FI103325B - Kirkastussuodatin ja menetelmä sen regeneroimiseksi - Google Patents

Description

103325

Kirkastussuodatin ja menetelmä sen regeneroimiseksi Tämän keksinnön kohteena on kirkastussuodatin, joka käsittää säiliössä sijaitsevan lieriömäisen suodatinelementin, jonka vaipan läpi suodatettava nestevirtaus on joh-5 dettavissa siten, että nesteessä oleva kiintoaines erottuu kakuksi elementin pinnalle, virtausyhteet suodatettavan virtauksen johtamiseksi säiliöön ja suodoksen ja kiinto-ainekakun poistamiseksi siitä, sekä ultraäänigeneraattoriin kytkettynä olevan ultra-äänipuhdistimen suodatinelementin regenerointia varten. Lisäksi keksintö käsittää menetelmän kirkastussuodattimen suodatinelementin regeneroimiseksi.

10 Kirkastussuodatuksen tehtävänä on erottaa nesteessä pieninä määrinä esiintyvät pienet kiinteät hiukkaset mahdollisimman täydellisesti niin, että tuloksena on kirkas suodos. Hiukkasten koko vaihtelee mikrometrin osista muutamaan mikrometriin, ja kiintoaineen määrä nesteessä voi vaihdella välillä 1 mg/1 - 10 g/1. Jotta pienimmätkin hiukkaset erottuisivat nesteestä, on suodatinmateriaalin huokosten oltava riittävän 15 pieniä, useimmiten alle 5 μπι.

Kirkastussuodatuksen tarkoituksena voi olla nesteen puhdistaminen kiintoaineesta, joka alentaisi nesteen laatua sen käyttöä tai jatkokäsittelyä ajatellen. Vaihtoehtoisesti voi päämääränä olla arvokkaan kiintoaineen talteenotto.

Jotta kirkastussuodatusprosessi olisi taloudellisesti kannattava, tulisi sen kapasitee-20 tin olla korkea ja mahdollisimman tasainen. Suodatuksen ongelmana on se, että suo datettaessa pieniä kolloidaalisia hiukkasia nämä pyrkivät lyhyessä ajassa tukkimaan suodatinmateriaalin mikrohuokoset. Huokosten laaja pinta adsorboi pieniä hiukkasia, ioneja tai molekyylejä läpivirtaavasta nesteestä, jolloin huokosten tilavuus pienenee. Erityisen herkkä tukkeutumiselle on suodatinmateriaalin pinta, joka on vuo-25 rovaikutuksessa sen läheisyyteen kertyvään kiintoainekseen. Pintaa voivat tukkia mekaanisesti materiaalin pintahuokosiin tunkeutuvat sopivan kokoiset hiukkaset, tai hiukkaset voivat sitoutua materiaalin pintaan kemiallisilla tai sähköisillä sidoksilla. .· Tukkeutumisen seurauksena puhtaan suodatinmateriaalin alunperin korkea kapasi teetti laskee nopeasti murto-osaan alkuperäisestä, jolloin suodatinmateriaali täytyy 30 vaihtaa tai regeneroida.

Markkinoilla on kirkastussuodatukseen tarkoitettuja panossuodattimia, joissa suoda-tinväliaine on tukkeutumisen jälkeen joko kokonaan vaihdettava tai irrotettava puhdistusta varten. Tämä menettely on työläs ja aiheuttaa alhaisen käyttöasteen. On myös suodattimia, joissa tukkeutumisen välttämiseksi on käytetty karkeampaa suo- 2 103325 datinväliainetta (5-10 μιη), mutta näillä saatava suodos ei ole riittävän puhdasta. Hyvään suodatustulokseen päästään tunnetuilla membraani- ja osmoosiosuodattimil-la, mutta niiden kapasiteetti on pieni ja kalvojen uusiminen vaatii käsityötä.

