Sauber abgetrennt – Filter in Wirbelschichtanlagen, eine Übersicht

Wirbelschichtanlagen werden heute vielfältig zur Herstellung und Veredlung von Schüttgütern eingesetzt. Für die Herstellung von Granulaten aus festen und/oder flüssigen Rohstoffen und die Beschichtung von Partikeln (Coating) bieten Wirbelschichtanlagen viele Möglichkeiten zur Beeinflussung der Granulateigenschaften. Der Prozessraum von Wirbelschichtanlagen muss nach unten und nach oben für das Prozessgas durchlässig sein. Meist wird er nach unten durch einen Anströmboden und nach oben durch einen Filter begrenzt. Damit kommt dem Filter eine entscheidende Bedeutung für den Prozess zu.

» Autor: Sebastian Pfütze, Leiter Verkauf Anlagenbau, Process Technology Food, Feed & Fine Chemicals, Glatt Ingenieurtechnik GmbH

» im Original veröffentlicht im Fachmagazin Pharma+Food, Ausgabe 01/2012, Hüthig GmbH

Filtertypen – Schlauchfilter, gefaltete Patronenfilter und Metallfilter

Alle üblichen Filtertypen können in Wirbelschichtanlagen eingesetzt werden.

Schlauchfilter sind die am häufigsten eingesetzten Filter – ob als Rüttelfilter oder als Ausblasfilter. Unterschiedliche Textilien  oder Nadelfilze erlauben eine hohe Flexibilität in der Anwendung. Je nach Bedarf werden Materialien eingesetzt, die gegen bestimmte Chemikalien oder Temperaturen resistent sind, die leitfähig sind, oder die eine spezielle Beschichtung haben, um das Eindringen von Staub in die Textilien zu verhindern. Nachteilig ist ein relativ hoher Platzbedarf. Filterschläuche sind zylindrisch und können nicht beliebig dünn gefertigt werden. Über einer Wirbelschicht mit gegebenem Querschnitt kann die Filterfläche nur durch Verlängerung der Filterschläuche erhöht werden. Dies ist ein Hauptgrund für die Bauhöhe von Wirbelschichtanlagen. Rüttelfilter werden bis zu einer Schlauchlänge von 1 m gefertigt, Ausblasfilter können bis zu 5 m lang sein.

Gefaltete Patronen bieten die Möglichkeit, deutlich mehr Filterfläche pro Raumeinheit einzubauen. Je nach Plissierung kann ein 1m langes zylindrisches Filterelement zwischen 1 und 5 m² Filterfläche bieten. Auch gefaltete Patronen können je nach Bedarf aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Bei ihrem Einsatz muss aber darauf geachtet werden, dass die Filterfläche während der gesamten Prozesszeit zur Verfügung steht. Es gibt Produkte, die sich in den Falten festsetzen und durch Druckluftimpulse nicht abgeblasen werden können. Damit reduziert sich die Filterfläche und der Differenzdruck des Filters steigt.

Metallfilterpatronen werden vor allem wegen ihrer Beständigkeit und Reinigbarkeit eingesetzt. Es gibt gefaltete und zylindrische Metallfilterpatronen. Wegen besserer Beständigkeit und besserer Reinigbarkeit empfiehlt Glatt die zylindrische Bauform. Das bedeutet auch, dass die Filterfläche ähnlich wie bei Schlauchfiltern nur durch Verlängerung der Filterpatronen erhöht werden kann. Da Glatt Metallfilterpatronen mit einer Länge von maximal 1,2 m anbietet, sind hier enge Grenzen gesetzt. In Batch-Wirbelschichtanlagen, die nach jedem Batch eine gründliche Abreinigung der Filter ermöglichen, sind Metallfilterpatronen aber eine echte Alternative zu Textilfiltern.

Ganz gleich, welcher Filtertyp eingesetzt wird, es müssen immer mehrere Anforderungen erfüllt werden. Das Prozessgas muss passieren können. Die Feststoffe im Gasstrom müssen abgeschieden werden und durch Abreinigung der Filter in den Prozessraum zurückgelangen. Nach dem Produktionsprozess müssen die Filter gewaschen werden.

Abreinigung während des Prozesses

Alle Filter, die direkt über einer Wirbelschicht eingesetzt werden, müssen während des Prozesses abgereinigt werden. Die Abreinigung erfolgt durch Rütteln der Filter oder durch Druckluftimpulse. Rüttelfilter können während des Abrüttelns nicht von Prozessgas durchströmt werden. Bei einfachen Wirbelschichtprozessen ist es möglich, den Prozessgasstrom kurzzeitig zu unterbrechen. Die Wirbelschicht wird auf dem Boden abgelegt, während der Filter abgerüttelt wird. Hydraulische Hubzylinder bewegen die Filterschläuche auf und ab. Der Filterstaub fällt in die Prozesskammer zurück.

