Verstehen der verschiedenen Arten der Prozessfiltration

Vom Sieben Ihrer Nudeln bis zur Zubereitung Ihres Kaffees ist Filtration überall in unserem Alltag zu finden.
Aber wussten Sie schon, dass viele Alltagsprodukte bei der Herstellung auch mehrstufig gefiltert werden?
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die grundlegenden Arten von Filtrationstechniken, wie sie funktionieren und wo sie in der Prozessfiltration eingesetzt werden.

Prozessfiltration wird verwendet, um Partikel, Verunreinigungen oder andere unerwünschte Substanzen aus Flüssigkeiten oder Gasen im Rahmen des Produktionsprozesses zu entfernen. Sie hilft dabei, Feststoffe von Flüssigkeiten oder Dämpfen aus Gasströmen zu trennen und stellt sicher, dass das Endprodukt die Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllt. Dieser Schritt ist in Branchen wie Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutika, Kosmetika, Tiernahrung, Chemie und Mikroelektronik unerlässlich. In diesen Branchen trägt die Filtration dazu bei, die Konsistenz aufrechtzuerhalten, regulatorische Anforderungen zu erfüllen und die Haltbarkeit von Produkten zu verlängern.

Wir können vier grundlegende Filtrationsmethoden unterscheiden, die typischerweise durch die Art und Weise, wie die Partikel zurückgehalten werden, und die Art des Filtermediums definiert werden.

Wenn eine hohe Anzahl von Partikeln vom Filtermedium eingeschlossen wird, bilden sie ein Partikelbett. Sobald dieser Filterkuchen entsteht, wird er zum primären Filtermedium und ist entscheidend für eine effektive Filtration. Zu diesem Filterkuchen werden gängige Filterhilfsstoffe wie Kieselgur oder Aktivkohle hinzugefügt. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie wird dieses Prinzip in der Regel zur Klärung hochkolloidaler Flüssigkeiten wie Bier, Wein und Säfte angewendet. Diese Art der Filtration kommt auch in Bereichen wie der Speiseöl- oder Zuckerraffination zum Einsatz, in denen schwere Feststoffe effizient entfernt werden müssen. 

Die Tiefenfiltration fängt Partikel über die gesamte Tiefe des Filtermediums auf, nicht nur an der Oberfläche. Der Filter besteht in der Regel aus faserigen, granularen oder gesinterten Materialien, die in ein Labyrinth aus Strömungskanälen gepresst, gewickelt oder anderweitig gebunden werden. Zusammen bilden die Fasern unregelmäßige Kanäle, was zu einem gewundenen Pfad für die Partikel führt. Aufgrund unterschiedlicher Rückhaltemechanismen sind Tiefenfilter in der Lage, Partikel aufzufangen, die viel kleiner als der Kanaldurchmesser in der gesamten Tiefe der Filtermatrix sind. Ein Tiefenfilter für Luft in steriler Qualität hat beispielsweise eine durchschnittliche Porengröße von 8 µm, ist aber in der Lage, Bakterien von 0,22 µm mit einer Effizienz von steriler Qualität zurückzuhalten.

Tiefenfilter werden häufig in der Prozessfiltration eingesetzt, um beispielsweise Farben zu entfernen, Katalysatoren zurückzugewinnen oder ungelöste Partikel abzuscheiden. Darüber hinaus werden sie aufgrund ihrer hohen Schmutzaufnahmekapazität häufig als Vorfiltrationsstufen zum Schutz feinerer Membranfilter in sterilen Anwendungen oder der Umkehrosmose eingesetzt. Diese Art der Filtration findet sich auch in pharmazeutischen Anwendungen oder Enzymprozessen, bei denen Feststoffe hoch sind und die Endklarheit wichtig ist.

Die Siebung ist die am besten erkennbare Art der Filtration, die einen Siebeffekt verwendet, der auch als Größenausschluss bezeichnet wird. Partikel, die größer als die Öffnungen im Filternetz sind, werden an der Oberfläche aufgefangen, während die kleineren Partikel durchströmen. Deshalb wird sie auch Oberflächenfiltration genannt. Im Alltag sieben wir die Nudeln mit einem Sieb ab. In der Prozessfiltration sind Membranfilter mit kleinen Poren ein gutes Beispiel, da sie Bakterien an der Oberfläche zurückhalten können. Sie werden häufig als letzter Filtrationsschritt angewendet, um die Flüssigkeit steril zu machen. Dies macht sie besonders nützlich in Branchen wie Kosmetik, Wasserabfüllung und Pharmazeutika, in denen Klarheit und mikrobiologische Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind.

