Tiefenfilter



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Tiefenfilter sind die Vielzahl von Filtern , die ein poröses Filtermedium verwenden, um Partikel im gesamten Medium und nicht nur auf der Oberfläche des Mediums zurückzuhalten. Diese Filter werden häufig verwendet, wenn das zu filternde Fluid eine hohe Partikelbeladung enthält, da sie im Vergleich zu anderen Filtertypen eine große Partikelmasse zurückhalten können, bevor sie verstopfen.

Eine Tiefenfiltration, die durch mehrere poröse Schichten mit Tiefe gekennzeichnet ist, wird verwendet, um die festen Verunreinigungen aus der flüssigen Phase abzufangen. Aufgrund der gewundenen und kanalartigen Beschaffenheit des Filtermediums werden die Partikel im gesamten Medium innerhalb seiner Struktur zurückgehalten, im Gegensatz zu der Oberfläche. Tiefenfilter haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie eine hohe Partikelmenge erreichen können, ohne die Abscheideleistung zu beeinträchtigen. Tiefenfilter sind üblicherweise durch den Sandfilter gekennzeichnet und können mit wesentlich höheren Filterraten als in anderen Konstruktionen verwendet werden. Es sind diese Eigenschaften, die den Einsatz und die Popularität von Tiefenfiltern als effektives Trennmedium festigen. Mit fortwährenden Fortschritten in der Prozesstechnologie werden Tiefenfilterdesigns ständig angepasst und verbessert, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden.

Ausführungen verfügbar

Um der Vielfalt der Anwendungen von Tiefenfiltern gerecht zu werden, wurden in der Industrie verschiedene Konstruktionen implementiert, um durchführbare Prozesse zu gewährleisten, während das Hauptziel von Tiefenfiltern beibehalten wird.

Design Charakteristisch Anzahl der Zyklen Maße Industrielle Anwendungen
Blöcke und Platten (Kassetten) Dicke Blätter oder dünnere Blätter gefaltetes Filtermaterial, das zu einer rechteckigen Form geformt ist.

Verpackt in einem rechteckigen Rahmen mit Trennwand.

Nur für 1-2 Reinigungszyklen verwendet Erhältlich in 400, 1600 oder 3600 cm 2 mit einem Durchfluss von 75 l/h über jedes Pad und kann durch Polierfiltration auf 130 l/h erhöht werden. Speisen und Getränke Fruchtsäfte, Erfrischungsgetränke

Chemikalien Herstellung von Farben, organischen Lösungsmitteln, Tinte

Erdöl Wachs, Kerosin

Weingut, Kosmetik

Dicke Patrone Ein einzelnes Stück des Filtermaterials, das um einen perforierten Zylinder aus Metall oder steifem Kunststoff gewickelt ist, in dem die Flüssigkeit oder das Gas mit gelösten Stoffen innerhalb des Zylinders strömt. Sobald das Filtermedium seine maximale Beladung mit gelösten Stoffen erreicht hat, wird die Kartusche verworfen. Durch Rückspülen kann der Filter mehr Reinigungszyklen durchlaufen Wasser- und Poolfilter für zu Hause

Industrielle Trennungen für Kohlenwasserstoff-Brennstoffe

Tiefbett (Sandfilter) Das Filtermedium hat die Lösung oben und nutzt die Schwerkraft, um Partikel zu filtern. Es ist die älteste und einfachste Filtrationsmethode. Mehrere Filterzyklen und wird normalerweise durch Strömungsumkehr gereinigt. Arten von Tiefbetten
  1. Langsam definiert durch den geringen Wasserdurchfluss (0,10,2 m/h), feinere Partikelgröße (0,350,5 mm) und hat eine Tiefe von etwa 0,61,0 m Tiefe.
  2. Rapid hat einen schnelleren Fluss (57 mal schneller als langsam) und gröbere Partikel (0,50,6 mm) und hat eine Tiefe von etwa 0,75 m.
Trinkwasser, Polieren nach Abwasserbehandlung, Vorbehandlung zur Entsalzung
Linsenförmig Gestapelte Scheibenkonstruktion - mechanische Kompressionsdichtungen (sieben Dichtungen pro 8-Zellen-Filter) zwischen Kunststoff-Messerkanten und Filtermedium. 300 oder 400 mm Scheibendurchmesser Fermentierte Produkte

Anwendungen von Tiefenfiltern und Vorteile

Der Einsatz von Tiefensandfiltern als letzte tragende Stufe in der kommunalen Trinkwasseraufbereitung hat in den letzten zehn Jahren stark zugenommen und seine Anwendung reicht von der Klärung und Aufbereitung von Trinkwasser bis hin zu Kläranlagen, in denen das Abwasser vor der Aufbereitung poliert werden muss entlassen. Der Hauptvorteil der Tiefenfiltration besteht darin, dass Partikel in den Medienkanälen zurückgehalten werden können und nicht nur an der Oberfläche. Dadurch wird die Filtrationsfähigkeit des Mediums im Vergleich zu anderen Filtrationsverfahren deutlich erhöht und die Filterung von Partikeln unterschiedlicher Größe in der Matrix ermöglicht.

