Cross-Rotation-Filtertechnologie bewährt sich auch in anspruchsvollen Applikationen

Prozesswasseraufbereitung

Anzeige
Die Vorteile von CR-Filter-Systemen treten besonders in zwei Nischengebieten zutage. Ein Bereich betrifft die Klarfiltration von großen Volumenströmen hochbelasteter Prozesswässer. Die zweite Nische umfasst alle Applikationen zur Konzentrierung und Entsalzung von Medien mit hoher Feststofffracht und/oder mit hohen Viskositäten.

Dipl.-Ing. Eugen Reinhardt, Dipl.-Ing. Pasi Nurminen

CR-Filter sind für Applikationen in der Mikrofiltration und der Ultrafiltration ausgelegt, die höchste Leistungsanforderungen an die Membran stellen. CR steht für Cross-Rotation und beschreibt prägnant das Funktionsprinzip (Bild 1) der Filter, deren Anwendungsbereiche sich hauptsächlich in der Papier- und Zellstoffindustrie, der chemischen Industrie und der Nahrungsmittelindustrie finden. Die Einsatzbereiche lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Der erste Bereich beschreibt die Klarfiltration von Prozesswässern zur direkten Wiederverwendung oder als Vorbehandlung für nachfolgende Aufbereitungsschritte wie Nanofiltration, Umkehr-osmose, Ionenaustausch und Eindampfung. Der zweite Bereich umfasst die Konzentrierung und/oder die Entsalzung von Dispersionen oder Suspensionen.
Filteraufbau
Der CR-Filter ist als Platten-Rahmen-System aufgebaut. Platten, Drainagevlies, Membran und Rotor werden sandwichartig übereinander gestapelt (Bild 2). Ein äußerer Rahmen und zwei massive Endplatten aus Edelstahl bilden mit dem Platten- und Rotorstapel eine kompakte Einheit. Der Außendurchmesser des CR-Filters beträgt 110 cm.
Die Membranträgerplatten werden im Spritzguss hergestellt und mit diversen Dichtungen, Umlenkplatten und Klemmringen ausgestattet. Sie sind mit seitlichen Öffnungen versehen, die dem Aufbau der Zuführ-, Konzentrat- und Filtratleitung dienen, und mit einer mittigen Öffnung, die die Rotorantriebswelle aufnimmt. Die Membranzuschnitte mit einem Durchmesser von 100 cm werden aus handelsüblichen Flachmembranen hergestellt. Sie werden auf der Unter- und Oberseite der Membranträgerplatte befestigt. Zwischen Membranträgerplatte und Membran ist ein Drainagevlies eingebunden.
In der Mitte des Plattenstapels rotiert eine Welle, die über Keilriemen von einem Elektromotor angetrieben wird. Auf der Welle sind wechselweise Distanzstücke und Rotoren exakt ausgerichtet. Die strömungstechnisch optimierten Rotoren werden mit einem Abstand von 10 mm über und unter den Membranen bewegt. Die Abdichtung der Rotorwelle erfolgt im Bereich der Endplatten mit gespülten Gleitringdichtungen.
Funktionsweise
Der CR-Filter wird über eine Zuführpumpe bespeist und ein Transmembrandruck von 0,8 bar über ein Druckregelventil eingestellt. In Abhängigkeit des Filtratdruckes kann ein Systemdruck von maximal 4,0 bar aufgebaut werden. Nach der Systemdruckstabilisierung wird die Rotorwelle gestartet. Die durch die Rotoren initiierte Anströmgeschwindigkeit über der Membran beträgt im äußeren Plattenbereich maximal 15 m/s.
Für Standardapplikationen ist die Rotorwellendrehzahl fest eingestellt. Bei Bedarf kann sie in Abhängigkeit von der Problemstellung variiert werden. Der Druckverlust vom Filterzulauf bis zum Konzentratausgang beträgt je nach Filteraufbau, Anzahl der Sektionen, Medium, Konzentrierungsgrad und Flux 0,3 bis 0,6 bar.
Das eingespeiste Medium wird zwischen die einzelnen Platten verteilt und über den Membranen durch die Rotoren beschleunigt. Das Konzentrat sammelt sich im Konzentratkanal und wird von dort nach außen abgeleitet. Nach dem Passieren von Membrane und Drainagevlies wird das Filtrat im Filtratkanal gesammelt und ebenfalls nach außen abgeleitet.
Der CR-Filter kann mit einer oder mehreren Sektionen aufgebaut werden. Die Sektionierung ist vom Medium und dem vorgesehenen Konzentrierungsgrad abhängig. In einem sektionierten CR-Filter wird das eingespeiste Medium vor der jeweils nächsten Sektion umgelenkt. Zuführkanal und Konzentratkanal wechseln von Sektion zu Sektion ihre Funktion. Der CR-Filter kann mit 1, 3, 5, 7 oder 9 Sektionen ausgestattet werden. In der ersten Sektion mit der niedrigsten Belastung wird der höchste spezifische Filtratfluss erreicht. In der jeweils folgenden Sektion und mit steigender Konzentration reduziert sich der Filtratfluss.
