Dynamische Filtration von viskosen Suspensionen

Transkript

1 Dynamische Filtration von viskosen Suspensionen Egon Ehrfeld BOKELA GmbH, Karlsruhe SGVC-Seminar: Unit Operation & Anlagenbau, Novartis, Basel, 27. November /07

2 Dynamische Cross Flow Filtration Inhalt Prozess Anforderungen Funktionsprinzip dynamische Cross Flow Filtration Systemvergleich Labor-Filtratdurchsatz / Betriebsergebnis Labor-Aufkonzentrierung / Betriebsergebnis Viskosität / Energiebedarf Beispiele Anwendungsfenster -2-

3 Dynamische Cross Flow Filtration Was sind die Prozessanforderungen? Separation von Partikeln im Bereich 0,01 10 µm Siebfiltration: Separation von Grobkorn µm Klares Filtrat (Membranfiltration) Hohe Viskosität in Flüssigphase (Metallmedien) Hohe Endkonzentration Schwieriges Filtrationsverhalten (keine Kuchenfiltration wirtschaftlich möglich) Hermetisch abgedichteter Prozess Kontinuierlicher Prozess -3-

4 Dynamische Cross Flow Filtration Funktionsprinzip y -4- Strömungsgeschwindigkeit Rührerblatt Schleppkraft P 1 > p 2 p 1 Grundschicht Membran p 2 Permeat / Filtrat

5 Funktionsprinzip des DYNO-Filters Seriell durchströmte Kammern: Aufkonzentrierung von Kammer zu Kammer Rotor Membran Zulauf Permeat Konzentrat Filtrat / Permeate -5-

6 Prinzipskizze des Dyno-Filters Abschlämmsteuerung und Waschung Drehmoment Steuerung Statoren Waschmedium Abschlämmventil Konzentrat Zulauf Rotoren Filtrat -6-

7 Leistungsbereiche des DYNO-Filters und der konventionellen Cross Flow Filtration Filtratfluß [l/m²h] exemplarisch konventionele Cross- Flow-Filtration DYNO-Filter Suspensionskonzentration [%] -7-

8 Absiebung von Grobpartikeln aus hochviskosen Dispersionen Verfahrensprinzip DYNO-Siebfilter Zulauf Retentat Strömungsrichtung Konzentration der Grobpartikel c Grob = 50 ppm weiche Partikel Konzentration der Grobpartikel c Grob = ppm V Retentat = 0,001 V zu Metall-Sieb 20 µm Rückspülung Filtrat c Grob = 1-5 ppm c Fein = % -8-

9 Funktionsprinzip der Dynamischen Siebfiltration konzentrierte Grobanteile Zulauf Siebdurchgang Rückspülflüssigkeit -9-

10 DYNO-Filter Auslegung Filtratdurchsatz - Laborfiltration (diskontinuierlich) - Betriebsergebnisse Energiebedarf - Viskosität - Rührerkennlinie -10-

11 Fil-Flux [l/m²h] Vergleich DYNO-Filter: Labor Pilot - Betriebsergebnis 13,6 % Permeate Specific Flux and Concentration Dyno-Test cumulated, T = 20 C Pilot-Filter A,F = 0,13 m², T = 60 C Dyno-Filter AF = 4 m², T = 60 C Concentration c,s [%] M Retentate P Feed Pilot-Filter -11-

12 Dynamische Querstromfiltration Auslegung Filtratdurchsatz - Laborfiltration (diskontinuierlich) - Betriebsergebnisse Energiebedarf - Viskosität - Rührerkennlinie -12-

13 DYNO Filter Viskositätsmessung Arbeitsfenster -13-

14 Dyno-Filter Energiebedarf und Viskosität P,el,kum. [%] 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Energiebedarf DYNO-Rotoren kumuliert, 4 m² 35 Hz, 20 kw Höhere Endkonzentration bei gleichem Energieeinsatz CF-Einkammersystem Solids Concentration [wt-%] DYNO-Filter: Serielle Anordnung -14-

15 DYNO-Filter Filtration von Weisspigment mit L-Typ 6-15-MF Aufgabenstellung Produktdaten Feinstpigment x,50 < 1 µm Spez. Oberfläche 40 m²/g c zu = 13 Gew-% TS Prozessforderung Dyno-Filter in Werkstatt Hohe Endkonzentration Kein Lufteinschluss Pastöses Fliessverhalten -15-

16 DYNO-Filter Filtration von Weisspigment mit L-Typ 6-15-MF Ergebnis Machinendaten 6 m² Filterfläche 15 Module 55 kw Antrieb Dyno-Filter in Werkstatt Leistungsdaten 26 kw in Betrieb 39 Gew-% TS in Konzentrat Viskosität mpas 200 l/m²h Filtrat Durchsatz -16-

17 DYNO-Filter Produktbeispiele PRODUCT characteristics / process features feed concentration [wt-%] concentration of retentate [wt-%] filtrate throughput [m³/m²h] industrial waste water red mud TiO 2 abrasive, high porosity ultramarine yellow pigment molybdenum orange high intrinsic viscosity silica acid SiO boric carbide abrasive glaze for ceramics washing out of slimy contents calcium carbonate X 50 < 1 µm nano scale chemical product nano particles: x = 5 50 nm

