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Dimensionierung von Filtrationssystemen, um den besten Kompromiss zwischen anfänglichem Kapitalaufwand und niedrigen Betriebskosten zu erzielen

Es ist leicht vorstellbar, dass der kleinste Filter, der die Durchflussrate einer Flüssigkeit bewältigen kann, die beste Wahl für ein Filtersystem ist. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn Sie nur die Anschaffungskosten berücksichtigen und die Betriebskosten für den Filterwechsel bei jeder Blockierung ignorieren. Ein Filtersystem zu haben, das so groß ist, dass die Filter niemals gewechselt werden müssen und die Betriebskosten daher vernachlässigbar sind, könnte eine bessere Lösung sein.

Von David Keay - Export Sales Manager bei Amazon Filters

David Keay - Export Sales Manager bei Amazon Filters

David Keay - Export Sales Manager bei Amazon Filters

In der Praxis ist die optimale Situation für die Mehrheit der Kunden eine, bei der die Anschaffungskosten gegen die Betriebskosten abgewogen werden, um die kostengünstigste Lebenszeitlösung zu erhalten, die auch als Gesamtbetriebskosten bezeichnet wird.

In diesem Artikel erläutern wir, wie Sie dies erreichen, und geben Tipps, wie Sie Ihr Filtersystem optimieren können. Schließlich behandeln wir die optimale Dimensionierung von Gasfiltern, die sich von Flüssigkeiten unterscheidet.

Obwohl sowohl Flüssigkeiten als auch Gase Flüssigkeiten sind, handelt es sich um verschiedene Arten von Flüssigkeiten. Flüssigkeiten sind nicht komprimierbar, wohingegen Gase komprimierbar sind und dies dazu führt, dass sie unterschiedlich behandelt werden müssen.

Dimensionierung von Filtrationssystemen - Abb. 1: Das begrenzte anfängliche Budget verdoppelt den anfänglichen sauberen AP

Wofür optimieren Sie?

Die drei wichtigsten Überlegungen zur Auswahl des kontinuierlich laufenden Filtersystems mit der optimalen Größe sind:

  • Niedrige anfängliche Kapitalkosten - Dies tritt häufig auf, wenn der Endbenutzer einen Lieferanten (z. B. einen Bauunternehmer) auffordert, ein System bereitzustellen, das das Filtersystem enthält (Abbildung 1). Ein solcher Lieferant möchte möglicherweise nur den anfänglichen Kaufpreis minimieren, da er nicht in der Lage ist, die laufenden Kosten zu tragen.
  • Niedrige Betriebskosten - Wenn Ihr System für längere Zeit installiert werden soll, können die jährlichen Kosten für den Austausch der Filterpatronen multipliziert mit der Anzahl der Nutzungsjahre ein Vielfaches der ursprünglichen Kosten betragen.
  • Verfügbares Budget - Manchmal können Sie den Filter nicht kaufen, der die optimale Größe hat, weil Sie nicht über das erforderliche Kapitalbudget verfügen (siehe Abbildung 1). In einem solchen Szenario kaufen Sie den Filter, den Sie sich leisten können, und akzeptieren, dass die laufenden Kosten möglicherweise hoch sind!

Das Verständnis des Differenzdrucks ist der Schlüssel zum Verständnis der Dimensionierung

Dimensionierung von Filtrationssystemen Abb. 2: Warum ein erster sauberer AP wichtig ist

Das Schlüsselmaß für die Dimensionierung eines Filtersystems ist der anfängliche saubere Differenzdruck (dp). Der Differenzdruck ist die Messung des Druckverlusts, der in einem Filtersystem auftritt. Dies lässt sich leicht an einem System mit Hilfe von Manometern messen, die vor und hinter dem Filtergehäuse angeordnet sind.

Je niedriger der anfängliche unbenutzte Filter (sauber) dp ist, desto höher sind die anfänglichen Kapitalkosten des Filtersystems. Umgekehrt sind die Anfangsinvestitionskosten des Filtersystems umso geringer, je höher der Anfangsreinigungs-DP ist. Wie in Abbildung 2 dargestellt, werden die Betriebskosten jedoch umgekehrt durch Änderungen der DP beeinflusst.

