RIPPERGER, Siegfried (Birkenstraße 1a, Gonbach, 67724, DE)
STEINKE, Lars (Quellenstrasse 23, Kaiserslautern, 67655, DE)
RIPPERGER, Siegfried (Birkenstraße 1a, Gonbach, 67724, DE)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung (1, 17) zum Abtrennen von Partikelfraktionen (14, 15) aus einer Suspension (4), umfassend ein einen Permeatraum (6) begrenzendes Filterelement (2) mit mindestens einer Eintrittsfläche (3) für Suspensionen (4), Antriebsmittel (7) zum Rotieren des Filterelements (2) mit einer Drehzahl um eine Rotationsachse sowie eine im Bereich der Rotationsachse angeordnete Ablauföffnung (8) für den Ablauf von Permeat aus dem Permeatraum (6), dadurch gekennzeichnet, dass in einem radial von der Rotationsachse beabstandeten äußeren Teilvolumen des Permeatraums (6) und/oder im Bereich der Rotationsachse Entnahmemittel (12) zum Sammeln und/oder Entnehmen von Permeatanteil aus dem Permeatraum (6) vorgesehen sind. 2. Vorrichtung (1, 17) nach Anspruch 1, d a d u rc h gekennzeichnet, dass die Entnahmemittel eine Ablauföffnung (8) für den Ablauf von Permeat aus dem Permeatraum (6) umfassen. 3. Vorrichtung (1, 7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmemittel (12) das Filterelement (2) im wesentlichen radial umschließend angeordnet sind und vorzugsweise als von dem Filterelement (2) abnehmbarer Behälter (12) ausgestaltet sind. 4. Vorrichtung (1, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel (19) zur Erzeugung einer im wesentlichen radialen Permeatströmung (16) innerhalb des Permeatraums (16) in Richtung der Ablauföffnung (8) vorgesehen sind. 5. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer Permeatströmung (16) mindestens eine in einem radialen Abstand von der Rotationsachse im Permeatraum (6) angeordnete Einströmöffnung zum Zuführen einer im wesentlichen partikelfreien Flüssigkeit von außerhalb des Permeatraums (6) umfassen. 6. Vorrichtung (1 , 17) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung Filtermittel (19) aufweist und den Permeatraum (6) über die Filtermittel (19) mit der zu bearbeitenden Suspension (4) verbindend angeordnet ist. 7. Vorrichtung (1 , 17) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung als, insbesondere ringförmige, Aussparung in der Eintrittsfläche (3) ausgeformt ist. 8. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Rotieren des Filterelements (2) eine Hohlwelle (7) umfassen, wobei die Ablauföffnung (8) den Permeatraum (6) mit dem Innenraum der Hohlwelle (7) verbindend ausgestaltet ist. 9. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (3) zumindest abschnittweise mit Klassierungsmitteln (3) bedeckt ist. 10. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (3) abschnittsweise weder für Suspension (4) noch für partikelfreie Flüssigkeit noch für Permeat durchlässig ausgestaltet ist. 11. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung radial außen an die Klassierungsmittel (3) angrenzend auf der Eintrittsfläche (3) angeordnet ist. 12. Vorrichtung (1 , 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel drehzahlvariabel ausgestaltet sind. 13. Vorrichtung (1, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse im wesentlichen senkrecht orientiert ist. 14. Vorrichtung (1, 17) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Permeatraum (6) nach unten begrenzende Bodenfläche (3) des Filterelements in radialer Richtung von Außen in Richtung der Ablauföffnung (8) abschüssig geneigt ausgestaltet ist. 15. Verfahren zum Sortieren von Partikelfraktionen (14, 15), wobei eine die Partikelfraktionen enthaltende Suspension (4) durch eine, vorzugsweise mit Klassierungsmitteln (3) bedeckte, Eintrittsfläche (3) in einen Permeatraum (6) eines um eine senkrecht zur Eintrittsfläche (3) ausgerichteten Achse mit einer Drehzahl rotierenden Filterelements (2) geleitet wird und wobei das in den Permeatraum (6) geleitete Permeat im Bereich der Rotationsachse des Filterelements (2) aus dem Permeatraum (6) abgeführt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem radialen Abstand von der Rotationsachse des Permeatraums (6) eine Menge Permeat entnommen wird. 16. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u rc h gekennzeichnet, dass die Drehzahl variiert wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine die Partikelfraktionen (14, 15) enthaltende Suspension (4) in einer eine in Abhängigkeit von den zu sortierenden Partikelfraktionen (14, 15) ausgewählten Viskosität aufweisenden Flüssigkeit hergestellt wird. |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Partikelfraktionen aus einer Suspension, umfassend ein einen
Permeatraum begrenzendes Filterelement mit mindestens einer
Eintrittsfläche für Suspensionen, Antriebsmittel zum Rotieren des
Filterelements mit einer Drehzahl um eine Rotationsachse sowie eine im Bereich der Rotationsachse angeordnete Ablauföffnung für den Ablauf von Filtrat aus dem Permeatraum. Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Sortieren von
Partikelfraktionen, wobei eine die Partikelfraktionen enthaltende
Suspension durch eine, vorzugsweise mit Klassierungsmitteln bedeckte, Eintrittsfläche in einen Permeatraum eines um eine senkrecht zur
Eintrittsfläche ausgerichteten Achse mit einer Drehzahl rotierenden
Filterelements geleitet wird und wobei das in den Permeatraum geleitete Filtrat im Bereich der Rotationsachse des Filterelements aus dem
Permeatraum abgeführt wird.
Die Abtrennung bzw. Sortierung feinster Partikelfraktionen von
Suspensionen ist bei einer Reihe von verfahrenstechnischen Prozessen von großer Bedeutung. So ist es zum Beispiel von großem Interesse, partikelförmige Wertstoffe, insbesondere Edelmetalle wie Gold und Silber sowie wertvolle Mineralien, aus Suspensionen abzutrennen. Mit den Filtervorrichtungen der eingangs genannten Art sowie mit dem eingangs genannten Verfahren lässt sich die feste Phase vollständig abtrennen oder klassieren, wenn an der Eintrittsfläche des Permeatraums
Klassierungsmittel, insbesondere ein Sieb mit geeignet gewählter
Maschenweite, angeordnet ist, an welchem Partikel mit einer die
Maschenweite übersteigenden Ausdehnung zurückgehalten werden.
Dadurch, dass bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren eine dynamische Filterung durch Rotieren des Filterelements zum Einsatz kommt, kann auch bei niedrigen Druckdifferenzen eine hohe Wandschubspannung auf den Filteroberflächen erzielt werden. Dies ist für eine Klassierung ohne Kuchenbildung günstig. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung und dem entsprechenden bekannten Verfahren ist jedoch, dass es sich nicht besonders gut eignet zur Trennung feinster Partikelfraktionen. Hierzu sind im Stand der Technik Verfahren und entsprechende Vorrichtungen wie die
Schwerkraftsedimentation und die Sedimentation im Zentrifugalfeld bekannt, welche jedoch im Partikelbereich unter ca. 5 μιτι insbesondere durch exzessiv lange Absetzzeiten mit Nachteil unwirtschaftlich sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen von Partikelfraktionen aus einer Suspension und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, welche eine schnelle und kostengünstige Abtrennung von besonders kleinen Partikelfraktionen aus Suspensionen ermöglichen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer
gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass bei dieser Vorrichtung in einem radial von der Rotationsachse entfernten äußeren Teilvolumen und/oder im Bereich der Rotationsachse des Permeatraums
Entnahmemittel zum Sammeln und/oder Entnehmen von Permeatanteil aus dem Permeatraum vorgesehen sind. Mit Vorteil wird mit den
erfindungsgemäß vorgesehenen Entnahmemitteln in einem radialen Abstand von der Rotationsachse ausgenutzt, dass innerhalb des
