WO1998022198A1 - Vorrichtung zum filtrieren eines fluids - Google Patents

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WO1998022198A1
WO1998022198A1 PCT/AT1997/000249 AT9700249W WO9822198A1 WO 1998022198 A1 WO1998022198 A1 WO 1998022198A1 AT 9700249 W AT9700249 W AT 9700249W WO 9822198 A1 WO9822198 A1 WO 9822198A1
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piston
filter
housing
valve
fluid
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PCT/AT1997/000249
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Wolfram Kalt
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Lenzing Aktiengesellschaft
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • B01D29/114—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements arranged for inward flow filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D29/62—Regenerating the filter material in the filter
    • B01D29/66—Regenerating the filter material in the filter by flushing, e.g. counter-current air-bumps
    • B01D29/668—Regenerating the filter material in the filter by flushing, e.g. counter-current air-bumps with valves, e.g. rotating valves for coaxially placed filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D29/96—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor in which the filtering elements are moved between filtering operations; Particular measures for removing or replacing the filtering elements; Transport systems for filters

Definitions

  • the invention relates to a device for filtering a fluid.
  • the invention relates in particular to a backwash filter with which viscous, thermally unstable masses, e.g. Spinning masses, can be filtered.
  • fluid, viscous mass or spinning mass is used in particular for a solution which contains cellulose and an aqueous tertiary amine oxide and which can be processed into cellulosic moldings of any kind, in particular fibers and films .
  • the preparation and processing of the dope is generally referred to below as the amine oxide process for the sake of simplicity.
  • Tertiary amine oxides offer an advantage as alternative solvents in that, in contrast to the viscose process, NMMO dissolves the cellulose in a non-derivatizing manner, which means that the cellulose does not have to be regenerated chemically, the NMMO remains chemically unchanged and passes into the coagulation bath when it is precipitated and can be reused for a new solution preparation.
  • the NMMO process thus opens up the possibility of a closed solvent cycle.
  • NMMO has extremely low toxicity.
  • a backwashable filter system is known from EP-A - 0 305 606, a wave-shaped arrangement being installed in the storage space of a filter basin in such a way that, with a partially opened sludge water flap, a direct outflow of the fluidized granular filter material into the sludge water outlet - and thus the loss Filter material - prevented.
  • the backwash filter according to DE-A 37 05 803 has a filter chamber into which a cylindrical filter insert, through which the medium to be filtered flows, is inserted from the inside.
  • This filter insert has an inner cage, the cylindrical wall of which has essentially horizontally extending, slit-like windows which are separated from one another by webs, and in the interior of which an axially movable slide which removes the filter residues is arranged.
  • EP-A-0 411 163 describes a filter device with continuous cleaning of the filter surface.
  • the device contains a cylindrical housing with an inlet opening and an outlet opening.
  • a sleeve with a filtering side surface and an internal cavity serves as the filter element.
  • a scraper element is connected to a drive and mounted in an annular space which is formed between the inner surface of the housing and the filtering outer surface of the sleeve.
  • the scraper element is in the form of at least one.
  • Spiral belt executed, which surrounds the sleeve and cooperates with the filter surface thereof.
  • EP-A-0 572 369 by the applicant discloses a backwashable filter device for the filtration of highly viscous liquids, which is completely closed and can be used as a so-called "inline filter device”.
  • the present invention has for its object to provide a device for filtering a fluid, in particular a backwash filter, with which viscous, thermally unstable masses, e.g. Spinning masses of the amine oxide process, can be filtered, and with which the filter can be replaced easily, e.g. cannot be adequately cleaned despite backwashing.
  • a backwash filter with which viscous, thermally unstable masses, e.g. Spinning masses of the amine oxide process, can be filtered, and with which the filter can be replaced easily, e.g. cannot be adequately cleaned despite backwashing.
  • the device according to the invention for filtering a fluid is characterized by a housing which consists of two parts which are fixedly connected to one another but are spaced apart, the first part having an inflow channel for the fluid to be filtered and the second part an outflow channel for filtered fluid is; a piston which is slidably mounted in the housing and has a front valve, a filter, a valve body and a rear valve, wherein the filter is arranged after the front valve and before the rear valve and the valve body has a collecting channel for filtered fluid, which communicates with the filter and a filtrate space, which is provided in the second part of the housing and to which the outflow channel connects; the part of the piston which carries the filter can be brought between the two parts of the housing by displacing the piston, and the housing and piston are designed such that the inflow channel and the outflow channel are closed, when the piston part carrying the filter is between the two parts of the housing.
  • the housing By dividing the housing into two, a space can be created between the two parts in which the filter is easily accessible for easy replacement. For this purpose, the piston is moved so that the filter part is brought into this room.
  • An expedient embodiment of the device according to the invention is characterized in that the valve body in the filtering position of the piston seals against both the first part and the second part of the housing, so that essentially no fluid can escape from the device.
  • a particularly preferred embodiment of the device according to the invention is that the valve body in the filtering position of the piston does not completely seal against both the first part and the second part of the housing, so that fluid can escape from the device.
  • This embodiment of the device according to the invention is particularly suitable for filtering cellulosic spinning materials of the amine oxide process, as will be explained in the following.
  • NMMO N-Methylmorpholine-N-Oxide
  • Amine oxides also generally have only limited thermal stability, which varies depending on the structure.
  • the NMMO monohydrate is present under normal conditions as a white crystalline solid which melts at 72 ° C.
  • the anhydro compound on the other hand, only melts at 172 "C.
