Welchen Anforderungen müssen Filtrationssysteme für Gelpartikeln genügen?

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Differenzdruck

Zudem ist es einfach nachzuvollziehen, dass bei einem absolut harten Teilchen und einer absolut starren Pore eines Filtermaterials der Differenzdruck, der während der Filtration auf das Teilchen im Filtermaterial wirkt, unendlich hoch werden darf, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf die Filtratqualität hätte.

Je weicher ein Gelpartikel ist, desto niedriger muss der Differenzdruck während der Filtration sein, um das Gelpartikel nicht durch die Pore im Filtermaterial zu drücken. Die Abbildungen 1a und 1b zeigen schematisch, wie sich harte Partikel gegenüber weichen Partikeln an der Filtermaterialoberfläche verhalten.

Durch die Verwendung von extrem feinen Edelstahlfasern (bis 2 µm) bei den Filtern von Lenzing Technik, erreicht man eine sehr hohe Porosität des Filtermaterials. Dadurch und durch das Fehlen jeglicher Plissierung werden die Apparate auch bei höchsten Viskositäten mit Differenzdrücken zwischen ein und drei bar betrieben. Nur in den seltensten Fällen können diese nach längerer Betriebsdauer von mehreren Monaten bis zu fünf bar ansteigen.

Textur des Filtermaterials

Weiche Filtermedien, etwa Filterfilze, haben einen entscheidenden Nachteil: Ändert sich der Durchfluss oder steigt die Partikelbeladung, verändern sich auch der Differenzdruck und die Form der Poren im Filter mit. Das Filtermedium wird entweder mehr oder weniger komprimiert und die Poren schließen oder öffnen sich dadurch mehr. Durch diese Veränderungen wirken Kräfte auf das Gelparikel, die dieses verformen und im ungünstigsten Fall durch das Filtermedium hindurch drücken.

Zudem übt natürlich auch ein Partikel und insbesondere ein Gel, wenn es eine Pore verstopft, Kräfte auf das umliegende Material (z.B. die Faser des Filzes) aus und versucht, die Pore zu erweitern, was am Ende wiederum zum Durchdrücken des Partikels führt. Die Abbildung 2 zeigt diesen Effekt schematisch.

Bei den RKF- und AKF-Filtern wurde dieser Effekt so gelöst, dass mittels eines speziellen Spannkorbes das Filtermaterial auf das gelochte Stützrohr aufgespannt wird. Diese Aufspannung erfolgt mithilfe genau definierter Schraubenkräfte, sodass die Belastung, mit welcher der Spannkorb auf das Filtermaterial wirkt, einem Differenzdruck von sechs bar entspricht. Betrachtet man nun die andere Seite des Filtermaterials unter Berücksichtigung des Kräftegleichgewichts, so wird erkennbar, dass der Lochmantel (gelochtes Stützrohr) dieselbe Kraft auf das Filtermaterial in entgegengesetzter Richtung ausübt. Das Filtermaterial befindet sich dadurch im Kräftegleichgewicht (Abbildung 3).

Beginnt man nun mit der Filtration von innen nach außen, so steigt der Differenzdruck über das Filtermaterial. Für ein kleines Rechenbeispiel sei dieser Druck zwei bar. Um das Kräftegleichgewicht zu erhalten, entlastet der Differenzdruck aufgrund der Filtrationsrichtung den Lochmantel. Das heißt, das neue Kräftegleichgewicht lautet: Von der einen Seite vier bar durch den Lochmantel plus zwei bar durch den Filtrations-Differenzdruck ergeben sechs bar. Von der Gegenrichtung wirken die gleichen sechs bar des Spannkorbes (Abbildung 4).

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