DE3341642A1

DE3341642A1 - Aus einem gehaeuse und mindestens einem filterelement bestehende filteranordnung

Info

Publication number: DE3341642A1
Application number: DE19833341642
Authority: DE
Inventors: Donald Edward Heaton Moor Stockport Brown
Original assignee: Domnick Hunter Filters Ltd
Current assignee: Domnick Hunter Ltd
Priority date: 1982-11-17
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1984-07-05

Description

Aus einem Gehäuse und mindestens einem
Filterelement bestehende Filteranordnung Die Erfindung betrifft eine aus einem Gehäuse und mindestens einem Filterelement bestehende Filteranordnung.
In der Filtertechnik ist es bekannt, eine Fest-Flüssig-Suspension dadurch zu filtern, daß sie quer zu einem Filtermedium geführt wird, an dem ein Differentialdruck aufrechterhalten wird, so daß das Filtrat das Filtermedium passiert, während die Feststoffanteile zusammen mit ungefilterter Flüssigkeit aus der Filteranordnung austreten zwecks weiterer Aufnahme. Hierbei werden die Strömungsbedingungen geregelt, um die Ablage von Feststoffen an der Oberfläche des Filtermediums zu begrenzen.
Diese Technik wird angewandt, um die Flüssigkeit von einer Suspension zu trennen oder, im Gegensatz hierzu, eine Fest-Flüssig-Suspension zu konzentrieren. Unter dem Ausdruck "Feststoffe" sind im Sinne der Erfindung alle die Feststoffe zu verstehen, welche von einer Flüssigkeit zu trennen sind, unabhängig davon, von welcher Größe das jeweilige Feststoff-11Material ist.
Diese Filtertechnik kann beispielsweise zur Rückgewinnung von Antibiotika, Enzymen u. ä. aus Filtraten benutzt werden, in der Konzentration von Zellsuspensionen oder für das Waschen und Resuspendieren von Zellen Ein Beispiel dieser Filtertechnik ist das sogenannte Querstrom-Filtern (cross-flow filtration), die ebenfalls als sogenanntes Tangentialstrom-Filtern (tangential flow filtration) bekannt ist.
In der Querstrom-Filtertechnik ist es bekannt, als Filterelement ein rohrförmiges Filtermedium von kreisförmigem Querschnitt aus porösem Material zu benutzen. Die Feststoff-Flüssig-Suspension wird in das Innere des Filterelementes an der einen Seite eingeführt, das Filtrat wird an der Außenseite des Filterelementes gesammelt und die konzentrierte Suspension verläßt das Filterelement an seiner gegenüberliegenden Seite.
Es ist auch bekannt, daß die Suspension über die äußere Oberfläche des Filterelementes von seinem einen Ende zum anderen Ende fließt, so daß das Filtrat an der Innenseite des Filterelementes gesammelt wird. In beiden Fällen ist ein Differentialdruck über das Filterelement aufrechtzuerhalten, um die Filterwirkung zu unterstützen. Die Strömungsbedingungen sind so gewählt und werden so aufrechterhalten, daß die Ablagerung von Feststoffen auf der Oberfläche des Filterelementes begrenzt wird.
Obwohl diesen Querstrom-Filteranordnungen eine effektive Arbeitsweise zu eigen ist, liegt ein Mangel insofern vor, als es sehr schwierig ist, diese zu demontieren, wenn das jeweilige Filterelement für Reinigungszwecke oder zwecks Ersatz aus der Anordnung herauszunehmen ist. Diese Schwierigkeit wird noch vergrößert, wenn es sich um solche Filteranordnungen mit Mehrfach-Filtern handelt, da dann außer zwei Endplatten eine Vielzahl von langgestreckten rohrförmigen Filterelementen vorhanden sind, die sich zwischen diesen Endplatten erstrecken sowie entsprechende Aufnahmen erfordern.
Es ist ohne weiteres einzusehen, daß ein Austausch eines Filterelementes besonders schwierig ist, da dabei mindestens eine Endplatte zu entfernen ist, so daß nicht nur das betroffene Filterelement, sondern alle Filterelemente freiliegen.
