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EP2726168A1 - Vorrichtung zum filtrieren von flüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum filtrieren von flüssigkeiten

Info

Publication number
EP2726168A1
EP2726168A1 EP11810998.2A EP11810998A EP2726168A1 EP 2726168 A1 EP2726168 A1 EP 2726168A1 EP 11810998 A EP11810998 A EP 11810998A EP 2726168 A1 EP2726168 A1 EP 2726168A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter elements
profile tube
filter
container
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11810998.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Lüer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PANTREON GmbH
Original Assignee
PANTREON GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PANTREON GmbH filed Critical PANTREON GmbH
Publication of EP2726168A1 publication Critical patent/EP2726168A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/15—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces
    • B01D33/21—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces with hollow filtering discs transversely mounted on a hollow rotary shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/15—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces
    • B01D33/21—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces with hollow filtering discs transversely mounted on a hollow rotary shaft
    • B01D33/23—Construction of discs or component sectors thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/29—Filters with filtering elements which move during the filtering operation the movement of the filter elements being a combination of movements
    • B01D33/31—Planetary movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/35—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with multiple filtering elements characterised by their mutual disposition
    • B01D33/37—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with multiple filtering elements characterised by their mutual disposition in parallel connection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/80—Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/30—Filter housing constructions
    • B01D35/301—Constructions of two or more housings

Definitions

  • the invention relates to a device for filtering liquids, comprising at least one rotor rotatably driven about an axis of rotation with an attached support device for spaced from the axis of rotation disc-shaped filter elements whose disc surfaces form the filter surface, wherein a plurality of the filter elements on a part the support device forming profile tube is assembled into a filter pack.
  • Such known devices comprise a rotor as a stirring body whose stirring elements are formed by tubular, vertical flowed filter elements, a container, means for introducing a liquid to be filtered into the container, a container outlet for unfiltered from the container to be derived liquid and at least one rotatably drivable around the container axis rotor with a hollow shaft mounted in an end wall and an attached support for arranged with a clearance to the container axis or rotating about its own axis filter elements, the inside of the carrier and the hollow shaft from the container as a derivative for filtered Liquid discharges.
  • the core is a sealed filter container in which one or more rotating slewing rings are driven by motors.
  • the filtered liquids are collected in the rotor starting from tubular but also disk-shaped od.
  • Filter elements AT 503 567 A
  • the filter modules are mounted on the rotor and sealed against prevailing high pressures in the container.
  • a rotation of larger horizontally oriented and impinged filter surfaces over the rotor radius leads to an extreme scattering in the overflow conditions, the transmembrane pressure and undesired shearing or pressure peaks.
  • the suspension concentrate is then emptied through the container outlet or continuously drained during operation.
  • the invention has for its object to provide a device of the type described, which allows simple means an improved filter performance.
  • the invention solves this problem in that the, preferably central, disc planes of the filter elements are arranged on at least one axis perpendicular to the profile tube axis inclined on the profile tube, that include the disc planes with the profile tube axis an angle that is not equal to 90 °.
  • the filter discs can be inclined in or against the direction of rotation. But it is also a combination of in or against the direction of rotation inclined filter elements possible, which are associated with one or more profile tubes.
  • the inclination of the filter elements causes a helical flow in a container receiving the filter pack and thus requires a flow movement in the vertical direction, which is superimposed on the rotational movement.
  • dynamic membrane processes the necessary cross-flow on the filter membrane surface is achieved by movement of the membrane surface through the liquid to be filtered.
  • the size-separating effect of the membrane pores leads to a concentration of certain substances close to the membrane surface.
  • This concentration must be compensated for the continuous filtration by continuous supply and mixing with less contaminated fluid.
  • the centrifugal action of the rotation may result in additional concentration in the form of density-dependent phase formations.
  • the concentration compensation can then be reduced by supplying less-loaded liquid. This effect can occur in particular in the interspaces of adjacent filter element pairs, the disk-shaped filter elements stacked on top of one another to form filter modules.
  • these filter elements are arranged inclined on profile tubes. By tilting the filter elements, adapted to the respective direction of rotation and speed and adapted to the disc distances, the flow through the device and the flow around the filter elements can be controlled with freshly supplied fluid or membrane surfaces remote and thus less concentrated fluid.
  • the disc planes are inclined about an axis perpendicular to the profile tube axis, preferably the axis of rotation intersecting axis against the direction of rotation of the filter elements and / or inclined to the radius of rotation transversely to the direction of rotation.
  • any orientation of the inclination with respect to the direction of rotation can be adjusted.
  • a separate rotary drive could be provided for the profile tubes.
  • Particularly advantageous conditions arise when the disc planes are arranged at a right angle between the disc planes and the profile tube by 1 to 15, preferably to 6 °, in particular by 2 to 4 °, more preferably inclined by 3 ° on the profile tube.
  • the filter elements are tilted by approximately 3 °, this can cause the flow to continue into the respective next higher row of disks of the next filter module and, in the end, the flow can be conducted spirally upwards over the entire rotor row, resulting in an additional circulation effect causes the liquid to be filtered in the device.
  • the optimum angle of inclination for helical circulation movement is described in a container with 3 °. In fact, however, this optimum of 3 °, in which the helical movement is achieved by a filter module adjacent to the next slice plane, depends in particular on the distance between the filter elements in the module and the distance between adjacent modules.
