WO2017092777A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserten fest-flüssig-filtration von filterkuchen - Google Patents

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filter cake
oscillating
filter
filtration
vibrating body
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PCT/EP2015/002441
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Frank Landwehr
Mitja Medved
Thomas Pierau
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Kronos International, Inc.
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    • B01D33/46—Regenerating the filter material in the filter by scrapers, brushes nozzles or the like acting on the cake-side of the filtering element
    • B01D33/466—Regenerating the filter material in the filter by scrapers, brushes nozzles or the like acting on the cake-side of the filtering element scrapers

Definitions

  • the invention is directed to a method and a device for improved solid-liquid filtration of filter cake, in particular for dewatering finely divided thixotropic filter cake, by means of a vibrating device.
  • Filtration apparatuses such as drum filters, filter slides, facing filters, filter presses,
  • Filter plate filters or pressure filters difficult to filter. This is especially true for thixotropic filter cakes, as e.g. occur in the production of titanium dioxide, iron oxide, aluminum oxide or silicon dioxide as well as in wastewater treatment and in the paper industry.
  • the Schwingentskysserer is in principle a swingable, provided with a vibrating screen box, in which a sieve plate is arranged and which is provided with a discharge device.
  • the invention is based on the object, an improved method and a
  • the object is achieved by a method for improved solid-liquid filtration of a
  • a vibrating device only vibrates part of the filter cake.
  • the object is further achieved by a vibrating device for improved solid-liquid filtration of a filter cake in a filtration apparatus, characterized in that
  • the oscillating device consists of at least one vibrating body, a connecting part and an oscillating drive, wherein the connecting part is connected on the one hand to the at least one oscillating body and on the other hand to the oscillating drive and wherein the connecting part is decoupled from the housing of the filtration apparatus and wherein the at least one oscillating body touches the filter cake or protrudes into him and only a part of the filter cake vibrated.
  • Figure 1 Schematic representation of a vacuum drum filter with oscillating body
  • Figure 2 Schematic representation of a vacuum drum filter with oscillating device (longitudinal section).
  • Filter cake asymptotically a substance-dependent limit.
  • filter cake which are composed of finely divided or nanoparticulate particles, have high throughflow resistance due to their dense particle packing even at low filter cake heights, whereby high specific amounts of liquid remain in the filter cake, which also applies when applying high pressure differences over the
  • Filter cake is difficult to remove.
  • Particles embedded liquid eg capillary or Zwickelwasser or aqueous solution, other solvent or mother liquor
  • the liquid is the Filtration process more accessible and can be due to the existing pressure difference between the filter cake top and the filtrate side of the
  • the non-vibrating stationary lower part of the filter cake ie the part of the filter cake which is in direct contact with the filter medium and largely retains its original structure, prevents or minimizes in its function as an absolute filter a breakdown of the particles from the refluidized part of the Filter cake through the filter medium in the direction of filtrate.
  • a part of the filter cake facing the upstream side is vibrated with at least one oscillating device which consists of at least one oscillating drive, a connecting part and a vibrating body.
  • Swinging device is decoupled from the housing of the filtration apparatus and mounted so damped on the housing of the filtration apparatus, that the filtration apparatus itself can not be vibrated by the vibrating device.
  • the vibrating device is attached outside the filtration apparatus or it is mounted swingably on the filtration apparatus.
  • the vibrating body contacts the filter cake to be filtered or projects into a part of the filter cake and is connected to the oscillating drive via the connecting part (for example a carrier bar).
  • the connecting part for example a carrier bar.
  • the upper part of the filter cake is set in vibration.
  • the vibrating body may have various shapes depending on the type of the filtration apparatus, as long as these bodies are capable of
  • the oscillating body may have a round or angular shape such as a triangle or square in cross section.
  • the surface can be smooth or textured. For example, it may be
  • surface-structured plates act, which are provided with fin or nub structure and optionally with a contact lip.
  • the oscillating body is preferably provided with a contact lip.
  • the pressure lip has, for example, the task of re-solidifying the loosened or refluidized filter cake, to close existing channels in the filter cake and to press the filter cake to the filter medium.