Kirkastussuodattimien regeneroinnissa yleisin menettelytapa on ollut käänteishuuh-5 telu, jossa nestettä painetaan suodatussuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan paineella, jonka tulisi olla suurempi kuin se paine, jossa suodatus tapahtuu. Tämän toteuttaminen voi kuitenkin olla vaikeaa, eikä menetelmällä pystytä poistamaan läheskään kaikkia suodatinmateriaalia tukkivia hiukkasia. Toinen yleisesti käytetty rege-nerointimenetelmä on ollut suodatinmateriaalin kemiallinen pesu liuoksella, johon 10 tukkiva aine liukenee.

Suodatinmateriaalin regenerointi voi myös tapahtua ultraäänikavitoinnilla, joka aiheuttaa materiaalin pinnassa voimakkaan mekaanisen kulutuksen, joka kuluttaa pois tukkivan aineen.

Keksinnön mukaisessa kirkastussuodattimessa ultraäänen avulla tapahtuvaa suoda-15 tinelementin regenerointia on kehitetty edelleen tarkoituksena mahdollistaa suodattimen nopea puhdistus ilman merkittävää tuotantokatkosta. Keksinnön mukaiselle suodattimelle on tunnusomaista se, että ultraäänipuhdistin on muodostettu suodatin-elementtiä ympäröiväksi renkaaksi, joka on puhdistuksen yhteydessä siirrettävissä säiliössä olevan nestepinnan mukana ylhäältä alaspäin.

20 Keksinnön mukainen renkaan muotoinen ultraäänipuhdistin puhdistaa kavitoimalla suodatinelementin yhtä vaakasuuntaista vyöhykettä. Puhdistin kelluu suodatettavassa nesteessä suodatuksen normaalissa lähtöasemassa lähellä säiliön yläpäätä. Kun puhdistinta sen jälkeen siirretään säiliössä olevan nesteen pintaa laskemalla hitaasti ylhäältä alaspäin, tulee elementin koko pinta puhdistetuksi ultraäänikavitoinnilla toi-25 menpiteen aikana. Tarvittaessa puhdistus on myös toistettavissa. Puhdistus voidaan suorittaa pelkästään ultraäänellä tai siihen voidaan yhdistää pesu vedellä tms. pesunesteellä. Koko puhdistustapahtuma on ohjelmoitavissa tapahtumaan automaattisesti, jolloin kahden puhdistuskerran välinen aika on säädettävissä laajoissa rajoissa.

Säiliössä olevan nestepinnan lasku voi tapahtua säiliön alaosassa olevan tyhjennys-30 venttiilin kautta.

Ultraäänipuhdistusvaiheiden välillä keksinnön mukaista kirkastussuodatinta voidaan puhdistaa pesunesteellä suoritetulla käänteishuuhtelulla. Suodatin voi olla konstruoitu siten, että suodoksen poistojohto alkaa säiliön yläpäästä, säiliöön on liitetty syöt-töyhde kiintoainekakun suodatinelementin pinnasta irrottavan, suodatukseen nähden 3 103325 vastakkaissuuntaisen virtauksen tuottamiseksi ja säiliö on varustettu pohjaventtiilil-lä, jonka kautta kiintoainekakku on poistettavissa. Mainittu syöttöyhde on käytettävissä pesunesteen syöttöön myös silloin, kun pesu tapahtuu ultraäänikavitoinnin yhteydessä.

5 Säiliö, jossa suodatinelementti sijaitsee, voi keksinnön mukaan olla vertikaalinen, ja suodatettava virtaus voidaan syöttää tangentiaalisesti ja horisontaalisesti säiliön seinämään nähden. Säiliö voi olla lieriömäinen tai vaihtoehtoisesti kartiomainen, jolloin säiliöön tangentiaalisesti syötetty virtaus aikaansaa nesteelle voimakkaan pyörimisliikkeen ja keskipakovoiman vaikutuksesta raekoon mukaisen luokituksen.

10 Keksinnön mukaisen suodattimen suodatinelementti voi olla huokoista keraamista materiaalia, kuten alumiinioksidia, piikarbidia tai piinitridiä, tai huokoista sintrattua metallia, kuten ruostumatonta terästä, nikkeliä tai titaania. Tällaisen elementin huokoskoko on alueella 0,2-2 pm, jolloin sen erotuskyky on erinomainen. Elementti pystyy erottamaan nesteestä kolloidaaliset hiukkaset, kuten savihiukkaset ja jopa 15 bakteereja. Mainitut keraamiset materiaalit kestävät kulutusta, korkeita lämpötiloja ja syövyttäviä olosuhteita ja ovat käytössä pitkäikäisiä.

