DE3727277A1 - Verfahren und vorrichtung zum filtern einer fluessigkeit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum filtern einer fluessigkeit

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit.
Um ein rohrförmiges Filter rückzuspülen wird Druckluft auf das in einem Filtergehäuse verbleibende Filtrat angewendet. Der Druck der Druckluft ist größer als der einer zu filternden Ausgangs­ flüssigkeit. Dadurch lassen sich an einer Filteroberfläche des rohrförmigen Filters anhaftende Verunreinigungen von dem Filter lösen und in der Ausgangsflüssigkeit suspendieren.
Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird die komprimierte Luft weiter komprimiert aufgrund der Auswirkung der Ausgangsflüs­ sigkeit. Dies führt dazu, daß einige der Verunreinigungen wie­ derum auf der Filteroberfläche anhaften, so daß die Menge des Filtrats nicht bis auf einen gewünschten Grad vergrößert werden kann. Andererseits sollte die Druckluft nicht verschiedene Bakte­ rien enthalten, insbesondere für den Fall, daß die Ausgangsflüs­ sigkeit nützliche Bakterien enthält.
Die Offenlegungsschrift 60-1 32 817 der japanischen Gebrauchs­ musteranmeldung offenbart eine Vorrichtung zum Rückspülen eines Filters mit Schlitzen, das rotiert werden kann, um dadurch nie­ drigfrequente Schallwellen an den Schlitzen auszustrahlen, um dadurch ein Rückspülen durchzuführen. Jedoch muß bei dieser Vor­ richtung die Filtration aufhören, wenn ein Filter gespült werden soll. Daher wird die Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung be­ achtlich verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit mit Hilfe eines Kera­ mikfilters zu schaffen, das derart rückgespült werden kann, daß unterschiedliche Bakterien keine Wirkung aufweisen und die Be­ triebsgeschwindigkeit nicht abnimmt, so daß das Keramikfilter mit hoher Wirksamkeit einen Filtrierungsvorgang durchführen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit vor, bei dem eine Ausgangsflüssigkeit von einem Behälter einen Durchgang eines rohrartigen in einem Filtergehäuse angeordneten Filters zugeführt wird, die Ausgangs­ flüssigkeit durch den Durchgang des Filters zur Erzeugung des Filtrats hindurchgeführt wird, die ungefilterte Flüssigkeit zu dem Behälter zurückgeleitet wird, und der Filter mit Hilfe eines Hydraulikdruckgerätes rückgespült wird, das einen in einem Zylin­ der derart bewegbaren Kolben aufweist, daß das Filtrat von dem Kolben des Hyraulikgerätes bewegt wird.
Ein Keramikfilter kann während des Filtrationsschrittes rückge­ spült werden. Da der Druck auf das Filtrat mit Hilfe eines Hy­ draulikdruckgerätes angelegt wird, werden die von der Filtero­ berfläche entfernten Verunreinigungen nicht wieder an dieser an­ gebracht. Daher kann die Filtrationsgeschwindigkeit ausreichend hoch gehalten werden, um dadurch eine hohe Filtrationswirksamkeit zu erhalten. Da der Kolben den Druck direkt auf das Filtrat an­ bringt, werden nicht verschiedene Bakterien mit dem Filtrat ge­ mischt, wenn das Filter rückgespült wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren An­ sprüche. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung zum Filtern einer Flüssigkeit nach der Erfindung;
Fig. 2 eine graphische Darstellung, die eine Bezie­ hung zwischen Filtrationszeit und Filtra­ tionsrate darstellt, wenn gereifte Maische für Soja-Sauce oder von Sojabohnen herge­ stellte dunkle braune Flüssigkeit von der Vorrichtung der Fig. 1 ohne Rückspülung ge­ filtert wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Filtrationszeit und der Filtra­ tionsgeschwindigkeit, wenn gereifte Maische für Soja-Sauce von der Vorrichtung der Fig. 1 bei wiederholtem Rückspülen gefiltert wird;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer bevor­ zugten Ausführungsform vielfacher Keramikfil­ ter in einem Filtergehäuse zur Verwendung in einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5 eine Endansicht der Anordnung der vielfachen Keramikfilter in dem Filtergehäuse der Fig. 4;
Fig. 6A einen Schnitt längs Linie 6A-6A der Fig. 5;
Fig. 6B einen Schnitt längs Linie 6B-6B in Fig. 5;
Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht einer Rück­ spülvorrichtung der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 8 zwei Filtrationskurven; und
Fig. 9 eine Filtrationswelle.
