DE2338083A1 - Vakuum-trommelfilter - Google Patents

Description

Vakuum-Trommelfilter
(Priorität: 27. Juli 1972, USA, Nr. 275 513)

Die Erfindung bezieht sich auf die Filtration von Feststoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere auf die kontinuierliche Vakuumfiltrierung.

Zur mechanischen Entfernung von Feststoffen aus Flüssigkeiten wird in weitem Maße die Vakuumfiltration angewendet. Dabei wird ein Vakuum, d.h. ein Unterdruck an eine Fläche eines bahnförmigen Materials aus einem porösen Filterraedium herangeführt, deren andere Oberfläche zur zu filtrierenden Flüssigkeit hin freiliegt. Das Medium hält die Feststoffe zurück und erlaubt den Durchtritt der Flüssigkeit, d.h. des Filtrats.

Bei der kontinuierlichen Filtration v/ird zuweilen entweder das Filtermedium straff auf der gekrümmten Seitenwand einer Trommel befestigt oder ein Filterband um die Trommel geführt. Die Trommel wird in Drehung versetzt, wobei sie teilweise in eine Aufschlemmung eintaucht. Gleichzeitig wird an die eingetauchten Abschnitte der Trommel ein Unterdruck herangeführt. Durch den Unterdruck bildet sich auf dem Filtermedium ein über den eingetauchten Abschnitten liegender Kuchen aus Feststoffen. Der Feststoffkuchen

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wird typisch bei umlaufender Trommel beispielsweise durch Abschaben entfernt, und zwar bevor der jeweilige Abschnitt wieder in die Aufschlemmung eintaucht.

Bei solchen Anordnungen besteht die Schwierigkeit, daß das Filtermedium durch zurückbleibende Feststoffe verdeckt wird oder zusetzt. Um das Zusetzen des Filtermediums möglichst gering zu halten, wird bekanntermaßen Luft durch das Filtermedium zurückgeblasen, um den Rest aus den Poren desselben zu lösen. Im folgenden wird das Rückblasen von Luft zuweilen als Druckauswurf bezeichnet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mehrere lösbare und austauschbare Filterelemente für kontinuierliche Filter sowie einen Trommel-Vakuumfilter mit erhöhter Filterfläche für eine .gegebene Trommelgröße zu schaffen, um so den Feststoffaustrag vom Trommelfilter zu verbessern und das Zusetzen und Verstopfen des Filtermediums auf ein Mindestmaß herunterzusetzen.

Erfindungsgemäß werden mehrere einzelne Filterelemente auf einer abgewandalten umlaufenden Trommel eines ansonsten typischen Trommel-Vakuumfilters verwendet. Die Filterelemente bestehen je aus flexiblem, zu einem konkaven Körper mit einer Öffnung oder Mündung geformtem Filtermedium. Vorzugsweise ist der Durchmesser der öffnung geringer als die Länge des Körpers. Die Trommel ist mit in Abständen voneinander angeordneten Öffnungen versehen, die durch die Umfangs-Seitenwand hindurchgehen. Die Öffnungen sind so bemessen, daß sie die Filterelemente aufnehmen können. Ferner sind Einrichtungen zur Befestigung der Öffnungen der Elemente in geöffnetem Zustand in den Öffnungen der Seitenwand vorgesehen, so daß die Filterelemente im wesentlichen radial ins Innere der Trommel ragen. Im Betrieb läuft die Trommel um, wobei sie teil-, weise in eine Aufschlemmung eingetaucht ist. Dabei bewegen sich die Filterelemente aufeinanderfolgend in die Aufschlemraung hinein und aus dieser heraus. An die eingetauchten Filterelemente wird ein Unterdruck herangeführt, so daß sich die in der Auf-

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schlemmung suspendierten Feststoffe in dem konkaven Körper sammeln, während das Filtrat durch diesen hindurchtritt. Nachdem ein Filterelement durch die Trommeldrehung aus der Aufschlemmung herausgelangt ist, wird zur Trocknung Luft durch den Feststoffkuchen gesaugt. Darauf wird in der Gegenrichtung Druckluft gegen das Element geführt, so daß dieses durch seine Öffnung hindurch umgestülpt und hierdurch die angesammelten Feststoffe zwangsweise abgeschält werden.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines die Erfindung verkörpernden Trommelfilters;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung und in vergrößertem Maßstab einen der Abschnitte auf dem Umfang des Filters der Fig. 1, zum Teil aufgeschnitten;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Einzelheit, zum Teil aufgebrochen und mit einem zusätzlichen erfindungsgemäßen Aufbau; Fig 4-8 verschiedene Ausführungsformen von Filterelementen für Filter gemäß Fig. 1 ;

Fig. 9 im Schnitt schematisch zwei weitere Ausführungsbeispiele von die Erfindung verkörpernden Trommelfiltern; und

Fig. 11 zum Teil aufgeschnittene Ansichten in vergrößertem ^xm Maßstab zweier Stellungen eines Filterelements mit dem zugehörigen Aufbau.