Keksinnön erään sovellutuksen mukaan keraamisen suodatinelementin pinnalla on joukko, esim. 3-5 kpl, ohuita lasitettuja, maalattuja raitoja, jotka katkaisevat elementin pintaan kertyvän kiintoainekakun siten, että se putoaa helpommin säiliön pohjal-20 la olevaan pohjaventtiiliin.

Kuten jo mainittiin, käsittää keksintö myös menetelmän kirkastussuodattimen suodatinelementin regeneroimiseksi. Menetelmässä nestevirtauksesta kiintoainesta erottavaa lieriömäistä suodatinelementtiä, joka on sijoitettuna nestevirtauksen syötön sekä suodoksen ja kiintoainekakun poiston vaatimin virtausyhtein varustettuun säili-25 öön, puhdistetaan ajoittain säiliöön jäljestetyllä ultraäänipuhdistimella. Menetelmälle on tunnusomaista se, että ultraäänipuhdistin muodostaa suodatinelementtiä ympäröivän renkaan, joka kelluu säiliössä olevassa nesteessä, jolloin puhdistuksen yhtey-: dessä rengasmaista puhdistinta siirretään säiliössä ylhäältä alaspäin nestepinnan mukana.

30 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisten piirustusten kuvioon 1, jossa nähdään keksinnön mukainen kirkastussuodatin.

Piirustusten kuvio 2 liittyy jäljempänä olevaan esimerkkiin 1 esittäen suodattimen kapasiteettia (läpäisevyyttä) ajan funktiona.

4 103325

Piirustuksen mukainen laitteisto käsittää lieriömäisen säiliön 1, johon on venttiilin 2 kautta pumpattavissa suodatettavaa nestettä. Säiliössä 1 on lieriömäinen suodatin-elementti 3 kiinnitettynä säiliön yläosaan. Suodatinelementti 3 on tehty sintratusta keramiikasta, ja sen huokoskoko on välillä 0,2-2 pm. Suodatinelementti 3 erottaa 5 suodatettavasta virtauksesta kiintoaineksen elementin pintaan kertyväksi suodatinka-kuksi, samalla kun elementin läpäissyt suodos poistuu venttiilillä 4 varustettuun suo-dosputkeen 5. Suodatinkakun irrotusta varten syöttöventtiili 2 ja suodosventtiili 4 ovat suljettavissa ja elementin 3 läpi on painettavissa käänteispaineella venttiilin 8 kautta syötettyä pesunestettä, joka irrottaa kakun, joka putoaa säiliön pohjalle ja 10 poistetaan avatun pohjaventtiilin 6 kautta. Pesun jälkeen pesunesteventtiili 8 ja poh-javenttiili 6 suljetaan ja syöttö- ja suodosventtiilit 2 ja 4 avataan suodatuksen jatkamiseksi.

Aika ajoin suoritettavaa suodatinelementin 3 regenerointia varten lieriömäisen elementin 3 ympärille on sovitettu renkaan muotoinen ultraäänivärähtelijä 7, joka toi-15 mii ultraäänigeneraattorin 10 syöttämällä korkeataajuisella sähkövirralla. Värähtelijä 7 aikaansaa elementtiä 3 puhdistavaa ultraäänikavitointia elementin pinnassa. Normaalisti värähtelijä 7 kelluu säiliössä 1 olevassa nesteessä lähellä säiliön kantta. Jotta elementin 3 pinta saataisiin kauttaaltaan puhdistetuksi, avataan säiliön ilmas-tusventtiili 9 sekä tyhjenny s venttiili 12 syöttöventtiilin 2 ollessa samanaikaisesti sul-20 jettuna. Kun säiliön 1 tyhjentyessä nesteen pinta säiliössä hitaasti laskee, seuraa rengasmainen ultraäänivärähtelijä 7 pinnan laskua siksi, kunnes se saavuttaa ala-asemansa 11. Ultraäänipuhdistuksen aikana elementin 3 läpi voidaan johtaa käänteispaineella venttiilin 8 kautta syötettyä pesunestettä, joka edistää tukkeutumien irtoamista. Pesunesteen paineen on oltava riittävän suuri, tyypillisesti 0,5-5 bar.

