Reichelt Chemietechnik Magazin
Sowohl für die Trink- und Abwasseraufbereitung, in der Getränke- und Halbleiterindustrie, der Chemietechnik und der Pharmazie ist die Filtration ein wichtiger Prozess für die Abtrennung von Feststoffen aus Fluiden. Wegen ihrer Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit, Effektivität und relativ geringen Kosten hat sich der Einsatz von Filterkerzen bei vielen Filtrationsprozessen etabliert.
So funktionieren Filterkerzen
Filtereinsätze für den Einsatz in speziellen Filtergehäusen, die aus einem porösen Hohlzylinder bestehen und in ihrem Aussehen an Kerzen erinnern, werden umgangssprachlich als Filterkerze oder Kerzenfilter bezeichnet. Üblich sind poröse gesinterte Werkstoffe oder Filterkerzen aus Siebgeweben bzw. Filtergeweben wie Polyamid.
Es wird zwischen Oberflächen- und Tiefenfiltration unterschieden. Bei der Oberflächenfiltration werden Partikel aufgrund ihrer Größe an der Filteroberfläche zurückgehalten. Voraussetzung für diese mechanische Trennung ist, dass die größte Porengröße des Filtermaterials kleiner ist als die der abzuscheidenden Partikel.
Bei der Tiefenfiltration findet die Partikelabscheidung über die gesamte Breite des Filtermediums durch mechanische Abscheidung und Adsorption statt. Die Abscheiderate wird absolut oder nominell angegeben. Die absolute Abscheiderate gibt einen fest definierten Prozentsatz der Partikelgröße an, die sicher zurückgehalten werden. Bei einer Filterkerze mit nominaler Abscheiderate wird eine gewisse Menge, in der Regel mehr als 60 %, der Partikel, die größer oder gleich der der angegeben Feinheit ist, zurückgehalten.
Anwendung von Filterkerzen
Die zu reinigende Flüssigkeit wird mit einer Pumpe in den Filterbehälter gepumpt, wobei die Filterkerze von außen nach innen durchströmt wird. Die Reinigung der Flüssigkeit kann sowohl durch Oberflächenfiltration als auch durch Tiefenfiltration erfolgen.
Bei der Oberflächenfiltration bildet sich auf der Filteroberfläche ein Filterkuchen, der zum einen zusätzlich als Filtermedium wirkt, zum anderen jedoch den Strömungswiderstand des Filters erhöht und die Durchflussrate durch den Filter reduziert. Nach Erreichen einer bestimmten Durchflussrate oder eines definierten Filtrationsdrucks, muss die Filterkerze gereinigt oder ausgetauscht werden.
Aufbau von Kerzenfiltern
Filterkerzen und Filtergehäuse werden aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt. Filtermodule bestehen oft aus einem Stützkern aus Metall oder Kunststoff zur Unterstützung des Filtermaterials. Kerzenfilter werden einseitig offen oder beidseitig offen angeboten, wobei die Variante einseitig offen mit SOE (engl. „single open end“) und die beidseitig offene mit DOE (engl. „double open end“) abgekürzt wird. Die beiden Enden können mit verschiedenen Adaptern ausgestattet werden, um den Einbau in unterschiedliche Gehäuse zu ermöglichen. Die Größe der Filterkerze bestimmt die Filteroberfläche. Um die Oberfläche zu vergrößern, kann das Filtermaterial plissiert werden.
Wickelfilterkerzen sind Tiefenfilter, deren Filterschichtdicke je nach Bauart einen bis mehrere Zentimeter betragen kann. Bei diesen Filterelementen wird das Filtermaterial auf den Stützkern aufgewickelt wird. Das Wickelverfahren und die Art der Wickelung bestimmen die Filterfeinheit. Wickelfilterkerzen besitzen oft eine abgestufte Porenstruktur. Der äußere Bereich hält große Partikel zurück, der innere Bereich kleine. Stützkerne werden meist aus Edelstahl oder Polypropylen gefertigt. Als Filtermaterial werden Baumwolle, Glasfasern oder Polymerfasern wie Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyester, Polyethersulfon (PES) oder Polyphenylensulfid (PPS) verwendet.
Schmelzgeblasene Tiefenfilterkerzen werden im Schmelzblas-Verfahren (Meltblown-Verfahren) auf einen Stützkern aufgeblasen und ohne Verendung von Bindemittel oder Klebern thermisch verbunden. Die Porengröße der Filtermatrix ist von außen nach innen abgestuft. Gängige Filtermaterialien sind Polypropylen (PP), Polyamid 6.6 (PA 6.6) oder Polyester.
