DE3411669A1

DE3411669A1 - Verfahren und filtersystem fuer das kontinuierliche filtern eines material-, insbesondere eines polymerstroms

Info

Publication number: DE3411669A1
Application number: DE19843411669
Authority: DE
Inventors: Delano Brookings Salem Mass. Trott
Original assignee: Beringer Co Inc
Current assignee: Beringer Co Inc
Priority date: 1983-03-30
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2137109A; GB8407461D0; US4511472A

Description

HOEGER₁ ST£L.|,R£.0tf.T Ä.PAkTNip-R-—

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1

A 46 035 b Anmelder: Beringer Co., Inc.

k - 176 Beringer Way

27. März 1984 Marblehead, Mass. 01945

USA

Verfahren und Filtersystem für das kontinuierliche Filtern eines Material-, insbesondere eines Polymerstroms

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit mindestens zwei im Parallelbetrieb betreibbaren Filtern, insbesondere für Polymermaterialien, mit Ventileinrichtungen zum Sperren des Materialstroms zu mindestens einem der Filter und mit Auswechseleinrichtungen zum Auswechseln der jeweils gesperrten Filter sowie eine Filtervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Polymerfilter sind so ausgebildet, daß sie bei den beträchtlichen Drücken arbeiten können, die von Extrudern erzeugt werden. Die Filter werden benötigt, um Schmutzstoffe herauszufiltern, Polymerinhomogenitäten, wie z.B. Gele, zu entfernen oder zu dispergieren und den Mischvorgang für das Polymermaterial zu unterstützen. Im allgemeinen sind hinsichtlich dieser Funktionen Kompromisse erforderlich, da die Verbesserung einer Funktion eine Verschlechterung einer anderen Funktion zur Folge haben kann. Beispielsweise kann die Vergrößerung der

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Filterfläche die Kapazität für das Herausfiltern von Verschmutzungen verbessern, hat jedoch andererseits eine Verringerung der Scherwirkung und damit der Mischwirkuhg für das Polymer zur Folge. Weiterhin ändert sich die Wirkung eines Filters, wenn es sich im Betrieb allmählich zusetzt. Insbesondere erhöht sich der Druckabfall über dem Filter, wenn das System insgesamt in üblicher Weise mit im wesentlichen konstanten Durchsatz betrieben wird. Beispielsweise ergibt sich bei einem bekannten System zwischen dem Druckabfall bei gerade neu eingesetzten Filtern und dem Druckabfall unmittelbar vor einem Filterwechsel eine Druckdifferenz von etwa 140 Bar. In einigen Systemen ergeben :sich ferner Probleme wegen der plötzlichen Druckänderungen, die dann eintreten, wenn ein verschmutztes Filter für einen Filterwechsel gesperrt wird und wenn ein neues Filter in Betrieb genommen wird. Konventionelle Filterwechselvorrichtungen für plattenförmige Siebgitter sind so ausgebildet, daß jeweils nur ein Siebgitter im Materialstrom .liegt. Beim Auswechseln einer verstopften Filterplatte gegen eine neue Filterplatte ergibt sich folglich eine kurzzeitige Unterbrechung des gesamten Materialstroms, was zu einer störenden Unterbrechung des Betriebs einer mit dem Filtersystem verbundenen Form.führen kann.

Verschiedene Filtersysteme wurden mit dem Ziel entwickelt, Prozeßstörungen durch kurzfristige Unterbrechungen des PolymerStroms zu vermeiden. Bei diesen Systemen werden verschiedene Ventileinrichtungen verwendet, um den Polymerstrom zu den Filtern zu sperren,

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vim gesperrte Filter zu entlüften, ehe sie herausgenommen und gereinigt oder ausgewechselt werden, und um nach einem Filterwechsel eingeschlossene Luft aus zuvor gesperrten Kanälen auszutreiben. Hinsichtlich der letztgenannten Funktion wird also dafür gesorgt, daß ein neues Filter zunächst mit Polymermaterial gefüllt wird, ehe es in Betrieb genommen wird, damit vom Polymermaterial keine Luftblasen in die Form mitgerissen werden.

Bei einigen bekannten Systemen umfassen die Ventileinrichtungen, die für das Isolieren der einzelnen Filter benötigt werden, von außen betätigte Ventilelemente stromaufwärts und stromabwärts vom Filter, die ein druckfreies Auswechseln des Filters ermöglichen. Bei .derartigen Systemen muß das Betätigen der Ventileinrichtungen stromaufwärts und stromabwärts von einem Filter mittels einer Folgesteuerung aufeinander abgestimmt werden. Außerdem werden zum gleichzeitigen Betätigen eines Ventilpaares beträchtliche Kräfte benötigt, wenn das System unter einem hohen Druck steht.

