Filterkerzen, Sinterkerzen und andere Filterelemente Abtrennen fester Partikel aus Suspensionen oder Gasgemischen

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Das Abtrennen fester Partikel aus Suspensionen oder Gasen ist eine notwendige Aufgabe in vielen industriellen Prozessen. Ein wesentliches Verfahren, um Stoffgemische mit festen Bestandteilen aufzutrennen, stellt Filtration dar. In diesen Bereich fällt die Produktklasse der Filterkerzen, die bei Reichelt Chemietechnik in unterschiedlichen Porengrößen und Werstoffen verfügbar sind.

Filterkerzen sind zylindrische Filterelemente, die aus Edelstahl, Kunststoff-Fasern, porösen Kunststoffen, Borosilikatglas, Glasfasern, Filz, Keramik und anderen Werkstoffen gefertigt und in Filtergehäusen verbaut werden. Die Filtermodule, verfügbar in verschiedenen Bauformen und Porengrößen, ermöglichen in Kombination mit entsprechenden Filtergehäusen das Filtrieren von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten oder Gasen in Industrie und Labor.

Filterkerzen haben – bis auf ihre Form – nichts mit den allseits bekannten Leuchtmitteln aus Wachs oder Paraffin gemein. Vielmehr handelt es sich dabei um zylindrische Filterelemente, die vom zu filtrierenden Medium üblicherweise von außen nach innen durchströmt werden, wobei die Flüssigkeit bzw. das feststoffhaltige Gasgemisch gefiltert wird.

Je nach Kerzentyp findet die Filtration an unterschiedlichen Stellen des Filtermediums statt. Eine primär mechanische Trennung an der Oberfläche nennt man Oberflächenfiltration, hier werden die Partikel aufgrund ihrer Größe festgehalten, wie im Falle der Filtration mit Hilfe von Siebgeweben und Filtergeweben. Erfolgt sie im Inneren des Filters aufgrund von Adsorption der Partikel an das Filtermaterial, spricht man von Tiefenfiltration. Hierbei lassen sich auch solche Partikel abtrennen, die aufgrund ihrer Verformbarkeit oder gelartigen Beschaffenheit sonst nur schwer filtrierbar sind. Häufig findet sich auch eine Kombination aus beiden Filtrationsmechanismen.

Auf dem Markt wird eine Fülle verschiedener Filterelemente wie beispielsweise Feinfilterkerzen, Siebfilterkerzen, Mikroporenfilterkerzen oder Sinterkerzen angeboten. Ihr jeweils unterschiedlicher Aufbau hinsichtlich Geometrie, Material oder Porengröße ermöglicht die Filtration von groben als auch von feinsten Verunreinigungen aus flüssigen und gasförmigen Medien. Von Vorteil ist hier eine abnehmende Porengröße vom Äußeren ins Innere der Filterkerze, denn dadurch wird bei einer breiten Größenverteilung der zu filtrierenden Partikel das Filtermedium langsamer blockiert, wodurch die Durchsatzleistung entsprechend erhöht wird.

Unabhängig davon sinkt die Durchsatzleistung bei fortlaufender Nutzung aufgrund der zunehmenden Blockierung offener Poren durch herausgefilterte Partikel. Um eine langfristig gleichbleibende Filterleistung zu erzielen, können die Filterelemente periodisch im Ultraschall-Bad oder durch Rückspülung regeneriert werden. Die Filterelemente werden so von Verunreinigungen befreit und die ursprüngliche Durchsatzleistung wiederhergestellt.

Um ein geeignetes Filtersystem auszuwählen, müssen mehrere Kriterien berücksichtigt werden. Die wichtigsten sind neben der chemischen Beständigkeit gegenüber des zu filtrierenden Mediums die Porengröße. Polyamidmembranen mit Porengrößen zwischen 40 µm und 350 µm vermögen nur größere Partikel zurückzuhalten, gewährleisten dafür aber auch recht hohe Durchflussraten mit 800 l/h bei Raumtemperatur und einem Druckgradienten von 0,2 bar. Dagegen filtern Hochleistungsfilterkerzen aus gesintertem PE mit geringerer Porengröße bereits Teilchen ab einer Größe von 5 µm, die Durchflussgeschwindigkeiten sind jedoch entsprechend geringer.

Mit hochporöser Aktivkohle beladene Filterkerzen halten aufgrund ihrer hohen Adsorptionsfähigkeit Verschmutzungen wie Fette, Öle und andere organische Verbindungen effektiv zurück und werden daher häufig zur Entfernung von Farb-, Geschmacks- und Geruchsverunreinigungen eingesetzt.

Eine preisgünstigere Alternative sind gewickelte Filterkerzen, auch Garnwickelfilter genannt. Sie besitzen dank ihrer großen Oberfläche eine hohe Schmutzaufnahmefähigkeit und erlauben dabei lange Standzeiten. Aufgebaut sind sie aus einem Stützkern aus Metall oder Kunststoff, zumeist Polypropylen, um welchen ein Filtergarn gewickelt ist. Das Garn besteht ebenfalls aus Polypropylen oder aus naturnäheren Werkstoffen wie Viskose oder Baumwolle. Bei diesem Filtertyp ist eine sorgfältige und gleichmäßige Wicklung wichtig, denn nur dadurch ist sichergestellt, dass große Teilchen bereits an der Oberfläche zurückgehalten werden, während bei kleinen Partikeln die Tiefenfilterwirkung zum Tragen kommt. Auf diese Weise vermeidet man eine herabgesetzte Filtrationsleistung durch allzu rasches „Zusetzen“ des Filters und gewährleistet im Gegenzug eine erhöhte Schmutzaufnahmekapazität.

Neben einer geeigneten Filterkerze wird auch ein passendes Filtergehäuse benötigt. Am Markt erhältliche Filtergehäuse sind meist kompatibel mit verschiedenen Filterelement-Ausführungen und erlauben über Gewinde- oder Schlauchanschlüsse die Integration in vorliegende Leitungssysteme. Die Filterhülsen werden mit entsprechenden Flachdichtungen reversibel im Filtergehäuse verbaut. So können die Filterelemente jederzeit entnommen und gereinigt oder ausgewechselt werden.

Gehäusekopf und -unterteil werden neben metallischen Legierungen aus Kunststoffen wie Polyamid oder Polypropylen gefertigt, welche sowohl anspruchsvollen chemischen als auch thermischen Bedingungen sowie Druckbelastung standhalten. Damit der Filtrationsprozess und die Filterkerze optisch geprüft werden können, kommen für das Unterteil auch transparente Werkstoffe wie Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) zum Einsatz.

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