  • the filter elements in the region of the aperture may have the function of spacers between the filter surfaces of adjacent filter elements receiving annular projections, the profile tube facing shell inner surfaces determine the inclination of the filter elements on the profile tube or the filter elements are in the region of the aperture between the filter surfaces of adjacent filter elements annular spacers associated with the profile tube facing shell inner surfaces determine the inclination of the filter elements on the profile tube.
  • At least two rotors are provided around the axis of rotation, optionally three or more rotatably driven rotors, wherein the individual rotors associated filter elements are arranged inclined on the profile tube so that they impart an axially parallel flow component to a filtrate and wherein the fluid may be rectified or oppositely directed by the rotors impressed flow components.
  • the inclination of the filter elements, in particular filter discs, and their helical formation on the rotor ring or on the rotor rings, which are formed by the filter packs, leads to an axial pumping action for the liquid in the container, depending on the inclination of the filter discs and direction of rotation.
  • the inclination of the filter discs and their helical formation on the rotor ring or on the rotor rings causes a pumping action for the liquid depending on the inclination of the filter discs and the direction of rotation of the rotor or the rotors to a container end face. Since this process usually takes place in a closed filter container, without corresponding relief measures as a result of the inclination of the filter discs, the direction of rotation of the rotor ring or the rotor rings and the resulting pumping action to a container end surface can lead to a congestion of the fluid and pressure increase, which is a corresponding Concentration hindered.
  • This obstruction of the concentration exchange can be prevented by connecting the bottom and lid of the filter container with a bypass line dimensioned according to the pumping action of the helical flow. This allows a vertical flow in the container.
  • At least one connection opening may be provided in the region of both container end faces or in the vicinity of both container end faces, wherein the outlet-side connection opening of one container is connected via a connecting line to the inlet-side connection opening of a further container.
  • a fluid flow control valve and / or a delivery pump are arranged in the bypass pipe and / or in the connecting line.
  • the invention also relates to disc-shaped filter elements which have an opening forming a receptacle and whose disc surfaces form a filter surface for an aforementioned device.
  • the invention is not limited to use in said devices.
  • the ring axis with an, preferably central, disc plane includes an angle which is not equal to 90 °, the disc plane of a right angle between the disc plane and inner ring axis to For example, 1 to 15, preferably to 6 °, preferably by 2 to 4 °, in particular by 3 °, is inclined differently.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in side view
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the device of FIG.
  • FIG. 3 shows a construction variant of the device of Fig. 2
  • FIG. 4 is an enlarged spacer of FIG. 2 in plan view
  • FIG. 5 shows a spacer of FIG. 4 in cross-section
  • FIG. 6 shows a construction variant of the device arranged in a container
  • Fig. 7 shows the container with bypass line
  • a device 1 for filtering liquids comprises at least one rotor 3, which is rotatably drivable about a rotation axis 2 and has a carrying device 4 fastened thereto for disk-shaped filter elements 5 arranged at a distance from the rotation axis 2 whose disk surfaces 6 form the filter surface.
  • Filtered liquid is discharged via the interior of the filter elements 5 via the support device 4 and the rotor 3 from the container.
  • It is a plurality of the filter elements 5 on a part of the Tragvor-direction 4 forming profile tube 7 is assembled into a filter pack, for which the filter elements 5 have a penetrated by the profile tube 7 opening 8, which forms a receptacle for the profile tube 7.
  • the interior of the filter and the profile tube interior are fluidly connected, for example via holes 9 in the profile jacket. flow-connected.
  • the central disk planes 1 0 of the filter elements 5 are arranged on the profile pipe 7 so that the disk planes 10 and the profile pipe axis 7 enclose an angle ⁇ that is not equal to 90 ° about at least one axis perpendicular to the profile pipe axis, the disk planes 10 preferably facing the direction of rotation of the filter elements are inclined.
  • any orientation of the inclination with respect to the direction of rotation and / or the radius of rotation can be adjusted.
  • a separate rotary drive for the profile tubes 7 may be provided.
  • the disc planes are arranged at a right angle between disc planes and profile tube inclined by 3 ° on the profile tube and is the drawn angle ⁇ thus 87 ° and the angle ß 93 °.
  • This has the effect that fluid to be filtered continues through the flow in the container into the respective next row of disks of the next filter module and thus in the end the flow can be conducted upwards in a spiral over the entire rotor row, which causes an additional circulation effect for the liquid to be filtered in the apparatus causes.
  • This effect is indicated in Fig. 1 by the dot-dash line.
  • the filter elements 5 in the region of the opening between the filter surfaces 6 adjacent filter elements 5 annular spacers 1 1 are assigned, the profile tube 7 facing shell inner surfaces or their ring axes determine the inclination of the filter elements 5 on the profile tube 7.
  • the spacers are equipped with sealing rings 12.
  • a portion of the filter elements 5 forming annular projections 13 are provided, the profile tube 7 facing shell inner surfaces or their ring axes, the inclination of the filter elements 5 on the profile tube 7 determine.
  • the filter elements 5 is equipped with only one of a filter surface 6 associated approach 13 or as in the embodiment with two approaches, is the skilled person.
  • the filter elements 5 are arranged secured against rotation on the profile tube 7, including, for example, a groove 14 spring 15 connection is provided.
