Verfahren zum Filtrieren von stromenden Medien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Zum Filtrieren von strömenden Medien bedient man sich poröser Stoffe, welche in Gehäuse, z. B. Trichter oder Rohre, eingesetzt werden. Es gibt viele Ausfiihrungsfor- men von Filtriereinrichtungen. Bei den meisten beruht die separierende Wirkung auf dem Durchgang des strömenden Mediums durch poröse Schichten.
Es ist bekannt, dass bei vielen Filtriervorgängen die Eintrittsseite des Filters, also der porösen Schicht, welche die feste Phase zu- rüekhalten soll, schon lange verstopft, ehe noch die gesamte Dicke der Filtersehicht mit dem zur Verfügung stehenden porösen Material ausgenutzt, oder wie man sagt, erschöpft ist. Dadureh geht ein grosser Prozentsatz des in Filterplatten enthaltenen porösen Materials verloren. Man wählt deshalb im allgemeinen die Filtersehichten so dünn, dass möglichst wenig ungenütztes poröses Material zurück- bleibt, wenn die Seite der filtrierenden Schicht ersehöpft oder verstopft ist, an welcher das zu separierende Gemisch in die Fil iersehiclit eindringt.
In vielen Fällen enthalten zu filtrierende oder zu separierende Gemische Anteile oder Pliasen, welche durch eine als brauchbar be iundene Filtersehicht nicht zurückgehalten werden können, ehe sich auf der Filterschicht an der Eintrittsseite des flüssigen Gemisches nieht eine Schicht von bestimmter Stärke an geschwemmt hat. Diese sogenannten An schwemmfilter haben auch den Nachteil, dass sie eigentlich erst die filtrierende Schicht selbst aufbauen müssen, während die vorhandene Filterschicht der Filterpresse nur als Unterlage oder als Gerüst für die Anschwemmung dient. Oft wählt man hier den Weg, dass man dem, zu filtrierenden Gut gewisse Stoffe, z. B.
Faserstoffe oder Kieselgur, beimischt, um die Anschwemmung einer filtrierenden Sehieht wu beschleunigen und die Anschwemmungsschicht an sich locker zu erhalten, damit dem zu filtrierenden Gut der Durchgang durch die Filterschicht nicht zu schnell versperrt wird.
Alle vorgenannten Verfahren haben den Nachteil, einen Teil der Filterschichten früh zeitig zu verstopfen und dadurch ein vorzeitiges Auswechseln der Filterschichten zu erfordern.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von strömenden Medien, bei welchem die erwähnten Mängel vermieden werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Filtrieren von stromenden Medien mittels wenigstens einer Filterschicht, deren Porosi tät je nach Bedarf reguliert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn des Filtrierens die Porenweite der Filterschicht zwecks Erreichung des gewiinschten Durchlass-und Trennungsvermogens durch Zusammenpres sang verkleinert wird und hernach je nach dem Grade der Verstopfung der Filterschiclit oder von Teilen derselben durch Minderung der Zusammenpressung der Filterschicht je naeh Bedarf vergrössert wird.
Als elastische Filterschicht können die verschiedenartigsten natürlichen oder künstliehen porösen Stoffe, welche sich infolge ihrer Ela stizität naeh kurzer oder lÏngerer Zusammen- pressung bei Verminderung oder Aufhebung des Druckes von selbst wieder ausdehnen, Verwendung finden.
Derartige Stoffe sind z. B. natürlieher oder künstlicher Schwammgummi mit zusammenhängenden Poren oder gleich- artiger elastiseher Kunststoff, Filz aus elastisehem, natürlichem oder künstlichem Fasermaterial, HÏufungen aus natürlichen oder kiinstlichen elastischen Fasern, welche untereinander durch geeignete Bindemittel teilweise gebunden sein können oder auch frei zwammenliegen und infolge ihrer Vernet zungsfähigkeit eine Filtersehicht bilden k¯nnen usw.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Filterschieht aus elastischem Material in einem wenigstens teilweise durehlöeherten GehÏuse eingespannt ist, wobei Teile der Gehäusewan dung einander genähert werden können, so dass beim Nähern der genannten Teile der Gehäusewandung die Porenweite durch Zusammenpressen der elastischen Filterschicht verkleinert wird, während sie sich bei Verminderung der Pressung infolge der ElastizitÏt durch Vergrösserung des Volumens der Filtersehieht selbsttätig nach Massgabe der AIinderung der Pressung erweitert, und dass das Gehäuse Ein-und Auslassansehlüsse auf- weist.