Permeatraums das Permeat entsprechend der Drehzahl des
Scheibenelements rotiert, mit der Folge, dass auf die Partikeln eine Zentrifugalkraft wirkt. Aufgrund der ebenfalls bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Ablauföffnung im Bereich der Rotationsachse entsteht eine radial nach innen gerichtete sogenannte Schleppkraft, welche die Partikeln radial nach Innen beschleunigt. Je nach Masse, Größe und/oder Dichte der Partikeln überwiegt die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft oder die nach innen gerichtete Schleppkraft. Bei einer geeignet gewählten Massen-, Größen- und/oder Dichtedifferenz der zu trennenden Partikeln werden Partikeln einer bestimmten Masse, Größe und/oder Dichte in den radial äußeren Raum des Scheibenfilters
transportiert und dort gesammelt, wohingegen Partikeln ab einer bestimmten Masse, Größe und/oder Dichte mit dem Permeat über die Ablauföffnung im Bereich der Rotationsachse aus dem Permeatraum abgeführt werden. Es ist daher mit Vorteil erfindungsgemäß möglich, eine entsprechende Sortierung des im Permeatraum vorhandenen Permeats vorzunehmen. Im Rahmen der Erfindung kann für eine Sortierung des Permeats auch der von den Erfindern beobachtete Effekt ausgenutzt werden, dass die Sortierung vom radialen Eintrittsort des Permeats in den Permeatraum abhängig ist, indem die Entnahmemittel gezielt an einem radialen Ort plaziert werden.
Insbesondere können in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Entnahmemittel eine Ablauföffnung (8) für den Ablauf von Permeat aus dem Permeatraum (6) umfassen.
Da in vielen Anwendungsfällen wertvolle Partikeln in den Suspensionen häufig nur in geringsten Mengen vorhanden sind, ist es mit Vorteil im Rahmen der Erfindung möglich, diese über geeignet gewählte
Zeitspannen im radialen Außenbereich des Permeatraums zu sammeln und anhand der erfindungsgemäßen Entnahmemittel zu entnehmen.
Währenddessen wird die Partikelfraktion, die nicht dem Wertprodukt zugerechnet werden kann, erfindungsgemäß mit Vorteil kontinuierlich über die Ablauföffnung mit dem Permeat abgeführt. Im Rahmen der Erfindung kann die Sortierung durch geeignete Wahl der Parameter der Vorrichtung gleichermaßen derart durchgeführt werden, dass das Wertprodukt durch die Ablauföffnung abgeführt und gesammelt wird, wohingegen die nicht dem Wertprodukt zugerechnete Partikelfraktion radial außen gesammelt wird. Zur Beeinflussung des Sortierergebnisses kann der Durchmesser des Permeatraums, der insbesondere im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen kann, variiert werden. Außerdem kann die Druckdifferenz zwischen dem Permeatraum und dem Raum außerhalb der Eintrittsfläche variiert werden, um den Volumenstrom durch die Eintrittsfläche in den Permeatraum hinein zu beeinflussen.
Da der Volumenstrom auch die Schleppkraft in radialer Richtung in
Richtung der Ablauföffnung beeinflusst, lässt sich das Sortierergebnis auf diese Weise beeinflussen. Außerdem können erfindungsgemäß innerhalb des Permeatraums im Wesentlichen in radialer Richtung in Richtung der Ablauföffnung verlaufende Permeatkanäle ausgeformt sein. Insbesondere, wenn das Wertprodukt in Größe, Masse und/oder Dichte derart
beschaffen ist, dass es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der Schleppkraft radial nach Innen bewegt wird, ist es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, wenn die Entnahmemittel als Ablauföffnung für den Ablauf von Permeat aus dem Permeatraum ausgestaltet sind. In dieser Ausgestaltung der Erfindung erfolgt also die Entnahme bzw. das Sammeln der im radialen Innenbereich auflaufenden Partikeln.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entnahmemittel das Filtermittel im Wesentlichen radial umschließend angeordnet sind und vorzugsweise als von dem Filterelement
abnehmbarer Behälter ausgestaltet sind.