  • Other types of seals such as beads, grooves and springs and the like. are possible.
  • the invention is by no means limited to the illustrated embodiments. In particular, meaningful combinations of the embodiments are possible at any time.
  • the filter elements 5 assigned to the individual rotors 3 are arranged inclined on the profile tube 7 in such a way that they cause an axis-parallel flow to a liquid to be filtered. imprinting mungskomponente, wherein the fluid from the rotors 3 impressed flow components can be rectified or directed oppositely.
  • the rotors 3, 3 ' and 3 " can be driven in different ways at different rotational speeds or directions of rotation in order to achieve a desired fluid flow in a container 20.
  • the rotor 3 ' can be stationary, ie as a stator, be formed.
  • connection opening 23 is provided in the region of both container end faces 21 or in the vicinity of both container end faces 21 on the container peripheral casing 22, which at least two connection openings 23 via a bypass line 24 fluidly connected are.
  • the choice of the number of required bypass lines 24 is the expert as well as the choice of the arrangement of the connection openings 23, which may be provided in the area of container end faces 21 and / or in the vicinity of both container end faces 21. It is thus also possible to provide a connection opening 23 in the region of a container end face 21 and the other connection opening 23 in the vicinity of the other container end face on the container peripheral jacket 22.
  • connection opening 23 is provided in the region of both container end faces 21 or in the vicinity of both container end faces 21, wherein the outlet side connection opening 23 of the one container 20 via a connecting line 25 to the inlet side connection opening 23 of another container 20 is connected.
  • four containers 20 are connected in series, wherein the outlet-side connection opening 23 of the last container 20 in the series is in turn connected via a connecting line 25 to the inlet-side connection opening 23 of the first container 20.
  • a fluid flow control valve 26 and / or a delivery pump may be arranged in the bypass line 24 and / or in the connecting line 25.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Filtrieren von Flüssigkeiten, mit wenigstens einem um eine Drehachse (2) rotierend antreibbaren Rotor (3) mit einer daran befestigten Tragvorrichtung (4) für mit einem Abstand zur Drehachse (2) angeordnete scheibenförmige Filterelemente (5) deren Scheibenflächen (6) die Filteroberfläche bilden, wobei eine Mehrzahl der Filterelemente (5) auf einem einen Teil der Tragvorrichtung (4) bildenden Profilrohr (7) zu einem Filterpaket zusammengesetzt ist, wozu die Filterelemente (5) eine vom Profilrohr durchragte Durchbrechung (8) aufweisen. Um verbesserte Filtrierverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die, vorzugsweise zentralen, Scheibenebenen (10) der Filterelemente (5) um wenigstens eine zur Profilrohrachse (A) senkrechte Achse derart geneigt auf dem Profilrohr (7) angeordnet sind, dass die Scheibenebenen (10) mit der Profilrohrachse (A) einen Winkel (α, ß) einschließen, der ungleich 90° ist.

Description

Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten, mit wenigstens einem um eine Drehachse rotierend antreibbaren Rotor mit einer daran befestigten Tragvorrichtung für mit einem Abstand zur Drehachse angeordnete scheibenförmige Filterelemente deren Scheibenflächen die Filteroberfläche bilden, wobei eine Mehrzahl der Filterelemente auf einem einen Teil der Tragvorrichtung bildenden Profilrohr zu einem Filterpaket zusammengesetzt ist.
Stand der Technik
Derartige bekannte Vorrichtungen (EP 577 854 B1 ) umfassen einen Rotor als Rührkörper, deren Rührelemente von rohrförmigen, vertikal angeströmten Filterelementen gebildet werden, einen Behälter, Einrichtungen zum Einleiten einer zu filtrierenden Flüssigkeit in den Behälter, einem Behälterauslaß für unfiltriert aus dem Behälter abzuleitende Flüssigkeit und wenigstens einem um die Behälterachse rotierend antreibbaren Rotor mit einer in einer Stirnwand gelagerten Hohlwelle und einer daran befestigten Tragvorrichtung für mit einem Freiraum zur Behälterachse angeordnete oder um die eigene Achse drehende Filterelemente, deren inneres über die Tragvorrichtung und die Hohlwelle aus dem Behälter als Ableitung für filtrierte Flüssigkeit ausmündet. Damit wird das Hauptproblem bei der Membranfiltration von Flüssigkeiten, nämlich die Bildung von Deckschichten auf der Membranoberfläche und die dadurch verursachte Verkleinerung der effektiven Filterfläche und Verblockung der Membranporen, verhindert bzw. reduziert. Diese Deckschichten entstehen zumeist durch Agglomeration von an den Membranporen abgetrennten Feststoffteilchen und deren Aufkonzentration im Bereich der Membranoberfläche. Dieser Effekt läßt sich während eines kontinuierlichen Filtrationsprozesses mit derartigen Vorrichtungen dadurch vermeiden, daß durch die Rotation der Filterelemente im Behälter auf den Membranoberflächen turbulente Querströmungen und somit Scherkräfte erzeugt werden, die eine laufende mechanische Abreinigung der Filterelemente und eine laufende Durchwirbelung der zu filtrierenden Flüssigkeiten bewirken. Die Erfindung soll eine Verwendung in derartigen Vorrichtungen finden, ist aber nicht auf die Verwendung in derartigen Vorrichtungen beschränkt.
