DE3926434A1 - Filtriervorrichtung mit integrierter trocknung durch elektromagnetische strahlung sowie filtrier- und trocknungsverfahren - Google Patents

Description

Bei vielen industriellen Filtrierverfahren wird auf einem Filtertuch ein Filterkuchen gebildet, indem einer Seite des Tuches eine Suspension oder ein Schlamm zugeführt und an der anderen Seite des Tuches ein Unterdruck angelegt wird, um Flüssigkeit aus der Suspension oder dem Schlamm zu entfernen. Ein solches Verfahren ist als "Entwässerung" bekannt, obwohl andere Flüssigkeitsbestandteile und gelöste Substanzen ebenfalls entfernt werden können. Auch soll der Ausdruck "Filtertuch", wie er hier verwendet wird, nicht nur Textilgewebe, sondern jedes geeignete oder im Handel erhältliche Material für Filterzwecke abdecken.

Viele Vorrichtungsarten zur Durchführung des vorerwähnten Filtrierverfahrens sind bekannt, z.B. Trommeldrehfilter, Scheibendrehfilter, Horizontalbandfilter und viele andere.

Da eine durch Vakuum induzierte Entwässerung keine vollständige Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Filterkuchen bewirken kann, ist es oft erforderlich, auf die Filtrierbehandlung eine thermische Trocknungsbehandlung folgen zu lassen. Dies sollte idealerweise in derselben Einrichtung erfolgen, um zu vermeiden, daß das Filtrat durch Manipulationen von einer Apparatur in eine andere Apparatur bewegt werden muß. Das ist jedoch insbesondere bei kontinuierlich arbeitenden Filtriereinrichtungen gewöhnlich unmöglich zu erreichen, da das Filtertuch und/oder der Filterkuchen wärmeempfindlich sind, so daß Trockungstemperaturen niemals 80 oder 90°C übersteigen dürfen, nicht einmal während einer Betriebsstörung. Bei zulässigen Temperaturen ist die Gesamttrocknungszeit gegenüber der Filtrierzeit zu lang, es sei denn, daß die Einrichtung sehr lang gebaut wird, was nicht hinnehmbar ist. In dieser Hinsicht liegen typische Filtrierzeiten bei kontinuierlich arbeitenden Einrichtungen in der Größenordnung von zwei bis drei Minuten, wohingegen Trocknungszeiten bei solchen Temperaturen oft in der Größenordnung von zwanzig bis dreißig Minuten liegen.

Eine weitere Schwierigkeit beim Trocknen des gefilterten Produkts in situ besteht darin, daß nach dem Trocknen der Filterkuchen die Neigung hat, eine harte Kruste zu bilden, die den Trocknungsprozeß hemmt und das getrocknete Produkt schwer entfernbar macht.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel vorzuschlagen, wodurch äußerst kurze Trocknungszeiten bei kontinuierlich arbeitenden Vakuumfiltern erzielt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, kritische Temperaturgrenzen zu überschreiten.

Demgemäß schlägt die Erfindung eine Filtriervorrichtung vor, umfassend ein Filtertuch, auf das eine zu filternde Suspension oder ein Schlamm aufgebracht wird, Mittel zur Vorwärtsbewegung des Filterbandes, Vakuummittel, die durch Ansaugung durch das Filtertuch zuerst Flüssigkeit aus der Suspension oder dem Schlamm entfernen, so daß ein Filterkuchen darauf gebildet wird, und nachfolgend einen Druck auf den Filterkuchen ausüben, eine undurchlassige, über dem Filterkuchen angeordnete Folie und Mittel zum Richten elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Mikrowellen oder Radiowellen, auf den Filterkuchen, wenn dieser durch die Folie bedeckt ist, um Feuchtigkeit zu verdampfen und den Kuchen zu trocknen.

Jede elektromagnetische Wellenfrequenz, die Flüssigkeitsmoleküle in Schwingung versetzt und eine Verdampfung mit einer genügend hohen Geschwindigkeit verursacht, kann verwendet werden. In der Praxis haben sowohl Mikrowellen als auch Hochfrequenzstrahlung gute Leistung gezeigt.

