NL1029524C2 - Filtratie-inrichting en werkwijze voor het gebruik hiervan. - Google Patents

Description

Filtratie-inrichting en werkwijze voor het gebruik hiervan.

De uitvinding heeft betrekking op een filtratie-inrichting voor een vloeibaar filtratiemateriaal, volgens de kop van conclusie 1 en een werkwijze voor het gebruiken van de filtratie-inrichting.

5 Een dergelijke filtratie-inrichting is bekend uit US- 4.698.156-A.

Tot de stand van de techniek worden US-2.538.575, DE-29.16.328-A1, DE-100.27.958-A1, JP-04071652-A (Samenvat- ting): in de samenvattingen van Japanse octrooien, 1992, 10 US-6.739.456-B2 en DE-23.57.775-A1 genoemd. US-6.739.456-B2 toont een hydrocycloonvormige houder, waarin een scho-telpakket geplaatst is en waarmee lichte en zwaardere delen in een gasvormige stof van elkaar gescheiden moeten worden.

15 Filtratie-inrichtingen van een dergelijke soort zijn op zich bekend, bijvoorbeeld uit het gebied van separatoren, waar het bekend is, om op het toevoerkanaal axiaal ten opzichte van elkaar verzet geplaatste membraanschotels op te stellen (DE-100.27.958-A1) . Op zich heeft de hier 20 geopenbaarde inrichting zich goed bewezen. Toch bestaat er echter de behoefte aan een filtratie-inrichting met fil-terschijven, in het bijzonder membraanschijven, die een goede filtratiewerking bij een bijzonder eenvoudige constructieve opbouw en bij voorkepr geringe energieverbruik 25 mogelijk maakt.

1 0 2 9 5 2 4_ _ _ 2

De realisatie van een dergelijke filtratie-inrichting is het doel van de uitvinding. Verder dient èen voordelige werkwijze voor het gebruik van de inrichting verschaft te worden.

5 Het doel van de uitvinding wordt bereikt met betrek king tot de inrichting door het kenmerk van conclusie 1 en met betrekking tot de werkwijze door het kenmerk van conclusie 12.

Daartoe is de houder voorzien van een cilindrisch ge-10 deelte en een zich verjongend, konisch gedeelte, dat in een uitlaat voor een vastestof fase uitmondt, waarbij de filterschotels slechts in het cilindrische gedeelte van de houder aangebracht zijn, en waarbij in de houder meer dan één, bij voorkeur meer dan twee van met de filterschotels 15 voorziene holle spindels zodanig verdeeld zijn, dat de membraanschotels van naastgelegen holle spindels elkaar niet overlappen. De holle spindels zijn bovendien relatief ten opzichte van de houder met een veranderlijk toerental draaibaar uitgevoerd, zodanig dat in het gebruik een lo-20 kaal centrifugaal veld in het gebied rond de holle spindel respectievelijk holle spindels verkregen kan worden en er een inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder voorzien is, zodat een bovengeschikt centrifugaalveld in de houder en lokale cen-25 trifugaalvelden in de holle membraanschotèls overlappen.

De membraanschotels bestaan daarbij bij voorkeur uit keramiek en omvatten een tweelaagse opbouw, waarbij tussen de beide bovenste en onderste keramische lagen een ringvormige ruimte gevormd is, welke naar binnen toe in de in 30 de holle spindel lopende afvoerkanalen uitmondt.

De inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een eenvoudige opbouw en een gering energieverbruik bij een goede, filtratiewerking.

Een voordeel van de uitvinding bestaat daaruit dat 35 een rotatie van de vloeistof in de houder opgewekt wordt, zodat een soort centraal, bovengeschikt centrifugaalveld gevormd wordt, dat tot een terugspoeleffect leidt. De zich 3 met de holle spindel in bedrijf draaiende membraanschotels respectievelijk membraanschijven in een holle uitvoering vormen zelf daarbij hun eigen lokale centrifugaalvelden, die in het bijzonder binnen de holle membraanschotels res-5 pectievelijk hun ringvormige ruimten optreden.