Bei der Querstromfiltration fließt die Flüssigkeit nicht durch das Filtermedium ("Totendfiltration"), sondern entlang der Filtermedienoberfläche ("Querstromfiltration"). Ein häufiges Beispiel für die Kreuzstromfiltration ist die Umkehrosmose. Nur Wassermoleküle passieren die Membran, die andere Partikel wie Salze, Chemikalien und Mikroorganismen effektiv blockiert und entfernt.
Das Abwasser ist gereinigtes Wasser. Crossflow-Filtration wird häufig in der Ultrafiltration von Milchprodukten (z. B. Molkeproteintrennung), in biopharmazeutischen Anwendungen und in Wasseraufbereitungsprozessen mit hohem Volumen eingesetzt, bei denen ein kontinuierlicher Betrieb und minimale Verstopfung unerlässlich sind.

• Die Kuchenfiltration wird häufig bei der Weinherstellung, der Saftklärung und anderen Aufgaben mit hohem Feststoffgehalt eingesetzt.
  
  
• Die Tiefenfiltration unterstützt Schritte wie Vorfiltration, Pigmententfernung oder Katalysatorrückgewinnung.
  
  
• Die Oberflächenfiltration spielt eine Schlüsselrolle bei der Verarbeitung von Flaschenwasser, Kosmetika und sterilen Arzneimitteln.
  
  
• Die Kreuzstromfiltration eignet sich für die Biotechnologie, die Milchproduktion und die Wasseraufbereitung, wo ein gleichmäßiger Durchfluss wichtig ist.

JedeAbzugshaube bietet einen anderen Vorteil, sei es bei der Entfernung von Partikeln, der Klärung von Flüssigkeiten oder der Herstellung steriler Flüssigkeiten. Wenn Sie wissen, wie sie arbeiten, können Sie die richtige Lösung für den richtigen Prozess auswählen.

Bei Atlas Copco arbeiten wir mit einer Vielzahl von Branchen zusammen, um zuverlässige Prozessfiltrationslösungen anzubieten. Wenn Sie nach der richtigen Konfiguration für Ihre Anwendung suchen, sind unsere Experten für Sie da. Entdecken Sie unser komplettes Portfolio, um die beste Lösung für Ihren Prozess zu finden.

Hier sind einige häufig gestellte Fragen zu Filtrationsmethoden, die nützlich sind, wenn Sie Optionen vergleichen oder Ihren Prozess verfeinern möchten.
 

• Was ist der Unterschied zwischen Oberflächenfiltration und Tiefenfiltration?
  Bei der Oberflächenfiltration werden die Verunreinigungen wie Membranen an der Oberfläche des Filters zurückgehalten. Mit Tiefenfiltration,
  Die Partikel werden über die gesamte Filtertiefe gesammelt, z. B. in geschmolzenen Polypropylenfiltern.
  
  
  
• Was ist der Unterschied zwischen Dead-End- und Cross-Flow-Filtration?
  Bei der Dead-End-Filtration (auch Direktfiltration oder Closed-End-Filtration genannt) passiert die Flüssigkeit das Filtermedium.
  Während bei der Querstromfiltration (auch Tangentialfiltration genannt) die Flüssigkeit entlang des Filters zirkuliert. Letzteres wird typischerweise für sehr dichte Filtermedien wie die in der Umkehrosmose eingesetzt.
  
  
• Was ist der Unterschied zwischen einem absoluten und einem nominalen Filter?
  Ein Absolutfilter ist in der Lage, alle Partikel oberhalb einer bestimmten Größe (typische Rückhalterate: 99,98 %) zu entfernen.
  Ein Nennfilter ist in der Lage, eine bestimmte Anzahl von Partikeln zu entfernen, jedoch nicht alle Partikel (typische Rückhalterate: 98 %).
  Die absolute oder nominale Größe wird immer für eine bestimmte Fremdkörpergröße angegeben. Mit anderen Worten, ein Filterelement mit einer absoluten Nennfiltrationsleistung von 5 µm könnte eine Nennleistung von 1 µm aufweisen.