CH422722A - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einer Mischung einer Flüssigkeit mit festen Teilchen - Google Patents

Description

  



  Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeit aus einer Mischung einer Flüssigkeit mit festen Teilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Flüssigkeit aus einer Mischung einer   Flüs-    sigkeit mit festen Teilchen, welches gekennzeichnet ist durch das Einführen der Mischung in eine   längli-    che Filtrierzone mit ringförmigem Querschnitt, die mindestens teilweise mit einer porösen Wand versehen ist, durch welche die Flüssigkeit aus der Filtrierzone in einen   Flüssigkeitsaustritt    strömen kann, eine darauffolgende Leitung der Mischung durch die Filtrierzone sowie eine Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen der Filtrierzone und dem   Flüssig-    keitsaustritt,

   wodurch die Flüssigkeit aus der Mischung zum Durchtritt durch den porösen Teil der Wand in den   Flüssigkeitsaustritt    gebracht wird.



   Die   erfindungsgemässe    Vorrichtung zur Aus übung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierzone durch zwei konzentrische Wände mit darin ausgebildeten Gewinden gebildet ist, wobei die Gewinde in den beiden Wänden in mindestens einem Teil ihrer Länge Steigungen mit einander entgegengesetztem Sinn aufweisen und der Querschnitt mindestens eines Teiles der durch das Gewinde gebildeten Nuten sich in beiden Wänden in entgegengesetztem Sinne von einem Maximum zu einem Minimum verändert, und dass mindestens ein Teil der Wände porös ist und den Durchtritt von Flüssigkeit aus der Filtrierzone in einen   Flüssigkeits-    austritt gestattet.



   Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, welche eine Bewegung der Mischung in der Filtrierzone auch in einer anderen Richtung als der Längsrichtung herbeiführen.



   So kann z. B. mindestens eine der Wände der Filtrierzone gegenüber der anderen drehbar sein, und es können in einer oder beiden Wänden der Kammer schraubenförmige Gewinde und/oder Nuten ausgebildet sein.



   Der poröse Teil der Wände weist vorzugsweise die Form eines oder mehrerer Gewinde auf, die in den die konzentrischen Wände der Filtrierzone bildenden Teile ausgebildet sind.



   Die beiden die Wände bildenden Teile, ein Schneckenteil und ein   Gefässteil    können beide feststehend sein, oder es kann einer dieser Teile oder beide rotieren. Die Drehgeschwindigkeit eines oder beider Teile kann unveränderlich oder auch veränderlich sein. Vorzugsweise bildet der innere Teil, der Schneckenteil, einen Rotor und der diesen umge  bende      Gefässteil    einen Stator.



   Die Vorrichtung zur Ausübung der vorliegenden Erfindung kann in weiten Grenzen abgeändert werden. So kann z. B. eine Anzahl von Abschnitten vorgesehen sein, in welchen der Querschnitt der schrau  benförmigen    Nuten verschieden ist. Der Querschnitt der Nuten kann durch Veränderung der Breite dieser Nuten, wie auch durch Änderung deren Tiefe verändert werden.   Erfindungsgemäss    wird einer Änderung der Tiefe der Nuten der Vorzug gegeben. Dabei wird vorzugsweise der   grösste    Querschnitt dadurch erzielt, dass die Nut die volle radiale Tiefe des durch die Nuten gebildeten Kanales erhält, und der minimale Querschnitt wird dadurch erzielt, dass sich die Tiefe der Nut kontinuierlich auf Null vermindert.

   Dabei verändern sich vorzugsweise die Querschnitte der Nuten im Schneckenteil und im   Gefässteil    derart, dass das Material, welches entlang des Kanales strömt, welcher durch Zusammenwirkung der Nuten im Schneckenteil und im   Gefässteil    gebildet wird, aus der Nut in einem Teil in die Nut im anderen Teil und umgekehrt übertragen wird, bevor dieses aus der Vorrichtung entfernt wird. Zwecks Erzielung einer zuverlässigen Förderung der festen Teilchen tritt vorzugsweise das Material zuletzt aus der Nut im Schneckenteil aus, wodurch eine genaue und gleichmassige Förderung am Austrittsende erzielt wird.



   Bei einer bevorzugten Ausführung ist auch der Abstand zwischen den Gewinden des Schneckenteiles und des   Gefässteiles    mittels einer besonderen Verstellvorrichtung, welche sich zwischen beiden diesen Teilen befindet, axial verstellbar. Diese Verstellung des Abstandes kann dazu dienen, die Stufe von Vermischung zu verändern, die Beschaffenheit und Dicke der Schicht der festen Teilchen, welche sich in Berührung mit der porösen Oberfläche befinden, zu beeinflussen oder auch zum Ausgleich einer   Abnüt-    zung der Gewinde.