  • the pressure lip vibrates together with the oscillating body.
  • the pressure lip is fixed independently of the vibrating body rigidly on the filtration apparatus.
  • the pressure lip can be connected to its own vibration drive.
  • the pressure lip has a smooth surface.
  • a plurality of vibrating devices can be attached to a filtration apparatus, wherein the vibrating body and the pressure lips are each connected to a common oscillating drive or in each case with its own oscillating drive.
  • the oscillating device according to the invention can be used with the usual filtration apparatuses known to the person skilled in the art, for example with drum filters, suction filters, facing filters, filter presses, plate filter machines or pressure filters.
  • vacuum or overpressure can be applied to increase the filtration performance.
  • Drainage of titanium oxide hydrate find application and in principle in the filtration of filter cake, which for example consist of particles smaller than 15 pm or have thixotropic properties can be used.
  • the vibrating device is moved in at least one direction relative to the filter cake.
  • the oscillating drive may be, for example, one or more
  • the oscillation frequency and the amplitude depend on the nature of the filter cake.
  • the oscillation frequency is preferably in the range from 1 to 2000 Hz, in particular between 50 and 500 Hz and particularly preferably between 100 and 200 Hz.
  • the amplitude of the oscillation is preferably in the range from 0.01 to 20 mm, in particular between 0.2 and 5 mm and more preferably between 1 and 3 mm.
  • the depth into which the vibrating body protrudes into the filter cake depends according to the invention on the nature of the filter cake.
  • the immersion depth must be chosen so that a part of the filter cake, which is in direct contact with the filter medium, is not fluidized and thus the penetration of the solid through the filter medium is prevented or minimized.
  • for example in a vibration excitation of the filter cake parallel or tangential to the filter cake surface immersion depth is between 2% and 85% of the filter cake thickness, preferably between 5% and 50% and in particular between 20% and 30%.
  • the immersion depth of the vertical amplitude of the vibrating body must be adjusted accordingly to a to ensure the same proportion of the filter cake in a non-fluidized form as in the parallel or tangential excitation.
  • FIG. 1 shows a section transverse to the longitudinal axis of a vacuum drum filter apparatus (1) with a filter medium (filter cloth) (2).
  • the drum rotates clockwise in a pan with the suspension to be filtered (3).
  • the filtrate suction (4) takes place by means of the applied vacuum.
  • the filter cake (5) forms, in which a vibrating body dips (6).
  • the oscillating body is shown here schematically as a cross section of a roller. In the direction of rotation behind the
  • Vibrating body (6) is a scraper (7), the filtered, dehydrated
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a vacuum drum filter apparatus (11) with filter medium (12) according to FIG. 1.
  • the direction of rotation of the drum is from the top rear to the bottom front.
  • the drum immersed in the suspension to be filtered (13), and on the filter medium (12) forms a filter cake (15).
  • Parallel to the longitudinal axis of the drum runs centrally the channel for the sucked filtrate (14).
  • the oscillating device consists of the
  • FIG. 3 a shows, by way of example, a possible shape of the vibrating body according to the invention in cross-section: the oscillating body (21) immersed in the filter cake, and also FIG. 3 a
  • the vibrating body is fixed to the connecting part (23), e.g. connected to a support rod.
  • FIG. 3b shows, by way of example, a further possible embodiment of the oscillating body and the contact lip in cross-section, wherein oscillating body (21) and pressure lip (22) are designed separately and each connected to a separate connecting part (23a and 23b) are.
  • FIG. 3 c shows examples of possible shapes of the oscillating body in longitudinal section with fin and nub structure.
  • the vibrating bodies are shown in the form of fin-and nub-structured rollers.
  • the rollers can be made to rotate in other particular embodiments, wherein the direction of rotation of the roller is realized in the same or against the transport direction of the filter cake.
  • the filtrate or solvent (for example, moisture) remaining in the filter cake can be further reduced.
  • the required energy input when using the method according to the invention is significantly lower than when applying a higher differential pressure according to the prior art.