  • a strong discoloration occurs from 120/130 ° C. From 175 ° C, an exothermic reaction is triggered with complete drainage of the melt and violent gas evolution with an explosive course, with temperatures above 250 ° C can be reached.
  • EP-A-0 652 098 discloses a process for the filtration of a thermally unstable polymer melt, with dead spaces to be avoided.
  • the invention is based on the finding that the problems caused by a degenerate cellulose solution which adheres to metal surfaces between the piston and the housing in conventional backwashable filtering devices cannot be effectively solved by the components used avoiding a gap between them Piston and housing are sealed as completely as possible, as is attempted in the prior art, but that on the contrary, a gap is to be provided, from which cellulose solution can escape and cannot accumulate and decompose on the piston or on the housing.
  • a backwash filter which is completely new for the amine oxide process can be designed in such a way that an annular gap is provided between the piston and the housing, through which spinning mass can emerge continuously and uniformly.
  • the annular gap should be so large that the speed of the product removal is expediently so high that the degradation of the spinning mass, which is dependent on the temperature and dwell time in the device, is not sufficient for the metal surfaces to be corroded.
  • the piston is expediently mounted in the housing such that the valve body forms annular gaps with the two parts of the housing.
  • guide elements can be provided which are firmly connected to the valve body of the piston and are slidably mounted in the two parts of the housing.
  • the piston has a further valve which is provided between the front valve and the valve body.
  • the reference numerals la and lb denote a housing consisting of two parts, the parts being connected to one another, for example via the screw connections 2, 3, but being spaced apart.
  • a piston 4 is movably mounted in the housing 1a, 1b. The piston 4 can be moved forwards and backwards via a device 5. This movement is indicated by a double arrow. Due to the movement of the piston 4, it can be moved into certain positions, which enables operation as a backwash filter.
  • the piston 4 essentially consists of a front valve 7, to which the filter 9 is connected, a valve body 10 and a rear valve 11.
  • FIG. 1 shows the operating position of the backwash filter, that is, the position of the piston 4 in which the viscous mass or spinning mass is filtered.
  • the mass to be filtered is pressed into the housing la via the inflow channel 6, flows around the front valve 7 and is pressed through the filter 9, since the valve body 4 seals against the housing part la except for a small annular gap 12 provided according to the invention. Due to the annular gap 12 provided according to the invention, through which small amounts of spinning material are always pressed outwards, no spinning material can adhere to the sealing surfaces.
  • the mass filtered through the filter 9 passes into the collecting duct 13, which leads through the valve body 10, and subsequently into the filtrate chamber 14 of the housing part 1b, in which the rear valve 11 is located.
  • the valve body 10 also seals the housing part 1b apart from a small annular gap 15 provided according to the invention, which also prevents the spinning mass from sticking to the valve body 10.
  • the filtered spinning mass finally passes from the filtrate chamber 14 into the outflow channel 18, from which it is finally released.
  • a further annular gap 16 is provided in the housing part 1b, which fulfills the same function as the annular gaps 12 and 15.
  • a guide rod 20 can be provided, which is attached to the rear end of the valve body 4 and protrudes into a corresponding channel 21 in the housing part 1b.
  • This guide rod 20 follows every movement of the piston 4.
  • a small hole (not shown) is provided in the housing part 1b in order to prevent that in the channel 21 as a result of the movement of the guide rod 20, an overpressure or underpressure arises.
  • annular gaps 12, 15 and 16 it must be said that they must be selected so that at a given pressure in the backwash filter spinning mass can escape and does not accumulate as a coating on the piston 4. It is obvious that small ring gaps must be short enough so that spinning mass can still escape. In contrast, larger ring gaps can be correspondingly longer. The person skilled in the art can thus match the size and length of the gaps to one another by simple experimentation.
  • FIG. 2 shows the backwash filter shown in Figure 1 reduced.
  • the piston 4 is also in the filtering position, which has already been described with reference to FIG. 1.
  • Figures 3 and 4 show the backwash filter shown in Figure 2, however, the piston occupies 4 different positions.
  • reference numerals have been shown in FIGS. 2 to 4 only to the extent that they are necessary for understanding.
  • FIG. 2 shows the backwash filter, the piston 4 being in the filtering position.
  • the piston 4 is shown slightly moved to the right, whereby the front valve 7 seals against the housing part la.
  • the valve body 10 no longer seals against the housing part la.
  • the filter 9 can be backwashed.
  • filtered spinning mass is pressed through the outflow channel 18 into the filtrate chamber 14.
  • the spinning mass reaches the filter 9 to be cleaned through the collecting duct 13 and passes through the filter, the impurities adhering to the filter being lifted off.
  • the backwashed spinning mass reaches the outside.
  • the piston 4 is already so far to the right that the rear valve 11 closes the housing part 1b on the outlet side.
  • the front valve 7 in turn closes with the housing part la.
  • the filter 9 is now between the housing parts la and lb, so that it can be easily replaced. The position shown in FIG. 5 thus enables the filter 9 to be replaced.
  • FIG. 8a and 8b designate a housing which in turn consists of two parts, the parts being fixedly connected to one another via the screw connections 17, 18, but being spaced apart from one another.
  • a piston 22 is movably mounted in the housing 8a, 8b. The piston 22 can be moved forwards and backwards via a device 23. This movement is indicated by a double arrow. The piston 22 can be moved into certain positions by the movement of the piston, which enables operation as a backwash filter.
  • the piston 22 essentially consists of a front valve 24, a central valve 25 to which the filter 26 is connected, a valve body 27 and a rear valve 28.
