Getränke! Technologie & Marketing 4/2022

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Sensor- und Automatisierungslösungen für die Getränkeindustrie BRANCHEN REPORT | Filtration KONSTANTE PRODUKTWASSERQUALITÄT Die Filterrohranlage – Medienfiltration einmal anders gedacht Klar definierte und hervorragende sowie konstante Produktwasserqualität ist in der Produktion ein Muss. Die Getränkeindustrie stellt hier keine Ausnahme dar. Um die erforderliche Wasserqualität zu gewährleisten, ist bei der Wasseraufbereitung Medienfiltration oft unumgänglich. Ob als Vorbehandlung für eine Umkehrosmose oder zur Filtration von Mineralwasser – meist ist die Filtration von zum Beispiel Brunnenwasser über Filtermedien wie beispielsweise Sand die wirtschaftlichste Technologie, um diese Aufgabe zu erfüllen. D ie Medienfiltration wird allerdings oftmals vor unterschiedlichste Kombinationen an Herausforderungen gestellt. Beispiele sind: ▶ verschiedenste Rohwasserqualitäten, ▶ schwankende Zusammensetzungen des Rohwassers über die Zeit, ▶ limitierte Fördermengen der Rohwasserquellen oder ▶ spezielle Kundenerfordernisse. Dies erfordert ein hohes Maß an Flexibilität bei der Anlagenausführung. Zudem bringt die Medienfiltration trotz der verfahrenstechnischen Vorzüge meist zwei Hauptnachteile mit sich: Hoher Platzbedarf In vielen Betrieben ist Platz Mangel ware – entweder bezüglich verfügbarer Standflächen, Decken höhen oder auch beidem. Betriebe wachsen mit der Unternehmensentwicklung und oft kann nicht als Greenfield geplant oder beliebig umgebaut werden. Da ist die Implementierung eines sperrigen Medien filters stets eine Herausforderung. Dessen durch Auslegung zu ermittelnde Dimensionierung – vor allem Höhe und Durchmesser – ist aber verfahrenstechnisch notwendig und kann nicht beliebig angepasst werden. Falsche Dimensionierung bei schwierigen Filtrationsaufgaben, die beispielsweise bei der Enteisenung oder der Entmanganung vorkommen können, würde zu mangelnder Funktion der Filtration führen. Es stellt sich hierbei oft die Frage: Abb. 1 | Modularität der Filteranlage und Flexibilität der Anordnung: vergleichbare Filterfläche bei unterschiedlichen Anordnungen ▶ Wo kann der erforder liche Filter aufgestellt und wie kann dieser in Gebäude eingebracht werden? Große Rückspülwassermengen zur Regeneration der Filter Medienfilter müssen regelmäßig zurückgespült werden, um die abfiltrierten Partikel auszutragen und das Filterbett zu regenerieren. Dabei sind mitunter hohe Spülwassermengen erforderlich, wobei sich meist die Verwendung von Filtrat für diese Rückspülung empfiehlt, um nicht Verunreinigungen aus dem Rohwasser an die saubere Seite des Filters zu spülen. Dieses Filtrat ist kostbar, denn es muss zuvor durch die Medienfiltration aufbereitet werden und landet nach der Filterregeneration als Rückspülwasser im Abwasser. Dies mindert die Filtrat ausbeute. Hier stellt sich wiederum die Frage: ▶ Kann Rückspülwasser eingespart und so die Ausbeute des Filters erhöht werden? Im Spannungsfeld dieser Nachteile und der vielfältigen Kunden erfordernisse sowie Rohwassereigenschaften bietet ein Höchstmaß an Flexibilität bei der Anlagenausführung große Vorteile. Im Rahmen des öffentlich geförderten BMBF-Projekts SpheroFilt wurde daher ein maximal flexibles Konzept für eine Medienfiltrationsanlage entwickelt, welches beide Nachteile der Medien filtration gleichzeitig adressiert und sowohl das Platzproblem löst als auch Rückspülwassermengen einspart. Grafik: ATN Konzept Das Design der Anlage basiert auf Filterrohre (siehe Abb. 1). Mehrere Filterrohre werden parallelisiert und/oder seriell betrieben und bauen so eine Anlage auf. Die in dieser Anlage verbauten Filterrohre bilden durch ihr Zusammenwirken den Gesamtfilter und sind vergleichbar mit einem aus dem Stand der Technik bekannten großen quasi dekonstruierten Filterbehälter. Das Design macht die Filteranlage zu einer industriell skalierbaren und realisierbaren hoch flexiblen Alternative zu klassischen Medienfiltern. Eine Gruppe parallelisierter Filterrohre ist mit einer Sorte Medium (zum Beispiel mit einer Korngröße Sand) gefüllt, und bildet dabei eine Filterschicht. Ein bzgl. Durchmesser großer mit Filtersand gefüllter Behälter wird auf diese Weise durch viele Behälter mit kleinem Durchmesser ersetzt. Die so entstehende Gesamtfilterfläche kann durch die Summe der Einzelrohre äquivalent zum großen Behälter gewählt werden. Soll ein Mehrschichtfilter aufgebaut werden, bildet eine Gruppe 14 | Getränke! 04 | 2022