  • the device of the invention can be attached later with little effort to different filtration equipment.
  • the device according to the invention is suitable for improving existing filtration apparatuses, e.g. due to statics or age can not be upgraded with common methods (e.g., press belts).
  • the filtration process according to the invention is particularly suitable for use in the context of titanium dioxide production, paper production and wastewater treatment.
  • a vacuum filtration apparatus (experimental suction filter) was covered with a dense filter cloth from the company Markert (type PP 2455). Under application of a vacuum with 200 mbar Pressure difference was filtered 1 kg of thixotropic titanium oxide hydrate filter cake on this apparatus.
  • the initial moisture of the applied material was 55 wt .-%, the final moisture content after 10 minutes of filtration was 53 wt .-% based on the total mass.
  • the filter cake thickness was determined to be 20 mm.
  • Vibrating body with finfiguredGeneraltechnischer surface in the filter cake was 40% of the filter cake thickness.
  • the initial moisture content of 55% by weight had already fallen to 50.5% by weight, based on the total mass, after 5 minutes of filtration.

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Fest-Flüssig-Filtration von Filterkuchen, insbesondere zur Entwässerung von feinteiligen thixotropen Filterkuchen, mit Hilfe einer Schwingvorrichtung. Die erfindungsgemäße Schwingvorrichtung besteht aus mindestens einem Schwingantrieb, einem Verbindungsteil und einem Schwingkörper, wobei das Verbindungsteil einerseits mit mindestens einem Schwingantrieb und andererseits mit mindestens einem Schwingkörper verbunden ist und wobei das Verbindungsteil entkoppelt ist vom Gehäuse der Filtrationsapparatur und wobei der mindestens eine Schwingkörper den Filterkuchen berührt oder in ihn hineinragt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt wird. Die Schwingvorrichtung kann mit wenig Aufwand nachträglich an vorhandene Filtrationsapparaturen angebracht werden. Das Verfahren ist beispielsweise geeignet zur Anwendung bei der Titandioxid- oder der Papierherstellung und in der Abwasserbehandlung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Fest-Flüssig-Filtration von Filterkuchen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Fest- Flüssig-Filtration von Filterkuchen, insbesondere zur Entwässerung von feinteiligen thixotropen Filterkuchen, mit Hilfe einer Schwingvorrichtung.
Technologischer Hintergrund der Erfindung Feinteilige bzw. nanopartikuläre Filterkuchen lassen sich an den klassischen
Filtrationsapparaten wie Trommelfilter, Filternutschen, Plandrehfilter, Filterpressen,
Plattenfilterautomaten oder Druckfiltern schwer filtrieren. Dies gilt insbesondere für thixotrope Filterkuchen, wie sie z.B. bei der Produktion von Titandioxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid sowie in der Abwasserbehandlung und in der Papierindustrie auftreten.
Bei der Produktion von Titandioxid werden an den genannten Filtrationsapparaten insbesondere Produkte aus Titanoxidhydraten und Suspensionen von Titandioxid in Wasser filtriert und gewaschen, wobei bei der Waschung auch eine Einstellung des pH-Wertes, insbesondere im Bereich um den isoelektrischen Punkt, gezielt erfolgen kann. Solche Filterkuchen werden häufig mittels Vakuumfiltration entwässert. Jedoch kann der
Feuchtegehalt in diesen Fällen trotz der Anwendung eines Unterdrucks an der Filtratseite oder der Anwendung eines Überdrucks an der Oberseite des Filterkuchens des
Filtrationsapparates nur begrenzt und geringfügig verringert werden. Es ist bekannt, dass die Entwässerung eines Filterkuchens verbessert werden kann, wenn die Filtrationsapparatur in Schwingung versetzt wird. Dieses Verfahren wird als
Schwingentwässerung bezeichnet. Beispielsweise offenbart DE 198 30 943 ein Verfahren zur Entwässerung von Nassasche aus der Kohlenstaubfeuerung durch Aufgabe der
Nassasche auf einen Schwingentwässerer. Der Schwingentwässerer ist im Prinzip ein schwingbarer, mit einem Schwingantrieb versehener Siebkasten, in dem ein Siebboden angeordnet ist und der mit einer Abwurfvorrichtung versehen ist.