Bei einigen Systemen, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 167 384 beschrieben sind, handelt es sich um sogenannte "Doppelfiltersysteme", bei denen das Polymermaterial normalerweise gleichzeitig durch zwei Filter fließt. Jedes der Filter ist dabei in einer Filterplattenanordnung montiert, welche das Herausziehen einer Filterplatte ermöglicht, während der 'Druck im System aufrechterhalten bleibt und der Materialfluß

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durch das andere Filter nicht unterbrochen wird. Bei diesen Systemen kann jedoch ein beträchtliches Ansteigen des Druckabfalls und eine erhebliche sprunghafte Druckänderung auftreten, wobei der Druckabfall von der Länge der Zeitintervalle abhängig ist, in denen die Filter ausgewechselt werden, und wobei die sprunghaften Druckänderungen davon abhängig sind, wie stark das verbleibende Filter beim Auswechseln des anderen Filters bereits zugesetzt ist.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. ein Filtersystem anzugeben, bei dem durch verbesserte Ausgestaltung der Ventileinrichtungen hinsichtlich der Höhe des Druckabfalls und der sprunghaften Druckänderungen sowie • hinsichtlich der Standzeiten der einzelnen Filter optimale Bedingungen herbeiführbar sind.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, durch das Verfahren .mit den Verfahrens.schritten gemäß Anspruch 1 gelöst. Zur Durchführung des Verfahrens hat sich dabei ein Filtersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 besonders bewährt.

Durch Einbau eines Rückschlagventils stromabwärts von jedem Filter ist es möglich, die Zahl der von außen bei .einem Filterwechsel zu betätigenden Ventileinrichtungen zu.verringern, wodurch auch die Kraft, die für die mechanische Lageänderung der Ventilelemente aufgebracht werden muß, erheblich verringert wird. Erfindungsgemäß wird also ein Teil der erforderlichen

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Ventilfunktionen durch passive Ventileinrichtungen übernommen, die in Abhängigkeit vom Systemdruck arbeiten, so daß Dichtungseinrichtungen und andere Konstruktionselemente, die eine Betätigung von Ventileinrichtungen von außen ermöglichen, entfallen können.

Die optimale Betriebscharakteristik ergibt sich speziell bei Filtersystemen mit zwei Filtern daraus, daß die Folge, in der die Filter ausgewechselt werden, in spezieller Weise auf das System abgestimmt wird. Indem man die Filter in einer Folge auswechselt, die durch den beobachteten Druckabfall bestimmt wird, können die eingangs angesprochenen Betriebsparameter gesteuert und aneinander angepasst werden. Die gegenseitige Anpassung wird dabei durch eine Analyse der Systemvariablen und insbesondere dadurch vereinfacht, daß man eine Änderung eines Betriebsparameters um einen vorgegebenen Schritt bezüglich ihrer Auswirkung auf" die damit verbundenen Änderungen der anderen Betriebsparameter analysiert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Filtersystems gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt;

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Fig. 2 einen Querschnitt durch das Filtersystem gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur;

Fig. 3 schematische Darstellungen eines bis Filtersystems gemäß der Erfindung Fig. 5 für unterschiedliche Positionen der Ventileinrichtungen und der zugehörigen Ablauf steufereinrichtungen ;

Fig. 6 eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen dem Druckabfall in dem erfindungsgemäßen Filtersystem und dem Ausmaß, in dem das im Materialstrom verbleibende Filter bei einem Wechsel des anderen Filters bereits zugesetzt ist.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Polymer-Filtersystem mit zwei .Filtern 1 und 2. Das Filtersystem 12 umfasst ein Gehäuse 14 mit einem Einlaß 16 und einem Auslaß An dem Gehäuse 14 ist ein Flansch 20 vorgesehen, welcher die Montage des Gehäuses in üblicher Weise am.Ende eines Extruders gestattet. Weiterhin besitzt das Gehäuse 14 einen Endbereich 22, der für die Verbindung mit einer Form geeignet ist.

Das Gehäuse 14 besitzt ferner einen Einlaßkanal 24, welcher mit einem Kegelventil 26 in Verbindung steht,

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über welches der Kanal 24 selektiv mit einem von zwei Kanälen 28,30 verbindbar ist, die mit Filterkammern 32,34 in Verbindung stehen.

Die Filter 1,2 sind identisch aufgebaut und jeweils in einer Unteranordnung montiert, welche nachstehend in Verbindung mit dem Filter 1 beschrieben wird. Im einzelnen umfasst die Unteranordnung einen Kopf 36, der mittels Gewindebolzen 38 und Muttern 40 als Deckel auf einer kreisrunden öffnung der Kammer 34 montiert ist. Der Kopf 36.besitzt eine angeformte Verlängerung 42 mit zylindrischer Mantelfläche, auf welche das eine Ende eines zylindrischen Rohrs 44 passend aufgesetzt ist. Das Rohr 44 besitzt eine Anzahl von gleichmäßig verteilten kreisrunden öffnungen 46. Das andere Ende des Rohrs ist passend auf einen Ventilsitzeinsatz 48 .aufgesetzt, welcher in das Gehäuse 14 eingeschraubt ist. Das Filter 1 hat vorzugsweise die Form eines zylindrischen Drahtgitters mit ringförmigen Metallkappen 50 an seinen Enden, welches auf die Mantelfläche des Rohres .44 aufgeschoben ist.

