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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsfilter mit körnigem
Filtermaterial und zwar einen Filter mit in dem Filtermaterial vorgesehenenen, nur
einen Teil der Filterbetthöhe einnehmendem Gitter.
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Das Durchleiten von Flüssigkeiten durch eine aus körnigem Material
bestehende Schicht ist schon lange bekannt. Wenn jedoch die zu filtrierende Flüssigkeit
beträchtliche Mengen an Feststoffen enthält, so setzen sich diese auf der Oberfläche
der Filterkörner ab, so daß das Filtermaterial in kurzer Zeit verstopft ist.
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Diese Schwierigkeiten konnten bisher noch nicht überwunden werden.
Man hát zwar versucht, bei der Filtration an Stelle der allgemein üblichen Durchleitung
durch das Filterbett von oben nach unten, von unten nach oben Q iiltrieren.-Dies
konnte bisher nur mit Schwierigkeiten ausgeführt werden, weil unvermeidlich Durchbrüche
im Filterbett auftreten, wobei dann die Flüssigkeif ohne irgendeine Filtration das
Bett passiert. Nur bei einer sehr langsamen Filtriergeschwindigkeit werden diese
Durchbrüche für eine kürzere Betriebszeit vermieden; bei höherer Geschwindigkeit
kann das Bett aber durch Fluidisation homogen werden, wodurch die Filtration auch
beeinträchtigt wird. In keinem dieser Fälle wird aber ein ausreichender Filtrationseffekt
erreicht.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Flüssigkeitsfilter mit körnigem
Filtermaterial, wobei in dem Filtermaterial ein Gitter vorgesehen ist, welches nur
einen'Teil der-Filterbetthöhe einnimmt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
das Gitter bei einer Filtration von unten nach oben in der Nähe der filtratseitigen
Oberfläche im Filtermaterial vorgesehen ist.
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Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei dem erfindungsgernäßen
Flüssigkeitsfilter die obenerwähnten Schwierigkeiten nicht auftreten.
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In der deutschen Patentschrift 832 596 wird zwar schon ein Filter
mitkörnigem Filtermaterialbeschrieben, bei dem auf der Oberfläche des Filtermaterials
eine in der Höhe bewegliche, flüssigkeitsdurchlässige Auflage, beispielsweise ein
Siebboden, vorgesehen ist; dieses Filter ist jedoch offensichtlich für den Spezialfall
entwickelt worden, wo das Filtermaterial durch Schrumpfung oder Quellung eine Volumenänderung
erleidet.
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Die bewegliche Auflage hat nämlich die Fähigkeit, sich der Volumenänderung
anzupassen. Bei normalem Filtermaterial tritt aber im allgemeinen eine Schrumpfung
der Quellung nicht auf, so daß hierfür auch keine Vorsorge getroffen zu werden braucht.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 021 919 ist weiter ein Aufwärtsfilter
für Wasser bekannt, das zur Vermeidung einer Kanalbildung mit einem Gitter mit senkrecht
verlaufenden Flächen versehen ist. Das Gitter ist an der Rohwasserseite angebracht,
erstreckt sich aber nur bis auf die Hälfte der Betthöhe, um das Auftreten des sogenannten
»Wandeffekts« zu-vermeiden. Das hat aber zur Folge, daß das Gitter dann nicht mehr
für die obere Hälfte wirkt, d. h. den Seitwärtsstrom nicht mehr halten kann, so
daß das Wasser in der oberen Hälfte lokalisiert nach oben steigt, also einen Durchbruch
bewirkt, der aber gerade verhindert werden soll.
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Aus der französischen Patentschrift 692 147 ist ferner ein Flüssigkeits-Reinigungsapparat
bekannt, der auf dem Sedimentationsprinzip beruht. Der Apparat hat aber den Nachteil,
daß der Durchsatz im Verhältnis zum Volumen des Apparats relativ klein gehalten
werden muß.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filter tritt beim Durchleiten der Flüssigkeit
während eines Durchganges ein Durchbruch selbst bei einem Druckverlust von 1 m Wassersäule
und mehr nicht auf, so daß der Druck über das normale Maß erhöht werden kann, ohne
daß die Filterschicht aufgewirbelt wird. Das wird dadurch erreicht, daß im Filtermaterial
das Gitter in der oben beschriebenen Weise vorgesehen ist.
