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Optimierung der Filtration im Pilotmaßstab: Validierung des FNB-007S

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Eine Fallstudie des Bachiller Test Center zur Optimierung von Fest-Flüssig-Filtrationsprozessen für zwei Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften.

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Im wettbewerbsintensiven Bereich der industriellen Verfahrenstechnik und Anlagenbau sind Innovation und die Fähigkeit, sich an Kundenbedürfnisse anzupassen, entscheidende Unterscheidungsmerkmale. Bei Bachiller bietet unser Testzentrum an unserem Standort in Parets del Vallès einen wesentlichen Vorteil: die Möglichkeit, Prozesse zu validieren, neue Lösungen zu entwickeln und Anlagen für unsere Kunden zu optimieren.

Die Anlage ist mit einer umfassenden Palette an Anlagen im Pilotmaßstab ausgestattet, was die Prozessentwicklung und die Skalierung von Pilotanlagen hin zu industriellen Anwendungen ermöglicht. Diese Versuche ermöglichen es den Kunden, die Leistung verschiedener Anlagen zu vergleichen und auf der Grundlage empirischer Ergebnisse die effizienteste Lösung auszuwählen. Darüber hinaus garantieren wir die Vertraulichkeit aller Informationen und erzielten Ergebnisse, gegebenenfalls gestützt durch eine formelle Vertraulichkeitsvereinbarung.

Ein aktuelles Beispiel für diese Fähigkeiten ist das erfolgreiche Filtrationsprojekt, das für ein nordamerikanisches Unternehmen durchgeführt wurde. Ziel des Projekts war die Validierung eines Nutsche-Filters vom Typ FNB-007S für die Filtration zweier verschiedener Produkte: eines in einer Mischung aus Kalziumkarbonat und Kalziumhydroxid suspendierten Katalysators sowie eines in Ethanol gelösten Salzes zusammen mit anderen unlöslichen Salzen. In beiden Fällen mussten die zurückgehaltenen Feststoffe entsorgt werden, während das gewünschte Produkt im Filtrat gewonnen wurde.

Während der Versuche wurden verschiedene Filtermaschenweiten und Betriebsbedingungen, darunter Druck und Rührbewegung, untersucht, um die optimale Filtrationsleistung zu ermitteln.

Der für die Versuche verwendete Nutsche-Filter vom Typ FNB-007S verfügt über ein Arbeitsvolumen von 24 Litern und eine Filterfläche von 0,067 m². Die Anlage bewies unter anspruchsvollen Testbedingungen ihre Vielseitigkeit und Robustheit. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde mit einer Thermowaage analysiert, während die Trübung mit einem tragbaren Trübungsmessgerät gemessen wurde.

Katalysefilterung

Als erstes Produkt wurde der Katalysator untersucht. Der erste Test bestand darin, die gelieferte Suspension durch Verdünnung mit 3,75 kg Wasser pro Kilogramm der ursprünglichen Suspension wiederherzustellen. Die resultierende Mischung wies bei 105 °C einen Feuchtigkeitsgehalt von 92,38 % und eine Dichte von 1 kg/l auf.

Bei den Versuchen mit einer Filtermaschenweite von 10 µm wurden 25 Liter Suspension unter verschiedenen Druckbedingungen im Bereich von 0,5 bis 6 bar filtriert. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung des Drucks die Filtrationsrate verbesserte und bei 6 bar 14,05 kg/min/m² erreichte.

Dieser Druck führte jedoch auch zu einer teilweisen Verstopfung des Filternetzes, was darauf hindeutet, dass übermäßiger Druck kontraproduktiv sein kann. Das Rühren während der Filtration führte ebenfalls zu einer geringeren Leistung, wahrscheinlich weil dadurch die Bildung eines Filterkuchens erschwert wurde, der die Filtrationseffizienz verbessern würde.

In nachfolgenden Versuchen wurden Filtergewebe mit einer Maschenweite von 20 und 50 µm getestet. Mit dem 50-µm-Gewebe wurde ein vollständiger Filtrationszyklus bei 4 bar durchgeführt, ohne den Filterkuchen am Ende des Prozesses zu glätten. Dadurch konnte die Filtrationsleistung in den nachfolgenden Zyklen aufrechterhalten werden.

