DE102011002635A1

DE102011002635A1 - Filtrationseinheit

Info

Publication number: DE102011002635A1
Application number: DE201110002635
Authority: DE
Inventors: Thomas Netter; Andreas Karg; Dr. Paris Stefania
Original assignee: Huber SE
Current assignee: Huber SE
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Filtrationseinheit zur Fest-/Flüssigtrennung, insbesondere zur Aufkonzentrierung von Feststoffen, und/oder zur Abtrennung von Verunreinigungen aus Medien, insbesondere aus Abwässern, Prozesswässern oder Schlämmen, aufweisend mehrere parallel zueinander angeordnete, insbesondere kreisrunde, Filtermodule (12), wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Filtermodulen (12) wenigstens ein Störkörper (11) angeordnet ist, und wobei die Filtermodule (12) und/oder der wenigstens eine Störkörper (11) bezüglich einer Mittelachse der Filtermodule (12) drehbar gelagert sind, so dass eine Relativbewegung zwischen Filtermodulen (12) und Störkörper (11) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermodule (12) jeweils aus wenigstens zwei, vorzugsweise identischen, Filterelementen (14) bestehen, die lösbar miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtrationseinheit zur Fest-/Flüssigtrennung, insbesondere zur Aufkonzentrierung von Feststoffen, und/oder zur Abtrennung von Verunreinigungen aus Medien, insbesondere aus Abwässern, Prozesswässern oder Schlämmen.
Der folgenden Beschreibung liegen die, insbesondere aus den 1 bis 5 in Verbindung mit den nachstehenden Figurenbezeichnungen, ableitbaren Begriffsbestimmungen zugrunde.
Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Filtersegments, umfassend eine Membranplatte,
2 eine schematische Darstellung eines Filterelements, umfassend mehrere Filtersegmente,
3 eine schematische Darstellung eines Filtermoduls, umfassend mehrere Filterelemente,
4 eine schematische Darstellung eines Filterpakets, umfassend mehrere Filtermodule,
5 eine schematische Darstellung einer Filtrationseinheit, aufweisend ein Filterpaket, eine Welle mit Antrieb und einen Filtrationsbehälter inkl. Gestell,
6 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Filtrationseinheit,
7 ein erfindungsgemäßes Filterpaket,
8 ein erfindungsgemäßes Filtermodul,
9 ein erfindungsgemäßes Filterelement (offen dargestellt) mit zwei eingesetzten Filterelementen,
10 ein Verbindungselement zum Verbinden zweier Filterelemente, und
11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Filterelementabschnitts mit Verbindungselement.
Vorab sei erwähnt, dass in Figuren, die mehrere gleichartige Bauteile zeigen, teilweise nur eines von mehreren gleichartigen Bauteilen mit Bezugszeichen versehen ist, um eine gute Übersicht zu gewährleisten.
Die Filtrationseinheit 1 (s. 5 und 6) beinhaltet mindestens ein Filterpaket 5 (s. 4 und 7). Das Filterpaket 5 setzt sich aus einem oder mehreren, parallel angeordneten Filtermodulen 12 (s. 3 und 8) zusammen. Jedes Filtermodul 12 besteht aus mindestens zwei oder mehreren Filterelementen 14 (s. 2 und 9), die in einer Ebene liegen und miteinander verbunden sind. Jedes Filterelement 14 besteht aus zwei miteinander verbundenen, planparallelen Fixierrahmen 16, die ein oder mehrere Filtersegmente 19 (s. 1 und 9) beinhalten.
Aufbau:
Die Filtrationseinheit 1 besteht aus folgenden Anlagenkomponenten:

a) Filtrationsbehälter 2 mit Behälterdeckel 3 und Grundplatte 4b
b) Filterpaket 5 mit Permeatsammelleisten 6 und Fixiervorrichtung (umfassend Fixierleisten 7 und/oder Fixierstangen 8)
c) Welle 9 mit Antrieb 10 und Störkörpern 11