   Der poröse Teil der Wände kann den vorstehenden Teil der Gewinde und/oder die Nuten enthalten, und zwar im Schneckenteil wie auch im   Gefässteil.   



   Wenn ein Teil der Oberfläche des Schneckenteiles porös ist, so sind im Schneckenteil Kanäle vorgesehen, welche den porösen Teil mit Mitteln zum Austritt der Flüssigkeit verbinden.



   Wenn ein oder mehrere Teile der Oberfläche des   Gefässteiles    porös sind, so können die   äusseren    Flächen jedes der porösen Teile mit Mitteln zum Sammeln der durch die porösen Teile durchtretenden Flüssigkeit versehen sein. Die Mittel zum Sammeln der Flüssigkeit können voneinander getrennt sein oder können miteinander in offener oder regelbarer Verbindung stehen, oder sie können schliesslich miteinander verbundene Gruppen oder Folgen bilden.



   Die Beschaffenheit der porösen Oberfläche kann verschieden sein, je nach der Beschaffenheit der Komponenten der Mischung, mit welchen sie zusammenwirkt, oder welche voneinander getrennt werden sollen. So z. B., wenn sehr feine feste Teilchen, wie dies bei industriellen Prozessen oft der Fall ist, nicht durch den porösen Teil oder die porösen Teile der Wände durchtreten sollen, so muss ein Material mit sehr feinen Poren verwendet werden.



   Das Material, welches zur Ausbildung des   porö-    sen Teiles oder der porösen Teile der Vorrichtung dient, kann poröses Metall sein. Bei einem bekannten von der   Pall    Corporation (USA) vertriebenen   porö-    sen Metall werden z. B. Teilchen der   Grosse    von   1    Mikron zurückgehalten. Es können jedoch auch andere poröse Materialien Verwendung finden, so z. B.



  Kunstharze oder keramische Materialien.



   In Fällen, in welchen die Temperatur während des Verfahrens   beeinflusst    werden soll, wie z. B. bei Prozessen, bei denen ein Auslaugen erfolgt, bei welchen die Beschaffenheit und Menge des ausgelaugten Materials auf Änderungen der Temperatur sehr empfindlich sein kann, kann die Vorrichtung zur Aus übung des   erfindungsgemässen    Verfahrens mit Mit  teln    zur Heizung oder zur Kühlung versehen sein, wie z. B. mit einem heizenden oder kühlenden Mantel, der mit Dampf, Ö1 oder einem Kühlmittel gespeist wird, oder es können elektrische Heizkörper oder andere bekannte Mittel zum Heizen oder zum Kühlen verwendet werden, die von Fall zu Fall entsprechend der betreffenden Funktion der Vorrichtung ausgebildet sein können.



   Es ist möglich, die Vorrichtung so auszubilden, dass eine Verminderung des Radius des Schneckenteiles und des   Gefässteiles    in der Richtung zum Austrittsende erfolgt. Dadurch entsteht eine Verminderung des Querschnittes des Kanales, welcher durch die Zusammenwirkung der Gewinde der beiden Teile entsteht, wodurch auf die Mischung bei ihrem Weg durch den Kanal ein sich erhöhender Druck ausgeübt wird.



   Die Materialien, welche beim Bau der Vorrichtung verwendet werden, hängen weitgehend von der Beschaffenheit der Materialien, die in der Vorrichtung getrennt werden sollen, ab. Sie sollen jedoch vorzugsweise korrosionsfest und/oder   widerstandsfä-    hig gegen Abrasion sein. Die Oberflächen der Vorrichtung, welche mit den zu behandelnden Materialien in Berührung kommen, können auch mit Materialien beschichtet sein, welche die erwähnten Eigenschaften aufweisen.



   Das   erfindungsgemässe    Verfahren kann auch automatisch geregelt werden, durch Einstellung der Speisemenge und des Druckes der zu behandelnden Materialien.



   Das   erfindungsgemässe    Verfahren kann auf einem weiten Gebiet von industriellen Prozessen Anwendung finden, und zwar überall, wo eine Entfernung einer Flüssigkeit aus einer Mischung einer Flüssigkeit mit festen Teilchen erforderlich ist, wie z. B. aus einer Suspension oder einer   breiförmigen    Masse.