  • FIG. 5 shows the operating position of the backwash filter, that is, the position of the piston 22 in which the viscous mass or spinning mass is filtered.
  • the mass to be filtered is pressed into the housing 8a via the inflow channel 29, flows around the front and middle valves 24 and 25, and is pressed through the filter 26, since the valve body 22 against the housing part 8a except for a small one provided according to the invention Seals annular gap 30. Due to the annular gap 30 provided according to the invention, through which small amounts of spinning material are always pressed outwards, no spinning material can adhere to the sealing surfaces.
  • the mass filtered by the filter 26 reaches the collecting channel 31, which leads through the valve body 27, and subsequently into the filtrate space 32 of the housing part 8b, in which the rear valve 28 is located.
  • the valve body 27 also seals the housing part 8b except for a small annular gap 33 provided according to the invention, which also prevents spinning mass from sticking to the valve body 27.
  • the filtered spinning mass finally passes from the filtrate space 32 into the outflow channel 34, from which it is finally released.
  • a further annular gap 35 is provided in the housing part 8b, which fulfills the same function as the annular gaps 30 and 33.
  • guide rods 36 which are fastened to the valve body 27 and protrude into corresponding channels 37, 38, 39, 40 in the two housing parts 8a and 8b. These guide rods 36 follow every movement of the piston 22. At the ends of the channels 37, 38, 39, 40 small bores (not shown) are provided in the housing parts 8a, 8b to prevent that in the channels 37, 38, 39, 40 due to the movement of the guide rods 36 an over - or a negative pressure develops.
  • FIG. 6 shows the backwash filter shown in FIG. 5 on a smaller scale.
  • the piston 22 is also in the filtering position, which has already been described with reference to FIG. 5.
  • Figures 7 to 9 show the backwash filter shown in Figure 6, but the piston 22 assumes different positions.
  • reference numerals have been shown in FIGS. 6 to 9 only to the extent that they are necessary for understanding.
  • FIG. 6 shows the backwash filter, with the piston 22 in the filtering position.
  • the piston 22 is shown moved somewhat to the right, as a result of which the valve body 27 is no longer against the housing part 8a seals.
  • the filter 26 can be backwashed.
  • filtered spinning mass is pressed through the outflow channel 34 into the filtrate chamber 32.
  • the spinning mass reaches the filter 26 to be cleaned through the collecting channel 31 and passes through the filter, the impurities adhering to the filter being lifted off.
  • the backwashed spinning mass reaches the outside.
  • the supply of spinning mass which reaches the backwashing filter through the inflow channel 29, does not have to be interrupted, since recesses 42 are provided on the front valve 24, through which to a certain extent spinning mass can still reach the filter.
  • this supplied spinning mass does not penetrate through the filter due to the rewinding, but sweeps along the surface of the filter and also emerges at the opening 41. In this way it is ensured that all impurities which are lifted from the filter 26 during rewinding are transported out through the opening 41.
  • valves design and arrangement of the valves and the corresponding spaces in the housing by means of the respective closing or opening of the inflow and outflow channel by means of the valves cause the change between filtration, backwashing and screen change without the channels being connected, for example, to a spatially separate backwashing channel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids, welche gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse, welches aus zwei Teilen (1a, 1b) besteht, die miteinander fix verbunden, jedoch voneinander beabstandet sind, wobei im ersten Teil (1a) ein Anströmkanal (6) für das zu filtrierende Fluid und im zweiten Teil (1b) ein Abströmkanal (18) für filtriertes Fluid vorhanden ist; einen Kolben (4), der im Gehäuse verschiebbar gelagert ist und ein vorderes Ventil (7), ein Filter (9), einen Ventilköper (10) und ein hinteres Ventil (11) aufweist, wobei das Filter nach dem vorderen Ventil und vor dem hinteren Ventil angeordnet ist und der Ventilkörper einen Sammelkanal (13) für filtriertes Fluid aufweist, welcher mit dem Filter und einem Filtratraum (14), der im zweiten Teil (1b) des Gehäuses vorgesehen ist und an den der Abströmkanal (18) anschliesst, in Verbindung steht; wobei durch Verschieben des Kolbens (4) derjenige Teil des Kolbens, der das Filter (9) trägt, zwischen die beiden Teile des Gehäuses gebracht werden kann, und Gehäuse und Kolben derart gestaltet sind, dass der Anströmkanal (6) und der Abströmkanal (18) verschlossen werden, wenn sich der das Filter tragende Kolbenteil zwischen den beiden Teilen des Gehäuses befindet.

Description

Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Rückspülfilter, mit welchem viskose, thermisch instabile Massen, z.B. Spinnmassen, filtriert werden können.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der vorliegenden Patentansprüche wird die Bezeichnung Fluid, viskose Masse oder Spinnmasse insbesondere für eine Lösung verwendet, welche Cellulose und ein wässeriges tertiäres Aminoxid enthält, und welche zu cellulosischen Formkörpern jeglicher Art, insbesondere Fasern und Folien, verarbeitet werden kann. Die Herstellung der Spinnmasse und ihre Verarbeitung wird im folgenden der Einfachheit halber allgemein als Aminoxidverfahren bezeichnet.
Tertiäre Aminoxide bieten als alternative Lösungsmittel insofern einen Vorteil, als die Cellulose im Gegensatz zum Viskoseverfahren vom NMMO nicht-derivatisierend gelöst wird, wodurch die Cellulose nicht chemisch regeneriert werden muß, das NMMO chemisch unverändert bleibt und beim Fällen in das Fällbad übergeht, aus diesem rückgewonnen und für eine erneute Lösungsbereitung wiederverwendet werden kann. Das NMMO-Verfahren eröffnet somit die Möglichkeit eines geschlossenen Lösungsmittelkreislaufes. Dazu kommt noch, daß NMMO eine äußerst geringe Toxizität aufweist.