Insbesondere kann erfindungsgemäß der Permeatraum eine im
Wesentlichen zylindrische Form aufweisen, wobei die Entnahmemittel als am äußeren Rand angeordnetes Auffangbehältnis mit einer
Hohlzylinderform ausgestaltet sein können. Die Innenmantelfläche des Hohlzylinders ist gemäß dieser Ausgestaltung zu dem sich radial anschließenden Permeatraum geöffnet ausgestaltet. Gleichermaßen können in dem hohlzylinderartig aufgebauten Auffangbehälter Mittel zum Entleeren desselben vorhanden sein.
Wenn nach weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Erzeugung einer im Wesentlichen radialen Permeatströmung innerhalb des Permeatraums in Richtung der Ablauföffnung vorgesehen sind, lässt sich eine Anlaufströmung in Richtung der Ablauföffnung innerhalb des Permeatraums erzeugen, welche das Kräfteverhältnis zwischen der von der Permeatströmung erzeugten Schleppkraft und der aufgrund der Rotation auf die Partikeln wirkenden Zentrifugalkraft beeinflussen.
In Vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Mittel zur
Erzeugung einer Permeatströmung zur Erzeugung eines Zustande ausgebildet sind, bei dem im Bereich der Ablauföffnung und/oder innerhalb einer mit dieser kommunizierenden Ablaufleitung ein geringerer Druck herrscht als im Permeatraum. Um diese Druckdifferenz gezielt zu beeinflussen, kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise innerhalb der Hohlwelle und/oder mit dieser kommunizierend eine Pumpe angeordnet sein.
Insbesondere können in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Mittel zur Erzeugung einer Permeatströmung mindestens eine in einem radialen Abstand von der Rotationsachse im Permeatraum angeordnete Einströmöffnung zum Zuführen einer im Wesentlichen partikelfreien
Flüssigkeit von außerhalb des Permeatraums umfassen. Mit Vorteil wird durch diese Maßnahme die radiale Permeatströmung ihrerseits keine zusätzlichen Partikeln enthalten, welche der gewünschten Sortierung entgegenwirken würden.
Besonders günstig ist es in Weiterbildung der Erfindung, wenn die
Einströmöffnung Filtermittel aufweist und den Permeatraum über die Filtermittel mit der zu bearbeitenden Suspension verbindend angeordnet ist. Mit Vorteil kann durch diese Maßnahme die zur Erzeugung der
Permeatströmung in radialer Richtung benötigte Flüssigkeit der zu sortierenden Suspension entnommen werden. Als Filtermittel sind insbesondere Metallsiebgewebe, Keramikmembran und/oder
Teflonmembranen geeignet, durch welche praktisch keine Partikeln durchgelassen werden.
Besonders günstig ist es erfindungsgemäß, wenn die Einströmöffnung als, insbesondere ringförmige, Aussparung in der Eintrittsfläche ausgeformt ist. Insbesondere, wenn die Aussparung mit einem Filtermittel, etwa aus Metallsiebgewebe und/oder Teflonmembran versehen ist, kann dann die gewünschte Permeatströmung über die ohnehin vorhandenen
Eintrittsflächen des Filterelements gespeist werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfassen die Mittel zum Rotieren des Filterelements eine Hohlwelle, wobei die Ablauföffnung den Permeatraum mit dem Innenraum der Hohlwelle verbindend ausgestaltet ist. Mit Vorteil kann somit die Funktion des Drehantriebs mit jener des Ablaufs für die nicht dem
Wertprodukt zugerechnete Partikelfraktion mittels des Permeats über die Hohlwelle räumlich zusammengefasst werden. Die Hohlwelle weist dazu im Bereich des Permeatraums vorzugsweise entsprechende Öffnungen oder Aussparungen auf.
