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Einstufige Filtrationstechnik sorgt für mehr Effizienz

Abtrennung von Feststoffen, Wasser und Gelen in der Silikonherstellung
Einstufige Filtrationstechnik sorgt für mehr Effizienz

Die Herstellung von Silikon ist komplex. Ein Verfahrensschritt beinhaltet die Ent-fernung von Feststoffen, Spuren von Wasser und Gelen aus einem Silikonzwischenprodukt. Traditionell war dafür ein zweistufiger Prozess notwendig. Mit der Entwicklung einer speziellen Filtrationstechnik konnte Eaton alle Anforderungen in einem einstufigen Prozess erfüllen und verhalf damit einem Silikonhersteller dazu, seine Produktionsverfahren zu rationalisieren und die Betriebseffizienz zu verbessern.

Spezialsilikone werden in vielen verschiedenen Qualitäten in hoch integrierten Produktionsanlagen hergestellt, die mehrstufige Prozesse verwenden, um Konsistenz und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Silizium wird zunächst aus Silikaten aus Sand oder Gestein gewonnen. Durch chemische Reaktionen entstehen anschließend Silane und in weiteren Schritten Polysiloxan-Vorprodukte, die die Basis für unterschiedliche Qualitäten von Silikonprodukten sind.

Diese Vorprodukte enthalten zusammen mit anderen organischen Substanzen ein Gerüst aus Silizium und Sauerstoff und können zu Endprodukten wie Silikonölen, Silikonharzen und Elastomeren verarbeitet werden. Die Zusammensetzung des Silikons bietet mehrere gewünschte Leistungsmerkmale wie thermische und oxidative Stabilität, chemische Inertheit und ausgezeichnete Spannungsfestigkeit.

Während des Produktionsprozesses, der die Hydrolyse von Halogensilanen und die Kondensation von chemischen Verbindungen, die unter anderem Salze bilden, beinhaltet, müssen Silikonhersteller sicherstellen, dass unerwünschte Rückstände und Partikel entfernt werden, um die Qualität des Endprodukts zu schützen. Diese Anforderung wird durch den Einsatz moderner Filtrationstechniken erfüllt, die ohne Beeinträchtigung des Volumendurchsatzes auf der Produktionslinie durchgeführt werden müssen. Die Filtration muss nach hohen Standards erfolgen, wobei die Geräte zuverlässig und leicht zu warten sein sollen.

Voraussetzungen beim Anwender

Einer der europäischen Silikonhersteller trat mit der Anforderung einer effektiveren Möglichkeit zur Abtrennung von Feststoffen sowie Spuren von Flüssigkeiten in einer seiner großen Produktionsanlagen an Eaton heran. Das Unternehmen produziert in regelmäßigen Abständen rund 3000 kg Silikonöl mit einem Durchsatz von 5 m3/h. Der Produktionsprozess beinhaltet eine Carbonisierungstechnik mit Natriumcarbonat, um Chlorwasserstoff zu neutralisieren. Dieser Prozess führte zur Bildung von Wasserrückständen und Ansammlungen von Feststoffen, die effektiv entfernt werden müssen. Andernfalls kann die Viskosität des Endprodukts durch die Bildung von Gel im Silikon erhöht werden – was als höchst unerwünschtes Ergebnis identifiziert wurde.

Herkömmlich wird ein zweistufiger Prozess eingesetzt. Aus dem Silikonzwischenprodukt werden dabei Feststoffe abgetrennt und mithilfe von chemischen Additiven Wasserrückstände entfernt. Der Silikonhersteller wünschte sich jedoch ein effizienteres System, das eine hochgradig kontrollierbare Entfernung von Feststoffen, Spuren von Wasser und Gelpartikeln in einem einstufigen Verfahren ermöglicht. Durch die Umsetzung eines solchen Ansatzes wäre das Unternehmen in der Lage, seine Produktionsprozesse zu vereinfachen, Zeit zu sparen und unerwünschte Nebenprodukte zu reduzieren.

Technische Umsetzung

Den Ingenieuren von Eaton und dem technischen Team des Silikonherstellers gelang in enger Zusammenarbeit die Entwicklung einer effektiven Lösung. Durch die Belegung eines Beco-Compact-Plate-Schichten- und Rahmenfiltrationssystems mit Beco-Tiefenfilterschichten können nahezu alle Feststoffe und Wasserrückstände durch eine Kombination aus Oberflächenfiltration, Größenabscheidung und Adsorption entfernt werden, ohne dass ein signifikanter Druckabfall auf der Produktionslinie verursacht wird.

Gemeinsam konnte im Rahmen von Labortests mit verschiedenen Filterschichtentypen eine optimierte Lösung erarbeitet werden. Die Tiefenfilterschichten haben eine nominelle Abscheiderate von 0,1 bis 40 µm. Die Analysen identifizierten die KD-7-Tiefenfilterschicht als die am besten geeignete Lösung für die Aufgabe. Hinsichtlich der spezifischen Leistungseigenschaften hat sie eine nominelle Abscheiderate von 1,5 µm und eignet sich damit für die Filtration von stark verformbaren Partikeln. Die Tests zeigten, dass mit 10 m² dieser Tiefenfilterschichten effektiv rund 3000 kg des Ausgangsprodukts mit einem Filterkuchen von zirka 70 kg und weniger als 2 % Restwasser filtriert werden konnte.

