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.
Process for the separation of solids and liquids by filtration
The invention relates to a method for separating solids and liquids by filtration using a filter with filter elements in the form of rotatable disks.
Continuously operating filters, such as drum filters, are known. However, they are relatively expensive to purchase and cannot be used everywhere and for everything. They are only suitable for easily filterable liquids and for working on a large scale. Other types of filters, however, z. B. the common disc filters or filter presses, allow use on a larger scale, are also relatively cheap and have a considerable filter surface in a small space; they are therefore suitable for substances that are difficult to filter, but require a lot of manual operation. In addition, they can only be used in batches, i.e. they do not work continuously.
Above all, however, the removal of the filter residues is very difficult for them, because even additional cleaning devices cannot prevent them from having to be dismantled and reassembled after each filtration process. Working with them is cumbersome and time consuming.
The method according to the invention largely avoids the shortcomings of the known methods. This is achieved by the fact that the filter elements stand still during the filtration or only turn slowly, after the filtering process has been completed, they are set in rapid rotation to throw off the filter residues, that at the same time or after the discharge of the thrown off residues from the filter housing and then this work cycle as often as desired without Interruption is repeated.
The centrifugal force is used to throw off the deposit that has accumulated on the filter surfaces. In order to prevent sticky substances from sticking to the housing wall, the discharge of the thrown-off material can, if necessary, be supported by flushing liquid and / or compressed air.
It is possible, in special cases, to let the rapid rotation of the shaft and the elements located on it take place in alternating directions, with such a change in direction of rotation possibly being increased up to rotating vibration. For example, this is appropriate if the pores of the filter cloths or sieves have clogged after several work cycles with sticky or greasy solids. The filter apparatus acts as a washing machine for the filter cloths. The flow direction of the washing and rinsing liquid can possibly be changed at the same time.
It is also useful to remove the filter elements and the other parts located in the housing before the start of the filtration, e.g. B. using hot water to sterilize. This is beneficial in the filtration of juices and solutions used in the food and related industries. The sterilization can also take place after the filter residue has been removed.
The invention also includes other possibilities. So z. B. the filter residues are washed out before centrifuging if they form the product of the filtration.
Furthermore, it is sometimes advantageous to dry them after washing them without opening the container. The filtration process according to the invention thus combines filtration and drying in the same apparatus. Drying in vacuo is preferred here.
Depending on whether the residues are moist or dry, they can be removed after being spun off with the aid of liquid or compressed air.
A filter suitable for carrying out the method according to the invention consists essentially of filter elements arranged on a vertical and hollow shaft provided with a drive in a manner known per se in a predominantly cylindrical housing which is tapered downwards. The discharge of the cake components can be supported by an aid such as a screw conveyor, liquid, pressurized gas or the like. The liquid or the compressed gas flushes the particles of the filter lining downwards and guides them from there out of the housing. If necessary, scraper plates rotating with it or other suitable devices can also brush past the inner wall of the housing in order to prevent residues from sticking there.
For cakes whose substances tend to agglomerate and are therefore thrown off in larger or smaller pieces, knock pins can rotate in the lower part of the housing so that the discharge opening is not blocked. They shred the thrown off filter residue, if necessary in cooperation with pins fixed in the housing. For emptying the residues, fixed nozzles, suitably attached below the cover, can be arranged in the housing, which generate a flow of liquid or compressed gas from top to bottom between the boiler wall and the filter elements. Ihte openings point in the direction of the housing wall downwards. With an appropriate construction, the nozzles can also rotate.
In both cases, i.e. with stationary or rotating nozzles, it can be spun off first and then emptied by means of the flushing flow, as well as flushing before the start of the rotation, so that the spun off filter residues do not even touch the housing wall.
If, on the other hand, dry filter residues are required, it is advisable to wash them out beforehand. This is followed by drying, which can be carried out in various ways. So z. B. be housed in the housing means for heating its interior andjoder the filter elements. But it is also possible to supply hot gases or air from the outside.
In addition to circulating hot air, drying can just as easily be done from inside using radiation, induction, vacuum or a combination. Thus, the filter device allows the continuous processing of a slurry, e.g. B. of dyes, pharmaceutical products, salts and the like, to the dry substance, without any work carried out by hand who must. In such a case, compressed air or pressurized gas is used as an aid for the discharge.
A vacuum can also be applied during the drying process, with appropriate heating elements being provided for generating the drying heat.
With a vertical shaft, the filter elements can be designed in such a way that they are only permeable on their upper side. Such a design is particularly suitable as a precoat filter. It has the advantage that the sediment adheres better to the filter surface. Therefore, it cannot be easily detached from shock. With such filters, which are primarily intended for the clarification of liquids, a precoat of kieselguhr, asbestos fibers or similar substances is carried out before starting work. These substances are removed from the filter surfaces after the filtration is complete. The next work process is then freshly washed ashore.
The sedimentation can easily be removed from the filter surfaces by rotation, so that the device does not have to be opened to remove the sedimentation as before.
In the case of precoat filters, which are mainly used in the sugar and beverage industry, but also in pharmaceuticals - for example in penicillin production - at the moment of spinning, water is usually backwashed through the hollow filter shaft at the same time, because it is not the filter residue but the filtrate is needed. This backwashing is known per se in the case of upright filters, but has particular advantages in connection with the centrifuging in the device described. The filtering process proceeds in such a way that the filter housing is first filled with water with the addition of filter aids (kieselguhr, wood flour, asbestos and the like). The water is drawn off until an approximately 5 to 10 mm thick layer of the filter aid has formed on the filter plates.
Then the juice to be filtered is added until the layer is impermeable or difficult to permeate. When the time comes, the filter layer is spun off with simultaneous backwashing by water. If filter cloths have been used, they are washed in the manner described below. It should also be noted that after the filter layer has been built up, it can be rinsed with hot water so that the juice that is pressed out leaves the housing sterile. After the end of a work cycle, work continues without opening the boiler and the next filter process is initiated. As with the other processes described, the filtration process can be influenced by automatic control in such a way that filtering, drying, centrifuging, cleaning, etc. take place without any manual intervention.
If an externally operated flap is installed in the rotating axis, through which some of the filter elements can be switched off, then there is the advantage that the device can be lowered to the level of the shut-off plates with compressed air before the filtration is finished - usually only the lowest - Can be emptied, with simultaneous filtration of the liquid volume in the container. Before emptying, only a few liters of unfiltered liquid remain in the kettle, which have to be pumped back into the feed vessel. The entire remaining contents of the container can be filtered in this way.
The direction of rotation of the shaft during the spinning-off process can alternate periodically; if necessary, the change in direction of rotation should be increased to the point of rotating vibration. Such a possibility is advantageously used where filter cloths are used. If the filter cloths become clogged after one or more batches, the filter apparatus is used as a washing machine, as the direction of rotation of the rotating shaft is changed periodically like a washing machine, possibly with a simultaneous change in the direction of flow of the washing liquid. This results in a somewhat faster and more intensive washing out of the filter cloths than with a uniform direction of rotation.