Die Eintrittsfläche kann in anderer bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung zumindest abschnittsweise mit Klassierungsmitteln bedeckt sein. Insbesondere kann die Eintrittsfläche mit einem Klassierungssieb bedeckt sein. Mit Vorteil findet durch diese Maßnahme eine
Vorklassierung des in den Permeatraum eintretenden Permeats derart statt, dass eine bestimmte Partikelgröße im Permeatraum nicht
überschritten wird. Die für die erfindungsgemäße weitere Sortierung der Partikeln des Permeats innerhalb des Permeatraums maßgeblichen Dichtedifferenzen werden dabei mit Vorteil nach oben begrenzt. Dies erleichtert die Feinsortierung der Partikelfraktionen innerhalb des
Permeatraums durch geeignete Wahl der zur Verfügung stehenden Parameter, insbesondere Drehzahl, axiale Ausdehnung des
Permeatraums, radiale Ausdehnung des Permeatraums und so weiter.
Die Eintrittsfläche kann in anderer vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung abschnittsweise weder für Suspension noch für partikelfreie Flüssigkeit noch für Permeat durchlässig ausgestaltet sein. Diese
Maßnahme ermöglicht erfindungsgemäß mit Vorteil eine gezielte Wahl des radialen Abstandsintervalls zur Rotationsachse und der dort angeordneten Ablauföffnung des in dem Permeatraum eintretenden Permeats bwz. in diesen über die Eintrittsfläche eintretenden partikelfreien
Flüssigkeitsstroms zur Erzeugung der radialen Permeatströmung. Besonders günstig ist es, wenn im Rahmen der Erfindung die
Einströmöffnung radial außen an die Klassierungsmittel angrenzend auf der Eintrittsfläche angeordnet ist. Diese Anordnung stellt im Rahmen der Erfindung sicher, dass die radiale Permeatströmung, welche durch die Einströmöffnung erzeugt wird, die Schleppkraft hinsichtlich allen in den Permeatraum über die Eintrittsflächen eintretenden Permeats ausübt.
Eine gezielte Steuerung der Sortierung ist im Rahmen der Erfindung mit Vorteil möglich, wenn die Antriebsmittel drehzahlvariabel ausgestaltet sind. Im Zusammenwirken mit der radialen Ausdehnung des Permeatraums lässt sich mit Vorteil anhand der Drehzahlvariation die auf die zu sortierenden Partikeln im Permeatraum einwirkende Zentrifugalkraft und die kritische Dichte einstellen. Dabei wird unter der kritischen Dichte die Dichte verstanden, welche den Scheidepunkt zwischen im radialen Außenbereich des Permeatraums auflaufenden Partikelfraktionen und jenen, welche über die Ablauföffnung mit dem Permeat ausgetragen werden, bezeichnet.
Wenn im Rahmen der Erfindung die Rotationsachse im Wesentlichen senkrecht orientiert ist, beeinflusst die Schwerkraft die Sortierung am wenigsten, sodass in allen radialen Richtungen winkelunabhängig im Wesentlichen die gleiche Sortierung der Partikelfrationen stattfindet.
Wenn in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine den Permeatraum nach unten begrenzende Bodenfläche des Filterelements in radialer Richtung von außen in Richtung der Ablauföffnung abschüssig geneigt ausgestaltet ist, erhält man eine weitere Beeinflussung der kritischen Dichte. Denn die Komponente der Schwerkraft, welche aufgrund der Zwangswirkung der Bodenfläche radial nach Innen wirkt, wirkt der Zentrifugalkraft zusätzlich zur Schleppkraft entgegen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gleichermaßen gelöst durch ein Verfahren zum Sortieren von Partikelfrationen, wobei eine die Partikelfraktionen enthaltene Suspension durch eine, vorzugsweise mit Klassierungsmitteln bedeckte, Eintrittsfläche in einen Permeatraum eines um eine senkrecht zur Eintrittsfläche ausgerichteten Achse mit einer Drehzahl rotierenden Filterelement geleitet wird und wobei das in den Permeatraum geleitete Permeat im Bereich der Rotationsachse des Filterelements aus dem Permeatraum abgeführt wird. Zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe wird bei diesem Verfahren erfindungsgemäß in einem radialen Abstand von der Rotationsachse des Permeatraums eine Menge Permeat entnommen. Mit Vorteil kann auf diese Weise mit einem herkömmlichen rotierenden Plattenfilter nach Durchtritt
beispielsweise durch ein als Sieb ausgestaltetes Klassierungsmittel im Permeatraum eine weitere, feinere Sortierung vorgenommen werden. Dabei werden die oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung
beschriebenen Phänomene ausgenutzt.
