Das filtriert und filtriert und filtriert ...

Filtertechnologie für den Nass- und Trockenaustrag

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03.11.2016 Seit mehr als 50 Jahren verlassen sich Anwender auf das von Dr. H. Müller entwickelte Filtersystem. Das Prinzip des Chemap-Filters hat sich in der Fest-Flüssig-Trennung vielfach bewährt und ermöglicht ein klares und reines Produkt. Mit dem Druckplattenfilter können Anwender Feststoffe abtrennen, deren Partikelgrößen zwischen 0,5 und 200 µm liegen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • In chemischen Prozessen, an denen teure Katalysatoren beteiligt sind, ist das verlustfreie Trennen von Feststoff und Flüssigkeit im geschlossenen System für Unternehmen von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung. Das vorgestellte Filter ermöglicht alle erforderlichen Schritte von der Rückführung in den Reaktor bis zur Trockenaustragung für die Wiederaufbereitung.
  • Dabei hat der Betreiber die Wahl, in welcher Ausbaustufe er das System automatisieren möchte.
  • Durch das geschlossene Konzept eignet sich die Filterlösung auch für sterile Verfahren.

Die Technologie kommt in der Chemie zum Einsatz – hier zählt vor allem Prozesssicherheit. Bilder: Infolabel und David Rey – Fotolia

Das filtriert und filtriert und filtriert … Die Technologie kommt in der Chemie zum Einsatz – hier zählt vor allem Prozesssicherheit. Bilder: Infolabel und David Rey – Fotolia

Das Filter gibt es in zwei unterschiedlichen Bauformen – für Nassaustrag (A-Filter) und für Trockenaustrag (R-Filter). Grundsätzlich ist zwischen zwei Filtrationsverfahren zu unterscheiden:

  • Das Anschwemm-Filterverfahren, bei dem der Filter meist mit einem Filterhilfsmittel wie Aktivkohle oder Celite angeschwemmt wird und die filtrierte Lösung das gewünschte Endprodukt ist.
  • Die Rückstandsfiltration, wo der Rückstand (Filterkuchen) das Endprodukt ist. Hier ist das Filter vor allem für schwierig zu filtrierende Stoffe, wie feinkörnige oder klebrige Rückstände, die schwierig von der Filterschicht zu lösen sind, wegen der vielfältigen Prozessmöglichketen beliebt.

Das Filterpaket des Filters besteht aus einer Anzahl runder Filterplatten, die nur auf der Oberseite mit Filtergeweben oder Filtertüchern versehen sind. Diese Filterplatten sind übereinander auf einer vertikalen Hohlwelle aufgeschichtet. Den Abstand zwischen den Platten können Betreiber mittels Distanzringen variieren und der Art und Menge des zurückzuhaltendenen Filterkuchens anpassen. Das Filtrat gelangt durch Kuchen und Anschwemmschicht durch das Filtergewebe über die konischen Platten in die Hohlwelle und tritt aus dieser als sogenannter Klarlauf aus.

Reinigende Schleuderpartie

Während der Filtration bleibt das Filterpaket stationär und wird nur zum Abschleudern des Kuchens und zum Reinigen in Rotation versetzt. Neben dem vorgängig erklärten Aufbau des Filterpaketes besteht das Filter noch aus weiteren Komponenten: Der Antrieb ermöglicht es, das Filterpaket in Rotation zu versetzen – hydraulisch oder elektrisch. Bei elektrischem Antrieb erfolgt die Drehzahlreduktion über ein Planetengetriebe. Um Bauhöhe einzusparen, ist auch eine Variante mit einem sogenannten Lateralantrieb mit Keilriemenreduktion möglich. Die obere Lagerung trägt das Gewicht des Filterpaketes und fängt die Radialkräfte bei der Rotation ab. Diese Anordnung ist platzsparend und hält den unteren Filterbereich frei für Zulauf, Klarlauf und Austrag. Die Dichtfläche der oberen Abdichtung befindet sich auf einer korrosionsbeständigen Lagerhülse, in der das Filterpaket aufgehängt ist. Die Lagerhülse läuft in einer Gleitringdichtung oder anderen Wellendichtsystemen. Selbstverständlich ist diese obere Abdichtung auch mit entsprechender Drucküberlagerung erhältlich. Die untere Lagerung und Abdichtung ist in Kompaktbauweise realisiert. Sie beinhaltet im Wesentlichen eine Kohlebüchse, um die radialen Kräfte aufzunehmen. Diese ist umgeben von Dichtlippen, die den Klarlauf gegen den Trüblauf dichten.

Handarbeit war gestern

Die Filter eignen sich sowohl für die Filtration mit und ohne Anschwemmung; Rückstände können sowohl als Slurry oder in trockener Form ausgetragen werden. Über die eigentliche Filtration hinaus kann der Anwender den Filterkuchen im Filter waschen, extrahieren oder trocknen. Diese Verfahren eliminieren jede Handarbeit. Während eines Filtrationszyklus ist es an keiner Stelle nötig, das Filter zu öffnen – das System arbeitet also vollständig geschlossen und schützt so während der Filtration das Produkt vor der Umwelt oder umgekehrt. Die horizontale Anordnung der Filterplatten ermöglicht die optimale Stabilität des Kuchens, sodass dieser auch bei Druckschwankungen nicht abfällt oder Risse und Kanäle bildet. Das A-Filter kommt hauptsächlich dort zum Einsatz, wo das Klarfiltrat auch das zu gewinnende Produkt ist. Nach beendeter Filtration kann der Anwender die im Filterkessel verbleibende Suspension mit dem Restvolumen-Verfahren ausfiltrieren und damit Verluste praktisch ausschließen. Zum Austragen der Rückstände rotiert das System das Filterpaket und schleudert die Feststoffe somit ab. Gleichzeitig führt das Gerät bei Bedarf im Gegenstrom eine geeignete Spülflüssigkeit über die Hohlwelle zu. Der Rückstand wird als Slurry ausgetragen. Das Rückstandfilter kommt dort zum Einsatz, wo der Filterkuchen das gewünschte Produkt ist. Nach Beendigung der eigentlichen Filtration lässt sich das Filter als Prozessor benutzen, ist es doch möglich, viele verschiedene Verfahrensschritte im Filter selbst durchzuführen:

  • Waschen
  • ein- oder mehrstufige Lösungsmittelextraktion
  • Behandlung mit Dampf
  • Trocknung mit Luft oder anderen Gasen

Nach Abschluss des letzten Verfahrensschrittes wird der Rückstand abgeschleudert und als trockene Masse ausgetragen.

Während der Filtration bleibt das Filterpaket stationär, es wird nur zum Abschleudern und zur Reinigung in Rotation versetzt. Bild: Infolabel

Während der Filtration bleibt das Filterpaket stationär, es wird nur zum Abschleudern und zur Reinigung in Rotation versetzt. Bild: Infolabel

Bis zum letzten Tropfen

Sämtliche Prozessschritte können selbstverständlich vollautomatisch ausgeführt werden. So kann der Hersteller das Filter autonom mit einer Steuerung ausrüsten, die den ganzen Ablauf steuert und überwacht. Auch die Integration in ein übergeordnetes Leitsystem ist einfach zu realisieren. Sämtliche steuerungstechnischen Optionen sind möglich. Die Vorteile des Filter-Prinzips – das geschlossene System, eine einfache verlässliche Entleerung sowie ausgiebiges und zuverlässiges Waschen des Filterkuchens – sind prädestiniert für Anwendungen im sterilen Verfahren. Die Restvolumen-Filtration „bis zum letzten“ Tropfen ermöglicht ein effektives Waschen mit einem Minimum an Flüssigkeit und verlustlose Rückgewinnung des Produktes. Durch einfache konstruktive Anpassungen ist das Filter für die Filtration von Produkten unter sterilen Bedingungen bereit.

Eine Filtration besteht im Wesentlichen aus den folgenden Schritten:

  • Füllen und Homogenisieren: Das System zirkuliert die zu filtrierende Flüssigkeit nach dem Füllen zuerst, um eine gleichmäßige Suspension zu erhalten. Für die Anschwemmung wird die Suspension auf dem Filtrationsweg über Produkt- bzw. Anschwemmbehälter zirkuliert.
  • Vorfiltration: Die Applikation leitet die zu filtrierende Lösung solange über das Filter und wieder zurück in den Trübtank, bis das Filtrat vollständig klar ist.
  • Filtration: Das Produkt fließt nun nicht mehr in den Trübtank zurück, sondern in seinen eigentlichen Bestimmungsort. Die Filtration kann dann solange weitergeführt werden, bis der Druck im Kessel oder der Filterkuchen auf den Platten den maximal zulässigen Wert erreicht haben. Dann entleert und regeneriert das System das Filter.
  • Restvolumen-Filtation: Die Restvolumen-Filtration beginnt im vollen Filter am Ende einer Filtration. Eine Pumpe saugt das Produkt über den Restvolumen-Stutzen an und fördert es über den Deckelstutzen wieder in das Filter. Über Verteiler und Überströmplatte fließt die Suspension als Vorhang über das Filterpaket und füllt die konischen Filterplatten mit Flüssigkeit, die durch den Kuchen über die Hohlwelle abfließt. Der Überschuss der umgewälzten Menge fällt nach unten zur noch vorhandenen Flüssigkeitsmenge, deren Spiegel entsprechend dem filtrierten Volumen absinkt. Den Filtrationsdruck erzeugen Druckluft oder Stickstoff. Wenn oben keine Flüssigkeit mehr nachgefördert wird, fördert der Gasdruck die auf dem Kuchen liegende Flüssigkeit weg. Beim danach folgenden Gasdurchbruch ist die ganze Restmenge wegfiltriert.
  • Entleerung: Wenn keine Restvolumen-Filtration nötig ist, ist es möglich, das verbleibende Filtervolumen (Totvolumen) am Ende einer Filtration durch Gasdruck oder Gravitation in den Produktbehälter zurückzuentleeren.
  • Nassaustrag: Nach dem Entleeren wird der nasse Filterkuchen durch Rotation des Filterpaketes von den Tellern abgeschleudert und verlässt das Filter durch den Austragsstutzen. Diesen Vorgang unterstützt das Gerät durch die Zugabe einer Spülflüssigkeit entgegen der Filtrationsrichtung.
  • Erhitzung/Trocknung: Will der Anwender den Kuchen in trockener Form austragen, trocknet das System ihn durch überhitzten Dampf, Luft oder Stickstoff. Diese Gase werden durch den Filterkuchen hindurch gedrückt. Dieser Vorgang geschieht nicht kontinuierlich, sondern durch mehrmaliges  Aufladen des Druckbehälters und anschließendes Entspannen.
  • Trockenaustrag: Das Filterpaket rotiert bei geöffneter Austragsarmatur, der trockene Kuchen wird durch die Zentrifugalkraft von den Filterplatten geschleudert und fällt als Schüttgut in mehr oder weniger groben Klumpen nach unten in einen Behälter.
    Nicht immer ist dieser Prozessablauf zwingend. In vielen Fällen benötigen Anwender nur einen Teil der beschriebenen Schritte.

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Heftausgabe: November 2016

Über den Autor

Werner Pfiffner, VR President, Infolabel
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