Der Kopf 36 besitzt eine zentrale Sackbohrung mit mehreren Durchbrüchen 52, welche von der Sackbohrung zum Inneren des Rohres 44 führen. In den Kopf 36 ist ein -Entlüftungsventil 54 mit durchgehender Mittelöffnung 56 eingeschraubt, welches die Durchbrüche 52 entweder verschließt oder freigibt, um zur Entlüftung der Kammer 34 das Innere des Rohres 44 und die Mittelöffnung 56 zu verbinden.

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Man sieht, daß das Filter 1 bequem aus dem Gehäuse 14 herausgenommen werden kann, wenn man die Muttern abschraubt und den Kopf 36 zusammen mit dem Rohr 44 und dem darauf sitzenden Filter 1 aus dem Gehäuse herauszieht.

Das Gehäuse 14 ist ferner so ausgebildet, daß es eine Kugelhalterung aus zwei kreuzförmig angeordneten Kugelhalteplatten 58 aufnehmen kann, die an einem Ende jeweils eine U-förmige Aussparung besitzen, welche der Halterung einer Kugel 60 eines Rückschlagventils dient. Die .Kugel. 60 ist dabei so gehaltert, daß sie nur eine reine Längsbewegung koaxial zu einem ringförmigen Sitz 62 ausführen kann, der an dem Ventileinsatz 48 auf der dem Filter 1 gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist.

Das Filter 2 ist ebenso ausgebildet und angeordnet wie das Filter. 1. Die Kugelventile bzw. Rückschlagventile beider Filter stehen ausgangsseitig mit einem Auslaßkanal 64 in Verbindung, der zu dem Auslaß 18 des Filtersystems 12 führt.

Das Kegelventil 26 kann ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Position im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden, um den Kanal 30 zu schließen, oder im Uhrzeigersinn, um den Kanal 28 zu schließen. In der gezeigten Lage besteht über das Ventil, ausgehend vom Einlaßkanal 24, eine Verbindung zu beiden Kanälen 28 und 30. Das Verdrehen des Kegelventils 26 erfolgt mittels eines Handgriffs 66, der mittels einer Feststellschraube mit

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einem zapfenförmigen Ansatz am Schaft 70 des Ventils 26 verbunden ist.

Wie nachstehend noch erläutert wird, werden die Filter 1,2 vorzugsweise in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgewechselt. Um die richtige Reihenfolge zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein Gesperre 72 vorgesehen. Das Gesperre besteht aus einer runden Steuerscheibe 74, welche mit dem Ventilschaft 70 verkeilt ist und mit einem Verbxndungshebel 78 zusammenwirkt, dessen eines Ende auf einem in das Gehäuse 14 eingeschraubten Schwenkzapfen 80 schwenkbar gehaltert ist und in dessen anderes Ende ein Abtaststift 82 eingesetzt ist, der längs eines SteuerSchlitzes 84 der Scheibe 78 verschiebbar ist.

Die Punktion des Gesperres 72 soll nachstehend anhand von Fig. 3.bis 5 näher erläutert werden.

In einer ersten Position, die in Fig. 3 gezeigt ist, gibt das Ventil 26 beide Kanäle 28 und 30 frei, und der Abtaststift 82 befindet sich in dem Steuerschlitz 84 in der Nähe einer Klinke 86 desselben. Man sieht, daß der Versuch, die Steuerscheibe 74 im Uhrzeigersinn zu verdrehen, sofort dazu führt, daß die Klinke 86 den Stift 82 erfasst und eine weitere Drehbewegung in dieser Richtung verhindert. Im Gegenuhrzeigersinn kann die Steuerplatte 74 dagegen ohne weiteres verdreht werden. Die Drehung im Gegenuhrzeigersinn kann so lange fortgesetzt werden, bis die Steuerscheibe 74 die in