In hët centrale centrifugale veld ontstaat door de rotatie van de vloeistof grotere drukken naarmate de radius toeneemt, zodat verder naar buiten gelegen in de houder een relatief hoge druk door het buitenste centrifugaalveld 10 opgewekt wordt en verder binnen naar de middenas van de houder lagere drukken heersen.

Een analoog effect kan door roerelementen in een bij voorkeur maar niet noodzakelijk stationaire houder en/of een hoge toevoersnelheid in tangentiale richting opgewekt 15 worden.

Voor dit doel bezit derhalve de inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder een draai-aandrijving voor de houder en/of een roerinrichting voor het gecentrifugeerd materiaal in de 20 houder en/of de inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder is uitgevoerd als tangentiale toeloop in een cilindrisch gedeelte van de houder. Het is essentieel dat een voldoende bovengeschikt centrifugaalveld opgewekt wordt.

25 Op een dergelijke wijze zijn zowel een zeer hoge te- rugstromings- respectievelijk backpuls-frequentie als ook een schokvrije behoedzame terugstroming respectievelijk backpuls opwekbaar. Ook de door het buitenste centrifugaalveld verkregen betere afvoer voor afgescheiden deel-30 tjesverzamelingen vanaf de membraanvlakken is voordelig.

Daarbij laat zich de constructie bij een hoge werkzekerheid en een goede scheidingswerking constructief eenvoudig realiseren.

De doorstroomhoeveelheden en de doorstroomrichting 35 variëren synchroon met iedere omloop van de schijven en zijn eenvoudigerwijze via het toerental van de lokale en bovengeschikte centrifugale velden instelbaar.

4

Het centrifugaalveld binnen de membraanschijven kan daarbij bijvoorbeeld optioneel of alternatief eenvoudig over het toerental van de holle spindel ingesteld worden.

In een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm heeft de 5 houder een hydrocycloonachtige vormgeving, in het bijzonder met een bovenste cilindrisch gedeelte en een onderste zich verjongend, konisch gedeelte, dat in een uitlaat voor een vastestof fase uitmondt.

De hoek van de konus is zodanig gekozen, dat de vaste 10 stof door de zwaartekracht - ondersteund door een vorm van hydrocycloonwerking, waarbij de afgescheiden vaste stof aan de punt van de konus neerslaat en door de uitlaat eventueel ook straalvormig uitgestoten wordt - naar de onderzijde uit de houder (respectievelijk de trommel) naar 15 buiten glijdt.

De symmetrie - en bij voorkeur ook de draai-as van de houder, is in het bijzonder loodrecht uitgericht.

Verdere voordelige uitvoeringsvormen kunnen ontnomen worden uit de overige afhankelijke conclusies.

20 Hieronder wordt de uitvinding in het licht van de te keningen aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden uitvoeriger beschreven. Getoond wordt in: figuur 1 een doorsnede door een uitvoeringsvoorbeeld van een filtratie-inrichting volgens de uitvinding; 25 figuur 2 een ten opzichte van figuur 1 loodrechte doorsnede door de filtratie-inrichting volgens figuur 1, die door twee spindels geplaatst is; en figuur 3 een schematisch zij-aanzicht van een deel van een membraanschotel voor het verduidelijken van de 30 functie.

Figuren 1 en 2 tonen een filtratie-inrichting 1 met één volgens figuur 2 niet draaibare houder 2, die een hydrocycloonachtige vormgeving vertoont. In een cilindrisch gedeelte 3 van de houder 2 met hier een loodrechte respec-35 tievelijk verticaal uitgerichte middenas M en met een tan-gentiaal uitgerichte toevoer 4 sluit naar beneden toe aan 5 aan een zich verjongend, konisch gedeelte 5, die naar beneden toe uitmondt in een uitlaat 6.

Door de tangentiale toevoer 4 kan bij voldoende pro-ducttoevoersnelheid een motorische aandrijving van de hou-5 der weggelaten worden. Ter ondersteuning van de draaibewe-ging van de vloeistof kan echter als alternatief of optioneel ook een aandrijfinrichting met een motor voorzien van een riemaandrijving toegepast worden, om de houder te laten draaien (hier niet getoond).

