DE3401607A1 - Dynamischer filter - Google Patents

Dynamischer filter

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Description

Die Erfindung betrifft einen dynamischen Filter zum Verdicken, Klären und/oder Waschen von schwer filtrierbaren Suspensionen.
Ein bekanntes Verfahren zur dynamischen Filtration besteht darin, daß die abzutrennende und/oder zu waschende Suspension intensiv gerührt wird, wodurch an den Filtrationsdiaphragmen kein Niederschlag oder nur teilweise Niederschlag abgesetzt wird, wodurch die Strömungswiderstände des Filtrates verringert werden und im Ergebnis die Filtrationsausbeute pro Oberflächeneinheit erhöht wird.
Es sind zwei grundsätzliche Typen von dynamischen Scheibenfiltern unterschiedlicher Bauart bekannt.
Eine der Lösungen wird in der US-PS 3 477575 beschrieben. Der Filter hat die Form eines durchströmten Druckbehälters, in welchem sich die Filterelemente befinden. Als Filterelemente werden ringförmige, unbewegliche Filterdiaphragmen eingesetzt, die an den Wänden des Behälters befestigt sind. Dazwischen befinden sich die rotierenden, ringförmigen Diaphragmen, die an einer sich in der Behälterachse befindenden Hohlwelle angesetzt sind. Die Hohlwelle treibt die Diaphragmen an und bildet den Sammelkanal für das Filtrat. Die unbeweglichen Filterdiaphragmen sind mit Stutzen zum Ableiten des Filtrates versehen und der Druckbehälter besitzt einen Stutzen zur Zuführung der Suspension und einen Stutzen zum Ableiten der verdickten Suspension nach ihrem Durchgang durch das System von unbeweglichen und beweglichen Diaphragmen.
Ein anderer bekannter Typ des dynamischen Scheibenfilters ist in der polnischen Patentschrift Nr. 94 528 beschrieben. In diesem Filter sind an einer gemeinsamen Vollwelle be-
festigte Rührwerke anstelle von den durch J. Soudek beschriebenen, rotierenden Filterdiaphragmen eingesetzt. Die unbeweglichen Filterdiaphragmen sind mit Stutzen zur Fi1tratabnahme versehen. Zusätzlich befinden sich im Körper des Apparates die Stutzen zur Zuführung der Spülflüssigkeit zu jeder einzelnen Stufe des Apparates.
Wegen der unterschiedlichen Art und Weise des Rührens der Suspension, d. h. des Typs von Rührwerk und der Drehgeschwindigkeit des Rührwerkes, wird jeder der genannten Typen der dynamischen Scheibenfilter durch einen anderen Wert des maximalen Verdickungsgrades der Suspension, durch andere auf Oberflächeneinheit der Filterdiaphragmen bezogene Filtrationsausbeute und anderen Energieaufwand pro Einheit des gewonnenen Filtrats gekennzeichnet. Daher ist es nicht sinnvoll, einen beliebigen Typ des dynamischen Filters zum Abtrennen einer beliebigen Suspension einzusetzen. Während die Filter des erstgenannten Types wirtschaftlicher im Bereich der Vorverdickung und/oder bei der Wäsche von Suspensionen arbeiten, ist bei den höher konzentrierten Suspensionen der Einsatz der Filter vom zweiten Typ vorteilhafter. Zum Beispiel bewirkt der Einsatz eines aus rotierenden Filterdiaphragmen und unbeweglichen Filterdiaphragmen zusammengesetzten Filters zur Herstellung einer hochverdickten Suspension, daß in den letzten Filterstufen die Konzentration den maximalen, für diesen Typ des Rührwerkes charakteristischen Wert erreicht. Im Ergebnis wird auf diesen Stufen die Suspension nicht mehr getrennt und der ganze Energieaufwand für das Rühren geht verloren, weil es zur Erhöhung der Temperatur der Suspension durch Dissipationseffekte kommt.
Der Einsatz eines mit Turbinen-Rührer versehenen Filters hingegen zum Trennen der Suspensionen mit niedrigen Konzentrationen, z. B. zum Klären, bewirkt, daß trotz der
Erhöhung des energetischen Aufwandes keine Erhöhung der Filtrationsausbeute erreicht wird oder nur eine geringe Zunahme, welche den Energieverbrauch nicht kompensiert. In den beiden oben genannten Fällen kommt es also zur unbegründeten Zunahme des zur Erreichung einer Volumeneinheit des Filtrates notwendigen Energieaufwandes. Die ökonomische Führung der vollen Verdickung der Suspensionen von einer sehr niedrigen bis zu einer sehr hohen Konzentration erfordert den Einsatz von zwei in Reihe verbundenen Filtern verschiedener Art. Unter Berücksichtigung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Suspensionen und der technologischen Forderungen sollte jeder Filter individuell projektiert werden, was wieder den Einsatz des jeweiligen Filters für andere Suspensionen unmöglich macht. Selbst wenn in der Einzelherstellung eine solche Lösung zulässig ist, so ergeben sich daraus doch bei der Serienherstellung zahlreiche Komplikationen.