Die Erfindung schlägt auch ein entsprechendes Verfahren vor, umfassend die Zuführung einer zu filternden Suspension oder eines Schlammes auf eine Seite eines Filtertuchs, das Anlegen eines Vakuumdrucks von der anderen Seite des Tuches, um den Schlamm oder die Suspension zu entwässern und einen Filterkuchen darauf zu bilden, und danach das Ausüben eines Drucks auf den Kuchen, während der Filterkuchen mit einer undurchlässigen Folie bedeckt wird, wobei der Filterkuchen unter Teilvakuum gesetzt wird, und das Richten elektromagnetischer Strahlung geeigneter Frequenz auf den Filterkuchen, während er durch die Folie bedeckt ist.

Es ist einzusehen, daß die Strahlung die undurchlässige Folie durchdringt und die Restfeuchtigkeit im Filterkuchen aufheizt. Da der letztere jedoch, während er durch die Folie bedeckt ist, aufgrund fortgesetzten Vakuums durch das Filtertuch unter Teilvakuum steht, verdampft die Flüssigkeit gut unterhalb ihres normalen Siedepunktes. Im Falle von Wasser und bei Verwendung normaler industrieller Vakuumdrücke, kann idealerweise die Verdampfung bei einer Temperatur im Bereich von 70°C, verglichen mit 100°C bei Atmosphärendruck, herbeigeführt werden. Offensichtlich besteht keine Möglichkeit, daß die Temperatur des Filterkuchens über das vorerwähnte Niveau ansteigen kann, während die Verdampfung stattfindet, so daß das Trocknen gut unterhalb jeder kritischen Temperatur stattfindet, bei der das Tuch oder das Produkt beschädigt werden könnte. Weiterhin hat die Strahlung nach vollendeter Verdampfung keine Wirkung auf die Trockensubstanz, so daß sich keine überschüssige Erwärmung ergeben kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß als Ergebnis des fortgesetzten Anlegens von Vakuum die undurchlässige Folie am Anfang eng auf den Filterkuchen gezogen ist und ihn wirksam luftleer einschließt, so daß sich keine harte Kruste oder Risse bilden können. Das erleichtert eine gleichmäßige Trocknung und die nachfolgende Entfernung des Trockenprodukts vom Filtertuch.

Im Falle einer Filtriervorrichtung, die Filtertücher in Form von endlosen Bändern, z.B. Horizontalband- oder Trommeldrehfilter, einschließt, wird das Band konventionellerweise nacheinander durch eine Beschickungszone, wo zu filternder Schlamm zugeführt wird, und eine Filtrierzone, wo zur Entwässerung ein Vakuum angelegt wird, vorwärtsbewegt. Erfindungsgemäß ist beabsichtigt, daß vor der Abfuhr des Filtrats das den Filterkuchen tragende Band in einen Ofen eingeführt und durch den Ofen vorwärtsbewegt wird, an dessen Eingang die undurchlässige Folie darüber angebracht wird. Vakuummittel, z.B. Vakuumtröge, werden noch vorgesehen, die unterhalb des Bandes im Innern des Ofens angeordnet sind, und der Ofen wird eine Quelle für geeignete elektromagnetische Strahlung, d.h. Mikrowellen, Hochfrequenzwellen, oder fur eine andere Strahlung einschließen.

Die Erfindung wird nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitende Schemazeichnung eines Horizontalvakuumbandfilters weiter beschrieben. Es ist jedoch verständlich, daß die Erfindung ebenfalls gut auf andere Arten von Vakuumfiltereinrichtungen, wie z.B. ein Trommeldrehfilter oder ein Scheibendrehfilter, angewendet werden könnte.

Bei einem Horizontalvakuumbandfilter, wie dargestellt, wird ein endloses Filterband 10 um Führungswalzen geleitet, um einen oberen Lauf einzuschließen, der sich von einer stromaufwärts gelegenen Beschickungszone A links bis zu einer stromabwärts gelegenen Abfuhrzone B rechts erstreckt.

Dazwischen erstreckt sich der Lauf über eine Reihe von Vakuumkästen oder -trögen 11 bis 15 und ist auf einem Gitter 17 abgestützt, das auf den Trögen aufliegt. Gegen das Abfuhrende B erstreckt sich das Band 10 zusätzlich durch einen Mikrowellenofen 18, der in diesem Beispiel über den letzten beiden Vakuumtrögen 14, 15 angeordnet ist. Die ersten drei Tröge 11 bis 13 sind für die Filtration bestimmt und durch Rohrleitungen und über ein Ventil 26 mit einem ersten Behälter 20 fur die Aufnahme von Filtrat verbunden, während die letzteren beiden Tröge 14, 15 zum Trocknen bestimmt und durch Rohrleitungen und über ein Ventil 27 mit einem zweiten Behälter 21 verbunden sind, der als "Auffangtopf" für Kondensat dient.