Ein Behälter 21 in Fig. 1 enthält eine zu filternde Ausgangsflüs­ sigkeit. Ein rohrförmiges Keramikfilter bzw. mehrere Filter 23 mit jeweils einem Durchgang sind in einem Filtergehäuse 22 ange­ ordnet, das mit dem Behälter 21 durch eine Zirkulationsleitung verbunden ist, in der eine Pumpe 24 und ein Strömungsmesser 25 angeordnet sind. Die Ausgangsflüssigkeit wird gefiltert, wenn sie durch den Durchgang des Keramikfilters 23 in Querströmung hin­ durchgeht. Das Filtrat wird durch ein Schwimmerventil 27 in einen nicht dargestellten Tank geleitet, der außerhalb des Filtergehäu­ ses 22 angeordnet ist. Die ungefilterte Flüssigkeit wird in den Behälter 21 zurückgeleitet.
Das Filtergehäuse 22 ist mit einem Rückspülgerät 20 ausgerüstet, das ein Hydraulikdruckgerät aufweist, das aus einer Zylinderein­ richtung 28 und einem darin bewegbaren Kolben 29 sowie einer Be­ tätigungseinrichtung gebildet ist. Der Kolben 29 wird von der Betätigungseinrichtung 30 durch ein Öl 31 betätigt. Die Betäti­ gungseinrichtung 30 kann aus einer gewünschten Type gebildet sein, beispielsweise ein Lufdrucktyp oder ein Hydrauliktyp.
Ein Verfahren zum Rückspülen des Keramikfilters 23 wird im fol­ genden erklärt. Bei der Filterungsoperation wird die Betätigungs­ einrichtung 30 für eine kurze Zeit von 1-2 Sekunden betätigt, um dadurch den Kolben 29 durch das Öl 31 derart zu bewegen, daß ein Druck des Filtrats außerhalb des Filters 23 innerhalb des Filtergehäuses 22 größer wird als der Druck der Flüssigkeit in dem Filter 23. Gleichzeitig wird das Filtrat in das Filter 22 mit einer Strömungsgeschwindigkeit bewegt, die höher ist, als die Filtrationsgeschwindigkeit, so daß das Schwimmerventil 27 ge­ schlossen werden kann. Als Ergebnis werden die an einer Filter­ oberfläche des Keramikfilters 23 haftenden Verunreinigungen von dieser entfernt und in der Flüssigkeit in dem Filter 22 in Sus­ pension gebracht. Als Ergebnis ist ein Rückspülvorgang vervoll­ ständigt.
Anschließend bewegt sich der Kolben 29 derart zurück in seine Ausgangsposition, daß eine Volumenänderung des Zylinders 28 pro Zeiteinheit immer kleiner ist als eine Filtrationsrate durch das Keramikfilter 23.
Auf diese Weise läßt sich das Rückspülen durchführen, während die Ausgangsflüssigkeit gefiltert wird. Die von dem Filter 23 ent­ fernten Verunreinigungen werden in der Flüssigkeit in dem Filter suspendiert und haften nicht wieder an dem Filter 23 an. Dadurch läßt sich eine hohe Filtrationswirksamkeit erreichen. Zusätzlich, wenn das Filtrat von dem Kolben 29 bewegt wird, gibt es keine Möglichkeit, daß unterschiedliche Bakterien eine Auswirkung auf das Filtrat aufweisen.
Fig. 2 und 3 zeigen Testergebnisse, wenn gelagerte bzw. gereifte Maische für Soja-Sauce von der Vorrichtung der Fig. 1 gefiltert wird. Das Keramikfilter 23 hat eine Filterschicht mit einem Po­ rendurchmesser von etwa 0,8 µm. Die Filtration wird durchgeführt bei einer Zirkulationsgeschwindigkeit von 3 m/s mit einem Druck­ unterschied von 0,5 kg. Beim Rückspülen des Filters 23 wird ein Druck von 3 kg/cm2 auf das Filtrat mit Hilfe des Kolbens 29 ange­ legt, und das Filtrat wird in den Filter 22 bei einer Geschwin­ digkeit von etwa 8,2×10-5 m3/m2×s bewegt. Fig. 2 zeigt eine Filtrationskurve, wenn kein Rückspülen durchgeführt wird. Fig. 3 zeigt eine Filtrationskurve, wenn das Rückspülen bei jedem Punkt der kleinen Kreise wiederholt wird.
