Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Verarbeitung einer Trübe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Verfahren zum Betrieb derselben.

Derartige Anlagen werden in der

Schlammentwässerungstechnik, insbesondere in der Lebensmitteltechnik und n der Pharmatechnik, aber auch bei der Entsorgung von Klärschlamm u. dgl. zur Sonderung des in der Trübe enthaltenen Feststoffanteils vom flüssigen Anteil verwendet.

Es sind auch entsprechende Anlagen bekannt, welche neben einer Kammerfilterpresse ein Heizaggregat und eine Saug¬ oder Vakuumpumpe umfassen (DE-A-2 901 851, EP-A-0 263 197), doch dient die letztere nur zum Absaugen des Filtrats.

Bei vielen Anwendungen wird der Filterkuchen, der sich in der Kammerfilterpresse aus den in der Trübe enthaltenen Schwebstoffen bildet, weiterverarbeitet, insbesondere getrocknet. Dazu muss er in herkömmlichen Anlagen aus der Filterpresse entfernt und in eine Trocknungsanlage umgefüllt werden, was, zieht man die nötigen Reinigungen und die vor allem im medizintechnischen Bereich meist erforderliche Sterilhaltung des Filterkuchens in Betracht, eine sehr aufwendige Operation darstellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Ausgestaltung derartiger Anlagen anzugeben, welche mit

geringem zusätzlichem Aufwand eine weitergehende Verarbeitung der Trübe erlaubt sowie Verfahren zu ihrem Betrieb, welche besondere Vorteile bieten.

Durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, wird eine Anlage geschaffen, in welcher eine Weiterverarbeitung, insbesondere eine schonende Trocknung des Filterkuchens ohne Entnahme desselben aus der Kammerfilterpresse möglich ist. Dadurch wird eine weitgehende Verarbeitung der Trübe in einer verhältnismässig einfachen Anlage ermöglicht und der Ablauf des Verfahrens wesentlich vereinfacht und verbilligt. Die Anlage kann sehr kompakt angelegt und fahrbar gestaltet werden.

Bei erfindungsgemässen Anlagen wird der Umstand, dass der Filterkuchen in einer Kammerfilterpresse ohnedies so anfällt, dass er eine grosse Oberfläche bietet - dies ist auch im Interesse eines raschen Filtrationsprozesses nötig - auch in anschliessenden Verfahrensschritten benutzt. So ist eine Kammerfilterpresse für die Behandlung des Filterkuchens mit Unterdr ck bis zum Vakuum bestens geeignet, aber auch auch für Kontaktbeheizung des Filterkuchens eignet sie sich hervorragend. Für eine Beheizung durch Heissgas herrschen ebenfalls günstige

Voraussetzungen, da für eine feine Verteilung desselben die Speiseleitung oder die Filtratleitung mit ihren Verzweigungen oder beide benutzt werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von nur ein

Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemässen Anlage,

Fig. 2a eine schematisierte Draufsicht auf die Anlage nach Fig. 1,

Fig. 2b eine Draufsicht entsprechend Fig. 2a, wobei jedoch die oberen Aggregate entfernt sind,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil der Anlage nach Fig. 1, 2a, 2b,

Fig. 4 eine diagrammatische Prinzipdarstellung der Anlage nach Fig. 1, 2a, 2b,

Fig. 5 die zeitliche Veränderung verschiedener Parameter bei Filtration und anschliessender Trocknung des Filterkuchens und

Fig. 6 die zeitliche Veränderung verschiedener Parameter bei Filtration und anschliessender Gefriertrocknung des Filterkuchens.

Im folgenden wird der prinzipielle Aufbau der Anlage unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 4 erläutert, welche die Aggregate mit ihren Komponenten und die Verbindungen zwischen ihnen in allen Einzelheiten zeigt, während Fig. 1, 2a, 2b vor allem eine Möglichkeit der räumlichen Anordnung der Aggregate zur Darstellung bringen soll.

