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Industrie-Luftfiltern

Schlauchfilter und Filterpatronen zur Luftentstaubung während des pneumatischen Transports

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Abschnittszusammenfassung
1. Einführung
2. Auslegung von Entstaubungsfiltern
3. Leistungsmerkmale von Entstaubungsfiltern
4. Wichtige Auslegungsüberlegungen
5. Sicherheit von Filtern, Vermeidung von Staubexplosionen
6. Hersteller von Schlauchfiltern

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1. Einführung

Entstaubungsfilter müssen in Schüttguthandhabungssystemen an allen Stellen positioniert werden, an denen ein Luftaustausch zwischen Prozess und Umgebung erforderlich ist. Industrie-Luftfilter ermöglichen Folgendes:

• Vermeidung von Produktverunreinigungen durch Staub oder andere Fremdstoffe, wenn Luft aus der Umgebung angesaugt wird

• Vermeidung von Staubemissionen in die Umgebung, wenn Luft abgelassen werden muss. Dies ist aus rechtlichen Gründen erforderlich, dient aber auch der Schaffung einer sicheren und staubfreien Arbeitsumgebung.

Filter können passiv (ohne automatisches Reinigungssystem) oder aktiv (mit automatischem Reinigungssystem) sein, abhängig von ihrer Position im Prozess sowie der jeweiligen Anwendung.

Abbildung 1: Positionierung von Filtern in einer typischen pneumatischen Förderanlage

In Schüttguthandhabungsprozessen sind die typischen Anwendungen wie folgt:

• Pneumatische Förderung, Filter am Anfang der Förderstrecke (zur Vermeidung von Verunreinigungen im Prozess) sowie am Ende, z. B. in Zyklonfiltern
• Entlüftungsfilter zur Staubabscheidung aus verdrängter Luft, z. B. beim Befüllen von Trichtern
• In Staubsammlern, z. B. bei einem Sprühtrocknungsprozess, verhindern solche Industrie-Entstaubungsfilter hohe Emissionen in die Atmosphäre und verbessern die Wirtschaftlichkeit des Prozesses durch Rückführung des abgeschiedenen Pulvers.
• In Luftbehandlungseinheiten

2. Auslegung von Entstaubungsfiltern

Filter werden kommerziell in Form von Schlauchfiltern, wobei das Material gewebeartig ist, oder als Filterpatronen, bei denen das Material steifer ist. Sehr kleine Filter können nur einen einzigen Schlauchfilter oder eine Patrone enthalten, in der Regel sind jedoch mehrere Filter in einem Gehäuse (Schlauchfiltergehäuse) untergebracht.

Filter erreichen normalerweise einen hohen Abscheidegrad , indem das Produkt selbst als Filtermedium dient. Der Filter hält das Pulver zurück, das eine feine Schicht auf dem Filter bildet. Diese Schicht ermöglicht einen hohen Filtrationsgrad.

Abbildung 2: Funktionsprinzip eines Impulsstrahlfilters

Ein zu starkes Anwachsen dieser Produktschicht führt jedoch zu einer Verstopfung der Luftströmung und einem Anstieg des Druckverlusts des Filters. Daher ist eine regelmäßige Reinigung des Filters erforderlich.Heutzutage erfolgt eine solche Reinigung durch gegenstromweise Injektion von Druckluft (oder einem anderen Gas, falls Luft nicht zulässig ist). Diese Filter werden als Impulsstrahlfilterbezeichnet. Der Gasimpuls lässt das auf dem Schlauchfilter oder der Patrone abgelagerte Produkt in den Auffangbehälter zurückfallen, wodurch der vom Filter erzeugte Druckverlust verringert wird. Andere Schlauchfiltersysteme zur Reduzierung der Kuchenbildung sind Rüttelfilter und Rückspülfilter; diese Verfahren können jedoch nicht kontinuierlich eingesetzt werden. Es ist erforderlich, den Prozess anzuhalten, den Filter zu reinigen und den Prozess neu zu starten. Aus diesem Grund haben sich Impulsstrahlfilter stark verbreitet.