Die derzeit am weitesten verbreiteten Tiefenfiltrationsverfahren sind die Direktfiltration und die Kontaktflockungsfiltration. Die Direktfiltration umfasst eine kurze Phase der Vorflockung, gefolgt von dem Filtrationsprozess. In Kläranlagen werden die meisten Schwebstoffe und andere Verunreinigungen nach der Vor- und Nachbehandlung erfolgreich entfernt. Um die verbleibenden Feststoffe und organischen Verbindungen aus dem Abwasserstrom zu entfernen, wird ein Direktfiltrationsverfahren mit vorheriger Flockung verwendet. Da der Schmutzabscheidungsprozess im Filtermedium stattfindet, müssen Faktoren wie Flockungszeit, Filtrationsgeschwindigkeit und Flockungsmitteldosierung regelmäßig überwacht werden, da sie die erzeugte Flockungsmittelgröße direkt beeinflussen können. Dies ist für den Prozess von entscheidender Bedeutung, um eine mögliche Verstopfung oder Bioverstopfung des Filterbetts zu verhindern .

Die mit diesem Verfahren verbundenen Vorteile umfassen die Möglichkeit, große Flockungsmittel herzustellen, die dann gefiltert werden können. Ein weiterer Vorteil des Tiefenfiltrationsverfahrens ist die Flexibilität bei der Wahl der Filteranordnung, wodurch hohe Feststoffspeicherkapazitäten erreicht werden können, während der Energieverbrauch in einem akzeptablen Bereich gehalten wird. Der Nachteil der Direktfiltration besteht darin, dass Mikroben in den Kanälen des Filters wachsen und sich somit über lange Betriebszeiten hinweg vermehren können. Diese Vermehrung von Organismen innerhalb der Filtermatrix kann zur Kontamination des Filtrats führen.

Auch zur Klärung von Zellkulturen wird die Tiefenfiltration häufig eingesetzt. Die Zellkultursysteme können Hefe-, Bakterien- und andere kontaminierende Zellen enthalten und daher ist eine effiziente Klärungsstufe entscheidend, um die Zellen und andere kolloidale Stoffe zu trennen, um ein partikelfreies Zellsystem zu erzeugen [9]. Die meisten Tiefenfilter, die in pharmazeutischen Prozessen wie der Zellsystemernte verwendet werden, bestehen aus Zellulosefasern und Filterhilfsmitteln. Das Direktfluss-Design in Tiefenfiltern bietet eine finanziell geeignete Lösung, indem es die Verunreinigungen innerhalb des Filterkanals einfängt und gleichzeitig die maximale Rückgewinnungsrate des Produkts gewährleistet. Zu den weiteren Vorteilen dieses Systems zählen die geringen Energiekosten, da die in Tiefenfiltern eingesetzten Pumpen aufgrund des geringen Drucks im System nur eine minimale Leistungsaufnahme benötigen. Die Tiefenfiltration ist auch flexibel hinsichtlich der Möglichkeit, das System nach oben oder unten zu skalieren und gleichzeitig eine hohe Ausbeute (>95 %) zu erzielen.

Grenzen der Tiefenfiltration gegenüber konkurrierenden Verfahren

Neben der Tiefenfiltration werden auch eine Reihe von Membranfiltrationsverfahren für verschiedene industrielle Anwendungen wie Umkehrosmose, Nanofiltration und Mikrofiltration eingesetzt. Die oben genannten Verfahren arbeiten nach dem gleichen Prinzip, indem Verunreinigungen, die größer als die Filtergröße sind, abgewiesen werden. Das Hauptunterscheidungsmerkmal unter ihnen ist ihre effektive Porengröße. Zum Beispiel funktioniert die Mikrofiltration, indem sie große Partikel durch das Filtermedium passieren lässt, während die Umkehrosmose alle Partikel außer sehr kleinen Spezies zurückweist. Die meisten Membranfilter können für die Endfiltration verwendet werden, während Tiefenfilter bei Kläranwendungen tendenziell effektiver sind, daher kann eine Kombination der beiden Verfahren ein geeignetes Filtrationssystem liefern, das an viele Anwendungen angepasst werden kann.