Spinnmassen werden vor der Verspinnung im allgemeinen filtriert. In der Literatur sind eine Reihe von rückspülfähigen Filtervorrichtungen bekannt. In der US-A - 3,574,509 wird ein steuerbares Filter zur Filtrierung einer Flüssigkeit beschrieben. Das Filterelement besteht aus zwei konzentrisch durchlochten Zylindern, welche ein zwischen ihnen befindliches, sehr feines Drahtnetz halten, wobei dieser Aufbau in einem Hohlkörper gestützt wird. Ein Rückspülarm rotiert um eine Achse in der Mitte des Filterelementes . Der Rückspülarm hat einen Schlitz, der durch Formteile definiert ist, welche abdichtend über die innere Peripherie des Filterelementes streichen. Der sich während der Filtration sammelnde Rückstand wird durch den Schlitz im Arm zurückgespült.
Aus der EP-A - 0 305 606 ist eine rückspülbare Filteranlage bekannt, wobei im überstauraum eines Filterbeckens eine wellenförmige Anordnung so eingebaut ist, daß sie mit einer teilweise geöffneten Schlammwasserklappe ein direktes Ausströmen des aufgewirbelten körnigen Filtermaterials in dem Schlammwasserablauf - und damit den Verlust an Filtermaterial - verhindert.
Das Rückspülfilter gemäß der DE-A 37 05 803 weist eine Filterkammer auf, in die ein von dem zu filtrierenden Medium von innen nach außen durchströmter, zylindrischer Filtereinsatz eingesetzt ist. Dieser Filtereinsatz weist einen Innenkäfig auf, dessen zylindrische Wand im wesentlichen sich horizontal erstreckende, schlitzartige Fenster aufweist, die durch Stege voneinander getrennt sind, und in dessen Innerem ein die Filterrückstände abführender axialbeweglicher Schieber angeordnet ist.
Die EP-A - 0 411 163 beschreibt eine Filtervorrichtung mit kontinuierlicher Reinigung der Filterfläche. Die Vorrichtung enthält ein zylindrisches Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung. Als Filterelement dient eine Hülse mit einer filtrierenden Seitenfläche und einem inneren Hohlraum. Ein Schaberelement ist mit einem Antrieb verbunden und in einem Ringraum montiert, der zwischen der Innenfläche des Gehäuses und der filtrierenden Außenfläche der Hülse gebildet ist. Das Schaberelement ist in Gestalt mindestens eines. Spiralbandes ausgeführt, das die Hülse umfaßt und mit der Filterfläche derselben zusammenwirkt. Aus der EP-A - 0 572 369 der Anmelderin ist eine rückspülbare Filtervorrichtung zur Filtration hochviskoser Flüssigkeiten bekannt, die völlig geschlossen ist und als sogenannte "Inline-Filtervorrichtung" verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids, insbesondere ein Rückspülfilter, mit welchem viskose, thermisch instabile Massen, z.B. Spinnmassen des Aminoxidverfahrens , filtriert werden können, zur Verfügung zu stellen, und mit welcher auf einfache Weise, das heißt ohne Umbau der Vorrichtung, das Filter erneuert werden kann, wenn es z.B. trotz Rückspülung nicht mehr ausreichend gereinigt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches aus zwei Teilen besteht, die miteinander fix verbunden, jedoch voneinander beabstandet sind, wobei im ersten Teil ein Anströmkanal für das zu filtrierende Fluid und im zweiten Teil ein Abströmkanal für filtriertes Fluid vorhanden ist; einen Kolben, der im Gehäuse verschiebbar gelagert ist und ein vorderes Ventil, ein Filter, einen Ventilkörper und ein hinteres Ventil aufweist, wobei das Filter nach dem vorderen Ventil und vor dem hinteren Ventil angeordnet ist und der Ventilkörper einen Sammelkanal für filtriertes Fluid aufweist, welcher mit dem Filter und einem Filtratraum, der im zweiten Teil des Gehäuses vorgesehen ist und an den der Abstromkanal anschließt, in Verbindung steht; wobei durch Verschieben des Kolbens derjenige Teil des Kolbens, der das Filter trägt, zwischen die beiden Teile des Gehäuses gebracht werden kann, und Gehäuse und Kolben derart gestaltet sind, daß der Anströmkanal und der Abströmkanal verschlossen werden, wenn sich der das Filter tragende Kolbenteil zwischen den beiden Teilen des Gehäuses befindet.
Durch die Zweiteilung des Gehäuses kann zwischen den beiden Teilen ein Raum geschaffen werden, in welchem das Filter leicht zugänglich ist, um bequem ausgetauscht werden zu können. Dazu wird der Kolben so verschoben, daß der Filterteil in diesen Raum gebracht wird.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper in Filtrierposition des Kolbens sowohl gegen den ersten Teil als auch gegen den zweiten Teil des Gehäuses abdichtet, sodaß im wesentlichen kein Fluid aus der Vorrichtung austreten kann.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Ventilkörper in Filtrierposition des Kolbens sowohl gegen den ersten Teil als auch gegen den zweiten Teil des Gehäuses nicht vollständig abdichtet, sodaß Fluid aus der Vorrichtung austreten kann. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich besonders gut zur Filtrierung cellulosischer Spinnmassen des Aminoxidverfahrens , wie im folgenden dargelegt wird.
