Die Rotationsfiltration mit keramischen Filterscheiben lässt sich zur Aufbereitung von kolloidalen Suspensionen einsetzen. Für die keramische Industrie stellt beispielsweise die Mikrofiltration von Glasursuspensionen ein vorteilhaftes Verfahren dar. Sie ermöglicht eine geschlossene Kreislaufführung und eine Rückführung von Wertstoffen in den Produktionsprozess. Durch die Vermeidung von Abwässern ergeben sich ökonomische und ökologische Vorteile.
Dipl.-Phys. Christian Münch
Das Rotationsfiltrationsverfahren ermöglicht eine Aufkonzentration von keramischen Suspensionen bis zu Feststoffgehalten von über 60 Gew.-%. Grundbaustein des Rotationsfiltrationsverfahrens ist eine keramische Filterscheibe aus Al2O3 mit einer definierten Porosität. Die Filterscheibe mit einem Außendurchmesser von 312 mm und einem Innendurchmesser von 91 mm weist im Inneren eine Drainagestruktur auf. Durch Anlegen von Druck auf der Außenseite der Scheibe permeiert das Filtrat durch das poröse Material in die Drainagekanäle. Die Filterscheiben werden zu so genannten Filterstacks angeordnet. Mithilfe von polymeren Distanzstücken, jeweils zwischen den keramischen Filterscheiben, erfolgt die Installation auf einem metallischen Mitteldorn und die Abdichtung der Scheiben untereinander. Das im Inneren der Scheibe gesammelte Filtrat wird über den metallischen Mitteldorn abgeführt. Die Filterkeramikscheiben lassen sich modular zu sehr großen Filterflächen anordnen. Rechnerisch entspricht 1 m² Filterfläche 7,5 Filterkeramikscheiben.
Rotierende Filterscheiben
Das Verfahren basiert auf einer Rotation der keramischen Filterscheiben, der so genannten Rotationsfiltration. Der beschriebene Filterstack wird in einer Anlage installiert und in Rotation versetzt. Durch die Rotationsbewegung wird eine hohe Relativgeschwindigkeit zum zu filtrierenden Medium und somit eine permanente Abreinigung der Filteroberfläche erreicht. Dies führt zu Filtrationsleistungen auf hohem Niveau über sehr lange Zeiträume.
Man spricht bei einer derartigen Prozessführung von einer Querstromfiltration (Cross-Flow-Filtration), d. h. die Membranfläche wird tangential angeströmt. Dadurch werden auf der Filteroberfläche Scherkräfte erzeugt, die den Aufbau eines Filterkuchens verhindern. Die Rotationsfiltration stellt eine Weiterentwicklung der bisherigen Cross-Flow-Verfahren dar, bei denen die Überströmung durch das kreislaufartige Umpumpen von großen Flüssigkeitsmengen erzeugt wurde (statischer Filter). Die Rotationsfiltration zeichnet sich gegenüber der konventionellen Cross-Flow-Filtration durch einen deutlich reduzierten Energieeintrag und der Möglichkeit des Anlegens von sehr hohen Überströmungsgeschwindigkeiten aus. Zusätzlich können die beiden, die Filtration bestimmenden Größen Druck und Überströmungsgeschwindigkeit, entkoppelt werden.
Integration in eine Fertigungslinie zum Glasieren
Die Rotationsfiltration wird z. B. in der keramischen Industrie zum Recycling von Glasursuspensionen eingesetzt. Bisher wurden die im Bereich des Glasierens anfallenden Suspensionen über Absetzbecken entsorgt oder über Kammerfilterpressen zurückgehalten. Im Prozess fallen zwei Arten von Abwasser an, Glasurabwasser und Waschwasser zur Reinigung der Produktträger. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass sich die Rotationsfiltration mit keramischen Filterscheiben sehr gut zur Aufbereitung von Glasursuspensionen eignet. Es lässt sich sowohl das Glasurabwasser als auch das Waschwasser zur Reinigung der Produktträger wieder aufkonzentrieren und unmittelbar in der Produktion wieder verwenden. Für die keramische Industrie ergeben sich dadurch erhebliche Einsparpotenziale, da durch den Einsatz der Rotationsfiltration eine geschlossene Kreislaufführung der Prozesswässer beim Glasieren möglich wird.
Mit der Rotationsfiltration ergibt sich eine deutlich vorteilhafte Alternative zu den bisher eingesetzten Kammerfilterpressen. Die Rotationsfiltration ist im Vergleich zu Verfahren mit Kammerfilterpressen weniger personalintensiv. Zudem wird nicht über Filterkuchen gearbeitet, die wieder verflüssigt werden müssen, sondern es ergibt sich direkt eine aufkonzentrierte Glasursuspension mit einem definierten Feststoffgehalt zwischen 60 und 70 Gew.-% (Litergewichte 1580 bis 1750 g/l).
Halle 4.0, Stand F4
cav 486
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