WO2005007266A1 - Verfahren zum filtrieren von fluiden und vorrichtung zum durchführen des verfahrens - Google Patents

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WO2005007266A1 PCT/EP2004/007579 EP2004007579W WO2005007266A1 WO 2005007266 A1 WO2005007266 A1 WO 2005007266A1 EP 2004007579 W EP2004007579 W EP 2004007579W WO 2005007266 A1 WO2005007266 A1 WO 2005007266A1
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Werner Pfeiffer
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E Begerow GmbH and Co
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D25/00—Filters formed by clamping together several filtering elements or parts of such elements
    • B01D25/12—Filter presses, i.e. of the plate or plate and frame type
    • B01D25/164—Chamber-plate presses, i.e. the sides of the filtering elements being clamped between two successive filtering plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D25/00—Filters formed by clamping together several filtering elements or parts of such elements
    • B01D25/28—Leaching or washing filter cakes in the filter handling the filter cake for purposes other than regenerating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D25/28—Leaching or washing filter cakes in the filter handling the filter cake for purposes other than regenerating
    • B01D25/282—Leaching or washing filter cakes in the filter handling the filter cake for purposes other than regenerating for drying
    • B01D25/285—Leaching or washing filter cakes in the filter handling the filter cake for purposes other than regenerating for drying by compression using inflatable membranes

Definitions

  • the invention relates to a method for filtering fluids, wherein an inlet for the unfiltrate and an outlet for the filtrate as well as a plurality of stackable frame parts are provided, in particular in the form of filtrate plates and filter frames, the respective filter frame containing a filtrate space for receiving of a filter cake which is formed and which is closed off on one side by the layer filter facing the next frame part in the stack, and the filtrate space is delimited by the filter cake on its side opposite the layer filter by another filter medium.
  • the invention further relates to a device for performing this method.
  • a device is known from EP 1 140 317 B1 which also serves for the continuous filtering of liquids by means of a pressure gradient between an inlet and an outlet of the device and for pressing out remaining quantities of unfiltrate by means of a pneumatic
  • the printing medium is formed with a plurality of filter plates in the manner of a filter frame, which have a depression on both sides for receiving a flat one
  • a plurality of membrane plates which are also designed in the manner of a filter frame, have connections, bores and recesses for the supply of the pressure medium and are covered on both sides with an elastic membrane, between the filter medium and Membrane an unfiltrate or filter cake space is formed
  • the membranes which are elastically stretchable under pressure up to the flat contact with the filter plates or the layer filter material have a smooth surface on both sides and lie in a relaxed state over the entire surface of the membrane plate, between the membrane plates and the filter plates Frame that delimits the unfiltrate space, corresponding recesses in the filter and membrane plates, which in the assembled state form at least one inlet channel for the unfiltrate and one outlet channel for the filtrate, as well as with end plates, mounting and tensioning devices in order to detachably connect the filter plates and
  • this known filter device is one of the so-called filter presses, which, however, is used in the filtering process like a plate filter, in which the filtrate is pushed through the filter medium by the liquid pressure gradient between the inlet and outlet.
  • the known solution uses sections of a layered filter material as a filter medium, which is characterized by a labyrinth-like structured depth filter structure, which, in combination with different surface charges, may have a mechanically and adsorptively influenced separation of particles on the relatively long one Allows way through the filter medium.
  • layered filter materials also known as filter layers, are special cardboards for the filtration of fluid media with the aim of separating coarse to very fine particles, colloids, microorganisms and other undesirable constituents in order to obtain a filtrate of the desired high quality or to obtain solid residues as filter cakes ,
  • EP 0 759 318 A1 discloses a generic method and a device which serve to dehumidify and dry solid / liquid mixtures, in which the slurry to be treated is dehumidified in a filter press and the filter cake formed is dried by supplying heat, the filter cakes formed during the dewatering are pressed on both sides against two filter plates and heating plates arranged parallel to them, which are heated to a constant drying temperature.
  • the filter cake is pressed onto the surfaces of the heating plates by means of a pressurized gas, which is supplied via a collecting pipe and a drainage is, after the heating of the filter cake to a predetermined temperature, the supply of the pressurized gas is shut off and a purge gas under low pressure is introduced into the filter press and discharged via the drainage and the collecting pipe.
  • the changeover from compressed gas (heating phase) to purge gas (evaporation phase) and vice versa is repeated until the desired degree of drying of the cake is reached, whereupon the dried filter cake is removed in the usual way by opening the filter press.
  • the object of the invention is therefore to further improve the known solutions in such a way that as few active substances as possible remain in the filter cake and are not lost in further processing processes in order to reduce the cost efficiency of a filtration process, in particular with reference to Fine separation processes to increase.
  • a related problem is solved by a method with the features of patent claim 1 and a device with the features of patent claim 7.
  • a further fluid in particular in the form of a washing liquid, is fed through the further filter medium, which after flowing through the filter cake and the adjoining layer filter leaves the device via its outlet, any valuable and active substances remaining in the filter cake can be washed out using a suitable washing liquid, which can vary depending on the filtration task, and can thus be fed to the filtrate side of the device in order to be available for further processing and preparation processes.
  • the washing liquid is supplied via a filter medium, then completely flows through the filter cake located in the collecting space and only then discharged via the further filter medium, which also limits the collecting space, ensures that any expensive nitrate products , such as proteins, albumin, globulin, etc., are led out of the device on the filtrate side on the outlet side, so that the filtration performance with the process solution according to the invention is increased compared to the known solutions, and the cost efficiency for the individual filtration processes is significantly increased by the receipt of further active ingredients.
  • any expensive nitrate products such as proteins, albumin, globulin, etc.
  • washing liquid which is passed over a filter medium before it enters the filter cake
  • a particularly gentle separation process of the active ingredients from the other filtrate cake is also achieved, which plays a role in particular when the active ingredients counter mechanical loads, for example in the form of the pressure of the membrane of a membrane plate or the like, are sensitive.
