Mit niedriger Restfeuchte

Franz Meck

Verfahrenstechnische Prozesse wie die Filtration einer Suspension und das Waschen und Entfeuchten des entstehenden Filterkuchens gehören zu den anspruchsvolleren Aufgabenstellungen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie, denn die Prozessbedingungen sind hier oft schwierig: hohe Temperaturen, extreme pH-Werte, toxische Umgebungsbedingungen, häufige Produktwechsel sowie sehr kleine Partikelgrößen (< 10 µm). Gleichzeitig sind die Anforderungen im Hinblick auf Partikelabscheidung, Vermeidung von Kontaminationen, Feststoffauswaschung und -entfeuchtung etc. besonders hoch.

Der Oyster-Filter ist das jüngste Mitglied der Hi-Bar-Filtertechnologie von Bokela. Das Anlagenkonzept basiert auf dem Prinzip, Trommel- oder Scheibenfilter in einem Druckbehälter zu installieren. Der trockene Filterkuchen wird dabei über ein Schleusensystem aus dem Druckbehälter ausgetragen. Der Druckkessel wird mit Druckluft befüllt, so dass Druckdifferenzen bis zu 6 bar für die Filtration bzw. das Waschen und Entfeuchten des Filterkuchens zur Verfügung stehen. Ein besonders intensives Waschen und Kuchenentfeuchten ermöglicht dabei die Dampf-Druckfiltration.

Der Filter ist in einem aufklappbaren Druckkessel installiert, der sich über einen hydraulischen Mechanismus wie eine Muschel öffnen und schließen lässt. Dieses Konzept erlaubt eine kompakte Bauweise und ermöglicht eine leichte Zugänglichkeit aller Komponenten zur Wartung, Reinigung und zum Filtertuchwechsel. Da der Druckkessel über einen umlaufenden Drehverschluss gesichert ist, lässt sich die Anlage ohne zusätzliche Sicherheitseinrichtungen komplett öffnen und alle Arbeiten können schnell und unkompliziert ausgeführt werden.

Zur Reinigung ist das Filter mit einem CIP-System ausgerüstet. Sprühdüsen reinigen dabei die Kesselinnenseite, den Trog, den Kuchenaustragsschacht, die Dampfhaube, die Filterzellen, die Filtertrommel, das Rührwerk und die komplette Schleuse von Produktrückständen.

Der Oyster-Filter zeichnet sich durch ein übersichtliches Design aus und besitzt Filterflächen von 0,6 bis 6 m². Alle strömungsrelevanten Komponenten des Filters wie die Filterzellen, die internen Filtratrohre und die externen Filtratrohre vom Steuerkopf zu den Abscheidern sind so ausgelegt, dass eine schnelle und komplette Filtratentleerung sowie ein effektiver Kuchenabwurf sichergestellt sind. Das spezielle Steuerkopfdesign gestattet bis zu acht Prozesszonen und individuell einstellbare Differenzdrücke.

Die große Anzahl Filterzellen – je nach Trommeldurchmesser 24 bis 48 Zellen – sowie vor- und nachlaufende Filtratrohre sorgen für einen gleichmäßig dicken, homogenen Filterkuchen und eine vollständige Zellenentleerung. Dies ist eine Voraussetzung für eine effektive Kuchenwaschung mit scharfer Trennung der Waschfiltrate. Die austauschbaren Filterzellen lassen sich schnell und bequem ein- und ausbauen und ermöglichen damit eine einfache Zellenreinigung und einen Tuchwechsel in weniger als einer Stunde. Alle Komponenten sind aus Edelstahl gefertigt und entsprechen den einschlägigen Vorschriften.