Dieses Verfahren ist jedoch für die oben genannten Anwendungen, insbesondere bei sehr feinteiligen bzw. nanopartikulärem und/oder thixotropen Filterkuchen, nicht geeignet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Es besteht deswegen ein Bedarf nach einem Verfahren, mit dem die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können.
Aufgabenstellung und urzbeschreibunq der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine
entsprechende Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Filtration feinteiliger bzw. nanopartikulärer, insbesondere thixotroper Filterkuchen anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur verbesserten Fest-Flüssig-Filtration eines
Filterkuchens in einer Filtrationsapparatur dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schwingvorrichtung nur einen Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Schwingvorrichtung zur verbesserten Fest- Flüssig-Filtration eines Filterkuchens in einer Filtrationsapparatur, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingvorrichtung aus mindestens einem Schwingkörper, einem Verbindungsteil und einem Schwingantrieb besteht, wobei das Verbindungsteil einerseits mit dem mindestens einen Schwingkörper und andererseits mit dem Schwingantrieb verbunden ist und wobei das Verbindungsteil entkoppelt ist vom Gehäuse der Filtrationsapparatur und wobei der mindestens eine Schwingkörper den Filterkuchen berührt oder in ihn hineinragt und nur einen Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt.
Weitere vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Figuren
Figur 1 : Schematische Darstellung eines Vakuumtrommelfilters mit Schwingkörper
(Querschnitt).
Figur 2: Schematische Darstellung eines Vakuumtrommelfilters mit Schwingvorrichtung (Längsschnitt).
Figur 3a, 3b, 3c, 3d: Schematische Darstellung verschiedener Schwingkörperformen Beschreibung der Erfindung
Alle im Folgenden offenbarten Angaben bezüglich Größe in μιη usw., Konzentration in Gew.- % oder Vol.-%, pH-Wert usw. sind so zu verstehen, dass alle Werte, die im Bereich der dem Fachmann bekannten jeweiligen Messgenauigkeit liegen, mit umfasst sind.
Bei der Filtration eines Fest-Flüssig-Stoffgemischs auf einem Filtermedium (Filter) bildet sich mit der Zeit eine anwachsende Schicht des abgetrennten Feststoffs auf dem Filter, der sogenannte Filterkuchen, der für den größten Teil des Gesamtdruckverlusts zwischen der Aufgabeseite und der Filtratseite des Filtrationsapparates verantwortlich ist. Der
kontinuierliche Aufbau des Filterkuchens führt zu einem mit der Zeit anwachsenden
Durchströmungswiderstand (Druckverlust), so dass immer weniger Flüssigkeit
(Lösungsmittel) abgetrennt wird. Im Fall der kuchenbildenden Filtration wird eine derartige Filtration mit einem Filtermedium durchgeführt, dessen Porenöffnung größer ist als die der Partikeldurchmesser der abzutrennenden Partikel. Die eigentliche Filterfunktion hat hier der Filterkuchen selbst, man spricht deshalb auch von Kuchenfiltration. Der Filterkuchen besteht hierbei aus den abzutrennenden Partikeln, die in Abhängigkeit von ihrem
Partikeldurchmesser in einer annähernd dichtesten Packung vorliegen. Die Poren eines solchen Filterkuchens sind meist kleiner als die der abzuscheidenden Partikel. Es handelt sich hierbei also um einen Absolutfilter, der auf dem Prinzip der Tiefenfiltration beruht. In der Regel nähert sich mit der fortschreitenden Filtrationszeit der Flüssigkeitsgehalt im
Filterkuchen asymptotisch einem stoffabhängigen Grenzwert an.