Für eine solche Rückspülung ist ein kräftiger (um das Material abzulösen), aber kurzer Luftstrom (um den Förderprozess nicht zu stören) durch das Filtergehäuse erforderlich. Ein Druckluftbehälter wird in unmittelbarer Nähe des Filters installiert, und für jeden Schlauchfilter ist eine Düse mit einem Elektromagnetventil vorgesehen. Wenn der Filter gereinigt werden muss, öffnen sich die Elektromagnetventile und der Behälter entlädt die Luft. Der übliche Druck im Behälter liegt im Bereich von 3–4 bar(g).

3. Leistungsmerkmale von Entstaubungsfiltern

Wie berechnet man die Filtergröße?

Der entscheidende Leistungsparameter zur korrekten Dimensionierung eines Filters ist der Druckverlust, der über den Filter auftritt. Es ist zu beachten, dass sich dieser Druckverlust aus dem Druckverlust durch das Filtergewebe (der von der Filtereffizienz abhängt) und dem Druckverlust durch den auf dem Filter abgelagerten Produktkuchen zusammensetzt.

Dieser Druckverlust ist tatsächlich eine Funktion der Filtrationsgeschwindigkeit, die oft in m/s angegeben wird. Ist der Druckverlust zu hoch, müssen zusätzliche Schlauchfilter hinzugefügt werden. Durch die Vergrößerung der Filterfläche verringert sich die Filtrationsgeschwindigkeit und damit auch der Druckverlust. Typische Filtrationsgeschwindigkeiten für Filter mit Rückspülung (Impulsstrahl) liegen zwischen 0,01 und 0,075 m/s.

Mit dieser Größenordnung lässt sich die benötigte Filterfläche berechnen. Wenn Sie z. B. eine pneumatische Förderanlage mit 500 m^³/h betreiben, die mit einem Impulsstrahlfilter ausgerüsteten Auffangbehälter besitzt, können Sie die benötigte Filterfläche wie folgt abschätzen: A = 500 (m with a receiver equipped with pulse jet filter, you can estimate the need of filtration area as A=500(m^³/h) / (144 (m/h)) = 3,5 m^²

Neben der Filtrationsgeschwindigkeit (auch als Luft-zu-Gewebe-Verhältnis ( "Tuchbelastung") bezeichnet) müssen zwei weitere Geschwindigkeiten berechnet werden: die Zwischenraumgeschwindigkeit und die Gehäusegeschwindigkeit.

Zwischenraumgeschwindigkeit von Filtern: Dies ist die aufwärts gerichtete Gasgeschwindigkeit zwischen den Schlauchfiltern. Sie wird berechnet, indem der Luftvolumenstrom in m^³/h durch (die Querschnittsfläche des Filtergehäuses minus die Fläche der Schlauchfilter = freie Fläche zwischen den Schlauchfiltern) dividiert wird. Sie sollte typischerweise unter 1,5 m/s (oder 300 ft/min) liegen. Wichtig ist, dass die Zwischenraumgeschwindigkeit nicht zu hoch ist, da sonst der Staub, der bei einem Reinigungszyklus von den Schlauchfiltern abfällt, nicht in den Trichter fällt, sondern sofort zurück zum Filter getragen wird. Zu beachten ist, dass die Zwischenraumgeschwindigkeit manchmal mit der Gehäusegeschwindigkeit verwechselt wird.

Gehäusegeschwindigkeit von Filtern: Dies ist die aufwärts gerichtete Gasgeschwindigkeit unmittelbar vor den Schlauchfiltern. Sie ist daher niedriger als die Zwischenraumgeschwindigkeit. Sie wird berechnet, indem der Luftvolumenstrom in m³/h durch die Querschnittsfläche des Filtergehäuses. Die Kanalkanalgeschwindigkeit, als interstitielle Geschwindigkeit, sollte nicht zu hoch sein, um zu verhindern, dass der von den Filterschläuchen gereinigte Staub sofort vom aufwärts strömenden Luftstrom wieder mitgerissen wird.

