung der Länge der Überströmkanäle) ausgeglichen werden, um für eine gleichmäßige Wandschubspannung
an der Membranoberfläche zu sorgen. Der damit gebildete Filterstapel 32 wird also nicht radial sondern
von außen zur Mitte hin in Richtung des RetentatSchlitzes
30,30* parallel überströmt. Der Filterstapel 32 wird allseitig umströmt, so daß hier keine toten Ecken im Gehäuse
1,2 und auch nicht an den Überströmkanälen 39 bzw. Schächten 30,3O1,31 entstehen. Dies ist besonders wichtig nach
Reinigungszyklen. Das Retentat sowie auch das Permeat werden im Boden des Filtergehäuses 1,2 abgezogen.
Die Überströmplatten 38 sind anwendungsspezifisch vorzugsweise aus Kunststoff gespritzt oder als profiliert geätzte
Ede3«tahlplatten und somit als wiederverwendbare Elemente
ausgebildet. Bedarfsweise können mehrere aufeinanderge-
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stapelte Filterelemente 41 und überströmplatten 38 gemäß
Flg. 8 durch Verbindungselemente zu Filtermodulen 32a zusammengefaßt werden, wie auch In Flg. 1 erkennbar, so daß
deren Handhabung erleichtert wird. Diese Verbindungselemente können gemäß Flg. 8 zum Beispiel durch eine im
Bereich der Durchbrechungen 31 auf der Außenseite angeordnete Umspritzung 40 aus Kunststoff oder Silikonmasse
oder durch die Permeatschächte 31 im Bereich Ihrer Stege angeordnete Klammern gebildet sein.
Die Auswahl der Flachfilterzuschnitte 36 bezüglich Forengröße
bzw. Rückhaltevermögen, Material und Belastbarkeit richtet sich nach den zu behandelnden Fluiden. Die Spalthöhe
zr Ischen zwei Flachfilterzuschnitten 36 und dazwischen
liegenden Drainagezuschnitten 37 richtet sich ebenfalls nach den Erfordernissen der zu behandelnden Fluide und wird
durch die Auswahl geeigneter Gewebestärken oder Vliesstärken sowie durch entsprechende Wahl der Dicke der Druckverteilungsmasken
34 erreicht. Als Vliese werden plane, gering kompressible Vliese mit guten Drainageeigenschaften bevorzugt.
Diese können auch ein Laminat mit dem Filter 36 bilden. Bei diesen Vliesen kann gegebenenfalls auf die Verwendung
der Druckverteilungsmasken 34 verzichtet werden.
Das Material der Druckverteilungsmasken 34 richtet sich nach dem Anwfcndungsfall, es sollte bevorzugt hart und inkompreseibel
sein, z.B. Polypropylen, Polyester, Metallfolie, FVDF, um zu verhindern, daß sich die Membran in die
offen zu haltende Vlies- oder Cewebestruktur im Abströmbereich
drückt. Die Stärke der Druckverteilungsmasken liegt je nach Anwendungefall zwischen 50 und 150 /um.
Zur Erreichung «ines geringen Druckabfalls zwischen Retentateingang
4 und Retentatausgang 3 wird bei der Filtration CO2-haitiger Flüssigkeiten bevorzugt von außen nach innen
überströmt, und zwar mit erhöhtem Betriebsdruck im Gehäuse 1,2 bei gleichzeitiger Drosselung des Filtratabgangs 5, um
einen Druckanstieg auch auf der Permeatseite des Filterst ©tasas su erreichen. Dadüreä wird eis Seaäuae":. "nd
Entgasen der Flüssigkeit vermieden.
Auch bei der Filtration von hochviskosen Flüssigkeiten wie Milch und Molken ist es vorteilhaft, von aufMm nach innen
zt ~&-arstränen f !omit der Druckverlust zwischen Reteatateing&ng
4 uxhä Retentatausgang 3 möglichst gering ist. Dadurch wird eins Deckec^ichtausbildung auf den Filterzuschnitt.sn
verzögert.
Die Spalthöhe zwischen den zu überströmenden Filterelementen
41 und Oberströmplatten 38 bzw. Oberströmkanolen 39 liegen zwischen 200 bis 1000^um, je nach zu behandelndem
Fluid.
Die Überströmplatte kann auch aus einer Oberströmkanäle 39
und ebene Plattenkränze 38' aufweisenden geprägten Folie aus Kunststoff gebildet sein. Die Wellenberge der Überströmkanal
39 stehen dabei einseitig oder beidseitig über die Ebene der Plattenkränze 38' über. Durch aufgelegte
Ausgleichsmasken (34) in Form der Plattenkränze 38' lassen
sich die in einer Ebenen liegende Auflageflächen für die Filterelemente 41 über die ganze Plattenebene erreichen.
Der Vorteil der erfindungsgem£Ben Filtervorrichtung mit
ihrem überström- und Dichtungsprinzip ist außerdem in der Variabilität und Auewechselbarkeit der Zuschnitte und der
Möglichkeit zu sehen/ in einem geschlossenen Drucksystem
mit variablen Betriebsdruck und Differenzdruck sich ver-
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schiedenen Filtrationsbedingungen ohne großen Aufwand anpassen zu können. Da die Summe der Anströmguerschnitte in
der schlitzförmigen Durchbrechung 30,30' etwa gleich der der äußeren Anströmquerschnitte im Refcentatraur» IX sind,
ist auch problemlos eine Fe^dumkehr ohne Druckerhöhung im
Retentatschacht 30,30* vorzunehmen, möglich. Durch das geschlossen® System entstehen lceisse l^sTcv&T^uatB msa dissäss
ist im Bereich der Biotechnologie im Hinblick auf Verkei-Kungsgefahr,
3ekundärkontamination, Verschmutzung etc.
wichtig.