Eine Beeinflussung des Sortierergebnisses ist in vorteilhafter
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlich, wenn die Drehzahl variiert wird. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt eine die Partikelfraktionen enthaltende Suspension in einer eine in Abhängigkeit von der zu sortierenden Partikelfraktionen ausgewählten Viskosität ausweisenden Flüssigkeit hergestellt wird. Da die Viskosität der Flüssigkeit das Fließverhalten der Partikeln innerhalb der Flüssigkeit der Suspension und auf diesem Wege die der Zentrifugalkraft entgegenwirkende Schleppkraft beeinflusst, lässt sich durch diese
Maßnahme in den Fällen, in denen die zu trennende Partikelfraktion zunächst im ungelösten Zustand vorliegt, die kritische Dichte für die Sortierung beeinflussen. Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Kaskadierung mehrerer
erfindungsgemäßer Vorrichtungen der vorgenannten Art möglich.
Beispielsweise können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen derart hintereinandergeschaltet sein, dass das über die Austrittsöffnung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeführte Permeat einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt wird. Zweckmäßigerweise sind das Filterelement der weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und die die im Permeatraum der weiteren Vorrichtung erfolgende Sortierung bestimmenden Parameter gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung auf die Partikelfraktionen des Ablaufs der ersten erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgelegt.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Schematische Darstellung in einer seitlichen
Teilschnittansicht der wesentlichen Elemente einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtrennen von Partikelfraktionen aus einer Suspension;
Figur 2: eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abtrennen von Partikelfraktion aus einer Suspension in derselben Darstellungsweise wie in Figur 1.
Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Plattenfilter 1 gemäß der Erfindung. Das Plattenfilter 1 besteht aus einem zylindrischen
Filterelement 2, welches an der Ober- und Unterseite jeweils eine
Eintrittsfläche 3 für eine das Plattenfilter 1 umgebende Suspension 4 aufweist. Die Eintrittsfläche 3 ist im wesentlichen kreisförmig. Beide Eintrittsflächen 3 sind horizontal ausgerichtet. Beide Eintrittsflächen 3 sind über die gesamte Ausdehnung bedeckt mit einem Sieb 5, welches eine Klassierung der Suspension 4 bewirkt. Das Filterelement 2 besteht aus einem in der schematischen Figur 1 nicht zu erkennenden Stützgewebe, welches einen Permeatraum 6 zwischen den durch die Siebe 5 überdeckten Eintrittsflächen 3 bildet.
In axialer Richtung des zylindrischen Filterelements 2 ist das
Filterelement 2 mittig starr mit einer Hohlwelle 7 verbunden. Die
Hohlwelle 7 ist im Bereich des Permeatraums 6 unterbrochen, um eine Ablauföffnung 8 aus dem Permeatraum auszubilden. Aufgrund der horizontalen Ausrichtung der Eintrittsflächen 3 des Filterelements 2 ist die Hohlwelle 7 in vertikaler Richtung orientiert, sodass ein Transport von Permeat im Inneren der Hohlwelle 7 durch die durch den Pfeil 9
angedeutete Schwerkraft erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung kann die Schleppkraft zusätzlich oder alternativ zur Schwerkraft auch dadurch hervorgerufen werden, dass im Bereich der Ablauföffnung 8 und/oder innerhalb der Hohlwelle 7 ein geringerer Druck herrscht als im Permeatraum 6. Um diese Druckdifferenz gezielt zu beeinflussen, kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise innerhalb der Hohlwelle und/oder mit dieser kommunizierend eine Vakuumpumpe angeordnet sein. Dies ist in der Figur nicht dargestellt. Insofern ist der Pfeil 9 nicht nur als Schwerkraft auszulegen sondern kann insbesondere einen Druckgradienten in Richtung des niedrigeren Drucks anzeigen.