  • the layer filter on one side of the filter cake and by using a further filter medium on the opposite side of the filter cake with a corresponding flow through the filter layers and the complete filter cake by means of the washing liquid. to completely dispense with mechanical extrusion processes for the filter cake and still achieve good removal rates of active ingredient.
  • a device with the feature configuration of claim 7 is used to carry out the described method.
  • the layer filter is formed from a depth filter medium and the further filter medium is formed from a filter cloth or likewise from a depth filter medium.
  • a pressure force is exerted on the further filter medium such that the filter cake is pressed in the direction of the layer filter.
  • a membrane which can be acted upon by a pressure medium, in particular in the form of gas, and which is part of a membrane plate as a further frame part of the device with which the method according to the invention can be carried out preferably serves to exert the pressure force on the further filter medium.
  • the retention of separation products can then be increased by not only washing the filtrate cake, but pressing it together with a pressing pressure. In this way, the retention of active substances on the filtrate side can be significantly increased during the filtration process.
  • the layer filter and the further filter medium are clamped between the plate-like frame parts, these covering the unfiltrate and filtrate channels which are connected to the inlet and outlet of the device.
  • the respective filter layers and filter media can be stably clamped between the frame parts and thus fixed within the device. Accordingly, it is not necessary, as described in the prior art (EP 1 140 317 B1), to insert the filter medium into depressions in the respective filter plate, in order then to compress the sections of layer filter material on the edge between the filter plates and the frame, which is too complicated frame parts and thus leads to an increase in the manufacturing costs of the device.
  • the inventive device for performing the described method is the subject of claim 7.
  • FigJ is a perspective view of an end face of the device; 2, 2a and 2b cross sections through a part of the stack package on frame parts and an end view of a frame part;
  • Fig.4.4a shows a cross section through the stacked frame parts of a third embodiment and an end view of a frame part in question.
  • the filter device according to the invention shown in perspective in FIG. 1 has a front and rear frame plate 10 and 12, respectively.
  • the two frame plates 10, 12 are held together in a horizontal plane by means of a beam-like support frame 14.
  • Frame parts 16 with support lugs 18 integrally formed on them can be stacked on the support frame 14 from above and brought together in a pressing arrangement. So that the individual frame parts 16 are held in their position on the support frame 14, a pressing device 20, not shown, acts on the end of the device and holds the plate-like frame parts 16 together.
  • An inlet 22 for the supply of the unfiltrate and an outlet 24 for the discharge of the filtrate are furthermore arranged in the manner of a connection on the front frame plate 10.
  • FIG. 1 can have further connections (not shown in more detail) for the supply of pressure media, washing liquid and optionally further channels and connection points for filtrate and unfiltrate.
  • the frame parts 16 form, in alternating order, one filtrate plate 26 and one filter frame 28, the respective filter frame 28 delimiting a filtrate space 30 for receiving a filter cake, which is not shown in detail during the filtration ,
  • the filtrate space 30 in question is closed off on one side by a layer filter 32 and, on its side opposite the layer filter 32, has a further filter medium 34, which in the present exemplary embodiment is also a layer filter.
  • a depth filter layer as specified by the prior art is used as the filter medium of the respective layer filter 32, 34.
  • Such a depth filter layer is disclosed, for example, in DE 10044 218 A1.
  • This known solution is a wet-strength filter, in particular with high swellability, which comprises a filter matrix containing cellulose fiber and having open-pored cavities, the cellulose fibers having chemically bound polyisocyanate on their surface.
  • the known filter matrix has finely divided microparticles in its cavities in order to enable fine separation processes in this way. Because of the native fiber structure of the fiber matrix with cellulose fibers, this known solution can, however, lead to shrinking processes during the subsequent drying or sintering of the matrix with the As a result, despite the increased swelling behavior, a technically exact specification of the filtration properties is not possible.
  • DE 102 29 291 proposes an improved filter material in the form of a depth filter layer, consisting of a support layer forming passages, with a first type of plastic fibers and with a predefinable proportion of native fibers, the first type of fibers being Bicomponent fibers are formed, which have a core with a high melting point, which is surrounded by a jacket with a lower melting point, in contrast, wherein a wet strength agent is present in the filter material, selected from the group of epichlorohydrin resins and / or melamine formaldehyde resins.
  • the solution according to the invention is further characterized in that the filter media 32, 34 extend in a cloth-like manner with an essentially square cross-section over the frame parts 16 and can thus be pressed between two frame parts 16.
  • the unfiltrate is fed to the individual frame parts 16 in a stacking sequence via the input channels 36 (cf. also FIG. 2a).
  • the unfiltered material in question then flows through the inlet channels 36 into the filtrate chamber 30 and passes there through the film filter 32 and the film filter 34 on both sides.
  • the filtrate is then discharged via the filters arranged one behind the other in a horizontal plane.
  • th output channels 38, 40, the further output channel 40 being shown in a different sectional plane to FIG. 2 in FIG. 2b.
  • the arrangement of output channels 38, 40 is duplicated, namely running up and down on the frame parts 16 and essentially in a horizontal plane to the input channels 36 for the unfiltrate.
  • a filter cake has now built up sufficiently in the respective filtrate space 30, it still has corresponding, non-filtered-out ingredients and in order to obtain this, the filter cake in the filtrate space 30 is to be washed out.
  • a washing liquid (not shown in detail) is fed in via the filtrate outlet 38 and after passing through the filtrate plates 26, the filter medium 34, the filtrate cake in the filtrate chamber 30 and the layer filter 32, the washing liquid with the active substances obtained by the washing passes into the Looking towards the central part of the filtrate plate 26 as seen in FIG. 2 and from there the discharge takes place via the outlet channel 40.
  • the specific arrangement enables an area-uniform, gentle filter cake washing.
