Verfahren zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten durch Filtration
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten durch Filtration unter Verwendung eines Filters mit Filterelementen in Form von rotierbaren Scheiben.
Kontinuierlich arbeitende Filter, wie Trommelfilter, sind bekannt. Sie sind aber verhältnismässig teuer in der Anschaffung und auch nicht überall und für alles einsatzfähig. So eignen sie sich nur für gut filtrierbare Flüssigkeiten und für das Arbeiten im grossen. Andere Filtergattungen dagegen, z. B. die gebräuchlichen Scheibenfilter oder Filterpressen, lassen wohl eine Verwendung in grösserem Ausmasse zu, sind auch verhältnismässig billig und besitzen auf engstem Raum eine erhebliche Filterfläche; sie sind deshalb für schwer filtrierbare Stoffe geeignet, erfordern jedoch viele Bedienungsarbeiten von Hand. Ausserdem gestatten sie nur chargenweisen Einsatz, arbeiten also nicht kontinuierlich.
Vor allem aber macht bei ihnen die Beseitigung der Filterrückstände grosse Mühe, denn auch zusätzliche Reinigungsvorrichtungen vermögen nicht zu verhindern, dass sie nach jedem Filtrationsvorgang auseinandergenommen und wieder zusammengebaut werden müssen. Das Arbeiten mit ihnen ist umständlich und zeitraubend.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet die Mängel der bekannten Verfahren weitgehend. Dies wird dadurch erreicht, dass die Filterelemente während der Filtration stillstehen oder nur langsam drehen, nach erfolgtem Filtriervorgang zum Abschleudern der Filterrückstände in schnelle Umdrehung versetzt werden, dass gleichzeitig oder danach die Austragung der abgeschleuderten Rückstände aus dem Filtergehäuse erfolgt und anschliessend dieses Arbeitsspiel beliebig oft ohne Unterbrechung wiederholt wird.
Es wird also die Zentrifugalkraft dazu benutzt, den auf den Filterflächen angesammelten Belag abzuschleudern. Die Austragung des abgeschleuderten Gutes kann, um bei klebrigen Stoffen ein Festhalten an der Gehäusewandung zu verhindern, erforder lichenfalis von Spülflüssigkeit undloder Druckluft unterstützt werden.
Es ist möglich, die schnelle Umdrehung der Welle und der auf ihr befindlichen Elemente in besonderen Fällen in wechselnder Richtung erfolgen zu lassen, wobei gegebenenfalls ein solcher Drehrichtungswechsel bis zur rotierenden Vibration gesteigert werden kann. Beispielsweise ist dies angebracht, wenn bei klebrigen oder schmierenden Feststoffen sich nach mehreren Arbeitsspielen die Poren der Filtertücher oder -siebe verstopft haben. Der Filterapparat wirkt hierbei gewissermassen als Waschmaschine für die Filtertücher. Eventuell kann gleich-- zeitig die Durchflussrichtung der Wasch- und Spülflüssigkeit geändert werden.
Es ist weiter zweckmässig, die Filterelemente und die sonstigen im Gehäuse befindlichen Teile vor Beginn der Filtration, z. B. mittels Heisswassers, zu sterilisieren. Dies ist bei der Filtration von Säften und Lösungen, die in der Nahrungs-und ähnlicher Industrie Verwendung finden, vorteilhaft. Die Sterilisation kann auch nach der Austragung der Filterrückstände erfolgen.
Die Erfindung schliesst aber auch noch weitere Möglichkeiten in sich ein. So können z. B. die Filterrückstände vor dem Abschleudern ausgewaschen werden, wenn sie das Erzeugnis der Filtrierung bilden.
Weiterhin ist es manchmal vorteilhaft, sie nach dem Auswaschen zu trocknen, ohne dass das Gefäss ge öffnet zu werden braucht. Das erfindungsgemässe Filtrationsverfahren vereinigt also Filtration und Trocknung im gleichen Apparat. Bevorzugt wird hierbei die Trocknung im Vakuum.