Die Verkleinerung oder Vergrösserung des Volumens des Gehäuses erfolgt beispielsweise dureh eine an sich bekannte Schraubspindel.
Die Verstellung des Gehäuses kann jedoch auch mit andern bekannten Mitteln, z. B. auch mit hydraulischem Druck, Luftdruck, Dampfdruck usw., erfolgen. Bei einer dergestaltigen Verkleinerung des Volumens des die Filterschicht umsehliessenden Gehäuses wird die Filterschicht zusammengepre¯t, wodurch sich die Poren der letzteren verkleinern, während beim umgekehrten Vorgang, das heisst der Vergr¯¯erung des Volumens durch Lockerung des Druckes der Sehraubspindel, Verminerung des Wasser-oder Luftdruckes, sich die Poren infolge Wicderausdehnung der elastisehen Filterschicht wieder erweitern.
Die Ausdehnung der Filtersehicht und die Erweiterung des die Filtersellieht einspannenden GehÏuses kann auch durch eingesetzte Federn oder gleichwertige Mittel gefordert werden.
Beispielsweise können in die Filtersehieht Spiralfedern oder Blattfedern eingebaut oder einvulkanisiert sein, welche den Widerstand der elastischen Filtersehieht gegen die Zusam menpressung vergrössern und ihre Wiederausdehnung bei Eintreten der Entspannung verstärken. ihnliehe Federn können auch zwi- schen den gegeneinander verschiebbaren Ge häuseteilen eingesetzt werden.
Auf die beschriebene Weise kann die Dieke der Filtersehieht nach Bedarf reguliert und damit die Porengrosse der Filterschicht der jeweiligen Struktur der Flüssigkeit, dem Druck derselben, der Strömungsgesehwindig- keit, der Temperatur usw. angepasst werden.
Eine solche Anpassung ist auch möglich wÏhrend des Filtriervorganges selbst. Wenn man nämlieh eine Filtersehieht bei Beginn des Fil triervorganges so weit zusammenpre¯t, da¯ die Porenweite gerade dem Filtrierzweek entspricht, so kann von Anfang an der benötigte Filtrationsgrad erreieht werden. Die zusammengepresste Filtersehieht ersetzt damit infolge ihrer Veränderlichkeit den Anschwemmfilter. Während bei Ansehwemmfiltern oft sehnell eine Verstopfung der angeschwemm- ten Sehieht eintritt, wodurch das dahinter liegende Filtermaterial nieht mehr ausgenutzt wird, kann bei der elastischen Filterschicht durch Erweiterung des Gehäuses eine Ausdehnung der Filtersehieht an sich und damit eine Erweiterung der Poren der Filtersehieht vorgenommen werden.
Auf die erfindungs- gemässe Weise hat man es in der Hand, nichet nur mit einem gleichen Filtriermaterial Ge- misehe verschiedenartiger Struktur und Vis- kusitat zu filtrieren, sondern auch während des Filtriervorganges die Porenweite dem Bedarf entspreehend Zll verstellen.
Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung stellen beispielsweise zwei Ausführungen der erfindungsgemässen Filtriervorriehtung dar.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem trieh terförmigen Gehäuse. Dasselbe besteht aus dem eigentlichen obern Trichter A, aus dem daran befestigten Gewindestutzen B, dem untern konischen Trichterteil C mit seinem ol)ben ansitzenden Gewindestutzen D, welcher in dem (ewindestutzen B um die gemeinsame Achse drehbar und so gegen den obern Teil A der Vorrichtung axial zusammenschiebbar ist.
Zwisehen clen beiden Teilen A und C der Vorrichtung, welche in axialer Richtung durch entgegengesetzte Drehung der Gewindestutzen l : tmd D versehoben werden können, liegen mit zweckmässig grossem Abstand voneinander und parallel zueinander zwei durehlöeherte Siebplatten E und E1, zwischen denen die poröse und elastische Filterschieht F einge- I) ettet liegt.
Wenn man in die dargestellte Vorrichtung aus der Richtung des Pfeils X ein zu filtrierendes Gemisch einfüllt, so fliesst dasselbe durch die durchlöcherte Platte E, durch dring die elastische Filterschicht X, tritt aus (derselben durch die durehlöeherte Platte El nach unten heraus, sammelt sich in dem trich terförmigen Unterteil (7 und verlässt die Vor- riehtung in der Pfeilrichtung Y.