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Fig. 4 gezeigte Position erreicht, in der das Ventil 26 den Kanal 30 vollständig schließt. In dieser Position des Kegelventils 26 ist ein Auswechseln des Filters T möglich. Nach dem Auswechseln des Filters 1 kann die Steuerscheibe 7 4 im Uhrzeigersinn in die Position gemäß Fig. 5 gedreht werden, wo sich der Stift 82 in der Nähe einer in dem Steuerschlitz 84 ausgebildeten Klinke 88 befindet. In dieser Position stehen wieder beide Kanäle 28,30 mit dem Einlaßkanal 24 in Verbindung. Wenn das Gesperre 72 die in Fig. 5 gezeigte Lage einnimmt, wird ein Versuch, die Steuerscheibe 74 im Gegenuhrzeigersinn zu verdrehen, dadurch verhindert, daß der Stift in Eingriff mit der Klinke 88 gelangt. Auf diese Weise .wird sichergestellt, daß für den nächsten Filterwechsel nicht der Kanal 30, sondern der Kanal gesperrt wird.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist in dem Ventilkörper des Kegelventils 26 ein in Längsrichtung desselben verlaufender Schlitz 90 vorgesehen, welcher einen gleichbleibenden Querschnitt besitzt und am hinteren - in Fig. 2 am rechten - Ende des Ventilkörpers endet. Der Schlitz 90 ist so angeordnet, daß er bei Drehung des Ventils .2 6 im Gegenuhrzeigersinn aus der in Fig. 1 gezeigten Position in eine Position, in der der Kanal gerade geschlossen wird, eine Lage einnimmt, in der er eine Verbindung zwischen dem Kanal 30 und der Umgebung auf der Außenseite des Gehäuses herstellt. Diese Verbindung bleibt bestehen, während das Ventil 26 in die in Fig. 4 gezeigte Endstellung weitergedreht wird.

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Wenn der Kanal 30 gesperrt wird, dann wird er folglich nach außen entlüftet, so daß ein überdruck in dem Kanal 30 abgebaut werden kann. Da das Filter 2 in der beschriebenen Ventilstellung noch in Betrieb ist und da das System mit einer Form verbunden ist, ergibt sich andererseits in dem Auslaßkanal 64 ein überdruck. Die Druckdifferenz, die sich aufgrund dieser Zusammenhänge über dem Rückschlagventil mit der Kugel 60 ergibt, führt nunmehr dazu, daß das Rückschlagventil schließt. Folglich.kann das Filter 1 herausgenommen und ausgewechselt werden. Beim Auswechseln des Filters 1 wird das Entlüftungsventil 54 ausreichend weit verdreht, um eine Verbindung.zwischen dem Inneren des Rohrs 44 und der Umgebung über .die durchgehende Mittelöffnung 56 herzustellen. Anschließend wird das Ventil 26 im Uhrzeigersinn in die in Fig. 1 (und 5) gezeigte Position gedreht. Während des ersten Teils dieser Drehung erreicht der Ventilkörper des Ventils 26 eine Lage, in der eine kleine öffnung 92 im Gehäuse 14 für das vom Extruder geförderte Polymermaterial freigegeben wird, welches nunmehr in den Kanal 30 zu fließen beginnt. Der Kanal 30 und die Kammer 34 beginnen sich folglich langsam zu füllen, wobei die Luft aus ihnen durch die Mittelöffnung 56 des Entlüftungsventils 54 nach außen gedrückt wird. Wenn die Luft aus den genannten Räumen völlig herausgedrückt ist, wird das Entlüftungsventil 54 geschlossen. Die Drehung des Ventilelements wird dann fortgesetzt, bis die in Fig. 1 gezeigte Position erreicht ist..Zu diesem Zeitpunkt ist der Systemdruck ausreichend hoch geworden, um die Kugel 60 von ihrem

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Sitz 62 .abzuheben, so daß das Polymermaterial nunmehr auch wieder über das Filter 1 zu dem Auslaßkanal 64 fließen kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß das Auswechseln der Filter 1,2 in Abhängigkeit vom Verdrehen eines einzigen Ventilelements, des Kegelventils 26, erfolgen kann, während bei den bekannten Systemen stets mehrere Ventilelemente erforderlich sind. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, daß das betreffende Ventil ein Kegelventil ist. Beispielsweise kann auch ein zylindrischer Ventilkörper verwendet werden, welcher entweder verdreht oder verschoben werden kann. Auch unrunde verschiebbare VentiLelernente können verwendet werden. Auf jeden Fall wird jedoch ein eigenes Entlüftungsventil für jedes der Filter benötigt.

Das Ventil 26 (oder ein anderes, ähnlich funktionierendes Ventil.) kann derart betrieben werden, daß normalerweise einer der Kanäle 28 bzw. 30 geschlossen ist, während, der andere offen und'.in Betrieb ist. In diesem Fall ist während des Betriebes des Filtersystems jeweils nur ein einziges Filter in Betrieb. In vielen Fällen sind jedoch zwei Ströme des zu filternden Materials wünschenswert.. Außerdem ist es besonders erwünscht, wenn die Filter alternierend ausgewechselt werden können, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.

