Für die Molkerei in Südengland war der Ausbruch der Maul- und Klauen- seuche (MKS) eine deutliches Warnsignal und Anlass, die Sicherheit in der Milchproduktion weiter zu erhöhen. Ein Ansatzpunkt war der Austausch von Sterilfiltern, denn hier ist absolute Sicherheit gefordert. Man entschied sich für die Prozessfilterelemente von Donaldson. Neben der Lebensmittelproduktion zählt auch die chemische und Pharmaindustrie zu den Zielmärkten der P-SRF-N-Baureihe, die für absolut reine Prozessluft sorgt.
Dr. Peter Schwarz
Am Beispiel einer Molkerei wird deutlich, welch hohen Stellenwert Sterilfilter für die Produktsicherheit haben. Der Bedarf an steriler Druckluft wird in den Molkereien meist aus dem Werkluftnetz gedeckt, in dem man sie durch die Sterilfilter schickt, die in ihrem Tiefenfiltermedium Keime, Hefen, Pilze, Bakteriophagen und Viren zuverlässig zurückhalten müssen. Eine Molkerei mit einer Jahreskapazität von einer Milliarde Liter Milch setzt in den Produktionsanlagen rund 200 Sterilfilter ein. Ähnliche Zahlen werden in größeren Unternehmen der Biotechnologie und der Pharmaindustrie erreicht: Zu jedem Fermenter und jedem Vorratsbehälter gehört (mindestens) ein Sterilfilter, der Mikroorganismen aus dem Produktionsprozess fern hält.
Die Filterelemente müssen sterilisiert werden, da die im Filtermedium zurückgehaltenen Keime lebende Organismen sind. Werden sie nicht abgetötet, vermehren sie sich und wachsen durch das Filtermedium hindurch – mit erheblichen wirtschaftlichen Folgen für die Produktion. Die regelmäßige Sterilisation der Filterelemente – meist mit Sattdampf – ist daher zwingend erforderlich. 30 Sterilisationsstunden oder 50 bis 70 Zyklen à 30 Minuten mit Sattdampf von max. 1 bar gelten zur Zeit als Erfahrungswert der Molkereien für die Lebensdauer der Filterelemente.
Donaldson hat bei der Entwicklung der Sterilfilterbaureihe P-SRF N neben der absoluten Prozesssicherheit der Verlängerung der Standzeit besondere Priorität eingeräumt, da die Wirtschaftlichkeit des Filtrationsprozesses davon entscheidend abhängt. Aus der Parallelentwicklung der Ultra-Filter für die Druckluftaufbereitung im industriellen Bereich ergaben sich Synergien, die es ermöglichten, auch bei den Sterilfiltern einen optimal niedrigen Differenzdruck über die gesamte Betriebsdauer zu erzielen.
Allerdings gelten in der Prozessfiltration ganz andere Anforderungen als in der Industriefiltration, auch wenn die Filtrationsprinzipien durchaus vergleichbar sind. Der markanteste Unterschied: Es steht weniger die Energieeffizienz im Vordergrund als vielmehr die Betriebssicherheit – eine nachvollziehbare Priorität, wenn man sich die sensiblen Anwendungsbereiche von Prozessfiltern vergegenwärtigt.
Unter diesen Maßgaben hat Donaldson die Prozess-Sterilfilterelemente der Baureihe P-SRF N entwickelt. Die Messlatte dafür lag hoch, denn die bestehende P-SRF-Baureihe hat sich in zahlreichen Anwendungsbereichen bestens bewährt. Die Entwickler erschlossen dennoch genügend Optimierungspotenzial, um den Anwendern einen höheren Nutzen zu liefern.
Hohe Effizienz
So kommt bei der Baureihe P-SRF N beispielsweise ein neu entwickeltes Filtermedium zum Einsatz. Das modifizierte Borosilikatvlies zeichnet sich durch eine hohe Rückhaltung von Bakterien, Phagen und Viren aus: Im Bereich von 0,2 bis 0,3 µm, dem für einen Sterilluft-Tiefenfilter kritischsten Bereich, garantiert Donaldson eine Abscheideleistung von 99,99998 %. Diese Rückhalterate gewährleistet höchste Sicherheit für alle aseptischen Prozess-Anwendungen von Druckluft sowie bei der Sterilluftaufbereitung zur Belüftung von Tanks und Fermentern. Durch die Plissierung des Filtermediums – dieses konstruktive Merkmal wurde von den Ultra-Filtern für die Industriefiltration übernommen – vergrößert sich die nutzbare Filterfläche im Vergleich zur vorherigen Baureihe um das Sechsfache. Das Ergebnis: Es wird eine sehr hohe Filtrationsfläche erreicht, und der Differenzdruck bleibt über lange Einsatzzeiträume stabil. Auch andere konstruktive Details tragen dazu bei, dass der Differenzdruck der Filter extrem gering ist. In Vergleichstest wurden Werte gemessen, die bis zu 50 % unter denen von Wettbewerbselementen lagen. Das hat positive Auswirkungen nicht nur auf den Energiebedarf, sondern auch auf die Standzeit: Durch die höhere Aufnahmekapazität des Mediums, das die Partikel zurückhält, muss man die Elemente seltener austauschen.