Membranfilterkerzen sind meist mehrlagig und bestehen aus einem äußeren Stützkäfig, meist aus Polypropylen, einer Filtermembran, Trägervliesen und Stützkern. Zur Erhöhung der Oberfläche werden Membranfilterkerzen meist mit plissierter Membran angeboten. Für die Filtration von wässrigen Lösungen werden hydrophile Membrane aus Polyethersulfon (PES) eingesetzt. Hydrophobe Membrane aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Polysulfon (PSU) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) eignen sich für die Filtrierung von Lösungsmitteln.
Aktivkohlefilterkerzen zeichnen sich durch eine große Oberfläche aus. Die Aktivkohle wird aus Naturprodukten wie Steinkohle oder Kokosnussschalen gewonnen und in Form von Pellets, Aktivkohle-Granulat oder als poröser Block in dem Kerzenfilter verwendet. Bei Filterkerzen mit Granulat oder Pellets befinden sich zwischen einem Außenkäfig und Stützkern Filterschichten aus Polyethylen, die die Aktivkohle-Schüttung zusammen- und Partikel zurückhalten. Aktivkohle-Blockfilter sind häufig mit einem Vlies oder einem gewickelten Vorfilter aus Polypropylen ausgestattet. Zum Schutz der Aktivkohle wird meist ein Partikelfilter vorgeschaltet.
Filterkerzen aus Edelstahl enthalten als Filtermaterial ein glattes oder plissiertes Edelstahlgewebe mit definierten Maschenöffnungen, das durch einen Stützkern gestützt wird.
Welches Filterelement für welche Anwendung
Filterkerzen mit nominalen Abscheideraten werden als Vorfilter oder zur Entfernung Verunreinigungen und Trübungen eingesetzt. Filterelemente mit absoluten Abscheideraten finden Anwendung bei anspruchsvolleren Filtrationsprozessen und als Sicherheitsfilter.
Wickelfilterkerzen werden in Feinheiten von 1 µm bis 200 µm angeboten. Sie eignen sich für die Mikrofiltration in der Wasseraufbereitung, die Meerwasserentsalzung, der Aufbereitung von Kühl- und Prozesswasser, galvanischen Bädern, Fotochemikalien, der Getränkefiltration sowie der Filtrierung von Ölen, Säuren und Laugen.
Schmelzgeblasene Tiefenfilterkerzen mit Abscheideraten zwischen 0,5 µm bis 150 µm werden bei der Filtration von Kühlwasser in der Halbleiterindustrie, Harzen, hochwertigen Farben und Lacken, der Wein-Vorfiltration, der Umkehrosmose oder als Reinstwasser-Vorfilter verwendet.
Mit Feinheiten von 0,02 µm bis 50 µm zeichnen sich Membranfilter durch die geringste Porengröße aus und finden Anwendung in Bereichen, in denen höchste Reinheit geboten ist, wie in der Halbleiter-, Pharma- und Getränkeindustrie, der Medizintechnik, bei der Herstellung von Reinstwasser, Feinchemikalien und ophthalmologischen Lösungen.
Die Filtrationswirkung von Aktivkohle-Filterkerzen beruht auf Adsorption, damit können gelöste oder kolloidale Stoffe entfernt werden, die mechanisch nicht filtrierbar sind. Aktivkohle-Filterkerzen entfernen biologische Verunreinigungen, Trübungen und geruchs- sowie geschmacksbeeinträchtigende Stoffe. In der Trinkwasseraufbereitung werden sie verwendet, um überschüssiges Chlor oder Ozon zu entfernen, in der Galvanik zur Entfernung organischer Verunreinigungen. Ebenso finden sie Anwendung bei der Gasfiltration und Luftreinigung von Reinräumen, Krankenhäusern, Flughäfen, Großküchen und Museen.
Edelstahlfilterkerzen eignen sich als Filterelemente für hohe Temperaturen, für kryogene Flüssigkeiten und Gase sowie für korrosive Medien. Mit Filterfeinheiten von 5 µm bis 700 µm finden sie Anwendung als Siebfilter für Lebensmittel wie Öle, Fette, Sirup oder Gelees. Sie dienen als Schutzfilter vor Pumpen, Ventilen, Düsen oder Wärmetauschern. Weiterhin werden sie als Sicherheitsfilter von Tinten, Farben, Lacken und Klebstoffen eingesetzt.
Die große Auswahl an Kerzenfiltern mit unterschiedlichem Aufbau und Filtermaterialien erlaubt die Entfernung sowohl grober als auch feiner sowie mikrobieller Verunreinigungen aus unterschiedlichen Fluiden. Mit Filterkerzen können Filtersysteme dynamisch an die jeweiligen Prozessbedingungen angepasst werden. Dank dem leichten Aus- und Einbau können sie zudem schnell ausgetauscht, gereinigt und wiederverwendet werden.
Bildquellen: Beitragsbild | © Serhii Moiseiev – stock.adobe.com Plissierte Öl-Filterkerze: © GRON777 - stock.adobe.com
