DE10023292C1 - Plattenförmiger Filtrationskörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Filtrationskörpers (Filtrationsplatte). DOLLAR A Die Erfindung ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: DOLLAR A - zwei Stützkörperhälften werden durch Gießen nach Art des Schlickergusses hergestellt; DOLLAR A - die Gußform besteht aus porösem, hydrophilem Material; DOLLAR A - das Formnest entspricht der Außenkontur der beiden Stützkörper; DOLLAR A - zum Herstellen eines der Stützkörperhälften wird Stützkörpermaterial in die Form gegossen; DOLLAR A - es wird ein Zwischenkörper hergestellt, der aus einem unter Wärmeeinfluß sich verflüchtigenden Material besteht und der Aussparungen aufweist; DOLLAR A - zum Herstellen des zweiten der Stützkörperhälften wird Stützkörpermaterial in die Form gegossen; DOLLAR A - die Oberfläche dieses zweiten Gusses wird mit einem Deckel der Form in Kontakt gebracht; DOLLAR A - das gesamte Formteil wird aus der Form herausgenommen; DOLLAR A - den Außenseiten des Formteiles wird wenigstens eine Membranfilterschicht aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Filtrationskörpers - im folgenden "Filtrationsplatte" genannt -, ferner eine solche Filtrationsplatte selbst.

Auf DE 100 19 672 wird verwiesen. Dort sind solche Filtrationsplatten beschrieben und dargestellt.

Solche Filtrationsplatten können beispielsweise die Gestalt einer Kreisscheibe haben. Sie bestehen beispielsweise aus einem Filtermembranmaterial, beispielsweise aus porösem Siliciumdioxid. Eine Vorrichtung zur Filtration von fließfähigen Medien kann eine Mehrzahl solcher Filtrationsplatten umfaßen. Die Filtrationsplatten sind dabei koaxial zueinander angeordnet und weisen einen gegenseitigen Abstand auf. Eine Hohlwelle ist durch sämtliche Filtrationsplatten hindurchgeführt. Die einzelne Filtrationsplatte weist in ihrem Inneren Permeat-Ableitkanäle auf, die mit dem Innenraum der Hohlwelle in leitender Verbindung stehen.

An Filtrationsplatten der genannten Art werden besondere Anforderungen gestellt. Diese betreffen insbesondere die Festigkeit der einzelnen Platte. So soll die Filtrationsplatte während des Betriebes den erheblichen Beanspruchungen zufolge von Strömungen in einer Filtrationsanlage standhalten. Die einzelne Platte soll aber auch in sich genügend fest sein, so daß bei Aufbau aus mehreren Lagen der Verbund zwischen solchen Lagen dauerhaft ist. Die Platten sollen sich leicht zusammenfügen lassen zu Plattenpaketen der genannten Bauart. Sie sollen leicht herstellbar und kostengünstig sein. Sie sollen sich leicht handhaben lassen, was die Montage und Demontage anbetrifft.

Die bisher bekannten Filtrationsplatten haben diesen Anforderungen nicht voll und ganz genügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filtrationsplatten derart zu gestalten, daß sie den genannten Anforderungen in höherem Maße genügen, als die bisher bekannten Filtrationsplatten.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.

Der Erfinder hat zur Lösung dieser Aufgabe neue Wege beschritten. Er schlägt demgemäß vor, die Filtrationsplatten durch Gießen herzustellen, und zwar auf der Basis des sogenannten Schlickergußverfahrens.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit Filterplatten gemäß der Erfindung in einer schematischen Aufrißansicht.

Fig. 2 zeigt den Gegenstand von Fig. 1 in einer Draufsicht.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes von Fig. 1, wiederum in Draufsicht.

Fig. 4 zeigt ein Segment als Bestandteil einer Filtrationsplatte in Draufsicht.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie V-V von Fig. 4 in einer Abwicklung.

Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Segmenten in Draufsicht.

Fig. 8 veranschaulicht in einem Axialschnitt eine Filtrationsplatte mit einer bestimmten Kanalkonfiguration.

Fig. 9 zeigt eine Filtrationsplatte in Seitenansicht.

Fig. 10 zeigt in einem zur Plattenebene senkrechten Schnitt - das heißt parallel zur Drehachse der Hohlwellen 1, 2, den Aufbau einer erfindungsgemäßen Filtrationsplatte.

Fig. 11 veranschaulicht in stark vergrößertem Maßstab die Struktur eines Stützkörpers sowie die Struktur einer Membranfilterschicht.