Insbesondere Filterkuchen, die aus feinteiligen bzw. nanopartikulären Partikeln aufgebaut sind, weisen aufgrund ihrer dichten Partikelpackung schon bei geringen Filterkuchenhöhen hohe Durchströmungswiderstände auf, wodurch hohe spezifische Flüssigkeitsmengen im Filterkuchen verbleiben, die auch beim Anlegen hoher Druckdifferenzen über den
Filterkuchen nur schwer entfernt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird lediglich ein Teil des der Anströmseite zugewandten Filterkuchens derart in Schwingung versetzt, dass dieser Teil des Filterkuchens eine
Strukturauflösung und Refluidisierung erfährt, wodurch die Viskosität dieses Teils des Filterkuchens deutlich verringert wird. Die verringerte Viskosität führt zu einem geringeren Durchströmungswiderstand und damit zu einer verbesserten Filtrationsleistung im Sinne einer Entfernung des Lösungsmittels aus dem Filterkuchen (Entfeuchtung, Entwässerung). Bei der Refluidisierung lagern sich die Feststoffpartikel so um, dass die zwischen den
Partikeln eingelagerte Flüssigkeit (z.B. Kapillar- oder Zwickelwasser bzw. wässrige Lösung, anderes Lösungsmittel oder Mutterlauge) austritt. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit dem Filtrationsvorgang besser zugänglich und lässt sich aufgrund der vorliegenden Druckdifferenz zwischen der Filterkuchenoberseite und der Filtratseite des
Filtrationsapparates abtrennen.
Der nicht in Schwingung versetzte unbewegte untere Teil des Filterkuchens, also der Teil des Filterkuchens, welcher mit dem Filtermedium in unmittelbarem Kontakt steht und seine ursprüngliche Struktur weitgehend beibehält, verhindert bzw. minimiert in seiner Funktion als Absolutfilter einen Durchschlag der Partikel aus dem refluidisierten Teil des Filterkuchens durch das Filtermedium in Richtung Filtrat.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des der Anströmseite zugewandten Filterkuchens mit mindestens einer Schwingvorrichtung in Schwingung versetzt, welche aus mindestens einem Schwingantrieb, einem Verbindungsteil und einem Schwingkörper besteht. Die
Schwingvorrichtung ist von dem Gehäuse des Filtrationsapparats entkoppelt bzw. derart gedämpft an dem Gehäuse des Filtrationsapparats angebracht, dass der Filtrationsapparat selbst durch die Schwingvorrichtung nicht in Schwingung versetzt werden kann.
Beispielsweise ist die Schwingvorrichtung außerhalb des Filtrationsapparats befestigt oder sie ist schwingend gelagert an dem Filtrationsapparat angebracht. Der Schwingkörper berührt den zu filtrierenden Filterkuchen bzw. ragt in einen Teil des Filterkuchens hinein und ist über das Verbindungsteil (z.B. eine Trägerstange) mit dem Schwingantrieb verbunden. Bevorzugt wird der obere Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt.
Erfindungsgemäß kann der Schwingkörper verschiedene Formen aufweisen, welche von der Bauart des Filtrationsapparats abhängen, solange diese Körper in der Lage sind, die
Schwingung auf bzw. in den Filterkuchen definiert zu übertragen. Der Schwingkörper kann im Querschnitt eine runde oder eckige Form wie Dreieck oder Viereck aufweisen. Die Oberfläche kann glatt oder strukturiert sein. Beispielsweise kann es sich um
oberflächenstrukturierte Platten handeln, welche mit Finnen- oder Noppenstruktur und gegebenenfalls mit einer Anpresslippe versehen sind.
In einer Ausführung der Erfindung kann es sich bei dem Schwingkörper um eine
segmentierte Walze oder eine Stange mit angebrachter Finnenstruktur handeln.
Der Schwingkörper ist bevorzugt mit einer Anpresslippe versehen. Die Anpresslippe hat beispielsweise die Aufgabe, den aufgelockerten bzw. refluidisierten Filterkuchen wieder zu verfestigen, vorhandene Kanäle im Filterkuchen zu schließen und den Filterkuchen an das Filtermedium anzupressen. In einer Ausführung schwingt die Anpresslippe zusammen mit dem Schwingkörper. In einer alternativen Ausführung ist die Anpresslippe unabhängig vom Schwingkörper starr an der Filtrationsapparatur befestigt. In einer weiteren alternativen Ausführung kann die Anpresslippe mit einem eigenen Schwingantrieb verbunden sein.