Eine Folie 30 aus undurchlässigem Material, wie z.B. Polypropylen, wird über dem Band 10 angebracht und erstreckt sich durch den Ofen 18. Die vorderen und hinteren Kanten der Folie 30 werden z.B. durch Heften oder Kleben an entsprechenden Wellen 31, 32 befestigt, die sich quer zum Band 10 in Laufrichtung vor und hinter dem Ofen 18 erstrecken.

Unterhalb des Bandes 10 unter dem Ofen 18 erstreckt sich eine Reflektorplatte 33, die perforiert ist und sich unterhalb des Gitters 17 befindet, das die Vakuumtröge 14 und 15 abdeckt. Die Reflektorplatte 33 könnte jedoch alternativ zwischen dem Band 10 und dem Gitter 17 angeordnet sein oder einen integrierenden Bestandteil des Bandgewebes darstellen oder am Boden der Vakuumtroge angeordnet sein, wobei die Entfernung zwischen dem Mikrowellensender und der Platte 33, abhängig von der wahrscheinlichen Dicke des zu trocknenden Filterkuchens, optimiert wird.

Schließlich stehen Schutzschirme 34, 35 vom Ofeneingang und -ausgang vor, um Bedienungspersonal vor Mikrowellen zu schützen.

Die Anwendung der Vorrichtung ist leicht erkennbar. Das Band 10 wird intermittierend in Richtung der Pfeile durch abwechselnde Vorwarts- und Ruckwärtsbewegung der auslaufseitig angeordneten Fuhrungsrolle 38 vorwärtsbewegt, z.B. mittels eines pneumatischen Kolbens (nicht dargestellt) und eines Einwegmechanismus (nicht dargestellt) im unteren Lauf des Bandes. Eine Spanneinrichtung, umfassend eine Tänzerwalze in einer Schleife des Bandes, allgemein bei 39 angegeben, ist im unteren Lauf des Bandes 10 vorgesehen. Vakuum wird durch automatisches Schalten der Ventile 26, 27 über die Tröge nur angelegt, wenn das Band stillsteht. Wenn das Band sich bewegt, werden die Ventile 26, 27 so geschaltet, daß die Tröge belüftet sind. Die zu filternde Suspension oder der Schlamm wird in der Beschickungszone A der oberen Fläche zugeführt. Diese/r wird durch Absaugung in konventioneller Weise entwässert (d.h. von jeder Mutterlauge, nicht nur reinem Wasser, befreit), wenn das Band 10 den ersten Vakuumtrog 11 passiert, mit dem Ergebnis, daß ein relativ feuchter Filterkuchen auf der Bandoberfläche verbleibt. Weitere Entwässerungen erfolgen, wenn das Band die nächsten beiden Tröge 12 und 13 überquert, wobei das Filtrat zum Behälter 20 abgeleitet wird.

Ehe das Band 10 unterhalb des Schutzschirms 34 durch- und in den Ofen 18 einläuft, wird der darunter miteinlaufende Filterkuchen C durch die undurchlässige Folie 30 abgedeckt. Wenn Vakuum an die unteren Tröge 14, 15 angelegt wird, wird die Folie 30 eng auf den Filterkuchen gezogen, der folglich unter Teilvakuum gehalten wird. Im Ofen 18 werden Mikrowellen aus einer geeigneten Quelle auf den Filterkuchen gerichtet, und in Kombination mit den von der untenliegenden Platte 32 reflektierten Strahlen verdampfen diese alle Restfeuchtigkeit aus dem Kuchen äußerst schnell, z.B. in einer Zeit von zwei Minuten, während sie dieselben auf eine Temperatur von ca. 70°C erwärmen. Die Feuchtigkeit kann als Dampf das Band durchdringen und gelangt in den Behälter 21.

Wenn das Vakuum aufgehoben wird, d.h. wenn das Band vorwärtsbewegt wird, wird die Folie 30 nicht mehr so eng gehalten und "reitet" nur über die Kuchenoberfläche, ehe sie in der nächsten stationären Evakuierungsphase in Kontakt damit zurückgesaugt wird. Obwohl der Hauptzweck der Folie darin besteht, den Teildruck zu induzieren und die Verdampfungstemperatur des Filtrats herabzusetzen, besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, daß sie die Neigung zur Krusten- oder Rißbildung auf bzw. in dem Kuchen verringert, die sonst das Trocknen des Kuchens beeinträchtigen wurde.

