Procesfiltratie bij hoge temperaturen: zo stem je afdichting, medium en cyclus op elkaar af

In een filterproces hoef je je geen zorgen te maken over het staal. Een filterbehuizing van roestvrij staal verdraagt zonder problemen 150 °C. De kleine koppelingspakking die de verbinding dicht houdt, werkt onder precies dezelfde omstandigheden – maar met een heel andere materiaalfysica. Deze kan al falen lang voordat het staal tekenen van slijtage vertoont. Dus als het filter eenmaal begint te lekken, is dat zelden te wijten aan het staal. Het is de afdichting.

In onze ultieme gids voor filtratie in de procesindustrie hebben we de gangbare filtertypes en de algemene aanbevelingen besproken. Hier gaan we een stapje verder. We bekijken wat er daadwerkelijk met de afdichting gebeurt als de temperatuur stijgt – van typische temperatuurgrenzen en materiaalkeuze tot thermische uitzetting en praktische aanbevelingen.

Voordat we ingaan op de materialen, is het de moeite waard om de feitelijke cijfers in gedachten te houden. In de procesindustrie werkt men doorgaans binnen vier vrij verschillende temperatuurbereiken, en elk daarvan stelt zijn eigen eisen aan het filter:

• Pasteurisatie: doorgaans 85–90 °C bij hoge pasteurisatie. Het filter bevindt zich zelden in de unit zelf, maar direct ervoor of erna.
• CIP-reiniging: doorgaans 75–85 °C met natronloog of zuur. Wordt dagelijks of meerdere keren per dag uitgevoerd. De belasting is cyclisch, niet constant.
• Zuivere stoom en SIP: tot 140–150 °C. De meest veeleisende thermische belasting waarmee het filter doorgaans te maken krijgt.
• Warmwaterbehandeling: 80-95 °C, vaak gebruikt als alternatief voor chemische CIP in de zuivelindustrie.

Het punt is dat niet alleen de maximumtemperatuur telt. Het is de combinatie van temperatuur, chemische belasting en het aantal cycli in de loop van de tijd die bepaalt hoe lang de afdichting meegaat.

De rubbermaterialen vormen het thermische knelpunt van het filter en de keuze daartussen bepaalt de grenzen van wat het filter kan doen. De vier gangbare materialen, EPDM, NBR, FPM en PTFE, hebben elk hun eigen temperatuurbereik en sterke punten:

EPDM is de standaardkeuze in veruit de meeste voedseltoepassingen en biedt een evenwicht tussen hittebestendigheid en chemische bestendigheid tegen CIP-vloeistoffen. Maar ongeacht welk materiaal je kiest, moet je de afdichting op basis van twee parameters tegelijk specificeren. Als je alleen op basis van het medium kiest, kun je de thermische grens over het hoofd zien. Als je alleen op basis van de temperatuur kiest, kan het medium de afdichting aantasten bij dezelfde temperatuur die deze anders wel zou hebben doorstaan.

Alle materialen zetten uit bij verwarming, maar lang niet in hetzelfde tempo. Rubber zet bij dezelfde temperatuurstijging ongeveer 10 keer meer uit dan staal, en dat is precies het verschil dat de verborgen belasting in je verbinding veroorzaakt.

Bij opwarming wordt het elastomeer extra tegen het afdichtingsvlak gedrukt en neemt de afdichtingskracht toe. Op zich is dat zelden een probleem. Maar bij afkoeling krimpt het elastomeer sneller dan het staal, neemt de afdichtingskracht af en is het risico op lekkage het grootst in die overgangsfase. Na een bepaald aantal cycli veert het elastomeer niet meer terug. Dit wordt blijvende vervorming (compression set) genoemd, met als gevolg dat de afdichting niet meer goed sluit – zelfs niet wanneer de installatie de bedrijfstemperatuur bereikt.

