FAQ

Funktionsweise einer Filterpresse

Maschinen- und Verfahrenstechnik

Die Filterpresse ist ein diskontinuierlich arbeitender Apparat. Während einer Charge sind eine ganze Reihe von Prozessschritten notwendig, damit der Feststoff von der Flüssigkeit getrennt werden kann.

Sowohl eine optimale Maschine als auch eine ausgereifte Verfahrenstechnik sind notwendig, damit der Betrieb der Anlage und die Ergebnisse den Anforderungen entsprechen.

Maschinentechnische Ausrüstung einer Filterpresse

Das Kernstück einer Filteranlage ist die Filterpresse selbst. Daneben ist jedoch die gesamte Peripherie von außerordentlicher Bedeutung. Hier werden die Möglichkeiten für den Betrieb einer solchen Anlage definiert.

Filterpresse Baugruppen und Komponenten
Filterpresse Baugruppen und Komponenten

 

Das Layout dieser Anlage zeigt die erforderlichen Baugruppen und Komponenten:

  • Filter Presse mit schneller Hydraulik und Transporteinrichtungen zum Öffnen der Kammern.
  • Kammer – Filterelemente aus Polypropylen mit Filtergewebe gespannt.
  • Armaturen für Schlamm, Waschwasser, Filtrat Druckluft.
  • Beschickungspumpe mit Steuerung inklusive Druck- und Durchflußmessung.
  • Hochdruckreinigungsanlage zum Abspritzen der Filtertücher.
  • Filtertuchsteuerungsanlage zur chemischen Reinigung von Filtertücher und Filterelemente.

Bauart von Filterpressen

Die Unterschiede der diversen Fabrikate sind zum Teil nur geringfügig. Jeder Maschinenbauer kann eine Filterpresse konstruieren und bauen.

Die wesentlichen Unterschiedsmerkmale von Filterpressen sind im Betrieb, im Ergebnis der Separation und in der Zuverlässigkeit der Anlagen zu suchen.

Für den Betreiber sind folgende Aspekte wichtig:

  • Robuster, solider und zuverlässiger Maschinenbau. Gute Filterpressengestelle sind einfach im Aufbau.
  • Einsatz von bewährten Komponenten.
  • Einfache Instandhaltung, prompter Service vom Hersteller und kostengünstiger Betrieb.
  • Bedienerfreundliche, voll automatische Steuerung der Filterpresse.

Abweichungen dazu finden sich in der Praxis immer wieder. Manche Filterpressen-Hersteller sparen am Plattentransport, andere bauen teure, bewegliche Kopfplatten damit Toleranzen an der Maschine ausgeglichen werden können.

Kammerfilterplatten

  • Kammerfilterplatten aus Polypropylen haben sich seit über zehn Jahren bestens bewährt. Sie sind leicht und kostengünstig.
  • Kammerfilter aus Stahlguß werden eingesetzt, wenn zu filtrierende Material eine hohe Temperatur aufweist. Diese Platten sind jedoch sehr schwer und sehr teuer.

Filtertücher

Filtertücher sind absolut entscheidend für den Separationseffekt und auch für den problemlosen Abwurf der Filterkuchen aus den Filterkammern.

Es gibt sehr viele Zulieferer in dieser Industrie. Die Unterschiede in den Gewebequalitäten und besonders in der sorgfältigen Konfektionierung der Filtertücher sind sehr wichtig.

Verschiedene Details sind bei der Wahl des Filtertuches besonders wichtig:

  • Als Gewerbewerkstoff wird generell Polypropylen eingesetzt.
  • Die Fasern des Gewebes bestehen aus mono-, und multifilamenten Garnen.
  • Die Oberfläche des Gewebes musst thermisch geglättet und thermisch fixiert sein.
  • Die optimale Passform des fertigen Filtertuches muss gewährleistet sein.

