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Regenerierbare Filter

Regenerierbare Filter werden bei der Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Gasen eingesetzt, wenn in hohen Konzentrationen staubbeladene Abluft gereinigt werden soll. Die Reinigungswirkung beruht auf der sogenannten Oberflächenfiltration. Dabei erfolgt die Abscheidung der Partikel hauptsächlich an der Oberfläche der Filtermedien und im Verlauf der Filtration zusätzlich an der sich ausbildenden Partikelschicht (Staubkuchen). Nach Erreichen eines vorgegebenen Druckverlusts oder in fest definierten Intervallen werden die Filtermedien abgereinigt, sodass der Filtrationsprozess bei niedrigen Druckverlusten fortgesetzt werden kann. Der abgeschiedene Staub kann zurückgewonnen oder entsorgt werden. 

Die Bauformen von regenerierbaren Filtern unterscheiden sich in der geometrischen Anordnung der Filtermedien, der Gasführung und der Abreinigungsart.

Eine weitere Unterteilung filternder Abscheider erfolgt nach Art und Konfektionierung des Filtermaterials. Bezüglich der Art der Filtermedien wird zwischen SchlauchfilterTaschenfilterPatronenfilterLamellenfilter und Kassettenfilter unterschieden.

regenerierbare Filter
Abreinigung 
  • Rütteln
  • Rückspülung
  • Druckluftstoß
 
Typische Parameter:Reststaubkonzentration0,001 bis 20 mg/m³ (HEPA-Qualität < 0,001 mg/m³)
 Partikelgrößenverteilung< 0,1 bis 100 µm
 Temperatur-40 bis +260 °C
Filtermedien 
  • Kunstfaser-Nadelfilze
  • Kunstfaser-Spinnvliese (Spunbound-Vlies)
  • PTFE-Membran
  • papierartige Vliese
  • Sinterkunststoffe
  • Sintermetalle
  • Metallvliese
 
Typische KenngrößenFlächengewicht (ohne Sinterfilter)150 bis >700 g/m³
 Filterflächenbelastung30 bis 180 m³/m²/h
 Differenzdruck bei Inbetriebnahme200 bis 500 Pa
 Stationärer Differenzdruck500 bis 1.500 Pa
Geometrie  
  • Schlauchfilter
  • Taschenfilter
  • Patronenfilter
  • Lamellenfilter
  • Kassettenfilter
  • Starrkörperfilter / Sinterelemente
 

Geometrie von Schlauchfilter, Taschenfilter, Patronenfilter, Lamellenfilter und Kassettenfilter