Durch die Verdoppelung der Filtergröße wird die Lebensdauer um den Faktor vier verlängert und somit die Betriebskosten gesenkt. Im Vergleich dazu erhöhen Sie die Betriebskosten erheblich, wenn Sie die Hälfte der Größe des Filtersystems haben. Unsere Empfehlung wäre immer, in die niedrigste anfängliche Reinigungsleistung zu investieren, die Sie sich leisten können.

Also, was ist die richtige anfängliche saubere DP zu verwenden? Die Antwort ist, dass es immer einen Kompromiss zwischen Kapitalkosten und laufenden Kosten geben wird. Für ein Flüssigkeitsfiltersystem im Dauereinsatz empfehlen wir, einen Wert um 200 mbar als Startpunkt zu wählen und entweder nach oben oder nach unten zu korrigieren, da Sie die anfänglichen Kosten dieser Lösung sehen.

Ein weiterer wichtiger Grund für die Installation von Manometern in Ihrem Filtersystem ist, dass Sie genau messen können, wann die Patronen gewechselt werden müssen. Auf diese Weise können Sie ihre Lebensdauer maximieren und den höchsten Durchsatz pro Filterwechsel erzielen. Der typische Wechsel-DP für ein Patronenfiltersystem ist der 2.5-Balken. Je näher der DP beim Wechseln der Filter ist, desto wirtschaftlicher wird das System.

Was ist anders an der Dimensionierung für den Batch-Betrieb?

Die Hauptannahme oben war, dass wir ein kontinuierlich arbeitendes Filtersystem betreiben. Es gibt jedoch ein anderes häufiges Betriebsszenario - den Batch-Betrieb. Der Hauptunterschied zum Batch-Betrieb besteht darin, dass Ihr Filtrationssystem intermittierend zum Verarbeiten eines bestimmten Volumens an flüssigem Produkt verwendet wird.

Aufgrund dieses Unterschieds können wir mit einem wesentlich höheren anfänglichen sauberen Druckabfall wie 0.5-Bar oder sogar 1-Bar konstruieren. Die Lebensdauer der Filterpatrone muss nur für die Dauer der Charge gelten, und die Kapitalkosten erhöhen die Gesamtkosteneffizienz Ihrer Anlage. Dies zu wissen, kann zu erheblichen Einsparungen beim anfänglichen Kapitalaufwand eines Projekts für den Endbenutzer führen.

Unterschiede zwischen den Größen für Flüssigkeiten und Gase

Dimensionierung von Filtrationssystemen Abb. 3: Erforderliche Informationen für die Filterdimensionierung

Obwohl Flüssigkeiten und Gase beide Flüssigkeiten sind, handelt es sich um Flüssigkeiten sehr unterschiedlicher Natur. Der Hauptunterschied, der sich auf die Filtergröße auswirkt, besteht darin, dass Gase komprimierbar sind, Flüssigkeiten jedoch nicht. Daher ist es bei der Auslegung von Gasfiltrationssystemen wichtig, den Leitungsdruck des Systems zu kennen.

Verdoppelt sich bei einem Gas der Leitungsdruck von zwei auf vier bar, kann die Größe des Filtersystems halbiert werden. Die gleiche Änderung des Drucks auf ein flüssiges System hätte vernachlässigbare Auswirkungen auf dessen Größe.

Der Differenzdruck hat einen weitaus größeren Einfluss auf die Betriebskosten von Gasfiltrationssystemen, daher müssen sie niedriger sein als bei Flüssigkeitssystemen. Es ist üblich, Gasfiltersysteme mit einem sauberen dp von einigen zehn Millibar zu konstruieren.

Was müssen Sie wissen, um die Filter richtig zu dimensionieren? Gibt es eine optimale Größenanpassung?

Es versteht sich von selbst, dass je mehr Informationen Sie über die Prozessbedingungen haben, desto besser kann die Filterauswahl getroffen werden, die Ihren Auswahlkriterien entspricht. Abbildung 3 zeigt die typischen Mindestanforderungen und andere nützliche Daten, die am besten zur Verfügung gestellt werden.