Die beiden genannten Lösungen werden an die Zuführung der Spül flüssigkeit zu jeder Filterstufe und Abspülen der löslichen Bestandteile aus der zu filtrierenden Suspension angepaßt.
Wenn in einem Filter mit Turbinenrührer die Trennung des Filtrates mit hohem Gehalt an lösbaren Bestandteilen von dem verdünnten Filtrat aus den Waschstufen möglich ist, so erfolgt in einem FiItermit rotierenden Filterdiaphragmen das Vermischen der beiden FiI tratströme in der Antriebshohl welie und eine unnötige Verdünnung der Lösung, was den wiederholten Einsatz der Spülflüssigkeit unmöglich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dynamischen Scheibenfilter zu entwickeln, welcher keinen der oben
genanntenMängel aufweist und den optimalen Einsatz je nach Art der Suspension, Eintrittskonzentration und anderer technologischer Parameter ermöglicht sowie die konstruktiven und die Betriebsvorteile der bisher bekannten dynamischen Filter besitzt.
Es wurde festgestellt, daß dieser Zweck erreicht werden kann, wenn der dynamische Scheibenfilter in Form eines Druckbehälters ausgebildet ist, in welchem sich ringförmige feststehende Filterelemente mit Stutzen zum Ableiten des Filtrates befinden und welcher mit Stutzen zur Zuführung der Spülf1üssigkeit versehen ist, wobei er zusätzlich an den Stufen zur vorläufigen und zur Zwischenverdickung mit austauschbaren rotierenden ringförmigen Filter elementen und in den Endstufen mit austauschbaren rotierenden turbinenartigen Rührwerken ausgerüstet ist und die rotierenden Filterelemente und die Rührwerke auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, welche Kanäle zum Ableiten des Filtrates nach außerhalb des Filters und mindestens zwei Kanäle zum Ableiten des Filtrates nach außerhalb des Filters besitzt, die derart ausgeführt sind, daß durch einen Kanal aus dem Filter das Filtrat aus den verdickenden Stufen und durch den anderen Kanal das Filtrat aus den Waschstufen abgeleitet wird.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä'ßen dynamischen Filters ist in der Zeichnung dargestellt, die einen Längsschnitt durch die Einrichtung zeigt. Die Bezugszeichen bedeuten im einzelnen:
1 Eintrittsstutzen
2 rotierendes Filterelement
3 Antriebswelle
4 unbewegliches Filterelement
5 Turbinenrührer
6 Stutzen zum Ableiten des Filtrates von den Verdickungsstufen
7 Austritt der verdickten Suspension
8 Austrittsstutzen
9 Motor
10 Druckbehälter
11 Eintrittsstutzen für Spülflüssigkeit
12 Kanal zum Ableiten des Filtrates von den Verdickungsstufen,
13 Kanal zum Ableiten des Filtrates von den Waschstufen
14 Filtratabnahmekammer von den Verdickungsstufen
15 FiItratabnahmekammer von den Waschstufen
16 Stutzen zum Ableiten des Filtrates von den Waschstufen.
Die rohe Suspension wird durch den Stutzen J_ in den Druckbehälter j_0 eingeführt, wo sie in die Wirkungszone des rotierenden Filterelementes 2_ gelangt. Dieses Element bewirkt eine Aüfwirbelung der Suspension und deren Zuführung zu der porösen Oberfläche des unbeweglichen Filterelementes £, von welcher die Flüssigkeit in das Innere dieses Elementes eindringt, von wo sie durch den Stutzen 6^ aus dem Filter ausgetragen wird. Gleichzeitig strömt das Filtrat aus dem Inneren des rotierenden Filterelementes 2_ zu der Antriebswelle _3 und wird durch die im Inneren der Welle befindlichen Kanäle aus dem Filter herausgeführt. Die teilweise verdickte Suspension dringt durch den Spalt zwischen dem unbeweglichen Filterelement 4· und der Antriebswelle -3_ in die weitere Kammer des Filters ein und wird erneut intensiv gerührt und auf den Oberflächen der Filterelemente 2_ und _4 getrennt. Auf diese Weise wird die Suspension nach dem Durchgang durch nacheinanderfolgende Filterzonen allmählich bis zum Erreichen einer Konzentration verdickt, bei welcher weitere Verdickung mittels eines Plattenrührwerkes in Form des rotierenden Filterelementes unwirtschaftlich ist.
