Industrielle Luftfilter: Wie sauber kann sauber sein?

Richard Farnish, CEng MIMechE, technischer Direktor, The Wolfson Center for Bulk Solids Handling Technology, University of Greenwich | 03. März 2023

Luftfilter, die in Einweganwendungen (z. B. Fahrzeuge oder HEPA) eingebaut werden, haben eine relativ einfache Betriebsanforderung: Partikel aufzufangen und ein Durchbrechen bei einem bestimmten Partikelgrenzwert zu verhindern. Im Gegensatz dazu müssen Filter in den meisten industriellen Prozessanlagen nicht nur Partikel bis zu einer bestimmten Grenzgröße auffangen, sondern auch Teil eines integrierten Prozesses sein, der die Entfernung des aufgefangenen Materials und die Rückkehr des Filters in einen akzeptablen Zustand erfordert „sauberer“ (dh geringer Druckabfall) Zustand. Es ist natürlich zu erwarten, dass dieser Zyklus von Einfangen und Entfernen mit minimaler Verschlechterung der Einfangeffizienz oder der Lebenszyklusdauer des Filters fortgesetzt wird.

Reverse-Jet-Reinigungssysteme werden häufig in Filtergeräten vieler Anbieter eingesetzt und können ein wirksames Mittel zur Entfernung von Partikeln aus Filtermedien darstellen. Die Qualität der angebotenen Ausrüstung und die eingesetzte Kontrollmethode können jedoch erheblich variieren – und in den meisten Fällen steht dies in direktem Verhältnis zum für die Aufgabe bereitgestellten Budget. Dies hat zur Folge, dass auch die Reinigungseffizienz und der Energieverbrauch (in Form von Druckluftverbrauch) bei solchen Anlagen deutlich schwanken.

Die Grundlage für viele Installationsentwürfe ist eine nominale minimale Anströmgeschwindigkeit, die – in Verbindung mit der Kenntnis des verarbeiteten Luftvolumens – dazu dient, den Gesamtfilterbedarf zu bestimmen. In dieser Hinsicht wird die erforderliche Oberfläche häufig durch die Verwendung von Faltenpatronen bereitgestellt, deren Kompaktheit eine minimale Größe des Filtergehäuses ermöglicht. In vielen Anlagen werden häufig Reverse-Jet-Puls-Systeme eingesetzt, die den Partikelentfernungsmechanismus bereitstellen, mit dem ein „sauberer“ Zustand für den Filter erreicht werden kann. Auch hier kann festgestellt werden, dass das Layout und die Detailgestaltung hinsichtlich der technischen Qualität deutlich schwanken. Auch die Auswahl des Impulsdrucks basiert in der Regel auf „Faustregeln“, die auf betrieblicher Ebene leicht außer Kraft gesetzt werden können, wenn die Reinigungseffizienz als unzureichend erachtet wird.

Wie bei vielen Aspekten des Schüttguthandlings kommt es jedoch regelmäßig zu der fehlgeleiteten Annahme, dass, wenn ein gewisser Luftdruck gut ist, auch mehr vorhanden sein muss. Die Reinigungsleistung einer plissierten Filterkartusche (im Wesentlichen eine starre Struktur) ist nicht die gleiche wie bei einem Sockenfilter (eine flexible Struktur). Im letzteren Fall sind Expansion und schnelle Abbremsung als Reaktion auf den auf das Innere des Patienten wirkenden Impuls die Mechanismen für die Partikelablösung. Dies ist mit einem strukturell starren Faltenfilter eindeutig nicht möglich und in dieser Hinsicht kann der Gasimpuls als ein Mittel angesehen werden, mit dem Luft/Energie in die Innenseite der Faltenstruktur eingeführt werden kann. Dies hat zur Folge, dass die Entfernung von Partikeln als kurzzeitige/hochenergetische Gasspülung betrachtet werden kann (d. h. Partikel aus dem Labyrinth der inneren Hohlräume und Wege des Filters ziehen oder wegblasen). In dieser Hinsicht ist es logisch, dass ein endlicher Luftstrom durch das Filtermedium erreicht werden kann (ein Konzept, das sich in einer aktuellen Forschungsstudie als zutreffend erwiesen hat). In dieser Hinsicht kann davon ausgegangen werden, dass ein optimaler momentaner Druckzustand lokal im Filterinneren vorliegt, so dass bei einer gegebenen Filterkonstruktion Druckerhöhungen über einen kritischen Druckbereich hinaus im Gegenzug für die erhöhte Energie, die in das Filterinnere verbraucht wird, kaum oder gar keinen Reinigungsvorteil bringen Verfahren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wissenschaft und Technologie von Partikelfiltrationssystemen immer noch ein sich entwickelnder Aspekt der Anwendung bewährter Verfahren im Umgang mit Schüttgütern in der Industrie ist. Während viele Systeme wie vorgesehen funktionieren und keine übermäßigen Probleme verursachen, gibt es auch eine große Anzahl von Systemen, die leistungsschwach sind und regelmäßige Eingriffe erfordern. Es kann argumentiert werden, dass die fehlgeleitete Annahme, dass Filteranlagen nicht direkt die Effizienz oder Gewinnmargen steigern, größtenteils hinter den „Value Engineering“-Übungen steckt, die zur Installation marginaler Systeme führen.

Richard Farnish, CEng MIMechE, ist technischer Direktor, The Wolfson Centre for Bulk Solids Handling Technology, University of Greenwich (Chatham, UK).

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