Diese Vorrichtungen sind dafür geeignet hohe Scherraten und Turbulenzen zu erzielen. Das Kernstück ist ein abgeschlossener Filterbehälter, in dem ein oder mehrere rotierende Drehkränze von Motoren angetrieben werden. Die filtrierten Flüssigkeiten werden ausgehend von rohrförmigen aber auch scheibenförmigen od. dgl. Filterelementen (AT 503 567 A) im Rotor gesammelt und über Rotorspeichen, Rotornabe und die Hohlwelle aus dem Innenraum des Behälters abgeführt. Die Filtermodule sind auf dem Rotor montiert und gegen im Behälter vorherrschende hohe Drücke abgedichtet. Allerdings kommt es bei einer Rotation größerer horizontal ausgerichteter und angeströmter Filterflächen über den Rotorradius zu einer extremen Streuung in den Überströmungsbedingungen, des Transmembrandruckes und zu unerwünschten Scher- bzw. Druckspitzen.
Zum Filtern konzentriert sich die Flüssigkeit im Behälter im Betrieb stetig auf, da das Filtrat/Permeat kontinuierlich durch die Filterelemente abfließt und dem Druckabfall entsprechend neue Flüssigkeit zugeführt wird. Im Betrieb kann diese Art der Aufkonzentrierung so lange fortgesetzt werden, bis die Viskosität der Lösung durch Anstieg des Feststoffgehaltes einen Maximalwert erreicht hat, bis zu dem die Durchflussmenge noch wirtschaftlich ist. Das Suspensionskonzentrat wird dann über den Behälterauslaß entleert oder während des Betriebes kontinuierlich abgelassen. Um bei derartigen Vorrichtungen einen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen wurde bereits vorgeschlagen die Innenwandung des Behälterumfangsmantels unter Ausbildung einer Leiteinrichtung für die Flüssigkeit entlang der Behälterachse gegen den Behälterauslaß hin zu erweitern (AT 503 567 A).
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine verbesserte Filterleistung gestattet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die, vorzugsweise zentralen, Scheibenebenen der Filterelemente um wenigstens eine zur Profilrohrachse senkrechte Achse derart geneigt auf dem Profilrohr angeordnet sind, dass die Scheibenebenen mit der Profilrohrachse einen Winkel einschließen, der ungleich 90° ist.
Mit dieser Maßnahme ergeben sich zusätzliche Verbesserungen hinsichtlich der Filterleistung und bezüglich der Strömungstechnik des Filtersystems durch Neigung der scheibenförmigen Filterelemente aus einer waagrechten Ebene. Die Filterscheiben können dabei in oder entgegen der Rotationsrichtung geneigt sein. Es ist aber auch eine Kombinationen aus in oder entgegen der Rotationsrichtung geneigten Filterelementen möglich, die einem oder verschiedenen Profilrohren zugeordnet sind. Ergänzend besteht die Möglichkeit der Neigung der Scheibenebenen zur oder gegen die Drehachse. Die Neigung der Filterelemente verursacht eine Wendelströmung in einem das Filterpaket aufnehmenden Behälter und bedingt somit eine Strömungsbewegung in vertikaler Richtung, die der Rotationsbewegung überlagert ist. Bei sogenannten "Dynamischen Membranverfahren" wird die notwendige Querströmung auf der Filtermembranoberfläche durch Bewegung der Membranfläche durch die zu filtrierende Flüssigkeit erreicht. Trotz der für die nachhaltige Funktion notwendigen Turbulenz der Strömung kommt es durch den Grössentrennungseffekt der Membranporen zu einer Aufkonzentration bestimmter Stoffe nahe der Membranoberfläche. Diese Konzentration muss für die kontinuierliche Filtration durch ständige Zuführung von- und Durchmischung mit minderbelastetem Fluid ausgeglichen werden. Bei dynamischen Membransystemen mit um eine oder mehreren Achsen rotierenden Filterelementen kann es durch die Zentrifugalwirkung der Rotation noch zu einer zusätzlichen Aufkonzentration in Form von Dichte-abhängigen Phasenbildungen kommen. Insofern die Durchströmung des Filterbehälters, indem sich die rotierenden Filtermodule befinden, nicht längs sondern frontal zu den Filteroberflächen/Filterscheiben gerichtet ist kann dann der Konzentrationsausgleich durch Zuführung minderbelasteter Flüssigkeit reduziert sein. Dieser Effekt kann insbesondere in den Zwischenräumen von benachbarten Filterelementpaaren, der scheibenförmigen zu Filtermodulen aufeinander gestapelt Filterelemente, auftreten.
Gemäß der Erfindung sind diese Filterelemente auf Profilrohren geneigt angeordnet. Durch Neigung der Filterelemente, angepasst an die jeweilige Drehrichtung und Geschwindigkeit sowie angepasst an die Scheibenabstände, kann die Durchströmung der Vorrichtung und die Umströmung der Filterelemente mit frisch zugeführtem Fluid oder den Membranoberflächen entfernten und dadurch minder konzentriertem Fluid gesteuert werden.
