Filterkuchen

Als Filterkuchen wird der sich bei der Filtration auf einem Filter bildende Rückstand aus zurückgehaltenen Stoffen bezeichnet. Er ist bei der Filtration mit Oberflächenfiltern wesentlich für die Reinigungsleistung verantwortlich.

Entstehung und Bedeutung

Während des Filtrationsvorganges werden Partikel – in der Regel Feststoffe – vom Filtermedium zurückgehalten und lagern sich auf diesem ab. Mit zunehmender Dauer bildet sich eine deutlich wahrnehmbare Partikelschicht – der Filterkuchen – aus, die zwar zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes führt, aber auch zu einer deutlichen Verbesserung der Reinigungsleistung. Mit zunehmender Dicke des Filterkuchens erfolgt die Partikelabscheidung hauptsächlich durch diesen. Dies lässt sich dadurch erklären, dass der Abstand zwischen den einzelnen Partikeln geringer ist als zwischen den Fasern.<ref>Nikolaj Albertovič Fuchs: The Mechanics of Aerosols. Pergamon Press, Oxford 1964, S. 213.</ref> Die Effizienz des Filterkuchens steigt dabei besonders schnell an, wenn zumindest Teile der Partikel faserförmig sind.<ref>R. G. Dorman: Filtration. In: Charles Norman Davies: Aersosol Science. Academic Press, London und New York 1966, S. 219.</ref> Der steigende Strömungswiderstand führt aber zu einem zunehmenden Leistungsbedarf zur Durchströmung des Filters bzw. bei begrenzter Leistung zu einer stetigen Abnahme des Volumenstroms durch den Filter. Der Druckverlust des Filterkuchens bestimmt im Wesentlichen den Energiebedarf einer Entstaubungsanlage.<ref>Gunnar-Marcel Klein, Theo Schrooten, Tim Neuhaus, Rainer Kräbs: Energieeffiziente Jet-Pulse-Entstaubungsanlagen. Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 69 (2009) Nr. 5, S. 199–204.</ref> Zudem können die auf den Filterkuchen wirkenden Kräfte dazu führen, dass es zur sogenannten Kuchenkompression – einer quasi schlagartigen Verdichtung des Filterkuchens<ref>Motortechnik: Von Filtern und Vliesen. Abgerufen am 11. August 2015. </ref> und damit einem sprunghaften Anstieg des Strömungswiderstandes – kommt. Der Filterkuchen muss daher nach einiger Zeit vom Filter entfernt werden, z. B. durch Rückspülen bzw. in der Gasphase meist durch Einbringen eines Druckimpulses auf der Abströmseite des Filtermediums. Die nur den Bruchteil einer Sekunde dauernde Druckstoßreinigung führt bei der Gasreinigung zu einem plötzlichen Anstieg der Partikelkonzentration im Reingas.<ref>Friedrich Löffler, Jörg Sievert: Die periodische Regenerierung als kritische Phase beim Betrieb von Schlauchfiltern mit Druckstoßabreinigung. Staub – Reinhalt. Luft, 48 (1988) Nr. 7/8, S. 273–279.</ref>

Insbesondere bei Abgasreinigungsanlagen für komplexere Abgaszusammensetzungen, wie z. B. bei Müllverbrennungsanlagen, kann es durch Unterschreitungen des Taupunktes einzelner Abgaskomponenten zu Verbackungen des Filterkuchens kommen.<ref>Joachim Binnig: Stand der Technik bei der Entstaubung von Müllverbrennungsanlagen. Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 69 (2009) Nr. 5, S. 175–179.</ref> In solchen Fällen lässt sich der Filterkuchen nicht mehr entfernen und der Filter muss ausgetauscht werden. Zu Verbackungen des Filterkuchens mit denselben Folgen kann es auch bei der Heißgasfiltration kommen.<ref>VDI 3677 Blatt 3:2012-11 Filternde Abscheider; Heißgasfiltration (Filtering-separators; High-temperature gas filtration). Beuth Verlag, Berlin. S. 31.</ref> Sintereffekte oder die Bildung eines Eutektikums können bereits unterhalb der jeweiligen Schmelztemperaturen zu diesen Effekten führen. Der Filter ist ebenfalls auszutauschen, sofern sich bei der Tiefenfiltration ein Filterkuchen bilden sollte.<ref>VDI 3677 Blatt 2:2004-02 Filternde Abscheider; Tiefenfilter aus Fasern (Filtering separators; Depth fiber filters). Beuth Verlag, Berlin. S. 68.</ref>

In der Membrantechnik wird bei Ultra- und Mikrofiltration der Prozess ebenfalls sehr stark durch die Filterkuchenbildung (Deckschichtbildung) beeinflusst.<ref name="q1">Robert Rautenbach: Membranverfahren – Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung. Springer, 1997, ISBN 3-540-61573-3. S. 199–200.</ref> Die Minimierung dieser in diesem Gebiet auch als Fouling bezeichneten Erscheinung der Filterkuchenbildung ist der ein Grund bei der Filtration mittels Hohlfasern für die Anwendung der energieaufwendigeren Cross-Flow-Filtration.<ref name="q1"/>

Literatur

• VDI 3677 Blatt 1:2010-11 Filternde Abscheider; Oberflächenfilter (Filtering separators; Surface filters). Beuth Verlag, Berlin. (Zusammenfassung online, Inhaltsverzeichnis)

Einzelnachweise

<references />