  • Bei Schlauchfiltern ist das Filterelement ein zylindrischer Schlauch. Die Filterschläuche werden in unterschiedlichen Durchmessern und Längen hergestellt. Sie decken das komplette Größenordnungsspektrum von < 0,1 m² bis zu > 100.000 m² Filterfläche ab. Schlauchfilter werden zur Filtration von Abluft bei niedrigen und mittleren Temperaturen bis ca. 260 °C eingesetzt. Das Schlauchfiltermedium hält bei der Durchströmung den Staub zurück. Die Filterschläuche werden regelmäßig - meist durch Druckluftimpulse - abgereinigt. Hierbei wird der Abreinigungseffekt des Druckluftimpulses zusätzlich durch das schlagartige Aufblähen des Filterschlauches verstärkt. Schlauchfilter eignen sich deshalb auch für klebrige bzw. stark adhäsive Stäube.
  • Taschenfilter werden zur Entstaubung kleinerer Gasmengen eingesetzt. Die Einsatztemperaturen entsprechen einem Schlauchfilter. Das Filtermedium wird über ebene, plattenförmige Rahmen gespannt, die an einer Seite für den Reingasaustritt geöffnet sind. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen. Die Filtertaschen werden regelmäßig - meist durch Druckluftimpulse - abgereinigt. Hierbei wird der Abreinigungseffekt des Druckluftimpulses zusätzlich durch das schlagartige Aufblähen der Filtertasche verstärkt. Dieser Effekt ist beim Taschenfilter nur minimal geringer als beim Schlauchfilter. Deshalb eignen sich auch Taschenfilter für klebrige bzw. stark adhäsive Stäube.
  • Patronenfilter sind eine immer öfter eingesetzte Alternative zu Schlauchfiltern. Das Filtermedium wird sternförmig gefaltet und auf einen zylindrischen Stützkörper aufgebracht. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung per Druckstoß (Jet-Puls) oder Niederdruckspülung. Patronenfilter werden nur bei leicht abzureinigenden Stäuben eingesetzt, da andernfalls ein Verstopfen der Falten mit Staub möglich ist. Der Temperaturbereich ist begrenzt auf ca. 200 °C.
  • Lamellenfilter sind eine Alternative zu Taschenfiltern. Zwei gefaltete Filtermedien werden aufeinander gelegt und an ihren Kontaktstellen miteinander verklebt oder verschweißt. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung per Druckstoß (Jet-Puls) oder Niederdruckspülung. Lamellenfilter werden wie Patronenfilter nur bei leicht abzureinigenden Stäuben eingesetzt, da andernfalls ein Verstopfen der Falten mit Staub möglich ist. Durch die größere Filterfläche als bei Filtertaschen können die Filtergehäuse kleiner und dadurch günstiger gebaut werden. Die Einsatztemperaturen liegen bei max. 130 °C.
  • Beim Kassettenfilter („HEPA-Filter“) tritt das staubbeladene Gas meist im unteren Teil in die Rohgaskammer des Filtergehäuses ein und durchströmt zunächst die erste Filterstufe. Dabei wird der mitgeführte Feinstaub in den Faltungen der Filterkassette außen abgeschieden. Die Abreinigung der Filterkassette erfolgt pneumatisch. Ein Düsenrohr fährt über die gesamte Breite und Länge der Filterkassette langsam vor und wieder zurück. Die kontinuierlich ausströmende Druckluft bläst die Filterkassette nach unten hin aus und befreit die Filterelemente vom Staub. Der Einsatz beschränkt sich auf geringe Staubkonzentrationen (< 1,0 g/m³) und leicht abreinigbare Stäube. Das gereinigte Gas aus der ersten Filterstufe kann optional eine zweite, nicht abgereinigte Filterstufe durchströmen (Sicherheitsfilter, Polizeifilter). Der Temperaturbereich beträgt max. 180 °C.  

Geometrie von Schlauchfilter, Taschenfilter, Patronenfilter, Lamellenfilter und Kassettenfilter