Vorzugsweise sind dabei die Scheibenebenen um eine zur Profilrohrachse senkrechte, vorzugsweise die Drehachse schneidende Achse gegen die Rotationsrichtung der Filterelemente geneigt und/oder zum Rotationsradius quer zur Rotationsrichtung geneigt. Es kann aber jede beliebige Ausrichtung der Neigung bezüglich der Rotationsrichtung eingestellt werden. Ebenso könnte ein gesonderter Drehantrieb für die Profilrohre vorgesehen sein. Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn, die Scheibenebenen gegenüber einem rechten Winkel zwischen Scheibenebenen und Profilrohr um 1 bis 15, vorzugsweise bis 6°, insbesondere um 2 bis 4°, besonders bevorzugt um 3° geneigt auf dem Profilrohr angeordnet sind. Sind die Filterelemente um ca. 3° gekippt angeordnet, kann dies bewirken, dass dadurch die Strömung in die jeweils nächsthöhere Scheibenreihe des nächsten Filtermoduls weitergeführt und so im Endeffekt die Strömung spiralartig über die gesamte Rotorreihe nach oben geleitet werden kann, was einen zusätzlichen Umwälzeffekt für die zu filtrierende Flüssigkeit in der Vorrichtung bewirkt. Im folgenden Ausführungsbeispiel wird der optimale Neigungswinkel für wendeiförmige Umwälzbewegung in einem Behälter mit 3° beschrieben. De facto ist aber dieses Optimum von 3°, in dem die wendeiförmige Bewegung von einer in die nächste Scheibenebene benachbarter Filtermodule erreicht wird, abhängig besonders vom Abstand der Filterelemente im Modul zueinander sowie vom Abstand benachbarter Module. Je größer der Abstand der Scheiben im Modul zueinander und je kleiner die Abstände benachbarter Module zueinander, desto steiler der optimale Winkel. Verschiedene Viskositäten von Flüssigkeiten können aber zur effizienten Erreichung turbulenter Überströmung andere Scheibenabstände im Modul erfordern, wodurch sich dann auch der optimale Neigungswinkel für Wendelströmung verändert.
Alternativ können die Filterelemente im Bereich der Durchbrechung die Funktion von Abstandhaltern zwischen den Filteroberflächen benachbarter Filterelemente übernehmende ringförmige Ansätze aufweisen, deren dem Profilrohr zugewandte Mantelinnenflächen die Neigung der Filterelemente auf dem Profilrohr bestimmen oder den Filterelementen sind im Bereich der Durchbrechung zwischen den Filteroberflächen benachbarter Filterelemente ringförmige Abstandhalter zugeordnet, deren dem Profilrohr zugewandte Mantelinnenflächen die Neigung der Filterelemente auf dem Profilrohr bestimmen. Durch diese Maßnahmen lässt sich die gewünschte bzw. erforderli- che Neigung der Filterelemente auf den Profilrohren problemlos im gewünschten Maße einstellen. Um dabei ein Verstellen der Neigung im Betrieb zu vermeiden, empfiehlt es sich, wenn die Filterelemente verdrehgesichert am Profilrohr angeordnet sind.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei um die Drehachse, gegebenenfalls drei oder mehrere, rotierend antreibbare Rotoren vorgesehen, wobei die den einzelnen Rotoren zugeordneten Filterelemente derart auf dem Profilrohr geneigt angeordnet sind, dass sie einem Filtrat eine Achsparallele Strömungskomponente aufprägen und wobei die dem Fluid von den Rotoren aufgeprägten Strömungskomponenten gleichgerichtet oder entgegengesetzt gerichtet sein können. Die Neigung der Filterelemente, insbesondere Filterscheiben, und deren Wendelformation über den Rotorring bzw. über die Rotorringe, die von den Filterpaketen gebildet werden, führt zu einer axialen Pumpwirkung für die Flüssigkeit im Behälter, je nach Neigung der Filterscheiben und Drehrichtung. Bei Betrieb einer Filteranlage mit zwei oder mehr Rotorringen kann nun über Neigung der Filterscheiben, die Drehrichtungen der Rotorringe und Pumpwirkungen in zwei (entgegengesetzte) Richtungen selbst in einem geschlossenen Filterbehälter ein interner Kreislauf aufgebaut werden. Bei Betrieb von Filteranlagen mit einem Rotorring kann dieser interne Kreislauf mit gegenläufiger Strömungsrichtung zur Wendelströmung des Rotors ebenfalls erreicht werden indem innere vom Rotor umfasste und/oder äußere den Rotor umfassende Strombrecher so gestaltet sind, dass sie eine Pumpwirkung in diesem Sinne erzielen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der/die Strombrecher ebenfalls eine Wendelform aufweise die den gewünschten Effekt bedingt. Diese(r) Strombrecher können gegebenenfalls zur verstärkten Pumpwirkung Drehangetrieben sein. Eine Optimierung der achsparallelen Pumpwirkung ist durch Ausbildung der Strombrecher dadurch möglich, dass der Zwischenraum zwischen Filterscheiben und Behälterinnenwand reduziert wird (WO201 1 /120061 A). Zwecks Verbesserung der Durchmischung und um ein möglichst homogenes zu filtrierendes Fluid im Filterbehälter vorliegen zu haben, kann bei einer in einem Behälter angeordneten Vorrichtung vorgesehen sein, dass im Bereich beider Behälterstirnflächen oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen je wenigstens eine Anschlußöffnung vorgesehen ist, welche wenigstens zwei Anschlussöffnungen über eine Bypassleitung miteinander strömungsverbun- den sind. Die Neigung der Filterscheiben und deren Wendelformation über den Rotorring bzw. über die Rotorringe bedingt eine Pumpwirkung für die Flüssigkeit je nach Neigung der Filterscheiben und Drehrichtung des Rotors bzw. der Rotoren zu einer Behälterstirnfläche hin. Da dieser Vorgang zumeist in einem geschlossenen Filterbehälter abläuft kann es ohne entsprechende Entlastungsmaßnahmen in Folge der Neigung der Filterscheiben, der Drehrichtung des Rotorrings bzw. der Rotorringe und der daraus resultierenden Pumpwirkung zu einer Behälterstirnfläche hin zu einem Stau der Flüssigkeit und Druckerhöhung kommen, was einen entsprechenden Konzentrationsaustausch behindert. Diese Behinderung des Konzentrationsaustauschs kann dadurch verhindert werden, dass Boden und Deckel des Filterbehälters mit einer entsprechend der Pumpwirkung der Wendelströmung dimensionierten Bypassleitung verbunden werden. Dadurch wird eine vertikale Strömung im Behälter ermöglicht.