Man hat nun die Möglichkeit, durch Zu sammenschrauben des Oberteils A und des l nterteils C der Filtriervorrichtung das elastisehe Filtermaterial F so weit zusammenzu- pressen, dass die Poren völlig versehlossen werden und der Durchflu¯ des Gutes ganz verhindert wird. Wenn man nun durch Auseinandersehrauben der Teile A und C den Abstand der beiden durchlöcherten Platten E und Et allmählieh vergrössert, dehnt sieh das elastische Filtermaterial F aus und so vergr¯ Der sikh die Poren des Filtermaterials, bis die zu filtrierende Flüssigkeit durchfliesst und die Filtration einsetzt.
Je nach dem Grade der Erschöpfung der Filtermasse, das heisst der Verstopfung der Poren, kann durch weiteres Auseinandersehrauben dem Filtermaterial die Möglichkeit gegeben werden, sich weiter auszudehnen und so neuen Durchgang für weitere zu filtrierende Flüssigkeit zu schaffen.
Fig. 2 stellt als Ausführungsbeispiel eine Filterpresse dar. A ist ein zylindrisches GehÏuse, welches an beiden Enden durch die B¯den B und B1 versehlossen ist. Der Boden B ist durch eine Schraube im Gehäuse verschiebbar, während der Boden Bi in diesem Ausführungsbeispiel am Gehäuse festsitzt. Er kann jedoch durch seine Befestigungssehrauben vom Gehäuse gelöst werden. Der Deckel B trÏgt den Einlassstutzen, in welchen aus der Pfeilrichtung X die zu filtrierende Flüssig- keit hineingepresst wird. Der Deckel Bt trägt den Ablassstutzen, aus dem in Pfeilrichtung Y die gefilterte Flüssigkeit austritt. Im Zylinder sind eine Reihe durehlöeherter Platten E angeordnet. Dieselben sind im Gehäuse axial verschiebbar.
Im Zwischenraum zwischen den einzelnen Platten E ist das por¯se, elastische Filtermaterial untergebracht. Mittels der Schraube D kann der Deckel B innerhalb des Gehäuses A in axialer Richtung gegen den Deckel Bi versehoben werden. Dadurch werden die Platten zusammengeschoben und das Filtermaterial F zusammengepresst. Das GehÏuse der Filterpresse ist nach bekannter Art mit Entlüftungs-, Ablass-und Probehähnen G versehen.
In dem Ausführungsbeispiel ist das Ein- lassrohr an dem verschiebbaren Deckel B angebracht. Gegebenenfalls kann das Einlassrohr ebenso am Deckel Bi sitzen und der Auslauf am Deckel B angebracht sein.
Wenn man durch den Einlass X eine zu filtrierende Flüssigkeit einführt, gelangt sie zunächst in die Kammer C. Von dieser Kammer gelangt sie verteilt durch die zunächst liegende Lochplatte E in die Filterschicht F.
Naehdem das Filtrat die Filterschicht F pas- siert hat, gelangt es durch die nächste Lochplatte E in die nächste Filterschiclit usw. bis zur letzten Lochplatte E, von welcher es in die durch den Deekel Bl angeschlossene Kam- mer H tritt und durch den Auslass Y ausläuft.
Auch in dieser beispielsweisen Ausfüh rvmgsform kann das Filtermaterial F durch Verstellung der Schraube D bis zur völligen Undurchlässigkeit zusammengepresst werden und ebenso kann man es durch Lockerung der Schraube D zunehmend entlasten, bis die grösste Porenweite erreicht ist bzw. das letzte Filtermaterial erschöpft wird. Die beispielsweise in Fig. 2 dargestellte Filterpresse kann ebenso in jeder andern bekannten Bauweise ausgeführt werden, solange das elastische Filtermaterial entsprechend dem erfindungsgemässen Prinzip wie vorgängig besehrieben Zll- sammengepresst oder gelockert werden kann.
So können beispielsweise die Lochplatten, welche das elastische Filtermaterial zusam menpressen, auch jede andere ihre Funktion ermöglichende Form haben. Sie können an ihren Oberflächen z. B. gerillt sein oder an dersartige Vorsprünge aufweisen, um den Austritt der Flüssigkeit aus den Löchern in das elastische Filtermaterial zu beg nstigen.