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Claims (8)
1. Fllterstapel für den Einbau in einer nach dem Crossflow-Prinzip
betreibbare Filtervorrichtung für Fluide, der zwischen zwei Endplatten, von denen mindestens eine
Fluidanschlüsse aufweist, in Dichtlage gehalten wird,
aufweisend runde Flachfilterelemente und alternierend angeordnete, drainierende Stützelemente, wobei der
Stapel aus Elementen im Zentrum eine schachtartige Durchbrechung und zwischen der mittigen Durchbrechung
und der Peripherie über den Umfang verteilt mehrere schachtartige Durchbrechungen zur getrennten Führung von
Retentat und Permeat aufweist,, wobei die schachtartigen
Durchbrechungen in der Endplatte mit den Fluidanschlüssen enden, dadurch oekennzelehnet. daß
- der Filteretapel (32) etwa in Durchmesserrichtung von einem schlitzartigen Schacht (30,30*) zur Führung
des Retentats durchsetzt ist, der in der die Fluidanschlüsse
(3,4,5) aufweisenden Endplatte (2) mündet, - im diametralen Endbereich der von dem schlitzartigen
Schacht (30,30') nicht erfaßten Stapelfläche mindestens ein Permeatschacht (31) zur Abführung des Permeate
aus der Ebene der Filterelemente (41) angeordnet ist, wobei die Permeatschächte (31) in der Endplatte
(2) mit Anschlüssen (3,4,5) münden,
- die das partikelbelaetete Fluid führenden Stützelemente
(38) durch überströmplatten (38) mit beidseitig
angeordneten, quer zum schlitzartigen Schacht (30,30*) verlaufenden Oberströmkanälen (39) gebildet sind und
- jeweils zwei Filterzuschnitte (36) unter draini«render Beanstandung mittels eines Drainagevliases (37)
oder Gittere zwischen jeweils zwei überströmplatten (38) zur Führung des Retentats und des Permeate angeordnet
sind, und
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- die Überströmkanäle (39) Im eingebauten Zustand des
Filterstapels perlpherer In einem Fluiddruckraum (11)
der Filtervorrichtung münden.
2. Filterstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die in der Ebene des Drainagevlieses (37) oder Gittere offen zu haltende Permeatschächte (31) bedarfsweise
von einer zwischen den Filterzuschnitten (36) und der Drainageebene angeordneten dünnen Druckverteilungemasken
(34) eingießt sind.
3. Filterstapel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverteilungsmaske (34) eine Dicke
von 50 bis 150 /um hat.
4. Filterst/ipel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmplatten (38) für das Retentat
aus Kunststoffpolymer gebildet sind.
5. Filterstapel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet.
daß die Überströmplatte aus einer Überströmkanäle (39) und ebene Plattenkränze (38*) aufweisenden geprägten
Folie gebildet ist.
6. Filterstapel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die ebenen Plattenkränze (38*) durch entsprechend ausgebildete Ausgleichsmasken etwa auf Plattenstärke im
Bereich der ÜberströmkanLle (39) verstärkt sind.
7. Filterstapel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet . daß die Peripherie und der Rand der schlitzförmigen
Durchbrechung (30,30*) zweier Filterzuschnitte (36) mit einschließendem Drainageelement (37) durch Verschweißung
oder Klebung leckdicht eingefaßt sind.
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8. Filterstapel nach Anspruch 1 bis 7, aekenn &zgr; e i chnet dur -h
ein diesen und die Endplatten (2,9) einschließendes Druckgehäuse (1,2) mit mindestens drei Fluidanschlüssen
(3,4,5) für die Überströmung des Filterstapels (14) nach
dem Crossflow-Prinzip.
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9010071U DE9010071U1 (de) | 1989-10-17 | 1990-07-03 | Filterstapel für den Einbau in einer nach dem Crossflow-Prinzip betreibbaren Filtervorrichtung für Fluide |
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|---|---|---|---|
| DE3934564 | 1989-10-17 | ||
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Publications (1)
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|---|---|
| DE9010071U1 true DE9010071U1 (de) | 1990-11-15 |
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ID=25886170
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9010071U Expired - Lifetime DE9010071U1 (de) | 1989-10-17 | 1990-07-03 | Filterstapel für den Einbau in einer nach dem Crossflow-Prinzip betreibbaren Filtervorrichtung für Fluide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9010071U1 (de) |
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| WO1999036150A2 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-22 | Pall Corporation | Separation systems, membrane modules, filter elements and methods for making filter elements |
| WO2006117366A2 (de) * | 2005-05-04 | 2006-11-09 | Filtrox Ag | Crossflow-filtermembran, membranmodul, verbindungselement zum verbinden von modulkissen, verfahren zur herstellung eines modulelements, modul zur crossflow-filtration, verfahren zur crossflow-filtration und verwendung eines filters |
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