   Die an den porösen Flächen verwendete Druckdifferenz ist von der zu behandelnden Mischung ab  hängig    und auch von der angestrebten Stufe der Filtrierung. Für viele industrielle Trennprozesse hat sich dabei eine Druckdifferenz von ungefähr 7   atü    als geeignet erwiesen. Die verwendete Vorrichtung ist allerdings insbesondere für eine Arbeit bei sehr hohen Drücken geeignet und auch für die Anwendungen, wo durch Verarbeitung einer vorgewärmten   breiförmigen    Mischung die Geschwindigkeit der Filtrierung   vergrössert    werden kann und somit in bedeutendem Masse die Leistung pro Einheitsvolumen der Vorrichtung, und zwar durch Verminderung der Viskosität der flüssigen Komponente, die in diesem Falle als der zu gewinnende Teil betrachtet werden kann.

   Es ist möglich, eine Reihe der erfindungsgemäss vorgesehenen Filtrier-Vorrichtungen in Serie zu verwenden, wobei die aus einer Vorrichtung austretende feste Masse mit frischer Flüssigkeit vermischt werden kann, wonach die resultierende Mischung oder der Brei der nächsten Vorrichtung zugeführt wird. Dieser Vorgang ist insbesondere bei Prozessen anwendbar, bei welchen die feste Masse das zu gewinnende Produkt ist, z. B., wo die festen Teilchen gewaschen werden, zwecks Beseitigung eines sie umgebenden, löslichen Materials, oder bei Prozessen, wo eine Auslaugung mit Gegenstrom erfolgt, z. B. bei der  Extraktion eines löslichen Metalles aus einem Erz.



  Bei Wasch-Prozessen kann das feste Material in einer Reihe von Stufen mit einer oder mehreren   Flüssig-    keiten gewaschen werden, welche gleich wie die ursprüngliche Flüssigkeit oder von dieser verschieden sein können.



   Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das zu behandelnde Material dem porösen Medium in einer Schicht zugeführt wird, deren Dicke durch die Geometrie der Zone, z. B. des Schneckenteiles und des   Gefässteiles,    wenn diese die Zone begrenzen, bestimmt ist. Da es die Vorrichtung ermöglicht, dauernd eine neue Schicht des zu behandelnden Materials dem porösen Teil oder den porösen Teilen der Vorrichtung zuzuführen, ist die Geschwindigkeit der Trennung der Materialien, bezogen auf eine Einheit der porösen Oberfläche sehr gross und übersteigt bedeutend die Geschwindigkeiten, welche mit den bekannten Vorrichtungen erzielbar sind. Es ist daher möglich, eine gewünschte Stufe der Trennung in einer relativ kurzen Zeit bzw. einem relativ kurzen Zeitintervall zu erzielen.

   Die optimale Geschwindigkeit des Filtriervorganges kann auch durch Einstellung der Dicke der zu behandelnden Schicht eingestellt werden, wobei diese Schicht unabhängig ist von der Speisemenge und einzig bestimmt ist durch die Charakteristik des Verhältnisses der Schichtdicke zur Geschwindigkeit der Filtrierung der zu behandelnden Mischung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung in einem grossen Bereich von Temperaturen und Drücken anwendbar ist. Ausserdem kann die Temperatur bzw. der Druck konstant gehalten oder verändert werden. Auf diese Weise kann ein stark veränderlicher Druck-Gradient in der Vorrichtung erzielt werden, welcher mit einem Austritt der zusammengepressten festen Teilchen in Form eines Kuchens bei atmosphärischem Druck endet.



   Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patent Nr. 19/65 beschrieben.



   Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.



  In dieser zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung, die   erfindungsgemäss    für die Trennung einer Flüssigkeit aus einer Mischung einer Flüssigkeit mit einem festen Stoff verwendet werden kann ;
Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung aus Fig. 1 in   vergrössertem    Massstab und
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie   111-111    in Fig. 1.



   Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Filtriereinheit, die mit 2 bezeichnet ist, ist auf einem Rahmen montiert, welcher eine Reihe von Stützen, Profile und Winkeln 4 enthält, welcher Rahmen zur Erhöhung seiner Steifigkeit auf dem Boden festgeschraubt sein kann. Der Filtrierteil der Vorrichtung enthält einen Schneckenteil 6, der in einem   Gefässteil    8 koaxial drehbar gelagert ist. Der   Gefässteil    8 ist fest mit dem Rahmen 4 verbunden. Im drehbaren Schneckenteil 6 ist eine schraubenförmige Nut 10 und im   Gefässteil    8 eine Nut 12 mit entgegengesetztem Sinn der Steigung ausgebildet.