a) Filtrationsbehälter mit Deckel und Grundplatte
Der Filtrationsbehälter 2 besteht aus einem Kreiszylinder, der auf beiden Stirnseiten jeweils einen Flanschring besitzen kann. Über die Flanschverbindungen wird der Filtrationsbehälter 2 auf der einen Seite mit der Grundplatte 4 verbunden, auf der anderen Seite wird er durch einen Behälterdeckel 3 abgeschlossen. Beide Flanschringe sind entweder mit einer Nut ausgestattet, in der sich zur Abdichtung ein O-Ring befindet oder es befindet sich eine Flachdichtung zwischen Deckel- und Behälterflansch.
Sowohl im Behälterdeckel 3 als auch in der Grundplatte 4 können sich mehrere Anschlüsse zur Substratzu- und abfuhr befinden. Die Permeatablaufstutzen sind beispielsweise nur an der Grundplatte 4 angebracht. Der Behälterdeckel 3 beinhaltet vorzugsweise ein Lagergehäuse samt Lagerung für die rotierende Welle 9.
b) Filterpaket
Das Filterpaket 5 setzt sich aus einem oder mehreren, parallel angeordneten Filtermodulen 12 zusammen. Um im Bereich der beiden äußeren Filteroberflächen identische Strömungsverhältnisse wie im Inneren des Filterpakets 5 zu schaffen, kann das Filterpaket 5 auf beiden Stirnseiten von einer Abdeckplatte 13 abgeschlossen werden. Diese Abdeckplatten 13 weisen vorzugsweise den gleichen Abstand zu den Filtermodulen 12 auf, wie auch die einzelnen Filtermodule 12 zueinander.
Die Filtermodule 12 bestehen aus mindestens zwei miteinander verbundenen Filterelementen 14, die in einer Ebene liegen. Vorzugsweise werden für die Filterelemente 14 zwei L-förmige Halbkreise verwendet, die so angeordnet werden, dass sie ein kreisförmiges Filtermodul 12 ergeben. Sie können am äußeren Rand mit zwei gegenüberliegenden, parallelen Verbindungselementen 15 (z. B. mit Hilfe von Spannschrauben) miteinander verbunden werden.
Im Bereich der Verbindungselemente 15 kann die Geometrie der Filterelemente 14 geradlinig verlaufen, um einen parallelen Kräfteverlauf zu gewährleisten. Gleichzeitig können die beiden Filterelemente 14 durch diese Verbindungselemente 15 an zwei Fixierleisten 7 verspannt werden. Jede Fixierleiste 7 ist beispielsweise mit der Grundplatte 4 verbunden und mit einer rutschfesten Schicht z. B. Moosgummistreifen ummantelt, die das Filterelement 14 gegen Verrutschen sichert und mögliche Vibrationen abfängt.
Zusätzliche Stabilität bekommt das gesamte Filterpaket 5 in einer Weiterbildung durch zwei oder mehr Fixierstangen 8, die jeweils durch die beiden Hälften des Filterpakets 5 gesteckt und mit der Grundplatte 4 verbunden werden. Am oberen Ende besitzen die beiden Fixierstangen 8 vorzugsweise jeweils ein Gewinde mit Fixiermutter, wodurch das gesamte Filterpaket 5 zusätzlich gegen unzulässige Bewegungen abgesichert wird.
Jedes Filterelement 14 beinhaltet ein oder mehrere Filtersegmente 19, die zwischen zwei planparallelen Fixierrahmen 16 durch beispielsweise Schraubverbindungen 17 zusammengehalten werden. Vorzugsweise wenden die beiden Fixierrahmen 16 durch Senkschrauben miteinander verschraubt, so dass die Rotation der Störkörper 11 reibungslos erfolgen kann.
Um einen definierten Abstand der beiden Fixierrahmen 16 zu gewährleisten, können bei jeder Schraubverbindung 17 so genannte Fixierrahmenabstandshalter 18 eingesetzt werden. Sie bestehen z. B. aus einem kurzen Rohrstück, das über die Schraubverbindung 17 gesteckt wird. Das Rohrstück wird durch gleichmäßiges Anziehen der Schraubverbindung 17 zwischen die zwei Fixierrahmen 16 eingespannt und gewährleistet somit an jeder Stelle einen konstanten Abstand der beiden Fixierrahmen 16.
Werden als Filterelemente 14 zwei L-förmige Halbkreise verwendet, können hierfür zwei rechteckige Filtersegmente 19 zum Einsatz kommen, die ebenfalls in L-Form angeordnet sind. Dadurch wird nach Zusammensetzen zweier Filterelemente 14 zum Filtermodul 12 der Anteil der Filterfläche, der von den rotierenden Störkörpern 11 überstrichen wird, maximal.
Durch eine formveränderliche Schicht, vorzugsweise aus Streifendichtung 20, die beidseitig kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen am Rand des Filtersegments 19 aufgebracht ist, kann ein direkter Kontakt von Fixierrahmen 16 und Filtersegment 19 vermieden werden. Gleichzeitig wird dadurch das Filtersegment 19 zwischen den beiden Fixierrahmen 16 fixiert. Auch die Filtersegmente 19 können von mehreren Schraubverbindungen 17 umgeben sein, die die beiden Fixierrahmen 16 miteinander verbinden. Auch sie besitzen vorzugsweise so genannte Fixierrahmenabstandshalter 18 in Form von kurzen Röhrchen, welche die Schraubverbindungen 17 umgeben.