25 Suodatinelementin 3 puhdistus on automatisoitavissa, ja se voidaan toistaa tarpeen mukaan. Puhdistuskertojen väli on säädettävissä, ja on tyypillisesti 1-10 tuntia. Jatkettaessa puhdistuksen jälkeen suodatusta avataan syöttöventtiili 2, jolloin säiliö 1 täyttyy nesteellä ja säiliössä oleva ilma poistuu venttiilin 9 kautta. Sen jälkeen suo-datusprosessi jatkuu edellä esitetyn mukaisesti.

30 Suodatettavassa nesteessä oleva, keksinnön mukaisella suodatuksella erotettava kiintoaines voi olla epäorgaanista tai erikoistapauksissa orgaanistakin ainetta, jonka määrä ei mielellään ole yli 100 g/1 ja joka yleensä on alle 10 g/1. Tyypillisesti 99 % hiukkasista on kooltaan enintään 5 pm. Virtauksen lämpötila on tavallisesti alle 100 °C, sen pH on välillä 0,5-12 ja viskositeetti välillä 0,5-2,0 cp (mPa.s). Suodatus 35 poistaa nesteestä kaikki yli 1 pm suuruiset hiukkaset ja saatava suodos on silminnähden kirkasta.

5 103325

Esimerkki 1

Suodatettava neste oli katalysaattorihiukkasia sisältävä prosessivesi. Hiukkaset olivat vanadiinia ja niiden keskikoko oli 1 pm.

Syötteen kiintoainepitoisuus oli 100 ppm ja syötevirtaus oli 100 1/h. Suodatinele-5 mentti oli sintrattua keramiikkaa ja sen huokoskoko oli 0,2-2 pm. Saadun suodoksen kiintoainepitoisuus oli 0,1 ppm. Suodattimen kapasiteetti ajan funktiona oli n. 3 m /m h, ja sen regenerointi ultraäänellä ja vastavirtahuuhtelulla tapahtui kahden tunnin välein. Kuvion 2 mukainen käyrä esittää suodattimen kapasiteettia ajan funktiona.

10 Esimerkki 2

Paperitehtaan pigmenttipitoista (kaoliini, PCC, talkki, CaC03) kiertovettä, jossa n. 50 % partikkeleista oli kooltaan alle 1 pm, suodatettiin esimerkin 1 mukaisella kir-kastussuodattimella. Suodatinelementti regeneroitiin 4-6 kertaa tunnissa lyhyillä vastavirtahuuhtelupusseilla ja muutaman kerran vuorokaudessa ultraäänipuhdistuk-15 sella. Suodatuksessa saavutettu kapasiteetti oli n. 3 m3/m2 h.

Tämän esimerkin mukaisella suodatuksella pigmentti, joka muutoin menisi hukkaan ja päätyisi kaatopaikalle, saadaan talteen ja on käytettävissä paperin täyteaineeksi tai päällystykseen. Puhdas suodos voidaan johtaa takaisin prosessivedeksi, kuten pumppujen tiivistevesiksi.

20 Lisäesimerkkejä keksinnön käyttökohteista

Panimossa tahtuvassa olutvierteen suodatuksessa keraamisen membraanisuodatin-elementin on havaittu tukkeutuvan noin 1 h käytön jälkeen. Elementti on kuitenkin helposti regeneroitavissa kemiallisella pesulla ja keksinnön mukaisesti toteutetulla ultraäänipuhdistuksella. Prosessissa tarvitaan kaksi suodatinelementtiä, joista toinen 25 voi olla hetken aikaa pesussa.