Es soll vorausgesetzt werden, daß im Filtersystem näherungsweise eine laminare, Newton'sehe Strömung

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vorhanden ist, daß Engstellen stromaufwärts und stromabwärts von den Filtern vernachlässigbar sine und daß der Durchsatz (flow rate) "Q" durch beide Filter konstant ist. Unter diesen Voraussetzungen lässt sich der Druckabfall ρ über den Filtern zu einem beliebigen Zeitpunkt durch folgende Formel ausdrücken:

^C° Cg₁ Cq₂

ρ = _c ₌ ₍₁₎

wobei C eine Konstante ist, wobei a.. und a„ für die offenen Flächen der betreffenden Filter stehen, wobei a = a,. +a„ und wobei q, und g₂ für den Durchsatz durch die Filter zu dem betreffenden Zeitpunkt stehen. Aus Gleichung (1) folgt:

Es soll angenommen werden, daß Verschmutzungen gleichmäßig in dem strömenden Polymermaterial dispergiert sind und daß ein Filter folglich mit einer Geschwindigkeit zugesetzt wird, welche in Flächeneinheiten pro Zeiteinheit definiert ist und welche proportional zum volumenmäß.igen Durchsatz durch das Filter ist. Folglich gilt:

da ^dai . da₂

— = -kO; . -Kq₁; « __{k (3)}

dt dt _dt

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wobei k eine Verschmutzungskonstante ist, die als verstopfte Flächeneinheit pro Volumeneinheit des zu filternden Polymermaterials definiert ist.

Wenn man eine der Gleichungen (2) nach der Zeit t differenziert, ergibt sich folgende Gleichung:

(4)

Durch Substitution aus der Gleichung (3) in Gleichung (4) ergibt sich folgende Gleichung:

	Q₁ = -JcOg₁,	und	Uq₁
a —kO			.
dt		dt

!5)

q₁ ist also eine Konstante, und die gleiche Ableitung ergibt, daß q- ebenfalls eine Konstante ist. Daraus folgt gemäß Gleichung (1), daß das Verhältnis a^/a^ ebenfalls eine Konstante ist.

Es sei angenommen, daß A die offene Fläche eines sauberen Filters ist und daß Ax die offene Fläche dieses Filters zum Zeitpunkt des Filterwechsels ist. Dies bedeutet, daß χ .beim Filterwechsel das Verhältnis von dann noch offener Fläche zu der offenen Fläche A beim

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sauberen Filter ist. Wenn a., und a« die offenen Flächen beim Beginn eines Zyklus unmittelbar nach deir. Auswechseln des Filters 1 sind und wenn a.' und a„' die entsprechenden offenen Flächen am Ende des Zyklus unmittelbar vor dem Wechseln des Filters 2 sind, ergeben sich also folgende Beziehungen:

^al V ^{A a}2

=Konstante = ' und = '

(6) & ^{a a A}

Diese Beziehung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Beziehung a.' = a_ gelten muß,wenn sich die einzelnen Arbeitszyklen wiederholen sollen.

Aus der Gleichung (6) lässt sich folgende Beziehung ableiten:

Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Filter 1 ausgewechselt wird, hat das Filter 2 also eine offene Fläche, welche eine Funktion von χ ist. Der Wert von x, d.h. der Bruchteil der Fläche A, welcher noch offen ist, wenn das Filter gewechselt wird, kann gewählt werden und beeinflusst die Größe des Druckes ρ zu den verschiedenen Zeiten eines Zyklus, die Größe der sprunghaften Druck-

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änderung nach einem Filterwechsel und die Zeitdauer, für die das einzelne Filter in Betrieb ist.

Betrachtet man zunächst den Einfluß des Druckes p, dann ergibt sich zu Beginn eines Zyklus, wenn das Filter 1 sauber ist, aus der Gleichung (1) folgende Beziehung:

CO CO
P₁ - - = (8)

Für den Zeitpunkt unmittelbar vor dem .Auswechseln des Filters 2 ergibt sich ferner folgende Beziehung:

CO

² Ax^₊AX A(X^₊X) ⁽⁹¹

Weiterhin ergibt sich unmittelbar nach Betätigung des Ventils zum Sperren des Filters 2 der folgende Druck:

CO
ρ = (10)

³^

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Unmittelbar nachdem das saubere Filter 2 wieder in Be trieb genommen ist, gilt außerdem folgende Beziehung:

CQ CO P₄ ^β P₁ = = (Π)