Bewertung der wichtigsten Prozessmerkmale

Prozesseigenschaften wie Filtrationsrate und Filtermedien sind wichtige Konstruktionsüberlegungen und haben einen großen Einfluss auf die Filterleistung, daher ist eine kontinuierliche Überwachung und Bewertung erforderlich, um eine bessere Kontrolle über die Prozessqualität zu gewährleisten.

Behandelter Durchfluss

Die Durchflussmenge ist definiert als das Verhältnis der Antriebskraft zum Filterwiderstand. Die beiden herkömmlichen Bauarten von Tiefenfiltern: der schnelle und der langsame Filter arbeiten mit Geschwindigkeiten von 515 m/h bzw. 0,10,2 m/h; wohingegen Drucksandfilter eine Auslegungsdurchflussrate von 238 l/min aufweisen[14]. Während des Betriebs nimmt die Filterrate aufgrund des zunehmenden Filterwiderstands ab, da sich Partikel im Medium festsetzen. Die Filtrationsrate beeinflusst die Verstopfungsrate, wobei hohe Filterraten einen schnelleren Aufbau verursachen. Pilotversuche zeigen, dass je höher die Filterrate ist, desto kleiner ist die Filterfläche, während eine Erhöhung der Filterrate die Zeit bis zum Durchbruch reduziert, die Zeit bis zum Druckverlust verringert (erhöht den Druckverlust) und zu kürzeren Durchläufen und geringeren optimalen Tiefen führt. Sie zeigen auch, dass höhere Filterraten durch die Verwendung von Medien mit größerem Durchmesser und größerer Medientiefe erreicht werden können. Hohe Filtrationsraten hängen von der Medienkonstruktion ab, wobei die Konstruktion mit der höchsten Filtrationsrate im Betrieb bei 13,5 gpm/ft2 liegt.

Rückspülung in Tiefenfiltern

Das Rückspülen ist ein wichtiger Vorgang, der verwendet wird, um gefilterte Feststoffe zu entfernen, da dieser Aufbau dazu führt, dass der Filtrationswiderstand mit der Zeit zunimmt. Beim Rückspülen wird die Richtung des Flüssigkeitsflusses umgekehrt, während saubere Flüssigkeit verwendet wird. Dieses Verfahren wird für Zeiten im Bereich von 515 Minuten mit typischen Durchflussraten pro Flächeneinheit im Bereich von 6,813,6 l/m2.s angewendet. Die meisten Konstruktionen verwenden typischerweise einmal pro Tag des Betriebs eine Rückspülung. Der Betrieb von Tiefenfiltern ist von Natur aus zyklisch, da sich während des Prozesses Feststoffe ansammeln müssen, da normalerweise zwei oder mehr Einheiten verwendet werden, damit die Rückspülung die Filtration nicht stört. Eine wirksame Rückspülung erfolgt, wenn das Filtermedium fluidisiert wird. Die Fließgeschwindigkeiten der Fluidisierung fallen im Allgemeinen in den Bereich von 20-50 gpm/ft2.

Abscheidegrade

Es wurde berichtet, dass die Entfernungsraten für Drucksandfilter mit Medien typischerweise im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm bei 95 Partikeln mit einer Größe von nur 6 µm bei einer Mediengröße von 0,3 mm und einer Entfernungsrate von 95 % bei Partikeln mit einer Größe von nur 15 µm . liegen für Mediengröße von 0,5 mm.

Filtermedien

Es gibt eine Vielzahl von Filtermedien, die in Tiefenfilterprozessen verwendet werden können, wobei Sand am häufigsten verwendet wird. Die Wahl des Filtermediums hat Auswirkungen auf Filterrate, Trübung und Filteroberfläche. Der Druckverlust im Reinbett (Druckabfall) hängt vom Mediendurchmesser ab, wobei ein zunehmender Mediendurchmesser zu einer längeren Zeit für die Auslegung des Druckverlusts führt. Eine Erhöhung des Mediendurchmessers und der Filterrate führt jedoch zu einer Verschlechterung der Abwassertrübung. Um dies zu kompensieren, kann die Medientiefe erhöht werden, um die Auswirkungen auf die Trübung des Abwassers zu reduzieren. Der maximale Wert der Medientiefe, der in bisherigen Designs für die Hochgeschwindigkeitsfiltration verwendet wurde, beträgt 100 Zoll, während die maximale Mediengröße, die in Piloten verwendet wird, 2 mm im Durchmesser beträgt. Sand, Magnetit, Koks und Anthrazit sind die in der Industrie am häufigsten verwendeten Partikelmedien, insbesondere aufgrund ihrer breiten Verfügbarkeit.

