Pulsatorische Reinigung von Filtermedien

Die Reinigung von Filtermedien stellt sowohl in der Pharma- als auch in der Lebensmittelindustrie eine große Herausforderung dar. Eine klassische kontinuierliche Rückströmung liefert in sehr vielen Fällen keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Neben langen Reinigungszeiten und einem hohen Verbrauch an Reinigungsmittelmengen, besteht bei einer nicht ausreichenden Reinigung die Gefahr der Kreuzkontamination. Deshalb sollen im Rahmen dieses Projektes zwei Verfahren als Alternative zur kontinuierlichen Rückströmung für die Reinigung von Filtergeweben und Membranen untersucht werden: die pulsatorische Durchströmung und die pulsatorische Überströmung.

Ziel dieses Vorhabens ist die Aufklärung der physikalischen Grundlagen für die Reinigung von Filtermedien mit Hilfe pulsatorischer Reinigung und die Gegenüberstellung zur rein kontinuierlichen Reinigung. Wichtig ist dabei auch die Aufklärung des Effektes der wechselseitigen Belastung des Filtermediums durch die oszillierende Strömung. Bei der pulsatorischen Durchströmung trifft eine oszillierende Strömung auf das Filtermedium, die zur Reinigung desselben beiträgt. Die oszillierende Strömung wird von einer Puls-Düse erzeugt, die mit einem schnellschaltenden Magnetventil verbunden ist. Sie befindet sich unterhalb des Filtermediums. Einstellbare Parameter sind die Pulsfrequenz, die Pulsgeschwindigkeit, die Prozessdauer und der Abstand der Puls-Düse vom Filtermedium. Für die Untersuchung der pulsatorischen Überströmung wird im Rahmen dieses Vorhabens eine Anlage entwickelt und aufgebaut. Die Anlage soll aus einer Strömungszelle für die kontinuierliche Überströmung des Filtermediums und einer Düse oberhalb des Filtermediums bestehen, die das Auftreffen der oszillierenden Strömung in einem bestimmten Winkel von oben auf das Filtermedium gewährleistet. Darüber hinaus soll die oszillierende Strömung gleich- oder entgegengesetzt zur Hauptströmung erzeugt werden.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden daher folgende Teilschritte bearbeitet:

• Ermittlung der optimalen Parameterkombinationen im Hinblick auf den Reinigungsmittelverbrauch bei der Reinigung mit Hilfe pulsatorischer Durchströmung und pulsatorischer Überströmung. Variierbare Parameter sind die Pulsfrequenz, die Pulsgeschwindigkeit, die Prozessdauer, der Abstand der Puls-Düse vom Filtermedium bei der pulsatorischen Durchströmung, die Winkelanordnung der Düse über dem Filtermedium und die Richtung der pulsatorischen Strömung (gleichgerichtet oder entgegen des Feedstroms) bei der pulsatorischen Überströmung.
• Erhöhung des Reinigungsgrades des Filtermediums im Vergleich zur kontinuierlichen Durchströmung bzw. Überströmung
• Erkenntnisse über die Homogenität der Reinigung durch gezielte Untersuchungen der Randbereiche des Filtermediums. Mit Hilfe von Strömungsuntersuchungen (bei der Durchströmung soll die Methode der Laser-Doppler-Anemometrie und bei der Überströmung soll das Verfahren der Particle Image Velocimetry angewendet werden) soll herausgefunden werden, wie groß die Reichweite der pulsatorischen Strömung ist und welche Größe die homogen abgereinigte Fläche des Filtermediums bei variierendem Abstand der Düse vom Filtermedium und bei Variation der Puls-Frequenz beträgt.

Das Vorhaben wird von zwei Forschungsstellen bearbeitet Das Karlsruher Institut für Technologie (Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Maschinen (VM), Herr Professor Nirschl) übernimmt hierbei die Untersuchung der Reinigung mit Hilfe pulsatorischer Durchströmung und die Technische Universität München (Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie (BGT), Herr Professor Becker) wird die Versuche zur Reinigung mit Hilfe pulsatorischer Überströmung durchführen.