Beim Auflösen von Cellulose in NMMO nimmt der
Polymerisationsgrad der Cellulose ab. Zusätzlich führt insbesondere die Anwesenheit von Metallionen (z.B. Fe 3+) zu radikalisch initiierten Kettenspaltungen und damit zu einem deutlichen Abbau der Cellulose und des Lösungsmittels
(Buijtenhuijs et al.: The Degradation and Stabilization of
Cellulose Dissolved in N-Methylmorpholin-N-Oxide (NMMO), in
"Das Papier", 40. Jahrgang, Heft 12, Seiten 615-619, 1986).
Auch Aminoxide weisen allgemein nur eine begrenzte Thermostabilität auf, die in Abhängigkeit von der Struktur variiert. Das Monohydrat von NMMO liegt unter Normalbedingungen als weißer kristalliner Feststoff vor, der bei 72 °C schmilzt. Die Anhydroverbindung schmilzt hingegen erst bei 172"C. Beim Erhitzen des Monohydrates tritt ab 120/130 °C eine starke Verfärbung auf. Ab 175° C wird eine exotherme Reaktion unter vollständiger Entwässerung der Schmelze und heftiger Gasentwicklung mit explosionshaftem Verlauf ausgelöst, wobei Temperaturen über 250°C erreicht werden .
Es ist bekannt, daß metallisches Eisen und Kupfer, sowie insbesondere deren Salze, die Zersetzungstemperaturen von NMMO beträchtlich herabsetzen, wobei gleichzeitig die jeweilige Zersetzungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Im übrigen tritt zu den oben genannten Problemen noch ein weiteres: die thermische Instabilität der NMMO-Cellulose- -Lösungen selbst. Darunter ist zu verstehen, daß in den Lösungen bei den erhöhten Temperaturen der Verarbeitung (etwa 110-120° C) unkontrollierbare Zersetzungsprozesse ausgelöst werden können, die unter Entwicklung von Gasen zu heftigen Verpuffungen, Bränden und sogar zu Explosionen führen können.
Besonders gefährlich sind kleine Toträume in den verschiedensten Apparaturen, in welchen sich die Spinnmasse ablagern kann, sich in der Folge zu zersetzen beginnt und dabei die metallischen Oberflächen der Apparaturen korrodiert, wodurch sich die Spinnmasse mit Metallen anreichert. So wurde z.B. herausgefunden, daß zwischen Kolben und Gehäuse eines rückspülbaren Filteraggregates Celluloselösung geringfügig eindringen und sich dort als Belag festsetzen kann, wobei sie in der Folge vollständig degeneriert.
Die bei Rückspülung des Filters bzw. bei Siebwechsel notwendige Kolbenverschiebung bewirkt dann bei Vorhandensein solcher Abbaureste und Beläge einen Eintrag dieser gefährlichen Rückstände ins System, was z.B. exotherme Reaktionsverläufe im Produktstrom auslösen kann. Aus der EP-A - 0 652 098 ist ein Verfahren zur Filtration einer thermisch instabilen Polymerschmelze bekannt, wobei Toträume vermieden werden sollen. Dies wird bei einem Verfahren erreicht, bei dem die Polymerschmelze von unten in die von Wärmeträgerflüssigkeit umspülten Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers gepumpt wird, wobei in jedes Wärmetauscherrohr eine Filterkerze unter Ausbildung eines äußeren Ringspaltes derart eingesetzt ist, daß der Hauptstrom der Polymerschmelze nach Durchtritt durch die Filterkerzen und ein Nebenstrom ohne Durchtritt durch die Filterkerzen oben aus den Wärmetauscherrohren austreten und anschließend vereinigt werden .
Technische Maßnahmen zur Vermeidung von Toträumen, in welchen sich Spinnmassen absetzen können, werden z.B. in der WO-A - 94/02408 beschrieben, wobei ein Abdichtungsprinzip zur Anwendung kommt, um das Eindringen von Spinnmasse zwischen bewegte Behälterteile zu verhindern.
Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die Probleme, welche eine degenerierte Celluloselösung, die bei herkömmlichen rückspülbaren Filtriervorrichtungen zwischen Kolben und Gehäuse an Metalloberflächen haftet, hervorruft, nicht auf wirkungsvolle Weise dadurch gelöst werden können, daß die verwendeten Bauteile unter Vermeidung eines Spaltes zwischen Kolben und Gehäuse möglichst vollständig abgedichtet werden, wie dies im Stand der Technik versucht wird, sondern daß geradezu im Gegenteil ein Spalt vorgesehen werden soll, aus dem Celluloselösung austreten kann und sich nicht am Kolben bzw. am Gehäuse ansammeln und zersetzen kann.
Durch die erfindungsgemäße Schaffung einer derartigen Öffnung wird somit verhindert, daß sich am Kolben Spinnmasse ansammeln und zersetzen kann.
Es wurde somit gefunden, daß ein für das Aminoxidverfahren völlig neues Rückspülfilter so gestaltet werden kann, daß zwischen Kolben und Gehäuse ein Ringspalt vorgesehen wird, durch welchen stetig und gleichmäßig Spinnmasse austreten kann. Der Ringspalt sollte so groß sein, daß die Geschwindigkeit der Produktabführung zweckmäßigerweise so hoch ist, daß der in Abhängigkeit von Temperatur und Verweilzeit in der Vorrichtung erlittene Abbau der Spinnmasse nicht dazu ausreicht, daß die Metalloberflächen korrodiert werden können.