In der Praxis ist es notwendig, ein auf Filtration oder pneumatischen Transport spezialisiertes Unternehmen mit der Auslegung des Filters zu beauftragen, aber die oben genannten einfachen Größenordnungen sind nützlich, um ein bestehendes Design oder ein Angebot zu überprüfen.

4. Wichtige Konstruktionsüberlegungen

Die Rückspülung des Filters kann entweder basierend auf dem Druckabfall oder zeitgesteuert erfolgen. Selbst bei zeitgesteuerter Rückspülung ist es ratsam, ein Differenzdruckmessgerät vorzusehen, um den Zustand des Filters zu bewerten.

Filter können eine Kontaminationsquelle darstellen, da während des Reinigungsprozesses Produkt in den Produktstrom zurückfällt: Bei empfindlichen Produkten müssen unterschiedliche Sätze von Filterschläuchen verwendet werden. In diesem Fall ist ein Filtergehäuse-Design erforderlich, das einen guten Zugang und einen schnellen Wechsel der Filterschläuche ermöglicht.

5. Sicherheit von Filtern: Staubexplosion Prävention

Filter waren in der Vergangenheit die Ursache mehrerer Staubexplosionen, insbesondere wenn sie in der pneumatischen Förderung eingesetzt werden. Filter können durch den Luft- und Materialstrom tatsächlich statische Elektrizität ansammeln. Wenn sie nicht ordnungsgemäß geerdet sind, kann sich diese statische Elektrizität von Zeit zu Zeitentladen, und zwar vom Filter zu einem anderen Bauteil der Anlage, typischerweise dem Chassis, auf dem das Filtermedium montiert ist. Bei der Entladung entsteht ein Funke und wenn eine Staubwolke innerhalb ihrer explosionsfähigen Konzentrationsgrenzen vorhanden ist, kann es zu einer Explosion kommen.

Um ein solches Risiko zu vermeiden, müssen der Filter und seine Halterung für den Einsatz in Bereichen mit Staubvorkommen zertifiziert sein (ATEX-Zone gemäß europäischer Verordnung). Das Chassis, das das Filtermedium trägt, muss geerdet sein und der Filterschlauch oder die Filterpatrone muss entweder leitfähig sein, in welchem Fall ein Erdungskabel installiert werden muss, oder eine niedrige Durchschlagspannung aufweisen und für den Einsatz in explosionsfähiger Staumatmosphäre zugelassen sein. Die elektrische Durchgängigkeit muss gewährleistet sein.

Es ist eine Sicherheitsanforderung, die Staubexplosionszone zu bewerten, in der der Filter betrieben wird, eine für diese Zone zertifizierte Ausrüstung auszuwählen und durch eine strenge Wartung sicherzustellen, dass das System langfristig den Herstelleranforderungen entspricht (insbesondere, dass alle Erdungskabel angeschlossen sind und das Filtermedium dem Design entspricht).

Weitere Informationen zur Vermeidung und Minderung von Staubexplosionen finden Sie im "Process Safety Handbook".

6. Hersteller von Schlauchfiltern

Filter oder Filterpatronen spielen heute eine Schlüsselrolle, um die Einhaltung der Vorschriften eines Werksbetreibers in Bezug auf Staubemissionen, Produktkontrolle und Staubexplosionssicherheit zu gewährleisten. Die Wahl eines renommierten Herstellers ist daher von entscheidender Bedeutung. Der Kauf billiger Filter von einem unbekannten Unternehmen kann sehr teure Folgen haben, falls das Filtermedium reißt, die Filtrationsleistung nicht den Erwartungen entspricht oder der Druckabfall höher als ausgelegt ist (Auswirkung auf die Leistung).

Man sollte sich immer an Lieferanten mit mehrjähriger Erfahrung wenden, diese befragen, Fragen unter Verwendung der Informationen dieser Seite stellen und den Hersteller auswählen, der das beste Wissen-Preis-Verhältnis bietet.