Das Forschungsprojekt untersuchte die mehrstufige Filterkuchenwäsche im Gegenstrom auf kontinuierlichen Taktbandfiltern in zwei Maßstäben. In einer Labornutsche fanden begleitend Versuche zur Filterkuchenwäsche statt. Die Ergebnisse dienten als Basis für Simulationsrechnungen. Das Modell für die Simulation wurde im Projekt IGF-19169 N entwickelt und in diesem Projekt weiter angepasst. Für die experimentellen Untersuchungen wurden zwei Versuchsstoffe (Calciumcarbonat Juraperle 130, Quarzsand BCS 201) verwendet, welche in einer Mutterflüssigkeit aus VE-Wasser und der Modellverunreinigung Natriumchlorid suspendiert wurden. Der verwendete Labortaktbandfilter wurde im Laufe des Projekts ausgelegt, beschafft und in Betrieb genommen. Ein industrienahes mineralisches Referenzprodukt wurde bei einem Industriepartner im Pilotmaßstab untersucht.
In den experimentellen Voruntersuchungen wurden die beiden Stoffsysteme und ihre Filterkuchen charakterisiert und einstufige Waschversuche bei unterschiedlichen Kuchenhöhen und Differenzdrücken durchgeführt, um die notwendigen Betriebsparameter auf dem Labortaktbandfilter zu definieren und Basisdaten für Simulationen zu erhalten. Versuche mit Vorentfeuchtung und anschließender Wäsche lieferten Referenzkurven, um die Übertragbarkeit auf den kontinuierlichen Labortaktbandfilter zu überprüfen. Die Erkenntnisse zur Wäsche untersättigter Filterkuchen aus Projekt 19169N wurden auch im größeren Maßstab bestätigt. Mit Labornutsche und Labortaktbandfilter konnte gezeigt werden, dass eine Vorentfeuchtung das notwendige Waschverhältnis im Verdrängungs- und teilweise im Dispersionsbereich reduziert. Der Diffusionsbereich bleibt unverändert. Im Verdrängungsbereich kommt es durch die Vorentfeuchtung und Wäsche zunächst zu einem Auffüllen der Poren, bevor die Wäsche vollständig einsetzt. Dieses Phänomen führt zur Definition eines bisher unbekannten „Auffüllbereichs“ bei der Wäsche vorentfeuchteter Filterkuchen. Die Ausprägung des Auffüllbereichs ist dabei eine Funktion der Startsättigung vor der Wäsche.
Mit dem Labortaktbandfilter wurden zunächst einstufige Waschversuche durchgeführt. Es zeigte sich, dass der Versuchsstoff BCS 201 einen zu durchlässigen Filterkuchen erzeugt und somit keine flutende Wäsche ermöglicht wird. Daher wurden die weiteren Versuche mit feinerem Feststoff (Juraperle 130) durchgeführt. Um eine Vergleichbarkeit zu den einstufigen Nutschenversuchen herstellen zu können, wurden diese mit der tagesaktuellen Suspension bei gleichen Betriebsbedingungen wiederholt. Deutliche Abweichungen der einstufigen Waschkurven beider Apparate zeigten Optimierungsbedarf am Taktbandfilter. Eine zu inhomogene Kuchenoberfläche verhinderte eine flutende Wäsche. Nach Optimierungen lieferte der Taktbandfilter gute Ergebnisse im Diffusionsbereich, im Dispersionsbereich kam es dennoch zu leicht erhöhten Werten der Restbeladung (W=const). Eine Validierung der Simulation der zweistufigen Gegenstromwäsche wurde daher auf Basis der einstufigen Bandfilterversuche durchgeführt (und nicht der Laborversuche) und lieferte übereinstimmende Ergebnisse in allen Bereichen der Waschkurve. Ein Scale-Up von der Laborfilternutsche auf den Labortaktbandfilter ist nur eingeschränkt möglich, jedoch ist die Simulation innerhalb des Apparates anwendbar. Untersuchungen zur Vorentfeuchtung und Wäsche auf dem Labortaktbandfilter zeigten identische Tendenzen auf wie in der Filternutsche. Eine zweistufige Wäsche mit Vor- und Zwischenentfeuchtung bestätigte die Hypothese, dass die Entfeuchtung die Vermischung der Flüssigkeiten auf der Filterkuchenoberfläche verhindert.
Die Betriebsversuche mit dem mineralischen Referenzprodukt zeigten ebenfalls gute Ergebnisse. Nach der Charakterisierung des Versuchsmaterials und einstufigen Waschversuchen in der Filternutsche wurde eine zweistufige Wäsche im Gegenstrom simuliert und mit Ergebnissen eines Taktbandfilters im Pilotmaßstab verglichen. Experimente und Simulation zeigen sehr gute Übereinstimmungen im Diffusionsbereich. Im Dispersionsbereich kommt es zu leichten Abweichungen. Unter Anbetracht der Maßstabsvergrößerung und der realen Betriebsbedingungen sind die Ergebnisse sehr positiv zu bewerten und zeigen, dass Modell und Methode anwendbar sind. Die Forschungsergebnisse geben insbesondere kmU auf Hersteller- und Betreiberseite wichtige Erkenntnisse und Hinweise für Auslegung, Betrieb und Optimierung von Waschprozessen auf kontinuierlichen Filtern und deren Übertragbarkeit auf andere Größenskalen.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 10/2019 bis 08/2021 an der Hochschule Mannheim, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (Paul-Wittsack-Str. 10, 68163 Mannheim, Tel. 0621 / 292-6306) unter der Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Bernhard Hoffner (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr.-Ing. Bernhard Hoffner).
Das IGF-Vorhaben Nr. 20687 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 Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.