Die Anlage weist in ihrem oberen Teil eine Kammerfilterpresse 1 auf mit an Holmen 2a,b (Fig. 1, 2a) aufgehängten Kammerfilterplatten 3, welche durch ein

Hydraulikaggregat 4 mit einer Pumpe 5 und einem Drucksensor 6 aneinandergedrückt werden können. Sie ist über eine Speiseleitung 7 und ein Ventil 8 mit einem Speisesystem 9 verbunden, das einen Rührbehälter 10 und einen demselben vorgeschalteten Flockungsreaktor 11 umfasst sowie eine dem Rührbehälter 10 nachgeschaltete Beschickungspumpe 12, die

als Kolbenmembranpumpe oder Schraubenzentrifugalradpumpe ausgebildet sein kann und einen zu ihrer Regelung zwischen derselben und dem Ventil 8 angeordneten Drucksensor 13. Ueber eine Rückleitung mit einem weiteren Ventil 14 ist die Speiseleitung 7 nochmals mit dem Rührbehälter 10 verbunden.

Damit ein Absetzen des Feststoffanteils vermieden wird, kann die Speiseleitung 7 statt wie dargestellt in mittlerer Höhe auch unten oder oben in die Kammerfilterpresse 1 münden oder es können mehrere Mündungen vorhanden sein, zwischen denen umgeschaltet wird. So können Feststoffsuspensionen, bei denen der Feststoffanteil zur Sedimentation neigt, von oben und solche, bei denen er zur Flotation neigt, von unten zugeführt werden.

Die Kammerfilterpresse 1 ist über eine Filtratleitung 15 mit einem regelbaren Ventil 16 mit einem Filtratbehälter 17 (Fig. 1, 2b) verbunden. Da sie als Membranpresse ausgebildet ist - was weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher erläutert werden wird - ist sie auch an einen ersten Zweig 18a einer Druckleitung 18 und eine Rückleitung 19 angeschlossen. Die Druckleitung 18, welche mit ihren Verzweigungen zugleich eine Heizleitung darstellt, wird von einem Temperaturfühler 20 überwacht. Sie führt über ein regelbares Ventil 21a zu einem Heissdampfaggregat 22, genauer zum Ausgang eines Dampfkessels 23 desselben. Das Heissdampfaggregat 22 weist ausserdem einen Temperaturregler 24 auf, der die Leistung einer elektrischen Heizeinrichtung 25 zur Beheizung des Dampfkessels 23 auf Grund der Temperatur in der

Druckleitung 18 regelt, sowie eine Umwälzpumpe 26, welche in ähnlicher Weise von einem Druckregler 27 geregelt wird und einen Kondensator 28, über den die Rückleitung 19 unter Zwischenschaltung eines regelbaren Ventils 29 mit dem Eingang der Umwälzpumpe 26 verbunden ist. Der letzteren ist ausserdem über ein vom Druckregler 27 geregeltes Ventil 30

ein Wasseranschluss 31 vorgeschaltet. Statt des Heissdampfaggregats könnte auch ein Heisswasser- oder somst ein Wärmeträgeraggregat vorgesehen sein. Die Druckleitung 18 hat zwei weitere Zweige 18b und 18c, die über regelbare Ventile 21b und 21c in die Speiseleitung 7 bzw. die Filtratleitung 15 münden.

Neben dem Heissdampfaggregat 22 weist die Anlage eine weitere Heizvorrichtung auf, nämlich ein Heissluftaggregat 32, welches über einen in die Speiseleitung 7 mündenden Zweig 33a mit einem Ventil 34a und einen in die Filtratleitung 15 mündenden Zweig 33b mit einem Ventil 34b einer Druckleitung 33, welche mit ihren Verzweigungen zugleich eine Heizleitung darstellt, mit der Kammerfilterpresse 1 verbunden ist. Das Heissluftaggregat 32 umfasst ein von Druckluft durchströmtes Heizgerät 34 mit einer Heizeinrichtung 35, die von einem Temperaturregler 36 geregelt wird. Die Druckluft wird von einer Druckpumpe 37 erzeugt, die dem Heizgerät 34 vorgeschaltet ist und von einem Druckregler 38 geregelt wird, so dass das

Heissluftaggregat 32 zugleich ein Druckluftaggregat darstellt.

Vom Heissluftaggregat 32 durch ein Ventil 39 getrennt, ist mit der Druckleitung 33 ausserdem eine Vakuumanlage 40 verbunden, so dass die Druckleitung 33 zugleich als Evakuierungsleitung dient. Die Vakuumanlage 40 umfasst eine Vakuumpumpe 41, der ein regelbares Ventil 42 nachgeschaltet ist sowie einen Druckregler 43, der die Vakuumpumpe 41 in Abhängigkeit vom in der Druckleitung 33 herrschenden Druck regelt.

