Die Abscheidung von Feststoffen aus Prozessströmen findet in nahezu jeder verfahrenstechnischen Anlage statt. Besonders die kuchenbildende Filtration in der Fest-Flüssig-Trennung hat sich zur Aufarbeitung gering konzentrierter Suspensionen hervorgehoben und bietet energetische Vorteile gegenüber anderen Abscheidungsprinzipien. Neben der eigentlichen Abscheideperformance müssen die Filtergewebe regelmäßig ersetzt oder regeneriert werden. Grund ist der wachsende Widerstand als Folge der zunehmenden Filterkuchendicken. Unter Berücksichtigung der Reduzierung von Wegwerfprodukten ist die Regeneration der Gewebe eine interessante Möglichkeit die Kosten zu reduzieren und den Anfangswiderstand zwischen den Filtrationszyklen zu reduzieren. Dies ist mittels Filterkuchenabwurf zu realisieren. Im Zuge dieser Regeneration soll der Filterkuchen möglichst vollständig abgeworfen werden, damit das Gewebe den erforderlichen Filtratstrom wieder erreicht.
Für die Untersuchung ist eine Versuchsanlage zum Filtrieren und Regenerieren im Labormaßstab geplant, aufgebaut und in Betrieb genommen worden. Das Filterelement ist ein Labor-Kerzenfilter. Dieser ermöglicht neben Kuchenaufbau einen nachträglichen Abwurf in Flüssig- und Gasphase. Der Regenerationsschritt kann dabei bildtechnisch untersucht werden. Auf Basis dieser Versuchsanlage sind die folgenden Arbeitshypothesen überprüft worden.
Die Experimente haben deutlich gezeigt, dass zwischen Gas- und Flüssigabwurf unterscheiden werden muss. Beide Regenerationsprinzipien weisen unterschiedliche Abwurfmechanismen auf. So ist im Falle des Abwurfs in Flüssigphase kein Einfluss des Rückspüldruckes im Bereich 0,1 - 2 bar auf das notwendige Rückspülvolumen festzustellen. Dieses war für einen vollständigen (zusammenhängenden) Abwurf des Filterkuchens im Bereich < 2 l/m². Zur Reduzierung dieses Volumen empfiehlt es sich starre Gewebe zu verwenden. Dehnbare Gewebe könne das Rückspülvolumen um bis zu 100 % erhöhen. Hier ist durchaus eine Druckabhängigkeit des Dehnungsverhaltens festzustellen. Zudem ist ein großer Einfluss der Kuchendicke auf das Rückspülergebnis festgestellt worden. Zudem gilt, dass dickere Filterkuchen besser zu regenerieren sind. Diese lassen sich anhand des spezifischen Kuchenwiderstands nach VDI 2762-2 gut abschätzen. Mit Blick auf eine Partikel-Gewebe-Paarung kann festgestellt werden, dass porösere und glattere Gewebe geringere Kuchendicken für einen vollständigen Abwurf benötigen. Im Gegensatz dazu steht der Gasabwurf, dessen Regenerationsperformance maßgeblich durch den Impuls festgelegt wird. Hier empfiehlt es sich dehnbare, und locker aufgespannte Gewebe für den Abwurf zu verwenden. Je höher der Druck, und je größer der Beschleunigungsweg, desto mehr Masse wird abgeworfen. Hier haben vorangegangen Untersuchungen bereits gezeigt, dass ebenfalls hochporöse Gewebe die Adhäsion der ersten Partikellage reduziert und den Abwurf begünstigt.
Im Rahmen des Vorhabens konnte der Vorgang des Kuchenabwurfs von Kerzen-/ und Blattfiltern geklärt werden. Die während der Untersuchung aufkommenden Fragen, welche die vorgesehenen Arbeitspunkte überschreiten, sind Gegenstand nachfolgender Forschungsvorhaben.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 04/2015 bis 01/2018 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Lehrstuhl Verfahrenstechnische Maschinen (Straße am Forum 8, 76131 Karlsruhe, Tel.: 0721/608-42404) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Nirschl (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Nirschl).
Das IGF-Vorhaben Nr. 18591 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.