Fig. 12, 13, 14 veranschaulichen den Verlauf des Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Filtrationsplatte.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, weist die Vorrichtung zwei Hohlwellen 1, 2 auf. Den beiden Hohlwellen ist jeweils ein Plattenpaket 3 beziehungsweise 4 zugeordnet. Die Filtrationsplatten sind parallel zueinander angeordnet. Die Filtrationsplatten 3 sind mit der Hohlwelle 1 drehfest verbunden, und die Filtrationsplatten 4 mit der Hohlwelle 2.

Die Filtrationsplatten 3, 4 bestehen aus porösem keramischen Material mit einer Keramikmembran, die die äußere Filtrationsplattenfläche bildet. Wie aus den Fig. 4 und 5 erkennbar, sind sie mit Kanälen versehen. Da sich die Fig. 4 und 5 auf ein Segment der Filtrationsplatten 3 beziehen, erkennt man dort die Kanäle 3.1. Die Kanäle sind radial angeordnet. Sie verlaufen somit vom Umfangsbereich des Segmentes zur Hohlwelle 3 und stehen mit deren Innenraum in leitender Verbindung. Gewisse Abweichungen von der radialen Richtung sind möglich.

Die betreffende Hohlwelle sowie die zugeordneten Filtrationsplatten werden hier als "Paket" bezeichnet. Dabei ist das aus Hohlwelle 1 und Filtrationsplatten 3 gebildete Paket genau gleich gestaltet und gleichartig aufgebaut, wie das aus Hohlwelle 2 und den Filtrationsplatten 4 aufgebaute Paket. Es wären jedoch auch Abweichungen hiervon möglich. So könnten beispielsweise die Filtrationsplatten des einen Paketes einen größeren Durchmesser als die Filtrationsplatten des anderen Paketes haben. Im vorliegenden Falle sind die Filtrationsplatten kreisförmig. Auch hier wären Abweichungen möglich. Beispielsweise käme eine ovale Form in Betracht.

Die beiden Pakete sind in einem Behälter 5 angeordnet. Der Behälter 5 weist einen Einlaß 5.1 sowie einen Auslaß 5.2 auf. Die beiden Hohlwellen 1, 2 weisen an ihren oberen Enden Auslässe 1.1 beziehungsweise 1.2 auf.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Dem Behälter wird durch Einlaß 5.1 das zu behandelnde Medium zugeführt. Der Grundstoff gelangt durch die Poren des keramischen Materiales der Keramikscheiben in die Kanäle 3.1 beziehungsweise 4.1 - die letztgenannten hier nicht dargestellt - als Permeat. Das Permeat gelangt von den Kanälen in den Innenraum der beiden Hohlwellen 1, 2 und wird an den Auslässen 1.1, 1.2 abgeführt.

Was nicht durch die Poren des Keramikmaterials hindurchzudringen vermag, gelangt als Retentat zum Auslaß 5.2 des Behälters 5.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 erkennt man, daß die Filtrationsplatten 3 des einen Paketes mit den Filtrationsplatten 4 des anderen Paketes überlappen. Im Überlappungsbereich 6 entsteht eine Turbulenz im Medium. Diese hat eine Reinigungswirkung an der Oberfläche der Filtrationsplatten zur Folge. Die spezifische Permeationsleistung wird groß, und der spezifische Energiebedarf wird klein.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind drei Pakete vorgesehen. Diese sind wiederum in einem Behälter angeordnet - hier nicht dargestellt -.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine noch größere Anzahl von Paketen innerhalb ein- und derselben Vorrichtung vorzusehen. So kann beispielsweise ein Paket zentral angeordnet werden, während die übrigen Pakete konzentrisch um das zentrale Paket herumgruppiert werden.

Aus den Fig. 4 und 5 erkennt man, daß die einzelne Filtrationsplatte 3, 4 aus einer Mehrzahl von Segmenten aufgebaut sein kann. Das hier dargestellte Kreissegment ist somit Bestandteil einer Filtrationsplatte 3. Die Filtrationsplatten können jedoch auch ganz und gar aus einem einzigen Teil aufgebaut sein.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Filtrationsplatten 3 weisen Permeat- Kanäle 3.1 bestimmter Konfigurationen auf. Wie man sieht, verjüngen sich die Kanäle in dieser Draufsicht gesehen von außen nach innen. Sie sind somit keilförmig.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind die Kanäle 3.1 wiederum keilförmig, haben jedoch im radial äußeren Bereich jeweils eine Einbuchtung. Der Kanal hat somit in dieser Draufsicht eine Art Astgabelform.

Der Sinn dieser Kanalgestaltung besteht darin, daß das Permeat hierdurch kurze Wege zum Permeat-Ableitkanal zurückzulegen hat.