  • Bei Schlauchfiltern ist das Filterelement ein zylindrischer Schlauch. Die Filterschläuche werden in unterschiedlichen Durchmessern und Längen hergestellt. Sie decken das komplette Größenordnungsspektrum von < 0,1 m² bis zu > 100.000 m² Filterfläche ab. Schlauchfilter werden zur Filtration von Abluft bei niedrigen und mittleren Temperaturen bis ca. 260 °C eingesetzt. Das Schlauchfiltermedium hält bei der Durchströmung den Staub zurück. Die Filterschläuche werden regelmäßig - meist durch Druckluftimpulse - abgereinigt. Hierbei wird der Abreinigungseffekt des Druckluftimpulses zusätzlich durch das schlagartige Aufblähen des Filterschlauches verstärkt. Schlauchfilter eignen sich deshalb auch für klebrige bzw. stark adhäsive Stäube.
  • Taschenfilter werden zur Entstaubung kleinerer Gasmengen eingesetzt. Die Einsatztemperaturen entsprechen einem Schlauchfilter. Das Filtermedium wird über ebene, plattenförmige Rahmen gespannt, die an einer Seite für den Reingasaustritt geöffnet sind. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen. Die Filtertaschen werden regelmäßig - meist durch Druckluftimpulse - abgereinigt. Hierbei wird der Abreinigungseffekt des Druckluftimpulses zusätzlich durch das schlagartige Aufblähen der Filtertasche verstärkt. Dieser Effekt ist beim Taschenfilter nur minimal geringer als beim Schlauchfilter. Deshalb eignen sich auch Taschenfilter für klebrige bzw. stark adhäsive Stäube.
  • Patronenfilter sind eine immer öfter eingesetzte Alternative zu Schlauchfiltern. Das Filtermedium wird sternförmig gefaltet und auf einen zylindrischen Stützkörper aufgebracht. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung per Druckstoß (Jet-Puls) oder Niederdruckspülung. Patronenfilter werden nur bei leicht abzureinigenden Stäuben eingesetzt, da andernfalls ein Verstopfen der Falten mit Staub möglich ist. Der Temperaturbereich ist begrenzt auf ca. 200 °C.
  • Lamellenfilter sind eine Alternative zu Taschenfiltern. Zwei gefaltete Filtermedien werden aufeinander gelegt und an ihren Kontaktstellen miteinander verklebt oder verschweißt. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung per Druckstoß (Jet-Puls) oder Niederdruckspülung. Lamellenfilter werden wie Patronenfilter nur bei leicht abzureinigenden Stäuben eingesetzt, da andernfalls ein Verstopfen der Falten mit Staub möglich ist. Durch die größere Filterfläche als bei Filtertaschen können die Filtergehäuse kleiner und dadurch günstiger gebaut werden. Die Einsatztemperaturen liegen bei max. 130 °C.
  • Beim Kassettenfilter („HEPA-Filter“) tritt das staubbeladene Gas meist im unteren Teil in die Rohgaskammer des Filtergehäuses ein und durchströmt zunächst die erste Filterstufe. Dabei wird der mitgeführte Feinstaub in den Faltungen der Filterkassette außen abgeschieden. Die Abreinigung der Filterkassette erfolgt pneumatisch. Ein Düsenrohr fährt über die gesamte Breite und Länge der Filterkassette langsam vor und wieder zurück. Die kontinuierlich ausströmende Druckluft bläst die Filterkassette nach unten hin aus und befreit die Filterelemente vom Staub. Der Einsatz beschränkt sich auf geringe Staubkonzentrationen (< 1,0 g/m³) und leicht abreinigbare Stäube. Das gereinigte Gas aus der ersten Filterstufe kann optional eine zweite, nicht abgereinigte Filterstufe durchströmen (Sicherheitsfilter, Polizeifilter). Der Temperaturbereich beträgt max. 180 °C.  

Funktionsweise filternde Abscheider

Das partikelbeladene Gas durchströmt die Filterelemente in aller Regel von außen nach innen. Durch den Gasstrom setzen sich die festen Partikel außen auf den Filtermedien ab. Dabei baut sich eine Staubschicht - der sogenannte Filterkuchen - auf.

Periodisch müssen die Filtermedien abgereinigt werden. Beim Abreinigen wird durch kurze Druckluftimpulse bzw. mechanische Rüttelbewegungen oder Rückspülen mit Luft der Staubkuchen wieder abgelöst. Die Staubschicht fällt nach unten, z. B. über einen Auffangtrichter in einen Staubsammelbehälter, der regelmäßig entleert wird, oder in ein weiterführendes Staubaustragssystem.

Betriebsverhalten filternde Abscheider

Das Betriebsverhalten einer Filteranlage hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, die bei der Auslegung eines Entstaubers zu berücksichtigen sind und einen maßgeblichen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems haben.

Primäre Einflussgrößen: 

Chemische und physikalische Eigenschaften des Trägergaseskorrosiv, trocken / Taupunkt
Chemische und physikalische Eigenschaften der PartikelPatrikelgrößenverteilung, Dichte, Partikelform, Abrasivität, agglomerierend, faserig, hygroskopisch, klebrig, korrosiv, flüssige Aerosole vorhanden
Physikalische Eigenschaften des abgeschiedenen StaubsSchüttdichte, brückenbildend, rieselfähig, Schüttwinkel
ProzessparameterVolumenstrom, Rohgasstaubkonzentration, Betriebsdruck, Temperatur
Betriebsweise der Anlagekontinuierlich, diskontinuierlich
Aufstellort abhängige NotwendigkeitenMaximalabmessungen Länge, Breite, Höhe (inkl. Filterwechselfreiraum)
Explosions- und brandtechnische Kenngrößen von Trägergas und Partikeln