Tabelle [1] Prozess-/Konstruktionsmerkmale von Monomedium-Filterbetten für die Abwasserbehandlung (Tiefbett):

Charakteristisch Parameterbereich Häufig angestellt

Parameterwerte

Medientyp: Sand
Medientiefe (cm) 90-180 120
Effektive Größe (mm) 2-3 2.5
Filtrationsrate m/h 5-24 12
Medientyp: Anthrazit
Medientiefe (cm) 90-215 150
Effektive Größe (mm) 2-4 2,75
Filtrationsrate m/h 5-24 12

Tabelle [2] Auslegungsparameter für Drucktiefenfilter:

Effektive Mediengröße (mm) Filtrationsrate m/h
0,35 25-35
0,55 40-50
0,75 55-70
0,95 70-90

Designheuristiken

Die Tiefenfiltration kann in der Vorbehandlung verwendet werden, um suspendierte Partikel aus einem Trägerfluid zu entfernen, das als Beschickungsstrom verwendet werden soll, oder im Zusammenhang mit der Klärung, bei der Partikel entfernt werden, um einen Produktstrom zu reinigen.

Beim Design von Tiefenfiltern werden verschiedene Heuristiken angewendet, um einen konsistenten Betrieb während der gesamten Lebensdauer des Filters zu gewährleisten.

Partikelrückhalte- und Filtermedien

Die Beziehung zwischen Retention und Partikelgröße ist keine Stufenfunktion. Größere Partikel werden vom Filtermedium leicht zurückgehalten; Partikel, die im Zwischenbereich zwischen den nominalen Partikel- und Abfallkomponenten liegen, sind jedoch schwieriger zu konservieren und gehen daher oft als Abfallkomponente verloren.

Um den Rückhaltedurchgang für einen Bereich von Partikelgrößen zu maximieren, wird das Filtermedium so geschichtet, dass Abschnitte mit einer höheren Porengröße näher am Einlassstrom liegen und Partikel mit einer größeren Größe auffangen. Die Porengrößen nehmen ab, wenn sie sich dem Auslassstrom nähert. Durch die Anwendung dieser Methode deckt das Filtermedium einen größeren Bereich von Partikelgrößen ab, was zu einer besseren Kontrolle der Rückhaltung und einer Verlängerung der Lebensdauer des Filters führt

Medienauswahl filtern

Die Filterauswahl hängt von einer Reihe von Variablen ab, wie Ladung, Dauer, Form, Größe und Verteilung der zu filternden Substanz. Wenn das Medium zu groß ist, hat das Filtrat idealerweise eine schlechte Qualität, da es keine Partikel in seiner Matrix sammelt. Umgekehrt, wenn das Medium sehr klein ist, sammeln sich Feststoffe auf der Oberfläche der Kartusche an, was zu sofortigen Verstopfungen führt. In Bezug auf die Form haben Körner mit runder Form die Tendenz, aufgrund des Drucks, den der Einlassstrom auf das System ausüben kann, zu erodieren, während flache Körner (können die Oberfläche vergrößern) jedoch während der Rückspülung aus dem System herausschwimmen können . Als Partikelmedien werden oft Partikel empfohlen, die auf der Moh-Härteskala hoch sind und ein relativ großes spezifisches Gewicht aufweisen. Je weicher und leichter das Material ist, desto anfälliger ist es für Erosion und Fluidisierung. Daher werden oft Partikel wie Kieselsäure und Sand verwendet, da sie erschwinglich sind, jedoch den hohen Strömen der einströmenden Flüssigkeit standhalten. Der Gleichmäßigkeitskoeffizient ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit des im Filter verwendeten Materials. Es ist das Verhältnis einer Siebporengröße, die 60 % des Materials durchlässt, im Vergleich zu einer Porengröße, die 10 % des Materials durchlässt. Je näher das Verhältnis an Eins liegt, desto näher liegen die Partikel in der Größe. Ein ideales System hätte einen Koeffizienten zwischen 1,3 und 1,5 und darf 1,7 nicht überschreiten. Alles unter 1,3 ist ein Hinweis darauf, dass es für das System unnötig ist und zu höheren Kosten führen kann, ohne dass eine zusätzliche Form der Optimierung bereitgestellt wird. Über 1,5 weist darauf hin, dass das System einen größeren Druckabfall erfahren kann und, wie erwähnt, zu Verstopfungen, Versickern des Abfallflusses und verringerter Filtrationsrate führen kann. Als Richtlinie wird empfohlen, die kleinsten Partikel, die in Tiefenfiltern verwendet werden, mindestens 150 mm vom Auslassstrom entfernt zu platzieren, um eine Fluidisierung zu verhindern.