: Keksinnön mukaisella kirkastussuodattimella voidaan käsitellä muun tyyppisillä suodattimilla suoritettujen erotusprosessien suodoksia. Nauha-, suotonauha-, kammio- ja painesuodattimien läpi tulee suodatusjakson alkuvaiheessa runsaasti kiintoainetta, joka on usein tuotteen arvokkainta osaa. Tämä osa joutuu prosessikiertoon 30 ja ajautuu usein sakeuttimeen, jossa he haittaa sakeuttimen toimintaa ja jossa vain osa siitä saadaan talteen. Keksinnön mukaisella kirkastussuodattimella arvokas tuote saadaan kuitenkin talteen heti prosessin alkuvaiheessa, ja kirkas suodos voidaan 6 103325 johtaa muihin tarkoituksiin, kuten flokkulantin valmistukseen. Edelleen vakuumi-nauhasuodattimilla saadun suodatinkakun pesussa suodokseen joutuu arvokasta kiintoainetta, joka kulkeutuu koko prosessin läpi päätyen sakeuttimeen. Tämä kiintoaine on saatavissa talteen heti vakuuminauhasuodattimen jälkeen keksinnön mukaisella 5 automaattisella kirkastussuodattimella.

Happojen, kuten typpihapon, valmistusprosessissa katalysaattorissa irtoaa jalometalleja, kuten platinaa, joka halutaan saada talteen. Keksinnön mukainen keraaminen kirkastussuodatin soveltuu platinan talteenottoon huolimatta erittäin happamista pro-sessiolosuhteista.

Claims (10)

1. Klarfilter innefattande ett cylinderformat filterelement (3) i en behällare (1), varvid vätskeflödet kan ledas genom behällarens hölje sä att de fasta ämnena i väts- 15 kan avskiljs tili en kaka pa elementets yta, strömningsrör (2, 4, 5, 6) för att leda flö-det som skall filtreras i en behällare och för att avlägsna filtratet och den fasta äm-neskakan ur den, samt en ultraljudsrengörare (7) kopplad tili en ultraljudsgenerator (10) för regenerering av filterelementet, kännetecknat av att ultraljudsrengöraien (7) bildats som en ring som omger filterelementet (3), och som i samband med ren-20 göring kan flyttas jämte vätskeytan i behällaren (1) uppifrän nedät.

1. Kirkastussuodatin, joka käsittää säiliössä (1) sijaitsevan lieriömäisen suodatin-elementin (3), jonka vaipan läpi suodatettava nestevirtaus on johdettavissa siten, että nesteessä oleva kiintoaines erottuu kakuksi elementin pinnalle, virtausyhteet (2, 4, 5, 5 6) suodatettavan virtauksen johtamiseksi säiliöön ja suodoksen ja kiintoainekakun poistamiseksi siitä, sekä ultraäänigeneraattoriin (10) kytkettynä olevan ultraäänipuh-distimen (7) suodatinelementin regenerointia varten, tunnettu siitä, että ultraääni-puhdistin (7) on muodostettu suodatinelementtiä (3) ympäröiväksi renkaaksi, joka on puhdistuksen yhteydessä siirrettävissä säiliössä (1) olevan nestepinnan mukana 10 ylhäältä alaspäin.

2. Filter enligt patentkrav 1, kännetecknat av att behällaren (1) i sin nedre del har en tömningsventil (12) för att sänka vätskenivän i behällaren.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että säiliön (1) alaosassa on tyhjennysventtiili (12) säiliössä olevan nestepinnan laskemiseksi.

3. Filter enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att avloppsledningen (5) för filtratet börjar vid behällarens (1) Övre ände, att tili behällaren (1) anslutits ett ma-tarrör (8) för att alstra ett flöde i en riktning motsatt tili filtreringen som lösgör den fasta ämneskakan frän filterelementets (3) yta, och att behällaren är försedd med en . bottenventil (6), genom vilken den fasta ämneskakan kan avlägsnas. 30

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että suodoksen poistojohto (5) alkaa säiliön (1) yläpäästä, että säiliöön (1) on liitetty syöttöyhde (8) 15 kiintoainekakun suodatinelementin (3) pinnasta irrottavan, suodatukseen nähden vastakkaissuuntaisen virtauksen tuottamiseksi ja että säiliö on varustettu pohjavent-tiilillä (6), jonka kautta kiintoainekakku on poistettavissa.

