In rotierenden Querstromanlagen werden die Filterscheiben durch die Feed-Flüssigkeit in Rotation versetzt. Nach Durchfluss durch die Oberfläche der Filterscheiben, die Membran, sammelt sich das Filtrat im Inneren der Filterscheiben und wird in deren Mitte durch eine Hohlwelle abgeführt. Solch eine Anlage kommt in einem Unternehmen zum Einsatz, das Wirkstoffe und geschmacksgebende Komponenten aus verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen extrahiert.
Für den Einsatz rotierender Querstromfilteranlagen sprechen im Vergleich mit nicht dynamischen Querstromsystemen fünf wesentliche Gründe:
- spezifische Energieeinsparungen von über 80 % sind realisierbar
- Suspensionen lassen sich auf einer Anlage und in einem Arbeitsgang auf hohe Werte konzentrieren, was die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses erhöht
- hohe spezifische Durchflussraten durch effektive Selbstreinigung während des Filtrationsprozesses sorgen für verkürzte Amortisationszeiten
- alle Membranen und Filterscheiben sind sichtbar und gut zugänglich
- lange Standzeiten, da der Transmemb-randruck (TMD) unabhängig ist von der Überströmung und mit niedrigen Drücken gearbeitet werden kann
Da bei rotierenden Querstromfilteranlagen die gesamte Überströmung der Filter durch Rotation erzeugt wird, muss lediglich der Filtratabfluss kompensiert, also in den Filt-rationsbehälter nachgepumpt werden. In konventionellen Rohrmodulen dagegen muss der Feedstrom laufend umgepumpt werden, um eine Überströmung der Module zu erreichen. Abhängig von den Längen und Durchmessern dieser Module, sind Druckdifferenzen von 1 bar und höher zwischen Zu- und Abfluss nicht unüblich. Je höher die Feststoffkonzentration oder Viskosität, desto effizienter arbeiten rotierende Systeme, weil der hochkonzentrierte Feed nicht umgepumpt werden muss.
Einwellig oder mehrwellig
Bei der dynamischen Querstromfiltration unterscheidet man zwischen mehrwelligen und einwelligen Systemen. Bei den mehrwelligen Systeme rotieren mehrere Filterpakete, die in einem Druckbehälter untergebracht sind. Die Filterpakete können entweder überlappend – gegenläufig oder gleichläufig rotierend – oder unabhängig von einander – konzentrisch auf einem Drehteller – angeordnet sein. Die einwellige Bauweise zeichnet sich dadurch aus, dass nur ein Filterpaket um die eigene Achse rotiert. Novoflow hat sich auf drei kompakte, sehr einfach aufgebaute, einwellige Systeme spezialisiert: das Single Shaft Disk Filtersystem (SSDF) für größere Anwendungen von 1 bis 500 m2 Filterfläche, das Compact Rotating Disk Filtersystem (CRDF) für dezentrale, mobile Anwendungen mit Filterflächen zwischen 0,5 und 5 m2 und das Pumpe-Düse-Filtersystem (PDF), das ganz ohne rotierende Teile auskommt und daher nur statisch abgedichtet werden muss. Bei diesem System wird die Feed-Flüssigkeit über Düsen, die in speziellen Distanzstücken zwischen den Filterscheiben angebracht sind, zugeführt und in Rotation versetzt. Alle Anlagen werden mit niedrigen Drücken betrieben. Dadurch werden die Membranporen entlastet und stabile und gleichmäßige Filtrationsleistungen erreicht. Dabei liegt der Druck an jeder Stelle der Membran gleichmäßig an, was wiederum die Abreinigung der Fil- teroberflächen erleichtert und so eine längere Laufzeit bis zum nächsten Reinigungszyklus sicherstellt.
Der rotierende Membranscheibenstapel ist auf einer Hohlwelle montiert, die gleichzeitig als Filtratleitung dient. Bedingt durch die Rotation des Scheibenstapels entstehen an der Membran sehr hohe Zentrifugal- und Scherkräfte. Speziell angeordnete, statische Stromstörer im Prozessraum erzeugen zusätzlich starke Turbulenzen, die eine Deckschichtbildung nahezu komplett verhindern. Die Überströmgeschwindigkeit kann stufenlos eingestellt und automatisch den vorhandenen Bedingungen und Druckverhältnissen angepasst werden.