Fig. 4, 5, 6A und 6B zeigen eine senkrechte Filtervorrichtung, die im wesentlichen identisch mit der der Fig. 1 ist, mit der Ausnahme eines Filtergehäuses 12 und der sich darauf beziehenden Bauweise. In der dargestellten Ausführungsform sind neunzehn Keramikfilter 5 senkrecht und parallel zueinander innerhalb des Filtergehäuses 12 angeordnet, um dadurch ein Filtermodul zu bil­ den. Jedes Filter 5 hat neunzehn Flüssigkeitsdurchgänge jeweils mit einem inneren Durchmesser von 4 mm, einer Länge von 850 mm und einer sechseckigen Form der äußeren Oberfläche und besteht aus Aluminiumoxid. Obwohl in Fig. 5 nur ein Filter in Einzelhei­ ten gezeigt ist, haben alle Filter 5 die gleiche Bauweise. Zwei Module werden in Reihe miteinander verbunden, so daß die gesamte Anzahl der Filter 5 achtunddreißig beträgt. Das Filtergehäuse 12 besteht aus rostfreiem Stahl und hat eine Gesamtlänge von 2000 mm und einen Durchmesser von 500 mm.
Ein Modul wird erklärt. Mehrfache Halterungen 2 sind zwischen zwei Endplatten 1 aus rostfreiem Stahl durch O-Ringe 3 mit Hilfe sechseckiger Muttern 4 befestigt. Die Endplatten 1 haben jeweils neunzehn durchgehende Löcher 1 a mit einem Durchmesser, der größer ist als ein äußerer Durchmesser der Keramikfilter 5. Jedes Filter 5 mit neunzehn Flüssigkeitsdurchgängen geht durch je ein durchge­ hendes Loch 1 a der Endplatte 11. Packungen 6 sind zwischen den durchgehenden Löchern 1 a und dem Keramikfiltern 5 zu Dichtzwecken angeordnet. Packungsdruckplatten 7 sind zwischen den oberen und unteren Endplatten 1 durch O-Ringe 8 mit Hilfe von Bolzen 9 be­ festigt. Die Packungsdruckplatten 7 haben erste Löcher 7 a zum Durchlassen der Ausgangs- bzw. ungefilterten Flüssigkeit im Be­ reich der Enden der Keramikfilter 5 und zweite Löcher 7 b zum Durchlassen des Filtrats. Ein Umfang der Packungsdruckplatte 7 ist an einem Flanschabschnitt 12 a des Filtergehäuses 12 durch O- Ringe 13 mit Hilfe von Schraubbolzen 14 befestigt.
Zwei Module, von denen jedes in der genannten Art zusammengesetzt ist, werden in Reihe miteinander derart verbunden, daß O-Ringe 10 und O-Ringe 11 zwischen den Packungsdruckplatten 7 eingepreßt werden. Das Filtergehäuse 12 ist in einem zusammengesetzten Zu­ stand, in dem zwei Hälften an ihrem Flanschabschnitten 12 a mit Hilfe von Schrauben und Muttern 15 verbunden sind. Eine Einlaß­ öffnung 16 für die Ausgangsflüssigkeit ist in einem unteren Ende des Filtergehäuses 12 gebildet, während eine nicht dargestellte Auslaßöffnung in einem oberen Ende des Filtergehäuses 12 gebildet ist. Eine Auslaßöffnung 17 für das Filtrat und ein Ablaß 18 wer­ den in einem Seitenabschnitt der unteren Hälfte des Filtergehäu­ ses 12 gebildet.
In der oben beschriebenen Struktur werden die Endplatten 1 von den Halterungen 2 getragen, um dadurch einen starren Rahmen zu bilden. Zusätzlich werden die durchgehenden Löcher 1 a der End­ platten 1 und die Keramikfilter 5 mit Hilfe der Packungen 6 abge­ dichtet. Daher ist es einfach, nur ein Keramikfilter beispiels­ weise für Reparaturzwecke zu ersetzen. Wenn die Packungen 6 und/oder die O-Ringe aus einem Gummi Hitzewiderstandsfähigkeit hergestellt werden, beispielsweise Flouro-Gummi, Silikonharz, Butyl-Gummi oder natürlichem Gummi, so hat die Hitze keine Aus­ wirkung auf die Dichtcharakteristika. Fig. 8 zeigt eine Filtra­ tionswelle. T 1 bezeichnet eine Filtrationszeit und T 2 eine Rück­ spülzeit. P bezeichnet einen Rückspüldruck. Eine Rückspülzeit von etwa 0,2 s oder weniger ist nicht ausreichend, das Keramikfilter 23 zurückzuspülen. Eine bevorzugte Rückspülzeit liegt zwischen etwa 1-2 s.
Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen Rückspülzeit und Filtra­ tionsrate. Die Kurve 90 zeigt eine derartige Beziehung, wenn das Rückspülen wiederholt wird. Jede Rückspülzeit ist eine Sekunde. Die Fig. 91 zeigt eine derartige Beziehung falls kein Rückspü­ len durchgeführt wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Eine Ausgangsflüssigkeit wird von einem Behälter einem Durchgang eines in einem Filtergehäuse (12) angeordneten rohrartigen Filters zugeführt;
die Ausgangsflüssigkeit wird durch den Durchgang des Filters zur Erzeugung des Filtrats hindurchgeführt;
die ungefilterte Flüssigkeit wird zu dem Behälter (21) zu­ rückgeführt;
das Filter wird mit Hilfe eines Hydraulikdruckgeräts zurück­ gespült, das einen in einem Zylinder derart bewegbaren Kol­ ben aufweist, daß das Filtrat von dem Kolben des Hydraulik­ geräts bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck einer Betätigungseinrichtung (30) durch eine Flüssig­ keit (31) auf den Kolben (29) angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck des Filtrats in dem Filtergehäuse höher ist als ein Druck der Ausgangsflüssigkeit in dem Filter, wenn das Filter rückgespült wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat gezwungen wird, in das Fil­ ter bei einem Strömungsdurchsatz bewegt zu werden, der höher ist als der Filtrationsdurchsatz, um dadurch ein Schwimmer­ ventil (27) zu schließen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Rückspülen des Filters eine Volumenänderung des Zylinders pro Zeiteinheit kleiner als ein Filtrationsdurchsatz ist.
6. Vorrichtung zum Filtern einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch:
einen Behälter (21) zum Speichern einer Ausgangsflüssigkeit;
ein Filtergehäuse (22);
Einrichtungen zum Verbinden des Behälters (21) mit dem Fil­ tergehäuse in einer solchen Weise, daß die Ausgangsflüssig­ keit in das Filtergehäuse eingebracht werden kann;
einen Keramikfilter mit einem Durchgang, der in dem Filter­ gehäuse angeordnet ist; und
ein an dem Filtergehäuse angebrachtes Rückspülgerät, das ein Hydraulikdruckgerät mit einem in einem Zylinder derart be­ wegbaren Kolben aufweist, daß das Filter von dem Kolben rückgespült werden kann, wenn das Hydraulikdruckgerät betä­ tigt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikdruckgerät durch ein Öl durch eine Betätigungsein­ richtung betätigt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwimmerventil (27) mit dem Filtergehäuse (22) ver­ bunden ist, um das Austreten des Filtrats zu verhindern, wenn das Filtrat zwangsweise in das Filter mit einer Strö­ mungsgeschwindigkeit bewegt wird, die höher ist, als der Filtrationsdurchsatz.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filtergehäuse zwei Module, von denen jeder mehrere rohrartige parallel angeordnete Keramikfilter ent­ hält und jedes Keramikfilter mehrere Durchgänge aufweist, mehrere Endplatten mit mehreren durchgehenden Löchern, in die die Keramikfilter eingesetzt sind, mehrere zwischen den Endplatten angeordneten Halterungen zum Haltern der Endplat­ ten sowie Packungen zur Herstellung einer Abdichtung zwi­ schen den durchgehenden Löchern der Endplatte und den Kera­ mikfiltern aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch, worin die beiden Module in Reihe miteinander verbunden sind durch O-Ringe an den Stellen, an denen Löcher zum Durchgehen des Filtrats gebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungen und O-Ringe aus einem Gummi mit Hitzewider­ standsfähigkeit hergestellt sind.
DE19873727277 1986-08-20 1987-08-15 Verfahren und vorrichtung zum filtern einer fluessigkeit Ceased DE3727277A1 (de)

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