   Weiter sind im   Gefässteil    und im Schneckenteil schraubenförmige Nuten 14 bzw. 16 ausgebildet. Über den schraubenförmigen Nuten 14 und 16 befinden sich schraubenförmige Streifen 18 aus porösem Metall. Der Schneckenteil 6 ist mit einer   grösseren    Anzahl von Kanälen 20 versehen, welche die schraubenförmigen Nuten 16 mit dem hohlen Innenraum des Schneckenteiles 6 verbinden. Die schraubenförmigen Nuten im   Gefässteil    8 sind mittels einer   grösseren    Anzahl von Bohrungen 24, die im   Gefässteil    8 ausgebildet sind (Fig. 3), mit einem Austrittskanal 22 für die Flüssigkeit verbunden.



   An einem Ende des Innenraumes 17 des Schnekkenteiles 6 ist eine Austrittsöffnung 26 ausgebildet, die wahlweise entweder mit einem Austrittskanal 28 für die Flüssigkeit verbunden werden kann oder mit einem hohlen zentralen Rohr 30 des Schneckenteiles 6.



   In Fortsetzung des Schneckenteiles und des Ge  fässteiles    befindet sich ein mit 32 bezeichneter Teil zur Erzielung dynamischen Druckes, welcher sich von den beiden erwähnten Teilen insbesondere dadurch unterscheidet, dass in diesem weder die   porö-    sen metallischen Streifen 18 noch den Bohrungen 20, 24 entsprechende Bohrungen vorgesehen sind.



   Konzentrisch mit einer Welle 34 ist ein flan  schenförmiger    Teil 32'angeordnet, welcher durch Stellmotoren 36 aus der in Fig. 1 gezeichneten Stellung in eine Stellung beweglich ist, in welcher dessen Fläche von dem Ende 38 des   Gefässteiles    8 entfernt ist und dieses nicht berührt.



   Der Schneckenteil erhält einen Antrieb vom Motor 40 über eine Antriebswelle 42 und eine Welle 44, die in einer Lageranordnung 46 gelagert ist.



   Durch die Drehung eines Gewindeteiles (48) kann eine axiale Einstellung des Schneckenteiles 6 erzielt werden, und zwar wird, je nach der Drehrichtung dieses Teiles entweder der Schneckenteil 6 aus dem Ge  fässteil    8 hinaus oder es wird der Schneckenteil 6 in den   Gefässteil    8 hinein bewegt, so dass eine Einstellung des Abstandes zwischen dem im Schneckenteil und im   Gefässteil    durch die schraubenförmigen Nuten gebildeten Gewinde möglich ist.



   Eine   Flüssigkeitsdichtung    50 verhindert ein Austreten der durch den Eintrittskanal 52 zugeführten Mischung ins Lager 46. Eine Öffnung 52'ist für den Abfluss der aus der Dichtung 50 austretenden   Flüs-    sigkeit vorgesehen.



   Die Vorrichtung ist weiter mit einer   grösseren    Anzahl von Dichtungsringen 54 des   O-Ring-Typs    versehen.



   Bei einer Inbetriebsetzung der Vorrichtung wird der   flanschenförmige    Teil 32'zuerst durch die Stellmotoren 36 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung gebracht und das zu filtrierende Material wird in die Vorrichtung durch den Eintrittskanal 52 eingeführt.



  Der Schneckenteil wird mit Hilfe des Motors 40 in eine rotierende Bewegung gebracht, wodurch die in die Vorrichtung eingeführte Mischung im Zwischenraum zwischen den schraubenförmigen Nuten 10 des Schneckenteiles 6 und den schraubenförmigen Nuten 12 des   Gefässteiles    8 in der Richtung zum Teil 32 bewegt wird. Während seiner Bewegung entlang der Vorrichtung wird das Material aus den   schraubenför-    migen Nuten 10 in die schraubenförmigen Nuten 12 überführt und zwar infolge der Änderungen des Querschnittes von einem Maximum zu einem Minimum dieser schraubenförmigen Nuten.

   Sobald sich in der Vorrichtung ein gewünschter Druck aufgebaut hat, wird der Teil 32'durch Verminderung des Drukkes der Stellmotoren 36 aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung in eine vom Ende 38 des   Gefässteiles    8 entferntere Stellung gebracht.