10 De houder 2 respectievelijk diens cilindrisch gedeel te 3 is aan zijn bovenzijde met een soort deksel afgesloten, die tegelijk als behuizing voor lagers 7 voor meerdere motorisch aangedrevene (hier niet getoond) holle spindels 8 dient, welke telkens van boven af in de houder 2 15 naar binnen steken en die ten opzichte van elkaar parallel uitgericht zijn. De holle spindels 8 strekken zich hier uit tot aan het begin van het konisch gedeelte 5 in de houder 2. Ze zijn bijvoorbeeld telkens met twee lagers 9 in een boring 10 van de lagerbehuizing 6 draaibaar volgens 20 een vliegende lagering gelagerd. De vliegende lagering van de hier bij voorkeur verticaal uitgelijnde holle spindels 11 biedt het voordeel van een bijzonder sanitaire product-ruimte in de houder 2 en het verdere voordeel van gereduceerde bouwdeel- en afdichtkosten. Indien nodig, kan een 25 soort zeefschaal 17 aan het van de lagerbehuizing 7 afgekeerde uiteinde van de holle spindels 8 gebruikt worden voor het af steunen en wrijvingsdemping, en die de holle spindels 8 doordringt. Deze maatregel is in het bijzonder voordelig bij het doorlopen van het kritische toerental.

30 De lagers 9 zijn door lekkage-afvoeren 16 voor een overlopen van het product beschermd.

Op ieder van de hier drie holle spindels 8 zijn in hun in de houder 2 reikende gedeelte ten minste twee of meer (bijvoorbeeld meer dan tien) respectievelijk bij 35 voorkeur een aantal membraanschotels 11 aangebracht, die hier rond uitgevoerd zijn en die concentrisch ten opzichte 6 van de motorisch aangedreven holle spindels 8 uitgericht zijn.

De membraanschotels 11 bestaat bij voorkeur uit een keramisch materiaal. Verder zijn zij bij voorkeur voorzien 5 van de in figuur 3 te herkennen tweelagige opbouw, waarbij tussen de beide bovenste en onderste keramische lagen 18, 19 een holle- óf ringvormige ruimte 20 gevormd is, die telkens naar binnen toe naar de holle spindel 8 in telkens ten minste één kanaal 2 uitmondt, die verder telkens in 10 loodrecht in de holle spindels naar boven uitmondende afvoerkanalen 13 leidt, die op hun beurt aan hun bovenste uiteinde in een gemeenschappelijke (ring-)afvoerboring 14 in de lagerbehuizing 6 uitmonden, die met een uitlaat 15 voor het afvoeren van vloeistof uit de filtratie-15 inrichting voorzien is.

Volgens de constructies van figuur 1 en 2 is de doorsnede van de membraanschotels 11 telkens zo groot gekozen, dat de membraanschotels 11 van naast elkaar gelegen holle spindels 8 in hun buitenomtrekbereik elkaar niet overlap-20 pen.

Deze opstelling heeft de volgende functie:

Door de tangentiale toevoer 4 wordt een vloeibaar filtratiemateriaal in de filtratie-inrichting 1 respectievelijk in de houder 2 geleid, dat in de houder roteert. 25 Door de hydrocycloonvormige vormgeving wordt een vooraf-scheiding bereikt, die tot een geminimaliseerde toelaat van vaste stof naar de membranen leidt.

Bij de membraanschijven 11 die door electromotoren of door middel van hydraulica (bijvoorbeeld boven de houder) 30 gedraaid worden, worden verdere vaste stoffen uit het filtratiemateriaal afgescheiden. De gefilterde vloeistoffase treedt door de membranen van de membraanschijven 11 in hun ringvormige ruimten binnen en van daar uit door de kanalen 12 als ook door de afvoerkanalen 13 en de afvoerboring 14 35 en de uitlaat 15 naar buiten. De door de membraanvlakken van de membraanschotels 11 teruggehouden vaste stof wordt door de werveling naar buiten, weg van de membranen ge- 7 slingerd en dan naar beneden toe door de uitlaat 6 afgevoerd .