Ferner erfordert eine solche Ausbildung, daß alle Löcher in den Endplatten richtig ausgerichtet sind, anderenfalls die Filterelemente nicht in den gewünschten oder geforderten Positionen angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Filteranordnungen dieser Art derart zu verbessern, daß die vorstehend angeführten Nachteile nicht mehr vorhanden bzw. vermieden sind.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüche Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Filteranordnung ist es besonders leicht, einfach durch Entfernen des Verschlußgliedes Zugriff zum Filterelement zu erlangen und dieses dann auf einfache Weise aus dem Gehäuse zu entfernen, um es zu reinigen oder auszuwechseln. Dies gilt auch dann, wenn eine Vielzahl von Filterelementen zusammengefaßt in einem Gehäuse angeordnet sind. Diese Filterelemente sind genau positioniert in ihren vorgeschriebenen Lagen innerhalb des Gehäuses und können einzeln oder insgesamt -entfernt werden, sobald das Verschlußglied entfernt ist. Diese Wartungs- und Reparaturarbeiten sind möglich, unabhängig davon, wie die Filteranordnung eingebaut ist. Normalerweise ist eine solche Filteranordnung so orientiert eingebaut, daß die Achsen des oder der Filterelemente vertikal oder im wesentlichen vertikal liegen, obwohl auch andere Orientierungen durchaus möglich sind.
Die Erfindunq ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch im Querschnitt dargestellten Ausführunnsbeispiels beschrieben.
Eine Querstrom-Filter-Anordnung umfaßt, wie die Zeichnung zeigt, ein aus einem einen Zylindermantel bildenden Wandteil 1, einer Abdeckung 2 und einer Rohrverzweigung 3 bestehendes Gehäuse. Das wandteil 1 und die Abdeckung 2 können im Gegensatz zur Zeichnung ein integrales Bauteil sein und dadurch ein abnehmbares Abdeckglied bilden, das mit der Rorlrverzweiguna 3, z.D. durch nicht dargestellte Klammern lösbar verbunden ist. Durch geeignete Dichtungsmittel ist as andteil 1 gegenuber der Rohrverzweigung abgedichtet, um cn Austritt von Flüssigkeit während des Filtervorganges zu verhindern.
Es kann aber auch das Wandteil 1 mit der Rohrverzweigung ein integrales Bauteil bilden, so daß dann die Abdeckung 2 mit dem Wandteil 1 lösbar befestigt ist, wobei ebenfalls eine geeignete Dichtung zwischen Abdeckung und Wandteil für die Abdichtung sorgt.
Es kann aber auch eine Ausbildung gewählt werden, in der ein lösbares Abdeckelement Teil der Seitenwandung 1 bildet.
Innerhalh des Gehäuses ist ein rohrfärmiges Filterelement 4 angeordnet, das aus einem geeigneten der zu filternden Suspension angeDaßten material besteht, z.B. ein dickwandiges kunststoffrohr oder ein Rohr aus einem Sintermaterial, z.B.
s rostfreien Stahl, Phosphor-Bronze oder aus Polypropylen.
Die Rohrverzweigung besitzt eine zentrale Zylinderbohrung Ba mit der ein Rohr 5 kommuniziert. Auf diese Weise ist ein erster Flüssigkeitsauslaß gebildet, aus dem Flüssigkeit mittels des Rohres 5 abgezogen werden kann.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sitzt das Filterelement 4 auf einem Dichtungsring 6, der sich auf dem flanschartigen Teil der Bohrung 3a abstützt.
Ein Flüssigkeits-Einlaßrohr 7 durchsetzt die Zylinderbohrung 3a und ist Teil der Rohrverzweigung 3. Das koaxial zum Filterelement angeordnete Rohr 7 reicht bis zu einer Position kurz vor dem oberen Ende des Filterelementes. Eine Platte 8 bildet einen oberen Verschluß für das Filterelement; diese Platte sitzt am oberen Ende des Filterelementes unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 9. Die Platte 8 ist ferner mittels eines zentralen Bolzens Ya zu dem Rohr 7 positioniert und mit diesem fest verbunden.
Ein oberer Filtrat-Auslaß 11 und/oder ein unterer Filtrat-Auslaß 10 sind im Gehäuse 2, wie dargestellt, vorgesehen.
Im Gebrauch der Filteranordnung wird die zu filtrierende Flüssigkeit mit großer Geschwindigkeit über das Rohr 7 am oberen Ende des Filterelementes eingeführt, um dann entlang dem Ringraum zwischen Filterelement 4 und Rohr 7 in Richtung der Pfeile A zu strömen.