Gegebenenfalls können im Bereich beider Behälterstirnflächen oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen je wenigstens eine Anschlußöffnung vorgesehen sein, wobei die Auslassseitige Anschlussöffnung des einen Behälters über eine Verbindungsleitung an die einlassseitige Anschlussöffnung eines weiteren Behälters angeschlossen ist. Au ßerdem besteht die Möglichkeit wenigstens zwei Behälter in Serie zu verschalten verschaltet und die Auslassseitige Anschlussöffnung des in der Serie letzten Behälters wiederum über eine Verbindungsleitung an die einlassseitige Anschlussöffnung des ersten Behälters anzuschließen. Damit kann unter anderem die Filterleistung erhöht werden. Bei Betrieb von mehreren Filteranlagen mit Wendelströmung kann dieser externe Kreislauf also derart gestaltet sein, dass meh- rere Anlagen entsprechend ihrer jeweiligen Wendelströmungsrichtung untereinander verbunden sind.
Zur Regelung des Fluidstromes empfiehlt es sich zudem, wenn in der By- passleitung und/oder in der Verbindungsleitung ein Fluidstromregelventil und/oder eine Förderpumpe angeordnet sind.
Zudem betrifft die Erfindung auch scheibenförmige Filterelemente die eine eine Aufnahme bildende Durchbrechung aufweisen und deren Scheibenflächen eine Filteroberfläche für eine vorgenannte Vorrichtung bilden. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung in besagten Vorrichtungen beschränkt. Im Bereich der Durchbrechung ist wenigstens ein die Funktion eines Abstandhalters übernehmender ringförmiger Ansatz oder Abstandhalter vorgesehen, dessen Ringachse mit einer, vorzugsweise zentralen, Scheibenebene einen Winkel einschließt, der ungleich 90° ist, wobei die Scheibenebene von einem rechten Winkel zwischen Scheibenebene und innerer Ringachse um beispielsweise 1 bis 15, vorzugsweise bis 6°, vorzugsweise um 2 bis 4°, insbesondere um 3°, abweichend geneigt ist.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht,,
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles der Vorrichtung aus Fig.
1 ,
Fig. 3 eine Konstruktionsvarianten der Vorrichtung aus Fig. 2,
Fig. 4 einen vergrößerten Abstandhalter aus Fig. 2 in Draufsicht,
Fig. 5 einen Abstandhalter aus Fig. 4 im Querschnitt,
Fig. 6 eine Konstruktionsvariante der in einem Behälter angeordneten Vorrichtung, Fig. 7 den Behälter mit Bypassleitung und
Fig. 8 vier mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete, in Serie geschaltete Behälter,
Weg zur Ausführung der Erfindung
Eine Vorrichtung 1 zum Filtrieren von Flüssigkeiten umfasst wenigstens einen um eine Drehachse 2 rotierend antreibbaren Rotor 3 mit einer daran befestigten Tragvorrichtung 4 für mit einem Abstand zur Drehachse 2 angeordnete scheibenförmige Filterelemente 5 deren Scheibenflächen 6 die Filteroberfläche bilden. Gefilterte Flüssigkeit wird über das innere der Filterelemente 5 über die Tragvorrichtung 4 und den Rotor 3 aus dem Behälter ausgeleitet. Es ist eine Mehrzahl der Filterelemente 5 auf einem einen Teil der Tragvor-richtung 4 bildenden Profilrohr 7 zu einem Filterpaket zusammengesetzt ist, wozu die Filterelemente 5 eine vom Profilrohr 7 durchragte Durchbrechung 8 aufweisen, welche eine Aufnahme für das Profilrohr 7 bildet. Das Filterinnere und das Profilrohrinnere sind beispielsweise über Bohrungen 9 im Profilmantel strömungsverbunden. strömungsverbunden.