Je nachdem, ob es sich um feuchte oder um getrocknete Rückstände handelt, kann deren Austra gung nach dem Abschleudern unter Zuhilfenahme von Flüssigkeit oder Druckluft geschehen.
Ein zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneter Filter besteht im wesentlichen aus auf einer senkrechten und' in an sich bekannter Weisehohl ausgebildeten, mit einem Antrieb versehenen Welle angeordneten Filterelementen in einem vornehmlich zylinderförmig gestalteten Gehäuse, welches nach unten zu verjüngt ist. Die Austragung der Kuchenbestandteile kann durch ein Hilfsmittel, wie Förderschnecke, Flüssigkeit, Druckgas oder dergleichen, unterstützt werden. Die Flüssigkeit oder das Druckgas spült die Teilchen des Filterbelages nach unten und führt sie von dort aus dem Gehäuse. Soweit erforderlich, können auch mitrotierende Kratzbleche oder andere geeignete Vorrichtungen an der Innenwand des Gehäuses vorbeistreichen, um dort ein Festhaften von Rückständen zu verhindern.
Für Kuchen, deren Stoffe zur Zusammenballung neigen und die deshalb in grösseren oder kleineren Stücken abgeschleudert werden, können, damit keine Verstopfung der Austragsöffnung stattfindet, im unteren Teil des Gehäuses Schlagstifte mitrotieren. Sie zerkleinern, gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit im Gehäuse feststehenden Stiften, die abgeschleuderten Filterrückstände. Zur Entleerung der Rückstände können in dem Gehäuse feststehende, zweckmässig unterhalb des Deckels angebrachte Düsen angeordnet sein, welche wischen Kesselwand und Filterelementen einen Flüssigkeits- oder Druckgasstrom von oben nach unten erzeugen. Ihte Öffnungen weisen in Richtung auf die Gehäusewandung zu nach unten. Bei entsprechender Konstruktion können die Düsen auch mitrotieren.
In beiden Fällen, also bei stehenden oder mitrotierenden Düsen, kann sowohl zuerst abgeschleudert und dann mittels des Spülstromes entleert werden, als auch die Spülung vor der beginnenden Umdrehung sein, so dass die abgeschleuderten Filterrückstände gar nicht erst die Gehäusewandung berühren.
Werden dagegen trockene Filterrückstände verlangt, dann ist ein vorhergehendes Auswaschen zweckmässig. Anschliessend erfolgt die Trocknung, welche auf verschiedene Art und Weise vorgenommen werden kann. So können z. B. im Gehäuse Mittel zur Beheizung seines Innenraumes undjoder der Filterelemente untergebracht sein. Es ist aber auch möglich, von aussen her heisse Gase oder Luft zuzuführen.
Die Trocknung kann, ausser durch Heissluftumlauf, genau so gut mittels Strahlung, Induktion, Vakuum oder einer Kombination von innen bewerkstelligt wer den. Damit gestattet die Filtereinrichtung die fortlaufende Aufarbeitung einer Aufschlämmung, z. B. von Farbstoffen, pharmazeutischen Erzeugnissen, Salzen und dergleichen, bis zur Trockensubstanz, ohne dass irgendwelche Arbeiten von Hand ausgeführt wer den müssen. Als Hilfsmittel für die Austragung wird in solchem Fall Druckluft oder Druckgas genommen.
Es kann auch während der Trocknung Vakuum an gesetzt werden, wobei für die Erzeugung der Trocknungswärme entsprechende Heizelemente vorgesehen sind.
Die Filterelemente können bei senkrechter Welle so ausgebildet sein, dass sie nur auf ihrer oberen Seite durchlässig sind. Eine solche Bauart eignet sich besonders als Anschwemmfilter. Sie hat den Vorteil, dass das Anschwemmgut besser auf der Filterfläche haftet. Es kann daher nicht so leicht durch Erschütterungen losgelöst werden. Bei derartigen Filtern, welche vor allem für die Klarfiltration von Flüssigkeiten gedacht sind, wird vor dem Arbeitsbeginn eine Anschwemmung von Kieselgur, Asbestfasern oder ähnlichen Stoffen vorgenommen. Diese Stoffe werden nach beendeter Filtration wieder von den Filterflächen entfernt. Zum nächsten Arbeitsprozess wird dann wieder frisch angeschwemmt.