Aus den vorstehenden Gleichungen ergibt sich: P₁ = Pq ~ P-j/ was bedeutet, daß die abrupte Druckänderung ,die dann eintritt, wenn das Ventil betätigt wird, um ein verstopftes Filter zu sperren, gleich dem Druckabfall zu Beginn eines Zyklus unmittelbar nach der Inbetriebnahme eines sauberen Filters ist. Außerdem ergibt sich: -p₂ = ρ, - p_, was bedeutet, daß die abrupte Druckänderung, die eintritt, wenn ein sauberes Filter in Betrieb genommen wird, gleich dem Druckabfall ist, der unmittelbar vor dem Zeitpunkt vorhanden ist, zu dem ein verstopftes Filter gesperrt wird, um es auszawechseln. Die vorstehend erläuterten Zusammenhänge sind in Fig. 6 als Funktionen von χ dargestellt, wobei auf der Ordinate die skalaren Werte der variablen Terme in den Gleichungen (8) bis (11) aufgetragen sind. Die Kurve (A) stellt die Werte der variablen Terme für p„, p. und (p₃ - p₂) dar. Die Kurve B stellt die variablen Terme für-p₂ und (p, - p_) dar. Die Kurve (C) stellt die Werte des variablen Terms für p₃ dar. Die Kurve (D) stellt die Werte des variablen Terms für (p₂ - P₁) dar. Es ist wichtig, daß die größten Druckabfälle gemäß Kurve (C) unmittelbar vor dem Moment erreicht werden, in dem ein verstopftes Filter gesperrt wird, und daß die

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abruptesten Druckänderungen gemäß Kurve (B) dann auftreten, wenn ein sauberes Filter in Betrieb genommen wird, und zwar für alle möglichen Werte von x.

Da CQ/A konstant ist, ist es offensichtlich, daß der Druckabfall ρ dann, wenn χ größer wird und sich dem Wert 1 nähert, während eines Zyklus jederzeit kleiner wird. Wenn beispielsweise x= 1/4; C= 9,6; Q= 1000 und A = 16 (jeweils in den entsprechenden Einheiten) und wenn CQ/A = 600, dann gilt:

p,= 400

P₂= 800 ; P₂-Pj= 400

P₃= 1200 ; P₃-P₂= 400 ₍₁₂₎

P₄= 400 ; P₄-P₃= -800

Wenn χ = 1/16, dann gilt:

P₁= 480

P₂= 1920 ; P₂-P₂= 1440 P₃= 2400 ; P₃-P₂= 480 P₄= 480 ' P₄-P₃= 7I92O

Die obigen Beispiele zeigen auch, daß dann, wenn χ größer wird, die abrupten Druckänderungen, die beim Auswechseln der einzelnen Filter auftreten, kleiner werden. Die Druckabfälle und die abrupten Druckänderungen können nicht auf Null reduziert werden, nähern sich jedoch

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Grenzwerten an. Diese Grenzwerte sind für den theoretischen Fall χ = 1 dargestellt, in dem beide Filter sauber sind, so daß sich der niedrigste mögliche Druckabfall ρ ergibt und daß eines der Filter dann sofort gesperrt wird, wobei sich eine abrupte Druckänd.erung ergibt, deren Wert der kleinste mögliche Wert ist. In der Praxis wird natürlich ein Kompromiß hinsichtlich der Frage geschlossen, welcher Wert für χ (kleiner als 1) ausgewählt wird, damit jedes Filter während seines Einsatzes in einem solchen Ausmaß verstopft wird, daß sich ein größerer Druckabfall und größere abrupte Druckänderungen ergeben, wobei diese Werte innerhalb vorgegebener maximaler Toleranzen liegen.

Wie oben.ausgeführt, ändert sich der Wert von χ solange jedes Filter im Einsatz ist. Wenn T als Zykluszeit in Stunden zwischen dem Wechsel des einen Filters und dem Wechsel des anderen Filters definiert wird, dann ist jedes. Filter für ein Zeitintervall 2T im Einsatz. Bei zwei Zyklen, die unmittelbar auf das Auswechseln des Filters..1 folgen, ergibt sich für den Flächenanteil des Filters 1, welcher blockiert wird, der Wert k(q.+qjjT, wobei q. und q₂ konstant sind. Im Hinblick auf die angenommenen Voraussetzungen ergibt sich für diese Fläche der Wert A-Ax. Dieselbe Fläche k(q +q )T des Filters 2 wird im Verlauf der beiden selben Zyklen blockiert/ und zwar trotz der Tatsache, daß die beiden Filter an den Enden unterschiedlicher Zyklen ausgewechselt werden- Die Gesamtfläche der beiden Filter, die in dem Zeitintervall 2T blockiert wird, beträgt

2 (A-Ax) =2k Cq^q₂) T, (14)

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bzw. A(1-x)

T = . (15)

kQ

Wenn man beispielweise die vorherigen Werte für A und Q annimmt und wenn k = 0,001 (mit den entsprechenden Einheiten), dann führt die Bedingung χ = 1/4 (Auswechseln der Filter, wenn sie zu 75% blockiert sind) zu einer Zyklusdauer T von 12 Stunden. Für den Fall, daß χ = 1/16 (das Auswechseln der Filter erfolgt, wenn sie zu 93,75% blockiert sind), führt dies zu einer Zykluszeit T von 15 Stunden..