Im radialen Spalt zwischen den Fixierrahmenabstandshaltern 18 der Schraubverbindungen 17 und dem Filtersegment 19 befindet sich vorzugsweise pro Schraubverbindung 17 ebenfalls eine variable Schicht, z. B. ein Stück Streifendichtung, die ein Verrutschen des Filtersegments 19 unterbindet und einen direkten Kontakt der Fixierrahmenabstandshalter 18 mit dem Filtersegment 19 verhindert.
Ein oder mehrere Fixiernasen 21 an beiden Fixierrahmen 16, die in einer Weiterbildung der Erfindung vorhanden sein können, verhindern ein Herausfallen der Filtersegmente 19. Vorzugsweise sind die Stellen, an denen am Filtersegment 19 eine formveränderliche Schicht Streifendichtung 20 aufgebracht ist und die Stellen, wo das Filtersegment 19 die Fixiernase 21 des Fixierrahmens 16 berühren, identisch.
Um den Abstand der rotierenden Störkörper 11 zum Filtersegment 19 so gering wie möglich zu halten, liegen die Fixiernasen 21 vorzugsweise in der gleichen Ebene wie der jeweilige Fixierrahmen 16 und ergeben sich direkt aus der Geometrie des Fixierrahmens 16.
Mehrere im Filterpaket 5 integrierte Modulabstandshalter 22, vorzugsweise drei Stück pro Filterelement 14, können vorgesehen sein und gewährleisten einen konstanten Abstand zwischen den einzelnen Filtermodulen 12. Die integrierten Fixierrahmenabstandshalter 18 bestehen vorzugsweise aus einem kurzen Zylinderstück, das im Übergang vom größeren Durchmesser auf den kleineren Durchmesser gestuft ausgebildet ist. Der Modulabstandshalter 22 wird mit dem kleinen Durchmesser voran in eine Bohrung gesteckt (Spielpassung), die sich in einem Schraubblech befinden kann. Das Schraubblech befindet sich zwischen den beiden Fixierrahmen 16 und wird durch Schraubverbindungen befestigt. An den zwei der drei verwendeten Schraubblechen, die sich gegenüberliegen, befindet sich auch die Spannvorrichtung des Filterelements 14 mit den Verbindungselementen 15.
Radial um das Filtermodul 12 verteilt befinden sich vorzugsweise vier so genannte Permeatsammelleisten 6, die über die Grundplatte 4 mit den Permeatablaufstutzen verbunden sind. Sie bestehen beispielsweise jeweils aus einem mit T-Stücken ausgestatteten, oben verschlossenen Rohr und sind über Verschraubungen mit den Permeatschläuchen 23 der einzelnen Filtersegmente 19 verbunden. Der Bereich, wo der Permeatschlauch 23 mit der Schlauchtülle des Filtersegments 19 verbunden ist, kann durch zwei Schutzprofile 24 gesäumt werden, um im Falle eines Schlauchknickes eine Momentwirkung auf die Tüllenverbindung zu vermeiden. Die Schutzprofile 24 sind vorzugsweise mit den Fixierrahmen 16 des Filterelements 14 fest verschraubt.
c) Welle mit Antrieb und Störkörper
Im Zentrum des Filterpakets 5 befindet sich im gezeigten Beispiel eine Welle 9, die vorzugsweise einmal in der Grundplatte 4 und ein weiteres Mal im Behälterdeckel 3 gelagert ist. Sie wird von einem Antrieb 10, der an der Grundplatte 4 oder am Behälterdeckel 3 montiert ist, angetrieben. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise auf beiden Seiten über Radialwellendichtringe. Zusätzlich können abgedichtete Lagergehäuse verwendet werden.
Auf der Welle 9 befinden sich gerade oder gebogene Störkörper 11, die z. B. um 180° versetzt auf der Welle 9 angeordnet sind und sich parallel zur gesamten Filterfläche erstrecken. Die Querschnittgeometrie der Störkörper 11 kann radial variieren. Da der Radius der Störkörper 11 stets größer ist als der Radius, den die Aussparungen im Fixierrahmen 16 aufweisen, können die Störkörper 11 zu keiner Zeit die Filteroberfläche berühren.
Im Übrigen ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind sämtliche Kombinationen der beschriebenen Einzelmerkmale, wie sie in den Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren gezeigt oder beschrieben sind und soweit eine entsprechende Kombination technisch möglich bzw. sinnvoll erscheint, Gegenstand der Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Filtrationseinheit
2: Filtrationsbehälter
3: Behälterdeckel
4: Grundplatte
5: Filterpaket
6: Permeatsammelleiste
7: Fixierleiste
8: Fixierstange
9: Welle
10: Antrieb
11: Störkörper
12: Filtermodul
13: Abdeckplatte
14: Filterelement
15: Verbindungselement
16: Fixierrahmen
17: Schraubverbindung
18: Fixierrahmenabstandshalter
19: Filtersegment
20: Streifendichtung
21: Fixiernase
22: Modulabstandshalter
23: Permeatschlauch
24: Schutzprofil

