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Dokumentenidentifikation DE10249917A1 06.05.2004
Titel Kesselfilter
Anmelder KHS Maschinen- und Anlagenbau AG, 44143 Dortmund, DE
Erfinder Becker, Hans, 55457 Gensingen, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.2002
DE-Aktenzeichen 10249917
Offenlegungstag 06.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.05.2004
IPC-Hauptklasse B01D 29/15
IPC-Nebenklasse B01D 29/33   B01D 29/50   B01D 29/60   B01D 37/04   C12H 1/07   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf einen Kesselfilter mit einem Filtratraum, einem durch einen Zwischenboden von diesem getrennten Unfiltratraum, der aus einem zylindrischen Teil und einem darunter angeordneten kegelförmig verjüngten Sammelraum zum Aufnehmen und Ableiten der Filterrückstände gebildet ist und mit Filterelementen, die in Bohrungen des Zwischenbodens angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass der Unfiltratstrom mindestens bis zum Ende der wirksamen Spaltfilterelemente (4) geführt und aus dieser oder oberhalb dieser Ebene mindestens in Teilströmen weitergeführt und/oder aus dem Unfiltratraum (2) hinausführbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kesselfilter mit einem Filtratraum, einem durch einen Zwischenboden von diesem getrennten Unfiltratraum, der aus einem zylindrischen Teil und einem darunter angeordneten kegelförmig verjüngten Sammelraum zum Aufnehmen und Ableiten der Filterrückstände gebildet ist und mit Filterelementen, die in Bohrungen des Zwischenbodens angeordnet sind.

Derartige Kesselfilter oder auch Kerzenspaltfilter sind Hochleistungsfilter, deren Wirschaftlichkeit im Hinblick auf Arbeitsaufwand, Wasserverbrauch, Verschleißteile und Platzbedarf als optimal anzusehen ist. Das System läßt sich für die Heiß- und Kaltwürzefiltration genauso einsetzen wie für die Bierfiltration.

Ein wichtiger Punkt für die Auslegung einer Kerzenfilteranlage ist die Oberflächenberechnung der Filterelemente. Für die Ermittlung der Filtrationsoberfläche ist der Durchmesser der Filterelemente nach Aufbringen der Kieselgur-Voranschwemmung maßgebend. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil der Kerzenfilterelemente ergibt sich daraus, dass eine stetige Vergrößerung der Filtrationsoberfläche eintritt durch Zunahme des Durchmessers durch Kieselgurablagerung während der Filtration. Vorteilhaft für die Qualität der Filtration wirkt sich aus, dass die zu filtrierende Flüssigkeit bei Eintritt in die Oberfläche der mit Kieselgur angeschwemmten Kerzenfilterelemente eine immer geringer werdende Flächenbelastung in hl/mz aufweist durch die stetige Zunahme des Durchmessers und damit durch die immer größer werdende Filtrationsoberfläche. Die Kieselgur- und Trübteilchen setzen sich also dabei mit geringerer Geschwindigkeit auf die Oberfläche ab und halten die Kieselgurschicht lockerer.

Der Kerzenfilter bietet auf diese Weise optimale Voraussetzungen für eine problemlose Verteilung der Kieselgurpartikel, so dass Kieselgur-Durchbrüche in solchen Kerzenfiltern vermieden werden.

Kieselgur-Durchbrüche sind nur möglich, wenn die Voranschwemmung keine widerstandsfähige Schicht auf der Stützfläche bildet, oder wenn die Voranschwemmung nicht regelmäßig aufgebaut und verteilt ist, oder wenn die Stützfläche nicht widerstandsfähig ist.

Die vorerwähnten Kieselgur-Durchbrüche bei Kerzenfiltern sind die Folgen unregelmäßiger Voranschwemmungen. Man hat nämlich festgestellt, dass sich nicht alle auf dem Markt befindlichen Kerzenfilter gleich regelmäßig anschwemmen lassen: Entweder ist die Turbulenz im unteren Bereich zu groß oder zu klein und u. U. im oberen Bereich relativ gering.

So bilden Partikel unterschiedlicher Konsistenz, Korngröße und Korngrößenverteilung einen mehr oder weniger kompressiblen Filterkuchen. Dabei hat das Filterhilfsmittel nicht nur die Funktion der Trennwirkung, sondern erhält durch Brückenbildung – insbesondere durch die erste Voranschwemmung mit relativ grobem Filterhilfsmittel – eine genügende Durchlässigkeit des Filterkuchens aufrecht.

