Beim Reinigen einer Flüssigkeit müssen möglicherweise nur bestimmte Verunreinigungen entfernt werden, während andere, die nicht kritisch oder sogar wertvoll sind, im Filtrat verbleiben können oder müssen. Wenn alle Partikel ab einer definierten Größe entfernt werden müssen, ist ein absoluter Filter erforderlich. Die absolute Abscheiderate gibt die Porengröße an, bei der ein Partikel ab einer bestimmten Größe zuverlässig vom Filter mit einer definierten Abscheideeffizienz, z.B. 99 %, unter genau definierten Testbedingungen zurückgehalten wird (Beispiel: 15 µm absolut: Partikel der Größe 15 µm werden bei einmaligem Durchströmen des Filters zu 99 % abgeschieden).
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Eine nominale Abscheiderate, die normalerweise in Mikrometern ausgedrückt wird, bezieht sich auf einen Filter, der einen undefinierten Prozentsatz fester Partikel mit einer Größe von mehr als der angegebenen Porengröße zurückhält. Bedingungen während der Filtration, wie Betriebsdruck, Form und Konzentration von Partikeln, wirken sich erheblich auf die Rückhaltefähigkeit der Filter aus.
Nominal ist nicht schlechter als absolut
Die Diskussion über nominal im Vergleich zu absolut ist eines der wichtigsten Kriterien, das betrachtet werden sollte. Nominal ist nicht schlechter als absolut. Der Schlüssel liegt darin, die Filter zu finden, die in der jeweiligen Anwendung am besten funktionieren, ohne dass die Leistungseigenschaften des Filters überschritten werden oder feinere Filter eingesetzt werden als erforderlich wären. Dies erfolgt in der Regel durch Tests vor Ort. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis muss dabei sorgfältig in Betracht gezogen werden: Je feiner der Filter, desto teurer wird er sein. Außerdem verblocken feinere Filter in der Regel schneller, was wiederum zu Ausfallzeiten und weiteren Kostensteigerungen führt. Um Verblockungen zu vermeiden, setzt die Industrie oft auf zwei oder mehr Filtrationsschritte. Bei jedem Schritt werden die Filter feiner, um kleinere Partikel zu entfernen als im vorherigen Schritt. Dieser Vorfiltrationsprozess verringert das Risiko einer zu frühen Filterverblockung, bevor die endgültige Filtrationsqualität erreicht ist.
Rolle der Prozessparameter
Die Prozessparameter sind für die Auswahl der richtigen Filtrationslösung äußerst wichtig. Je nach Anwendung kann eine bestimmte Temperaturbeständigkeit oder ein höherer Druckwiderstand notwendig sein. Neben der Auswahl des richtigen Filtertyps spielen Prozessparameter auch eine Rolle bei der Bestimmung der spezifischen Größe des Systems. Sobald der Filtertyp ausgewählt ist, definiert die erforderliche Durchflussrate die Anzahl der erforderlichen Filterbeutel. Je nach Prozessbedingungen kann die Anzahl der Filterbeutel erhöht werden. In einem Batch-Prozess müssen beispielsweise mehr Filterbeutel in Betracht gezogen werden, um Unterbrechungen beim Austausch von Filterbeuteln zu vermeiden. Das Befolgen eines geplanten Wechselintervalls ist möglicherweise angebracht, um eine bessere Wartungsplanung zu erreichen.
Andere Faktoren können ergonomischer Natur oder auch Beschränkungen in Bezug auf Stellfläche oder Höhe sein. Häufig werden kleinere, kompaktere Filter bevorzugt, da sie höhentechnisch besser zu erreichen oder auch leichter auszuwechseln sind. Beim Filtrieren viskoser Flüssigkeiten wie Klebstoffen, Farben oder Harzen ist es möglicherweise praktischer ein kleineres Filtergehäuse mit einem entsprechenden Filterbeutel, welches einen niedrigeren Zugangspunkt hat, zu verwenden. Die Kapazität wird nur halb so groß sein wie bei der gängigsten Größe, aber der ergonomische Vorteil macht diesen Filtertyp zur bevorzugten Option.
Typen von Filtermedien
Filterbeutel sind in vielen Prozessen und Branchen beliebt, von einfachem Wasser über Lebensmittelprodukte, Farben und Beschichtungen bis hin zu verschiedenen Chemikalien und Lösemitteln. Typische Filtermaterialien sind Polypropylen, Polyester und Polyamid (Nylon) – jedes Material weist spezifische Eigenschaften auf, wodurch es unter bestimmten Bedingungen mit der entsprechenden Anwendung kompatibel ist. Es gibt drei grundlegende Typen von Filtermedien: Nadelfilze, gewebte Monofilamentgewebe und schmelzgeblasene Medien.
Nadelfilze sind Tiefenfilter
Nadelfilze sind die beliebtesten Filtermedien und werden durch Mischen verschiedener Fasergrößen und Verdichten durch Vernadelung gebildet. Sie verfügen über eine nominale Abscheiderate zwischen 1 und 200 µm. Häufig kommen hier Polypropylen und Polyester zum Einsatz. Diese Filtermaterialien sind in genähten oder geschweißten Ausführungen erhältlich. Während früher ein genähter Filterbeutel mit einem Metallring das Medium der Wahl war, hat sich diese Variante zu einer vollständig geschweißten Version mit einem bypassfreien Kunststoffdichtring entwickelt. Die Struktur aus gemischten Fasern macht Nadelfilze zu einem Tiefenfilter. Das bedeutet, dass Partikel in der Matrix des Filters zurückgehalten werden können. Während große Partikel an der Oberfläche abgetrennt werden, wandern kleinere Partikel durch die Medienstruktur und können je nach Größe zurückgehalten werden oder den Filter passieren. Nadelfilzfilter ermöglichen hohe Durchflussraten bei geringem Anfangsdifferenzdruck. Um die Freisetzung von Fasern in das Filtrat zu begrenzen, verfügen die Ausführungen aus Polypropylen und Polyester über eine thermisch behandelte Oberfläche. Für den Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind spezielle Versionen erhältlich. Diese eingesetzten Kunststoffe erfüllen die Anforderungen für Materialien, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen. Typische Anwendungen in der Lebensmittelindustrie sind Pflanzenöle, Fette und Zuckerlösungen. Nadelfilzbeutel sind in der Regel einlagig und in Standardausführung oder mit höherer Standzeit erhältlich.