Dimensionierung von Filtrationssystemen Abb. 4: Die Verdoppelung der Filtergröße verlängert die Lebensdauer des Filters um den Faktor 4

Die Wichtigkeit, den anfänglichen sauberen Druckabfall zu kennen, kann jedoch nicht unterschätzt werden. Wenn Sie dies nicht angeben, können Sie sich verwirren, wenn Sie versuchen, verschiedene Filteroptionen zu vergleichen.

Dies ist wichtig, da Sie die anfängliche Clean-DP kennen müssen, mit der Systeme von verschiedenen Anbietern dimensioniert werden. Wenn Sie nicht wissen, wie sauber dp anfänglich ist, ist es nicht möglich, einen Vergleich nach dem gleichen Muster durchzuführen, um sicherzustellen, dass Sie die beste Auswahl für Ihre Anwendung treffen.

Käufer aufgepasst. Das "billigste" Angebot ist nicht immer die "richtige" Wahl! Die Lebenszykluskosten Ihres Systems werden durch Ihre anfänglichen Kapitalkosten und Ihre laufenden jährlichen Betriebskosten bestimmt (siehe Abbildung 4).

Die Vorteile der Vorfiltration

Dimensionierung von Filtrationssystemen Abb. 5: Vorteile einer optimierten Vorfiltration

Selbst wenn Sie die richtige Dimensionierung eines Filtersystems erzielen, können die Betriebskosten aufgrund der in kritischen Anwendungen (wo häufig Membranfilter verwendet werden) erforderlichen Endfiltertypen immer noch sehr hoch sein.

Die Vorfiltration des Endfilters ist eine Lösung, die die Gesamtwirtschaftlichkeit eines in einer kritischen Anwendung verwendeten Filtersystems verbessern kann. Die Verwendung eines Vorfilters entfernt den größten Teil der Beladung des Endfilters und verlängert dessen Lebensdauer erheblich.

Vorfilter betragen normalerweise 50% oder weniger der Kosten des Endfilters und sollten die Lebensdauer des Endfilters um das Vierfache erhöhen. Dies ist in Abbildung 2.5 dargestellt

Oft lässt sich am einfachsten feststellen, ob ein Filtersystem richtig optimiert wurde, indem das Verhältnis von Vorfiltern zu Endfiltern bestimmt wird. Wenn dieses Verhältnis nicht größer als 2: 1 ist, besteht immer noch die Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit Ihres Filtersystems zu verbessern.

Fazit

In der obigen Diskussion wurde erläutert, wie wichtig es ist, den anfänglichen sauberen Differenzdruck Ihres Filtersystems, seine Auswirkungen auf die anfänglichen Kapitalkosten und Ihre laufenden Betriebskosten zu kennen. Um Ihnen hier zu helfen, gibt es ein paar Tipps und Tricks:

  • Investieren Sie in den niedrigsten anfänglichen sauberen Differenzdruck, den Sie sich leisten können.
  • Bei der Flüssigkeitsfiltration erhöhen die Systeme die Höhe und nicht die Breite eines Gehäuses. Nehmen Sie die längsten verfügbaren Patronen, da dies den sauberen Anfangs-DP minimiert, was zu einer längeren Filterlebensdauer, niedrigeren Betriebskosten und einer verbesserten Kosteneffizienz führt.
  • Wenn Sie mehr als einen Lieferanten um ein Angebot bitten, bitten Sie ihn immer, den sauberen Anfangsdruckabfall anzugeben, auf den sein Filtersystem in seinem Vorschlag ausgelegt ist, und die absolute Bewertung seiner Filterpatrone zu bestätigen. Nur so können Sie einen echten direkten Vergleich der anfänglichen Kapitalkosten erzielen.
  • Montieren Sie immer vorgeschaltete und nachgeschaltete Manometer, damit Sie die Filteranlagen dp genau messen können. Auf diese Weise können Sie bestätigen, dass der angegebene anfängliche Clean-DP erreicht wurde, und Sie können den Change-Out-DP genau messen.
  • Wenn Sie Membranfilter zum Sterilisieren oder Stabilisieren von Flüssigkeiten oder Lösungen verwenden, ist eine Vorfiltration unerlässlich. Als Faustregel sollte Ihre Verwendung von Vorfiltern für Membranen 2: 1 oder höher sein. Wenn nicht, verschwenden Sie Geld.

Prozessindustrie Informer

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