Durch nicht dargestellte Mittel ist eine Druckditterenz zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des Filterelementes - wie es bei Querstrom-Filteranordnungen üblich ist - erzeugt, so daß ein Teil der Flüssigkeit das Filterelement in Richtung der Pfeile B passiert. Die Flüssigkeit, die den Ringraum zwischen dem Rohr 7 und dem Filterelement 4 nach unten passiert, wird mehr und mehr in ihrem Feststoffgehalt konzentriert, bis die Flüssige keit die Bohrung 3a erreicht und durch das Auslaßrohr 5 austritt.
Wie ferner aus der Zeichnung zu ersehen ist, passiert die an der Innenseite des Filterelementes 4 sich entlangbewegende Flüssigkeit die Bohrung 3a, die den gleichen Durchmesser wie das Filterelement 4 aufweist, ehe sie um 900 umbiegt und durch das Ausgangsrohr 5 austritt. Die Anordnung der Bohrung 3a - mit gleichem Durchmesser wie das Filterelement - sichert eine Reduzierung der StromunG der Flüssigkeit, die aus dem Filterelement 4 austritt.
Das Filtrat kann durch die Auslässe 10 oder 11 gesammelt werden.
Die Anwendung solcher Auslässe hat den Vorteil, daß das Gehäuse stets mit Flüssigkeit gefüllt ist, so daß verhindert wird, daß das Filterelement 4 austrocknet.
In Abhängigkeit von dem gewünschten Produkt wird entweder das Filtrat oder die konzentrierte Flüssigkeit, die am Auslaß 5 vorhanden ist, gesammelt. Falls die letztere gesammelt wird, kann diese selbstverständlich durch die Anordnung rückgeführt werden zwecks weiterer Filtration.
Die dargestellte Filteranordnung kann zum Beispiel für das Filtern von Flüssigkeiten benutzt werden, die Feststoffpartikel, ausgefällte oder kristallisierte Produkte, inerte Partikel aus Auslaugprozessen, Kontaktsubstanz-Partikel aus Reaktionsprozessen aus pflanzlichen, tierischen oder mikrobiologischen Zellen,enthalten.
Die Anordnung kann auch benutzt werden zum Beispiel, um die feste Phase innerhalb eines bestimmten Systems zurückzuhalten (zum Beispiel in einem chemischen Reaktor), von dem das flüssige Produkt auszuscheiden ist. Daher kann eine Suspension einer festen Phase (zum Beispiel eine Kontaktsubstanz) in der Flüssigkeit mittels der Filteranordnung aus dem System abgeführt werden, das flüssige Filtrat gesammelt und die feste Suspension in das System wieder rückgeführt werden. Auch kann die Anordnung für die herkömmliche Gewinnung eines Antibiotika, Enzyme u.ä. enthaltenden Filtrats benutzt werden.
Die beschriebene Filteranordnung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere ist der Zugang zum Filterelement 4 besonders einfach zwecks Auswechselns des Filterelementes. Hierzu ist lemöglich das Abdeckglied des Gehäuses zu entfernen. Die Anordnunq kann ferner leicht mittels Dampf sterilisiert werden, da nicht beide Enden des Filterrohres fixiert sind. Es können auch keine Elxpansionsdrücke während des Aufheizens auftreten, wie sie bei Filteranordnungen üblich sind, bei denen beide Enden des Filterelementes fixiert, also zum Beispiel in Platten fest eingespannt sind. Diese Vorteile sind gegenüber herkömmlichen Filteranordnunglen beträchtlich.
Selbstverständlich sind eine Reihe von Modifikationen der beschriebenen Filteranordnung möglich, ohne daß hierbei der Erfindungsgedanke verlassen wird. So kann zum Beispiel das Filterelement 4 in einer Ausnehmung innerhalb des Abdeckelementes angeordnet sein, wobei die notwendige Abdichtung mittels eines O-Kinges erfolgt, der rund um die untere Peripherie-Fläche gelegt ist. Es kann aber auch das Ende des Filterelementes mittels einer Schraubverbindung mit der Abdeckung verbunden sein,die dann in der Ausnehmung ebenfalls ein Schraubgewinde aufweisen muß.