Nach Erreichen dieser Konzentration wird die Suspension
in die weiteren Stufen gefördert, die aus unbeweglichen Filterelementen 4- und schnell laufenden Turbinenrührern J[ zusammengesetzt sind. Auf diese Weise wird die Suspension unter Durchgang durch weitere Stufen allmählich verdickt, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist. Schließlich wird sie durch den Austritt ]_ und den Stutzen i? abgeleitet.
Das Waschen der verdickten Suspension kann gleichzeitig mit der Filtration erfolgen. Die Waschf üssigkeit wird über die Stutzen JJ_ zu den je nach den technologischen Erfordernissen gewählten Filterstufen zugeführt. Die zugeführte Waschflüssigkeit wird mit der Suspension vermischt und gleichzeitig wird das Filtrat zusammen mit den lösbaren Bestandteilen über die Stutzen J_6 aus den unbeweglichen Filterelementen und über den Kanal j_3 durch die Kammer Jj5 aus den in den Waschstufen befindlichen rotierenden Filterelementen abgeleitet. Das gleichzeitig von den Verdickungsstufen abgenommene Filtrat wird über den Kanal JJ^ und über die Kammer _H aus den rotierenden Filterelementen und über die Stutzen 6^ aus den feststehenden Filterelementen abgeleitet.
Im Ergebnis wird das Produkt mit der erforderlichen Konzentration und ohne lösbare Bestandteile gewonnen, wobei gleichzeitig der Energieaufwand pro Volumeneinheit des Filtrates möglichst niedrig gehalten wird.
Das Verhältnis der Anzahl der rotierenden Filtrierscheiben zu der Anzahl der Rührwerke hängt von den technologischen und den Betriebserfordernissen sowie von der Art der Suspension ab.
Beispiel
Zum Vergleich der Filtrationseffektivität in dem erfindungsgemäßen dynamischen Filter gegenüber den bekannten dynami-
sehen Filtern wurden Vergleichsversuche unter Einsatz von drei unterschiedlichen Apparaten und Einhaltung gleicher Filtrationsbedingungen sowie technologischer Forderungen durchgeführt. Die Versuche wurden unter Einsatz von drei 10-stufigen dynamischen Filtern mit einem Behälterdurchmesser von 0,5 m durchgeführt, von welchen der erste mit elf rotierenden Filterelementen und zehn feststehenden Filterelementen, der zweite mit elf Sechsschaufel-Turbinenrührwerken (offene Rührwerke) und der dritte mit neun Filterelementen, zwei Turbinenrührern und zehn feststehenden Filterelementen ausgerüstet waren.
Für die Versuche wurde eine Kaolin-Wasser-Suspension mit einer Konzentration von 10 Masse-% eingesetzt. Die Versuche wurden bei einem Druck von 3.10 MPA
_ ι und einer Drehzahl des Rührwerkes von 8s durchgeführt. In allen Versuchen wurde das Endprodukt mit einer Konzentration von 62 Masse-% gewonnen. Im Ergebnis wurde festgestellt, daß der Energieaufwand pro Volumeneinheit des Filtrates betrug:
- in dem Filter mit rotierenden Filterelementen
2,41.1O4 kWsm"3
4 -1 ·
- in dem Filter mit Turbinenrührern 2,95.10 kWsm
4 -■?
- in dem erfindungsgemäßen Filter - 2,08.10 kWsm

Claims (1)

  1. Politechnika Warszawska
    Plac Jednosci Robotniczej 1
    Warszawa, Polen
    Dynamischer Filter
    Patentanspruch
    Dynamischer Filter in Form eines Durchfluß-Druckbehälters, in welchem sich unbewegliche ringförmige, mit Stutzen zur Zuführung von Waschflüssigkeit versehene Filterelemente befinden, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Kammern der vorläufigen und der Zwischenverdickung des Filters austauschbare Filterelemente (2) in Form von Ringen, und in den Endkammern des Filters rotierende austauschbare Rührwerke (jO des Turbinen-Types befinden, wobei die rotierenden Filterelemente [Z) und die Rührwerke [S) auf einer gemeinsamen Welle (3j sitzen, welche mit gesonderten Kanälen [\2_, ^jO zur Ableitung des Filtrats von den verdickenden Stufen über eine Kammer (14) und von den Waschstufen über eine weitere Kammer (J_5) aus dem Filter versehen sind.
DE3401607A 1983-01-19 1984-01-18 Dynamischer Filter Expired DE3401607C2 (de)

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