Die Druckdifferenz kann alternativ mittels einer innerhalb der
Einlassöffnung 20 und/oder mit dieser kommunizierend angeordneten Pumpe generiert werden. Die Pumpe kann gemäß dieser Variante der Erfindung eine Druckerhöhung im Inneren des Behälters 10 erzeugen, sodass der Druck im Inneren des Behälters 10 größer ist, als der Druck im Inneren der Hohlwelle 7. Der erzeugte Druckgradient führt dann zu einem Permeatfluss durch die Siebscheiben 5, welcher wiederum zu einer Schleppkraft führt, die insbesondere auf die enthaltenen Partikeln der Suspension wirkt. Gleichermaßen kann im Rahmen der Erfindung auch eine Absaugung mithilfe beispielsweise einer Vakuumpumpe auf Seiten der Auslassöffnung 21 erfolgen, um einen Druckgradienten zu erzeugen. Diese Ausgestaltungen sind in den Figuren nicht dargestellt. Die Hohlwelle 7 ist aus dem die Suspension 4 enthaltenden Behälter 10 herausgeführt. Im Prinzip kann im Rahmen der Erfindung jedoch auch eine Rückführung des Permeats in die Suspension 4 vorgesehen sein. Der Behälter 10 weist eine nur schematisch dargestellten Einlassöffnung 20 und eine ebenfalls nur schematisch dargestellte Auslassöffnung 21 auf, Der Permeatraum 6 ist an dessen Außenmantel-flächen 11 für Permeat durchlässig ausgestaltet. An die Außenmantelflächen 11 angrenzend ist ein ringförmiger Auffangbehälter 12 angebracht. Eine Rotationsrichtung der Hohlwelle 7 und damit des gesamten
Filterelements 2 ist mit dem Richtungspfeil 13 angedeutet.
In Figur 1 ist zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Vorrichtung eine wertvolle Partikel 14 gezeigt, welches aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft, durch die Rotation der Hohlwelle 7 und damit des gesamten Plattenfilters 1 aufgrund der Dichte der wertvollen Partikel 14 radial nach außen in Richtung des Auffangbehälters 12 bewegt wird. Auf der anderen Seite ist eine nicht wertvolle Partikel 15 gezeigt, welches, wie durch den Pfeil angedeutet, aufgrund dessen relativ zu der wertvollen Partikel 14 geringeren Dichte radial in Richtung der Ablauföffnung 8 in die Hohlwelle 7 hinein beschleunigt wird. Die Beschleunigung der nicht wertvollen Partikel 15 erfolgt dabei durch eine Schleppkraft, welche von einer radialen Permeatströmung 16 in Richtung der innerhalb der
Drehachse angeordneten Ablauföffnung 8 hervorgerufen wird. Im Falle der nicht wertvollen Partikel 15 überwiegt diese Schleppkraft aufgrund der Permeatströmung 16 die von der Rotation hervorgerufene Zentrifugalkraft, welche entgegengesetzt in Richtung des Auffangbehälters 12 wirkt. Diese Verhältnisse sind im Falle der wertvollen Partikel 14 genau umgekehrt, da dort die Zentrifugalkraft in Richtung des Auffangbehälters 12 überwiegt.