Die beschriebene Anlage wird von einer Steuerung 44 gesteuert, von der aus manuell oder nach einem wählbaren Programm die Ventile geöffnet und geschlossen und die einzelnen Aggregate und Anlagen etwa durch Vorgabe

bestimmter Drücke und Temperaturen gesteuert werden. Vorzugsweise sollen in der Kammerfilterpresse 1 mittels der in das Heissluftaggregat 32 integrierten Druckpumpe 37 und der Vakuumpumpe 41 Drücke von ca. 0,1 mbar bis ca. 16 bar einstellbar sein sowie durch Einsatz des Heizgeräts 34 oder des Heizkessels 23 Temperaturen zwischen -45°C und 250°C, wobei Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur mittels der Vakuumpumpe 41 erreicht werden, so dass ein Kühlaggregat nicht erforderlich ist. Selbstverständlich kann die beschriebene Anlage jedoch bei Bedarf auch mit einem solchen Aggregat ausgerüstet werden. Die Vakuumpumpe 41 ist mit einem Kondensator versehen, in dem abgezogene Brüden zur Verringerung ihres Volumens kondensiert oder desublimiert werden.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt das Kernstück der Kammerfilterpresse 1, nämlich die Kammerfilterplatten 3, welche mit für Flüssigkeiten durchlässigen Filtertüchern 45 bespannt sind und vom Hydraulikaggregat 4 zusammengepresst werden. Die Kammerfilterplatten 3 sind mittig mit eine Fortsetzung der Speiseleitung 7 bildenden durchgehenden Oeffnungen 46 versehen und weisen beidseitig Vertiefungen 47 auf, an deren Grund jeweils eine Membran 48 angeordnet ist. Die Vertiefungen 47 bilden durch die Oeffnungen 46 verbundene Kammern, in deren unteren Bereich Zweige 15' der Filtratleitung 15 münden. Die Kammern sind durch die Filtertücher 45 vollständig ausgekleidet. Die Kammerfilterplatten 3 weisen ausserdem Druckkanäle 49 auf, welche hinter den Membranen 48 münden und mit dem Zweig 18a der Druckleitung 18 und mit der Rückleitung 19 verbunden sind.

Das Innere der Kammerfilterpresse 1 wird über die Speiseleitung 7 und die Oeffnungen 46 mit Trübe aus dem Speisesystem 9 gefüllt. Das Filtrat läuft durch die

Filtertücher 45 in die Zweige 15' der Filtratleitung 15 und

wird über dieselbe in den Filtratbehälter 17 geleitet. In den Hohlräumen bleibt ein Filterkuchen 50 zurück. Er kann durch Einleitung von Dampf in die Druckkanäle 49 über den Zweig 18a der Druckleitung 18, welche, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Ausbauchung der Membranen 48 in die Kammern bewirkt, ausgepresst werden.

Die Kammerfilterpresse 1 kann auch mit Kammerfilterplatten ohne Membran ausgestattet sein, in welchem Fall die Druckkanäle in Hohlräume in derselben münden, welche z. B. von eingegossenen Hohlkörpern gebildet werden und über den Zweig 18a der Druckleitung 18 und die Rückleitung 19 von einem Dampfkreislauf durchströmt werden können, der durch den Kondensator 28, die Umwälzpumpe 26 und den Dampfkessel 23 geschlossen ist. In beiden Fällen kann durch eingeleiteten Dampf eine Aufheizung des Filterkuchens 50 durch direkten oder jedenfalls, da die Filtertücher 45 nur eine dünne Zwischenschicht bilden, nahezu direkten Kontakt erzielt werden, im einen Fall Kontakt mit den Membranen 48, im anderen mit den Kammerfilterplatten selber, welche mindestens im letzteren Fall wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit dieses Materials aus Metall bestehen sollten, das auch wegen seiner Hitzebeständigkeit vorzuziehen ist, obwohl diesbezüglich auch Kunststoffplatten für viele Anwendungen genügen. Auch eine elektrische Beheizung der Filterplatten kann natürlich vorgesehen werden.

Unterhalb der Kammerfilterpresse 1 ist eine Wanne 51 (Fig. 1) angeordnet zur Aufnahme des Filterkuchens 50 nach dem Oeffnen der Kammerfilterpresse 1. Die Anlage ist in einem verhältnismässig kleinen Volumen von ca. 2 _* 1,4 x 0,8 m ³ untergebracht und fahrbar.