  • a particularly gentle active substance retention can be achieved, which does not require any further pressure media, so that the filter package according to FIG. 2 is particularly suitable for fine substances that are sensitive to mechanical stress.
  • FIGS. 3 and 4 differ from the embodiment according to FIG. 2 in that they use a pressure medium, in particular in the form of a compressed gas, for filter cake pressing, which acts on a membrane 42 of a membrane plate 44 which as a further frame part 16 in the stack to the other frame parts in alternating order according to the configuration according to FIG.
  • a pressure medium in particular in the form of a compressed gas, for filter cake pressing, which acts on a membrane 42 of a membrane plate 44 which as a further frame part 16 in the stack to the other frame parts in alternating order according to the configuration according to FIG.
  • a depth filter medium is again used as a layer filter 32 on the right in order to delimit the filtrate space 30 in the direction of looking at FIG. 3.
  • a filter cloth 46 of conventional construction delimits the filtrate space 30 as a further filter medium.
  • the respective membrane plate 44 has two membranes 42 separated from a chamber wall 48 along a central plane.
  • a pressure chamber 50 is formed between the chamber wall 48 and the respectively opposite membrane, whereby the respective membrane 42, for example in the form of a rubber-elastic membrane, in the direction by supplying and discharging a pressure fluid via the pressure channels 52 (see FIG.
  • the adjacent filter cloth wall 46 is pressed, the respective filter cloth 46 being equipped with a predeterminable fluid permeability. Furthermore, the respective membrane 42, with the filter cloth 46 that can be assigned to it, delimits a washing chamber 54 which can be supplied with predeterminable washing liquid via further channels 56 (cf. FIG. 3a).
  • the washing liquid in question is then distributed over the free space or the washing chamber 54 between the respective pressing membrane 42 and the filter cloth 46 as a further filter medium and pressed through the filter cake in the filtrate chamber 30 with the same area.
  • the washing liquid then passes through the depth filter layer in the form of the layer filter 32, is collected in the filtrate plate 26 and then discharged via the filtrate channels 38. Since no deformation of the depth filter layer 32 is required in all of these processes, safe and optimal filtration and cake washing are ensured with the device according to the invention.
  • the filtrate plates 26 are basically designed as membrane plates 44 and, furthermore, an elastic layer filter 32 or a filter cloth 34 is preferably provided as the filter medium as a further filter medium.
  • the unfiltrate is in turn fed to the respective frame part 16 via the inlet channel 36 from above and below, and the filtrate is also removed via the outlet channels 38, 40 at the top and bottom of the respective frame part 16.
  • the pressure fluid is supplied and discharged via the pressure channels 52 (see FIG. 4 a) and the liquid or gaseous pressure medium thus enter the pressure chamber 50 between the chamber wall 48 and Membrane 42.
  • the outlet 40 of filtrate is available as the inlet for the washing liquid and the outlet of the washing liquid takes place via the outlet channels 38 of the further filtrate.
  • a circumferential, closed seal (not shown) is present in the relevant clamping level between the relevant frame parts.
  • the relevant seal can be arranged in one piece on the respective edge-side closure of the filter medium.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Filtration Of Liquid (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von Fluiden, wobei ein Eingang (22) für das Unfiltrat und ein Ausgang (24) für das Filtrat sowie eine Mehrzahl an stapelbaren Rahmenteilen (16) vorgesehen werden, insbesondere in Form von Filtratplatten (26) und von Filterrahmen (28), wobei der jeweilige Filterrahmen (28) einen Filtratraum (30) zur Aufnahme eines sich bildenden Filterkuchens begrenzt, der auf seiner einen, dem nächsten Rahmenteil (16) im Stapel zugewandten Seite von einem Schichtfilter (32) abgeschlossen wird, wobei der Filtratraum (30) mit dem aufnehmbaren Filterkuchen auf seiner, dem Schichtfilter (32) gegenüberliegenden Seite von einem weiteren Filtermedium (34) begrenzt wird, und wobei durch dieses weitere Filtermedium (34) ein weiteres Fluid, insbesondere in Form einer Waschflüssigkeit, zugeführt wird, die nach Durchströmen des Filterkuchens und des angrenzenden Schichtfilters (32) die Vorrichtung über ihren Ausgang (24) verlässt. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens.

Description

E. Begerow GmbH & Co., An den Nahewiesen 24, 55450 Langenlonsheim
Verfahren zum Filtrieren von Fluiden und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von Fluiden, wobei ein Eingang für das Unfiltrat und ein Ausgang für das Filtrat sowie eine Mehrzahl an stapelbaren Rahmenteilen vorgesehen werden, insbesondere in Form von Filtratplatten und von Filterrahmen, wobei der jeweilige Filter- rahmen einen Filtratraum zur Aufnahme eines sich bildenden Filterkuchens begrenzt, der auf seiner einen, dem nächsten Rahmenteil im Stapel zugewandten Seite von einem Schichtfilter abgeschlossen wird, und wobei der Filtratraum mit dem aufnehmbaren Filterkuchen auf seiner, dem Schichtfilter gegenüberliegenden Seite von einem weiteren Filtermedium begrenzt wird. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Durch die EP 1 140 317 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, die ebenfalls dem kontinuierlichen Filtrieren von Flüssigkeiten mittels eines Druckgefälles dient zwischen einem Einlauf und einem Auslauf der Vorrichtung sowie zum Auspressen restlicher Unfiltratmengen mittels eines pneumatischen
Druckmediums vor dem Öffnen der Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Filterplatten in der Art eines Filterrahmens ausgebildet, die beidseitig eine Vertiefung zur Aufnahme eines flächigen Filtermediums aufweisen und mit Ablaufkanälen für das Filtrat ausgestattet sind, einer Mehrzahl von Membranplatten, die ebenfalls in der Art eines Filterrahmens ausgebildet Anschlüsse, Bohrungen und Ausnehmun- gen für die Zufuhr des Druckmediums aufweisen und beidseitig mit einer elastischen Membran belegt sind, wobei zwischen Filtermedium und Membran ein Unfiltrat- bzw. Filterkuchenraum gebildet ist, wobei die unter Druckbeaufschlagung bis zur flächigen Anlage an den Filterplatten bzw. dem Schichtfiltermaterial elastisch dehnbaren Membranen beidseitig eine glatte Oberfläche aufweisen und in entspanntem Zustand vollflächig an der Membranplatte anliegen, zwischen den Membranplatten und den Filterplatten den Unfiltrat- raum begrenzenden Rahmen, korrespondierenden Ausnehmungen in den Filter- und Membranplat- ten, die in montiertem Zustand mindestens je einen Zulaufkanal für das Unfiltrat und einen Ablaufkanal für das Filtrat bilden sowie mit Endplatten, Halterungs- und Spanneinrichtungen, um die Filterplatten und Membranplatten als Filterrahmen zu einem Paket lösbar miteinander zu verbinden.