Sensor- und Automatisierungslösungen für die Getränkeindustrie Abb. 2 | Mehrschichtfilterrohranlage mit verschiedenen Filtrationsgeschwindigkeiten Rohwasser Enteisenung: Filtrationsgeschwindigkeit 1 Entmanganung: Filtrationsgeschwindigkeit 2 Filtrat Grafi k: ATN Filterrohre mit gleicher Füllung eine Filterschicht und jede weitere Gruppe mit ggf. anderem Filtermaterial eine weitere Filterschicht. Die Filterrohrlänge innerhalb einer Gruppe Filterrohre kann entsprechend der erforderlichen Schichthöhe gewählt werden. Die einzelnen Filterrohre einer jeden Schicht können durch eine große Sammelrohrleitung mit kleinen Stichleitungen zu jedem Filterrohr hydraulisch zusammengefasst werden. Dadurch ergibt sich eine hinsichtlich des Platzbedarfs und der Betriebsweise sehr flexible Anlage, die nahezu beliebig aufgebaut sein kann. Einbringung, Nachrüstung zu einem bestehenden System (oder klassischen Filter) sowie Standflächenoder Raumhöhenlimitation sind kein Problem mehr. Die Filterrohre können in aufrechter Position beliebig angeordnet werden. Einzelne Filterschichten können in verschiedenen Räumen aufgestellt oder Batterien von Filterrohren an die Wand gehängt werden. Jede Filterschicht kann eine andere Form haben – oder sogar eine andere Fläche. So kann der Enteisenungsteil eines auf diese Weise dekonstruierten Mehrschichtfilters bspw. eine Filtrationsgeschwindigkeit von 12 m/h haben und in der darauffolgenden Filterschicht zur Entmanganung ist durch eine größere Filterfläche – also eine höhere Anzahl parallelisierter Filterrohre – eine Filtrationsgeschwindigkeit von 10 m/h realisiert (siehe Abb. 2). So muss nicht der gesamte Filter dieselbe Dimensionierung haben, wie es beim klassischen großen Filterbehälter ist. Eine Entmanganung bei ungünstigen Wasserwerten funktioniert bei einer Filterrohranlage durch geringere Filtergeschwindigkeit immer noch betriebssicher, ohne den Durchmesser des ganzen Filterbehälters vergrößern zu müssen. Eine einzelne Filterschicht kann ebenfalls in zwei Filterrohrgruppen aufgeteilt werden, um zwei abgegrenzte Filtrationszonen zu generieren (siehe Abb. 3 links). Oft ist es in der Praxis der Fall, dass in einem klassischen Medienfilter nach entsprechender Betriebsdauer nur die obere Zone des Filtermediums mit Partikeln beladen ist und daher durch Rückspülung regeneriert werden muss. Rückgespült wird allerdings im klassischen Fall in der Regel der gesamte Filter. Dabei werden auch die Filterzonen mitgereinigt, die dies eigentlich nicht nötig haben und auf diese Weise werden unnötig hohe Rückspülwassermengen eingesetzt. Bei der Filterrohranlage kann optional nur die Filterzone – also Filterrohrgruppe – rückgespült werden, bei der dies erforderlich ist (siehe Abb. 3 rechts). Wie in klassischen Anlagen mit mehreren Filterbehältern statt einem Mehrschichtfilter oder in Doppelstockfiltern können so große Rückspülwassermengen eingespart werden, allerdings bei sehr viel flexiblerem Anlagendesign. Die effektive Filtratausbeute wird auf diese Weise erhöht und Kosten für Wasser und Abwasser gespart. Um dieses Konzept zu testen, wurde im Rahmen des Projekts Sphero- Filt eine skalierbare Pilotanlage gebaut und getestet. Damit sollte gezeigt werden, dass der Bau einer Filterrohranlage als Medienfilter realisierbar ist und die Funktion dem klassischen Medienfilter äquivalent ist. Zudem sollte ermittelt werden, ob die erwartete Einsparung von Rückspülwasser umgesetzt werden kann. Definierte Filtrationszonen und definierte Filtrationsleistung wurden durch den Einsatz von Glaskugeln als Filtermedium bewerkstelligt. Im Folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts kurz vorgestellt. Filterrohrpilotanlage Die Ausführung der Anlage wurde in Kunststoff und die Bedienweise manuell gewählt, um im Rahmen der Tests dem Bediener maximale Kontrolle über den Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Weiter auf der nächsten Seite. Pumpentechnik für hygienische Medien So fördern Sie hygienische Medien effektiv Die Wahl der richtigen Pumpe optimiert die Prozesse und erhält die Qualität Ihrer sensiblen Medien. NETZSCH hat sich konsequent darauf ausgerichtet, Sie: objektiv zu beraten mit der exakt passenden Pumpentechnologie zu unterstützen schließlich mit unserem Service über die gesamte Lebensdauer der Pumpe zu begleiten. Jede Technologie bietet für Sie spezifische Vorteile. Die Produktfamilie der NETZSCH Hygiene-Verdrängerpumpen Weitere Informationen: NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH Geretsrieder Str.1, D - 84478 Waldkraiburg Tel.: +49 8638 63 0 info.nps@netzsch.com www.pumps-systems.netzsch.com
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