Filtration von Suspensionen mittels dynamischer Scheibenfilter und ...

Abb. 7: Korrigierte Filtratdrücke (Berücksichtigung des aus der
Zentrifugalkraft resultierenden Druckgradienten) in Abhängigkeit der
Drehzahl bei unterschiedlichen Filterscheibenradien im Vergleich zum
gemessenen Druck im Filtergehäuse
3 Ursache der autodynamischen
Druckfluktuation
Abb. 7 zeigt die Druckverhältnisse im
Filtrat und Konzentrat bei unterschied -
lichen Drehzahlen n bei einer Filtration
von reinem Wasser und dem Metall -
gewebe. Man erkennt, dass die Schwan -
kungen im Druck bei einer Drehzahl von
n= 400 min -1 und n= 600 min -1 auftreten.
Um die Ursache zu klären wird zunächst
der gemessene Filtratdruck korrigiert.
Zusätzlich zu dem gemessenen Filtrat -
druck resultiert im Inneren der Scheibe
aufgrund von Zentrifugalkräften ein
Druckgradient, der in Abb. 1 schematisch
dargestellt ist. Bei der Berechnung der
radialen Druckdifferenz muss jedoch auch
berücksichtigt werden, dass die Suspen -
sion eine Wirbelströmung ausführt. Es
existiert jedoch im Mittel eine Differenz
zwischen der Umfangs geschwindig keit
der rotierenden Scheibe und der
rotierenden Suspension (siehe hierzu /2/).
Der Filtratdruck wurde um den Einfluss
der Zentrifugalkraft im rotierenden
Abb. 9: Eliminierung der Fluktuationen durch Vergrößerung der
Druckdifferenz zwischen Konzentrat und Filtrat
Fluidkörper korrigiert. Es wurde der
korrigierte Filtratdruck pF korr berechnet,
der einen über die Scheibe gemittelten
Druck darstellt, welcher zum Vergleich
mit dem Konzentratdruck pK heran -
gezogen werden kann. Dieser Vergleich ist
in Abb. 7 für zwei unterschiedliche
Scheibenradien dargestellt.
In Abb. 7 erkennt man, dass der
korrigierte Filtratdruck pF korr bei einem
Radius von r = 50 mm über die gesamte
Versuchsdauer unterhalb des Konzentrat -
druckes pK (Druck im Behälter des Filters)
liegt. Bei einem Radius von r = 150 mm
liegt der korrigierte Filtratdruck pF korr bei
einer Drehzahl von n= 400 min -1 dicht
unterhalb des Konzentratdruckes und bei
n= 600 min -1 liegt er in der gleichen
Größenordnung wie der Konzentratdruck
pK. Die folgende Abb. 8 zeigt einen
Vergleich des korrigierten Filtratdruckes
pF korr. am äußeren Rand der Scheibe mit
dem Druck auf der Konzentratseite pK als
Differenzdruck Δp korr. = pK - pF korr. Bei
n = 0 min -1 und n = 200 min -1 ist die
Schwerpunktthemen
Abb. 8: Differenzdruck am äußeren Rand der Filterscheibe
Druckdifferenz positiv, d. h. im Konzentrat
ist der Druck stets höher als im Filtrat. Bei
n = 400 min -1 schwankt der Differenzdruck
knapp über p = 0 bar und bei n = 600 min -1
schwankt der Differenzdruck im Bereich
von ca. + 0,1 bar bis ca. - 0,8 bar. Der
Über druck schwankt zwischen Filtrat und
Konzentratseite, was unterschiedliche Fluss -
richtungen des Filtratvolumen stromes zur
Folge hat. Durch die schnellen Ände -
rungen der Druckverhältnisse stellt sich
eine hochfrequente periodische Rück -
spülung ein.
Um die Gültigkeit der genannten Aus -
sagen zu untermauern, wurde der Druck in
der Anlage soweit erhöht, dass der Druck
im Behälter stets über dem Druck im
Inneren der Filterscheiben ist. Die Druck -
schwankungen konnten so ver hindert
werden. Hierzu musste die Anlage um -
gebaut werden. Die Filter scheiben anzahl
wurde auf 2 reduziert, da selbst bei
geschlossenem Konzentratabfluss und
voller Pumpenleistung nicht die ent -
sprechenden Drücke eingestellt werden
Abb. 10: Schematische Darstellung der Scheibenneigung im
Filtergehäuse
166 F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 24 (2010) Nr. 4