Bei der Dampf-Druckfiltration wird der Filterkuchen mit überhitztem Dampf unter Luftabschluss behandelt. Hierzu wird das Oyster-Filter mit einer Dampfkabine ausgestattet. Sie bildet innerhalb des Druckbehälters einen separaten, abgeschlossenen Dampfraum und erlaubt die exakte Einstellung der Prozessparameter wie Dampfzufuhr, Dampfverteilung und Kontaktzeit. Direkt nach der Kuchenbildung wird leicht überhitzter, entspannter Dampf eingeleitet. Dabei findet ein thermisch-mechanischer Entfeuchtungsprozess statt, der sich durch das Modell der so genannten Kondensatfront beschreiben lässt. Der Dampf kondensiert an der kalten Kuchenoberfläche und es bildet sich eine Kondensatfront, die kolbenförmig durch den Kuchen wandert. Sie verdrängt dabei fast 100 % der Mutterflüssigkeit. Erreicht die Kondensatfront das Filtergewebe, ist der gesamte Kuchen auf Dampftemperatur aufgeheizt. Der heiße Kuchen verlässt anschließend die Kabine und durchströmende Druckluft sorgt für eine Nachtrocknung und – verglichen mit der standardmäßigen Druckfiltration – außerordentlich niedrige Restfeuchten. Darüber hinaus erfolgt das Waschen und Entfeuchten ohne Energieverluste durch das so genanntes Fingering, d. h. ohne eine frühzeitige Entleerung der großen Poren eines Filterkuchens, durch die anschließend das Druckmedium nahezu ohne weitere Entfeuchtung der vielen kleinen Poren hindurchströmt.

Bei der Herstellung eines Kristallisationsproduktes in einem großen Chemie- und Pharmaunternehmen wird der abgetrennte Feststoff intensiv gewaschen, um weitestgehend von einem organischen Inhaltstoff der Mutterlösung befreit zu werden. Gleichzeitig ist eine Restfeuchte unter 4 % gefordert. Bisher wurden für diese Trennaufgabe Zentrifugen verwendet, wobei der Prozess zweistufig mit zwischengeschalteter Resuspendierung durchgeführt werden musste, um die geforderte Produktreinheit zu erhalten. Dabei waren erhebliche verfahrens- und anlagentechnische Probleme an der Tagesordnung. Nicht nur der sehr hohe Wartungsaufwand, die mangelhafte Verfügbarkeit und die unzureichende Restfeuchte der Zentrifugen, sondern auch der starke Lärm und der hohe Platzbedarf forderten eine andere Trenntechnik. Mittlerweile wird diese Aufgabe von einem 3,75 m² großen Oyster-Filter gelöst.

Bei der Filtration eines hochwertigen, anorganischen Produktes mit großem Feinpartikelanteil (x = 5 µm) gelingt es mit Hilfe des Oyster-Filters, die Restfeuchte soweit zu reduzieren, dass sich für den Kunden bedeutende Prozessvereinfachungen ergeben. Da mit dem Oyster-Filter eine Restfeuchte von 20 % erzielt wird, ist der Kuchen trocken genug für eine direkte Kalzinierung. Die alten Drucktrommelfilter ermöglichen nur eine Restfeuchte von 35 %, so dass dieser Kuchen thermisch nachbehandelt werden muss. Die Folge sind Handlingprobleme mit dem klebrigen Kuchen und eine thermische Überlastung des Kalzinierofens. Das Oyster-Filter gestattet dagegen ein sehr vereinfachtes, problemfreies Produkthandling, zeichnet sich durch eine höhere Verfügbarkeit und einen stark reduzierten Wartungsbedarf aus. Synergieeffekte bei der Dampf-Druckfiltration bewirken eine intensive Energienutzung. Der Filterkuchen des Oyster-Filters besitzt ca. 290 kg weniger Wasser pro Tonne Feststoff als der bei gleicher Druckdifferenz mit den alten Filtern erzeugte Filterkuchen. Hierzu benötigt das Oyster-Filter nur 200 kg Dampf. Dies bedeutet, dass mit 1 kg Dampf ca. 1,45 kg Wasser aus dem Filterkuchen entfernt werden – Wasser, das ansonsten im thermischen Trockner verdampft werden müsste.

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