18 DYNO-Filter Lab-Type, A F = 130 cm² Pilot-Type, A F = 0.13 m² S-Type, A F = 0.4 m² XL-Type, A F = 12 m² -18-

19 DYNO-Filter Baugrößen Type Filter Area No. of Filter Modules Filter Diameter Drive [m²] [-] [mm] [kw] Lab Membrane / Sieve Pilot Membrane / Sieve S Membrane / Sieve < 5.5 M Membrane / Sieve < 15 L Membrane / Sieve 8 / / XL Sieve

20 ... weitere Produkte & Leistungen Scheibenfilter Hi-Bar Oyster-Filter FILTRATEST Trommelfilter Hi-Bar Filter Filteroptimierung Tellerfilter DYNO Filter Labor & Engineering -20-

21 BOKELA Hi-Bar Oyster-Filter Kontinuierliche Druck- und Dampf-Druckfiltration Das Oyster-Filter ein neues kontinuierliches Druckfilter konzipiert für Chemie, Pharma, Lebensmittel und Life Science. Das Oyster-Filter die Lösung für wertvolle Produkte feine und schwer filtrierbare Partikel toxische Produkte schnellsiedende Suspensionen häufigen Produktwechsel hohe Qualitätsanforderungen extreme Prozessbedingungen -21-

22 BOKELA Trommelfilter Für Anwendungen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie, Mineralien-, Salz- und Erzgewinnung mit verschiedenen Methoden zur Filterkuchenabnahme: Druckluftrückstoß, Walzenabnahme, Abnahmemesser für Precoatfiltration mit innovativen Designmerkmalen wie z. B austauschbare Filterzellen, hydraulisch optimierte Steuerkopf und Filtratrohre mit überragenden hydraulischen Eigenschaften für hohe Durchsatzleistungen, exzellente Kuchenwaschung, kompletten Kuchenabwurf mit Filterflächen von 0,5 m² bis 125 m² -22-

23 BOKELA Scheibenfilter BOKELA Scheibenfilter repräsentieren die neue Generation der Drehfilter Hochleistungsscheibenfilter Boozer mit 176 m 2 Filterfläche in einer Aluminiumraffinerie BOKELA Scheibenfilter zeichnen sich aus durch niedrige Druckverluste und 100 % höhere Druckdifferenz am Filtertuch im Vergleich zu konventionellen Scheibenfiltern Doppelete Leistungskapazität im Vergleich zu konventionellen Scheibenfiltern hohe Drehzahlen von bis zu 6 Upm (konventionellen Scheibenfilter : max. 3 Upm) 100 % Kuchenabwurf, auch bei hohen Drehzahlen hohe Zuverlässigkeit und Flexibiltät vollautomatischer Betrieb einfache Wartung Filterflächen von 12 m² bis 264 m² -23-

24 BOKELA Tellerfilter Eigenschaften von BOKELA Tellerfiltern: Im Vergleich zu konventionellen Tellerfiltern: hoch effiziente 3-stufige Gegenstromwaschung hohe Durchsatzkapzität und daher kleine Baugrößen niedrige Restfeuchte hohe Zuverlässigkeit über 95 % Verfügbarkeit automatischer, geregelter Betrieb 25% weniger waschflüssigkeit 50% höherer Durchsatz 100% Kuchenabnahme % weniger Energieverbrauch und Betriebskosten 4 BOKELA Tellerfilter mit je 54 m² Filterfläche (L-Type) -24-

25 Filter Revamping Filter Revamping... bedeutet Umbau und Optimierung laufender Filter wie z. B Scheiben-, Trommel, Teller-, Bandfilterund andere Filtertypen mit 30 % bis 135 % Durchsatzsteigerung Kosteneinsparungen (nur 10% - 25% der Kosten im Vergleich zu einer Investition in neue Filter ) kurzfristige und schnelle Realisierung, Finazierung über Wartungsbudget keine Neuinvestition. Filter Revamping ist der einfachste, schnellste und wirtschaftlichste Weg, um neue Produktionsziele zu erreichen -25-

26 Labor- und Engineering-Leistungen Labor- und Feldversuche für ein Anlagen Scale-up zur Bestimmung des Optimierungspotentials von Filterapparaten und -anlagen für Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien Ergebnisse Bestimmung von Feststoffdurchsatz Restfeuchte Filtratqualität / Feststoffgehalt Waschleistung / -effizienz Energieverbrauch Wirtschaftlichkeit Produktuntersuchungen Bestimmung von: Verfahrenstechnische Produkteigenschaften (Sedimentation, Filtration, Pressung,...) Entfeuchtungs- und Waschverhalten von Suspensionen und Schlämmen Vorbehandlung von Suspensionen und Schlämmen Prozess- & Apparatedesign Bestimmung von: Maschinenparametern optimalen Prozessparametern wie z. B: Filtrationsdruckdifferenz, Temperatur, etc. Geeigneten Prozesskombinationen Filtertüchern -26-