Validierte Leistung
Die Abscheideleistung der P-SRF-N-Filterelemente wurde vom unabhängigen TNO-Institut in den Niederlanden bestätigt. Bei einer Beaufschlagung mit dem Bakterium Brevundimonas diminuta (0,2 µm) im Luftstrom hat das renommierte Institut eine Rückhaltung größer 10 exp7/cm2 gemessen. Bei der Beaufschlagung mit MS-2 Coliphagen lag der sogenannte LRV (Logarithmic Reduction Value) sogar noch höher, und zwar bei Werten im Bereich von 9-10/cm2. Das sind Ergebnisse, die auch in sehr sensiblen aseptischen Anwendungen überzeugen können – zum Beispiel bei Prozessschritten der Lebensmittelproduktion, in denen Phagen mit höchster Zuverlässigkeit zurückgehalten werden müssen.
Lange Standzeiten
Das Sterilisieren der Filter mit Sattdampf, wie es in Molkereien üblich ist, beansprucht die Elemente stärker als die eigentliche Filtration. Wenn man die Standzeit der Filterelemente verlängern will, muss man also hier ansetzen. Besonders kritisch ist dabei der Zeitpunkt, an dem die noch nassen Elemente im Anschluss an die Sterilisierung durch den Luftstrom trocken geblasen werden. Hier treten sehr hohe Differenzdrücke auf, die das Filtermaterial massiv beanspruchen. Bei den P-SRF-N-Elementen wird diese Beanspruchung durch eine wasserabweisende Beschichtung auf den Fasern des Mediums auf ein Minimum reduziert. Die Beschichtung wird nur an den Außenlagen des Mediums angebracht. Sie gewährleistet, dass das Wasser nicht in die Tiefe des Mediums eindringt, sondern nur an der Oberfläche anhaftet. Dadurch tropft es, vereinfacht gesprochen, von der Filteroberfläche ab. Wenn der Luftstrom nach der Sterilisation auf den Filter trifft, sind die auftretenden Differenzdrücke sehr gering. Darüber hinaus sind die Elemente auch für die Sterilisation mit Wasserstoffperoxid geeignet, die immer häufiger eingesetzt wird.
Zusätzliche Kräfte
Das Tiefenfiltermedium weist im Vergleich zu Membranfiltern auch deshalb eine sehr hohe Wirksamkeit auf, weil seine dreidimensionale, netzartige Struktur eine sehr exakte und gleichförmige Porenweite aufweist, die auf den Einsatzfall abgestimmt werden kann. Welche Filterbauart letztlich zum Einsatz kommt – Membranfilter oder Tiefenfilter – hängt von Erfahrungswerten ab. Viele Branchen wie z. B. Biotech und Molkereien, die den Eintrag von Bakterien und Phagen in den Prozess wirkungsvoll verhindern müssen, verwenden jedoch Tiefenfilter, die sich für diese kritische Aufgabe bewährt haben.
Hygienegerechtes Design
Stützmantel und Endkappen der Elemente sind aus hochwertigem Edelstahl, der ebenso wie alle anderen Bestandteile der Filter chemisch inert und hygienegerecht ist. Das schafft die Voraussetzung für den weiten Temperaturbereich von -20 bis +200 °C, in dem die Filter einsetzbar sind. Zudem ist die hochwertige Edelstahlkons-truktion beständig gegenüber Chemikalien und aggressive Gase.
Die P-SRF-N-Baureihe ist nicht nur in zehn Baugrößen für die Ultrafilter-Anschlüsse, d.h. für die Prozessfiltergehäuse von Donaldson, lieferbar, sondern auch in den Anschlussmaßen von Wettbewerbsgehäusen.
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Mehr Informationen zu Steriltiefenfilter P-SRF-N
Donaldson, Anbieter von Filtersystemen und Ersatzteilen
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