Een rekenvoorbeeld maakt het concreet: als je filter twee dagelijkse CIP-cycli ondergaat bij 85 °C, gevolgd door afkoeling tot 5 °C, doorloopt de afdichting ongeveer 700 thermische cycli per jaar. Dat is het soort belasting dat afdichtingen verslijt, zelfs als ze binnen hun specificaties blijven. Daarom is het aantal cycli een betere maatstaf voor je vervangingsinterval dan een vooraf opgesteld tijdsschema.

De sectoren waarmee we doorgaans werken, stellen hun filters bloot aan hun eigen combinatie van temperatuur, chemische samenstelling en cyclusfrequentie – en dat beïnvloedt de materiaalkeuze. In brouwerijen is het proces zelf gematigd, met het koken van kruiden rond de 100 °C en koude gistings- en opslagtanks aan het andere uiteinde. Het is de dagelijkse CIP bij 75-85 °C die de grootste slijtagefactor voor de afdichtingen vormt.

In de zuivelfabriek lijkt de CIP-temperatuur op die van de brouwerij, maar de chemische samenstelling is anders. Melkaanslag vereist een agressievere reiniging met bijtende middelen dan bierresten, en pasteurisatie – met name UHT (ultra high temperature) tot 135 °C – legt een hogere thermische limiet op. EPDM is nog steeds de standaardkeuze op beide plaatsen, maar in zuivellijnen met frequente UHT-behandelingen of bijzonder agressieve CIP-reinigingen wordt het materiaal dichter bij zijn grens gedreven, waardoor de vervangingsintervallen vaak korter moeten zijn. Hier zijn koppelingspakkingen met zeef een voor de hand liggende oplossing, omdat de afdichting en het filterelement tegelijkertijd worden vervangen.

In de farmaceutische industrie en bij bioprocessen is het beeld anders. Hier is het niet de reiniging, maar de sterilisatie die de thermische limiet bepaalt. SIP met verzadigde stoom vindt doorgaans plaats bij 121-135 °C gedurende minimaal 15-30 minuten per cyclus, en dat brengt EPDM dicht bij zijn bovengrens. In toevoerleidingen met zuivere stoom is FPM of PTFE daarom vaak de voor de hand liggende keuze, omdat deze materialen meer speling hebben tot aan de bedrijfstemperatuur en beter bestand zijn tegen herhaalde blootstelling aan stoom. Als je EPDM kiest voor SIP-toepassingen, moet de leverancier de duurzaamheid aantonen voor precies die cyclustijd, temperatuur en frequentie waarmee je werkt. Anders loop je het risico dat je de limiet van het materiaal eerder bereikt dan verwacht.

Het kiezen van het juiste filter voor hoge temperaturen begint met drie beslissingen die je bij de leverancier kunt nemen:

1. Specificeer de thermische cyclus, niet alleen de maximumtemperatuur: geef aan waaraan het filter gedurende een volledige bedrijfscyclus in je installatie wordt blootgesteld – opwarmen, bedrijf, afkoelen en rust.
2. Stem het afdichtingsmateriaal af op zowel het medium als de temperatuur: vraag om documentatie over de compatibiliteit bij de daadwerkelijke bedrijfstemperatuur, niet bij 20 °C.
3. Vervang afdichtingen op basis van cycli, niet op basis van een tijdsschema: Pas het onderhoudsschema aan de daadwerkelijke thermische belasting van de installatie aan – in veel zuivelfabrieken betekent dit kortere intervallen dan in een brouwerij. Elastomeren zijn slijtageonderdelen en moeten deel uitmaken van je voorraad reserveonderdelen, zodat je niet met een lek zonder een reserveonderdeel in huis te hebben.

De filterbehuizing is goed bestand tegen hoge temperaturen. Het is echter de afdichting zelf die bepaalt hoe lang je filter de temperatuur kan weerstaan voordat het defect raakt. En de keuze tussen EPDM, NBR, FPM en PTFE hangt net zozeer af van de cyclus als van de maximumtemperatuur.

Als je twijfelt over de materiaalkeuze of de temperatuurtolerantie, mag je ons altijd contacteren. Bel ons op +45 7020 0422 of stuur een e-mail naar aanvraag@alfotech.nl, dan helpen we je graag verder.