Sie können auch uneben gebogen, z. B. bombiert, ausgeführt sein, um der elastischen Filtermasse eine andere als ebene Form wÏhrend der Filtration im eingespannten Zustand zu geben. Beispielsweise können auch zwei konische Platten mit gewissem Abstand voneinander koaxial ineinander sitzen und das Fili ermaterial zwischen einander eingespannt halten, wobei dann beispielsweise die Zusammenpressung oder die Lockerung der elastischen Filtermasse durch axiale Annäherung der konischen Platten bzw. durch axiale Entfer nung der letzteren voneinander erfolgt.
Process for filtering flowing media and device for carrying out the process
To filter flowing media, porous substances are used, which are in housing, e.g. B. funnels or pipes can be used. There are many embodiments of filter devices. For most of them, the separating effect is based on the passage of the flowing medium through porous layers.
It is known that in many filtering processes the inlet side of the filter, i.e. the porous layer that is supposed to hold back the solid phase, becomes clogged long before the entire thickness of the filter layer with the available porous material is used, or how says is exhausted. As a result, a large percentage of the porous material contained in the filter plates is lost. The filter layers are therefore generally chosen to be so thin that as little unused porous material as possible remains when the side of the filtering layer on which the mixture to be separated penetrates into the filter layer is clogged or clogged.
In many cases, mixtures to be filtered or separated contain fractions or pliases which cannot be retained by a filter layer found to be usable until a layer of a certain thickness has not washed up on the filter layer on the inlet side of the liquid mixture. These so-called precoat filters also have the disadvantage that they actually first have to build up the filtering layer themselves, while the existing filter layer of the filter press only serves as a base or as a framework for the precoat. Often one chooses the way here that certain substances, z. B.
Fibers or kieselguhr, mixed in, to accelerate the precoat of a filtering sight and to keep the precoat layer loose so that the passage through the filter layer is not blocked too quickly for the material to be filtered.
All of the above-mentioned methods have the disadvantage of clogging some of the filter layers at an early stage and thus requiring the filter layers to be replaced prematurely.
The present invention relates to a method for filtering flowing media, in which the mentioned deficiencies can be avoided.
The method according to the invention for filtering flowing media by means of at least one filter layer, the porosity of which is regulated as required, is characterized in that at the beginning of the filtering, the pore size of the filter layer is reduced in size by compression in order to achieve the desired permeability and separation capacity and afterwards Depending on the degree of clogging, the filter layer or parts of it is increased by reducing the compression of the filter layer as required.
A wide variety of natural or artificial porous materials can be used as the elastic filter layer, which, due to their elasticity, expand again by themselves when the pressure is reduced or released after short or long periods of compression.
Such substances are z. B. natural or artificial sponge rubber with connected pores or similar elastic plastic, felt made of elastic, natural or artificial fiber material, heaps of natural or artificial elastic fibers, which can be partially bound to each other by suitable binding agents or also lie freely between and due to their interweaving ability to form a filter layer, etc.
The device according to the invention for carrying out the method is characterized in that at least one filter sheet made of elastic material is clamped in an at least partially perforated housing, parts of the housing wall being able to approach one another so that when the named parts of the housing wall are approached, the pore size is compressed the elastic filter layer is reduced in size, while when the pressure is reduced as a result of the elasticity by increasing the volume of the filter it automatically expands in accordance with the reduction in the pressure, and that the housing has inlet and outlet connections.
The reduction or enlargement of the volume of the housing takes place, for example, by means of a screw spindle known per se.
However, the adjustment of the housing can also be carried out by other known means, e.g. B. also with hydraulic pressure, air pressure, steam pressure, etc. take place. When the volume of the housing enclosing the filter layer is reduced in this way, the filter layer is compressed, whereby the pores of the latter are reduced, while in the reverse process, that is, the increase in volume by releasing the pressure of the visual spindle, the water is reduced -or air pressure, the pores widen again due to the expansion of the elastic filter layer.
The expansion of the filter layer and the expansion of the housing that clamps the filter element can also be required by using springs or equivalent means.
For example, spiral springs or leaf springs can be built into or vulcanized into the filter cover, which increase the resistance of the elastic filter cover to compression and strengthen its re-expansion when relaxation occurs. Similar springs can also be used between the housing parts that can be displaced relative to one another.
In the manner described, the die of the filter layer can be regulated as required and the pore size of the filter layer can thus be adapted to the particular structure of the liquid, the pressure of the same, the flow velocity, the temperature, etc.