Gewebte Monofilamentgewebe bieten scharfe Trenngrenze
Monofilamentgewebe bilden einen zweidimensionalen Oberflächenfilter. Sie sind in der Regel für Partikelgrößen von 5 bis 1200 µm erhältlich. In Bezug auf runde und kristalline Partikel können diese Filter als absolut eingestuft werden. Als solche bieten sie eine wesentlich schärfere Trenngrenze, wenn es entscheidend ist, alle Partikel ab einer bestimmten Größe zu entfernen. Eine typische Anwendung kann hier der Schutz von Düsen sein, um ein Blockieren der Öffnung zu verhindern. Das am häufigsten verwendete Material ist Nylon oder Polyamid.
Schmelzgeblasene Filtemedien trennen feine Partikel ab
Die letzte Gruppe der Filtermaterialien sind die schmelzgeblasenen Filtermedien, für die Polypropylen oder Polyester ebenfalls die am häufigsten verwendeten Materialien sind. Diese Filtertypen werden direkt aus einem Polymer hergestellt, ohne dass Tenside oder spezifische Additive verwendet werden müssen wie es für die Verarbeitung von Fasern oder beim Vernadeln notwendig ist. Das Filtermedium hat daher eine reinere, feinere Faserstruktur, was eine Rückhalterate von kleineren Partikelgrößen ermöglicht. Abgestufte mehrlagige Konstruktionen bieten einen stufenweisen Filtrationsprozess und eine optimale Filtrationskapazität. Diese Filterbeutel werden in der Regel verwendet, wenn Partikel mit einer Größe von bis zu 1 µm hochgradig effizient entfernt werden müssen. Sie haben in der Regel eine absolute Rückhalterate.
Überlegungen zur Gehäuseauswahl
Bei der Konstruktion der Filtergehäuse gibt es zwei grundlegende Durchflussoptionen: Einlass von oben oder seitlicher Einlass. Bei Ausführungen mit oberem Einlass wird der Dichtungsring des Filterbeutels direkt durch den verschraubten Deckel zusammengedrückt – dies verbessert die Abdichtung und verhindert einen möglichen Bypass. Der Filterbeutel befindet sich außerdem auf einer Ebene oben am Filter und ist daher leichter auszuwechseln. Diese Version wird für alle Filter mit hoher Effizienz empfohlen. Die Gehäuse haben außerdem eine geringere Höhe und bessere Zugänglichkeit im Vergleich zu den Modellen mit seitlichem Einlass.
Zubehörteile
Schließlich werden zwei zusätzliche Zubehörteile verwendet, um den Einsatz von Filterbeuteln zu erleichtern. Das Bag lock, auch als Rückhaltestütze bezeichnet, wird zum einfachen und korrekten Einbau des Filterbeutels verwendet. Da die Eigenfestigkeit begrenzt ist, muss der Beutel von einem Metallkorb gestützt werden, der den gesamten Differenzdruck aufnimmt. Nicht unterstützte Beutel können anfällig für Schäden und Berstprobleme sein, insbesondere im unteren Nahtbereich. Das Zubehörteil kann während der Filtration im Gehäuse bleiben und verhindert, dass der Filter bei Rückspülungen zusammenfällt. Es kann auch während der nächsten Wartungsphase wiederverwendet werden. Diese Zubehörteile können auch mit magnetischen Stäben ausgestattet werden, die als zusätzliche Abscheider dienen und ferritische Partikel anziehen, bevor sie zum Filtermedium gelangen. Dies verlängert die Lebensdauer des Filters oder verhindert Schäden durch scharfe Metallpartikel.
Die Filterbeutel der Standardgröße 02 haben einen Durchmesser von 180 mm und eine Länge von 810 mm, was eine Filteroberfläche von ca. 0,47 m2 ergibt. Im Inneren des Beutels befindet sich jedoch ein Volumen von fast 16 l, das größtenteils ungenutzt bleibt. Wenn der Filter verblockt ist und ausgetauscht werden muss, kann es manchmal schwierig sein, diese Flüssigkeit abzulassen, was zu Produktverlust führt und das Entfernen des Beutels erheblich erschwert. Ein Verdrängungsballon ist eine Konstruktion aus Metall und Edelstahl, der dieses ungenutzte Volumen im Filterbeutel einnimmt. Er wird in den Beutel gelegt und bleibt während der Filtration dort. Bevor der Filter zur Wartung entfernt wird, wird der Verdrängungsballon entnommen und das Volumen des Produkts im Filterbeutel fällt von 16 auf 7 l. Dieses Zubehörteil wird häufig für alle viskosen und kostspieligen Produkte, z. B. Lacke und Harze, verwendet.
Eaton Technologies GmbH, Langenlonsheim
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Autor: Wim Callaert
Senior Product Manager,
Eaton Filtration Division