Es wurde beobachtet, dass ein übermäßiges Glätten des Filterkuchens oder eine zu starke Verringerung seines Feuchtigkeitsgehalts zu einer Verstopfung des Filtersiebs führen kann. Daher sollte diese Vorgehensweise bei industriellen Anwendungen vermieden werden. Stattdessen werden Siebe mit einer Maschenweite von 10 oder 50 µm empfohlen, da diese mithilfe von CIP-Verfahren (Clean-In-Place) effektiv gereinigt werden können.

Suspensionsfiltration auf Ethanolbasis

Das zweite untersuchte Produkt war eine Suspension auf Ethanolbasis mit einem sehr geringen Feststoffgehalt. Dies stellte eine Herausforderung für die Fest-Flüssig-Trennung dar, da die Bildung einer wirksamen Filterschicht eine vorherige Absetzphase erforderte.

Während der Versuche wurde ein 5-µm-Filtersieb verwendet und verschiedene Filtrationsdrücke im Bereich von 0,5 bis 6 bar getestet.

Bei einem optimalen Druck von 4 bar wurde eine Filtrationsrate von 45,48 kg/min/m² erreicht, bei einer durchschnittlichen Trübung von weniger als 1 NTU. Diese Ergebnisse belegen die Leistungsfähigkeit der Anlage bei der Gewinnung eines hochwertigen Filtrats.

Zudem erwies sich die Reinigung des Filternetzes mit Druckwasser als wirksam, um Verstopfungen zu verhindern und die Lebensdauer der Anlage zu verlängern.

Vom Pilotversuch bis zur industriellen Skalierung

Diese Fallstudie verdeutlicht die Fähigkeiten des Testzentrums von Bachiller, komplexe Filtrationsherausforderungen zu bewältigen und unseren Kunden maßgeschneiderte Lösungen anzubieten.

Der Einsatz von Anlagen im Pilotmaßstab ermöglicht es, reale Prozessbedingungen nachzubilden, verschiedene Konfigurationen zu bewerten und Betriebsparameter zu optimieren, bevor eine Lösung im industriellen Maßstab implementiert wird. Diese Methodik liefert nicht nur zuverlässige Ergebnisse, sondern trägt auch dazu bei, die mit der Prozessskalierung verbundenen Risiken und Kosten zu minimieren.

Über die technischen Vorteile hinaus unterstreicht das Testzentrum das Engagement von Bachiller, Lösungen an die spezifischen Anforderungen jedes Kunden anzupassen. Durch die Bereitstellung einer kontrollierten Testumgebung können Kunden mit verschiedenen Parametern und Betriebsbedingungen experimentieren und so die optimale Konfiguration für ihren spezifischen Prozess ermitteln.

So ermöglicht beispielsweise die Möglichkeit, verschiedene Filtermaschenweiten und Druckeinstellungen zu vergleichen, den Anwendern, anhand tatsächlicher Testergebnisse die für ihre Anwendung am besten geeignete Kombination zu ermitteln.

Vertraulichkeit und Zusammenarbeit mit den Kunden

Vertraulichkeit ist zudem ein grundlegender Pfeiler unserer Dienstleistungen. Bachiller gewährleistet, dass alle Informationen – von Produktformulierungen bis hin zu Testparametern und -ergebnissen – mit höchster Diskretion behandelt werden.

Dieser Ansatz schafft Vertrauen und ermöglicht es Unternehmen, ihre kritischsten Prozessanforderungen vertrauensvoll mitzuteilen, da sie wissen, dass ihre Informationen mit größter Professionalität behandelt werden.

Ein zuverlässiger Weg zur Prozessoptimierung

Das Testzentrum ist ein wichtiges Instrument für die Prozessvalidierung und die Entwicklung innovativer Filtrationslösungen. Durch technisches Fachwissen, Versuche im Pilotmaßstab und die enge Zusammenarbeit mit unseren Kunden bietet Bachiller weiterhin Anlagen und Dienstleistungen an, die industrielle Prozesse optimieren und zuverlässige, leistungsstarke Ergebnisse liefern.