Hieraus ist die Wichtigkeit des Zusammenwirkens von Filterhilfsmittel und Filterkonstruktion erkennbar. Eine Kieselgur wird in ihrem Anschwemmverhalten ganz besonders geprägt durch ihre Partikelgrößenverteilung.

Inhomogene und ungleiche Geschwindigkeitsbereiche im Filter führen zu einer Veränderung der lokalen Partikelgrößenverteilung. Diese beruht auf der Abhängigkeit der Sedimentationsgeschwindigkeit von der Partikelgröße. Große Partikel sedimentieren schneller als kleine. Somit wirken sich Unterschiede der Strömungsverteilung über das Filterelement auch auf die lokale Partikelgrößenverteilung aus.

Bei den bisherigen Filtersystemen resultieren aus der Konstruktion Zonen der Filterflächen, an denen sich die Strömungsgeschwindigkeit vermindert, d. h. im Bereich der Kopfstücke der Filterkerzen bis zur Kopfplatte ist die vertikale Strömungsgeschwindigkeit entsprechend geringer. Dies hat die Folge, dass sich die Strömung durch den Filterkuchen ungleichmäßig auf die Kerzenlänge verteilt und somit unterschiedliche Filtratqualitäten entstehen können.

Bei einem Bierfilter nach der EP 1 243 300 wird vorgeschlagen, dass die Filterkerzen über Ablaufleitungen zusammengefasst werden, so dass das Filtrat von den Filterkerzen über die entsprechenden Ablaufleitungen mindestens einem Ablauf zugeführt wird. Der diesbezügliche Bierfilter ist ohne Kopfraum ausgebildet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Filterkerzen über Ablaufleitungen in mindestens zwei Gruppen zusammengefasst werden, so dass das Filtrat von den Filterkerzen über die entsprechenden Ablaufleitungen den mindestens zwei separaten Abläufen zugeführt wird.

Der Filtratablauf erfolgt somit nicht über einen Filtratsammelraum im oberen Bereich des Filters, sondern dadurch, dass die Filterkerzen zumindest in zwei Gruppen zusammengefasst werden und diese Gruppen getrennt ausgeleitet werden. Bei dieser Ausgestaltung können Kerzenspaltfilter mit getrennten Filtrat- und Unfiltraträumen nicht eingesetzt werden.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, bei den bekannten Kerzenspaltfiltern eine optimale Anpassung im Zusammenspiel von Filterhilfsmittel bzw. deren Anschwemmung und der vorhandenen Filterkonstruktion anzubieten.

Demzufolge soll die Wirtschaftlichkeit der Filtersysteme deutlich erhöht werden mit der Möglichkeit, einen beherrschbaren und regelbaren Verfahrensablauf auch in Bezug auf unterschiedliche Filterhilfsmittel und Getränkesorten sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

Mit dem erfindungsgemäß regelbaren Unfiltratstrom kann bei jeder beliebigen Filtratleistung eine immer gleichbleibende, homogene Anschwemmung erreicht werden. Die Partikelgrößenverteilung ist an jeder Stelle der Kerze gleich; Fehlanschwemmungen können somit völlig vermieden werden.

Die Sedimentationsgeschwindigkeit des jeweilig verwendeten Filterhilfsmittels kann durch den regelbaren Unfiltratstrom jederzeit berücksichtigt werden.

Die wohl gravierendste Verbesserung stellt die von der Filtrationsgeschwindigkeit unabhängig regelbare Anströmung der Filterflächen dar.

Das Problem einer mangelnden Filterhilfsmittelverteilung auf Grund der vertikalen Geringströmung unter der Kopfplatte bzw. Zwischenboden solcher Filterkessel wird in der Praxis durch Einlaufverteilersysteme vermieden. Diese erzeugen sog. vagabundierende Strömungen, die die Kieselgur ausreichend über die gesamte Filterflächen verteilen. Dies funktioniert aber nur für einen eingeschränkten Strömungsgeschwindigkeitsbereich.

Mit der vorliegenden Erfindung werden zwei eindeutig regelbare und bestimmbare Filtratströme und Unfiltratströme angeboten. Ermöglicht wird dieses durch die Weiterführung der Unfiltratströme über den Zwischenboden hinaus, wobei der Zwischenboden und bisherige Unfiltratraum erhalten bleiben kann, was insbesondere eine äußerst günstige Umrüstung aller diesbezüglichen Kerzenspaltfilter auf einfachste Weise erlaubt.