Die Anpresslippe weist eine glatte Oberfläche auf.
Erfindungsgemäß können an einem Filtrationsapparat auch mehrere Schwingvorrichtungen angebracht werden, wobei die Schwingkörper und die Anpresslippen jeweils mit einem gemeinsamen Schwingantrieb oder jeweils mit einem eigenen Schwingantrieb verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Schwingvorrichtung kann mit den üblichen Filtrationsapparaturen, die dem Fachmann bekannt sind, eingesetzt werden, beispielsweise mit Trommelfiltern, Filternutschen, Plandrehfiltern, Filterpressen, Plattenfilterautomaten oder Druckfiltern.
Zusätzlich kann zur Steigerung der Filtrationsleistung Vakuum bzw. Überdruck angelegt werden. Insbesondere geeignet sind Vakuumtrommelfilter, wie sie vielfach bei der
Entwässerung von Titanoxidhydrat Anwendung finden sowie grundsätzlich bei der Filtration von Filterkuchen, welche beispielsweise aus Partikeln kleiner 15 pm bestehen oder thixotrope Eigenschaften aufweisen, eingesetzt werden.
Die Schwingvorrichtung wird in mindestens einer Richtung relativ zu dem Filterkuchen bewegt. Bei dem Schwingantrieb kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere
Sonotroden, Kurbelwellen- oder Unwuchtantriebe handeln. Die Schwingfrequenz und die Amplitude richten sich nach der Beschaffenheit des Filterkuchens. Die Schwingfrequenz liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 2000 Hz, insbesondere zwischen 50 und 500 Hz und insbesondere bevorzugt zwischen 100 und 200 Hz. Die Amplitude der Schwingung liegt bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 20 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 5 mm und insbesondere bevorzugt zwischen 1 und 3 mm.
Die Tiefe, in die der Schwingkörper in den Filterkuchen hineinragt (eintaucht), hängt erfindungsgemäß von der Beschaffenheit des Filterkuchens ab. Die Eintauchtiefe muss so gewählt werden, dass ein Teil des Filterkuchens, welches mit dem Filtermedium in unmittelbaren Kontakt steht, nicht fluidisiert wird und somit der Durchschlag des Feststoffs durch das Filtermedium verhindert bzw. minimiert wird. In einer besonderen Ausführung der Erfindung, beispielsweise bei einer Schwingungsanregung des Filterkuchens parallel bzw. tangential zur Filterkuchenoberfläche liegt die Eintauchtiefe zwischen 2% und 85% der Filterkuchendicke, bevorzugt zwischen 5% und 50% und insbesondere zwischen 20% und 30%.
Erfolgt die Schwingungsanregung senkrecht zum Filterkuchen, muss die Eintauchtiefe der vertikalen Amplitude des Schwingkörpers entsprechend angepasst werden, um einen gleichen Anteil des Filterkuchens in einer nicht-fluidisierten Form zu gewährleisten wie bei der parallelen bzw. tangentialen Anregung.