In der Figur 2 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenfilters 17 gezeigt. Der generelle Aufbau des Plattenfilters 17 sowie die Umgebung entsprechen dem Plattenfilter 1 gemäß Figur 1. Jedoch ist im Falle des Plattenfilters 17 gemäß Figur 2 jede Eintrittsfläche 3 des zylindrischen Filterelements 2 nur zum Teil mit einem Sieb 5 bedeckt. Wie in Figur 2 zu erkennen, ist das Sieb 5 jeweils nicht wie im Falle der Figur 1 im Wesentlichen als Scheibe ausgestaltet, sondern als Ring. Dabei beträgt der Innenradius n des ringförmigen Siebs 5 vorzugsweise 1 mm wohingegen der Außenradius r a 65 vom Hundert des Radius r F des Filterelements 2 beträgt. Im Rahmen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Innenradius η größer ist als der Außenradius der Hohlwelle 7.
Ein kreisförmiger Innenbereich 18 auf der Eintrittsfläche 3, dessen Radius vorzugsweise 1 mm beträgt, ist derart ausgestaltet, dass er sowohl für die kontinuierliche als auch für die disperse Phase nicht durchlässig ist.
Unmittelbar an den Außenrand des ringförmigen Siebs 5 des
Plattenfilters 17 gemäß Figur 2 schließt sich auf der Eintrittsfläche 3 ein Reinfilterring 13 aus feinem Metallsiebgewebe oder als Teflonmembran und/oder Keramikmembran ausgestaltet an und lässt im Wesentlichen keine Partikeln durch. Der ringförmige Reinfilterring 19 hat vorzugsweise einen Innenradius, welcher dem Außenradius r a des Siebs 5 entspricht und einen Außenradius, welcher 99 vom Hundert des Radius r F des Filterelements beträgt. Durch den Reinfilterring 19 tritt ein im Wesentlichen partikelfreier
Permeatstrom 16, welcher sich in Richtung zur Ablauföffnung 8 in radialer Richtung ausbildet.
Die Abdeckung der Eintrittsfläche 3 nacheinander radial von Innen nach Außen mit einem überhaupt nicht durchlässigen Innenbereich 18, einem ringförmig den Innenbereich 18 umschließenden Siebfilter 5 und einem ringförmig das Sieb 5 umschließenden Reinfilterring 19 ermöglicht gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Plattenfilter 1 eine gezielte und stärkere Ausprägung der Permeatströmung 16, um eine bessere
Separierung von wertvollen Partikeln 14 in Richtung des Auffangbehälters 12 und nicht wertvollen Partikeln 15 in Richtung der Ablauföffnung 8 zu erzielen. Im Rahmen der Erfindung kann die genaue Anordnung von nicht durchlässigen Bereichen 18, Siebbereichen 5 sowie Reinfilterbereichen 19 angepasst an die gewünschten Sortiereigenschaften auch anders als in diesem Ausführungsbeispiel erläutert ausgeführt sein.
Mit den erfindungsgemäßen Plattenfiltern 1 , 17 lässt sich somit eine Separierung von in der Suspension 4 enthaltenen wertvollen Partikeln 14 und nicht wertvollen Partikeln 15 erreichen. Dazu erfolgt eine
Vorklassierung anhand des Durchtritts der Suspension 4 durch ein
Sieb 5 und anschließend die Eintrittsfläche 3 in den Permeatraum 6.
Innerhalb des Permeatraums 6 erfolgt erfindungsgemäß eine weitere Sortierung durch das Zusammenspiel von einer Zentrifugalkraft und einer durch die Permeatströmung 16 hervorgerufene, in entgegengesetzter Richtung zur Zentrifugalkraft wirkenden Schleppkraft. Der Auffangbehälter 12 ermöglicht das Auffangen und Ableiten der wertvollen Partikeln 14. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Plattenfilter
2 zylindrisches Filterelement
3 Eintrittsfläche
4 Suspension
5 Sieb
6 Permeatraum
7 Hohlwelle
8 Ablauföffnung
9 Schwerkraft
10 Behälter
11 Außenmantelflächen
12 Auffangbehälter
13 Rotationsrichtung
14 wertvolle Partikel
15 nicht-wertvolle Partikel
16 Permeatströmung
17 Plattenfllter
18 Innenbereich
19 Reinfilterring
20 Einlassöffnung
21 Auslassöffnung
Next Patent: GROUND COVER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME