Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kontinuierliche Verdichtung und rissfreie Untersättigung kompressibler Filterkuchen mittels Überlagerung von Pressdruck und oszillierender Scherung

Die Forderung nach energieeffizienten Produktionsprozessen eröffnet Perspektiven für alternative Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung. Ein vielversprechender Ansatz ist der Eintrag von Scherkräften bei der Abtrennung von Feststoffen auf kontinuierlich arbeitenden Trommel- oder Bandfiltern. Der zusätzliche Schereintrag ermöglicht es, Produkte bei geringen Werten des Pressdrucks schonend und intensiv zu verdichten. Dies reduziert die Restfeuchte beträchtlich. Feinkörnige Produkte neigen zu Rissbildung. Die Scherverdichtung stabilisiert den Filterkuchen, so dass er rissfrei untersättigt werden kann. Die Forschungsstelle erprobte diese neuartige Methode im Rahmen des Vorhabens 18997 N erstmals im Labormaßstab und gelang zu vielversprechenden Ergebnissen.

Ziel des Folgevorhabens ist es daher, die bereits ermittelten wissenschaftlichen Grundlagen weiter auszubauen und das Verfahren schließlich zur Umsetzung im kontinuierlichen Prozess zu führen. Die angestrebten Ergebnisse des Vorhabens sind daher zum einen die Erstellung eines Leitfadens zur Anwendbarkeit der Verdichtung mittels oszillierender Scherung. Durch Identifizierung der für die Verdichtbarkeit relevanten Produkteigenschaften soll der Aufwand für Vorversuche reduziert werden. Zum anderen erfolgt die Übertragung des Verfahrens auf einen Demonstrator im Pilotmaßstab, um die Umsetzbarkeit im kontinuierlichen Prozess nachzuweisen.

Die zu erwartenden Ergebnisse des Vorhabens werden insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen des Maschinen- und Apparatebaus fundierte Informationen über die für das Verfahren relevante Produktpalette liefern. Weiterhin ist insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen von Bedeutung, die Gewissheit der technischen Machbarkeit zu erhalten, ohne das Risiko der eigenständigen Entwicklung eingehen zu müssen. Die anschließende Implementierung des Verfahrens in die jeweils eigenen Apparate verspricht einen Wettbewerbsvorteil gegenüber internationalen Konkurrenten.

Ergebniszusammenfassung:

Die Vibrationsverdichtung ist ein Verfahren im Bereich der Kuchenfiltration, mit dem die unerwünschte Rissbildung während der Untersättigung durch einen Gasdifferenzdruck verhindert und der Filterkuchen weitergehend mechanisch entfeuchtet werden kann. Rissbildung während der Untersättigung führt zu höheren Betriebskosten und im schlimmsten Fall zu einem schlechteren Entfeuchtungsergebnis. Da mechanische Entfeuchtungsmaßnahmen erheblich weniger Energie als die thermische Trocknung benötigen, ist es notwendig, den Filterkuchen nach der Kuchenbildung zu weit wie möglich mechanisch zu entfeuchten. Daher besitzt das Verfahren für die industrielle Kuchenfiltration grundsätzlich das Potential, Energie und somit Betriebskosten einzusparen. Im Vorgängervorhaben N 18997 N wurde das Verfahren erfolgreich im Labormaßstab für einige Modellprodukte getestet.

In der bestehenden Laboranlage erfolgten nun experimentelle Studien mit weiteren Modellprodukten, die sich in ihren Materialeigenschaften unterschieden. Es ergaben sich daraus, Korrelationen zwischen Materialeigenschaften und dem Verdichtungsverhalten unter Vibrationseintrag. Die erzielten Ergebnisse vertiefen das Prozessverständnis und ermöglichen in der industriellen Anwendung, die Eignung und das Potential des Verfahrens zur Verdichtung und Entfeuchtung von zu filtrierenden Produkten besser abschätzen zu können.

Mittels eines entwickelten Vibrationsmoduls wurde das Verfahren auf einen bestehenden Taktbandfilter im Pilotmaßstab erfolgreich übertragen. Durch das entwickelte Vibrationsmodul auf dem kontinuierlichen Filterapparat ist eine erhebliche mechanische Entfeuchtung des Filterkuchens und eine Verhinderung der unerwünschten Rissbildung bereits nach einer kurzen Prozesszeit möglich. Im Vergleich zu konventionellen Pressverdichtung sind gleiche oder sogar geringere Verdichtungs- bzw. Entfeuchtungszustände möglich. Die Ergebnisse unterstreichen die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens auf bestehende Taktbandfilter.