 

Sekundäre Einflussgrößen:

Sicherheitstechnischen RahmenbedingenExplosionsschutzkonzept, erforderlicher Reingaswert, Staubexposition der Mitarbeiter bei Servicearbeiten (Staubfreisetzung bei Filterwechsel und Behälterwechsel), Entsorgungsweg des Filtrats
Produktionsspezifische BesonderheitenWaschbarkeit (bis hin zu CIP), FDA-Eignung, Lebensmitteleignung, Dekontaminierbarkeit, u.a.m.
Wirtschaftliche Gesichtspunkte24h Betrieb, Online-Filterwechsel, Servicefreundlichkeit, Kostenbetrachtung über die Anlagenlebensdauer 

 

Die primären und sekundären Einflussgrößen stellen die Rahmenbedingungen für die Auslegung einer Filteranlage dar und bilden die Grundlage für die folgenden verfahrenstechnischen Filteranlagen(konstruktions)merkmale:

Art und Gestaltung der Filterelemente:

  • Filterkonfektion und Filtergeometrie: Schlauch, Tasche, Patrone, Starrkörper, Lamelle, Kassette, etc.
  • Filtermedium: Polyester, Polypropylen, PTFE und viele mehr

Aufbau der Anlage:

  • Filterflächenbelastung
  • Anlagengeometrie: rechteckig, rund 
  • Rohgasführung: horizontal, vertikal bzw. axial, tangential, Vorabscheidesystem, Downflow-Prinzip, Auftriebsgeschwindigkeit
  • Abreinigungsprinzip: Jet-Puls, Rückspülen, Rütteln
  • Ausführung des Staubaustrags: Austragshilfe, Trichterneigung 
  • Art des Filterwechsels: rohgasseitig, reingasseitig, horizontal, vertikal, staubarm, Safe-Change-, Benetzung

Neben den primären - hauptsächlich verfahrenstechnischen - Einflussgrößen gewinnen die sicherheitstechnischen Rahmenbedingungen und produktionsspezifischen Besonderheiten zunehmend an Bedeutung.

Konstruktive Ausführung von Filtrationsabscheidern

Filtrationsabscheider bestehen als Stand-Alone-Einheiten grundsätzlich aus:

  • Filterkopf mit Regenerierungseinrichtung (in der Regel Druckluftabreinigung)
  • Zwischenboden zur Aufnahme der Filterelemente
  • Filterelementen
  • Gehäuse
  • Staubsammelraum
  • Staubaustrag in unterschiedlichen Ausführungen
  • Zusatzkomponenten, z. B. Abreinigungssteuerung, Austragsorgane, Ventilator

Typische Auslegungsparameter für Filter mit mechanischer Abreinigung, Rückspülabreinigung und Jet-Pulse Abreinigung

 Gewebefilter mechanische AbreinigungKassettenfilter
Rückspülabreinigung (1)
Filter
Jet-Pulse Abreinigung
Gasvolumenstrom> 500 m³/h300 bis 30.000 m³/h2 bis > 2.000.000 m³/h
Filterfläche> 5 m²10 bis 300 m²0,1 bis > 20.000 m²
Filterflächenbelastung0,7 bis 1,5 m³/m² min0,5 bis 1,7 m³/m² min0,5 bis 3 m³/m² min
Staubbeladung0,5 bis 500 g/m³< 1 g/m³0,5 bis 500 g/m³
Abreinigung 
  • Rütteln/Klopfen
  • geringer Energieeintrag in das Filtermedium
  • nur Offline
 
 
  • Umkehrung Gasstrom
  • mittlerer Energieeintrag in das Filtermedium
  • Online durch Parallelschaltung
 
