Den spezifischen Herausforderungen in der hochreinen Polymerfiltration begegnet die Duplex-Filtergeneration der Maag Group mit Standardgrößen zwischen 5 und 255 m2 auf vielfältige Art und Weise: Vor allem verfügt sie über eine zum Patent angemeldete Rückspülungs-Reinigungsfunktion der Filterkerzenelemente für das chemische Recycling von stark verunreinigten, niedrigviskosen Polymerschmelzen. Die Voraussetzung dafür bietet eine rückspüloptimierte Weiterentwicklung der etablierten Micronex-Filterkerzenelemente.
Rückspülung der Kerzenbündel
Duplex-Filter werden üblicherweise für eine aktive Filterfläche entworfen und dimensioniert, die einen mehrere Wochen oder Monate langen Betrieb ermöglicht, bevor die Verschmutzungsschicht auf den Filterkerzenelementen zu einem kritischen Druckverlust führt (z. B. 70 bar), der den Austausch des Kerzenbündels oder des vollständigen Behälters erforderlich macht. Diese Vorgehensweise ist bei den immer häufiger werdenden Anwendungen im chemischen Recycling (z. B. PET) mit ihren extremen Verschmutzungsgraden und der geforderten ultrafeinen Filtration bis zu 5 µm Filterfeinheit unwirtschaftlich. Diese besonderen Anforderungen führen hier zu extrem kurzen Standzeiten der Kerzenbündel, bis hinunter zu wenigen Stunden oder Tagen.
Der wichtigste Aspekt der neuen Duplex-Entwicklung von Maag ist daher die Möglichkeit, verunreinigte Kerzenbündel innerhalb des Filterbehälters und ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Polymerdurchflusses zu reinigen. Das Rückspülverfahren basiert auf der bewährten Rückspül-Siebwechsler-Technologie von Maag, die erfolgreich in die Duplex-Filtergeneration integriert wurde.
Beim normalen Betrieb des Duplex-Systems wird nur ein Behälter für die Filtration verwendet. Der andere Behälter befindet sich im Stand-by. Die Steuerungs- und Ventilkonfiguration der neuen Duplex-Generation ermöglicht eine weitere Betriebsart: Beide Behälter werden simultan im Filtrationsprozess eingesetzt. Sobald die Druckfühler eine kritische Druckdifferenz aufgrund der Kerzenverschmutzung feststellen, werden die Umschaltventile automatisch so eingestellt, dass die Filtration über nur einen der beiden Behälter unterbrechungsfrei fortgesetzt wird. Gleichzeitig wird eine kleine Menge gereinigtes Polymer rückwärts durch das Kerzenbündel des anderen Behälters geleitet. Menge, Dauer und Druck dieses Rückspülungsdurchflusses sind einstellbar. Die Verunreinigungen werden durch das Ablassventil abgeleitet.
Nach der Reinigung des Kerzenbündels werden alle Ventile in die Ausgangsstellung zurückgestellt. Anschließend wird das Kerzenbündel des anderen Behälters gereinigt. Danach werden beide Behälter mit ihren gereinigten Kerzenbündeln wieder in den Filtrationsprozess eingebunden, bis der Druckfühler den nächsten Rückspülvorgang auslöst. Diese Möglichkeit der in-situ-Kerzenreinigung während des laufenden Filtrationsprozesses reduziert die Kosten erheblich. Der Rückspülvorgang kann viele Male durchgeführt werden, bevor das Kerzenbündel für eine externe Grundreinigung entnommen werden muss.
Robustes Umschaltventil
Das Herz der neuen Duplex-Generation sind die Divexpro-Umschaltventile auf Grundlage der bewährten CSC-Siebwechslertechnologie der Maag Group. Das solide Ventilgehäuse wird aus einem Stück geschmiedet. Es besitzt einen integrierten, aus Bohrungen gebildeten HTM-Heizkäfig und kommt ohne zusätzlichen Heizmantel aus. Beide Fließkanäle des integrierten V-förmigen Schmelzeteilers (zum rechten oder linken Filterbehälter) können unabhängig betätigt werden, um einen stoßfreien Wechsel des Polymerflusses zu gewährleisten. Die Durchflusskanäle sind rheologisch optimiert, da beide Kolben eine 180°-Drehhubbewegung ausführen und mit ihren angewinkelten Stirnflächen eine totzonenfreie Fließkanalumlenkung gewährleisten.