Die Ansebwemmung lässt sich durch Rotation leicht von den Filterflächen wegnehmen, so dass nicht wie bisher der Apparat für die Abnahme des Anschwemmgutes geöffnet werden muss.
Bei den Anschwemmfiltern, welche hauptsächlich in der Zucker- und Getränkeindustrie, aber auch in der Pharmazie - beispielsweise bei der Penicillin Herstellung - verwendet werden, wird im Augenblick des Abschleuderns meistens gleichzeitig mit Wasser durch die Filterhohlwelle rückgespült, weil nicht der Filterrückstand, sondern das Filtrat gebraucht wird. Diese Rückspülung ist an sich bei stehenden Filtern bekannt, hat aber bei der beschriebenen Einrichtung im Zusammenhang mit der Abschleuderung besondere Vorteile. Der Filtervorgang verläuft hierbei so, dass zunächst das Filtergehäuse mit Wasser unter Zugabe von Filterhilfsmitteln (Kieselgur, Holzmehl, Asbest und dergleichen) gefüllt wird. Das Wasser wird so lange abgezogen, bis sich auf den Filterplatten eine etwa 5 bis 10 mm starke Schicht aus dem Filterhilfsmittel gebildet hat.
Danach wird der zu filtrierende Saft bis zur Undurchlässigkeit bzw. Schwerdurchlässigkeit der Schicht zugegeben. Wenn es so weit ist, wird die Filterschicht unter gleichzeitiger Rückspülung durch Wasser abgeschleudert. Sofern Filtertücher verwendet worden sind, wird nach weiter unten geschilderter Weise eine Waschung derselben vorgenommen. Es ist noch zu bemerken, dass nach dem Aufbau der Filterschicht mit Heisswasser durchgespült werden kann, damit der nachgedrückte Saft das Gehäuse steril verlässt. Nach Beendigung eines Arbeitsspiels wird ohne Öffnung des Kessels weitergearbeitet und der nächste Filtervorgang eingeleitet. Der Filtrationsablauf kann hier, ebenso wie bei den anderen beschriebenen Verfahren, durch automatische Steuerung so beeinflusst werden, dass Filterung, Trocknung, Abschleuderung, Reinigung usw. ohne irgendwelche Handgriffe erfolgen.
Wenn in der rotierenden Achse eine von aussen bedienbare Klappe eingebaut ist, durch welche ein Teil der Filterelemente ausgeschaltet werden kann, dann ergibt sich der Vorteil, dass der Apparat vor Beendigung der Filtration mit Pressluft bis auf das Niveau der abgesperrten Platten - meistens nur die unterste - entleert werden kann, und zwar unter gleichzeitiger Filtration des im Behälter befindlichen Flüssigkeitsvolumens. Vor der Entleerung bleiben dann im Kessel nur wenige Liter unfiltrierte Flüssigkeit zurück, welche wieder in das Zulaufgefäss zurückgepumpt werden müssen. Der ganze übrige Behälterinhalt kann auf diese Weise fertig filtriert werden.
Die Drehrichtung der Welle beim Abschleudervorgang kann periodisch abwechselnd sein, gegebenenfalls soll der Drehrichtungswechsel bis zur rotierenden Vibration gesteigert werden. Eine solche Möglichkeit wird vorteilhaft dort angewendet, wo Filtertücher benutzt werden. Wenn sich nach einer oder mehreren Chargen die Filtertücher verstopft haben, wird der Filterapparat gleichsam als Waschmaschine gebraucht, indem die Drehrichtung der rotierenden Welle periodisch wie bei einer Waschmaschine ge ändert wird, eventuell unter gleichzeitiger Änderung der Durchflussrichtung der Waschflüssigkeit. Dies ergibt ein etwas schnelleres und intensiveres Auswaschen der Filtertücher als bei einer gleichförmigen Drehrichtung.