FUNDAWAVE®-CROSS-FLOW-FILTRATION
Tangentialflussfiltration in neuem Design
Bei dem FUNDAWAVE® handelt es sich um ein neues Filtrationskonzept, das auf Anwendungen zielt, die bislang mit keiner Anlage, gleich welchen Typs, zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten zufriedenstellende Ergebnisse erzielen konnte. Die Anlage basiert auf dem Cross-Flow-Prinzip und verwendet membranbasierte Filtermedien, die auf bestimmte Filtrationsaufgaben zugeschnitten sind. Die Durchflussleistung wird aufrechterhalten, indem die Feststoffschicht, die sich an der Membran bildet, ständig entfernt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Tangentialflussfiltrationsanlagen (TFF) wird der Cross-Flow durch Bewegen der Filtermembran durch eine ruhende Flüssigkeit erreicht.
Der FUNDAWAVE® ist eine industrielle Cross-Flow-Filtrationslösung, die speziell auf Anwendungen zielt, bei denen Durchflussleistung, Investitionen, sanfte Filtrationsbedingungen, Energieverbrauch und hygienisches Design eine wichtige Rolle spielen. Sie liefert eine kontinuierliche Filtration mit geringem Fouling, indem die Membranen durch vibrierende Scherkräfte sauber gehalten werden.
Die Filtermembranen sind in Modulen angeordnet, die vertikal vibrieren und dabei den Flüssigkeitsstrom nicht stören. Die Relativgeschwindigkeit wechselt viele Male pro Sekunde die Richtung und erzeugt auf der Membranoberfläche Verwirbelungen, wodurch die Fouling-Schicht minimiert wird. Die schwingende Masse ist aufs Minimum beschränkt, was auch den Energiebedarf minimiert. Die resultierende Wärmeabgabe ist deutlich reduziert, sodass selbst bei wärmeempfindlichen Produkten möglicherweise auf Kühlung verzichtet werden kann.
Der FUNDAWAVE® pflegt einen sehr sanften Umgang mit dem Retentat, da keine große Zirkulationspumpe nötig ist. Eine herkömmliche Zirkulationspumpe kann Zellen, Moleküle oder empfindliche Stoffe während des Betriebs beschädigen, und durch Eliminierung der Zirkulationspumpe ist der FUNDWAVE® das schonendste MF- und UF-System im industriellen Maßstab auf dem Markt. Außerdem sorgt die Eliminierung der Zirkulationspumpe für einen gleichbleibenden Druck in der gesamten Anlage über die Membranen hinweg und führt zu den schärfsten Membran-Abschaltgrenzen aller industriellen Systeme.
Der FUNDABAC®-Filter beruht auf Dead-End-Filtration, bei der die strömende Flüssigkeit durch ein stationäres Filtermedium gepresst wird, dass die Feststoffe zurückhält und die Flüssigkeit durchlässt. Die Feststoffe sammeln sich auf dem Filtermedium und bilden einen Kuchen, der periodisch entfernt wird. Auch wenn dieses normalerweise automatisiert abläuft, handelt es sich hier, bei diesem Filtertyp vom Design her, um eine Batch-Anlage, die zyklisch eine vorgegebene Abfolge an Schritten durchführt. Der größte Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Möglichkeit, den Kuchen in zusätzlichen Schritten weiterzuverarbeiten, etwa ihn zu waschen, abzutrennen, mit Dampf zu behandeln und zu trocknen. Zudem stellt seine Restvolumenfiltration minimalen Produktverlust sicher.
Cross-Flow-Filtration, auch als Tangentialflussfiltration (TFF) bezeichnet, hat ein ähnliches Funktionsprinzip wie der FUNDAWAVE®. Der Großteil der Flüssigkeit läuft tangential mit hoher Geschwindigkeit über ein stationäres Filtermedium. Das Retentat wird wieder der Zulaufpumpe zugeführt, während die Filterschicht ständig entfernt wird. Gleichzeitig wird ein Druckaufbau verwendet, um einen kleinen Teil der Flüssigkeit durch die Membran zu drücken. Der Hauptunterschied ist die Tatsache, dass der TFF-Filter selbst stationär ist, während die Flüssigkeit in großen Mengen hindurchgepumpt werden muss, um die notwendige Tangentialgeschwindigkeit zu erzeugen. Das führt zu einem hohen Energieverbrauch. Zusätzlich sind die resultierenden Feststoffkonzentrationen im Retentat normalerweise durch seine Pumpbarkeit begrenzt.
Der FUNDAWAVE® ist nicht auf große Pumpen angewiesen. Ebenso benötigt er keine hohen Druckabfälle. Er verfügt über ein vibrierendes Element, dass die Bewegung der Filtermodule in Bezug auf die stationäre Flüssigkeit erzeugt. Die resultierende Feststoffkonzentration im Retentat ist unabhängig von Strömungsbeschränkungen und Viskositäten, wie sie in Tangentialflusssystemen auftreten. Deshalb lassen sich wesentlich höhere Konzentrationsfaktoren erreichen.
Bei schwer zu filternden Substanzen, ist die erreichbare Durchflussleistung der entscheidende Faktor für eine erfolgreiche Implementierung einer Filteranlage. Im Falle eines FUNDABAC® Kerzenfilters mit typischen Zykluszeiten von 30 – 120 min kann die lange Kuchenaufbauzeit, aufgrund des Kuchenwiderstands zu einer Verringerung der Durchflussleistung führen.
Der CONTIBAC® Kerzenfilter stellt eine Verbesserung dieser Schwäche dar, da die Kuchenaufbauzeit verringert und der Filtrationszyklus kürzer werden. Er kann mit 5 – 10 Zyklen pro Stunde betrieben werden, was die Durchflussleistung erhöht.
Der FUNDAWAVE® geht noch einen Schritt weiter und reduziert die tatsächlichen Filtrationszyklen auf einen Zeitraum, der um ein Vielfaches kürzer ist als bei einem CONTIBAC®.. Tatsächlich sprechen wir dabei von Zyklen in Länge eines Sekundenbruchteils. Mit anderen Worten, der Kuchen wird viele Male pro Sekunde entfernt. Diese extrem kurzen Zyklen eröffnen ganz neue Möglichkeiten. So wird die Filtration von Feststoffen möglich, die unter normalen Umständen das Filtermedium sehr schnell verstopfen würden, sobald sich einmal eine Kuchenschicht gebildet hat. Die erforderlichen Druckabfälle liegen mehrere Größenordnungen unter denen einer Dead-End-Filtration. Dies verhindert die Bildung von festen Kuchen, die schwer zu entfernen sind. Da sich praktisch kein Kuchen bildet, können die Filterelemente sehr dicht gepackt werden, was die Modulgröße und den Flüssigkeitsstand reduziert.