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Informationen zu Filtertechnik

Filter ist ähnlich wie ein Sieb, er hält Feststoffe (aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom) zurück. Reingas ist die Bezeichnung für die feststoffreiche Phase nach der Filtration (mit Filtrat bei Flüssigkeiten) oder Gasfiltration.

Meist bleibt auf der Oberfläche des Filters ein sogenannter Filterkuchen zurück, ein Feststoff. Die Filtration findet insbesondere in der Gasphase statt. Im Inneren des Filters, je nach Aufbau. Oft entsteht dabei auch kein Filterkuchen.

Für den Filtervorgang ist die treibende Kraft vor und nach dem Filter zuständig, ein Transportmittel, das entweder durch Druck entsteht oder durch Sog (Zigarettenfilter oder Nutsche).

Prinzip der Funktion:

  • Querstromfiltration: Filtermedium quer zur Strömungsrichtung, Filterkuchen bildet sich nicht wegen der Scherkräfte (Abreinigung der Oberfläche). Die Suspension konzentriert sich in Strömungsrichtung -> Abführung des Konzentrats (Cross-Flow-Filtration)
  • Kuchenfiltration: Filterkuchen bildet sich auf dem medium mit wachsender Dicke, wirkt dann wiederum als immer dichter werdendes Filtergerät. Den Filterkuchen kann und muss man regelmäßig abtragen und hat dann einen Feststoff und ein gereinigtes Filtermedium.
  • Tiefenfiltration: bei Tiefen- oder Speichenfilter geschieht die Abscheidung im Filterinneren, der Wertstoff ist das fluide Medium, Feststoff lässt sich nur schwer extrahieren.

Physikalische Eigenschaften der Filterwikung:

  • Die Partikel sind größer als das Filtermedium – kein Eindringen in den Filter möglich, nennt sich Siebeffekt (bei Filtration von Suspensionen und bei membranbeschichteten Oberflächenfiltern)
  • Partikel sind zu träge, können der Strömung nicht folgen und treffen auf Material, das am Filter vorbeiströmt (Maß dafür ist eine Stokes-Zahl)
  • Die Partikelbahn schwankt statistisch um die Stromlinie, dadurch kann es Kontakt der Partikel mit dem Filtermaterial (Brownsche Molekularbewegung). Dieser Effekt ist nur für sehr kleine Teile wichtig, Beschreibung durch die Peclet-Zahl
  • Bei Oberflächenfiltern ist der Sperreffekt der Filterkuchen, der Sperreffekt für die schweren Partikel zwar am Medium vorbei, kann aber durch die Ausdehnung den Filter nicht passieren und lagert sich ab.
  • Wartet man lange genug ab, diffundieren die Partikel entlang des Thermogradienten, aufgrund der Thermophorese
  • Verwendet man einen Elektret-Filter, kann man kleine Partikel im Gasstrom elektrostatisch herausfiltern (Vliesfilter mit elektrostatischen polarisierten oder geladenen Fasern).

Filterarten:

  • Flexible Filtermedien = Filze, faserorientierte Vliese, Spinnvliese, Wirrfaservliese, Papier und Gewebe
  • Starre Filtermedien = Grundmaterial Kunststoff, Metall oder Keramik, Ausführungsbeispiele poröse Festkörper und Filterkerzen. Kornkeramische (Blähton oder Siliziumkarbid)für Heißgasfiltration
  • Schüttschichten = verschiedenste Materialien je nach Einsatzgebiet Kunstfasern (Polyester, Polyphenysulfid, Polytetraflourethylen etc), keramische Fasern/Sinterkörper, Glasfasern und Metalle.

Eigenschaften:

  • Filterwirkungsgrad (Effienz)
  • Einlagerung (Oberflächenfilter/Tiefenfilter)
  • Druckverlust /  Druckabfall
  • Reinigung

Übersicht der Filtermaterialien:

  • Siebe = Kaffeesieb, Metallsieb oder Kunststoffsieb
  • Papierfilter = nassfestes Papier wie Staubsaugerfilter
  • Glasfaservlies = Zigarettenfilter, Dunstabzugshaube, Luftfilter, Staubsauerzusatzfilter, Industriesauger-Filterkassetten, Reinraumfilteranlagen, Klimafilter
  • Keramikfilter = offenporig zur Reinigung von Metallschmelzen, Wasserfilter oder Dieselrußpartikelfilter.
  • Sintermetall = offenporig, Flüssigkeiten- und Gasfilter bei Mikroelektronikfertigung
  • Nadelfilz = großindustriellen Gasfiltration (Müllverbrennung, Gießereien etc)
  • Rückspülfilter = Filtermaterial wird erst gespült und dann durch den Filter über eine Rohrleitung gesaugt (verwendet bei Kühlwasseranlagen von Dampfkraftwerken um Turbinenkondensatoren und Rohrbündelwärmeübertrager freizuhalten)
  • Wasserfilter= Haushaltstechnik, Feinstfilter z. B. zwischen Wasserzähler und Druckminderer
  • Technische Wasserfilter= für Industrie und Trinkwasser (Sand, Kies, Aktivkohle etc), Anschwemmfilter, Kerzenfilter, Raumfilter, Schichtbettfilter, Magnetfilter (Schadstoffe werden ausgefiltert)

Abtropffilter in der Alchemie = Distallatio per filtrum (Destillation=Abtropfung)

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Thomas Braasch
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