Koaleszenzfilter

Reentrainment-Phänomene beim Betrieb von Koaleszenzfiltern

Koaleszenzfilter haben die Aufgabe, Öltröpfchen, die sich z. B. verfahrensbedingt in einem Luft- oder Gasstrom befinden, herauszufiltern und möglichst optimal in einen Ölauffangbehälter abzuleiten. Ein Teil der Öltröpfchen wird jedoch in unerwünschter Weise wieder mit dem Reingas aus dem Filtergehäuse ausgetragen. Dieser Partikelaustrag setzt sich aus dem Primärpenetrat (Öltröpfchen, die das Filter direkt durchdringen) und dem Reentrainment (tröpfchenförmiger Wiedereintrag von bereits abgeschiedenem Öl) zusammen.

Innerhalb dieser Studie wurde beispielhaft das Reentrainment-Verhalten von vier verschiedenen Druckluftkoaleszenzfiltern vergleichend untersucht. Zwei Hersteller stellten jeweils zwei Filter unterschiedlicher Qualität (mittlere und hohe Qualität) mit nahezu gleichem Nennvolumenstrom (Betriebsparameterangabe des Herstellers) für die Studie zur Verfügung. An diesen Filtern wurden die Filtrationseigenschaften Druckverlust, Primärpenetration und Reentrainment in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern (Volumenstrom, Temperatur, Druckniveau und Ölsorte) gemessen. Es zeigte sich, dass das Druckniveau nahezu keinen, die Temperatur und der Volumenstrom jedoch einen erheblichen Einfluss auf das Reentrainment haben.

Bei Erhöhung der Temperatur von 15 °C auf 30 °C nimmt die aufgrund von Reentrainmenteffekten wieder eingetragene Ölmasse um einen Faktor von 10 und größer zu. Der Grund hierfür ist die mit steigender Temperatur zunehmende Fluidität des Öls; diese steigt im angegebenen Temperaturbereich von 6,4 m²/Ns auf 15,4 m²/Ns an. Es wurde ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Fluidität und wieder eingetragener Ölmasse gefunden, wobei sich die Steigung der Geraden für die vier Filterelemente deutlich unterschied. Der Schnittpunkt mit der Fluiditätsachse lag jedoch für alle vier Geraden bei einer Fluidität von etwa 5 m²/Ns, was auf die Existenz einer bestimmten Minimal-Fluidität für das Auftreten von Reentrainment schließen lässt. Die Annahme eines linearen Zusammenhangs wurde durch einen weiteren Versuch mit einem anderen Öl deutlich höherer Fluidität (27,9 m²/Ns) untermauert.

Die Erhöhung des Volumenstromes von Nennvolumenstrom auf etwa das 1,4-fache und mehr führt zu einer drastischen Erhöhung des Reentrainments; es findet ein sog. „Blow-Out“ des abgeschiedenen Öls aus dem Filter statt. Weiterhin hat sich gezeigt, dass bei den Filtern mit hohem Abscheidegrad der Anteil des Reentrainments im Vergleich zum Anteil der Primärpenetration dominiert. Bei den Filtern mittleren Abscheidegrades dominiert der Anteil der Primärpenetration.

Verbesserung der Drainageeingenschaften von Koaleszenzfiltermedien

Durch die Aufbringung alternierender geometrischer Muster (Dreiecke, Streifen, Kreisen) aus sich abwechselnden oleophilen und oleophoben Flächen kann eine deutliche Beeinflussung des Drainageverhaltens von Koaleszenzfiltermedien erreicht werden. Sowohl die Maße als auch das Verhältnis von oleophoben/oleophilen Bereichen wurden durch den Einsatz von Masken zur teilweisen Abdeckung von Oberflächenbereichen variiert. Die Dreiecksmuster mit einem Gradientenanstieg der oleophilen Bereiche in Richtung der Schwerkraft zeigten dabei einen besonders großen Effekt auf die Öldrainage. Durch diese Modifikation war es möglich den Differenzdruck einiger Medien nach Erreichen der Sättigung um bis zu 35% gegenüber den Ausgangsmedien abzusenken. Zusätzlich weisen Ergebnisse auf eine Verbesserung der Partikelabscheidung durch die Modifikation hin. Eine ausreichende Dauerhaftigkeit des differenzdruckreduzierenden Effektes konnte nachgewiesen werden.