Mit Hilfe der Sektionierung können in einem CR-Filter hohe Filtratausbeuten bis zu 99 % erzielt werden und feststoffhaltige bzw. viskose Medien bis zur Grenze der Pumpfähigkeit aufkonzentriert werden. Die maximale zulässige Prozesstemperatur beträgt 80 °C. In Abhängigkeit von der ausgewählten Membrane, der Temperatur, des Feststoffgehaltes, des Konzentrierungsgrades und des Mediums können mittlere spezifische Flüsse von 80 bis 400 l/m2 h erreicht werden.
Durch die Entkoppelung von Einspeisung und Überströmung können die Druckverluste im CR-Filter minimiert werden. Die Deckschichtbildung auf den Membranen wird durch die optimal abgestimmte Anströmung stark unterdrückt und im Idealfall gänzlich vermieden. Bedingt durch den (nahezu) deckschichtfreien Betrieb wird bereits bei einem Transmembrandruck von 0,8 bar ein sehr hohes Leistungsprofil erreicht.
Anlagenkonzepte
In Abhängigkeit von der Applikation stehen unterschiedliche Anlagenkonzepte zur Verfügung. Für größere Kapazitäten können mehrere CR-Filter in Reihe oder in Serie betrieben oder auch beide Betriebsarten miteinander kombiniert werden. Die Zuführpumpen können auf einen oder mehrere Filter abgestimmt werden. Das Anlagenkonzept kann auf hohe konstante Filterleistung oder auf höchstmögliche Konzentrierung getrimmt werden. In der Vorbehandlung muss eine Abscheidung für größere Partikel oder Fasern über 150 µm umgesetzt werden. Dies kann mit unterschiedlichen Maßnahmen wie Schrägsieb, Drucksieb oder Beutelfilter erfolgen und muss den Erfordernissen der Applikation angepasst werden. Der hygienische Standard wird entsprechend den Ansprüchen der Applikation umgesetzt (Bild 3).
Praktischer Einsatz
Zurzeit sind weltweit ca. 130 CR-Filteranlagen im Einsatz. Die meisten Installationen bestehen aus ein bis drei CR-Filtern. Die größte Einzelanlage, aus neun CR-Filtern, besitzt eine Kapazität von ca. 230 m3/h und wird zur Aufbereitung von Papiermaschinen-Kreislaufwasser betrieben.
Die Aufbereitung von Prozesswasser aus der PVC-Produktion übernimmt in einem konkreten Fall eine CR-Filteranlage mit zwei CR-Filtern vom Typ CR 1000–60 (Bild 4). Ihre Aufgabe ist die Klarfiltration der anfallenden Prozesswässer in der Produktionslinie. Die Prozesswässer, die als Dekanter-Klarlauf, beim Spülen und Reinigen von Reaktoren, Stapeltanks und Rohrleitungen anfallen, werden in einem Stapeltank gesammelt und dann zur Vorbehandlung über eine Beutelfilterstation geführt. Die Abscheidung des PVC-Feinsedimentes erfolgt in der nachgeschalteten CR-Filteranlage. Das Filtrat wird als Spül- und Reinigungswasser wiederverwendet. Die Anlage (Bild 5) ist im 24-Stundenbetrieb ganzjährig in Betrieb. Die wichtigsten Betriebsdaten fasst die Tabelle zusammen. Sie ist in den Produktionsablauf integriert und wird über das betriebliche Prozessleitsystem gesteuert und überwacht. Die CR-Filter werden wechselweise oder bei Bedarf gemeinsam betrieben.
Eine andere Installation, basierend auf drei CR1000–60-Filtern, wird an Papiermaschinen für die Rückgewinnung von Streichfarben aus Spülwässern genutzt. Die Streichfarben-Spülwässer fallen beim Reinigen von Streichfarbenkomponenten während eines Papiermaschinenstopps an. Sie besitzen eine Trockensubstanz von 1 bis 8 %. Zur Abscheidung von größeren Partikeln werden die Streichfarben-Spülwässer über ein Schwingsieb geführt und anschließend in der CR-Filteranlage auf ca. 30 % Trocken-substanz aufkonzentriert. Das Konzentrat wird dem Streichfarbenansatz wieder beigemischt. Die Anlage ist in den Produktionsablauf integriert und wird über das betriebliche Prozessleitsystem gesteuert und überwacht.
cav 462
Anzeige

Powtech Guide 2019


Alles zur Powtech 2019. Jetzt lesen

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport


Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

Prozesstechnik-Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos

phpro-Expertenmeinung


Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick
Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de