Regelung der Beschickungspumpe

Generell werden Schlammpumpen zur Beschickung der Filterpressen verwendet.
Wie z.B.:

  • Exzenterschneckenpumpen
  • Kolbenmembranpumpen
  • Kugelmembranpumpen
  • Drehkolbenpumpen

Wichtig ist die Steuerung und Regelung dieser Pumpen.

Wichtig für den Betrieb der Beschickungspumpe ist:

  • Die Beschickungspumpe sollte mit einem Frequenzumformer betrieben werden.
  • Als Regelgrößen für die Beschickungspumpe muss der Filtrationsdruck, der Durchflussvolumenstrom und der absolute Input pro Charge einbezogen werden.
  • Die Steuerung der Beschickungspumpe muss in der Lage sein in bestimmten Bereichen individuelle Setup-Parameter zuzulassen. Dazu zählen insbesondere:
    • Die maximale zulässige Filtrierdruck
    • Das Anfahrverhalten der Beschickungspumpe
    • Der Verlauf der Filtratkennlinie
    • Die Abschaltbedingungen der Beschickungspumpe
    • Der minimale und maximale Input pro Charge
  • Damit dieser Betrieb möglich ist, sind in der MSR-Technik (Mess-, Steuerungs-und Regelungstechnik) der Filterpresse Drucksensoren, Durchflussmesser und ein optimaler Regler notwendig.

Hochdruckwaschanlage zur Reinigung der Filtertücher

Filtertücher müssen in Abhängigkeit der jeweiligen Verschmutzung gereinigt werden. Moderne Filterpressen sind dazu mit einer vollautomatischen Hochdruckwaschanlage ausgerüstet.

Diese Anlage reinigt die Filtertüchern jeder Filterplatten vollautomatisch mit sauberen Wasser mit Drücken bis etwa 100 bar. Es gibt Hersteller die Waschanlagen mit wesentlich geringeren Betriebsdruck anbieten. Daraus resultiert natürlich ein Kostenvorteil, welcher durch Nachteile in der Reinigungsleistung verkauft wird.

Wichtige Kriterien bei der Hochdruckwaschanlage sind:

  • Die Filtertücher müssen je nach Schlammzusammensetzung, Selbstreinigungsverhalten der Filtertücher und nach Anzahl der täglichen Chargen gereinigt werden. Die Reinigungsintervalle können daher zwischen einer Reinigung pro Woche, bis zu einer Reinigung je Schicht reichen.
  • Eine Hochdruckwaschanlage mit 100bar Betriebsdruck in einer sogenannten Niederdruckwaschanlage hinsichtlich der notwendigen Reinigungszeit und besonders im Hinblick auf den Reinigungeffekt überlegen.
  • Zum Reinigen wird in der Regel sauberes Wasser verwendet.

Säuerungsanlage zur Reinigung der Filtertücher und der Filterelemente

Kalkablagerungen im Filtergewebe, in und auf den Filterelementen können mit der Hochdruckwaschanlage natürlich nicht entfernt werden. Zu diesem Zweck müssen die Kammern der Filterpresse mit verdünnter Salzsäure geflutet werden. Diese Prozedur wird in der Regel mehrmals je Kampagne angewendet.

Verschiedene Betriebe verzichteten in der Vergangenheit auf solche Einrichtungen. Entweder wurden nur die Tücher gelegentlich ausgebaut und gesäuert oder eine chemische Reinigung wurde gar nicht ausgeführt. In der Praxis zeigten sich infolge dessen eine Reihe von Problemen.

Die Vorteile einer chemischen Reinigung sind:

  • Kalkablagerungen im und hinter dem Filtergewebe sind nur durch eine chemische Reinigung zu entfernen.
  • Kalkablagerungen auf der Oberfläche der Filterelemente und besonders in den Filtrat-Drainagebohrungen sind nur durch die chemische Reinigung erreichbar.
  • Bei guten Reinigungssystemen wird die verdünnte Säuren kontinuierlich rezirkuliert. Diese Methode ist effektiver und kostengünstiger als jede andere.
  • Verschiedene Hersteller bieten sowohl manuelle als auch automatisch arbeitende Reinigungsanlagen an. Die automatisierten Systeme bieten auf jeden Fall gleichmäßigere Ergebnisse als manuell gesteuerte Reinigungsanlagen.