Das Band verläßt schließlich den Ofen 18 mit dem völlig getrockneten Filterkuchen, und dieser wird dann in der üblichen Art entfernt, indem er von dem in Laufrichtung befindlichen Ende des oberen Bandlaufs bei B abfällt.

Da die Trockenzeit von ähnlicher Länge ist wie die Zeit, die für das Durchführen der vorhergehenden Filtration erforderlich ist, kann die Vorrichtung zufriedenstellend in ununterbrochener Weise betrieben werden, ohne außerordentlich groß sein zu müssen, um eine Trockenphase unterzubringen. Es wird daher möglich, Filtrations- und Trocknungsvorgänge in der gleichen Einrichtung mit den begleitenden wirtschaftlichen Vorteilen zu kombinieren.

Vorstehend ist natürlich nur ein besonderes Anwendungsbeispiel der Erfindung bei einem intermittierenden Vakuumfilter der horizontalen Bauart beschrieben.

In anderen Ausführungsbeispielen kann eine andere geeignete Strahlung für die Trocknung eingesetzt werden. Es hat sich z.B. herausgestellt, daß Hochfrequenzstrahlen eine praktische Alternative zu Mikrowellen sind. Andere Teile des elektromagnetischen Spektrums können auch verwendet werden, vorausgesetzt sie erregen die Filtratmoleküle ausreichend, um eine schnelle Verdampfung zu bewerkstelligen, und stellen keine große Gefahr für das Bedienungspersonal dar.

Die Erfindung kann auch bei einem horizontalen Filterband angewandt werden, wobei das Vakuum kontinuierlich anliegt. ln diesem Fall müßte sich die undurchlässige Folie mit dem Band bewegen (da es permanent in Kontakt mit dem Kuchen auf dem Band gesaugt wird), so daß eine endlose, über eine Anordnung von Führungswalzen laufende Folie zusammen mit geeigneter Folienführung und Spannmitteln benötigt würde. Eine ähnliche Anordnung könnte vorgesehen werden, damit dasselbe Verfahrensprinzip bei kontinuierlich evakuierten Drehfiltervorrichtungen verwendet werden könnte.

Claims (6)

1. Filtriervorrichtung, umfassend ein Filtertuch, auf das eine zu filternde Suspension oder ein Schlamm aufzubringen ist, Mittel zur Vorwärtsbewegung des Filtertuchs, und Vakuummittel, die durch Ansaugung durch das Filtertuch zuerst Flüssigkeit aus der Suspension oder dem Schlamm entfernen, so daß ein Filterkuchen darauf gebildet wird, und danach einen Druck auf den Filterkuchen ausüben, dadurch gekennzeichnet, daß eine undurchlässige Folie (30) über dem Filterkuchen angebracht wird und Mittel (18) zum Richten elektromagnetischer Strahlung auf den Filterkuchen vorgesehen sind, wenn dieser durch die Folie abgedeckt ist, um Feuchtigkeit zu verdampfen und den Kuchen zu trocknen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete elektromagnetische Strahlung eine Hochfrequenzstrahlung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18) zum Richten elektromagnetischer Strahlung auf den Filterkuchen einen Mikrowellenofen umfassen, durch den das Filterband (10) läuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der ein Strahlungsreflektor (33) in das Filterband (10) eingebaut oder darunter angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (38) vorgesehen sind, um das Band nur intermittierend vorwärtszubewegen, und Mittel vorgesehen sind, um die Vakuummittel (22, 23; 11 bis 15) nur während der Stillstandsphasen des Bandes (10) wirksam werden zu lassen, und daß die undurchlässige Folie (30) oberhalb des Bandes (10) jeweils zwischen festen Wellen (31, 32) gespannt ist.

6. Filtrier- und Trocknungsverfahren, umfassend das Zuführen einer zu filternden Suspension oder eines Schlamms auf eine Seite eines Filtertuches, das Anlegen eines Vakuums von der anderen Seite des Tuches, um den Schlamm oder die Suspension zu entwässern und darauf einen Filterkuchen zu bilden, und danach das Ausüben eines Drucks auf den Kuchen, gekennzeichnet durch das Abdecken des Filterkuchens mit einer undurchlässigen Folie (30), während das Vakuum daran angelegt wird, wodurch der Kuchen unter Teilvakuum gesetzt wird, und das Richten elektromagnetischer Strahlung auf den Filterkuchen, während er durch die Folie abgedeckt ist.