Die Anlage kann (Fig. 5, 6) dazu verwendet werden, einen Filterkuchen 50 herzustellen und denselben nachzubehandeln,

insbesondere zur Herstellung eines je nachdem rieselfähigen oder stückigen Stoffs - in Frage kommen Farben, Pharmaka, Suppen- und Getränkepulver, Gemüse- und Fruchtsnacks und vieles andere -, wobei für die Nachbehandlung verschiedene Kombinationen möglich sind. Die Anlage eignet sich besonders gut für Verfahren, die Filtration A des Filterkuchens 50 mit anschliessender Trocknung B desselben in der Kammerfilterpresse 1 umfassen. Zuerst wird im Flockungsreaktor 11 eine Trübe angesetzt und kontinuierlich in den Rührbehälter 10 geleitet und dort so lange wie erforderlich gerührt. Dann wird das Ventil 8 geöffnet und die Beschickungspumpe 12 eingeschaltet. Dadurch wird Trübe in die Kammerfilterpresse 1 transportiert, bis (s. unten) nur noch wenig Filtrat austritt, weil sich in der Kammerfilterpresse 1 ein fester Filterkuchen gebildet hat. Anschliessend wird das Ventil 8 geschlossen und das Ventil 14 sowie die Ventile 39 und 34a geöffnet und die Speiseleitung 7 mittels der Pumpe 37 ausgeblasen. Während des Füllens der Kammerfilterpresse 1 läuft durch Einwirkung der Schwerkraft der grösste Teil des Filtrats durch die Filtratleitung 15 in den Filtratbehälter 17 ab. Durch Oeffnen des Ventils 21a und Einschalten der Umwälzpumpe 26 wird über den ersten Zweig 18a der Druckleitung 18 Wasser oder auch Dampf in die Druckkanäle 49 der Kammerfilterpresse 1 geleitet, so dass die Membranen 48 sich ausbauchen und den Filterkuchen 50 auspressen und eventuell zugleich etwas erhitzen. Anschliessend wird über die Rückleitung 19 Wasser oder Dampf abgelassen.

Die weitere Behandlung richtet sich ebenso wie bestimmte Parameter bei der Filtration A nach der Art der Trübe und dem beabsichtigten Endresultat. Im Beispiel von Fig. 5 handelt es sich bei der Trübe um eine Chemiesuspension, Mineralschlamm, Klärschlamm oder Rauchgaswaschschlamm von zwischen 0,5% und 35% (Gew.) - im gezeigten Beispiel ca. 5% - Trockensubstanz (TS) . Der Druck a im Inneren der

Kammerfilterpresse 1 wird bei der Filtration auf 15 bar angehoben und ca. 2,5 h gehalten.

Wenn der Filtratfluss unter eine bestimmte Grenze gefallen ist, beginnt die Trocknung B, genauer gesagt,

Vakuumtrocknung des Filterkuchens in der Kammerfilterpresse 1. Dazu wird die Vakuumanlage 40 in Betrieb gesetzt und der Druck a im Inneren der Kammerfilterpresse 1 auf einen Wert zwischen 5 und 100 bar, im gezeigten Beispiel 50 mbar gesenkt und gehalten. Ausserdem wird durch die

Heizeinrichtung 25 der Heizkessel 23 geheizt und Dampf erzeugt und schliesslich die Ventile 21a geöffnet, so dass du< h EinfHessen von Dampf in die Druckkanäle 49 über die Membranen 48 der Kammerfilterplatten 3, deren Plattentemperatur b auf zwischen 140°C und 200°C, im vorliegenden Fall 160°C gebracht wird, der Filterkuchen 50 erwärmt wird.

Die Kuchentemperatur c bleibt dabei wegen der Verdampfung stets unter 50°C. Er schäumt auf und wird feinporig, was er bei geeigneter Führung der Parameter Druck a und Plattentemperatur b im weiteren Verlauf auch bleibt. Wenn die Verdampfung abnimmt, wird die Temperatu" der Kammerfilterplatten 3 auf ca. 70°C zurückgenommen. Die Kuchentemperatur c darf so lange nicht über 60°C steige", als der Gehalt an Trockensubstanz d zwischen 65% und 85% liegt, da der Filterkuchen 50 sonst in die thermoplastische Phase - auch Leimphase genannt - eintritt und eine pastöse Konsistenz annimmt, so dass er klumpig wird und auch mit den Kammerfilterplatten 3 verklebt. Nach Ueberschreiten der Grenze von 85% TS wird die Plattentemperatur auf 140°C erhöht und nach ca. 2 h die Heizung abgestellt. Der Filterkuchen 50 wird während weiterer 2 h durch den Unterdruck weiter getrocknet bis auf ca. 95% TS, während die Kuchentemperatur c auf ca. 70°C absinkt. Anschliessend wird der Druck a normalisiert und die Kammerfilterpresse 1

geöffnet .