Diese bekannte Filtervorrichtung zählt hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus zu den sog. Filterpressen, die jedoch beim Filtrierverfahren wie ein Plattenfilter benutzt wird, bei dem das Filtrat durch das Flüssigkeits- Druckgefälle zwischen Einlauf und Auslauf durch das Filtermedium hin- durchgedrückt wird. Als Filtermedium setzt die bekannte Lösung Abschnitte eines Schichtfiltermaterials ein, das charakterisiert ist durch ein labyrinthartig strukturiertes Tiefenfiltergefüge, das gegebenenfalls in Verbindung mit unterschiedlichen Oberflächenladungen eine sowohl mechanisch als auch adsorptiv beeinflußte Abscheidung von Partikeln auf dem relativ langen Weg durch das Filtermedium ermöglicht. Diese auch als Filterschichten bezeichneten Schichtenfiltermaterialien sind Spezialpappen zur Filtration fluider Medien mit dem Ziel, grobe bis feinste Partikel, Kolloide, Mikroorganismen und andere unerwünschte Bestandteile abzutrennen, um ein Fil- trat in gewünschter hoher Qualität zu erhalten, bzw. feste Rückstände als Filterkuchen zu gewinnen.
Obwohl mit der bekannten Vorrichtungs- und Verfahrenslösung sehr gute Abscheideresultate erreichbar sind, läßt sie dennoch Wünsche offen, insbe- sondere wenn es darum geht, Feinstteile, wie Albumin, Globulin, Eiweißstoffe od. dgl. aus einem Blut-Plasma-Fluid abzutrennen oder die bekannte Vorrichtungs- und Verfahrenslösung für die Blut-Plasma-Fraktionierung einzusetzen. Auch können im Filterkuchen trotz des Auspressens mittels den Membranen der einzelnen Membranplatten innerhalb der Filtervorrichtung Wirkstoffe im Filterkuchen verbleiben, die dann für weiterverarbeitende Prozesse verloren gehen, was insbesondere für sehr teure Wirkstoffprodukte, wie Albumin, Globulin und/oder sonstige spezielle Eiweißstoffe auf der Kostenseite zu Verlusten führt.
Durch die EP 0 759 318 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Vorrichtung bekannt, die dem Entfeuchten und Trocknen von Feststoff/Flüssigkeits-Gemischen dienen, bei dem die zu behandelnde Trübe in einer Filterpresse entfeuchtet und der gebildete Filterkuchen durch Wärmezufuhr getrocknet wird, wobei der bei der Entwässerung gebildete Filterku- chen beidseitig gegen jeweils zwischen zwei Filterplatten und parallel zu diesen angeordnete Heizplatten gedrückt wird, die auf eine konstante Trocknungstemperatur aufgeheizt werden. Das Andrücken des Filterkuchens an die Oberflächen der Heizplatten erfolgt mittels eines unter Druck stehenden Gases, das über ein Sammelrohr und eine Drainage zugeführt wird, wobei nach dem Aufheizen des Filterkuchens auf eine vorgegebene Temperatur die Zufuhr des unter Druck stehenden Gases abgestellt und ein unter niedrigem Druck stehendes Spülgas in die Filterpresse eingeleitet und über die Drainage und das Sammelrohr abgeführt wird. Die Umstellung von Druckgas (Aufheizphase) auf Spülgas (Verdampfungsphase) und umgekehrt wird wiederholt, bis der gewünschte Trocknungsgrad des Kuchens erreicht ist, worauf der getrocknete Filterkuchen durch Öffnen der Filterpresse in üblicher weise entfernt wird. Bei der bekannten Lösung begrenzen also immer zwei Filtermedien einen Sammelraum, in dem der Heizstab geführt ist, und mit der bekannten Lösung ist es zum einen möglich, über die beiden Filtermedien gemeinsam zu filtrieren und diese gemeinsam mit einer Waschflüssigkeit (unter Druck stehendes Gas), zugeführt über einen Trübezulauf, zu spülen. Auch bei der dahingehenden Ausgestaltung ist nicht auszuschließen, dass Wirkstoffe, insbesondere im Mittenbereich des Filterku- chens verbleiben und derart für weitergehende Verarbeitungsprozesse verloren gehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen dahingehend weiter zu verbes- sern, dass möglichst wenig Wirkstoffe im Filterkuchen verbleiben und derart nicht für weitergehende Verarbeitungsprozesse verloren gehen, um dergestalt die Kosteneffizienz eines Filtrationsvorganges, insbesondere bezogen auf Feinstabscheideprozesse, zu erhöhen. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vor- richtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 7.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 durch das weitere Filtermedium ein weiteres Fluid, insbesondere in Form einer Waschflüssigkeit, zugeführt wird, die nach Durchströmen des Filter- kuchens und des angrenzenden Schichtfilters die Vorrichtung über ihren Ausgang verläßt, kann über eine geeignete Waschflüssigkeit, die in Abhängigkeit der Filtrationsaufgabe von ihren Inhaltsstoffen her variieren kann, etwaig im Filterkuchen verbleibende Wert- und Wirkstoffe dergestalt aus- gewaschen und mithin der Filtratseite der Vorrichtung zugeführt werden, um dergestalt für weitere Verarbeitungs- und Aufbereitungsvorgänge zur Verfügung zu stehen. Dadurch, dass gegenüber der nächstkommenden bekannten Lösung das Zuführen der Waschflüssigkeit über ein Filtermedium erfolgt, dann den im Sammelraum befindlichen Filterkuchen vollständig durchströmt und erst dann anschließend über das weitere Filtermedium, das den Sammelraum gleichfalls begrenzt, abgeführt wird, ist sichergestellt, dass etwaig teure Fiitratprodukte, wie Eiweißstoffe, Albumin, Globulin etc., aus der Vorrichtung auf der Filtratseite auslaßseitig herausgeführt werden, so dass die Filtrationsleistung mit der erfindungsgemäßen Verfahrenslösung gegenüber den bekannten Lösungen erhöht ist und durch den Erhalt weiterer Wirkstoffe ist die Kosteneffizienz für die einzelnen Filtrationsprozesse deutlich gesteigert.
Durch Einsatz der Waschflüssigkeit, die dergestalt über ein Filtermedium geführt wird, bevor sie in den Filterkuchen eintritt, ist darüber hinaus ein besonders schonender Trennvorgang der Wirkstoffe vom sonstigen Filtrat- kuchen erreicht, was insbesondere dann eine Rolle spielt, wenn die Wirkstoffe gegen mechanische Belastungen, beispielsweise in Form des Druckes der Membran einer Membranplatte od. dgl., empfindlich sind. Für selektive Wirkstoffabscheideprozesse mittels der Waschflüssigkeit ist es somit möglich, durch den Einsatz des Schichtfilters auf der einen Seite des Filterkuchens und durch den Einsatz eines weiteren Filtermediums auf der gegenüberliegenden Seite des Filterkuchens mit entsprechender Durchströmung der Filterschichten und des kompletten Filterkuchens mittels der Waschflüs- sigkeit auf mechanische Auspreßverfahren für den Filterkuchen vollständig zu verzichten und dennoch zu guten Abscheideraten an Wirkstoff zu gelangen. Für das Durchführen des beschriebenen Verfahrens dient eine Vorrichtung mit der Merkmalsausgestaltung des Patentanspruches 7.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Schichtfilter aus einem Tiefenfiltermedium gebildet und das weitere Filtermedium wird aus einem Filtertuch oder gleichfalls aus einem Tiefenfiltermedium gebildet. Durch die geeignete Wahl an Filtertüchem und/oder Tiefenfiltermaterialien läßt sich dergestalt die Selektivität für die abzuscheidenden Feinststoffe vorgeben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf das weitere Filtermedium derart eine Druckkraft ausge- übt, dass der Filterkuchen in Richtung des Schichtfilters gepreßt ist. Vorzugsweise dient dabei zum Ausüben der Druckkraft auf das weitere Filtermedium eine mit einem Druckmedium, insbesondere in Form von Gas, beaufschlagbare Membran, die Bestandteil einer Membranplatte als weiteres Rahmenteil der Vorrichtung ist, mit der sich das erfindungsgemäße Ver- fahren durchführen läßt. Insbesondere bei Feinststoffen, die weniger gegen mechanische Druckbeanspruchung empfindlich sind, läßt sich dann dergestalt der Erhalt an Abscheideprodukten erhöhen, indem der Filtratkuchen nicht nur gewaschen, sondern mit einem Preßdruck versehen zusammengedrückt wird. Auf diese Art und Weise läßt sich deutlich der Erhalt an Wirkstoffen auf der Filtratseite während des Filtrationsprozesses erhöhen. In Abhängigkeit der gewählten Lösung besteht dabei die Möglichkeit, zuerst den Filterkuchen zusammenzupressen und dann zu waschen; die dahingehenden Prozesse in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen oder gleichzeitig zu waschen und den Filterkuchen dabei zu pressen, wobei die Waschflüssigkeit von einem Filter zum benachbarten nächsten in einer homogenen, gleichförmigen Strömung die Abreinigung vornimmt.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens werden der Schichtfilter und das weitere Filtermedium zwischen die plattenartigen Rahmenteile eingespannt, wobei diese die Unfiltrat- und Filtratkanäle, die an Ein- bzw. Ausgang der Vorrichtung angeschlossen werden, überdecken. Auf diese Art und Weise lassen sich stabil die jeweiligen Filterschichten und Filtermedien zwischen den Rah- menteilen verspannen und dergestalt innerhalb der Vorrichtung festlegen. Demgemäß ist es nicht notwendig, wie im Stand der Technik beschrieben (EP 1 140 317 B1), das Filtermedium in Vertiefungen der jeweiligen Filterplatte einzulegen, um dann die Abschnitte an Schichtfiltermaterial randsei- tig zwischen den Filterplatten und den Rahmen abdichtend zusammenzu- drücken, was zu kompliziert aufbauenden Rahmenteilen und mithin zu einer Erhöhung der Herstell kosten der Vorrichtung führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 7.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Vorrichtung sowie verschiedener Ausführungsbeispiele gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
FigJ eine perspektivische Darstellung einer Stirnseite der Vorrichtung; Fig.2, 2a und 2b Querschnitte durch einen Teil des Stapelpaketes an Rahmenteilen sowie eine stirnseitige Draufsicht auf ein Rahmenteil;
Fig.3, 3a wiederum einen Querschnitt durch die stapelartig gepackten Rahmenteile eines zweiten Ausführungsbeispiels sowie eine stirnseitige Ansicht auf ein dahingehendes Rahmenteil;
Fig.4,4a einen Querschnitt durch die stapelartig gepackten Rahmenteile eines dritten Ausführungsbeispieles sowie eine stirnseitige Ansicht auf ein dahingehendes Rahmenteil.
Die in der FigJ perspektivisch dargestellte erfindungsgemäße Filtervorrichtung verfügt über eine vordere und hintere Gestellplatte 10 bzw. 12. Die beiden Gestellplatten 10,12 sind in einer horizontalen Ebene über einen balkenartigen Auflagerahmen 14 aneinandergehalten. Auf den Auflagerahmen 14 lassen sich von oben her Rahmenteile 16 mit an ihnen angeformten Auflagenasen 18 einstapeln und in pressende Anlage miteinander bringen. Damit die einzelnen Rahmenteile 16 in ihrer Lage am Auflagerahmen 14 gehalten sind, wirkt an einem Ende der Vorrichtung eine nicht näher darge- stellte Preßeinrichtung 20 auf diese und hält die plattenartigen Rahmenteile 16 aneinander. An der vorderen Gestellplatte 10 ist des weiteren anschlußartig ein Eingang 22 für die Zufuhr des Unfiltrats sowie ein Ausgang 24 für die Abfuhr des Filtrats angeordnet. Der Aufbau einer dahingehenden Filtervorrichtung ist üblich und in einer Vielzahl von Bau- und Ausführungsfor- men im Stand der Technik nachweisbar, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Des weiteren kann die in FigJ dargestellte Vorrichtung nicht näher spezifizierte weitere Anschlüsse (nicht näher dargestellt) aufweisen für Druckmedienzuführung, Waschflüssigkeit sowie gegebenenfalls weitere Kanäle und Anschlußstellen für Filtrat und Unfiltrat.
Bei der Ausführungsform nach den Fig.2,2a und 2b bilden in alternierender Reihenfolge die Rahmenteile 16 einmal Filtratplatten 26 und einmal Filterrahmen 28 aus, wobei der jeweilige Filterrahmen 28 einen Filtratraum 30 zur Aufnahme eines sich während der Filtration bildenden, nicht näher dargestellten Filterkuchens begrenzt. Der dahingehende Filtratraum 30 ist auf seiner einen Seite von einem Schichtfilter 32 abgeschlossen und weist auf seiner dem Schichtfilter 32 gegenüberliegenden Seite als weitere Begrenzung ein weiteres Filtermedium 34 auf, das bei dem vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel gleichfalls ein Schichtfilter ist. Als Filtermedium des jeweiligen Schichtfilters 32,34 kommt eine Tiefenfilterschicht zum Einsatz, wie sie durch den Stand der Technik vorgegeben ist.
Eine dahingehende Tiefenfilterschicht ist beispielsweise in der DE 10044 218 A1 offenbart. Bei dieser bekannten Lösung handelt es sich um einen naßfest ausgerüsteten Filter, insbesondere mit hoher Quellfähigkeit, der eine Cellulosefaser enthaltende, offenporige Hohlräume aufweisende Filtermatrix umfaßt, wobei die Cellu losefasern an ihrer Oberfläche chemisch gebundenes Polyisocyanat aufweisen. In einer bevorzugten Aus- führungsform weist die bekannte Filtermatrix in ihren Hohlräumen feinverteilte Mikropartikel auf, um dergestalt Feinstabscheideprozesse zu ermöglichen. Aufgrund des nativen Faseraufbaus der Fasermatrix mit Cellulosefa- sern kann es bei dieser bekannten Lösung jedoch zu Schrumpfvorgängen beim anschließenden Trocknen oder Sintern der Matrix kommen mit der Folge, dass trotz der verstärkten Quellverhaltens eine technisch exakte Vorgabe der Filtrationseigenschaften nicht möglich ist.
Demgegenüber ist in der DE 102 29 291 ein verbessertes Filtermaterial vor- geschlagen in Form einer Tiefenfilterschicht, bestehend aus einer Durchlässe bildenden Stützschicht, mit einer ersten Art an Kunststoff-Fasern und mit einem vorgebbaren Anteil an nativen Fasern, wobei die erste Art an Fasern als Bikomponentenfasern ausgebildet ist, die einen Kern aufweisen mit einem hohen Schmelzpunkt, der von einem Mantel mit einem demgegenüber niedrigeren Schmelzpunkt umgeben ist, wobei im Filtermaterial ein Naßfestmittel vorhanden ist, ausgewählt aus der Gruppe der Epichlorhydrin- Harze und/oder Melaminformaldehyd-Harze. Hierdurch ist eine im wesentlichen schrumpffreie, stabile Filtermatrix aufgebaut mit verläßlichen Verbindungsstellen, mit der konstante Filtrationseigenschaften erreichbar sind sowie Feinstabscheideprozesse, um dergestalt Kleinstteile, wie Mikroorganismen oder Proteine sowie Eiweißstoffe aus Fluidlösungen abtrennen zu können. Die vorstehend bezeichneten Tiefenfilterschichten sind mithin besonders geeignet für die vorliegende erfindungsgemäße Filtervorrichtung. Die erfindungsgemäße Lösung ist des weiteren dadurch charakterisiert, dass die Filtermedien 32,34 sich tuchartig mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt über die Rahmenteile 16 erstrecken und sich dergestalt zwischen zwei Rahmenteilen 16 pressend festlegen lassen.
Bei dem in der Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Unfiltrat über die Eingangskanäle 36 den einzelnen Rahmenteilen 16 in Stapelfolge zugeführt (vgl. auch Fig.2a). Das dahingehende Unfiltrat strömt dann über die Eingangskanäle 36 in den Filtratraum 30 und passiert dort beidseitig jeweils den Schichtfilter 32 sowie den Schichtfilter 34. Die Abfuhr des Filtrats erfolgt dann über die in einer horizontalen Ebene hintereinander angeordne- ten Ausgangskanäle 38,40, wobei der weitere Ausgangskanal 40 in einer anderen Schnittebene zu der Fig.2 in der Fig.2b dargestellt ist. Wie sich des weiteren aus der Fig.2a ergibt, ist die Anordnung an Ausgangskanälen 38,40 zweifach vorhanden, nämlich oben und unten verlaufend an den Rahmenteilen 16 sowie im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verlaufend zu den Eingangskanälen 36 für das Unfiltrat. Hat sich nun im jeweiligen Filtratraum 30 hinreichend ein Filterkuchen aufgebaut, verfügt dieser noch über entsprechende, nicht ausfiltrierte Inhaltsstoffe und um diese zu gewinnen, ist ein Auswaschen des Filterkuchens im Filtratraum 30 vorgese- hen. Hierfür wird eine nicht näher dargestellte Waschflüssigkeit eingangs- seitig über den Filtratausgang 38 zugeführt und nach Passieren der Filtrat- platten 26, dem Filtermedium 34, dem Filtratkuchen im Filtratraum 30 und dem Schichtfilter 32 gelangt die Waschflüssigkeit mit den durch die Waschung erhaltenen Wirksubstanzen in den in Blickrichtung auf die Fig.2 gesehen mittleren Filtratplattenteil 26 und von dort aus erfolgt die Abfuhr über den Ausgangskanal 40. Bei dem dahingehenden Vorgang wird durch die spezifische Anordnung eine flächen-gleichmäßige schonende Filterkuchenwaschung ermöglicht. Des weiteren ist mit der dahingehenden Ausgestaltung ein besonders schonender Wirkstofferhalt erreichbar, der ohne wei- tere Druckmedien auskommt, so dass insbesondere bei Feinststoffen, die empfindlich gegenüber mechanischer Belastung reagieren, sich die Ausgestaltung des Filterpaketes nach der Fig.2 anbietet.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele nach den Fig.3 und 4 werden im folgenden nur noch insoweit beschrieben, als sie sich wesentlich von dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel unterscheiden. Des weiteren werden dieselben Baukomponenten mit denselben Bezugszeichen versehen und das bisher hierzu Ausgeführte gilt dann auch insoweit für die weiteren Ausführungsformen. Insbesondere unterscheiden sich die beiden weiteren Ausführungsbeispiele nach den Fig.3 und 4 von der Ausführungsform nach der Fig.2 dadurch, dass diese zur Filterkuchenpressung ein Druckmedium, insbesondere in Form eines Druckgases, einsetzen, das auf eine Membran 42 einer Membranplatte 44 einwirkt, die als weiteres Rahmenteil 16 im Stapel zu den sonstigen Rahmenteilen in alternierender Reihenfolge gemäß Ausgestaltung nach der Fig.2 mit hinzutritt.
Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 wird wiederum zur randseitigen Begrenzung des Filtratraumes 30 in Blickrichtung auf die Fig.3 gesehen rechts jeweils ein Tiefenfiltermedium als Schichtfilter 32 eingesetzt. Auf der gegenüberliegenden Seite begrenzt diesmal als weiteres Filtermedium ein Filtertuch 46 üblichen Aufbaues den Filtratraum 30. Wie des weiteren die Fig.3 zeigt, weist entlang einer Mittelebene die jeweilige Membranplatte 44 zwei von einer Kammerwand 48 separierte Membranen 42 auf. Zwischen Kammerwand 48 und der jeweils benachbart gegenüberliegenden Membran ist ein Druckraum 50 gebildet, wobei durch Zu- und Ableitung einer Druckflüssigkeit über die Druckkanäle 52 (vgl. Fig.3a) die jeweilige Mem- bran 42, beispielsweise in Form einer gummielastischen Membran, in Richtung der benachbart gegenüberliegenden Filtertuch wand 46 gepreßt wird, wobei das jeweilige Filtertuch 46 mit einer vorgebbaren Fluiddurchlässig- keit ausgestattet ist. Des weiteren begrenzt die jeweilige Membran 42 mit dem ihr zuordenbaren Filtertuch 46 eine Waschkammer 54, die über weite- re Kanäle 56 (vgl. Fig.3a) mit vorgebbarer Waschflüssigkeit beschickt werden kann.
Bei der dahingehenden Lösung wird wiederum Unfiltrat (Suspension) über die beiden Kanäle 36 der Vorrichtung zugeführt und in den Filtratraum 30 verbracht und vom Feststoff getrennt. Anschließend durchströmt das Fluid vom Filtratraum 30 kommend die Tiefenfilterschicht 32 und wird dann mittels der jeweiligen Filtratplatte 26 gesammelt und durch die beiden Filtratkanäle 38 abgeleitet. Nach der Filtration kann der sich im Filtratraum 30 des Filterrahmens 28 gesammelte Feststoff mit Hilfe der Membranen 42 ausgepreßt werden, sofern ein Druckmedium über die Druckkanäle 52 der Vorrichtung zugeführt wird. Anschließend wird der Filterkuchen im Filtratraum 30 im gepreßten Zustand gewaschen, wozu die Waschflüssigkeit über die beiden weiteren Kanäle 56 (vgl. Fig.3a) der Vorrichtung zugeführt wird. Die dahingehende Waschflüssigkeit wird dann über den Freiraum bzw. die Waschkammer 54 zwischen der jeweiligen Preßmembran 42 und dem Filtertuch 46 als weiteres Filtermedium verteilt und flächengleich durch den Filterkuchen im Filtratraum 30 gedrückt. Anschließend durchtritt die Waschflüssigkeit die Tiefenfilterschicht in Form des Schichtfilters 32, wird in der Filtratplatte 26 gesammelt und über die Filtratkanäle 38 dann abgeleitet. Da bei allen diesen Abläufen keine Verformung der Tiefenfilterschicht 32 erforderlich ist, ist eine sichere und optimale Filtration und Kuchenwaschung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet.