Claims

Filtrationseinheit zur Fest-/Flüssigtrennung, insbesondere zur Aufkonzentrierung von Feststoffen, und/oder zur Abtrennung von Verunreinigungen aus Medien, insbesondere aus Abwässern, Prozesswässern oder Schlämmen, aufweisend mehrere parallel zueinander angeordnete, insbesondere kreisrunde, Filtermodule (12), wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Filtermodulen (12) wenigstens ein Störkörper (11) angeordnet ist, und wobei die Filtermodule (12) und/oder der wenigstens eine Störkörper (11) bezüglich einer Mittelachse der Filtermodule (12) drehbar gelagert sind, so dass eine Relativbewegung zwischen Filtermodulen (12) und Störkörper (11) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermodule (12) jeweils aus wenigstens zwei, vorzugsweise identischen, Filterelementen (14) bestehen, die lösbar miteinander verbunden sind.
Filtrationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (14) jeweils zwei miteinander verbundene, parallel zueinander angeordnete Fixierrahmen (16) aufweisen, zwischen denen ein oder mehrere benachbarte Filtersegmente (19) geklemmt sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (14) und/oder die Fixierrahmen (16) eine im Wesentlichen L-förmige Form aufweisen.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtermodul (12) aus zwei L-förmigen Filterelementen (14) besteht und die jeweiligen senkrecht und waagrecht verlaufenden Schenkel der L-förmigen Filterelemente (14) parallel zueinander angeordnet sind und eine Welle (9) umschließen, mit deren Hilfe die Filtermodule (12) oder der wenigstens eine Störkörper (11) antreibbar sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierrahmen (16) Fixiernasen aufweisen, die in Richtung der Filtersegmente (19) ausgerichtet sind und eine Anlagefläche für die Filtersegmente (19) bilden.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fixierrahmen (16) und den Filtersegmenten (19) zumindest teilweise eine formveränderliche Schicht, beispielsweise in Form von Streifendichtungen (20), angeordnet ist, um einen direkten Kontakt zwischen Fixierrahmen (16) und Filtersegmenten (19) zu vermeiden.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (14), insbesondere im äußeren Bereich, Aussparungen aufweisen, mit denen sie an Fixierleisten (7) befestigt sind, die sich senkrecht zur Mittelachse der Filtrationseinheit (1) erstrecken.
Filtrationseinheit nach dem der vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierleisten (7) jeweils eine flexible Ummantelung aufweisen, um ein Verrutschen der Filterelemente (14) bezüglich der Fixierleisten (7) zu verhindern.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermodule (12) Durchbrechungen aufweisen, durch die sich korrespondierende Fixierstangen (8) erstrecken, um die Filtermodule (12) in bezüglich der Mittelachse der Filtrationseinheit (1) radialer Richtung zu führen.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Fixierrahmen (16) eines Filterelements (14) mit Hilfe von Schraubverbindungen (17), insbesondere in Form von Senkkopfschrauben, miteinander verbunden sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fixierrahmen (16) Fixierrahmenabstandshalter (18), insbesondere in Form von kurzen Rohrstücken, angeordnet sind, die einen definierten Abstand zwischen benachbarten Fixierrahmen (16) sicherstellen und bevorzugt um die Schraubverbindungen (17) der Fixierrahmen (16) angeordnet sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Filterelemente (14) mit Hilfe von im äußeren Bereich der Filtermodule (12) angeordneten Verbindungselementen (15) lösbar miteinander verbunden sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Filtermodulen (12) Modulabstandshalter (22), insbesondere in Form von Bolzen, angeordnet sind, die einen definierten Abstand zwischen jeweils benachbarten Filtermodulen (12) sicherstellen.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Filtermodulen (12) Permeatsammelleisten (6) zugeordnet sind, die mit Permeatschläuchen (23) der Filtersegmente (19) verbunden sind, wobei die Permeatschläuche (23) wenigstens teilweise durch Schutzprofile (24) gesäumt sind.
Filtrationseinheit nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermodule (12) ein Filterpaket (5) bilden, das zwischen zwei Abdeckplatten (13) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen Abdeckplatte (13) und benachbartem Filtermodul (12) dem Abstand zwischen einzelnen Filtermodulen (12) untereinander entspricht.