Es können zwei voneinander unabhängige Teilströme erzielt werden, nämlich der Filtratstrom und der Unfiltratstrom. Beide sind über Mengenmesser regel- bzw. einstellbar. Damit ist es erstmalig in der Bierfiltration möglich, definierte und vor allem regelbare Anströmungen der Filterflächen zu erreichen, und zwar unter Beibehaltung der bewährten Kesselfilter mit Filtrat- und Unfiltratraum und der optimalen Aufhängung der Filterkerzen.

Die spezifische Belastung der Filterflächen beginnt deshalb ab Null, die Höhe der Belastung wird durch die Filtrierbarkeit des Bieres begrenzt. So ergeben sich neue Möglichkeiten in der Filtrationstechnik, speziell bei schweren Filtrierbarkeiten regulierend einzugreifen.

Die Weiterleitung eines Teilstromes des Unfiltrats erlaubt eine Aufteilung der Strömung durch die Filterflächen, welche dann am Schluss wieder zu einer Ablaufleitung zusammengefasst wird. Man kann also mit unterschiedlichen Filterleistungen fahren, einfach durch Abschalten einzelter Teilrohrleitungen, wodurch auch Kleinsorten besser verarbeitet werden können. Restfiltrationseinrichtungen sind damit ebenfalls einsetzbar.

Nach den Erkenntnissen der neuen Vorrichtung ist diese Ausbildung optimal geeignet für den Umbau bestehender Filtersysteme, egal ob Kerzen- oder Horizontalsiebfilter. Insbesondere in hohen, schlanken Kesseln sorgt die Bypassströmung für optimale Kieselgurverteilung. Nach Engineering, kleinen Änderungen am Kessel und der Leitungsführung sind alle Filter auf den neuen Stand der Technik zu bringen, ohne dass zusätzliche Filterkezen-Register u. dgl. erforderlich werden.

Erstmals wird eine kontrollierte bzw. einstellbare Filtrationsbelastung über zwei Teilströme möglich, d. h. die Bierfiltration kann erstmals regulativ vor, während oder nach dem Prozess beeinflusst werden, und zwar bei vorhandenen getrennten Un- und Filtraträumen von Kesselfiltern.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 einen Kesselfilter im Querschnitt und

2 eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Strömungsführung des Unfiltrats.

Mit 1 ist ein haubenförmiger Filtratraum des Kesselfilters als Filtrationseinrichtung bezeichnet, unter dem sich ein Unfiltratraum 2 befindet. Unfiltratraum 2 besteht aus einem zylindrischen Teil mit einem sich nach unten kegelförmig verjüngenden Sammelraum 2', dessen Öffnungswinkel &agr; etwa 40 bis 70° betragen kann. Beide Räume 1 und 2 sind durch einen Zwischenboden 3 mit Bohrungen zur Aufnahme von Filterelementen 4 voneinander getrennt. Der untere Teil des Sammelraumes 2' weist einen Stutzen 5 auf, der zur Zuführung und geeigneten Verteilung des Unfiltrats und zur Ableitung der Filterrückstände dient. Für die Zuführung des Unfiltrats können verschiedenartige Manipulatoren zur Erzeugung entsprechend gewünschter Turbulenzen und parziellen Strömungslenkung zum schnellen Aufbau des Filterkuchens vorgesehen sein. Mit dem oberen Filtratraum 1 können verschiedenartige Ableitungen 6 für das Filtrat und Zuleitungen 7 für Druckluft, CO2 oder ein anderes Inertgas sowie Wasser oder Reinigungsflüssigkeit verbunden sein.

Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der den Filtratraum 1 vom Unfiltratraum 2 trennende Zwischenboden 3 vergrößert dargestellt und zeigt u. a. seine dichtend trennende Ausbildung gegenüber den beiden Räumen 1 und 2 sowie die Anordnung der Filterkerzen 4.

Weiter erkennt zwischen den Anordnungen der Filterkerzen 4 mehrere Öffnungen 8 und Leitungen 9, die aus dem Unfiltratraum 2 in den Filtratraum 1 führen, aber gegenüber diesem abgedichtet sind. Von den Leitungen 9 führen weitere Verbindungsrohre 10 zu einem Hauptableitungsrohr 11 für das hochgeführte und vorzugsweise im Bypass laufende Unfiltrat.

Die Öffnungen 8 und Leitungen 9 sind in einer solchen Anzahl zwischen den gesamten Filterkerzen angeordnet und verteilt, dass ein optimales Anströmen und Anschwemmen der Filterhilfsmittel zum Zwecke der Filterung immer gewährleistet ist. Die Öffnungen 8 und/oder die Leitungen 9 können zweckmäßig paarweise oder, wenn gewünscht, auch einzeln und auch in größerer Anzahl zur Ableitung und Weiterführung des Unfiltrats zusammenschaltbar und zur optimalen Strömungsführung auch abschaltbar sein. Zu diesem Zwecke können entsprechend ansteuerbare Ventile u. dgl. vorgesehen sein.