Um die Unterbrechung des Prozessgasstromes zu vermeiden, kann der Filter in mehrere Kammern (meist 2-4)unterteilt werden. Der Gasstrom wird dann immer nur in einer Kammer unterbrochen, der Filter wird in dieser Kammer abgerüttelt. Der Filter wird so ausgelegt, dass der komplette Prozessgasstrom auch ohne das gerade zu reinigende Segment gefiltert werden kann.

Bei der Abreinigung der Filter mit Druckluftimpulsen werden immer mehrere Filterschläuche gleichzeitig von der Reingasseite her mit Druckluft beaufschlagt. Für kurze Zeit tritt kein Prozessgas in die Filter ein, im Gegenteil, es wird Luft von der Reingasseite aus in den Prozessraum gedrückt. Dabei wird der Staub von der Filteroberfläche weggeblasen und kann in die Prozesskammer zurück fallen. Auch in diesem Fall muss der Filter den kompletten Prozessgasstrom ohne die abzureinigenden Filterelemente filtern. Insbesondere bei kleinen Anlagen ist zu beachten, dass die Fluidisierung in der Prozesskammer durch die Druckstöße der Filterabreinigung negativ beeinflusst werden kann. Deshalb sollte die abzureinigende Filterfläche nicht mehr als 20% der Gesamtfilterfläche betragen. Ein Vorteil von Ausblasfiltern ist, dass keine mechanisch bewegten Teile zur Filterabreinigung benötigt werden.

Waschen von Filtern

Nicht alle Wirbelschichtanlagen werden regelmäßig gewaschen. Bei vielen Produkten genügt eine trockene Reinigung bei Produktionsunterbrechung oder Produktwechsel.

Bei der Nassreinigung von Wirbelschichtanlagen kann das Waschen der Filter leicht 50% des Zeit- und Arbeitsbedarfs in Anspruch nehmen. Deshalb gibt es eine starke Nachfrage nach Filtern, die in der Anlage gereinigt werden können.

Metallfilterpatronen sind hier unschlagbar. Zwar müssen für jeden Stoff die richtigen Reinigungsparameter – Dauer, Temperatur, pH-Wert, Reinigungsmittel – gefunden werden, ist die automatische Reinigungsmethode aber etabliert, können die Filter fast unbegrenzt ohne Ausbau genutzt werden.

Gefaltete Patronenfilter können nicht in der Wirbelschichtanlage gereinigt werden, sie müssen grundsätzlich außerhalb der Anlage manuell gereinigt werden. Waschdüsen in der Anlage können die Patronen aber vor dem Ausbau benetzen, um das Personal vor dem Filterstaub zu schützen. Durch ihre hohe Filterfläche pro Element ist der Aufwand für den Ein- und Ausbau der Filterpatronen aber überschaubar. Im Vergleich zu Schlauchfiltern muss manchmal nur ein Fünftel der Filterelemente ausgebaut werden. Der Ausbau der Filterelemente kann rohgasseitig oder reingasseitig erfolgen.

Eine besondere Bauform von gefalteten Filterelementen sind Filterplatten, die reingasseitig zur Seite entnommen werden können. Damit wird der Bedarf an Bauhöhe deutlich reduziert, da über der Anlage kein Platz vorgesehen werden muss. Zusätzlich kann ein Waschraum für die Filterelemente neben der Anlage eingerichtet werden. Damit kann  die Staubbelastung des Gebäudes auf einen Raum neben der Anlage reduziert werden.

Schlauchfilter können ebenfalls in der Anlage gewaschen  werden. Wie bei Metallfiltern muss für jedes Produkt ein Reinigungsverfahren etabliert werden. Nicht für jedes Produkt ist das Waschen in der Anlage möglich. In diesen Fällen müssen die Filterschläuche ausgebaut werden. Bei großen Filtern ist der Aus- und Einbau recht aufwändig. Die Filterschläuche können aber in Waschmaschinen gewaschen werden, eine manuelle Reinigung entfällt. Üblicherweise  halten Betreiber zwei komplette Filtersätze vor. Die verschmutzten Filter werden ausgebaut, die Anlage wird ohne Filter gewaschen und getrocknet, danach wird der saubere zweite Filtersatz eingebaut. Während der folgenden Produktion wird der verschmutzte Filtersatz gewaschen und getrocknet, oft auch durch professionelle Reinigungsunternehmen.