In Figur 1 und Figur 2 wird beispielhaft die Anordnung und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schwingvorrichtung an einem Vakuumtrommelfilter erläutert, ohne dass damit eine Einschränkung der Erfindung beabsichtigt ist. Der Fachmann ist in der Lage, die erfindungsgemäße Schwingvorrichtung auch auf andere übliche Filtrationsapparaturen zu übertragen. In Figur 1 ist ein Schnitt quer zur Längsachse einer Vakuumtrommelfilter-Apparatur (1) mit einem Filtermedium (Filtertuch) (2) dargestellt. Die Trommel dreht sich im Uhrzeigersinn in einer Wanne mit der zu filtrierenden Suspension (3). Innerhalb der Trommel erfolgt mittels des angelegten Vakuums die Filtratabsaugung (4). Auf dem Filtermedium bildet sich der Filterkuchen (5), in den ein Schwingkörper eintaucht (6). Der Schwingkörper ist hier schematisch als Querschnitt einer Walze dargestellt. In Drehrichtung hinter dem
Schwingkörper (6) befindet sich ein Schaber (7), der den filtrierten, entwässerten
Filterkuchen (8) vom Filtermedium (2) entfernt. Optional kann in Drehrichtung vor dem Schwingkörper (6) eine Waschvorrichtung für den Filterkuchen vorgesehen sein. Figur 2 zeigt einen Längsschnitt einer Vakuumtrommelfilter-Apparatur (11 ) mit Filtermedium (12) gemäß Figur 1. Die Drehrichtung der Trommel ist von hinten oben nach vorne unten. Die Trommel taucht in die zu filtrierende Suspension (13) ein, und auf dem Filtermedium (12) bildet sich ein Filterkuchen (15) aus. Parallel zur Längsachse der Trommel verläuft zentral der Kanal für das abgesaugte Filtrat (14). Die Schwingvorrichtung besteht aus dem
Schwingkörper (16), der mit dem Filterkuchen in Kontakt steht bzw. in ihn eintaucht, dem
Verbindungsteil (16a, Trägerstange), einer Dämpfung (16b) und einem Schwingantrieb (16c), welcher beispielsweise durch einen Unwuchtmotor realisiert wird. In Drehrichtung hinter dem Schwingkörper (16) ist der Schaber (17) angebracht, der den filtrierten, entwässerten
Filterkuchen (18) vom Filtermedium (12) entfernt.
Figur 3a zeigt beispielhaft eine mögliche Form des Schwingkörpers gemäß der Erfindung im Querschnitt: der in den Filterkuchen eintauchende Schwingkörper (21) sowie eine
Anpresslippe (22). Der Schwingkörper ist fest mit dem Verbindungsteil (23), z.B. einer Trägerstange verbunden.
Figur 3b zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Ausführungsform des Schwingkörpers und der Anpresslippe im Querschnitt, wobei Schwingkörper (21) und Anpresslippe (22) separat ausgeführt sind und jeweils mit einem separaten Verbindungsteil (23a und 23b) verbunden sind.
Figur 3c zeigt beispielhaft mögliche Formen des Schwingkörpers im Längsschnitt mit Finnen- und Noppenstruktur.
In Figur 3d sind die Schwingkörper in Form von finnen- und noppenstrukturierten Walzen dargestellt. Die Walzen können in weiteren besonderen Ausführungen drehend ausgeführt werden, wobei die Drehrichtung der Walze in die gleiche oder gegen die Transportrichtung des Filterkuchens realisiert wird.
Das erfindungsgemäße Filtrationsverfahren und die entsprechende Vorrichtung bieten folgende Vorteile:
- Die Filtrationszeit, welche der Entwässerungszeit bis zu einem bestimmten
Entwässerungsgrad entspricht, wird auch ohne Einsatz von Filter- oder Filtrierhilfsmitteln deutlich verkürzt.
- Bei gleichbleibender Entwässerungszeit kann das im Filterkuchen verbleibende Filtrat bzw Lösungsmittel (z.B. Feuchte) weiter reduziert werden.
- Um den gleichen Filtrationsgrad zu erreichen, ist der erforderliche Energieeintrag bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich geringer als beim Anlegen eines höheren Differenzdrucks gemäß dem Stand der Technik.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich mit wenig Aufwand nachträglich an verschiedene Filtrationsapparaturen anbringen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet, vorhandene Filtrationsapparate zu ertüchtigen, die z.B. aufgrund der Statik oder des Alters nicht mehr mit gängigen Methoden (z.B. Pressbänder) aufgerüstet werden können. Das erfindungsgemäße Filtrationsverfahren ist insbesondere geeignet zur Anwendung im Rahmen der Titandioxidproduktion, der Papierproduktion und der Abwasserbehandlung.
Beispiele
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert, ohne dass damit eine
Einschränkung der Erfindung beabsichtigt ist.