4. Filter enligt nägot av föregäende patentkrav, kännetecknat av att behällaren (1) är vertikal och att tillförselröret för flödet som skall filtreras matar flödet i behällaren tangentialt.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siitä, että säiliö (1) on vertikaalinen ja että suodatettavan virtauksen tuloyhde syöttää virtauk- 20 sen säiliöön tangentiaalisesti.

5. Filter enligt patentkrav 4, kännetecknat av att behällaren (1) har en konisk form. 9 103325

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että säiliö (I) on muodoltaan karti omainen.

6. Filter enligt nägot av foregaende patentkrav, kännetecknat av att filterelemen-tet (3) är av ett poröst keramiskt material, säsom aluminiumoxid, kiselkarbid eller kiselnitrid, eller porös sintrerad metall, säsom rostfritt stäl, nickel eller titan.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siitä, että suodatinelementti (3) on huokoista keraamista materiaalia, kuten alumiinioksidia, 25 piikarbidia tai piinitridiä, tai huokoista sintrattua metallia, kuten ruostumatonta terästä, nikkeliä tai titaania. “ 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että keraamisen suo datinelementin (3) pinnalla on lasitettuja, maalattuja raitoja elementin pintaan kertyvän kiintoainekakun katkaisemiseksi ja sen poistamisen helpottamiseksi.

7. Filter enligt patentkrav 6, kännetecknat av att pä ytan av det keramiska filter- elementet (3) firms glasade, mälade ränder för att bryta den fasta ämneskakan som samlats pä elementets yta och för att underlätta avlägsnandet av den.

7 103325

8. Förfarande för regenerering av filterelementet (3) i ett klarfilter, varvid det cy-10 linderformade filterelementet som avskiljer fasta ämnen frän vätskeflödet och är placerat i en behällare (1) försedd med strömningsrör (2, 4, 5, 6) som behövs för inmatning av vätskeflödet och avlägsnande av filtrat och fasta ämnen, rengörs peri-odvis med en ultraljudsrengörare (7) anordnad i behällaren, kännetecknat av att ult-raljudsrengöraren (7) bildar en ring som omger filterelementet (3) och som flyter i 15 vätskan i behällaren (1), varvid den ringformade rengöraren vid rengöringen flyttas uppifrän nedät i behällaren jämte vätskeytan.

8. Menetelmä kirkastussuodattimen suodatinelementin (3) regeneroimiseksi, jos sa menetelmässä nestevirtauksesta kiintoainesta erottavaa lieriömäistä suodatinelementtiä, joka on sijoitettuna nestevirtauksen syötön sekä suodoksen ja kiintoaine- 8 103325 kakun poiston vaatimin virtausyhtein (2, 4, 5, 6) varustettuun säiliöön (1), puhdistetaan ajoittain säiliöön järjestetyllä ultraäänipuhdistimella (7), tunnettu siitä, että ult-raäänipuhdistin (7) muodostaa suodatinelementtiä (3) ympäröivän renkaan, joka kelluu säiliössä (1) olevassa nesteessä, jolloin puhdistuksen yhteydessä rengasmaista 5 puhdistinta siirretään säiliössä ylhäältä alaspäin nestepinnan mukana.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat av att vätskeytan sänks via en : tömningsventil (12) i behällarens (1) nedre del. 20

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestepintaa lasketaan säiliön (1) alaosassa sijaitsevan tyhjennysventtiilin (12) kautta.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultraääni-puhdistuksen aikana säiliöön (1) johdetaan nestettä siten, että nestevirtaus läpäisee 10 suodatinelementin (3) suodatukseen nähden vastakkaisessa suunnassa.

10. Förfarande enligt patentkrav 8 eller 9, kännetecknat av att under ultraljuds-rengöringen leds vätska i behällaren (1) sä att vätskeflödet strömmar genom filterelementet (3) i en riktning motsatt mot filtreringen.