Auf diese Weise kann je nach Durchsatzleistung eine optimale Anpassung der Strömung erzielt werden.

Hierdurch ist eine äußerst vorteilhafte Regelung der Produktströme Filtrat und Unfiltrat im gewünschten Verhältnis zueinander gegeben. Demzufolge sind Fließgeschwindigkeiten von einem Minimum bis zu einem Maximum gestaltbar. Weitere Vorteile ergeben sich wie folgt:

Bei schweren Filtrierbarkeiten wird der Unfiltratstrom erhöht und der Filtratstrom, welcher seinen Weg über die Filterelemente nimmt, wird entsprechend reduziert; ein vorlauffreies Anfahren des Filters wird möglich, indem man den Filtratstrom reduziert und gleichzeitig das Anschwemmwasser mit hoher Fließgeschwindigkeit aus dem Kessel entfernt. So ergeben sich nur noch vernachlässigbare Vermischungszonen, und das Bier oder die filtrierte Flüssigkeit kann nach dem Wasserausschub praktisch vorlauffrei in den Drucktank gefahren werden; am Ende der Filtration verdrängt man das Bier mit entgastem Wasser auf herkömmliche Weise unter Nachlaufgewinnung, oder man zirkuliert den Kesselinhalt, bis das Bier blank ist und schiebt es über die Unfiltratleitung ohne nennenswerte Vermischung zurück in den Puffertank, den Nachlauftank oder den Lagertank. Der Vorlauftank entfällt. Die Folge sind absolut geradlinige Anschwemmbilder mit einer homogenen, messbaren Korngrößenverteilung. Durch die Regelbarkeit des Unfiltratstromes kann im Übrigen den unterschiedlichen Sedimentationseigenschaften der verschiedenen Kieselgaren oder Filtermittel zur Vermeidung von Anschwemmfehlern Rechnung getragen werden. So ist es möglich, auf das Anschwemmverhalten der unterschiedlichsten Filtermittel, auch die der regenierbaren, Einfluß zu nehmen. Durch diese Regelmöglichkeit hat man eine kontrollierte Filtration. Durch die Weiterleitung des Unfiltrats wird eine optimale Entlüftung des Filters erreicht. Die bekannten Gasblasen unter dem Zwischenboden 4, welche auch durch Schrägstellen des Filters nachgewiesenermaßen nicht zu entfernen sind, werden vermieden.

Von besonderer Bedeutung ist die Nachrüstbarkeit bestehender Kesselfiltersysteme, ohne dass auf die vorhandenen sorgfältig getrennten Filtrat- und Unfiltraträume verzichtet werden maß. Nur mit wenigen Bohrungen bzw. Öffnungen 8 und Leitungen 9 sowie weiterführenden Leitungen 11 und entsprechend den Anforderungen eingebrachten Strömung- bzw. Mengensteuerventilen für die Flüssigkeiten ist der Umbau vorgenommen. Die Filterkerzen und der Zwischenboden 3 können dabei weiterbenutzt werden.


Anspruch[de]
  1. Kesselfilter mit einem Filtratraum, einem durch einen Zwischenboden von diesem getrennten Unfiltratraum, der aus einem zylindrischen Teil und einem darunter angeordneten kegelförmig verjüngten Sammelraum zum Aufnehmen und Ableiten der Filterrückstände gebildet ist und mit Filterelementen, die in Bohrungen des Zwischenbodens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Unfiltratstrom mindestens bis zum Ende der wirksamen Spaltfilterelemente (4) geführt und aus dieser oder oberhalb dieser Ebene mindestens in Teilströmen weitergeführt und/oder aus dem Unfiltratraum (2) hinausführbar ist.
  2. Kesselfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unfiltratraum (2) und einem davon durch Zwischenböden (3) und/oder -ebenen getrennten Filtratraum (1) die Weiterführung des Unfiltrats über diese Zwischenebene hinaus erfolgt.
  3. Kesselfilter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unfiltrat durch Öffnungen 8 und Leitungen 9, 10, 11 durch den Filtratraum (1) nach außen ableitbar ist.
  4. Kesselfilter nach nach vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitungen 9, 10 jeweils einzeln und gemeinsam und/oder gruppenweise im Sinne einer Änderung von Fließgeschwindigkeiten zu- oder abschaltbar sind.
  5. Kesselfilter nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere einzeln ansteuerbare Ableitungsrohre (10/11) vorgesehen sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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