Zoals reeds aangegeven, overlappen de membraanscho-tels 11 van de drie aangedreven holle spindels 8 elkaar 5 niet. De drie aangedreven holle spindels 8 zijn op een cirkel met radius ri gelijkmatig verdeeld, waarbij hun radius kleiner is dan de radius RB van de houder 2.

De houder 2 is daarbij bij voorkeur zelf draaibaar respectievelijk roteerbaar uitgevoerd.

10 Hét bovengeschikte centrale centrifugaalveld in de houder van figuur 1 kan gerealiseerd en dienovereenkomstig ingesteld worden door: - draaiing van de houder 2 met een variabel toerental en/of 15 - variabel instelbare roerelementen (niet getoond) en/of - de tangentiale toevoer 4.

Lokale centrifugaalvelden worden door draaiing van de holle spindels 8 met de holle membraanschijven 11 opge-20 wekt.

Het gecombineerde effect van deze velden leidt tot een bijzonder goede filtratie- en reinigingswerking bij lage constructiekosten.

In de houder 2 wordt een bovengeschikt centrifugaal-25 veld opgeroepen, waarin de druk PI in het buitenste bereik een maximale waarde bereikt en naar binnen toe afneemt, tot deze in het midden respectievelijk bij de draai-as bij nul ligt. Op dit bovengeschikte centrifugale veld zijn dan de lokale centrifugale velden binnen de membraanschijven 3 0 gesuperponeerd. Beschouwt men een punt P binnen de membraanschijven 11, dan stelt men vast dat het drukverschil tussen de buitenste omgeving en de binnenste varieert. Is de beschouwde plaats in het radiale buitenste bereik van de houder 2, dan werkt een hoge buitendruk PI op de 35 schijf, die een overeenkomstige doorstroming in de schijf veroorzaakt.

8

Na een halve schijfomwenteling bevindt zich de beschouwde membraanschijf daarentegen in het radiaal verder naar binnen liggende gebied van de houder 2. Hier is de omgevingsdruk van de schijf PI' laag, terwijl binnen in de 5 schijf de druk (P2, P2) gelijk gebleven is, zodat nu een omgekeerde doorstroming van de membraanschijven (terug-stroming respectievelijk backpuls) optreedt.

Met "+" worden in figuur 1 bereiken met hoge druk en met bereiken met lage druk aangeduid.

10 De lokale centrifugaalvelden binnen de membraanschij ven 11 en het bovengeschikte centrifugaalveld binnen de houder 2 worden dus ten minste tijdelijk zo op elkaar afgestemd dat de druk binnen de membraanschijven 11 zodanig is dat dan, indien zij door het radiaal verder naar buiten 15 gelegen gebied (bijvoorbeeld buiten de radius rl, waarop de middelpunten van de membraanschijven 11 liggen) van de houder 2 draaien, in het buitenste gebied centrifugemate-riaal in de membraanschijven 11 binnenstroomt, en als deze door het binnenste gebied van de houder 2 draaien, opnieuw 20 een deel van de vloeistof uit de membraanschijven 11 in de houder 2 terugstroomt. Deze werkwijze is getoond in figuur 3. Op deze wijze zijn zowel een zeer hoge terugstroom-respectievelijk backpulsfrequentie, als ook een schokvrije en behoedzame terugstroming respectievelijk backpuls op-25 wekbaar. Het reinigingseffect van de membraanschijven 1 gedurende deze ten minste tijdelijk ingestelde werkwijze maakt optionele reinigingswerkwijzen met een complete stop van de centrifugale filtratie-inrichting slechts zelden nodig.

9

Verwij zingscijfers 1 Filtratie-inrichting 2 Houder 5 3 Cilindrisch gedeelte 4 Tangentiale toevoer 5 Konisch gedeelte 6 Uitlaat 7 Lagerbehuizing 10 8 Holle spindels 9 Lager 10 Boringen 11 Membraanschotel 12 Kanaal 15 13 Afvoerkanalen 14 Afvoerboring 15 Uitlaat 16 Lekkage-afvoeren 17 Zeefplaat 20 18,19 Keramische lagen 20 Holle ruimte M Middenas a Afstand b Breedte 1029524

Claims (12)