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Vorzugsweise sind mehrere Gitter übereinander vorgesehen ist. Bei
dem erfindungsgemäßen Filter wird das Auftreten einer geschlossenen Wirbelschicht
im expandierten Bett des Filtermaterials vermieden, wo-'durch eine bessere Klassifikation
des Bettes erzielt wird.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es
zeigt A b b. 1 ein Filter ohne Gitter, A b b. 2 mehrere übereinander angeordnete
Gitter, A b b. 3 ein Filter mit mehreren übereinander angeordneten Gittern.
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Die Abmessungen sind willkürlich gewählt und können selbstverständlich
den Umständen entsprechend variiert werden. Am Boden des Filters B sind in Längsrichtung
viet Verteilungselemente A angebracht.
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An den unteren Kanten der Verteilungselemente befinden sich dreieckige
Öffnungen in Abständen von jeweils 10 cm, wodurch eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung
gewährleistet wird. Diese Elemente werden gegebenenfalls zur Verstärkung des Bodens
mit dem Boden verschweißt. Es können aber auch andere Verteilungsssysteme verwendet
werden, wie konventionelle Spüldüsen oder perforierte Rohre. Die zu filtrierende
Flüssigkeit und die Spülflüssigkeit werden bei C bzw. D zugeführt. An der oberen
Kante des Filters befindet sich eine Rinne E für die Abführung des Spülwassers.
Bei F wird die Abführleitung angeschlossen. Die Oberfläche des Filtermaterials befindet
sich unterhalb der Abführung. Das Filtermaterial ruht auf einer Tragschicht aus
gröberem Material. Die Tragschicht selbst besteht meistens aus mehreren übereinander
angeordneten Schichten aus Material mit von unten nach oben abnehmender Korngröße.
Bei einer Filterschichtdicke von z, B. 1,5 m, bestehend aus Filtermaterial einer
Korngröße von 1 bis 2 m, setzt sich die Tragschicht von unten nach oben aus folgenden
Schichten zusammen: 16 cm mit einer Korngröße von 10 bis 15 mm, 6 cm mit einer Korngröße
von 6 bis 10 mm, 6 cm mit einer Korngröße von 3 bis 6 mm, 6 cm mit einer Korngröße
von 2 bis 3 mm.
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In dem Filtermaterial G ist das Elementsystem eingebettet. Es besteht
nach A b b. 2 aus - vier aufeinandergeschweißten Gittern W aus 6 mm breiten und
30 mm hohem Flacheisen. Die Gitterstäbe laufen parallel. Die Gitterstäbe des ersten
und dritten und des zweiten und vierten Gitters stehen jeweils senkrecht aufeinander.
Das Elementarsystem ist fest angebracht, läßt sich also nicht bewegen. Der Gitterabstand
H richtet sich nach den jeweiligen Arbeitsumständen.
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Das Gitter unterteilt den Durchlaß des Filtergehäuses in mehrere
einzelne Zellen. Die unteren Seiten der Gitterstäbe bilden die Basis für nach unten
gerichtete Gewölbebögen, die durch das Filtermaterial im Filterbett gebildet werden.
Durch diese Gewölbebildung wird das Filtermaterial zusammengehalten, wodurch Durchbrüche
vermieden werden. Ein Element
kann z. B. aus einem einfachen Horizontalgitter
bestehen. Gegebenenfalls können zwei oder mehrere Elemente angebracht werden. Die
Gitterabstände bzw. die Dimensionen der durch die Gitter gebildeten Zellen werden
hauptsächlich bestimmt durch die Teilchengröße und die Art des Filtermaterials und
spielen weiter insofern eine Rolle, als der Druckverlust, wobei endlich doch Durchbrüche
auftreten, um so höher sein kann, je kleiner die Gitterabstände bzw.
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Zelldimensionen sind. Werden Sandkörner als Filtermaterial verwendet,
so kann durch die Anwendung eines Gitters ein Druck von mehreren Atmosphären angewandt
werden, und zwar sogar bei einem offenen Filter. Es ist nicht immer zweckmäßig,
die Gitterabstände bzw. die Dimensionen der Zellen unnötig klein zu halten, da das
Filter ja auch gereinigt werden muß. Bei dieser Reinigung müssen die Gewölbebögen
abgebaut werden, also das Filtermaterial losgemacht werden. In vielen Fällen wird
das mit Hilfe von Luft oder durch Aufspülen mit einer Flüssigkeit oder auch mechanisch
von oben erreicht. Es ist aber zweckmäßiger, die Durchlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit
zu erhöhen und auf diese Weise einen Durchbruch zu erreichen. Dabei wird das Filtermaterial
oberhalb des Elements entfernt, und die Gewölbe, die sich im und unter dem Zell
system gebildet haben und die primär die gleichmäßige Verteilung der aufwärtsgerichteten
Kräfte im Filtermaterial bewirken, brechen zusammen. Da ein breites Gewölbe leichter
zusammenbricht als ein schmales, sollen die Gitterabstände bzw. Zelldimensionen
nicht zu klein sein. Die Dimensionen können von 25 mm und kleiner gewählt werden,
die Maschenweite kann aber auch das Zehnbis Hundertfache betragen. Wenn für das
Elementsystem Walzeisen mit dreieckigem Profil verwendet wird, dessen Spitze nach
unten gerichtet ist, oder wenn Walzeisen verwendet wird, dessen Profil auch nur
an der Oberseite verbreitert ist, z. B. ein T-Profil, wird eine sehr Wirkung erzielt.