   Die in der Mischung enthaltene Flüssigkeit dringt durch die porösen metallischen Streifen 18 und die Bohrungen 20 in die Austrittsöffnung 26 und durch die Bohrungen 24 in den Austrittskanal 22 für die Flüssigkeit. Von der Austrittsöffnung 26 kann die Flüssigkeit entweder in den Austrittskanal 28 geführt werden, aus welchem sie in die Öffnung 52'gelangt, oder sie kann in das Rohr 30 geführt und durch das Ende der Welle 34 entfernt werden. Wenn die   Flüs-    sigkeit auf diese an zweiter Stelle genannte Art entfernt werden soll, so muss eine Saugvorrichtung an das Ende der Welle 34 angeschlossen werden.

   Wenn die aus der Mischung entfernte Flüssigkeit und die in der   Flüssigkeitsdichtung    50 verwendete Flüssigkeit nicht weiter benötigt werden, so kann eine Strömung der Flüssigkeit aus dem Innenraum des Schneckenteiles 6 durch die Austrittsöffnung 26 und den Aus  trittskanal    28 zugelassen werden, wo sich diese mit der Flüssigkeit aus der   Flüssigkeitsdichtung    vermischt und durch die Öffnung 52'abfliesst. Sobald jedoch beide Flüssigkeiten getrennt bleiben sollen, muss an das Ende der Welle 34 eine Saugvorrichtung angeschlossen werden, wobei das Filtrat durch das Rohr 30 abgesaugt wird.

   Die festen Bestandteile der ursprünglichen Mischung von festen Teilen mit einer Flüssigkeit werden durch die ganze Filtriervorrichtung geführt und treten aus dieser durch den Zwischenraum zwischen dem Teil 32'und dem Ende 38 des   Gefässteiles    8 aus, nachdem der Teil 32'vom Ende 38 entfernt wurde.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Entfernung von Flüssigkeit aus einer Mischung einer Flüssigkeit mit festen Teilchen, gekennzeichnet durch das Einführen der Mischung in eine längliche Filtrierzone mit ringförmigem Querschnitt, die mindestens teilweise mit einer porösen Wand versehen ist, durch welche die Flüssigkeit aus der Filtrierzone in einen Flüssigkeitsaustritt strömen kann, eine darauffolgende Leitung der Mischung durch die Filtrierzone sowie eine Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz zwischen der Filtrierzone und dem Flüssigkeitsaustritt, wodurch die Flüssigkeit aus der Mischung zum Durchtritt durch den porösen Teil der Wand in den Flüssigkeitsaustritt gebracht wird.

   II. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierzone durch zwei konzentrische Wände (6, 8) mit darin ausgebildeten Gewinden (10,12) gebildet ist, wobei die Gewinde in den beiden Wänden in mindestens einem Teil ihrer Länge Steigungen mit einander entgegengesetztem Sinn aufweisen und der Querschnitt mindestens eines Teiles der durch das Gewinde gebildeten Nuten sich in beiden Wänden in entgegengesetztem Sinne von einem Maximum zu einem Minimum verändert, und dass mindestens ein Teil der Wände (18) porös ist und den Durchtritt von Flüssigkeit aus der Filtrierzone in einen Flüssigkeits- austritt (30,52) gestattet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in der Filtrierzone auch in einer anderen Richtung als der Längsrichtung bewegt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierzone beheizt wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrierzone gekühlt wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz einen Wert von angenähert 7 atü aufweist.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wände (6) der Filtrierzone gegenüber der anderen drehbar ist.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil (18) der Wände die Form je mindestens eines Gewindes aufweist, das in jeder der Wände der Filtrierzone ausgebildet ist.

   7. Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand (6) der Filtrierzone drehbar und die äussere Wand (8) der Filtrierzone unbeweglich ist.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gewinde gebilde- ten Nuten (10, 12) einen durch Veränderung deren Tiefe gebildeten veränderlichen Querschnitt aufweisen.

   9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand der in den beiden Wänden der Filtrierzone ausgebildeten Gewinde (10,12) verstellbar ist.

   10. Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchmesser der Wände (6,8) der Filtrierzone in der Richtung zum Austrittsende vermindern und dass die Einstellung des Abstandes zwischen den Gewinden durch axiale Verschiebung einer der Wände (6) erfolgt.

   11. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil (18) aus porö- sem Metall besteht.

   12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Mischung einer Flüssigkeit mit festen Teilchen suspensionsförmig bis breiförmig ist.