Erfindungsgemäß sind die zentralen Scheibenebenen 1 0 der Filterelemente 5 um wenigstens eine zur Profilrohrachse senkrechte Achse derart geneigt auf dem Profilrohr 7 angeordnet, dass die Scheibenebenen 10 mit der Profilrohrachse 7 einen Winkel α einschließen, der ungleich 90° ist, wobei die Scheibenebenen 10 vorzugsweise gegen die Rotationsrichtung der Filterelemente geneigt sind. Es kann aber jede beliebige Ausrichtung der Neigung bezüglich der Rotationsrichtung und/oder zum Rotationsradius eingestellt werden. Ebenso könnte ein gesonderter Drehantrieb für die Profilrohre 7 vorgesehen sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Scheibenebenen gegenüber einem rechten Winkel zwischen Scheibenebenen und Profilrohr um 3° geneigt auf dem Profilrohr angeordnet und beträgt der eingezeichnete Winkel α somit 87° und der Winkel ß 93°. Dies bewirkt, dass zu filtrierendes Fluid durch die Strömung im Behälter in die jeweils nächsthöhere Scheibenreihe des nächsten Filtermoduls weitergeführt und so im Endeffekt die Strömung spiralartig über die gesamte Rotorreihe nach oben geleitet werden kann, was einen zusätzlichen Umwälzeffekt für die zu filtrierende Flüssigkeit in der Vorrichtung bewirkt. Dieser Effekt ist in Fig. 1 durch die strichpunktierte Schraubenlinie angedeutet.
In Fig. 2 sind den Filterelementen 5 im Bereich der Durchbrechung zwischen den Filteroberflächen 6 benachbarter Filterelemente 5 ringförmige Abstandhalter 1 1 zugeordnet sind, deren dem Profilrohr 7 zugewandte Mantelinnenflächen bzw. deren Ringachsen die Neigung der Filterelemente 5 auf dem Profilrohr 7 bestimmen. Stirnseitig sind die Abstandhalter mit Dichtringen 12 ausgestattet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zu diesem Zweck Funktion der Abstandhalter 1 1 zwischen den Filteroberflächen 6 benachbarter Filterelemente 5 übernehmende ringförmige, einen Teil der Filterelemente 5 bildende ringförmige Ansätze 13 vorgesehen, deren dem Profilrohr 7 zugewandte Mantelinnenflächen bzw. deren Ringachsen die Neigung der Filterelemente 5 auf dem Profilrohr 7 bestimmen. Ob die Filterelemente 5 mit nur einem einer Filteroberfläche 6 zugeordneten Ansatz 13 oder wie im Ausführungsbeispiel mit zwei Ansätzen ausgestattet ist, obliegt dem Fachmann. Zudem sind die Filterelemente 5 verdrehgesichert am Profilrohr 7 angeordnet, wozu beispielsweise eine Nut- 14 Feder- 15 -Verbindung vorgesehen ist. Auch andere Dichtungsformen, wie Wulste, Nuten und Federn und dgl. sind möglich. Die Erfindung ist keinesfalls auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sinnvolle Kombinationen der Ausführungsbeispiele sind jederzeit möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn mit wenigstens zwei um die Drehachse 2 rotierend antreibbare Rotoren 3 vorgesehen sind, wobei die den einzelnen Rotoren 3 zugeordneten Filterelemente 5 derart auf dem Profilrohr 7 geneigt angeordnet sind, dass sie einem zu filtrierenden Flüssigkeit eine Achsparallele Strö- mungskomponente aufprägen, wobei die dem Fluid von den Rotoren 3 aufgeprägten Strömungskomponenten gleichgerichtet oder entgegengesetzt gerichtet sein können. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Rotoren 3, 3' und 3" beliebig unterschiedlich antreibbar. Und zwar mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehrichtungen, um einen gewünschten Fluidstrom in einem Behälter 20 zu erzielen. Auch kann beispielsweise der Rotor 3' stillstehend, also als Stator, ausgebildet sein.
Gemäß der im Behälter 20 vorgesehenen Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7, ist im Bereich beider Behälterstirnflächen 21 oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen 21 am Behälterumfangsmantel 22 je wenigstens eine Anschlußöffnung 23 vorgesehen, welche wenigstens zwei Anschlussöffnungen 23 über eine Bypassleitung 24 miteinander strömungs- verbunden sind. Die Wahl der Anzahl der erforderlichen Bypassleitungen 24 obliegt dem Fachmann ebenso wie die Wahl der Anordnung der Anschlussöffnungen 23, die im Bereich Behälterstirnflächen 21 und/oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen 21 vorgesehen sein können. Es kann also auch eine Anschlussöffnung 23 im Bereich einer Behälterstirnfläche 21 und die andere Anschlussöffnung 23 im Nahbereich der anderen Behälterstirnfläche am Behälterumfangsmantel 22 vorgesehen sein.