Steuerung der Filterpresse

Heute werden bei Filterpressen nur noch SPS Steuerungen eingesetzt. Es ist erfahrungsgemäß nicht die Frage ob eine solche Technologie eingesetzt wird sondern vielmehr die Diskussion die benutzerfreundlich solche Systeme installiert werden.

Für den Betreiber sollten folgende Kriterien als Leitlinie dienen:

  • Parameter wie Druck, Durchfluss und Temperaturen müssen gemessen und in die Prozessverarbeitung integriert werden.
  • Alle variablen Parameter müssen einfach durch das Bedienungspersonal verändert werden können. Intelligente Steuerungen sind also gefragt. Die Programmierer und Verfahrenstechniker der Hersteller sind dabei gefordert. Die korrekte Installation ist nicht eine Frage der Kosten sondern die Frage nach dem Know-how der Experten.
  • Heute sind LCD Bildschirme sehr preiswert. Zur Darstellung der aktuellen Prozesse kann diese Technologie ohne großen Aufwand integriert werden.
  • Die jeweiligen Prozessparameter als auch die individuellen Änderungen müssen unbedingt dokumentiert werden. In vielen Fällen kann gar nicht nach Fehlern oder Unregelmäßigkeiten gesucht werden, da keinerlei Dokumentation zum Betrieb einer Anlage vorhanden ist.

Die Verfahrenstechnik

Der verfahrenstechnische Ablauf einer Charge kann sehr genau definiert werden. Natürlich sind für eine ganze Reihe von Prozessparameter variable Bedingungen möglich. Mittels Setup der Anlagensteuerung und auch intelligenter MSR-Technik können die variablen Parameter manuell oder automatisch angepasst werden.

In den folgenden Abschnitten werden die Einflüsse auf den Betrieb anhand einer Charge allgemein dargestellt und erläutert.
1. Schließen der Filterpresse
2. Filtrieren von Schlamm
3. Trocknen der Filterkuchen
4. Öffnen der Filterpresse und entleeren der Filterkuchen

Schritt 1: Schließen der Filterpresse

Zum Schließen der Filterkammern werden die Filterplatten mit definierter Schließkraft zugehalten. Alle Filterpressenfabrikate verwenden dazu einen Hydraulikzylinder zusammen mit einem Hydraulikaggregat.

Wichtige Aspekte dabei sind:
  • Die Filterelemente müssen korrekt geführt in der Filterpresse hängen. Es ist darauf zu achten, dass keinerlei Gegenstände zwischen den Filterelementen eingeklemmt werden. Die Dichtflächen der Filterelemente müssen sauber bleiben.
  • Bei einem Betriebsdruck von circa 10 bar ist eine hydraulische Schließkraft von 1585 kN notwendig.
  • Die Schließkraft muss in engen Grenzen gehalten werden. Dazu wird der hydraulische Schließdruck der Filterpresse überwacht. Fällt der Hydraulikdruck ab, so muss die Hydraulikpumpe Druck nachholen. Steigt der Hydraulikdruck über ein Maximales Limit an, zu muss der Druck mittels Überstromventil abgebaut werden.
Aus der Praxis sind verschiedene Probleme bekannt:
  • Bei zu hohen Schließkräften werden die Filterelemente deformiert. Totalschaden an den Filterelementen kann eintreten.
  • Die Filtertücher werden am Dichtrand überlastet. Die Lebensdauer der Filtertücher wird dadurch erheblich reduziert.
  • Die Filterpresse und die Filterelemente in der Filterpresse müssen geometrisch korrekt angeordnet sein. Verschleiß und unsauber ausgerichtete Filterplatten führen zu Dauerschäden.