Ein anderer Effekt wird erzielt durch die in Fig. 8 gezeigte Kanalgestaltung - diesmal in einem Axialschnitt durch das Plattenpaket gesehen. Wie man sieht, verjüngt sich der Kanal hier wiederum von außen nach innen. Der Sinn besteht in folgendem: Bei einer rotierenden Filtrationsplatte steht das Permeat im Außenbereich der Filtrationsplatte unter leicht erhöhtem Druck. Die geschilderte Gestaltung des Kanales kompensiert diesen erhöhten Druck durch die Wandstärkenabnahme.

Aus Fig. 9 erkennt man, daß die Filtrationsplatte 3 in ihrem Umfangsbereich stromlinienförmig gestaltet ist, etwa nach Art der angeströmten Kante eines Tragflügels. Es hat sich gezeigt, daß der Verschleiß der Membran hierdurch erheblich minimiert wird.

Die in Fig. 10 dargestellte Filtrationsplatte 3 ist wie folgt aufgebaut: sie umfaßt zwei Stützkörperhälften 3.2, 3.3. Diese sind entlang einer Trennfuge 3.4 zusammengefügt. Sie bilden praktisch ein einziges Teil, so daß die Trennfuge 3.4 bezüglich der Festigkeit keine Bedeutung hat. Auf die Ursache der Trennfuge 3.4 soll weiter unten noch eingegangen werden.

Zwischen den beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3 befinden sich die bereits genannten Permeat-Kanäle 3.1, die das Permeat zu dem Innenraum der betreffenden Hohlwelle 1 leiten.

Die beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3 sind auf ihren Außenseiten jeweils mit einer Membranfilterschicht 3.5, 3.6 beschichtet.

Fig. 11 läßt nochmals genauer die Mikrostrukturen einer Stützkörperhälfte 3.2 sowie einer Membranfilterschicht 3.5 erkennen. Dabei ist die Stützkörperschicht aus Teilchen mit einer Teilchengröße von 3 bis 30 µ aufgebaut. Die dazwischen befindlichen Poren liegen in der Größenordnung von 1 bis 10 µ. Die Stützkörperhälfte 3.2 weist im vorliegenden Falle eine Dicke von einigen Millimetern auf, beispielsweise 2 mm. Die Membranfilterschicht hingegen ist vergleichsweise dünn. Ihre Dicke liegt bei ca. 5 bis 30 µ, zum Beispiel bei 20 µ.

Fig. 12 zeigt eine Form 10 zum Herstellen eines Formteiles, umfassend die beiden Stützkörperhäften 3.2, 3.3 sowie eine dazwischenbefindliche Schicht, auf deren Bedeutung weiter unten noch eingegangen werden soll. Die Form 10 weist ein Bodenteil 10.1 sowie einen Deckel 10.2 auf.

Die Form 10 besteht aus porösem, hydrophilen Material, beispielsweise aus Gips. Es hat eine erhebliche Wandstärke, die ein mehrfaches der Dicke des gesamten Formteiles betragen kann.

Das Formnest ist derart bemessen, daß es der Außenkontur der beiden zusammengefügten Stützkörperhälften entspricht.

Das Verfahren zum Herstellen des Formteiles verläuft wie folgt: Bei abgenommenem Deckel 10.2 wird zunächst einer der beiden Stützkörperhälften in das Form-Unterteil 10.1 in Suspensionsform eingegossen. Aufgrund des hydrophilen Charakters des Materiales von Formteil 10.1 wird Wasser - oder sonstige Suspensionsflüssigkeit - aus der Suspension der zu bildenden Stützkörperhälften 3.2 herausgezogen.

Auf die Gußoberfläche der entstehenden Stützkörperhälfte 3.2 wird sodann ein Körper 3.7 aufgelegt. Dieser besteht aus einem Material, das sich in der Wärme verflüchtigt. In Betracht kommen Materialien wie Wachs, Kampfer, Faservlies, Moosgummi und so weiter.

Dieser Zwischenkörper 3.7 ist im allgemeinen relativ dünn, zum Beispiel 2 mm, verglichen mit der Dicke der beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3. Er ist mit Ausstanzungen versehen, auf die noch eingegangen werden soll.

Nach dem Auflegen des Zwischenkörpers 3.7 wird ein zweiter Guß vorgenommen. Es wird nunmehr das zur Bildung der zweiten Stützkörperhälfte 3.3 erforderliche Stützkörpermaterial - wiederum in Suspensionsform - in das Formunterteil 10.1 eingegossen, so daß es sich auf die Zwischenschicht 3.7 legt. Es entsteht nunmehr eine innige Verbindung zwischen den beiden Stützkörpermaterialien, und zwar in jedem Falle im Umfangsbereich der beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3, aber auch dort, wo die genannten Aussparungen im Stützkörper 3.7 liegen. Die Aussparungen führen zu einer Bildung von Stegen und damit wiederum zu einer innigen Verbindung zwischen den beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3, so daß aus diesen beiden Körpern ein einheitlicher, in sich fester Körper gebildet wird.