Bei der im Behälter vorgesehenen Vorrichtung nach Fig. 8 ist im Bereich beider Behälterstirnflächen 21 oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen 21 je wenigstens eine Anschlußöffnung 23 vorgesehen, wobei die Auslassseitige Anschlussöffnung 23 des einen Behälters 20 über eine Verbindungsleitung 25 an die einlassseitige Anschlussöffnung 23 eines weiteren Behälters 20 angeschlossen ist. In Fig. 8 sind vier Behälter 20 in Serie verschaltet, wobei die auslassseitige Anschlussöffnung 23 des in der Serie letzten Behälters 20 wiederum über eine Verbindungsleitung 25 an die einlassseitige Anschlussöffnung 23 des ersten Behälters 20 angeschlossen ist. Zwecks Regelung des über die Bypassleitung 24 und/oder die Verbindungsleitung 25 führenden Fluidstromes kann in der Bypassleitung 24 und/oder in der Verbindungsleitung 25 ein Fluidstromregelventil 26 und oder eine Förderpumpe angeordnet sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Vorrichtung (1 ) zum Filtrieren von Flüssigkeiten, mit wenigstens einem um eine Drehachse (2) rotierend antreibbaren Rotor (3) mit einer daran befestigten Tragvorrichtung (4) für mit einem Abstand zur Drehachse (2) angeordnete scheibenförmige Filterelemente (5) deren Scheibenflächen (6) die Filteroberfläche bilden, wobei eine Mehrzahl der Filterelemente (5) auf einem einen Teil der Tragvorrichtung (4) bildenden Profilrohr (7) zu einem Filterpaket zusammengesetzt ist, wozu die Filterelemente (5) eine vom Profilrohr (7) durchragte Durchbrechung (8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise zentralen, Scheibenebenen (10) der Filterelemente (5) um wenigstens eine zur Profilrohrachse (A) senkrechte Achse derart geneigt auf dem Profilrohr (7) angeordnet sind, dass die Scheibenebenen (10) mit der Profilrohrachse (A) einen Winkel (a, ß) einschließen, der ungleich 90° ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenebenen (10) um eine zur Profilrohrachse (A) senkrechte, vorzugsweise die Drehachse (2) schneidende Achse gegen die Rotationsrichtung der Filterelemente (5) geneigt sind und/oder zum Rotationsradius quer zur Rotationsrichtung geneigt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenebenen (10) gegenüber einem rechten Winkel zwischen Scheibenebenen (10) und Profilrohr (7) um 1 bis 15, vorzugsweise bis 6° geneigt auf dem Profilrohr (7) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenebenen (10) gegenüber einem rechten Winkel zwischen Schei- benebenen (10) und Profilrohr (7) um 2 bis 5° geneigt auf dem Profilrohr (7) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenebenen (10) gegenüber einem rechten Winkel zwischen Scheibenebenen (10) und Profilrohr (7) um 3 bis 4° geneigt auf dem Profilrohr (7) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (5) im Bereich der Durchbrechung (8) die Funktion von Abstandhaltern (1 1 ) zwischen den Filteroberflächen benachbarter Filterelemente (5) übernehmende ringförmige Ansätze (13) aufweisen, deren dem Profilrohr (7) zugewandte Mantelinnenflächen die Neigung der Filterelemente (5) auf dem Profilrohr (7) bestimmen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Filterelementen (5) im Bereich der Durchbrechung (8) zwischen den Filteroberflächen benachbarter Filterelemente (5) ringförmige Abstandhalter (1 1 ) zugeordnet sind, deren dem Profilrohr (7) zugewandte Mantelinnenflächen die Neigung der Filterelemente (5) auf dem Profilrohr (7) bestimmen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (5) verdrehgesichert am Profilrohr (7) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, mit wenigstens zwei um die Drehachse (2) rotierend antreibbare Rotoren (3) vorgesehen sind, wobei die den einzelnen Rotoren zugeordneten Filterelemente (5) derart auf dem Profilrohr (7) geneigt angeordnet sind, dass sie einem Filtrat eine achsparallele Strömungskomponente aufprägen, wobei die einer zu filtrierenden Flüssigkeit von den Rotoren (3) aufgeprägten Strö- mungskomponenten gleichgerichtet oder entgegengesetzt gerichtet sein können.
10. Mit einem Behälter (20) ausgestattete Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich beider Behälterstirnflächen (21 ) oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen (21 ) je wenigstens eine Anschlußöffnung (23) vorgesehen ist, welche wenigstens zwei Anschlussöffnungen (23) über eine Bypassleitung (24) miteinander strömungsverbunden sind.
1 1 . In einem Behälter (20) vorgesehene Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich beider Behälterstirnflächen (21 ) oder im Nahbereich beider Behälterstirnflächen (21 ) je wenigstens eine Anschlußöffnung (23) vorgesehen ist, wobei die Auslasssei- tige Anschlussöffnung (23) des einen Behälters (20) über eine Verbindungsleitung (25) an die einlassseitige Anschlussöffnung (23) eines weiteren Behälters (20) angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Behälter (20) in Serie verschaltet sind und dass die Auslassseitige Anschlussöffnung (23) des in der Serie letzten Behälters (20) wiederum über eine Verbindungsleitung (25) an die einlassseitige Anschlussöffnung (23) des ersten Behälters (20) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (24) und/oder in der Verbindungsleitung (25) ein Fluidstromregelventil (26) und/oder eine Förderpumpe angeordnet ist.
14. Scheibenförmiges Filterelement (5), das eine eine Aufnahme bildende Durchbrechung (8) aufweist und dessen Scheibenflächen (6) eine Filteroberfläche für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bilden, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Durchbrechung (8) wenigstens ein die Funktion eines Abstandhalters (1 1 ) übernehmender ringförmiger Ansatz (13) oder ein Abstandhalter (1 1 ) vorgesehen ist, dessen Ringachse mit einer, vorzugsweise zentralen, Scheibenebene (10) einen Winkel einschließt, der ungleich 90° ist.
15. Scheibenförmiges Filterelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenebene (10) von einem rechten Winkel zwischen Scheibenebene (10) und innerer Ringachse um 1 bis 1 5, vorzugsweise bis 6°, vorzugsweise um 2 bis 4°, insbesondere um 3°, abweichend geneigt ist.
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