Der Filter der Fig. 1 enthält eine horizontal angeordnete Trommel 11, die auf von den Köpfen bzw. Seitenflächen 14 und 15 der Trommel wegragenden Zapfen teilweise in einen Behälter 12 ein tauchend gelagert ist. In Fig. 1 ist nur der vordere Kopf 14 mit dem daran angebrachten Zapfen 13 dargestellt. Dem Behälter wird durch geeignete, nicht gezeigte Einlasse kontinuierlich zu filterndes Material aus in einer Flüssigkeit suspendierten

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Feststoffen, beispielsweise eine Aufschlemmung zugeführt. Die Trommel wird mittels eines nicht gezeigten Antriebs angetrieben, so daß aufeinanderfolgend in Längsrichtung auf der gekrümmten Oberfläche oder Seitenwand der Trommel verlaufende Abschnitte in die Aufschlemmung eintauchen und aus dieser wieder auftauchen. Innerhalb der Trommel ist ein Rohrsystem vorgesehen, durch das Jeder Abschnitt sequentiell an ein Rotationsventil bzw. einen Steuerkopf 16 angeschlossen wird, der seinerseits einem Sektor auf der Trommel-Seitenwand entsprechend der Winkelstellung des Sektors gegenüber dem Behälter einen Unter- oder Überdruck zuführt. Normalerweise wird den eingetauchten Abschnitten zur Durchführung der Vakuumfiltration ein Unterdruck zugeführt. Durch weitere Unterdruckzufuhr nach dem Auftauchen der Sektoren aus der Aufschlemmung wird der Feststoffkuchen weiter entwässert oder getrocknet. Durch Zufuhr von unter hohem Druck stehender Druckluft in der Gegenrichtung wird der Kuchen ausgetragen. Der Trommelantrieb, der Behälter und der Steuerkopf sind bekannt.

Erfindungsgemäß hat die Trommel 11 einen gegenüber dem bekannten abgewandelten Aufbau. Ferner sind auf der Trommel die erfindungsgemäßen Filterelemente vorgesehen. Die Trommel 11 enthält mehrere aufgeweitete, durch die Seitenwand hindurchgehende öffnungen, in denen je ein Filterelement 17 befestigt ist. Die Filterelemente haben einen länglich-konkaven oder glockenförmigen Körper aus flexiblem Filtermedium mit einem offenen Ende oder einer Mündung, deren Durchmesser vorzugsweise geringer ist als die Länge des Filterelements. Gemäß Fig. 1 sind die Mündungen in offenem Zustand an der Seitenwand der Trommel befestigt und die Filterelemente ragen ins Innere der Trommel.

Zur Halterung der einzelnen Filterelemente und zur Zuleitung von Unter- und Überdruck an diese können an der Trommels ei tenwand verschiedene Anordnungen vorgesehen werden. Gemäß einer Ausführungsform umfassen längliche Tröge oder Wannen 21 die Sektoren der Trommelseitenwand (Fig.2). Die Tröge haben je nach unten zu-

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sammenlaufende Wände 22 und 23 sowie eine insgesamt ebene Oberwand 26. Die Enden sind offen. Gemäß Fig. 1 sind Seite an Seite mehrere dieser Tröge so angeordnet, daß die aneinander angrenzenden Oberwände 26 der Tröge die nahezu kreisförmige Seitenwand oder Schale der Trommel bilden. Die Trogenden sind an den einander gegenüberliegenden Trommelköpfen 14 und 15 befestigt und von diesen verschlossen. Die ebene Oberwand 26 jedes Troges 21 enthält eine Reihe großer, im allgemeinen in gleichen Abständen voneinander angeordneter Öffnungen, die durch die Oberwand 26 hindurchgehen und in denen die Filterelemente befestigt sind.