Vergleichsbeispiel
Eine Vakuumfiltrationsapparatur (Versuchsnutschenfilter) wurde mit einem dichten Filtertuch der Fa. Markert (Typ PP 2455) belegt. Unter Anlegen eines Vakuums mit 200 mbar Druckdifferenz wurde 1 kg thixotroper Titanoxidhydrat-Filterkuchen auf dieser Apparatur filtriert.
Die Anfangsfeuchte des aufgebrachten Materials betrug 55 Gew.-%, die Endfeuchte nach 10 Minuten Filtration betrug 53 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse. Die Filterkuchendicke wurde mit 20 mm bestimmt.
Beispiel
Ein gleicher Filterkuchen wurde unter gleichen Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel, jedoch unter zusätzlichem Einsatz einer erfindungsgemäßen Schwingvorrichtung filtriert. Die Schwingungsanregung erfolgte parallel bzw. tangential, die Schwingungsfrequenz betrug 180 Hz und die Schwingungsamplitude betrug 2,3 mm. Die Eintauchtiefe des
Schwingkörpers mit finnenstrukturierter Oberfläche in den Filterkuchen betrug 40% der Filterkuchendicke. Die Anfangsfeuchte von 55 Gew.-% war bereits nach 5 Minuten Filtration auf 50,5 Gew.-% bezogen auf Gesamtmasse gesunken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur verbesserten Fest-Flüssig-Filtration eines Filterkuchens in einer Filtrationsapparatur dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schwingvorrichtung nur einen Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
der obere Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingvorrichtung aus einem Schwingantrieb, einem Verbindungsteil und einem Schwingkörper besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingkörper im Querschnitt eine runde oder eckige Form aufweist und dass die Oberfläche des Schwingkörpers glatt oder strukturiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingkörper mit einer Anpresslippe versehen ist.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch
gekennzeichnet, dass
die Frequenz der Schwingung 1 bis 2000 Hz, bevorzugt 50 bis 500 Hz und insbesondere 100 bis 200 Hz beträgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch
gekennzeichnet, dass
die Amplitude der Schwingung im Bereich von 0,01 bis 20 mm, bevorzugt 0,2 bis 5 mm und insbesondere 1 bis 3 mm liegt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch
gekennzeichnet, dass
die Anregung der Schwingung parallel bzw. tangential oder vertikal relativ zum Filterkuchen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass
bei paralleler bzw. tangentialer Schwinganregung die Eintauchtiefe des Schwingkörpers 2 bis 85%, bevorzugt 5 bis 50% und insbesondere 20 bis 30% der Filterkuchendicke beträgt.
10. Schwingvorrichtung zur verbesserten Fest-Flüssig-Filtration eines
Filterkuchens in einer Filtrationsapparatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingvorrichtung aus mindestens einem Schwingkörper, einem Verbindungsteil und einem Schwingantrieb besteht, wobei
das Verbindungsteil einerseits mit mindestens einem Schwingkörper und andererseits mit dem Schwingantrieb verbunden ist und wobei
das Verbindungsteil entkoppelt ist vom Gehäuse der Filtrationsapparatur und wobei
der mindestens eine Schwingkörper den Filterkuchen berührt oder in ihn hineinragt und nur einen Teil des Filterkuchens in Schwingung versetzt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingkörper im Querschnitt eine runde oder eckige Form aufweist und dass die Oberfläche des Schwingkörpers glatt oder strukturiert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingkörper mit einer Anpresslippe versehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass
Schwingkörper und Anpresslippe separat ausgeführt sind.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingvorrichtung so an das Gehäuse des Filtrationsapparats angebracht ist, dass der Filtrationsapparat selbst durch die
Schwingvorrichtung nicht in Schwingung versetzt werden kann.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwingantrieb ausgewählt ist aus der Gruppe Sonotrode,
Kurbelwellenantrieb und Unwuchtantrieb.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass
die Filtrationsapparatur ausgewählt ist aus der Gruppe Trommelfilter, Vakuumtrommelfilter, Filternutsche, Plandrehfilter, Filterpresse,
Planfilterautomat und Druckfilter.
17. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16 bei der Produktion von Titandioxid oder Papier und bei der
Abwasserbehandlung.
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