Zweckmäßigerweise ist der Kolben im Gehäuse so gelagert, daß der Ventilkörper mit den beiden Teilen des Gehäuses Ringspalte ausbildet.
Zur Lagerung können Führungselemente vorgesehen sein, die mit dem Ventilkörper des Kolbens fest verbunden und in den beiden Teilen des Gehäuses verschiebbar gelagert sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Kolben ein weiteres Ventil aufweist, welches zwischen dem vorderen Ventil und dem Ventilkörper vorgesehen ist.
Nachfolgend werden zwei bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rückspülfilters an Hand der Figuren 1 bis 4 und 5 bis 9 beschrieben.
Die Bezugszeichen la und lb bezeichnen ein aus zwei Teilen bestehendes Gehäuse, wobei die Teile beispielsweise über die Schraubverbindungen 2, 3 zwar fix miteinander verbunden, jedoch voneinander beabstandet sind. Im Gehäuse la, lb ist ein Kolben 4 beweglich gelagert. Der Kolben 4 kann über eine Vorrichtung 5 vor- und rückwärts bewegt werden. Diese Bewegung ist mittels eines Doppelpfeiles angedeutet. Durch die Bewegung des Kolbens 4 kann dieser in bestimmte Positionen verschoben werden, wodurch der Betrieb als Rückspülfilter ermöglicht wird. Der Kolben 4 besteht im wesentlichen aus einem vorderen Ventil 7, an welches sich das Filter 9 anschließt, einem Ventilkörper 10 und einem hinteren Ventil 11.
Mit der Figur 1 wird die Betriebsstellung des Rückspülfilters gezeigt, also jene Position des Kolbens 4, in welcher die viskose Masse bzw. Spinnmasse filtriert wird. Die zu filtrierende Masse wird über den Anströmkanal 6 in das Gehäuse la gepreßt, umspült das vordere Ventil 7 und wird durch das Filter 9 gepreßt, da der Ventilkörper 4 gegen den Gehäuseteil la bis auf einen kleinen, erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 12 abdichtet. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 12, durch welchen stets kleine Mengen Spinnmasse nach außen gedrückt werden, kann sich an den Dichtflächen keine Spinnmasse festsetzen.
Die durch das Filter 9 filtrierte Masse gelangt in den Sammelkanal 13, der durch den Ventilkörper 10 führt, und in der Folge in den Filtratraum 14 des Gehäuseteils lb, in welchem sich das hintere Ventil 11 befindet. Der Ventilkörper 10 dichtet auch den Gehäuseteil lb bis auf einen kleinen, erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 15 ab, wodurch ebenfalls verhindert wird, daß sich Spinnmasse am Ventilkörper 10 festsetzt. Die filtrierte Spinnmasse gelangt schließlich aus dem Filtratraum 14 in den Abströmkanal 18, aus welchem sie schließlich abgegeben wird. Im Gehäuseteil lb ist im übrigen ein weiterer Ringspalt 16 vorgesehen, der die gleiche Funktion erfüllt wie die Ringspalte 12 und 15.
Um die Aufrechterhaltung der Ringform der Spalte 12, 15 und 16 zu erleichtern, kann eine Führungsstange 20 vorgesehen sein, die am hinteren Ende des Ventilkörpers 4 befestigt ist und in einen entsprechenden Kanal 21 im Gehäuseteil lb ragt. Diese Führungsstange 20 macht jede Bewegung des Kolbens 4 mit. Am Ende des Kanals 21 ist eine kleine Bohrung (nicht gezeigt) im Gehäuseteil lb vorgesehen, um zu verhindern, daß im Kanal 21 infolge der Bewegung der Führungsstange 20 ein über- bzw. ein Unterdruck entsteht.
Zur Größe und Länge der Ringspalte 12, 15 und 16 ist zu sagen, daß sie so gewählt sein müssen, daß bei vorgegebenem Druck im Rückspülfilter Spinnmasse austreten kann und sich nicht als Belag am Kolben 4 ansammelt. Es liegt auf der Hand, daß kleine Ringspalte entsprechend kurz sein müssen, daß Spinnmasse noch austreten kann. Demgegenüber können größere Ringspalte entsprechend länger sein. Der Fachmann kann somit durch einfaches Experimentieren Größe und Länge der Spalte aufeinander abstimmen.
Die Figur 2 zeigt das in der Figur 1 dargestellte Rückspülfilter verkleinert. Der Kolben 4 befindet sich gleichfalls in Filtrierposition, die bereits an Hand der Figur 1 beschrieben wurde. Die Figuren 3 und 4 zeigen das in Figur 2 dargestellte Rückspülfilter, wobei jedoch der Kolben 4 verschiedene Positionen einnimmt. Der Übersichtlichkeit halber wurden in den Figuren 2 bis 4 Bezugszeichen nur insoweit eingezeichnet, als sie zum Verständnis erforderlich sind.