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Für das Elementsystem können auch Flacheisen, perforierte Blätter,
Drahtgeflechte usw. verwendet werden. Zum Beispiel wird die in A b b. 2 gezeigte
Konstruktion verwendet. Diese Konstruktion besteht aus vier aufeinandergeschweißten
parallelen Gittern aus Flacheisen. Die Stäbe des ersten und dritten und die des
zweiten und vierten Gitters stehen jeweils senkrecht aufeinander. Der gewählte Gitterabstand
hängt von den jeweiligen Arbeitsbedingungen ab.
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Neben dieser Konstruktion sind aber auch andere möglich. In vielen
Fällen wird mit einem einzigen Gitter auch eine gute Wirkung erzielt. Die Konstruktion
spielt während der Reinigung beim Auswaschen des Filters eine wichtige Rolle. Insbesondere
läßt sich durch eine geeignete Konstruktion der im Filtermaterial untenliegenden
Elemente die beim Waschen häufig auftretende unerwünschte Zirkulation des Filtermaterials
im expandierten Filterbett verhindern oder zumindest stark einschränken. Beim Waschen
muß eine solche Zirkulation vermieden werden, um die Klassifikation des körnigen
Materials nach der Teilchengröße nicht zu beeinträchtigen. In einem gut klassifizierten
Bett liegen nämlich die groben Teilchen unten und die kleinen oben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filter kann im allgemeinen auf ein besonders
Abführsystem verzichtet werden. Nur beim Filtrieren durch feinkörniges Filtermaterial
mit niedrigem spezifischem Gewicht, z. B. durch Ionenaustauscher, oder wenn die
Flüssigkeit ein hohes spezifisches Gewicht aufweist, können bei hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten
Schwierigkeiten auftreten.
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Feststoffteilchen werden dann mit dem Flüssigkeitsstrom fortgerissen,
und die Gewölbe werden vorzeitig zusammenbrechen. In diesem Fall führt man die Flüssigkeit
unmittelbar oberhalb oder unterhalb des oberen Elements, gegebenenfalls mit Hilfe
von Vakuum, über ein besonderes Abführsystem ab.
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Man kann diese Schwierigkeiten auch vermeiden, indem man ein Material
mit niedrigem spezifischem Gewicht und größerer Teilchengröße als das eigentliche
Filtermaterial über diesem gewissermaßen als Hilfsmedium aufbringt. Das Gitter wird
in diesem Hilfsmedium angeordnet. Es kann in diesemFall auf ein besonderes Abführsystem
verzichtet werden, und die Abmessungen der Zellen brauchen nicht sehr klein gewählt
werden.
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Das erfindungsgemäße Filter weist verschiedene Vorteile auf. So kann
das Filter in einem viel stärkeren Ausmaß mit in der Flüssigkeit vorhandenen feinen
Feststoffen beladen werden, als das bei konventionellen Filtern möglich ist. Ferner
ist die Kapazität des Filters größer. Die Feststoffabscheidung findet im konventionellen
Filter im wesentlichen in einer Ebene statt, beim erfindungsgemäßen Filter durch
die Filtration von unten nach oben, also in Richtung abnehmender Korngröße des Filtermaterials,
dagegen im gesamten Raum. Es ist auch die Möglichkeit gegeben, Substanzen durch
Adsorption an den Filtermaterialteilchen abzuscheiden. Man kann daher mit dem erfindungsgemäßen
Filter auch Probleme lösen, die mit konventionellen Filtern nicht gelöst werden
können.
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So ist beispielsweise die Abscheidung von Kolloiden möglich, wodurch
andere Filter nach kurzer Zeit verstopft würden. Im Gegensatz zu einem konventionellen
Filter ist außerdem eine völlige Reinigung des verstopften Filtermaterials nicht
erforderlich.
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Der Bedarf an Spülflüssigkeit wird hierdurch und durch die große Kapazität
des Filters relativ klein gehalten.