Wie die Maag-Siebwechsler können die Ventilgehäuse und Umschaltkolben aus verschiedenen Stahllegierungen oder Inconel hergestellt werden. Die Oberflächen aller polymerbenetzen Flächen werden bei Bedarf zusätzlich beschichtet und sind hochglanzpoliert.
Ablass- und Entlüftungsventile
Innerhalb der Divexpro-Ventilgehäuse besitzen beide Abzweige des Filters integrierte Ablassventile zwischen Umschaltventil und Behälter. Um das Polymer schnell und vollständig entleeren zu können, befinden sie sich am tiefstgelegenen Punkt des durchströmten Systems. Die Ventilgröße wird auf Grundlage der Polymerviskosität und der geforderten Entleerungsdauer des Behälters berechnet. Außerdem besitzt jeder Abzweig des Filters an der höchstgelegenen Stelle des durchströmten Systems ein gehäuseintegriertes Entlüftungsventil.
Die richtige Ventilgröße garantiert beim Einleiten von Schmelze die vollständige Entlüftung des Filterkessels. Je nach Filteranwendung bestehen die Ablass- und Entlüftungsventile aus den gleichen Stahllegierungen wie die Umschaltventile und haben die gleichen Beschichtungen. Ähnlich wie die Umschaltventile können auch die Entlüftungs- und Ablassventile manuell, elektrisch oder hydraulisch betätigt werden.
Filterheizung
Beide Filterkessel-Standardausführungen – entweder mit externem Heizmantel für vollständigen Behälteraustausch oder mit behälterintegriertem Heizsystem für den Austausch nur des Kerzenbündels – sind für die Verwendung mit Thermalöl oder Heizdampf erhältlich. Die berechnete Verteilung und der konstante Durchfluss des Wärmeübertragungsmediums (Heat Transfer Medium, HTM) sorgt für eine vollständige und gleichmäßige Beheizung der Filterbehälter und der darin enthaltenen Kerzenbündel. Wie alle anderen mit dem Polymerfluss in Verbindung stehenden Filterelemente, z. B. Umschalt-, Entlüftungs- und Ablassventile, sind auch die internen Leitungen des Filters sowie die Einlauf- und Auslaufflansche in das HTM-Durchflusssystem des Duplex-Filters eingebunden.
Filtersteuerung
Die Steuerung basiert auf einer Siemens S7-1500 mit 7″-Touchpanel, auf dem alle Betriebszustände und wichtigen Prozessparameter visualisiert werden.
Die grundlegenden Betriebsarten sind eine vollautomatische Rückspülung der Filterkerzenbündel sowie ein halbautomatischer Polymertransfer beim Kerzenwechsel. Die Polymer-Umschaltventile werden durch ein hydraulisches oder elektrisches Antriebssystem betätigt. Je nach Ausführung kommen Hydraulikzylinder, elektrische Getriebemotoren oder manuell betätigte Ventile mit Positionsüberwachung zum Einsatz. Abhängig von den Umgebungsbedingungen kann die Steuerung für einen sicheren Industriebereich oder für eine Ex-Schutz Zone ausgeführt werden.
Erste Anlage im Bau
Im Sommer 2023 erfolgte die Offenlegung des Patents für die neue Duplex-Rückspültechnologie zur hochreinen Filtration stark verschmutzter Polymere. Im Rahmen eines Kundenauftrags wird z. Zt. ein erster Duplex-Rückspülfilter am deutschen Maag-Standort Großostheim gefertigt und montiert.
Maag Group, Großostheim
Autor: Harald Pohl
Sales Manager Polymer
Filtration,
Maag