Kleinstanlagen in der kompakten CRDF-Bauweise können fertig montiert von Hand transportiert, dezentral angeschlossen und betrieben werden. Sie sind vollautomatische, rotierende Querstromfiltrationsanlagen mit 0,1 m² Filterfläche. Die für die Filt-ration wesentlichen Parameter, einschließlich Rückspülung, können eingestellt und jederzeit verändert werden. CRDF eignen sich besonders für Tests verschiedener Membranen unter gleichen Bedingungen.
Novoflow kann beliebige Flachmembranen zu funktionsfähigen Filterscheiben schonend einfassen und abdichten. Standardmäßig stehen Scheiben mit den Durchmessern 90, 150, 190, 320, 500 und 850 mm zur Verfügung. Es lassen sich auch sehr empfindliche Membranmaterialien verarbeiten. Sowohl der Durchmesser der Scheiben als auch deren Dicke sind frei wählbar. Es können die unterschiedlichsten Schichten (Membran-, Drainage-, Stützschicht) miteinander kombiniert werden, was den optimalen Aufbau der Filterscheibe ermöglicht.
Pflanzenextrakte aufbereiten
Das Filtrationsverfahren kommt in einem Unternehmen zum Einsatz, das Wirkstoffe und geschmacksgebende Komponenten aus verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen extrahiert und für die weitere Verwendung in der phytopharmazeutischen sowie Lebensmittelindustrie aufbereitet. Neben anderen Verarbeitungsschritten müssen die aus den Rohstoffen gewonnenen Primärextrakte klarfiltriert werden. Um die Effizienz des Prozesses weiter zu verbessern wird außerdem eine möglichst hohe Aufkonzentrierung der Trübstoffe im Konzent-rat angestrebt. Diese Vorgaben werden durch den Einsatz einer SSDF-Mikrofiltrationsanlage, die mit 0,2 µm Keramikscheiben bestückt ist, erreicht.
Zunächst wurden kundenseitig Tests mit den CRD-Testanlagen durchgeführt, die mit verschiedenen Composite Membranscheiben bestückt wurden, um die richtige Membrane auszuwählen.
Die aus der Produktion anfallenden Primärextrakte werden in einen 12 m3 Vorlagebehälter gepumpt und von dort den drei Modulen der SSDF-Anlage über Exzenterschneckenpumpen zugeführt. Die SSDF-Anlage ist mit einer Filterfläche von 30 m² ausgestattet. Das so gewonnene, klare Filtrat wird weiterverarbeitet, während das Konzentrat für die Biogasgewinnung eingesetzt wird. Alle produktberührten Anlagenteile sind aus hochwertigem Edelstahl im Hygienedesign hergestellt. Die drei SSDF-Module können automatisch oder manuell bedient werden. Sie sind je einzeln ansteuerbar und können unabhängig voneinander und nach verschiedenen Parametern betrieben, rückgespült, gereinigt und gewartet werden. Eine CIP-Anlage für die automatische Reinigung mit Lauge, Säure und VE-Wasser ist voll in die SSDF-Anlage integriert, kann aber auch unabhängig angesteuert werden. Einige Extrakte enthalten Alkohole deshalb ist die gesamte Anlage nach Atex-Richtlinie gefertigt.
Die Keramikmembranen sind sowohl chemisch also auch temperaturbeständig. Sie sind problemlos und beliebig häufig rückspülbar, chemisch inert, dampfsterilisierbar und es entstehen keinerlei Mitnahmeeffekte. Sehr hartnäckige Verblockungen, die auf organische Verschmutzung zurückzuführen sind, lassen sich bei ca. 400 °C ausglühen. Damit sind sie besonders geeignet für die Lebensmittel- und die Pharmaindustrie. Die SSDF-Anlage mit rotierenden Filterscheiben ist sowohl für die Dia-filtration als auch für die Aufkonzentrierung nutzbar. Deshalb konnten mehrere bisherige Verfahrensschritte durch eine SSDF-Anlage ersetzt werden.
Online-Info www.dei.de/0809454
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