Bei der Ausführungsform nach den Fig.4, 4a werden dem Grunde nach die Filtratplatten 26 als Membranplatten 44 ausgeführt und des weiteren ist als Filtermedium vorzugsweise ein elastisch aufgebauter Schichtfilter 32 oder ein Filtertuch 34 als weiteres Filtermedium vorgesehen. Das Unfiltrat wird wiederum über den Eingangskanal 36 von oben und unten her dem jewei- ligen Rahmenteil 16 zugeführt und die Abfuhr an Filtrat erfolgt über die Ausgangskanäle 38,40 gleichfalls oben und unten am jeweiligen Rahmenteil 16. Die Zu- und Ableitung der Druckflüssigkeit erfolgt über die Druckkanäle 52 (vgl. Fig.4a) und das flüssige oder gasförmige Druckmedium gelangt dergestalt in den Druckraum 50 zwischen Kammerwand 48 und Membran 42. Als Eingang für die Waschflüssigkeit steht diesmal der Ausgang 40 an Filtrat zur Verfügung und der Ausgang der Waschflüssigkeit erfolgt über die Ausgangskanäle 38 des weiteren Filtrats. Auf diese Art und Weise besteht alternierend die Möglichkeit, den jeweiligen Feststoffkuchen im Filtratraum 30 von der einen oder anderen Seite über die jeweilige Membran 42 gezielt auszupressen und dabei gleichzeitig die Kuchenwaschung vorzunehmen.
Mit den aufgezeigten Lösungen ist eine optimierte Kuchenwaschung für den jeweiligen Feststoffkuchen innerhalb der Vorrichtung erreicht, und zwar einmal ohne und einmal mit mechanischer Druckbeaufschlagung über Druckmembranen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich auf schonende und wirtschaftliche Art und Weise Feinststoffe, wie Eiweißstoffe, Albumin, Globulin, aus Fluiden herausfiltrieren im Rahmen der Blut- Plasma-Fraktionierung.
Um nach außen hin eine Abdichtung des Filtrationssystems zu gewährleisten, ist zwischen den relevanten Rahmenteilen eine umlaufende, geschlossene Dichtung (nicht dargestellt) in der jeweiligen Einspannebene vorhan- den. Ferner kann die dahingehende Dichtung an dem jeweiligen randseiti- gen Abschluß des Filtermediums einstückig an diesem angeordnet sein. Sofern in der Patentanmeldung von Filtraträumen die Rede ist, werden diese teilweise in der Fachsprache auch mit „Unfiltratraum" bezeichnet, so dass insoweit die Begriffe einander entsprechen und gleichzusetzen sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Filtrieren von Fluiden, wobei ein Eingang (22) für das Unfiltrat und ein Ausgang (24) für das Filtrat sowie eine Mehrzahl an stapelbaren Rahmenteilen (16) vorgesehen werden, insbesondere in Form von Filtratplatten (26) und von Filterrahmen (28), wobei der jeweilige Filterrahmen (28) einen Filtratraum (30) zur Aufnahme eines sich bildenden Filterkuchens begrenzt, der auf seiner einen, dem nächsten Rahmenteil (16) im Stapel zugewandten Seite von einem Schichtfilter (32) abgeschlossen wird, und wobei der Filtratraum (30) mit dem aufnehmbaren Filterkuchen auf seiner, dem Schichtfilter (32) gegenüberliegenden Seite von einem weiteren Filtermedium (34) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch dieses weitere Filtermedium (34) ein weiteres Fluid, insbesondere in Form einer Waschflüssigkeit, zugeführt wird, die nach Durchströmen des Filterkuchens und des angrenzenden Schichtfilters (32) die Vorrichtung über ihren Ausgang (24) verläßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtfilter (32) aus einem Tiefenfiltermedium gebildet wird und das weitere Filtermedium (34) aus einem Filtertuch (46) oder gleichfalls aus einem Tiefenfiltermedium gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das weitere Filtermedium (34) derart eine Druckkraft ausgeübt wird, dass der Filterkuchen in Richtung des Schichtfilters (32) gepreßt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausüben der Druckkraft auf das weitere Filtermedium (34) eine mit einem Druckmedium, insbesondere in Form von Druckgas oder Druckflüssigkeit, beaufschlagbare Membran (42) vorgesehen wird, die Bestandteil einer Membranplatte (44) als weiteres Rahmenteil (16) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtfilter (32) und das weitere Filtermedium (34) zwischen die plattenartigen Rahmenteile (16) eingespannt wird und dass diese die Unfiltrat- und Filtratkanäle (36;38,40), die an Eingang (22) bzw. Ausgang (24) angeschlossen sind, unüberdeckt lassen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Medium, insbesondere in Form der Waschflüssigkeit, über die Filtratkanäle (38,40) und/oder über separate Kanäle (56) in den Rahmenteilen (16) zu- und abgeführt wird.
7. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zum Filtrieren von Fluiden ein Eingang (22) für das Unfiltrat und ein Ausgang (24) für das Filtrat sowie eine Mehrzahl an stapelbaren Rahmenteilen (16) vorgesehen sind, insbesondere in Form von Filtratplatten (26) und von Filterrahmen (28), wobei der jeweilige Filterrahmen (28) einen Filtratraum (30) zur Aufnahme eines sich bildenden Filterkuchens begrenzt, der auf seiner einen, dem nächsten Rahmenteil (16) im Stapel zugewandten Seite von einem Schichtfilter (32) abgeschlossen ist, und wobei der Filtratraum (30) mit dem aufnehmbaren Filterkuchen auf seiner dem Schichtfilter (32) gegenüberlie- genden Seite von einem weiteren Filtermedium (34) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch dieses weitere Filtermedium (34) ein weiteres Fluid, insbesondere in Form einer Waschflüssigkeit, zugeführt wird, die nach Durchströmen des Filterkuchens und des angrenzenden Schichtfilters (32) die Vorrichtung über ihren Ausgang (24) verläßt.
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