Wie bereits erwähnt, zeigt die Figur 2 das Rückspülfilter, wobei der Kolben 4 in Filtrierposition ist. In der Figur 3 ist der Kolben 4 etwas nach rechts bewegt dargestellt, wodurch das vordere Ventil 7 gegen den Gehäuseteil la abdichtet. Dagegen dichtet der Ventilkörper 10 nicht mehr gegen den Gehäuseteil la ab. In dieser Position kann das Filter 9 rückgespült werden. Dazu wird filtrierte Spinnmasse durch den Abströmkanal 18 in den Filtratraum 14 gepreßt. In der Folge gelangt die Spinnmasse durch den Sammelkanal 13 an das zu reinigende Filter 9 und passiert das Filter, wobei die am Filter haftenden Verunreinigungen abgehoben werden. Durch die durch die Rückwärtsbewegung des Kolbens 4 entstandene ringförmige Öffnung 19 gelangt die rückgespülte Spinnmasse nach außen. In der Figur 4 befindet sich der Kolben 4 bereits so weit rechts, daß das hintere Ventil 11 den Gehäuseteil lb ausgangsseitig schließt. Auch das vordere Ventil 7 schließt seinerseits mit dem Gehäuseteil la. Das Filter 9 befindet sich nun zwischen den Gehäuseteilen la und lb, sodaß es bequem ausgetauscht werden kann. Die in der Figur 5 dargestellte Position ermöglicht somit den Austausch des Filters 9.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückspülfilters ist in der Figur 5 gezeigt. Die Bezugszeichen 8a und 8b bezeichnen ein wiederum aus zwei Teilen bestehendes Gehäuse, wobei die Teile über die Schraubverbindungen 17, 18 zwar fix miteinander verbunden, jedoch voneinander beabstandet sind. Im Gehäuse 8a, 8b ist ein Kolben 22 beweglich gelagert. Der Kolben 22 kann über eine Vorrichtung 23 vor- und rückwärts bewegt werden. Diese Bewegung ist mittels eines Doppelpfeiles angedeutet. Durch die Bewegung des Kolbens 22 kann dieser in bestimmte Positionen verschoben werden, wodurch der Betrieb als Rückspülfilter ermöglicht wird.
Der Kolben 22 besteht im wesentlichen aus einem vorderen Ventil 24, einem mittleren Ventil 25, an welches sich das Filter 26 anschließt, einem Ventilkörper 27 und einem hinteren Ventil 28.
Mit der Figur 5 wird die Betriebsstellung des Rückspülfilters gezeigt, also jene Position des Kolbens 22, in welcher die viskose Masse bzw. Spinnmasse filtriert wird. Die zu filtrierende Masse wird über den Anströmkanal 29 in das Gehäuse 8a gepreßt, umspült das vordere und das mittlere Ventil 24 bzw. 25, und wird durch das Filter 26 gepreßt, da der Ventilkörper 22 gegen den Gehäuseteil 8a bis auf einen kleinen, erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 30 abdichtet. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 30, durch welchen stets kleine Mengen Spinnmasse nach außen gedrückt werden, kann sich an den Dichtflächen keine Spinnmasse festsetzen. Die durch das Filter 26 filtrierte Masse gelangt in den Sammelkanal 31, der durch den Ventilkörper 27 führt, und in der Folge in den Filtratraum 32 des Gehäuseteils 8b, in welchem sich das hintere Ventil 28 befindet. Der Ventilkörper 27 dichtet auch den Gehäuseteil 8b bis auf einen kleinen, erfindungsgemäß vorgesehenen Ringspalt 33 ab, wodurch ebenfalls verhindert wird, daß sich Spinnmasse am Ventilkörper 27 festsetzt. Die filtrierte Spinnmasse gelangt schließlich aus dem Filtratraum 32 in den Abströmkanal 34, aus welchem sie schließlich abgegeben wird. Im Gehäuseteil 8b ist im übrigen ein weiterer Ringspalt 35 vorgesehen, der die gleiche Funktion erfüllt wie die Ringspalte 30 und 33.
Zur Aufrechterhaltung der Ringform der Spalte 30, 33 und 35 ist es zweckmäßig, Führungsstangen 36 vorzusehen, die am Ventilkörper 27 befestigt sind und in entsprechende Kanäle 37, 38, 39, 40 in den beiden Gehäuseteilen 8a und 8b ragen. Diese Führungsstangen 36 machen jede Bewegung des Kolbens 22 mit. An den Enden der Kanäle 37, 38, 39, 40 sind kleine Bohrungen (nicht gezeigt) in den Gehäuseteilen 8a, 8b vorgesehen, um zu verhindern, daß in den Kanälen 37, 38, 39, 40 infolge der Bewegung der Führungsstangen 36 ein über- bzw. ein Unterdruck entsteht.
Die Figur 6 zeigt das in der Figur 5 dargestellte Rückspülfilter verkleinert. Der Kolben 22 befindet sich gleichfalls in Filtrierposition, die bereits an Hand der Figur 5 beschrieben wurde. Die Figuren 7 bis 9 zeigen das in Figur 6 dargestellte Rückspülfilter, wobei jedoch der Kolben 22 verschiedene Positionen einnimmt. Der Übersichtlichkeit halber wurden in den Figuren 6 bis 9 Bezugszeichen nur insoweit eingezeichnet, als sie zum Verständnis erforderlich sind.
Wie bereits erwähnt, zeigt die Figur 6 das Rückspülfilter, wobei der Kolben 22 in Filtrierposition ist. In der Figur 7 ist der Kolben 22 etwas nach rechts bewegt dargestellt, wodurch der Ventilkörper 27 nicht mehr gegen den Gehäuseteil 8a abdichtet. In dieser Position kann das Filter 26 rückgespült werden. Dazu wird filtrierte Spinnmasse durch den Abstromkanal 34 in den Filtratraum 32 gepreßt. In der Folge gelangt die Spinnmasse durch den Sammelkanal 31 an das zu reinigende Filter 26 und passiert das Filter, wobei die am Filter haftenden Verunreinigungen abgehoben werden. Durch die durch die Rückwärtsbewegung des Kolbens 22 entstandene ringförmige Öffnung 41 gelangt die rückgespülte Spinnmasse nach außen.