Aufgrund der Eigenschaft des Materiales der Zwischenschicht 3.7, sich unter Wärme zu verflüchtigen, kommt es zu einer Auflösung des Materiales, so daß Hohlräume entstehen, die die Permeat-Ableitkanäle 3.1 bilden - siehe die Fig. 4 bis 8 und 10.

Nach dem Eingießen des Materiales für die zweite Stützkörperhälfte 3.1 muß dafür gesorgt werden, daß entsprechend den Regeln des Schlickergußverfahrens wiederum Wasser der aufgegossenen Suspension entzogen wird. Hierzu dient der Deckel 10.2 der Form 10.

Der Deckel 10.2 kann nach Vollenden des zweiten Gusses aufgebracht werden. Es ist aber auch denkbar, bereits von Anfang an den Deckel 10.2 mit dem Formunterteil 10.1 zu vereinigen und dabei einen entsprechenden Zwischenraum zum Einführen der betreffenden Gußmengen zu belassen; die Gußmengen wären in einem solchen Fall durch geeignete Öffnungen dem Formnest zuzuführen. Jedenfalls muß ein Kontakt hergestellt werden zwischen der Innenfläche des Deckels 10.2 und der Oberfläche des zweiten Gusses.

Das Formnest kann auch derart gestaltet werden, daß wenigstens einer der beiden Stützkörperhälften 3.2, 3.3 jeweils eine Nabe angegossen wird. Siehe die Kontur einer entsprechenden Aussparung 3.8 des Formnestes.

Fig. 13 zeigt das entformte Formteil. In seinem Zentrum kann eine Bohrung vorgesehen werden. Diese kann derart bemessen sein, daß die betreffende Hohlwelle 1 hindurchgeführt werden kann. Es genügt aber auch, eine kleinere Bohrung vorzusehen, die zu einem späteren Zeitpunkt auf das Sollmaß gebracht wird.

Fig. 14 veranschaulicht den Vorgang des Aufbringens einer Keramik- Membranfilterschicht auf die Formteile. Zu diesem Zwecke sind mehrere Formteile parallel und koaxial zueinander angeordnet und in einem Tauchbad mit dem entsprechenden Membranfiltermaterial eingebracht. Die Membranfilterschicht wird anschließend getrocknet und gesintert.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Filtrationskörpers (Filtrationsplatte), umfassend:
zwei Stützkörperhälften, die aus porösem Material bestehen und Permeat-Ableitkanäle zwischen sich einschließen;
wenigstens eine Membranfilterschicht, die auf den Außenseiten der Stützkörperhälften aufgebracht ist, mit den folgenden Verfahrensschritten:

• 1. 1.1 die beiden Stützkörperhälften (3.2, 3.3) werden durch Gießen nach Art des Schlickergusses hergestellt;
• 2. 1.2 die Gußform (10) besteht aus porösem, hydrohphilem Material;
• 3. 1.3 das Formnest ist derart bemessen, daß es der Außenkontur der beiden Stützkörper (3.2, 3.3) entspricht;
• 4. 1.4 zum Herstellen der ersten der beiden Stützkörperhälften (3.2) wird eine entsprechende Menge suspendierten Stützkörpermaterials in die Form (10.1) gegossen;
• 5. 1.5 es wird ein Zwischenkörper (3.7), der als Gießkern fungiert, hergestellt, der aus einem unter Wärmeeinfluß sich verflüchtigenden Material besteht und der Aussparungen aufweist;
• 6. 1.6 zum Herstellen der zweiten (3.3) der beiden Stützkörperhälften wird eine entsprechende Menge suspendierten Stützkörpermateriales in die Form (10.1) gegossen;
• 7. 1.7 die Oberfläche dieses zweiten Gusses wird mit einem Deckel (10.2) der Form (10) in Kontakt gebracht;
• 8. 1.8 das gesamte Formteil - umfassend die beiden Stützkörperhälften (3.2, 3.3) sowie den Zwischenkörper (3.7) wird aus der Form (10) herausgenommen;
• 9. 1.9 auf den Außenseiten des Formteiles wird wenigstens eine Membranfilterschicht (3.5, 3.6) aufgebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenseiten des Formteiles zwei oder mehrere Membranfilterschichten aufgebracht werden.

3. Schattenförmiger Filtrationskörper (Filtrationsplatte), dadurch gekennzeichnet, daß dieser gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt und aufgebaut ist.