Bei einem weiteren Verfahren wird (Fig. 6) bei der nur ca. 15 min dauernden Filtration einer Feststoffsuspension aus Lebensmittel-, Pharma- oder Chemieproduktion, z. B. von Obst- oder Gemüsestücken in 5-fachem bis 20-fachem Flüssigkeitsüberschuss ein Maximaldruck von 2 - 6, im vorliegenden Fall 3,5 bar nicht überschritten. Zur anschliessenden Gefriertrocknung wird der Druck a auf 0,5 bis 2 mbar, hier 1 mbar - in jedem Fall unter den Tripelpunktsdruck von Wasser - abgesenkt und der Filterkuchen 50 dadurch stark abgekühlt. Die Kuchentemperatur c sinkt auf ca. -20 °C, so dass der Wasseranteil, soweit er nicht bereits verdampft ist, in die feste Phase übergeht. So bleibt auch hier der Filterkuchen locker und die weitere Entwässerung ist nicht behindert. Anschliessend wird die Plattentemperatur b auf 80 bis 110°C angehoben und später auf ca. 70°C zurückgenommen, damit auch die Kuchentemperatur c langsam erhöht, so dass der Wasseranteil am Filterkuchen 50 zunehmend sublimiert wird und der Gehalt an Trockensubstanz d sich auf 98 bis 99% erhöht. Die Erniedrigung der Plattentemperatur b auf ca. 70°C erfolgt zur Schonung des Filterkuchens mindestens dann, wenn die Verdampfung nicht mehr ausreicht, eine Erhöhung der Kuchentemperatur c auf über 50°C zu verhindern.

Die Grenze zwischen Vakuum- und Gefriertrocknung ist im wesentlichen durch den Druckverlauf gegeben, sie liegt streng genommen beim Tripelpunktsdruck von Wasser, der bei destilliertem Wasser 6,3 mbar beträgt, aber je nach Salz¬ oder Zuckergehalt auch mehr oder weniger weit darunter liegen kann. Es ist natürlich nicht ausgeschlossen, auch Schlämme u. dgl. einer Gefriertrocknung zu unterwerfen, jedoch ist dieser höhere Aufwand gewöhnlich nicht notwendig, während er sich bei sensibleren Produkten, die

natürlich umgekehrt auch einer Vakuumtrocknung unterzogen werden können, meist lohnt.

Bei beiden Verfahren kann die Trocknung des Filterkuchens 50 überwacht und Druck und Temperatur nach dem

Trocknungsgrad geregelt werden. Besagte Ueberwachung ist z. B. durch eine oder mehrere der folgenden Massnahmen möglich:

Messung der Temperatur im Inneren des Filterkuchens 50,

Messung der Kondensatmenge, die im Kondensator der

Vakuumpumpe 41 entsteht,

Ueberwachung des Druckverlaufs während der Trocknung.

Als zusätzlicher Schritt kann z. B., vor allem bei einer Anwendung im pharmazeutischen Bereich und bei geeigneter Ausrüstung der Anlage, nach der Filtration A Sterilisierung durch Heissdampf durchgeführt werden. Dazu wird bei geöffneten Ventilen 21b und 21c Dampf durch die Zweige 18b,c der Druckleitung 18 von der Umwälzpumpe 26 in die Kammerfilterpresse 1 gepumpt. Nach Schliessen der Ventile 21b,c kann dann der Filterkuchen 50 durch Heissluft aus dem Heissluftaggregat 32, die über die Zweige 33a,b der Druckleitung 33 bei geöffneten Ventilen 34a,b in die Kammerfilterpresse 1 einströmt, vorgetrocknet werden. Die Trocknung B kann dann wie beschrieben durch Vakuumtrocknung oder Gefriertrocknung vervollständigt werden.