Die Filterelemente 31 der Fig. 2 bilden eine besondere Ausführungsform der Filterelemente 17 der Fig. 1. Die Filterelemente 31 bestehen je aus einem flexiblen Filtermedium, das zu einem konkaven Körper mit einem offenen Ende oder einer Mündung geformt ist. Das Filterelement 31 der Fig. 2 hat die Form eines regelmäßigen kreisförmigen Konoids. Der Durchmesser der Mindung ist vorzugsweise geringer als die Länge des Filterelements selbst. Als Filtermedium kann Stoff aus natürlichen oder synthetischen Fasern dienen.

Von der Unterseite des Trogs 21 verlaufen unterhalb jedes Filterelements 31 Rohre 33 zu einer gemeinsamen Sammelleitung 34. Üblicherweise ist je Trog 21 eine derartige, zu dem Steuerkopf 16 (Fig.1) verlaufende Sammelleitung 34 vorgesehen. Der Steuerkopf 16 ist seinerseits an nicht gezeigte Unter- und Überdruckquellen angeschlossen. Während der Vakuumfiltrierung strömt das Filtrat aus den Trögen durch die Sammelleitungen. Nach vollendeter Filtrierung kann über die Sammelleitungen Druckluft zu den Trögen geführt werden.

Zur Befestigung der Mündung eines Filterelements in einer Öffnung der Trommelseitenwand können verschiedene Anordnungen vorgesehen sein. Gemäß Fig. 2 beispielsweise, ragt ein starrer Flansch 37 um die öffnungen in der Oberwand 26 des Trogs 21 nach außen.

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Die Mündung des Filterelements 31 ist über den Flansch zurückgestülpt und mittels eines den Flansch umschließenden Klemmringes 38 an diesem befestigt. Ein zweiter Ring 39 hält das Filterelement gegen die Innenwand des Flansches.

Die Filterelemente können statt durch die Tröge 21 auch durch eine andere Anordnung am Trommelumfang befestigt werden. Beispielsweise zeigt Fig. 3 ein starres konisches Teil 43, das in einer Öffnung in der Trommelseitenwand 44 befestigt ist. In dem konischen Teil ist ein Filterelement 42 angebracht. Das äußere Aussehen der Trommel mit mehreren dieser Anordnungen ist das gleiche wie das der in Fig. 1 gezeigten, wobei allerdings die konischen Teile 43 statt der Tröge 21 unter der Seitenwand bzw. dem Mantel liegen. Das Filterelement 42 hat im wesentlichen die gleiche Form wie das Filterelement 31 der Fig. 2. Vom schmaleren Ende jedes konischen Teils geht ein Entwässerungsrohr 46 aus. Die Rohre 46 der konischen Teile in einer quer über die Trommel laufenden Reihe können an eine gemeinsame Sammelleitung 47 angeschlossen sein, die ihrerseits mit dem Steuerkopf verbunden ist.

Das Filterelement 42 der Fig. 3 ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie das Filterelement 31 am Trog 21 (Fig.2) im konischen Teil 43 befestigt. D.h., das konische Teil 43 ist mit einem nach außen ragenden Flansch 45 versehen, der sein breiteres Ende umschließt. Die Mündung des Filterelements 42 ist über den Flansch zurückgestülpt und mittels eines Klemmringes 44 daran befestigt. Mittels eines zweiten Ringes 49 ist das Filterelement an der Innenwand des Flansches befestigt.

Bei Anwendung eines verhältnismäßig hohen Unterdruckes können zur Halterung jedes Filterelements Hilfseinrichtungen vorgesehen sein. Gemäß Fig. 3 dient als derartige Hilfseinrichtung ein gelochtes Teil 51, das am Flansch 45 befestigt ist und eine Schale um das Filterelement 42 bildet. Das gelochte Teil hat im wesentlichen die gleiche Form wie das Filterelement 42. Es kann

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starr oder flexibel sein. Für bestimmte Anwendungsfälle bilden erfindungsgemäß die Stützteile einen gemeinsamen Bestandteil des Filterelements, wobei dieses ein flexibles Verstärkungsmaterial wie Fäden aus Nylon, Kunststoff, Glasfasern oder dergleichen enthält, die im Stoff des Filterelements· enthalten sind.

Ein weiteres spezielles Ausführungsbeispiel zur Halterung und zum Zurückziehen der konoidischen Filterelemente ist in Fig. 11 und 12 gezeigt. Dabei bildet eine konisch gewundene Feder 52 eine Halterung um ein Filterelement 53, das in ein konisches Teil 54 eingesetzt ist. Das Filterelement 53 und das konische Teil 54 gleichen im wesentlichen den entsprechenden Teilen 42 und 43 der Fig. 3. Filterelement und Feder sind am Flansch 55 befestigt, der das Filterelement 53 am breiteren Ende des konischen Teils 54 hält. Das Filterelement und die Feder können so aneinander befestigt sein, daß, wenn das Filterelement beim Druckauswurf umstülpt, ihm gemäß Fig.12 die Feder folgt. Die Feder unterstützt dann die Rückziehung des Filterelements aus dem umgestülpten Zustand .

Statt der Kreiskonoid-Form der Fig. 2 und 3 kann das Filterelement auch andere Formen haben, von denen einige in den Fig. 4 bis 8 dargestellt sind. Das Filterelement 57 der Fig. 6 hat z. B. eine kreisförmige Mündung 58·, sein Körper konvergiert jedoch zu einer geraden Bodenkante 59. Die Mündungen der Filterelemente der Fig. 4, 5, 7 und 8 haben verschiedene polygonale Formen. Die Böden der Filterelemente sind gerade oder zugespitzt. Das Filterelement 61 der Fig. 4 hat beispielsweise die Form einer Pyramide mit einer rechteckigen Mündung 62 und einem zugespitzten Boden 63·

Die verschiedenen Ausführungsformen unterscheiden sich in Einzelheiten, sind jedoch sämtlich konkav und langgestreckt. Bei einzelnen Ausführungsbeispielen ergeben sich zwar verhältnismäßig größere Filter- oder Wandflächen als bei anderen. Die Wandfläche ist jedoch nicht das einzige Kriterium zur Auswahl eines bestimmten Filterelements. Ein wichtiges Auswahlkriterium

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ist die Art, in der die Elemente angeordnet werden können, um eine maximale Ausnutzung der Trommeloberfläche zu erzielen. Bei den Filterelementen mit kreisförmiger Öffnung werden Teile der Trommeloberfläche nicht ausgenutzt, während sich sechseckige oder rechteckige Mündungen eng verschachteln lassen.

Jedes der zuvor beschriebenen Filterelemente kann leicht und vorteilhaft auch an anderen Arten oder Anordnungen von Trommelfiltern als dem der Fig. 1 verwendet werden. Gemäß Fig. 10 sind die Filterelemente beispielsweise auf einer umlaufenden Trommel 85 befestigt, die völlig in eine Aufschlemmung in einem Behälter 86 eintaucht. Der Abfluß erfolgt nach unten in die Aufschlemmung oberhalb eines Auslaßrohrs 89, wobei sich das Filterelement 90 oberhalb des Auslasses im Austrag- oder Abwurf zustand befindet. Wegen des im Behälter herrschenden Fluiddruckes geht die Filtrierung bei verringertem oder ohne Unterdruck vor sich. Eine weitere in Fig. 10 gezeigte Vorrichtung enthält einen Speiseeinlaß 91, durch den die Aufschlemmung in den Behälter 86 eingeleitet wird. Ein stationärer Schuh 93 überbrückt die unteren Abschnitte oder Sektoren der Trommel und v/irkt als Ventil zur Zuleitung von Druckluft, die den Druckabwurf hervorruft. Wird über die überbrückten Sektoren Druckluft ausgeleitet, so stülpen sich die Filterelemente um und die von ihnen abgeworfenen Feststoffe setzen sich am Boden des Behälters als eingedickter Schlamm an, der über das Auslaßrohr 89 ausgetragen wird. Der Filter arbeitet somit hauptsächlich als Eindicker. Um eine zu starke Turbulenz zu vermeiden, können Dichtungen 94 erforderlich werden, die die unteren Sektoren der Trommel abdichten.

Fig. 9 zeigt eine drehbare Trommel 96, die in einem geschlossenen Behälter 97 angeordnet ist. Der Behälter 97 enthält oberhalb einer zu filtrierenden Flüssigkeit eine Dampfatmosphäre. Der Behälter 97 kann mit einer Öffnung 98 versehen sein, über die die Filterelemente ausgewechselt werden. Die oberhalb der Flüssigkeit herrschende Druckatnrcphäre unterstützt die

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Komprimierung der Feststoffe auf dem Filtermedium. Ferner werden hierdurch die Filterelemente in ihrem in die Trommel gestreckten Zustand gehalten. Die unter Druck von den Filterelementen abgeworfenen Feststoffe werden von einem Schneckenförderer 99 eingefangen. Nach dem Abwerfen unterstützt der Dampfdruck die Rückziehung der Elemente, bevor sie wiederum in die Aufschlemmung eintauchen. Diese Anordnung ist besonders günstig, wenn Schwierigkeiten mit giftigem Rauch, explosivem Dampf und/oder hinsichtlich der Luftverschmutzung bestehen.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei eines der konkaven Filterelemente der umlaufenden Trommel 11 der Fig. 1 betrachtet, und zwar unmittelbar nachdem es in die Aufschlemmung im Behälter 12 eingetaucht ist. Wird diesem Filterelement über den Steuerkopf 16 ein Unterdruck zugeführt, so ragt es radial ins Innere der Trommel. In diesem Zustand fließt das Filtrat durch das Element und die Feststoffe lagern sich auf ihm ab. Üblicherweise bedecken die Feststoffe die Innenseite des Elements gleichmäßig. Bei Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung strömt das Filtrat zunächst in den Trog 21 und von dort durch die Auslaßrohre 33 zum Sammelrohr Vom Sammelrohr fließt das, Filtrat zum Steuerkopf 16 und wird ausgetragen. Nachdem durch die Drehung der Trommel ein Element wieder aufgetaucht ist, wird gegen die Außenseite desselben Druckluft gerichtet, so daß es umstülpt. Fig. 12 zeigt als Beispiel das umgestülpte Filterelement 53. Durch das abrupte Umstülpen des Filterelements und die durch dasselbe strömende Luft, werden die Feststoffe abgeworfen. Durch die Biegung des Elements während der Umstülpung wird die Verstopfung des Filterelementstoffes auf ein Minimum abgesenkt.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ί 1 Λ Vakuum-Trommelfilter mit einem Behälter zur Aufnahme einer Aufschlemmung, mit einer im Behälter befestigten, in die Aufschlemmung eintauchenden und aus dieser austauchenden Filtertrommel, mit einem auf der Trommeloberflache vorgesehenen Filtermedium und mit Einrichtungen zur Zufuhr eines Unterdrucks unter das Filtermedium, durch den die Flüssigkeit unter Bildung eines Filterkuchens auf demselben durch das Filtermedium gesaugt wird, gekennzeichnet durch mehrere in der Trommeloberfläche ausgebildete und in Abständen voneinander angeordnete Öffnungen, hinter denen je ein FiltrierSektor ausgebildet ist, der aus einer von der Öffnung ins Innere ragenden konkaven Auskleidung (22) besteht, und durch Einrichtungen (33*34) zur selektiven Zufuhr eines Unter- und Überdrucks ins Innere des konkaven Sektors, wobei das jeder Öffnung zugeordnete Filtermedium die Form eines länglichen flexiblen Teils (31) aufweist, so daß es in den Sektor eingezogen werden kann, wenn diesem ein Unterdruck zugeführt wird, und daß es nach außen umgestülpt wird, wenn dem Sektor ein Überdruck zugeführt wird.
2. 2. Vakuum-Trommelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die den Filtriersektor bildende Auskleidung aus zwei Schichten besteht, deren erste (33) bis

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   auf Unterdruck- und Druckanschlüsse undurchlässig und deren zweite (51) gelocht und in einem Abstand von der ersten Auskleidung angeordnet ist und zur Aufnahme und Halterung des Filterelements während der Unterdruckzufuhr dient.
3. 3. Vakuum-Trommelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Filterelement (31,42,53,57, 61) insgesamt konisch ist, wobei die Basis des Konus offen und der Durchmesser der Basis geringer als die Länge des Filterelercents ist.
4. 4. Vakuum-Trommelfilter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die gelochte, das Filterelement (53) bei Unterdruck tragende Auskleidung aus einer Feder (52) besteht, die mit dem Filterelement verbunden ist und dieses normalerweise in die konkave Stellung innerhalb des Filtriersektors vorspannt.
5. 5. Vakuum-Trommelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein einziger Filtriersektor (21) mehrere Öffnungen und zugehörige Filterelemente (31) umfaßt.
6. 6. Vakuum-Trommelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Filtriersektor (43,54) eine einzige Öffnung und ein zugehöriges Filterelement (42,53) umfaßt.

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