Ausschlaggebend für die hohe Leistung ist die spezifische Zusammensetzung der KD-7-Tiefenfilterschichten. Diese Produktreihe besteht aus rein natürlichen Rohstoffen und kationischen Ladungsträgern. Sie kombiniert fein fibrillierte Cellulosefasern aus Laub- und Nadelbäumen mit exakt
dosierten Mengen hochwertiger Kieselgur. Eine Schlüsseleigenschaft der Cellulosefasern ist die Wasseraufnahmefähigkeit. Da-rüber hinaus ermöglicht die ideale Porenstruktur der Tiefenfilterschicht eine zuverlässige Abscheidung von Gelpartikeln. Dadurch bietet die KD-7-Tiefenfilterschicht das optimale Verhältnis von Leistung und Durchsatz.

Die Tiefenfilterschichten müssen in ein geeignetes Filtrationssystem eingesetzt werden. Nach der Bewertung der verfügbaren Optionen entschied sich das Unternehmen für das Beco-Compact-Plate-A600-System. Dieses besonders hochwertige Mehrschichtenfiltrationssystem ist mit einem elektrisch oder pneumatisch betriebenen Hydrauliksystem ausgestattet. Qualität war ein wichtiger Aspekt für den Silikonhersteller. Das Unternehmen wollte ein zuverlässiges Filtrationssystem, das keine unnötigen Ausfallzeiten verursachen würde. Diese Anforderung wurde durch die Verwendung einer soliden Gestellkonstruktion mit robusten Filterrahmen erfüllt, die sicherstellen, dass der Hydraulikdruck effektiv auf die Tiefenfilterschichten geleitet wird. Die Komponenten des Systems sind so ausgelegt, dass sie den maximalen Betriebstemperaturen von 121 °C standhalten und so auch über längere Zeiträume und bei hohen Temperaturen eine zuverlässige Leistung gewährleisten. Der Silikonhersteller benötigte auch eine Lösung, die flexibel genug war, um in die begrenzte Fläche seiner Produktionslinie zu passen. Auch diese Anforderung erfüllt das Compact-Plate-A600-
Filtrationssystem mit einer hochflexiblen Filterfläche von 0,66 bis 69,30 m², die maßgeschneiderte Lösungen für individuelle
Anwendungen ermöglicht.

Eine weiterer wichtiger Aspektwar die Wartungsfreundlichkeit des Systems. Eine automatische Nachpressfunktion überwacht den tatsächlichen Anpressdruck während des Betriebs, denn sobald die Tiefenfilterschichten nass werden, verändert sich ihre Dicke, sodass das System erneut nachverpressen muss, um eine leckagefreie Leistung zu gewährleisten. Das A600-Filtrationssystem kann Änderungen sofort erkennen und den Hydraulikdruck automatisch anpassen, wenn er unter einen Schwellenwert fällt. Dank der ergonomischen Konstruktion und der Verwendung glatter Oberflächen werden eine einfache Handhabung und eine hervorragende Reinigungsfähigkeit erreicht. Gleichzeitig ist das System mit umfangreichem
Zubehör wie Armaturen und Steigleitungen ausgestattet, so dass es schnell und sicher angeschlossen werden konnte.

Produktionseffizienz gesteigert

Mit der Kombination der KD-7-Tiefenfilterschichten und des Compact-Plate-A600-
Mehrschichtenfiltrationssystems kann der Silikonhersteller Feststoffe, Wasserrückstände und Gelpartikel in deutlich kürzerer Zeit zuverlässig entfernen, als dies bisher mit der zweistufigen Technik möglich war. Für
Eaton stellte das Projekt eine äußerst erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen seinen technischen Teams und dem Anwender dar und lieferte ein äußerst zufriedenstellendes Ergebnis. Die Labortests zeigten, dass die KD-7-Tiefenfilterschichten die richtige Filtrationseffizienz bieten, sodass eine effektive Entfernung von Wasserrückständen und Feststoffen bei bestimmten Volumen- und Durchflussraten erreicht werden kann. Durch die Flexibilität des Compact-Plate-Systems konnte die Rahmengröße an die
angegebenen Abmessungen der Produk-
tionslinie angepasst werden.

Mit Blick auf die Zukunft ist man bei Eaton überzeugt, dass die spezifischen Eigenschaften der KD-7-Tiefenfilterschicht weitere
Anwendungen in der Silikonherstellung
finden werden.

Eaton Technologies GmbH, Langenlonsheim

Halle 12.0, Stand D22


Autor: Jörg Thiemann

Product Manager Filter
Media,
Eaton Technologies



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