Auch können die Rohrverzweigung und das Filterelement selbst unterschiedlich ausgebildet sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn die Rohrverzweigung das obere Teil des Gehäuses bildet, mit dem ersten Auslaß in der Rohrverzweigung und mit dem Flüssigkeits-Einlaßrohr, das in geeigneter Weise mit der Rohrverzweigung verbunden ist und sich dann nach unten in das Filterelement erstreckt.
Es können aber auch mehrere Filterelemente einer Filteranordnung der beschriebenen Art zugeordnet sein; diese Filterelemente befinden sich dann innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses. Bei einer solchen Ausbildung sind jedem Filterelement 4 ein eigenes Flüssigkeits-Einlaßrohr und ein erster Flüssigkeitsauslaß zugeordnet.
Ein gemeinsamer Kopf ist dann den Flüssigkeits-Einlaßrohren 7 zugeordnet, die über Kanäle in der Rohrverzweigung gespeist werden.
In ähnlicher Weise ist dann allen Flüssigkeits-Einlaßrohren 7 eine gemeinsame Aufnahme für die über die Filterelemente angereicherte Suspension zugeordnet, wobei ein gemeinsamer Auslaß für das Filtrat vorzusehen ist, das durch die Filterelemente in das Gehäuse gelangt. Auch bei einer solchen Anordnung kann jedes Filterelement in einfacher Weise ausgewechselt werden, ohne daß hierbei ein benachbartes Filterelement beeinflußt wird.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Geschwindigkeit der eingespeisten Suspension und die Art und Weise, wie sie das oder die Filterelemente durchströmt, so gewählt ist, daß die Ablagerung von stationären Festteilchen auf der inneren Oberfläche des Filterelementes gedrosselt wird. Wenn solche Festteilchen am Filterelement gesammelt werden, ist klar, daß dann die Filter-Effektivität sinkt und demgemäß ist es wünschenswert, wenn die Filteranordnung von Zeit zu Zeit rückgespült wird, um die Effektivität auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Diese Technik ist aber bekannt, so daß hierfür keine weitere Beschreibung notwendig ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Aus einem Gehäuse und mindestens einem Filterelement bestehende Filteranordnung, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Gehäuse ein lösbares Verschlußglied (2) und lösbare Mittel (9a) zum Festlegen des Filterelementes (4) in einer vorbestimmten Lage innerhalb des Gehäuses aufweist, daß das Filterelement (4) bei entferntem Verschlußglied (2) in das Gehäuse einsetz- und entfernbar ist, daß dem Gehäuse ein erster, dem einen Ende des Filterelementes (4) benachbarter Flüssigkeitsauslaß (5) zugeordnet ist, daß ein Flüssigkeits-Einlaßrohr (7) sich innerhalb des Gehäuses von diesem Ende des Filterelementes (4) ausgehend bis nahe dem anderen Ende erstreckt, wobei das Ende des Flüssigkeits-Einlaßrohres (7) und der erste Flüssigkeitsauslaß (5) gleichseitig zum Filterelement (4) liegen, und daß ein zweiter, an der entgegengesetzten Seite des Filterelementes (4) liegender Flüssigkeitsauslaß (11) dem Gehäuse zugeordnet ist.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Filterelement (4) rohrförmig ausgebildet ist.
3. Filteranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Flüssigkeitsauslaß (5) und das Flüssigkeits-Einlaßrohr (7) mit dem Inneren des Filterelementes (4) kommunizieren.
4. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse eine Rohrverzweigung (3) aufweist, auf der das Filterelement (4) angeordnet ist, und in dem der erste Flüssigkeitsauslaß (5) eingeformt ist und von dem aus das Flüssigkeits-Einlaßrohr (7) sich erstreckt.
5. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Haltemittel für das Filterelement (4) mit der Rohrverzweigung (3) verbunden sind.
6. Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Haltemittel für das Filterelement (4) mit dem der Rohrverzweigung (3) abgewandten Ende des Wandgliedes (1) verbunden sind.
7. Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen Filterelement (4) und Rohrverzweigung (3) eine Dichtung (6) angeordnet ist.
8. Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Flüssigkeits-Einlaßrohr (7) durch den ersten Flüssigkeitsauslaß (5) in das Filterelement (4) geführt ist und daß Flüssigkeits-Einlaßrohr (7), erster Flüssigkeitsauslaß (5) und das Filterelement (4) koaxial angeordnet sind.