Schritt 2: Filtrieren von Schlamm

Wenn der Schlammvorlagebehälter ein bestimmtes Mindestvolumen beinhaltet kann die Filterpresse mit Schlamm beschickt werden. Zu Beginn, wenn die Kammern der Presse leer sind fördert die Pumpe einen sehr hohen Volumenstrom – am Ende des Schrittes, wenn die Kammern nahezu voll sind, steigt der Filterdruck an und der Volumenstrom der Pumpen vermindert sich.

Wichtige Hinweise für den praktischen Betrieb:
  • Die Pumpe sollte mit einem sogenannten Softstart (= spezielle Methode zum Starten und Anfahren von Kreiselpumpen bei Filterpressen) angefahren werden.
  • Die Leistung der Pumpe muss an der Filtriertbarkeit des Schlamms angepasst werden, dazu ist ein Frequenzumformer zur stufenlosen Pumpensteuerung absolut vorteilhaft.
  • Es ist ganz wichtig, dass die Kammern der Filterpresse gleichmäßig gefüllt sind. Ist zu viel oder zu wenig Feststoff in den Kammern wird das Waschen der Filterkuchen erschwert.
  • Bei zu geringer Kammerfüllung wird die Lebensdauer der Filterelemente zum Teil erheblich reduziert.
  • Es ist außerordentlich wichtig, dass der Betreiber die jeweilige Schlamm- zusammensetzung und die Schlammeigenschaften kennt. Nur anhand dieser Informationen können im Setup der Steuerung die bestmöglichen Parameter zur Filtration gewählt werden.
  • Für das Ende der Filtration müssen ganz bestimmten Bedingungen zusammentreffen. Der Beschickungsdruck, die Filterleistung und der minimale Input muss die definierten Werte erzielen.
  • Es ist sehr wichtig dass die Steuerung der Pumpen sehr einfach erforderliche Änderungen im Setup der Pumpen zulässt. Das Bedienungspersonal kann dann sehr schnell auf flexible Betriebsbedingungen reagieren und den optimalen Betrieb vorgeben.

Schritt 3: Trocknen der Filterkuchen

Am Ende des Pressvorgangs werden in den meisten Fällen die Filterkuchen mit Druckluft getrocknet. Bei diesem Vorgang wird Kapillarwasser mit Druckluft aus dem Filterkuchen geblasen. Der Vorgang der Trocknung ist somit sehr kurz.

Für die Praxis sind verschiedene Kriterien wichtig:
  • Filterkuchen sollten auch hier möglichst gleichmäßig sein, damit ein gleichmäßiges Trocknungsergebnis erzielt wird.
  • Der Luftdruck und die Trocknungszeit müssen sorgfältig auf die Filterkuchen abgestimmt sein.
  • Die Steuerung der Anlage muss gewährleisten, dass das Setup für die optimalen Parameter einfach zu realisieren ist. Dazu zählen die Parameter für Luftdruck, Trocknungszeit und gegebenenfalls die Möglichkeit die Trocknung zu reversiblen.

Schritt 4: Öffnen der Filterpresse und entleeren der Filterkuchen

Wenn alle Prozessschritte abgeschlossen sind, muss die Filterpresse unbedingt in einen „Drucklosen Zustand“ gebracht werden. Erst dann kann die Filterpresse geöffnet werden und die Filterkammern werden entleert.

Der Filterkuchen fällt normalerweise selbsttätig aus den Filterkammern. Das Bedienungspersonal sollte dies jedoch überwachen.

Für den praktischen Betrieb sind folgende Aspekte wichtig:
  • Die Filtertücher müssen immer in sauberen Zustand sein, damit die Filterkuchen gut abfallen. Gegebenenfalls sollten die Filtertücher mit der Hochdruckreinigungsanlage gewaschen werden und von Zeit zu Zeit muss eine chemische Reinigung der Filtertücher erfolgen.
  • Das Bedienungspersonal muss das Entladen der Kammern überwachen.
  • Das Bedienungspersonals sollte die Füllung der Kammern kontrollieren und gegebenenfalls die Setup Parameter korrigieren.
  • Im Labor sollten ein bis zweimal je Schicht der Feststoffgehalt der Filterkuchen bestimmt werden.