 
  • Druckstoß
  • hoher Energieeintrag in das Filtermedium
  • Online oder Offline
 
FiltermaterialienGewebeMikroglasfaservlies oder Vlies mit PTFE-MembranNadelfilze, Vliese, Sinterkunststoff, mit oder ohne PTFE Membran

(1) Infastaub setzt die Rückspülabreinigung nur für abreinigbare Kassettenfilter des Typs MKR ein, worauf sich o. g. Zahlen beziehen. Spülluftfilter mit Filtertaschen bzw. sogenannten Flachschläuchen diverser Hersteller können Volumenströme bis 100.000 m³/h bei entsprechend großen Filterflächen bewältigen.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen bei Filteranlagen

Beim Kauf einer Filteranlage stehen häufig nach der technischen Klärung verschiedenste Anlagenkonzepte zur Auswahl, die dann kommerziell verglichen werden. Hierbei ist eine stark vereinfachte Kostenbetrachtung bestehend aus Investitionskosten und zu erwartender Filterstandzeit aus heutiger Sicht nicht mehr zeitgemäß.

Diese sollte durch eine wirtschaftliche Betrachtung über die gesamte Anlagenlebensdauer hinweg ersetzt werden. Folgende Faktoren sollten hierbei mindestens berücksichtigt werden

  • Investitionskosten
  • Energiekosten Ventilator
  • Energiekosten der Filterabreinigung (Druckluft bzw. Stickstoff o. ä./Strom)
  • Kosten Filtermedien sowie allgemeine Ersatzteil- und Reparaturkosten über die Lebensdauer der Filteranlage (inkl. Montagekosten)
  • Produktionsausfallkosten bei Filterwechsel
  • Geschätzte Kosten für Demontage und u. U. Dekontaminierung

Auswahlhilfe für Filtermedien / Bauarten von abreinigbaren Filteranlagen

Jede abreinigbare Filterbauart hat aufgrund seiner besonderen Eigenschaften seine Existenzberechtigung.

Die Tabelle hebt die besonderen Stärken und Schwächen der Bauformen hervor, um die optimale Lösung für ein Filterprojekt zu finden. Betrachtet werden einstufige Anlagen bis zu einem Volumenstrom von ca. 10.000 m³/h. Die Bewertungen sind relativ zu den jeweiligen Vergleichsbauarten zu sehen, beginnend mit dem am besten geeigneten (+++). Parameter, die bei allen Anlagentypen nur sehr geringe Abweichungen haben, fließen nicht in diese Übersicht ein.

 SchlauchTaschePatroneLamelleSinterkunststoffKassetteE-FilterWäscher
Aufstellsituation
geringe Bauhöhe-+++++++++--
kleine Aufstellfläche++++++++++--
Staubcharakter
Staubmenge >20 g/m³+++++++++++++-+++
kleinste Staubmengen *+++++++++++++
sehr feuchter, klebriger oder stark hygroskopischer Staub+++++-++-++++
abrasiver Staub+++++++++++++++
feinster Staub (< 1 µm)+++++++++++++++
extrem leichter Staub++++++++++
Prozessparameter
Temperatur max. **260 °C260 °C200 °C130 °C80 °C180 °C500 °C60 °C
Filterwechsel
bei laufendem Betrieb+++++ +++++n. a.n. a.
staubarm-++++++++++++n. a.n. a.
Safe-Change ***--+++--+++n. a.n. a.
OEB-Anforderung ****--+++--+++n. a.n. a.
Sonstiges
Offline+++++++++++-
Online+++++++++++++++-++++++
Druckverlust+++++++++++++++++
Produktgewinnung++++++++++++++++++++-
Reststaubgehalt++++++++++++++-
leichte Innenreinigung produktseitig++++++++--
WIP++++++++++++n. a.n. a.
CIP++-++++-n. a.n. a.

*    kein Aufbau eines Filterkuchens zu erwarten
**    ohne Metall- oder Keramikfilterelemente
***    Doppelrillenwechselkragen
****    ohne Befeuchtung

Job und Karriere

Was man bei Infastaub machen kann und wie wir ticken? Hier gibt es viele Infos.

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