Während des Rückspulens braucht die Zufuhr von Spinnmasse, die durch den Anströmkanal 29 in das Rückspülfilter gelangt, nicht unterbrochen werden, da am vorderen Ventil 24 Ausnehmungen 42 vorgesehen sind, durch welche weiterhin in gewissem Ausmaß Spinnmasse zum Filter gelangen kann. Diese zugeführte Spinnmasse dringt jedoch aufgrund des Rückspulens nicht durch das Filter, sondern streicht an der Oberfläche des Filters entlang und tritt ebenfalls an der Öffnung 41 aus. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sämtliche Verunreinigungen, die während des Rückspulens vom Filter 26 abgehoben werden, durch die Öffnung 41 nach außen transportiert werden.
Wird der Kolben 22 noch weiter nach rechts gezogen, so wird die in Figur 8 dargestellte Position erreicht. In dieser Position schließt das vordere Ventil 24 die Zufuhr von Spinnmasse, sodaß ausschließlich rückgespülte Spinnmasse durch die Öffnung 41, die nun gegenüber der Figur 7 vergrößert ist, nach außen gelangt.
In der Figur 9 befindet sich der Kolben 22 bereits so weit rechts, daß das hintere Ventil 28 den Gehäuseteil 8b ausgangsseitig schließt. Auch das vordere Ventil 24 schließt seinerseits mit dem Gehäuseteil 8a. Das Filter 26 befindet sich nun zwischen den Gehäuseteilen 8a und 8b, sodaß es bequem ausgetauscht werden kann. Die in der Figur 9 dargestellte Position ermöglicht somit den Austausch des Filters 26. Ein weiterer Unterschied der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Stand der Technik ist darin zu sehen, daß bei bekannten Rückspülfiltern, welche mit verschiebbaren Kolben zum Umschalten zwischen Filtration und Rückspülung ausgestattet sind, durch Verschiebung des Kolbens voneinander getrennte Kanäle, wie Zuströmkanal, Abströmkanal und Rückspülkanal, jeweils miteinander in Verbindung gebracht werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen wird in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform durch die Ausgestaltung und Anordnung der Ventile und der korrespondierenden Räume im Gehäuse durch das jeweilige Verschließen bzw. öffnen von Zuström- und Abströmkanal mittels der Ventile der Wechsel zwischen Filtration, Rückspülung und Siebwechsel bewirkt, ohne daß die Kanäle z.B. mit einem räumlich getrennten Rückspülkanal in Verbindung gebracht werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Filtrieren eines Fluids, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches aus zwei Teilen (la, lb; 8a, 8b) besteht, die miteinander fix verbunden, jedoch voneinander beabstandet sind, wobei im ersten Teil (la; 8a) ein Anströmkanal (6, 29) für das zu filtrierende Fluid und im zweiten Teil (lb; 8b) ein Abströmkanal (18; 34) für filtriertes Fluid vorhanden ist; einen Kolben (4; 22), der im Gehäuse verschiebbar gelagert ist und ein vorderes Ventil (7; 24), ein Filter (9; 26), einen Ventilkörper (10; 27) und ein hinteres Ventil (11; 28) aufweist, wobei das Filter (9; 26) nach dem vorderen Ventil (7; 24) und vor dem hinteren Ventil (11; 28) angeordnet ist und der Ventilkörper (10; 27) einen Sammelkanal (13; 31) für filtriertes Fluid aufweist, welcher mit dem Filter (9; 26) und einem Filtratraum (14; 32), der im zweiten Teil (lb; 8b) des Gehäuses vorgesehen ist und an den der Abströmkanal (18; 34) anschließt, in Verbindung steht; wobei durch Verschieben des Kolbens (4; 22) derjenige Teil des Kolbens, der das Filter (9; 26) trägt, zwischen die beiden Teile (la, lb; 8a, 8b) des Gehäuses gebracht werden kann, und
Gehäuse (la, lb; 8a, 8b) und Kolben (4; 22) derart gestaltet sind, daß der Anströmkanal (6; 29) und der Abströmkanal (18; 34) verschlossen werden, wenn sich der das Filter (9; 26) tragende Kolbenteil zwischen den beiden Teilen (la, lb; 8a, 8b) des Gehäuses befindet.
.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10; 27) in Filtrierposition des Kolbens (4; 22) sowohl gegen den ersten Teil (la; 8a) als auch gegen den zweiten Teil (lb; 8b) des Gehäuses abdichtet, sodaß im wesentlichen kein Fluid aus der Vorrichtung austreten kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10; 27) in Filtrierposition des Kolbens (4; 22) sowohl gegen den ersten Teil (la; 8a) als auch gegen den zweiten Teil (lb; 8b) des Gehäuses nicht vollständig abdichtet, sodaß Fluid aus der Vorrichtung austreten kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4; 22) im Gehäuse so gelagert ist, daß der Ventilkörper (10; 27) mit den beiden Teilen (la, lb; 8a, 8b) des Gehäuses Ringspalte (12, 15; 30, 33) ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur zentrischen Lagerung des Kolbens (4; 22) Führungselemente (20; 36) vorgesehen sind, die mit dem Ventilkörper (10; 27) des Kolbens (4; 22) fest verbunden und in zumindest einem der beiden Teile (la, lb; 8a, 8b) des Gehäuses verschiebbar gelagert sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22) ein weiteres Ventil (25) aufweist, welches zwischen dem vorderen Ventil (24) und dem Ventilkörper (27) vorgesehen ist.
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