Aus den vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, daß bei.einer Erhöhung von x, d.h. bei Verringerung des prozentualen Anteils der Filterfläche, die zum Zeitpunkt des Auswechselns blockiert ist, mit dem Ziel, den Druckabfall ρ und die abrupten Druckänderungen zu verringern, die sich beim Filterwechseln ergeben, also gemäß den Gleichungen (8) bis (11) eine Verringerung •der Zykluszeit T erfolgt, wie dies aus Gleichung (15) deutlich wird. Wenn umgekehrt χ verringert wird, wodurch der Druckabfall ρ und die abrupten Druckänderungen beim Filterwechsel ansteigen, dann erhöht sich die Zykluszeit T und die Filter werden stärker zugesetzt, ehe sie ausgewechselt werden.

Bei den meisten Anwendungen ist es wünschenswert, mit einem möglichst kleinen Wert von χ zu arbeiten und damit mit möglichst wenig Filterwechseln, natürlich unter Beachtung der zulässigen Grenzwerte für den Druckabfall

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und plötzliche Druckänderungen. Hierdurch wird wiederum die Dauer der Zykluszeit T bestimmt. Aus Fig. 6 wird deutlich, daß für Werte von x, die oberhalb von etwa 0,4 liegen, die Wirkung einer kleinen Änderung von χ auf die Größe des Druckabfalls und der plötzlichen Druckänderungen relativ klein ist. Wenn jedoch χ unter etwa 0,1 liegt, dann hat die Änderung von χ um den gleichen Wert einen deutlich größeren Einfluß. Folglich kann bei kleinen Werten von χ unterhalb von etwa 0,1 das Verpassen des Filterwechsels um ein kurzes Zeitintervall zu unerwünscht großen Änderungen der Werte des Druckabfalls und der plötzlichen Druckänderungen führen. Aus diesem Grund hat es sich für viele Fälle als besonders günstig erwiesen, wenn für χ ein Wert zwischen etwa 0,1 und 0,3 gewählt wird.

In der Praxis können zahlreiche Iterationsverfahren angewandt werden, um zu der gewünschten alternierenden Folge von Filterwechseln zu kommen, üblicherweise werden solche .Iterationsverfahren mit zwei sauberen Filtern gestartet. Eine andere Möglichkeit für eine Folge .von Filterwechseln besteht darin, daß man entweder mit nur einem Filter beginnt und dann das andere nach Verstreichen, eines ersten ZeitIntervalls in den Produktstrom bringt oder daß man damit beginnt, daß zunächst beide Filter im Einsatz sind und nach einem ersten Zeitintervall nur ein Filter auswechselt. Das erste Zeitintervall ist vorzugsweise vom Aufbau eines Druckintervalls während des Betriebes abhängig und von dem zulässigen Grenzwert_für diesen Druckabfall. Die Filter

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können anschließend alternierend nach variablen Zeitintervallen. ausgewechselt werden, wobei die Zykluszeit angenähert wird, bei der hinsichtlich des Druckabfalls und der plötzlichen Druckänderungen bei einem Filterwechsel die im Einzelfall günstigsten Betriebsbedingungen angenähert werden. In all diesen Fällen ist die Häufigkeit, mit der die Filter anfangs ausgewechselt werden, im allgemeinen ausreichend groß, um einen Filterwechsel zu einem Zeitpunkt zu gewährleisten, bei dem das Filter noch.nicht so stark zugesetzt ist wie bei den letztlich eingestellten Betriebsbedingungen, wenn die Filter nach den durch Versuch ermittelten Zeiten in konstanten zeitlichen Abständen ausgewechselt werden.

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- Leerseite

Claims

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Patentansprüche

r- (

ι 1.. Verfahren zum Betreiben eines Systems mit mindestens ^■"^ zwei im Parallelbetrieb betreibbaren Filtern, insbesondere für Polymermaterialien, mit Ventileinrichtungen zum Sperren des Materialstroms zu mindestens einem der Filter und mit Auswechseleinrichtungen zum Auswechseln der jeweils gesperrten Filter, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

a) man betreibt das System zunächst derart, daß durch alle Filter ein Materialstrom fließt und beobachtet den Druckabfall über den Filtern;

b) man sperrt den Materialstrom durch mindestens eines der Filter, wenn der beobachtete Druckabfall etwa auf einen vorgegebenen Maximalwert angestiegen ist und wechselt das gesperrte Filter aus;

c) man betreibt das System derart weiter, daß durch alle Filter ein Materialstrom fließt und beobachtet weiterhin den Druckabfall über den Filtern ;

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d) man sperrt den Materialstrom durch mindestens ein weiteres Filter, wenn der beobachtete Druckabfall erneut etwa auf den vorgegebenen Maximal-