1. Filtratie-inrichting (1) voor een vloeibaar fil-tratiemateriaal, voorzien van een houder (2) met een toevoer, waarin ten minste één holle spindel (8) geplaatst is, waarop axiaal ten opzichte van elkaar verzet geplaats-5 te meerlaagse filterschotels, in het bijzonder meerlaagse, van binnen holle membraanschotels (11), geplaatst zijn, met een inrichting voor het opwekken van een bovengeschikt centrifugale stroming in de houder (2) , waarbij de houder (2) een cilindrisch gedeelte (3) en een zich verjongend, 10 konisch gedeelte (5) omvat, dat in een uitlaat (6) voor een vastestof fase uitmondt, met het kenmerk, dat - de filterschotels slechts in het cilindrische gedeelte (3) van de houder (3) geplaatst zijn, 15. in de houder (2) meer dan één, bij voorkeur meer dan twee holle spindels (8) voorzien van de filterschotels (11) zodanig verdeeld zijn, dat de membraanschotels van aangrenzende holle spindels elkaar niet overlappen, - de aangedreven holle spindels (8) relatief ten op-20 zichte van de houder (2) met variabele toerental draaibaar zijn, zodat in de houder een bovengeschikt centrifugaal-veld opgewekt kan worden en dat lokaal in het gebied van de individuele holle spindels (8) en hun membraanschotels (11) lokale centrifugaalvelden opgewekt kunnen worden, en 25 waarbij de membraanschotels (11) uit keramiek materiaal bestaan en een meerlaagse, in het bijzonder tweelaagse opbouw hebben, waarbij tussen de beide bovenste en onderste keramische lagen een ringvormige ruimte gevormd is, welke naar binnen toe in een in de holle spindel verlopende af-30 voerkanaal (13) uitmondt. 1029524

2. Filtratie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder (2) een draai-aandrijving voor de houder omvat.

3. Filtratie-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder (2) een roerinrichting voor het centrifugaalmateriaal in de houder (2) omvat.

4. Filtratie-inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de inrichting voor het opwekken van een bovengeschikte centrifugale stroming in de houder als tangentiale toeloop in een cilindrisch gedeelte van de houder uitgevoerd is.

5. Filtratie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat drie van de holle spindels (8) gelijkmatig op een cirkel met een radius ”rl" in de houder (2) verdeeld is.

6. Filtratie-inrichting volgens één der voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat de doorsnede van de individuele membraanschotels (11) kleiner is dan de radius van de houder (2) in het cilindrische gedeelte.

7. Filtratie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de holle spindels (8) 25 verticaal uitgericht zijn.

8. Filtratie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op iedere holle spindel (8) een aantal membraanschotels (11) geplaatst zijn.

9. Filtratie-inrichting volgens één van de voorgaande 30 conclusies, met het kenmerk, dat de houder (2) een hydro- cycloonvormige vormgeving heeft.

10. Filtratie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de houder (2) met een deksel afgesloten is, welke tevens als lagerbehuizing (7) 35 voor de holle spindels (8) dient, welke parallel ten op- I i zichte van elkaar telkens van bovenaf in de houder (2) naar binnen reiken.

11. Werkwijze voor het bedrijven van een filtratie-inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de houder een bovengeschikt centrifugaalveld opgewekt wordt en dat lokaal in het ge- 5 bied van de individuele holle spindels (8) en hun mem-braanschotels (11) lokale centrifugaalvelden opgewekt worden.

12. Werkwijze voor het bedrijven van een filtratie-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met 10 het kenmerk, dat de lokale centrifugale velden binnen de holle membraanschijven (11) en het bovengeschikte centrifugaalveld binnen de houder (2) ten minste tijdelijk zodanig op elkaar afgestemd worden, dat de druk binnen de membraanschijven (11) zodanig is dat dan, indien de membraan-15 schijven zich door een radiaal buitenste gebied van de houder (2) draaien, in het buitenste gebied centrifugema-teriaal in de membraanschijven (11) binnenstroomt en dan, indien zij door het radiale verder naar binnen gelegen gebied van de houder (2) draaien, een gedeelte van de vloei-20 stof uit de membraanschijven (11) in de houder (2) terugstroomt . -o-o-o- 102 9 5 ? ά ______