Such an adjustment is also possible during the filtering process itself. If you see a filter at the beginning of the filtering process so far that the pore size corresponds exactly to the filtering purpose, the required degree of filtration can be achieved right from the start. The compressed filter replaces the precoat filter due to its variability. While in the case of floating filters there is often a clogging of the watered-up eye, which means that the filter material behind is no longer used, in the case of the elastic filter layer, by expanding the housing, the filter layer itself can be expanded and the pores of the filter eye can be expanded.
In the way according to the invention one has it in hand, not only to filter with the same filter material mixtures of different structure and viscosity, but also to adjust the pore size according to the need during the filtering process.
FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings show, for example, two versions of the filter device according to the invention.
Fig. 1 shows a device with a trieh ter-like housing. The same consists of the actual upper funnel A, the threaded connector B attached to it, the lower conical funnel part C with its ol) ben attached threaded connector D, which can be rotated in the (threaded connector B about the common axis and thus against the upper part A of the device is axially collapsible.
Between the two parts A and C of the device, which can be displaced in the axial direction by turning the threaded connector 1: tmd D in the opposite direction, there are two perforated sieve plates E and E1, between which the porous and elastic filter is placed, at a conveniently large distance from each other and parallel to each other F is embedded.
If a mixture to be filtered is poured into the device shown from the direction of the arrow X, it flows through the perforated plate E, penetrates the elastic filter layer X, emerges (the same out through the perforated plate El downwards, collects in the funnel-shaped lower part (7 and leaves the device in the direction of the arrow Y.
One now has the possibility, by screwing together the upper part A and the inner part C of the filtering device, to compress the elastic filter material F so far that the pores are completely closed and the flow of the material is completely prevented. If you now gradually increase the distance between the two perforated plates E and Et by pulling apart parts A and C, the elastic filter material F expands and thus enlarges the pores of the filter material until the liquid to be filtered flows through and filtration begins .
Depending on the degree of exhaustion of the filter mass, i.e. the clogging of the pores, the filter material can be given the opportunity to expand further and thus create new passage for further liquid to be filtered by further disassembling.
Fig. 2 shows a filter press as an embodiment. A is a cylindrical housing, which is closed at both ends by the B¯den B and B1. The base B can be displaced in the housing by a screw, while the base Bi in this exemplary embodiment is fixed to the housing. However, it can be detached from the housing by means of its fastening screws. The cover B carries the inlet connection, into which the liquid to be filtered is pressed from the direction of the arrow X. The cover Bt carries the drainage nozzle from which the filtered liquid emerges in the direction of arrow Y. A number of perforated plates E are arranged in the cylinder. They can be moved axially in the housing.
The porous, elastic filter material is housed in the space between the individual plates E. By means of the screw D, the cover B can be moved within the housing A in the axial direction against the cover Bi. This pushes the plates together and compresses the filter material F together. The housing of the filter press is provided with vent, drain and sample valves G in a known manner.
In the exemplary embodiment, the inlet pipe is attached to the sliding cover B. If necessary, the inlet pipe can also sit on the cover Bi and the outlet can be attached to the cover B.
When a liquid to be filtered is introduced through the inlet X, it first reaches the chamber C. From this chamber it is distributed through the perforated plate E, which is initially located, into the filter layer F.
After the filtrate has passed the filter layer F, it passes through the next perforated plate E into the next filter layer, etc. to the last perforated plate E, from which it enters the chamber H connected by the cover B1 and through the outlet Y expires.
In this exemplary embodiment, too, the filter material F can be compressed until it is completely impermeable by adjusting the screw D and it can also be increasingly relieved by loosening the screw D until the largest pore size is reached or the last filter material is exhausted. The filter press shown for example in FIG. 2 can also be designed in any other known construction, as long as the elastic filter material can be compressed or loosened according to the principle according to the invention, as described above.
For example, the perforated plates which menpressen the elastic filter material can also have any other shape that enables their function. You can z. B. be grooved or have projections of this type in order to favor the exit of the liquid from the holes in the elastic filter material.
They can also be bent unevenly, e.g. B. cambered, be designed to give the elastic filter material a different than flat shape during the filtration in the clamped state. For example, two conical plates can sit coaxially one inside the other at a certain distance from each other and keep the fili ermaterial clamped between each other, in which case, for example, the compression or loosening of the elastic filter material takes place by axially approaching the conical plates or by axially removing the latter from each other.