■ wert angestiegen ist und wechselt das weitere Filter aus, und

e) man wiederholt die beiden letztgenannten Schrit-.te (c) , (d) so oft, bis alle Filter ausgewechselt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei den Schritten (a) und (d) gemäß Anspruch 1 jeweils einen ganzzahligen Bruchteil der Filter sperrt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Betreiben eines Systems mit zwei Filtern, dadurch gekennzeichnet,

. daß. man bei den Schritten (a) und (d) gemäß Anspruch 1 jeweils ein Filter sperrt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Maximalwert für den Druckabfall derart gewählt wird, daß er einer vorgegebenen maximalen sprunghaften Druckänderung entspricht, wie sie beim Einschalten mindestens eines neuen Filters in den Materialstrom eintritt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperren und Auswechseln eines Filters jeweils dann erfolgt, wenn das Flächenverhältnis (x's van der zu diesem Zeitpunkt noch frei durchlässigen Filterfläche zu der beim neuen Filter ursprünglich vorhandenen frei durchlässigen Filterfläche einen vorgegebenen Viert erreicht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis (x) für den Zeitpunkt des Sperrens und Auswechselns mindestens eines Filters so gewählt wird, daß eine Änderung des Zeitintervalls zwischen zwei Filterwechseln um einen vorgegebenen Zeitwert zu einer Änderung des Druckabfalls um einen Druckwert mit einem vorgegebenen Maximalwert führt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenxizeichnec, daß für das F.lächenverhältnis .(x) beim Arbeiten mit zwei Filtern ein Wert zwischen 0,1 und 0,3 vorgegeben wird.
8. Filtersystem, insbesondere für Polymermaterial, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, mit einem Gehäuse, welches einen Einlaß, einen Auslaß und mindestens zwei zwischen Einlaß und Auslaß verlaufende, jeweils ein Filter enthaltende Kanäle besitzt, mit Ventileinrichtungen, mit deren Hilfe der Materialstrom durch jeden der Kanäle und das betreffende Filter selektiv sperrbar

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ist, und mit Auswechseleinrichtungen zum Auswechseln der Filter in den jeweils gesperrten Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (26,60) in jedem Kanal (28,30) jeweils ein Rück-..-schlagventil (60) zwischen dem Filter (1,2) und dem Auslaß (18) aufweisen.
9. Filtersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (26,60) ein einziges Sperrventil (26) umfassen, durch welches jeder der Kanäle (28,30) selektiv sperrbar ist.
10. Filtersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich-. net, daß das Sperrventil (26) in eine erste Ventilstellung bringbar ist, in der es einen ausgewählten Kanal (.28,30) sperrt und in eine zweite Ventilstellung, in der es mindestens zwei Kanäle (28,30) für den Materialfluß freigibt.
. Filtersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kanäle (28,30) vorgesehen sind.
12. Filtersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil.ein starres Ventilelement (26) umfasst, welches am Verbindungspunkt der Kanäle (28,30) mit dem Einlaß (16) angeordnet ist und in dem Durchlässe vorgesehen sind, über die der Materialfluß zu den Kanälen (28, 30) selektiv freigebbar ist.

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13. Filtersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement als drehbares Ventilelement .(26) ausgebildet ist.
14. Filtersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Folgesteuereinrichtungen (72).vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Betätigung der Ventileinrichtungen (26) derart

. steuerbar ist, daß die einzelnen Kanäle (28,30) nur in einer vorgegebenen Reihenfolge sperrbar sind.
15. Filtersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen ein drehbares Ventil (26) umfassen und daß die Folgesteuereinrichtungen (72) eine Steuerscheibe (74) umfassen, welche gemeinsam mit den Ventileinrichtungen (26) verdrehbar ist. sowie ein Verbindungsstück (78), welches einerseits schwenkbar an dem Gehäuse (14) gehaltert ist und andererseits in Eingriff mit der Steuerscheibe (74) steht, welche mit einem Steuerschlitz (84) versehen ist, der derart ausgebildet ist, daß das Verbindungsstück (78) in einer Weise geführt ist, durch die ein Schließen und Öffnen eines bestimmten Kanals (28,30) solange unterdrück-.bar ist, bis zwischendurch ein Schließen und öffnen mindestens eines anderen Kanals (28,30) erfolgt ist.
16. Filtersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Kanal (28,30)

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zwischen dem Filter (1,2) und dem Rückschlagventil (60) ein verschließbares, mit dem Kanal (28, 30) in Verbindung stehendes Entlüftungsventil (54) vorgesehen ist.
17. Filtersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (26) einen Vorfüllkanal (92) umfassen, der derart angeordnet ist, daß ein begrenzter Materialstrom in einen Kanal (28,30) herbeiführbar ist, während eine Verstellung der Ventileinrichtungen (26) aus ihrer Schließstellung für den betreffenden Kanal (28,30) in die Offenstellung für diesen Kanal (28, 30) erfolgt.