Die Vibrationsverdichtung ist ein neuartiges Verfahren im Bereich der Kuchenfiltration, mit dem die unerwünschte Rissbildung während der Untersättigung durch einen Gasdifferenzdruck verhindert und der Filterkuchen weitergehend mechanisch entfeuchtet werden kann. Die Rissbildung während der Untersättigung führt zu höheren Betriebskosten und im schlimmsten Fall zu einem Abfall der Druckdifferenz und damit einem schlechteren Entfeuchtungsergebnis des Filterkuchens. Da mechanische Entfeuchtungsmaßnahmen erheblich weniger Energie als die thermische Trocknung benötigen, ist es vorteilhaft, den Filterkuchen nach der Kuchenbildung so weit wie möglich mechanisch zu entfeuchten. Daher besitzt das Verfahren für die industrielle Kuchenfiltration grundsätzlich das Potential, Energie und somit Betriebskosten einzusparen. Im Vorgängervorhaben N 18997 N wurde das Verfahren erfolgreich im Labormaßstab für einige wenige Modellprodukte getestet. Nun galt es im Rahmen des neuen Vorhabens, einerseits das grundlegende Prozessverständnis durch fortzuführende Untersuchungen an der bestehenden Laboranlage zu vertiefen und andererseits das Verfahren auf einen kontinuierlichen Filtrationsprozess im Pilotmaßstab zu übertragen.
In der Laboranlage erfolgten experimentelle Studien zur Ermittlung des Verdichtungsverhaltens unter Vibrationseintrag von verschiedenen Modellprodukten, die sich bezüglich ihrer Materialeigenschaften unterschieden. Es ergaben sich daraus Korrelationen zwischen Materialeigenschaften und dem Verdichtungsverhalten unter oszillierender Scherung. Die Erkenntnisse ermöglichen in der industriellen Anwendung, die Eignung und das Potential des Vibrationseintrags zur Verdichtung und Entfeuchtung von kompressiblen Produkten besser abschätzen zu können. Auf dieser Grundlage ist eine Abwägung möglich, ob es sich lohnt, bestehende Apparate, die ein bestimmtes Produkt filtrieren, um eine Vibrationsverdichtung zur Verhinderung von Rissbildung oder zur mechanischen Entfeuchtung zu erweitern.
Für die Übertragung des Verfahrens auf einen kontinuierlichen Filterapparat wurde ein modulares Vibrationsmodul entwickelt, das auf einen bestehenden Taktbandfilter im Pilotmaßstab implementiert wurde. Durch den Einsatz des entwickelten Vibrationsmoduls ist eine erhebliche mechanische Entfeuchtung des Filterkuchens sowie eine Verhinderung der Rissbildung bereits nach einer kurzen Prozesszeit auf dem kontinuierlichen Filterapparat möglich. Dies verdeutlicht die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens auf bestehende Taktbandfilter. Durch die Vibrationsverdichtung auf dem Bandfilter können gleiche oder sogar geringere Verdichtungs- bzw. Entfeuchtungszustände im Vergleich zur konventionellen Pressverdichtung erreicht werden. Insbesondere für kompressible Materialien, die bisher in diskontinuierlichen Filterpressen zur mechanischen Entfeuchtung pressverdichtet werden, bietet die Vibrationsverdichtung das Potential, diese im gleichen oder höheren Maße auf einem kontinuierlichen Bandfilter zu entfeuchten. Für KMU des Maschinen- und Apparatebaus im Bereich der Filtration besteht somit die Möglichkeit, ihr Produktportfolio um diese innovative Technologie zu erweitern, um so ein Alleinstellungsmerkmal zu entwickeln.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 04/2019 bis 09/2021 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (Straße am Forum 8, 76131 Karlsruhe, Tel. 0721 608-42404) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Nirschl (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Nirschl).
Das IGF-Vorhaben Nr. 20674 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.