Dead-End-Betrieb von Tiefenfiltern

Partikel (schwarze Punkte) werden im Filtermedium aufgefangen (braune Zwischenräume). Die kleineren Leerräume als das Filtermedium bieten einen engen Durchgang für den Flüssigkeitsstrom

Tiefenfilter werden im Kontext der Dead-End-Filter betrieben. Vor diesem Hintergrund ist die Geschwindigkeit des Einlassstroms entscheidend für die Leistung des Filters. Hochgeschwindigkeits-Einlassströme mit relativ großen Partikeln verursachen eine mögliche Verstopfung und Abnutzung des Filtermediums. Dies führt zu einem Anstieg des Druckabfalls des Systems. In Situationen, in denen das Filtermedium verstopft ist und der Druckabfall ständig zunimmt, ist es üblich, dass Abfallpartikel und -ströme durch die Zonen innerhalb der Patrone sickern und durch den Auslassstrom gelangen, was zu keiner Reinigung führt

Um die Auswirkungen von Verstopfungen und Partikelansammlungen zu minimieren, muss ein Rückspülsystem ungefähr 1-5% des Massenstroms als Rückspülung aufnehmen und bei ungefähr 6-8 bar arbeiten. Jenseits dieses Bereichs können Partikel fragmentiert werden, wodurch es schwierig wird, sie aus dem System zu entfernen, und möglicherweise eine Fluidisierung des Systems verursachen.

Nachbehandlungssysteme und Abfallstromproduktion

Der Hauptzweck eines Tiefenfilters besteht darin, als Klärer zu wirken, suspendierte Feststoffe aus einem Flüssigkeitsmassenstrom abzutrennen und wird daher in der letzten Stufe eines Trennprozesses eingesetzt. Konventionell bestehen Tiefenfilter aus einem einzigen Auslassstrom einer gereinigten Flüssigkeit, die die Abfallpartikel in ihrem System zurückhält. Aufgrund seiner Länge verfügt er über eine höhere Rückstandshaltefähigkeit als Standardfilter. In Bezug auf einen Abfallstrom kann der Auslassstrom häufig in einen nachfolgenden Filter zurückgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Strom frei von Partikeln ist. Beim Reinigen der Filtermedien kann auch ein Abwasserstrom entstehen, wenn das Wasser in die entgegengesetzte Richtung strömt. Rückstände, die sich in den Filtermedien verfangen haben, oder Medienpartikel, die verdrängt wurden, können aus der Einheit austreten, bevor sie angemessen entsorgt wurde.

Neue Entwicklungen

Mit den ständigen Fortschritten in der Prozesstechnologie wurden Tiefenfilter modifiziert, um ihre Durchführbarkeit in einer Reihe von Industriesektoren zu verbessern.

Design Charakteristisch Verbesserung Industrie
Pod-Lentikular Die Filtration erfolgt durch Kräfte wie Schwerkraft und Wasserdruck, die auf die Messerkantendichtungen wirken, das Filtermaterial komprimieren und die Flüssigkeit filtern
  • Skalieren Sie das Produkt, indem Sie 1-5 oder 5-30 Pods in einem einzigen Halter verbinden
  • Erhöht die Volumenausbeute um 40-70 % gegenüber herkömmlichen Lentikularscheiben
  • Filterfläche erhältlich in 0,11, 0,55 und 1,1 m2
  • Die Fähigkeit, die Integrität von Filtern zu testen, die mit herkömmlichen Lentikularen nicht getestet werden kann.
Pharmazeutischer Sektor-Trennung von zellulären Organismen aus Flüssigkeit.
Kontinuierliche Tiefenfilter Anwenden einer schnellen Sandfiltration und Auffangen des schmutzigen Feststoffs mit dem Filtermaterial. Ein Luftstrahl trägt das Filtermedium mit Feststoff in eine Waschzone oberhalb des Filters und wird abgeschieden. Anschließend wird das gereinigte Filtermaterial wieder dem Tiefenfilter zugeführt. Wasser- und Feststoffströme sind gegenläufig und erhöhen daher die Feststoffentfernung Wasseraufbereitung verbesserte Trenntechniken während der Vorbehandlung

Verweise

Opiniones de nuestros usuarios

Daniela Schulz

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Tobias Jung

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